Le mercredi 10 décembre 2025, Thomas BAUDUIN présentera l'examen en vue de l’obtention du grade académique de Docteur en Sciences (Collège de doctorat en Océanographie) sous la direction d'Alberto BORGES et Nathalie GYPENS (co-tutelle avec l’Université Libre de Bruxelles).

Cette épreuve consistera en la défense publique d’une dissertation intitulée :

« Emissions of CO₂, CH₄, and N₂O from urban ponds of the city of Brussels ».

Le Jury sera composé de :

Mme I. GEORGE (ULB) (Présidente), Mme et MM. A. BORGES (Promoteur), S. BOUILLON (KULeuven), N. GYPENS (ULB) (Promotrice) (Secrétaire), B. LEJEUNE, C. MORANA (SPW).

Abstract

Urban ponds are increasingly widespread as cities expand worldwide, yet their contribution to greenhouse gas (GHG) emissions remains poorly studied. However, they may also act as significant sources of GHG to the atmosphere. This thesis aims to unravel the processes controlling the production and emission of carbon dioxide (CO₂), methane (CH₄), and nitrous oxide (N₂O) in the urban ponds of Brussels (Belgium).
We first surveyed 22 ponds (0.1-4.6 ha) across Brussels to characterize spatial and seasonal patterns of GHG concentrations and identify their main drivers. Biological activity was the dominant seasonal control, while landscape context and external inputs shaped spatial variability.
Smaller ponds emitted more CO₂ due to higher allochthonous inputs, macrophyte-dominated ponds emitted more CH₄, and N₂O emissions peaked in the city center under higher nitrogen deposition. To move from citywide perspective toward a more detailed understanding, we monitored four representative ponds (two clear-water, two turbid-water) 46 times over 2.5 years. Clear-water ponds emitted more ebullitive CH₄, likely from macrophyte-derived organic matter. Both CH₄ and CO₂ fluxes responded to meteorological conditions: CH₄ increased with temperature, and CO₂ with rainfall. We also showed that hydrogenotrophic methanogenesis predominated in clear-water ponds and that acetoclastic methanogenesis predominated in
turbid-water ponds, with a shift towards hydrogenotrophic methanogenesis in fall. Methane oxidation was higher in turbid-water ponds, linked to suspended matter that enhanced bacterial activity and reduced light inhibition of methanatrophs, and accounted for most dissolved CH₄ removal. Finally, by narrowing the focus to the finest temporal scale, high-frequency measurements conducted hourly from dawn to dusk in two ponds revealed that sub-daily variations were mainly driven by fluctuations in wind speed, with photosynthetic activity modulating daytime CO₂ dynamics during warmer seasons; however, these short-term variations were low compared to seasonal and inter-pond differences, emphasizing that spatial heterogeneity among ponds constitutes the main source of uncertainty in emission estimates. 
Altogether, this work demonstrates that GHG dynamics in urban ponds result from a complex interplay between biological activity, hydromorphological characteristics, landscape context, and climatic forcing. It emphasizes the need to account for the ecological state of ponds, particularly macrophyte presence, when scaling up emissions, and to prioritize spatial and seasonal samplings for estimating GHG budgets from urban ponds.

Résumé 

Les étangs urbains sont de plus en plus répandus à mesure que les villes s’étendent dans le monde entier, mais leur contribution aux émissions de gaz à effet de serre (GES) reste peu étudiée. Cependant, ils peuvent constituer des sources importantes de GES vers l’atmosphère. Cette thèse vise à comprendre les processus contrôlant la production et l’émission de dioxyde de carbone (CO₂), de méthane (CH₄) et de protoxyde d’azote (N₂O) dans les étangs urbains de Bruxelles (Belgique).
Une première étude sur 22 étangs (0,1 à 4,6 ha) à travers Bruxelles a permis de caractériser les variations spatiales et saisonnières des concentrations de GES et d’identifier leurs principaux moteurs. L’activité biologique était le contrôle saisonnier dominant, tandis que le contexte urbain et les apports externes façonnaient la variabilité spatiale. Les étangs plus petits émettaient plus de CO₂ en raison d’apports allochtones plus importants, les étangs dominés par les macrophytes émettaient plus de CH₄ et les émissions de N₂O atteignaient un pic dans le centre-ville à cause de dépôts atmosphériques d’azote plus élevés. 
Pour passer d’une perspective à l’échelle de la ville à une compréhension plus détaillée, quatre étangs représentatifs (deux avec eau claire, deux avec eau turbide) ont été échantillonnés 46 fois sur une période de 2,5 ans. Les étangs clairs émettaient plus de CH₄ par ébullition, probablement favorisé par la matière organique dérivée de macrophytes. Les flux de CH₄ et de CO₂ réagissaient aux conditions météorologiques : le CH₄ augmentait avec la température et le CO₂ avec les précipitations.La méthanogenèse hydrogénotrophique prédominait dans les étangs clairs et la méthanogenèse acétoclastique prédominait dans les étangs turbides, avec un changement vers laméthanogenèse hydrogénotrophique à l’automne. L’oxydation du méthane était plus élevée dans les étangs turbides, liée à la matière en suspension qui augmentait l’activité bactérienne et réduisait l’inhibition par la lumière des méthanotrophes, et agissait comme un puits majeur de CH₄. Enfin, en se concentrant sur une échelle temporelle plus fine, des mesures toutes les heures de l’aube au crépuscule dans deux étangs ont révélé que les variations infrajournalières étaient principalement dues aux fluctuations de la vitesse du vent, mais que l’activité photosynthétique modulait également la dynamique diurne du CO₂ pendant les saisons plus chaudes. Cependant, ces variations journalières étaient faibles par rapport aux différences saisonnières et entre les étangs, ce qui souligne que l’hétérogénéité spatiale entre les étangs constitue la principale source d’incertitude dans les estimations des émissions de GES.
Dans l’ensemble, ce travail démontre que la dynamique des GES dans les étangs urbains résulte d’une interaction complexe entre l’activité biologique, les caractéristiques hydromorphologiques, le contexte urbain et le forc¸age climatique. Cela montre la nécessité de tenir compte de l’état écologique des étangs, en particulier de la présence de macrophytes, pour quantifier les émissions de GES, et de prioriser les échantillonnages spatiaux et saisonniers pour estimer les bilans de GES des étangs urbains.