Thèses


Dynamique des acides aminés des matières organiques des sols: approche par les isotopes stables du carbone
Thèse de Louay Kheirbeik, soutenue le 10 mai 2017 à l’Europôle Méditerranéen de l'Arbois, Aix-en-Provence, devant le jury composé de :
- Mme Siobhan Staunton, Directrice de recherche, INRA, UMR Eco&Sols, Montpellier, rapporteur
- Mme Christine Hatté, Directrice de recherche, CEA, LSCE, Gif-sur-Yvette
- Mme Delphine Derrien, Chercheur, INRA, BEF, Nancy
- M. Roland Bol, Professeur, Univ. Amsterdam et Helmholtz Forschungszentrum, Jülich, rapporteur
- M. Patrick Höhener, Professeur AMU, Laboratoire Chimie Environnement, Marseille
- M. Jérôme Balesdent, Directeur de Recherche, INRA, CEREGE, Aix-en-Provence; Directeur de thèse

Résumé de l’auteur :
Dans un contexte de changements majeurs des cycles de C et de N, cette thèse aborde un point clé du couplage entre ces cycles : la dynamique des molécules organiques azotées des matières organiques du sol (MOS). Les acides aminés du sol (AA) sont combinés dans des composés protéiques ou humiques des matières organiques ; ils constituent le premier réservoir de N de la biosphère et représentent environ un dixième du C des sols.
Par des expériences d'incubation en laboratoire de composés organiques marqués au 13C dans des sols variés, nous avons estimé que les flux de biosynthèse des acides aminés par les micro-organismes du sol lors du processus de décomposition sont de l'ordre de 25 % de la biomasse nouvellement formée. Le profil des acides aminés individuels biosynthétisés de novo est plus dépendant du type de sol que de la nature du substrat. Dans chaque sol, il est très similaire à celui des acides aminés des MOS. La biodégradation de matériaux végétaux marqués en 13C a révélé la transformation rapide des protéines végétales en matériaux microbiens. Ces résultats montrent que les acides aminés des MOS sont d'origine microbienne.
Nous avons mesuré le renouvellement du C des acides aminés à long terme dans les horizons de surface de neuf sites présentant des végétations, climats et types de sol variés, en utilisant la technique de traçage par les abondances naturelles en 13C. L'âge moyen du carbone des AA varie de 50 à 200 ans, et est égal ou légèrement inférieur à celui du carbone organique total du sol. Un modèle simple permet de discuter les hypothèses du recyclage des AA des MOS par les micro-organismes, et la différence entre l'âge des molécules et l'âge de leurs atomes de carbone. Les AA, molécules particulièrement biodégradables, font donc partie des composés anciens des MOS ; la stabilisation physico-chimique est le principal mécanisme expliquant leur âge élevé.
Les rapports isotopiques stables des AA individuels ont été mesurés par chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse isotopique. Cette mesure est difficile en raison de la dérivatisation qu'elle requiert. À cette fin, nous avons développé une méthode d'étalonnage générique pour la détermination du rapport isotopique des composés spécifiques, par analyse de cultures microbiennes uniformément marquées. Au-delà des résultats présentés, l'étude apporte un large ensemble de données sur les profils des AA individuels des sols et examine les variations de l'abondance naturelle en 13C entre les acides aminés individuels.

cerege
INRA PACA




Propriétés de complexation de la matière organique dissoute vis-à-vis du cuivre dans les systèmes sol – plante amendés avec des produits résiduaires organiques
Thèse de Tanalou Djae, soutenue le 28 avril 2017 à Aix-En-Provence, devant le jury composé de :
- Mme Catherine Keller, Professeure, Université Aix-Marseille, Présidente du jury
- Mme Mélanie Davranche, Professeure, Université Rennes 1, Rapporteur
- Mme Laurence Denaix, Directrice de recherche, INRA, Rapporteur
- Mme Isabelle Lamy, Directrice de recherche, INRA, Examinatrice
- Mme Fabienne Muller, Ingénieure ADEME, Examinatrice
- M. Cédric Garnier, Maître de Conférences, Université Toulon, Directeur de thèse
- M. Emmanuel Doelsch, Directeur de recherche, CIRAD, Directeur de thèse
- M. Matthieu Bravin, Chargé de recherche, CIRAD, Encadrant principal

Résumé de l’auteur :
La compréhension des déterminants de la biodisponibilité du cuivre (Cu) dans les sols agricoles recevant des apports de produits résiduaires organiques (Pro) est un enjeu écotoxicologique majeur dans l’optique de préserver la fertilité des sols. La spéciation de Cu dans la solution du sol est classiquement considérée en écotoxicologie prédictive comme le principal déterminant chimique de la biodisponibilité de Cu pour les organismes du sol. Étant donné la forte affinité de Cu pour la matière organique dissoute (MOD), la spéciation de Cu dans la solution du sol est fortement conditionnée par la complexation de Cu avec la MOD. Les modèles de spéciation classiquement utilisés en écotoxicologie prédictive tiennent compte de la variabilité de la concentration en MOD mais sont paramétrés par défaut pour ce qui est des propriétés de complexation (densité et affinité des sites) de la MOD. Pourtant, les apports de Pro et les activités racinaires dans la rhizosphère semblent en mesure de modifier à la fois la concentration et les propriétés de complexation de la MOD. Mes travaux se sont donc proposés (i) de mettre en évidence la variabilité des propriétés de complexation de la MOD dans les systèmes sol-plante recevant des apports de Pro et (ii) d’évaluer l’impact de cette variabilité sur la prédiction de la spéciation de Cu en solution.
À partir d’incubations en conditions contrôlées, la spéciation de Cu en solution a été mesurée sur 55 sols en présence ou non de plantes (effet rhizosphère) ainsi que sur un sol ayant reçu des apports de 10 Pro. Les propriétés de complexation de la MOD ont été estimées par prédiction de la spéciation de Cu en solution à l’aide du Windermere humic aqueous model (WHAM).
Une très grande variabilité des propriétés de complexation de la MOD a été mise en évidence entre les 55 sols étudiés. Les plantes ont induit de fortes modifications des propriétés de complexation de la MOD. Les apports de Pro au sol ont entrainé une augmentation quasiment systématique des propriétés de complexation de la MOD. En plus de la prise en compte des modifications de la concentration en MOD, du pH et de la concentration totale de Cu en solution, la prise en compte de la variabilité des propriétés de complexation de la MOD a permis d’améliorer de façon substantielle la prédiction de la spéciation en solution de Cu par comparaison avec le paramétrage par défaut de WHAM.
La modification des propriétés de complexation de la MOD mise en évidence dans les systèmes sol-plante recevant des apports de Pro semble donc être un déterminant majeur de la spéciation de Cu en solution. La prise en compte de la variabilité des propriétés de complexation de la MOD dans les modèles de spéciation s’avère ainsi nécessaire afin d’assurer une prédiction satisfaisante de la spéciation en solution de Cu et in fine de son écotoxicité.

Mots clés : matière organique dissoute, cuivre, biodisponibilité, modélisation, produits résiduaires
organiques, rhizosphère, sol, spéciation.

Contact : tanalou.djae@cirad.fr



Dynamique couplée de l'hydrogène et du carbone organiques des sols. Approches par isotopes stables pour la prévision du devenir du 3H, 2H, 13C et 14C
Thèse soutenue le 23 mars 2017 au CEREGE à Aix-en-Provence, par Alexia Paul, devant le jury composé de :
- Denis Loustau, Directeur de Recherche INRA, Rapporteur
- Wolfgang Wilcke, Professeur Karlsruhe Institut, Rapporteur
- Séverine Le Dizès, Chercheur IRSN, Examinateur
- Yves Thiry, Chercheur Andra, Examinateur
- Jérôme Balesdent, Directeur de recherche INRA, Directeur de thèse
- Taku Tanaka, Chercheur EDF R&D, Encadrant
- Lucie Pastor, Chercheur Ifremer, Invitée
- Chrisitine Hatté, Chercheur CEA, Invitée.

Résumé de l’auteur :
Le radiocarbone (14C) et le tritium (3H) sont libérés dans l'environnement de manière naturelle et par les activités nucléaires. Une partie de ces isotopes est incorporée dans la biosphère et les sols par photosynthèse et biosynthèses microbiennes. Les rejets de 14C et 3H devant perdurer pendant les prochaines décennies, il est primordial de prévoir leur devenir et leur temps de résidence dans les sols. L'objectif de cette thèse est de proposer une prévision quantitative et une modélisation simple du devenir de 14C et 3H dans les matières organiques du sol (MOS). Nous nous sommes intéressés plus particulièrement au carbone profond des sols et à l'hydrogène organique non-échangeable (HNE). L'originalité de ce travail est double: nous faisons l'hypothèse que l'incorporation et le devenir des atomes d'hydrogène non-échangeable (HNE) dans le sol sont couplés à la dynamique du carbone; l'approche choisie est le traçage naturel ou artificiel par les isotopes stables 13C et 2H.
A travers le traçage naturel par le 13C in situ, nous avons quantifié le carbone récemment incorporé par la végétation sur quelques décennies. Les horizons profonds (> 30 cm) contiennent une part importante de ce carbone (typiquement 20 à 30%). Nous avons alors adapté le modèle Roth C à la dynamique du C profond des sols pour prévoir la rémanence des isotopes du carbone. Typiquement, cela nous a permis de prévoir que 10 % du C ou du 14C persisteront pendant plusieurs siècles dans les couches profondes. Afin de coupler la prévision de la dynamique de l'hydrogène à celle du carbone, nous avons conduit des expériences croisées d'incubation de composés marqués en 13C et 2H (molécule organique et/ou eau). Nous avons montré que l’activité microbienne est le moteur de l’incorporation d’hydrogène de l’eau dans les MOS, validant ainsi l'hypothèse de départ. L’analyse 13C et 2H des MOS, des lipides, et de biomarqueurs microbiens nous a permis d'établir la stoechiométrie CH des biotransformations. Ces expérimentations ont permis de proposer un modèle de la dynamique couplée de C et H des MOS à court et moyen terme (décennies). La simulation prévoit l'incorporation et la rémanence de H ou du 3H dans les MOS. Typiquement 3 à 7% du 3H incorporé persisteront dans les MOS après 20 ans.
Les résultats de cette thèse contribuent également à l'amélioration de l'interprétation des abondances naturelles en isotopes stables 13C et 2H. Une méta-analyse des corrélations entre les teneurs en 13C et 14C de sols mondiaux nous a permis de démontrer que l'enrichissement en 13C des matières organiques profondes peut être expliqué en totalité par le rapport 13C/12C de la végétation dont elles sont issues.



Suivi et modélisation des changements d’usage des terres et stocks de carbone dans les sols et les arbres dans le cadre de la REDD+ à Madagascar - Vers des mesures pertinentes localement et cohérentes à large échelle

Thèse de Clovis Grinand, soutenue le 16 décembre 2016 à Montpellier, devant le jury composé de :
- Frédéric Achard, Rapporteur, Directeur de Recherche, JRC
- Richard Escadafal, Rapporteur, Directeur de Recherche, IRD
- Valéry Gond, Examinateur, Chargé de Recherche, CIRAD
- Philippe Lagacherie, Examinateur, Ingénieur de Recherche, INRA
- Tantely Razafimbelo, Examinateur, Professeur, LRI Université d'Antananarivo
- Martial Bernoux, Co-directeur de thèse, Directeur de Recherche, IRD

Et les invités :
Ghislain Vieilledent, Co-directeur de thèse, Chargé de Recherche, CIRAD
Matthieu Tiberghien, Directeur, Etc Terra

Résumé de l’auteur :
Le changement d’usage des terres, lié à l’agriculture et à la foresterie, engendre une perte importante de biodiversité et représente une part importante de nos émissions de gaz à effet de serre à l’origine du changement climatique. Le mécanisme de Réduction des Émissions liées à la Déforestation et à la Dégradation des forêts, conservation, gestion durable et restauration des stocks de carbone (REDD+) initié il y a dix ans peine à se mettre en place du fait de nombreuses contraintes politiques et scientifiques. Malgré l’existence de lignes directrices élaborées par la communauté scientifique internationale, des outils et données sont nécessaires afin de fournir des informations précises, à moindre coût et utilisables à différentes échelles. L’objectif de cette thèse est de développer des méthodologies innovantes pour réduire les incertitudes sur les estimations des émissions et séquestrations de CO2 associées à la déforestation, dégradation et régénération des terres. Madagascar, pays engagé dans la REDD+ depuis huit ans, et soumis à des pertes importantes de biodiversité et de couvert forestier, est pris comme exemple. Trois études complémentaires ont été réalisées : i) le suivi de la déforestation en région tropicale humide et sèche par satellites, ii) l’estimation des stocks de carbone dans les sols et les forêts et iii) la modélisation des changements d’usage de terres. Nous avons développé une nouvelle méthodologie de suivi de la déforestation à Madagascar permettant de tenir compte de la définition des forêts et d'améliorer la prise en compte des petites parcelles de défriche brûlis. Les chiffres de la déforestation ont ainsi été actualisés jusqu’en 2013. Une méthodologie innovante de cartographie des stocks de carbone dans le sol à des résolutions fines et à des échelles régionales a été mise au point en couplant plusieurs facteurs environnementaux et des inventaires de terrain à l’aide d’un modèle d’arbres de « forêts aléatoires » (Random Forests). Ce modèle spatial du carbone a été appliqué sur des images satellites acquises vingt années plus tôt afin d’évaluer la dégradation des stocks de carbone du sol et leur régénération potentielle. Des facteurs de perte et gain de carbone dans le sol ont pu ainsi être estimés. Enfin, une approche de modélisation des changements d’usage des terres a permis de mieux comprendre les facteurs biophysiques et socio-économiques liés à la déforestation, dégradation des terres et régénération, et de proposer des scénarios spatialisés pour aider les décideurs. Les résultats obtenus dans cette thèse et les méthodologies développées permettent d’alimenter les discussions et documents concernant la stratégie REDD+ de Madagascar. Elle contribue plus largement à fournir des informations spatiales justes, précises spatialement et cohérentes à large échelle dans le but d’améliorer la gestion de nos écosystèmes terrestres.

Mots clés : REDD+, Madagascar, déforestation, biomasse, carbone du sol, modélisation spatiale, changement d’échelle, système de suivi

Contact : Clovis Grinand, clovis.grinand@gmail.com


Devenir et biodisponibilité des antibiotiques entrant dans les sols agricoles lors du recyclage des matières fertilisantes d'origine résiduaire

Thèse d’Anaïs Goulas, soutenue le 16 décembre 2016 à Agroparistech, devant le jury composé de :

- M. Pierre BENOIT, INRA, UMR ECOSYS, Directeur de thèse
- Mme Magali CASELLAS, ENSIL Université de Limoges, Rapporteur
- Mme Emmanuelle VULLIET, Institut des Sciences Analytiques, UMR 5280 CNRS, Equipe TRACES, Rapporteur
- Mme Marie-Noëlle PONS, LRGP, Université de Lorraine, Examinateur
- M. Philippe BAVEYE, Agroparistech, UMR ECOSYS, Examinateur
- Mme Claire-Sophie HAUDIN, Agroparistech, UMR ECOSYS, Co-directeur de thèse
- Mme Marie-Christine MOREL, LTHE UMR 5564 Université de Grenoble

Résumé de l’auteure :
Des antibiotiques sont introduits de façon chronique dans les sols lors de l’épandage des matières fertilisantes d’origine résiduaire (MAFOR), telles que le fumier ou les boues de station d’épuration. La dissémination de ces polluants dans l’environnement présente un risque à long terme pour la santé en raison notamment de l’apparition de résistances aux antibiotiques. L’origine et les propriétés des MAFOR peuvent influencer le devenir ultérieur des antibiotiques dans les sols. Ce devenir et les effets des antibiotiques sur les organismes vivants dépendent de leur (bio)disponibilité. Peu de données existent sur la (bio)disponibilité des antibiotiques dans les sols car elles sont conditionnées par le développement de méthodes d’extraction et d’analyse des molécules à de faibles teneurs, dans des matrices organo-minérales complexes. Ce travail de recherche se focalise sur les liens entre nature des MAFOR, devenir et biodisponibilité des antibiotiques dans les sols, et impacts sur les micro-organismes du sol. Des méthodes chimiques ont été développées pour estimer la (bio)disponibilité et le devenir de deux antibiotiques (ciprofloxacine et sulfaméthoxazole) et de certains produits de transformation dans les sols amendés par des MAFOR et incubés au laboratoire. Un modèle a été utilisé pour décrire le devenir du sulfaméthoxazole et de son métabolite principal dans les sols en fonction de l’évolution de la matière organique de la MAFOR ; ceci a permis de montrer que le co-métabolisme pouvait être à l’origine de la biodégradation des molécules et de la formation de résidus non-extractibles. Enfin, ces données chimiques ont été confrontées à des mesures biologiques : la (bio)disponibilité des antibiotiques mesurée à l’aide de différentes extractions aqueuses a été reliée à leur biodégradation par des micro-organismes adaptés dans les sols ou à leur toxicité sur les activités nitrifiantes microbiennes des sols. Ce travail a permis d’obtenir des résultats originaux qui pourront être utiles pour une évaluation des risques liés à la dispersion des antibiotiques dans l’environnement.

Mots clés : antibiotique, sol, devenir, biodisponibilité, extraction chimique, impact.

Contact : Anaïs Goulas, anais.goulas@inra.fr



Évaluation environnementale d'un projet de symbiose industrielle territoriale : application à un projet de gestion territorialisée de résidus organiques valorisés en agriculture dans l'ouest de la Réunion

Thèse de François Dumoulin, soutenue le 7 décembre 2016 à Agropolis International, 1000 Avenue Agropolis, 34000 Montpellier, devant le jury composé de :
- Valérie Laforest, Directrice de recherche, Mines de Saint-Étienne, rapporteur
- Benoît Gabrielle, Professeur, INRA Agro Paris Tech, rapporteur
- Sabine Houot, Directrice de recherche, INRA, examinatrice
- Guillaume Junqua, Enseignant-chercheur HDR, Mines d'Alès, examinateur
- Jean-Marie Paillat, Chercheur HDR, CIRAD, directeur de thèse
- Tom Wassenaar, Chercheur, CIRAD, co-encadrant de thèse
- Cyrielle Borde, Ingénieur, Ademe, invitée
- Fabienne Muller, Ingénieur, Ademe, invitée

Résumé de l’auteur :
L'usage efficient de matières résiduaires devient essentiel lorsque les ressources se raréfient.
Afin de répondre à cette problématique par une approche industrielle, les stratégies à adopter sont plus efficientes lorsqu'elles sont développées à des échelles systémiques, notamment par des symbioses industrielles territoriales (SIT).
Alors que l'évaluation environnementale de produits a fait l'objet d'intenses efforts de développements, la considération concrète de conséquences environnementales de projets de SIT reste très vaguement explorée et l'Analyse du cycle de vie (ACV) est présentée comme une méthode de choix pour l'évaluation environnementale de SIT. L'ACV n'intègre cependant ni le caractère subjectif de l'environnement pour en appréhender la perception des acteurs, ni les changements structurels industriels pluriannuels induits par une SIT et leur effets sur l'environnement dans le temps.
Partant de ces constats, et nous basant sur des recherches en sciences sociales, nous proposons une approche anthropocentrée de conception de l'environnement comme système de relations complexes sujet-objet, et pour lequel nous identifions des éléments clés de représentation de conséquences environnementales. L'identification de ces éléments clés nous a permis de constituer une base logique composée de trois environnements, permettant donc de couvrir la perception de -et donc de considérer conséquences sur- l'environnement du point de vue des acteurs.
Nous présentons une méthode participative qui intègre cette base logique et permet successivement 1) d'identifier les phénomènes environnementaux d'intérêt du projet de SIT, 2) de concevoir des indicateurs afférents au regard des connaissances relatives au territoire dans sa dimension biophysique et des mécanismes biophysiques mis en jeux, 3) d'estimer les conséquences environnementales du projet.
Nous illustrons l'application de ces propositions méthodologiques pour un projet de gestion territorialisée de résidus organiques valorisés en agriculture à la Réunion.
Contact : François Dumoulin,
doctorant, évaluation environnementale, écologie industrielle et territoriale, Unité de recherche Recyclage et risque, CIRAD, francois.dumoulin@gmx.com



Quantification par approche micromorphologique couplée à de l’analyse d’images de l’effet de la mise en culture et de l’apport de matières organiques sur l’intensité et la dynamique des processus de lessivage et de bioturbation à l’échelle pluri décennale

Thèse d’Ophélie Sauzet, soutenue le 18 novembre 2016, à l'Agro Paris Tech, 16 rue Claude Bernard, Paris, devant le jury composé de :
Pascal BOIVIN, Professeur, University of Applied Sciences and Arts of Western Switzerland, Rapporteur
Jérôme POULENARD, Professeur, Université Savoie Mont Blanc, Rapporteur
Philippe BAVEYE, Professeur, Agro Paris Tech, Examinateur
Isabelle COUSIN, Directrice de recherche, INRA, Examinateur
Guénola PERES, Maître de Conférences, AGROCAMPUS OUEST, Examinateur
Yves COQUET, Professeur, Université Orléans, Co-directeur de thèse
David MONTAGNE, Maître de Conférences, Agro Paris Tech, Encadrant de thèse
Résumé de l’auteur :
La capacité du sol à fournir de nombreux services écosystémiques dépend de propriétés qui évoluent en permanence sous l’effet de multiples processus. Or, malgré leur importance, les dynamiques des processus de lessivage et de bioturbation de la fraction < 2 ?m sont peu connues. Nous nous sommes alors fixés pour objectifs de i) développer et valider une méthode de quantification par analyse d’images de l’intensité de ces deux processus, ii) quantifier l’effet d’un à deux siècles de mise en culture et d’une dizaine d’années d’apports répétés de fumier sur leur intensité, et iii) d’en déduire des informations sur leur dynamique. Notre procédure d’analyse d’images repose sur une approche colorimétrique et texturale permettant de prendre en compte les différents niveaux d’organisation des sols. Le volume de sol bioturbé depuis 10 000 à 15 000 ans, est compris entre 65% du volume total à 40 cm de profondeur et 20 à 30% du volume total à 150 cm de profondeur soit une masse de sol déplacée de l’ordre de 6 500 t.ha-1 ou 1 700 t.ha-1 de fraction fine. Le processus d’illuviation est, quant à lui, à l’origine d’un flux de fraction fine de 1 100 t.ha-1. Les processus étudiés se sont montrés sensibles et étonnement réactifs aux forçages anthropiques. Deux cents ans de mise en culture ont eu pour résultats : i) une évolution de la structuration des sols sur au moins un mètre de profondeur, ii) une modification de l’architecture du volume de sol remanié par les vers de terre, et iii) une intensification du processus de lessivage. Une dizaine d’années d’apports répétés de fumier ont à l’inverse été en mesure de tamponner la plupart de ces évolutions. Cette réactivité inattendue des sols représente une opportunité en ce qu’il est possible d’orienter ces évolutions en fonction d’un objectif d’atténuation des effets du changement climatique notamment.



Devenir de litières de parties racinaires et aériennes marquées au 13C dans le sol et les turricules de vers de terre : une approche pluridisciplinaire basée sur une expérimentation en mésocosmes

Thèse d’Alix VIDAL, Doctorante UPMC (UMR Metis), soutenue le 23 septembre à 14h30 à l'UPMC (Paris) en salle de l'UFR TEB (Couloir 46/56, 2ème étage), devant le jury composé de :
Claire Chenu, Professeure, Agro Paris Tech, rapporteur,
Manuel Blouin, Professeur, Agro Sup Dijon, rapporteur,
Luc Abbadie, Professeur, UPMC, examinateur,
Carsten Müller, Maître de conférences, TUM, Allemagne, examinateur,
Francisco Javier Gonzalez Vila, Professeur, RNAS-CSIC, Espagne, examinateur,
Sylvie Derenne, Directrice de recherche, CNRS, Directrice de thèse,
Katell Quénéa, Maître de conférences, UMPC, Co-directrice de thèse.

Résumé de l’auteur : abstractrsum.pdf (33.6kB)
Contact : alix.vidal@upmc.fr


Impacts de la gestion des prairies sur le stockage du carbone et la nature biogéochimique des matières organiques du sol

Thèse d’Alexandra Creme, soutenue le 8 juillet 2016 à l’Agro Paris Tech, devant le jury composé de :
Rapportrice : Joelle Fustec, enseignante chercheure, ESA Angers
Rapporteur : Bernard Nicoladot, professeur, Agro Sup Dijon
Examinatrice : Annette Bertrand, Maître de Conférences, Université de Caen
Examinatrice : Katell Quenéa, Maître de Conférences, UPMC, Paris
Directeur de thèse : Abad Chabbi, Directeur de Recherche, INRA, Lusignan
Directrice de thèse : Cornélia Rumpel, Directrice de Recherche, CNRS, Thiverval-Grignon

Résumé de l’auteur :
La séquestration du C dans les sols réduit les effets du changement climatique, et améliore la qualité du sol. L’introduction des prairies temporaires dans le cycle des cultures pourrait améliorer les matières organiques du sol (SOM). L’objectif de la thèse était d’évaluer l’impact des modes de gestion de prairies temporaires sur la quantité, la composition et les processus de stabilisation des SOM et les émissions de gaz à effet de serre (GHG). Mes résultats montrent un arrière effet de la gestion des prairies temporaires sur les SOM après 3 ans de culture. La durée des prairies influence la quantité et la composition de la biomasse microbienne ainsi que la nature des SOM. La fertilisation en N de la prairie est nécessaire à la séquestration du C dans le sol sans augmenter les émissions de GHG. Pour remplacer la fertilisation en N minérale, des légumineuses peuvent être utilisées. En conséquence, je me suis intéressée à l’effet de la luzerne sur les formes de C, de N et de P dans les sols sous mélanges luzerne-graminées. Mes résultats indiquent une absence d’augmentation du stock de C dans les sols sous mélanges comparés aux monocultures de graminées fertilisées, malgré une plus forte productivité de la luzerne. Les biomarqueurs moléculaires indiquent que l'introduction de la luzerne en prairie influence la dégradation des SOM plus que leur stabilisation. De plus, la luzerne influence fortement les formes du P dans les sols sous mélanges. Ainsi, lors de l'introduction de prairie dans les cycles de culture, il est important d’optimiser les modes de gestion afin de faire le bon compromis entre le stockage du C, les émissions de GHG et l'utilisation d'engrais.

Mots clefs : Prairie temporaire, fertilisation azotée, séquestration du carbone, matière organique du sol, légumineuse.

Contact : alexandracreme@hotmail.fr



Épandage de produits résiduaires organiques et fonctionnement biologique des sols : de la quantification des impacts sur les cycles carbone et azote à l’évaluation multicritère de la pratique à l’échelle de la parcelle
Thèse de Fiona Obriot, soutenue le 14 avril 2016, à Agro Paris Tech, devant le jury composé de :
- Mme. Edith Le Cadre, Enseignant-chercheur, Supagro, Montpellier, Rapporteur
- M. Steven Sleutel, Professeur, Université de Gent, Belgique, Rapporteur
- Mme. Claire Chenu, Professeur, Agro Paris Tech, Versailles-Grignon, Examinatrice
- M. Bernard Nicolardot,Professeur, Agrosup, Dijon, Examinateur
- Mme. Sabine Houot, Directrice de Recherche, INRA, Versailles-Grignon, Directrice de thèse
- Mme. Laure Vieuble-Gonod,Enseignant-chercheur, Agro Paris Tech, Versailles-Grignon Co-encadrement de thèse.

Résumé de l’auteur :
Le recyclage des produits résiduaires organiques (PRO) en agriculture permet de valoriser leur matière organique (MO) et la substitution partielle des engrais notamment azotés. Par l’apport de MO, les PRO impactent les propriétés physiques, chimiques et biologiques des sols avec des répercussions sur différents services écosystémiques rendus par les sols et notamment sur le sol en tant que support de biodiversité, les services de soutien et les services d’approvisionnement tels qu’ils ont été définis dans le Millenium Ecosystem Assessment (MEA, 2005).
Néanmoins, les PRO apportés sur les sols peuvent contenir des contaminants qui pourraient s’accumuler dans les sols. Ils peuvent également impacter la qualité de l’air via la volatilisation de NH3, des émissions de GES ou la qualité des eaux via la lixiviation de nitrates ou de contaminants. Tous ces effets dépendent notamment des caractéristiques des PRO et de leur gestion (doses, fréquences d’apports…).
Les objectifs de ce travail étaient d’évaluer les impacts liés à des apports répétés de PRO d’origines diverses sur les sols en comparaison avec une fertilisation minérale. Pour répondre à ces objectifs, 2 sites expérimentaux de plein champ ont été choisis : le site Quali Agro, initié en 1998, et la plateforme de Colmar, initiée en 2000, du SOERE-PRO (Système d’Observation et d’Expérimentation, sur le long terme, pour la Recherche en Environnement).
Les PRO utilisés dans ces essais étaient : une boue de station d’épuration (BOUE), des co-composts de boue et de déchets verts (DVB), des composts de biodéchets (BIO), un compost d’ordures ménagères résiduelles (OMR), des fumiers de bovins (FUM) et un compost de fumier de bovins (FUMC).
Des incubations de mélanges sol + PRO en conditions de laboratoire ont permis d’étudier les effets à court terme sur la microflore du sol et la disponibilité du N. Les émissions potentielles de N2O ainsi que la volatilisation du NH3 ont aussi été mesurées. Dans les essais au champ, ont été mesurés les effets d’apports répétés des PRO sur les stocks de C, la microflore totale du sol et des microorganismes impliqués dans le cycle du N, la disponibilité du N, les rendements des cultures.
Les effets observés dépendent de la qualité de la MO des PRO. Ceux dont la MO est la plus stable (DVB, BIO) génèrent les stockages de C les plus importants, suivis par les FUM et FUMC puis le compost OMR et la BOUE. Les indicateurs biologiques globaux (biomasse microbienne) augmentent avec la teneur en C des sols. Les PRO les plus biodégradables (BOUE et OMR) provoquent des pics fugaces de développements microbiens. La BOUE est le PRO permettant une forte substitution d’engrais atteignant 83 % à Colmar. Le compost DVB, par sa forte teneur en N minéral, permet également la substitution de 58 % du N. Cette substitution s’élève à 70 % à Quali Agro après 8 épandages. La valeur fertilisante des PRO est diminuée par la volatilisation du NH3 qui peut atteindre 13 % du N total apporté avec la BOUE. Les facteurs d’émission de N2O qui dépendent du niveau de biodégradabilité du C des PRO, sont inférieurs à 1 % du N apporté pour tous les PRO et l’engrais sauf la BOUE (1,9%).
Le bilan C au champ (stockage C vs émissions de GES) est très favorable pour les PRO principalement en raison du stockage du C et de la substitution des engrais. La prise en compte des émissions au cours du compostage en amont impacte fortement les bilans qui restent plus favorables pour les PRO (FUM et BIO surtout) par rapport aux engrais.
L’ensemble des résultats du site Quali Agro ont été utilisés pour développer 6 indices de qualité des sols (biodiversité, activités biologique, physique du sol, fertilité, état sanitaire total et accessible du sol) et 1 indice de qualité des cultures via une approche multicritères. Ces indices permettent de comparer les effets multiples des PRO. Le compost BIO est le PRO dont les indices donnent les résultats les plus favorables.

Contact : Sabine Houot
INRA, UMR ECOSYS
Ecologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes, 78850 Thiverval Grignon
Sabine Houot
ecosys


Optimisation de l'insertion des Produits Résiduaires Organiques dans les systèmes de cultures d'un territoire francilien : évolution des stocks de carbone organique et substitution des engrais minéraux

Thèse de Paul-Emile Noirot-Cosson, soutenue le 16 février 2016 à Agro Paris Tech, 16 rue Claude Bernard, devant le jury composé de :

M. Denis ANGERS, Chercheur, Agriculture et Agroalimentaire Canada (Québec), Rapporteur
M. Gilles BILLEN, Directeur de Recherche, METIS, UPMC CNRS, Rapporteur
M. Eric JUSTES, Ingénieur de Recherche, AGIR, INRA, Examinateur
Mme Maria ALBUQUERQUE, Chef de Projet, Véolia Environnement R&I, Examinateur
M. Benoît GABRIELLE, Professeur, ECOSYS, Agro Paris Tech, Examinateur
Mme. Claire CHENU, Professeur, ECOSYS, Agro Paris Tech, Examinateur
Mme Sabine HOUOT, Directrice de Recherche, ECOSYS, INRA, Directrice de Thèse
Mme Emmanuelle VAUDOUR, Maître de Conférences, ECOSYS, Agro Paris Tech, Encadrante Principale.

Résumé :
L’utilisation des Produits Résiduaires Organiques (PRO) par l’agriculture peut permettre de substituer une partie des engrais minéraux et augmenter les niveaux de matière organique des sols. Elle peut également générer des pollutions azotées via la lixiviation de nitrate ou des émissions gazeuses. Mieux connaitre le devenir du carbone (C) et de l’azote (N) après applications de PRO sur les sols agricoles contribue à améliorer les bénéfices de cette pratique et à en limiter les impacts environnementaux.
Cette thèse a pour objectif: (i) de prédire les dynamiques du C et du N en cas d’applications de PRO sur les sols agricoles, (ii) d’étudier les effets de scénarios d’apports de PRO sur les stocks de carbone dans les sols, la substitution des engrais azotés et les pollutions azotées dans le contexte du territoire de la Plaine de Versailles, en prenant en compte la diversité des sols, de leurs teneurs en C et des successions culturales, (iii) d’améliorer ces bénéfices à l’échelon du territoire via une distribution optimale des PRO.
Le modèle CERES-EGC a été utilisé pour simuler les effets de 13 ans d’apports de PRO sur les dynamiques de C et de N dans le système sol-plante-atmosphère de l’expérimentation Quali Agro, située au cœur du territoire d’étude. Le sous-modèle NCSOIL a été paramétré à partir de cinétiques de minéralisation de C et N mesurées en conditions contrôlées de laboratoire. Le transfert de ces paramètres dans CERES-EGC a permis de simuler correctement les évolution des stocks de carbone dans les sols, les rendements et les prélèvements de N par les cultures ainsi que l’évolution des stocks de N minéral dans les sols.
Les dynamiques de minéralisation de C et N des 18 PRO disponibles sur le territoire ont été déterminées. NCSOIL a été paramétré à partir des caractéristiques analytiques et des résultats de fractions biochimiques des PRO. Les types de sol du territoire n’ont pas impacté significativement le paramétrage. Les PRO ont été classés selon 4 types : (1) composts stables, (2) composts moins matures restant plus réactifs et les fumiers stables, (3) des fumiers très réactifs correspondant à des fumiers de chevaux, (4) des PRO très réactifs tels que des boues et des fientes pouvant plutôt être utilisés comme fertilisants.
De nombreux scénarios d’apport de PRO, contraints par les flux de phosphore et de N apportés, ont été simulés sur 20 ans dans tous les contextes de sols, successions culturales et teneurs en C organique des sols du territoire. Le type de sol a impacté le plus le stockage de C et les lixiviations de nitrates tandis que les successions culturales étaient prépondérantes sur la substitution des engrais. Des composts ont permis de stocker 1,1 t C ha-1 an-1 allant jusqu’à 63% du C apporté. Des substitutions de 74 kg N ha-1 an-1 ont été atteintes avec une boue mais aussi un compost en prenant en compte la substitution des engrais liée aux augmentations de matière organique dans les sols. Les efficacités de substitution des engrais par les PRO ont pu atteindre plus de 90%, ceci étant lié aux arrières-effets sur le stockage de matière organique dans les sols et dépendants des hypothèses de calcul de la substitution des engrais azotés.
Un modèle d’optimisation a été développé pour sélectionner les scenarios d’apports de PRO pour chaque ilot du territoire (sol x succession de culture x teneur en C organique initiale x surface) tenant compte de la disponibilité des PRO et avec pour objectif de maximiser le stockage de carbone ou les substitutions en engrais azotés ou de minimiser la lixiviation de nitrates au niveau du territoire. En apportant préférentiellement les PRO les plus stables sur les sols à fort potentiel de stockage de C (fortes teneurs en argile et calcaire), jusqu’à 0,47 t C an-1 ha-1 pourrait être stocké. En appliquant préférentiellement les PRO fertilisants sur les successions à maïs, jusqu’à 53 kg N an-1 ha-1 de N de synthèse pourrait être économisé.

Paul-Emile NOIROT-COSSON
INRA, UMR ECOSYS
Ecologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes
78850 Thiverval Grignon
01 30 81 52 74

Source : liste de diffusion [sols-afes] le 10 février 2016



Fonctionnement des sols contaminés : Etude de la décomposition de la litière de feuilles sur des sols de friches industrielles

Thèse de Pierre Lucisine, soutenue le jeudi 3 décembre 2015 sur le site du Campus Bridoux à Metz, devant le jury composé de :

Pr Elisabeth M. Gross - Professeur, Université de Lorraine - Directrice de thèse
Dr Florence Maunoury-Danger - Maître de conférences, Université de Lorraine - Co-encadrante
Dr Antoine Lecerf - Maître de conférences, Université Toulouse III - Co-encadrant
Dr Sébastien Barot - Directeur de recherche, IEES, UPMC - Rapporteur
Pr Francis Douay - Professeur, LGCgE, ISA de Lille - Rapporteur
Dr Mickael Hedde - Chargé de recherche, INRA Versaille Grignon - Examinateur
Dr Hélène Roussel - Chef de projet, ADEME - Invitée

Résumé de l’auteur :
Les sols des friches industrielles sont souvent multi-pollués et représentent des surfaces toujours plus importantes présentant de forts enjeux sociaux-économiques. Leur réhabilitation passe par une bonne compréhension du fonctionnement écologique des sols, qui, en plus d’être pollués, présentent des structures et des teneurs en nutriments souvent inhabituelles. Malgré cela, une recolonisation par la faune, la flore et les microorganismes est généralement observée. La capacité de ces nouvelles communautés à restaurer et maintenir les fonctions clés des sols reste à évaluer, et cela semble indissociable de la mesure d’une ou plusieurs fonctions écosystémiques. La décomposition de la litière est un processus écosystémique clef permettant la réalisation des cycles biogéochimiques du carbone et des nutriments. Les processus de la décomposition dépendent à la fois de ses acteurs (faune et microorganismes) et de la qualité de la litière végétale. De ce fait, la réponse de cette fonction écosystémique à la pollution du sol intègre les effets de cette pollution sur les communautés de plantes, d’animaux, et de microorganismes, ce qui en fait un indicateur potentiellement pertinent pour évaluer les effets de la pollution sur le fonctionnement des écosystèmes du sol.
L’objectif central de cette thèse a donc été d’étudier le fonctionnement des friches industrielles en se focalisant sur les effets délétères de la pollution des sols sur la décomposition de la litière de feuilles. L’hypothèse centrale découlant de cet objectif a été que la pollution des sols pouvait impacter la décomposition par deux voies d’action. (1) La première voie, directe, est constituée de l’ensemble des effets délétères que pourraient provoquer les polluants sur les acteurs de la décomposition dont dépend la bonne réalisation de cette fonction. (2) Concernant la deuxième voie d’action, nous avons supposé que la pollution, en entraînant des modifications de la physiologie des plantes, pouvait modifier les paramètres physico-chimiques de la litière et ainsi impacter de façon indirecte la décomposition des litières.
Nos résultats ont permis de montrer l’absence de l’effet direct pour huit friches industrielles fortement polluées, et ce malgré des perturbations des communautés d’acteurs, avec notamment une augmentation de l’abondance des détritivores et une modification de la colonisation microbienne des litières sur les sites pollués. Ces résultats plaident en faveur d’une redondance fonctionnelle suffisante au sein de ces communautés, permettant de maintenir le processus de décomposition. Nous avons également montré un effet indirect positif de la pollution sur la décomposition. Cet effet résulte de l’amélioration systématique de la qualité de la litière, entraînant dans certains cas une augmentation de l’activité des acteurs de la décomposition. Par ailleurs, nous avons également montré une accumulation des polluants dans ces mêmes litières, en particulier le Zn et le Cd, polluants pouvant potentiellement produire des effets délétères sur les acteurs de la décomposition. Toutefois, la présence de ces ETM n’a pas semblé influencer la consommation des litières par certains acteurs de la décomposition de la litière. Cependant, ce résultat reste à valider in situ en présence de l’ensemble des communautés de détritivores. De nombreuses perspectives s’ouvrent à la suite de ces travaux. Parmi elles, il reste notamment à déterminer 1) quels sont les mécanismes (physiologiques) qui entrainent une augmentation de la qualité des litières produites sur les sols contaminés ? 2) comment des communautés différentes permettent d’assurer des taux de décomposition similaires ? et 3) quels sont les impacts de la consommation des litières provenant des sites contaminés sur le fonctionnement et la physiologie des détritivores ?

Mots-clés :
Ecophysiologie, écotoxicité, décomposition, éléments traces métalliques, fonctionnement du sol, bio-indicateurs fonctionnels.

Pierre LUCISINE, doctorant fonctionnement des sols contaminés (Page personnelle)
Laboratoire Interdisciplinaire des Environnements Continentaux (LIEC site Bridoux) (Site internet)
université de lorraine, CNRS UMR 7360
Campus Bridoux, Rue du Général Delestraint, 57070 Metz
Tél. : 03 87 37 84 21
Source : liste de l’AFES le 18 novembre 2015.

Influence des plantes, des vers de terre et de la matière organique sur la structure de Technosols construits

Thèse de Maha Deeb-Collet, soutenue le 2 décembre 2015, à l’Université Paris Est Créteil, devant le jury composé de :
Pascal Boivin, Professeur à l’University of Applied Sciences and Arts Western Switzerland, Genève (rapporteur),
Patrice Cannavo, Professeur à Agro-Campus Ouest, Angers (rapporteur),
Lauric Cecillon, Chargé de Recherche à l’IRSTEA de Grenoble (examinateur),
Yvan Capowiez, Chargé de Recherche à l’INRA d’Avignon (examinateur),
Manuel Blouin, Maître de Conférences à l’UPEC, Créteil (directeur de thèse),
Michel Grimaldi, Directeur de Recherche à l’IRD de Bondy (co-directeur de thèse).

Résumé de l’auteur :
Pour répondre à la demande sociétale et aux contraintes environnementales, la création de Technosols à partir de déchets organiques et minéraux est une alternative à l’importation de sols agricoles fertiles au profit des espaces urbanisés. Si le rôle de la matière organique (MO) et des organismes est reconnu sur la fertilité des sols naturels, il reste peu connu en ce qui concerne les Technosols. Ce travail de thèse s’intéresse en particulier à l’influence du taux de MO et des interactions avec les vers de terre et les plantes sur les propriétés physiques et hydriques des Technosols construits.

Les matériaux utilisés pour construire nos Technosols sont le compost de déchets verts et des remblais d’horizons profonds excavés. Dans une première expérience, nous avons testé l’influence du taux de MO sur les propriétés hydrostructurales des Technosols, en réalisant 6 mélanges contenant des proportions volumiques croissantes de compost (de 0 à 50 %). Les courbes de retrait et de rétention montrent que les propriétés hydrostructurales des Technosols sont similaires à celles de sols naturels et proches de celles de sols argileux, alors que nos Technosols n’en contiennent qu’une très faible quantité (2 %). L’augmentation de la quantité de matière organique s’accompagne d’effets positifs sur la micro et la macro porosité, ainsi que sur l’eau disponible pour les plantes.
Dans un deuxième temps, ces différents mélanges ont été incubés en chambre de culture avec ou sans vers de terre (Aporrectodea caliginosa) et avec ou sans plantes (Lolium perenne). Après 5 mois d’expérience, nous avons mesuré les propriétés hydrostructurales, l’agrégation, et la distribution du carbone dans chaque fraction. La présence de plantes et/ou vers explique 19 % de la variance des propriétés hydrostructurales du sol, et la dose de compost influe à 14 %. L‘interaction entre organismes et compost explique davantage la variance (40 %) que les effets de ces facteurs isolés. Le compost et les plantes jouent un rôle positif sur l’eau disponible en agissant à la fois sur la macroporosité et sur la microporosité, alors que les vers jouent un rôle positif uniquement sur cette dernière. Par ailleurs, la proportion d’agrégats > 3 mm est plus importante dans les traitements sans organisme (témoin) et avec des vers de terre, tandis que la proportion d’agrégats < 3 mm est plus importante en présence de plantes, indépendamment de la présence de vers de terre. Les organismes ont un effet plus fort sur la stabilité structurale (77 %) que le compost (4 %). Tous ont un effet positif sur la quantité de Corg dans les différentes fractions d’agrégats.
Enfin, la minéralisation du Corg augmente en présence de vers ou de compost, mais diminue en présence de plantes.
Nos résultats démontrent l’intérêt de valoriser des matériaux urbains tels que les horizons profonds excavés et le compost de déchets verts pour construire des Technosols. Une synthèse des résultats nous permet de conseiller une teneur volumique en compost comprise entre 20 et 30 % pour obtenir des propriétés structurales intéressantes, sans trop alourdir le coût induit par le compost et maximiser les volumes d’horizons excavés ainsi utilisés. Constatant l’effet positif des vers de terre, des plantes et des interactions plantes - vers de terre sur la porosité, la stabilité structurale et le stockage de carbone, il semble opportun de favoriser la présence des organismes.

Mots-clés : Technosol, plante, ver de terre, matière organique, structure du sol, courbe de retrait, courbe de rétention, stabilité structurale

Maha Deeb-Collet
maha.deeb@ird.fr
IEES - IRD - BONDY
Source : liste de l’AFES le 24 novembre 2015.


Déterminisme hydro-climatique de la composition et du transfert des matières organiques dissoutes dans un bassin versant agricole

Thèse de Guillaume Humbert soutenue le jeudi 26 novembre 2015 sur le site d'Agrocampus Ouest (Rennes) devant le jury composé de :

Wolfgang LUDWIG, Professeur, Université de Perpignan VD, Rapporteur
Stéphane MOUNIER, Maître de Conférence, Université de Toulon, Rapporteur
Philippe AMIOTTE-SUCHET, Maître de Conférence, Université de Bourgogne, Examinateur
Gérard GRUAU, Directeur de Recherche, CNRS Rennes, Examinateur
Patrick DURAND, Directeur de Recherche, INRA Rennes, Directeur de thèse
Anne JAFFREZIC, Maître de Conférence, Agrocampus Ouest, Encadrante de thèse

Résumé de l’auteur :
Le transfert des matières organiques dissoutes (MOD) des sols à la rivière est une étape du cycle du carbone indispensable à appréhender pour comprendre la réponse des écosystèmes aux changements climatiques. Dans les bassins versants sur socle, le rôle que joue la nappe superficielle sur ce transfert, bien que reconnu, est rarement considéré. Cette thèse a pour objectif de caractériser les variabilités temporelles et spatiales de la quantité et de la qualité des MOD des sols hydromorphes et des rivières et d’en identifier les facteurs de contrôle. Le bassin versant expérimental de 5 km² de Kervidy-Naizin (Morbihan, Observatoire de Recherche en Environnement Agr Hys) bénéficie de 13 années de suivi journalier des concentrations en MOD dans la rivière et de mesures hautes fréquences des paramètres hydro-climatiques (débit, niveaux piézométriques, précipitations, températures). Un suivi bimensuel de la quantité et de la qualité des MOD de sols hydromorphes soumis à différents usages (culture, prairie, bois) et de rivières a été réalisé sur 2 cycles hydrologiques contrastés.
L’exploitation des données long-terme a permis de proposer un schéma complet et cohérent des processus hydrologiques contrôlant les exports de MOD, leur relais dans le temps (par définition de saisons hydrologiques à partir de la dynamique de la nappe) et leur importance relative variable suivant le contexte climatique de l’année. L’exportation hivernale des MOD produites dans les sols pendant l’été contrôle la diminution intra-annuelle des concentrations des eaux de rivière. L’effet compensatoire de ces mécanismes de production et d’exportation explique la relative stabilité des concentrations moyennes annuelles de la rivière.
L’organisation spatiale des dynamiques temporelles de la quantité et de la qualité des MOD des sols suggère un contrôle des différences rapportées par l’hydrologie, la pédologie et la topographie. Les MOD faiblement aromatiques des horizons organo-minéraux sont préférentiellement exportées depuis les sols situés dans les pentes de versant. Les MOD exportées depuis les horizons minéraux sont partiellement compensées par les apports de MOD provenant des sols situés en amont. L’instauration de conditions réductrices dans les sols de bas de versant, produit des MOD aromatiques uniquement exportées en crue.
La caractérisation des MOD par spectroscopie de fluorescence 3D, couplée à la modélisation PARAFAC (parallel factor analysis) des matrices d’excitation-émission générées, a permis de caractériser les MOD de différentes origines et d’expliquer les variations temporelles de composition des MOD du ruisseau par les dynamiques de nappe. Les sols cultivés se différencient par leurs MOD faiblement aromatiques dérivant davantage de l’activité microbienne que de matériels végétaux. D’abord similaires aux MOD des sols de sous-bois, les MOD exportées à l’exutoire après remontée de la nappe dans les sols de versants deviennent similaires aux MOD des sols cultivés et de prairie. Des MOD riches en composés protéiques, caractéristiques des lisiers porcins sont exportées ponctuellement au printemps, lors de crues suivant l’épandage d’effluents d’élevage sur les sols du bassin.
La question du devenir de ces MOD de différentes compositions et exportées à différents moments de l’année est soulevée.

Guillaume Humbert, Ph D student
UMR 1069 SAS
INRA - Agrocampus Ouest
65 rue de St Brieuc, 35042 Rennes Cedex
Tél. : 02 23 48 54 26
Source : liste Resmo de l'INRA le 23 novembre 2015.


Influence des propriétés des substrats organiques sur la composante microbienne dans la rhizosphère du concombre (Cucumis sativus) et conséquences sur le biocontrôle de Fusarium oxysporum f.sp. radicis-cucumerinum
Thèse de Virginie Montagne, soutenue le 25 Novembre 2015 à 13H30 - à Agrocampus Ouest Centre d'Angers, devant le jury composé de :
Christian STEINBERG, Directeur de recherche, INRA Dijon, rapporteur
Emile BENIZRI, Professeur, Université Lorraine, rapporteur
Christian WALTER, Professeur, Agrocampus Ouest Rennes, examinateur
Sylvain CHARPENTIER, Professeur, Agrocampus Ouest Angers, directeur de thèse
Thierry LEBEAU, Professeur, LPG Nantes, co-directeur de thèse
Patrice CANNAVO, Professeur, Agrocampus Ouest Angers, membre invité
Hervé CAPIAUX, Maître de conférences, IUT La Roche sur Yon, membre invité
Claire GROSBELLET, Ingénieur R&D, Entreprise FLORENTAISE, membre invité

Résumé de l’auteur :
Cette thèse avait pour objectif d’étudier le rôle de substrats organiques (fibre de bois, fibre de coco et tourbe) utilisés comme support de culture en système hors-sol, dans la protection microbiologique d’une culture de concombre (Cucumis sativus) contre un pathogène tellurique (Fusarium oxysporum f.sp. radicis-cucumerinum). Un premier travail a consisté à caractériser la composition biochimique de ces substrats et le développement microbien spontané en conditions contrôlées. Deux bio-essais ont ensuite été mis en place en serre, en condition de production.
Les trois types de substrats ont une composition biochimique et un potentiel de développement microbien différents. L’existence supposée de deux compartiments, facilement et plus lentement biodégradable, dont les concentrations dépendent du type de substrat, semble expliquer les dynamiques microbiennes particulières. La structure des communautés microbiennes leur est très spécifique et est répétable d’une année à l’autre avec des lots de fabrication différents. Les champignons cellulolytiques dominent dans les substrats. Les fibres de bois hébergent surtout des Pseudomonas spp. Les effets de protection, observés lors des bio-essais, dépendent non seulement de la nature du substrat, mais aussi des conditions climatiques qui influencent l’état de santé des plantes. Les fibres de bois et de coco sont de bons substituts à la tourbe et présentent un potentiel pour la protection des cultures. La tyndallisation préalable des substrats a montré que ce sont les populations indigènes se développant en cours de culture qui étaient probablement les plus impliquées dans la protection. Une bio-augmentation des substrats avec une souche de F. oxysporum non pathogène ou de Trichoderma atroviridae n’a pas conduit à une augmentation significative de la suppressivité.
montagne.v@live.fr

Persistance à long terme des matières organiques dans les sols : caractérisation chimique et contrôle minéralogique
Thèse de doctorat en sciences du sol et de l'environnement de Suzanne Lutfalla, réalisée sous la direction de Dr. Pierre Barré et Pr. Claire Chenu à Agro Paris Tech et à l'ENS au sein de diverses structures : Bioemco, IEES, EGC, Ecosys, Laboratoire de Géologie de l'ENS, soutenue le jeudi 19 novembre à 14 heures à Agro Paris Tech, 16 rue Claude Bernard, 75005, Paris, devant le jury composé de :
M. Markus KLEBER, Associate professor OSU, ZALF, rapporteur
M. Daniel RASSE, Chercheur Bioforsk, rapporteur
Mme Delphine DERRIEN, Chercheuse INRA, examinatrice
M. Philippe BAVEYE, professeur Agro Paris Tech, examinateur
Mme Claire CHENU, professeure Agro Paris Tech, directrice de thèse
M. Pierre BARRE, Chercheur CNRS, directeur de thèse

Résumé de l’auteur :
Les sols stockent trois fois plus de carbone que l'atmosphère sous la forme d'un mélange de molécules, la matière organique des sols (MOS). Certaines de ces molécules sont présentes dans le sol depuis des centaines voire des milliers d'années. Trois mécanismes de protection sont utilisés pour expliquer cette persistance à long terme des matières organiques dans les sols : (i) la récalcitrance chimique, (ii) la protection physique dans les agrégats et (iii) la protection physicochimique par adsorption sur les surfaces minérales. Le but de ce projet de thèse est d’améliorer la compréhension de ces processus de protection et de leur importance relative. Mon projet de thèse utilise des échantillons permettant l'accès au carbone persistant : les jachères nues de longue durée (5 sites en Europe). Il s'agit de parcelles maintenues vierges de toute végétation dans lesquelles, au fur et à mesure de la biodégradation, la quantité totale de carbone diminue, entraînant un enrichissement relatif en carbone persistant.
La première étude expérimentale de ce travail de thèse vise à tester l'efficacité des méthodes d'oxydation chimique. Les deux réactifs les plus couramment utilisés - l'hypochlorite de sodium Na O Cl et le peroxyde d'hydrogène H2O2 - ont été testés sur des échantillons de la plus longue jachère nue (Versailles). Il est conclu que les méthodes d'oxydation chimique n'arrivent pas à isoler efficacement un réservoir de carbone persistant à l'échelle du siècle. En termes de mécanismes de persistance, les résultats obtenus montrent que la récalcitrance chimique n'est pas le principal mécanisme de protection. En effet, sur la durée de la jachère nue, la composition chimique de la MOS, caractérisée par spectroscopie NEXAFS, ne présente que peu de changements. Un enrichissement en composés présentant des groupements acides carboxyliques est détecté pour tous les sites testés. Une étude poussée de la persistance spécifique du carbone pyrogénique des sols a aussi été réalisée, ces composés sont actuellement considérés cinq fois plus persistants que le carbone total. Les résultats montrent que le carbone pyrogénique est moins persistant que prévu. En effet, le temps de résidence moyen du carbone pyrogénique obtenu par la méthode BPCA (116 ans) est seulement 1,6 fois supérieur à celui de la MOS (73 ans). L'étude du contrôle minéralogique de la persistance des MOS montre que les argiles contenant du potassium (illite) protègent moins de carbone que les argiles smectitiques. Le rapport C/N décroit avec le temps dans toutes les fractions argiles, ce qui prouve que les composés riches en azote sont préférentiellement préservés. Enfin, la présence de microagrégats dans la fraction grossière des argiles implique la coexistence de deux mécanismes de protection : la protection physique et la protection par adsorption sur les minéraux.

Cette thèse contient des résultats significatifs et ouvre de nombreuses perspectives. En particulier, les résultats sur la persistance relativement courte du carbone pyrogénique sont pionniers. En termes de perspectives, des efforts de recherche devront être menés pour confirmer les premiers résultats sur l'influence de la minéralogie des phyllosilicates sur la protection du carbone des sols.

Mots clés : matière organique du sol ; mécanismes de protection ; argiles ; carbone pyrogénique ; NEXAFS ; cycle du carbone.


L'influence de l'hétérogénéité physique des microenvironnements du sol sur les transformations microbiennes du carbone : Exploration à l'aide d'un modèle de Boltzmann sur réseau
Thèse de Laure Vogel, soutenue le 10 novembre 2015 à UMR Ecosys, INRA-Agro-Paris-Tech, Paris, devant le jury composé de :
- M. Jean-Raynald de DREUZY, rapporteur
- M. Steven SLEUTEL, rapporteur
- M. Philippe BAVEYE, examinateur
- M. Sébastien FONTAINE, examinateur
- M. Bertrand GUENET, examinateur
- Mme Patricia GARNIER, directrice de thèse
- Mme Valérie POT, directrice de thèse

Résumé de l’auteur :
L’activité des microorganismes hétérotrophes du sol contrôle la vitesse de décomposition de la matière organique du sol (MOS) et pourrait donc être déterminante dans la régulation du climat. La forte hétérogénéité des conditions abiotiques dans les microenvironnements du sol est supposée influencer cette activité, en régulant notamment l’accessibilité des nutriments aux décomposeurs via des processus de transport (diffusion, convection) et de rétention (adsorption). L’échelle des micro-habitats – celle des pores du sol – apparait donc comme une échelle d’étude pertinente des processus de biodégradation dans le sol, mais reste cependant inhabituelle à cause de difficultés expérimentales qui lui sont associées.
Un modèle spatialisé a été construit pour explorer les effets des propriétés de structure des microenvironnements sur la cinétique de biodégradation de substrats carbonés par des microorganismes – représentées ici par des bactéries immobiles. Il résulte du couplage entre un modèle de Boltzmann sur réseau (TRT-LBM [Ginzburg, 2005]) et un modèle biogéochimique de carbone. Il calcule des processus de transport – diffusion – et de biodégradation à l’échelle des pores, dans des milieux hétérogènes dont certaines propriétés structurales sont explicitement décrites, telles que l’architecture de la porosité (implémentée sous la forme d’images discrètes), la distribution de l’eau à saturation partielle et l’arrangement spatial des substrats et des décomposeurs. L’influence de ces différents facteurs a été évaluée en analysant la variabilité de la cinétique de biodégradation pour une gamme de scénarios décrivant des conditions abiotiques contrastées. Cette source de variabilité a pu être comparée aux incertitudes relevant de la description du métabolisme microbien. Enfin, des expérimentations manipulant la structure de milieux hétérogènes ont été réalisées pour confronter tendances simulées et observées.
Source : liste de l’AFES le 6 octobre 2015.

Les interactions entre l'arsenic, le fer et la matière organique en milieu anoxique
Thèse de Charlotte Catrouillet, soutenue le 9 octobre 2015 à l'Université de Rennes 1, devant le jury composé de :
- Marc Benedetti, professeur, Université de Paris Diderot (rapporteur)
- Jose-Paulo Pinheiro, professeur, Université de Lorraine (rapporteur)
- Christian Mikutta, maitre de conférences, ETH Zürich (examinateur)
- Gérard Gruau, directeur de recherche, CNRS-Université de Rennes 1 (invité)
- Mélanie Davranche, maitre de conférences, Uni-versité de Rennes 1 (directrice de thèse)
- Aline Dia, directrice de recherche, CNRS-Université de Rennes 1, (directrice de thèse)

Résumé de l’auteur :
L'arsenic (As) est un élément toxique présent naturellement dans l'environnement. Parfois en fortes concentrations dans les eaux souterraines, utilisées comme eaux de boisson, il est responsable d'une des plus grandes mortalités au monde. Il est donc important de mieux comprendre les interactions de l'As avec l'environnement et son mode de transfert jusqu'aux aquifères. Cette thèse a pour objectif de comprendre les mécanismes de complexation direct et indirect de l'As(III) par la matière organique (MO) en milieu anoxique, notamment via les groupements thiols de la MO et sous forme de complexes ternaires faisant intervenir le Fe ionique.
La première partie de ce travail a été consacrée à la complexation de l'As(III) par les groupements thiols de la MO. Des expériences de complexation d'As(III) par un acide humique (AH) naturel greffé ou non en sites thiols ont été réalisées. L'As(III) se complexe à la MO directement mais les concentrations complexées sont faibles et dépendantes de la densité en site thiol. La modélisation à l'aide de PHREEQC-Model VI modifié afin de tenir compte des sites thiols de la MO, a mis en évidence que l'As était complexé à la MO sous forme de complexes monodentates. Il existe, cependant, un autre mécanisme qui propose une complexation indirecte via la formation d'un pont cationique. Nous nous sommes intéressés ici, en conditions anoxiques, à la possibilité que ce pont soit un pont de Fe(II). Il n'existe cependant que très peu d'information sur la complexation du Fe(II) par la MO. Des expériences de complexation du Fe(II) par des substances humiques (SH) ont donc été réalisées. Les résultats expérimentaux ont montré que le Fe(II) est faiblement complexé aux SH lorsque le pH était acide et les groupeme