Etude des mécanismes du dépôt d'ozone sur la végétation : mise en évidence d'un puits chimique sur les feuilles mouillées en période de sénescence

par Elise Potier

Thèse de doctorat en Sciences de l'environnement

Sous la direction de Benjamin Loubet et de Jérôme Ogée.

Soutenue le 04-11-2014

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale des sciences de l'environnement d'Île-de-France (Paris) , en partenariat avec Environnement et Grandes Cultures (laboratoire) .

Le jury était composé de François Ravetta, Isabelle Coll, Dominique Serca, Juliette Lathiere, Michael Staudt, Eric Lamaud.


  • Résumé

    L'ozone troposphérique est un gaz à effet de serre et un puissant oxydant qui impacte la santé et la production végétale. Afin d'analyser son impact sur le fonctionnement de la végétation il est nécessaire d'effectuer une partition entre le dépôt stomatique, qui pénètre à l'intérieur des feuilles, et le dépôt non stomatique, qui résulte de la destruction chimique de l'ozone sur les cuticules foliaires, le sol ou dans l'air à l'intérieur du couvert. L'objectif central de ce travail de thèse est d'améliorer la compréhension et la modélisation des processus impliqués dans le dépôt non stomatique d'ozone et plus particulièrement dans le dépôt sur les films d'eau à la surface des feuilles. Le modèle de transfert de masse et d'énergie sol-végétation-atmosphère MuSICA, capable d'estimer les quantités d'eau sur le feuillage à différents niveaux dans le couvert, a permis de modéliser la solubilisation puis la diffusion et réaction de l'ozone dans l'eau sur les feuilles. Cette voie de dépôt a permis d'expliquer les flux d'ozone observés sur blé en conditions humides en ajustant les valeurs du taux de réaction chimique de l'ozone dans le film d'eau de 103 s 1 en début de saison à 105 s 1 pendant la sénescence. Ce taux semble varier entre les espèces végétales (blé, hêtre et pin maritime) mais la tendance avec la sénescence persiste. Ces résultats ont été confortés par un dispositif expérimental original en laboratoire, sur blé, hêtre, pin blanc et chêne pédonculé. Des échanges de composés chimiques entre la feuille et le film d'eau réactifs avec l'ozone pourraient expliquer les ordres de grandeur obtenus et l'augmentation du taux de réaction en période de senescence.

  • Titre traduit

    Process-based study of ozone deposition to vegetation shows evidences of ozone chemical destruction in water on senescing leaves


  • Résumé

    Tropospheric ozone is a greenhouse gas but also a powerful oxidant that impacts vegetation health and productivity. In order to analyse the impact of ozone on vegetation functioning it is necessary to separate stomatal ozone deposition that penetrates inside the leaf interiors from non-stomatal deposition that result from ozone chemical destruction on leaf cuticles, in the soil or in the air inside the canopy. The central objective of this PhD work is to improve our understanding and modelling of the processes involved in non-stomatal ozone deposition and more specifically in ozone deposition on water films on leaf surfaces. For that purpose I used the soil-vegetation-atmosphere transfer model of mass and energy MuSICA. The choice of this model was motivated by its ability to estimate the quantities of water on foliage at different levels inside the canopy. This allowed me to model ozone dissolution, diffusion and reaction in the water film on wet leaves. This new deposition pathway could explain observed ozone fluxes over wheat in wet conditions by adjusting the chemical reaction rate of ozone in the water film from 103 s 1 at the beginning of the growing season, up to 105 s 1 during senescence. This reaction rate seemed to vary between species (wheat, beech, maritime pine) but the trend with the senescence remained. These results were then confirmed by lab experiments using an original setup, on wheat and beech, but also white pine and pedunculate oak. Exchanges of chemical compounds between the leaf and the water film that would react with ozone could explain the order of magnitude of the reaction rate and its increase during senescence.


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