Dissertations / Theses on the topic 'Biomasse végétale – Sols – Méthodologie'

Les activités des anciennes industries métallurgiques spécialisées dans la production et la transformation de plomb, de zinc ou d’autres métaux ont engendré une pollution métallique importante des sols selon la localisation de ces derniers. Des études actuelles proposent ainsi des solutions de requalification de ces sols via des processus de phytoremédiation afin de valoriser au maximum les plantes cultivées sur ces sols contaminés. Ce projet de thèse a ainsi été réalisé dans le but de valoriser des écocatalyseurs hétérogènes régénérables. Ces derniers sont obtenus à partir des plantes cultivées sur des sols contaminés dans la synthèse organique pour la production de composés à haute valeur ajoutée. Les sols contaminés utilisés dans ce projet proviennent de la région Hauts-de-France (Auby et Noyelles-Godault). Dans cette optique, quatre types de réactions ont été testés pour valider l’efficacité et la recyclabilité des écocatalyseurs : La réaction d’aminolyse, La réaction de Friedel-Crafts, La transformation d’aza-Michael, et enfin La réaction de transestérificationDes écocatalyseurs riches en zinc (EcoZn), obtenus à partir de la biomasse végétale de ray-grass (Lolium perenne L.), ont été caractérisés par des méthodes physico-chimiques puis validités leurs critères d’efficacité et de recyclabilité. Ceux-ci ont ainsi permis de synthétiser plusieurs séries de composés à activité anti-inflammatoires connus (piroxicam, méloxicam, idrocilamide) et de nouveaux, des inhibiteurs de la farnésyltransférase (à visée anticancéreuse ou pour combattre des maladies orphelines telles que la progéria) ou encore de découvrir un nouvel accepteur d’aza-Michael
The activities of the former metallurgy industries specialized in the production and processing of lead, zinc or other metals have resulted in significant metallic pollution of soils depending on their location. Current studies propose solutions for the requalification of these soils through the phytoremediation processes in order to maximize the value of plants grown on these contaminated soils. This PhD thesis project was thus realized with the aim of valorizing regenerative heterogeneous ecocatalysts. The latter were obtained from the plants cultivated on contaminated soils in organic synthesis for the production of high value added molecules. The contaminated soils used in this project came from the Hauts-de-France region (Auby and Noyelles-Godault). In this light, four types of reactions have been tested to validate the efficiency and recyclability of ecocatalysts: The aminolysis reaction The Friedel-Crafts reaction The aza-Michael transformation The transesterification reactionThe zinc-rich ecocatalysts (EcoZn), obtained from the plant biomass of ryegrass (Lolium perenne L.), were characterized by physicochemical methods and validated their efficiency and recyclability criteria. The latter were successfully used to reach various series of compounds with anti-inflammatory activity known (piroxicam, meloxicam, idrocilamide) and new, inhibitors of farnesyltransferase (for anticancer purpose or to fight orphan diseases such as progeria) or to discover a new aza-Michael acceptor

Cette thèse a pour premier objectif d'intégrer le changement de l'usage des sols et des pratiques en relation avec le développement des biocarburants de seconde génération (2nde G) dans l'analyse économique à travers les effets privés (conséquences pour les producteurs) et les effets externes (pollutions). L'effort est porté sur les impacts de ce changement sur l'environnement en privilégiant les effets de la consommation d'intrants azotés sur les émissions de polluants (N2O, NH3 et NO3). Le deuxième objectif est de pouvoir évaluer le potentiel de développement de la filière éthanol de 2nde G. L'analyse économique proposée ici privilégie la dimension spatiale à un niveau aussi fin que le permettront les outils de modélisation économique et les données disponibles. En effet, les résultats d'offre en ressources de biomasse fournis par le modèle AROPAj sont par la suite confrontés aux différentes demandes de bioénergie à l'échelle française sous contraintes de différents types de politiques publiques, modélisées dans le modèle TIMES-GeoMIRET. Ce travail de modélisation a permis notamment de mettre en évidence la cohérence des objectifs bioénergie avec le potentiel de ressource à travers l'analyse des choix technologiques et la régionalisation des unités industrielles. Les résultats ont montré que la compétition avec "le fuel" serait plus "feed" que "food" puisque la production de la biomasse dédiée à l'énergie est induite par les modifications affectant l'alimentation et la production animale. La production d'une culture dédiée à la biomasse réduit la surface des terres allouées aux cultures à forte consommation d'azote ce qui réduit les pertes en azote. Il ressort du couplage entre AROPAj et TIMES-GeoMIRET qu'une production de 0.5 Mt d'éthanol/an devrait être atteinte à l'horizon de 2030 (l'équivalent de trois sites de production). Les unités de production seraient implantées dans la région nord-ouest de la France plus particulièrement à Lillebonne où existe déjà une unité de production d'éthanol de première génération
The main objective of this thesis is to perform an economic analysis of the impacts of second generation (2G) biofuel crops production on land use, agricultural practices and the environment. As for the environmental impacts, we focus on the relationship between the nitrogen fertilizers' consumption and the pollutants emissions (N2O, NH3 et NO3). The second objective is to estimate the potential development of 2G ethanol production in France. The available data and modeling tools that we use in this thesis allow for an economic analysis on a fine spatial dimension. The agricultural supply, given by the AROPAj model, is then combined with the different French bioenergy demands and public policies, which are modeled by the TIMES-GeoMIRET model. This modeling framework allows us to highlight the coherence of bioenergy objectives with the biomass resource potential through the analysis of the technological choices and the regionalisation of the bioenergy plants. Results indicate that "fuel" is not competing only with food, but also with "feed" because producing biomass is achieved at the expense of food and feed production. Cultivating dedicated biomass crops decreases land allocated to crops with high nutrient requirements, and consequently reduces the nitrogen losses. The coupling between AROPAj and TIMES-GeoMIRET has shown that 0.5 Mt of ethanol/year should be produced in 2030, which corresponds approximately to an output capacity of 3 processing plants. These plants should be built in the French northwest region, more precisely at Lillebonne where a 1G ethanol plant already exists

Au sud de Montréal (Québec, Canada), une zone de plus de 12 000 hectares de sol organique est réputée pour sa production maraichère. D’anciens dépôts de végétation forment ce sol se distinguant des sols minéraux typiques, avec des propriétés favorables à cette culture induite par le taux élevé de matière organique. Toutefois, plusieurs mécanismes causent leur dégradation. De plus, différentes propriétés physiques ou hydrauliques se détériorent avec l’évolution du sol, causant également des problèmes de drainage. Ainsi, des mesures de conservation nécessitent d’être mises en place afin d’assurer la pérennité de ces terres agricoles. Parmi les approches envisagées, l’incorporation de biomasse végétale broyée permettrait d’apporter de la matière organique, mais également d’améliorer la qualité physique du sol. Pour valider cette méthode, différentes doses de biomasse végétale d’espèces ligneuses et de graminées ont été incorporées à des échantillons de sol et incubées pendant 12 mois. Des mesures ponctuelles de diverses propriétés physiques et des comportements hydrauliques ont permis d’évaluer l’amplitude et la durée de l’effet des biomasses selon la dose appliquée. Le suivi de la hauteur des échantillons a permis de noter un gain jusqu’à 73 mm de sol organique après l’incorporation d’une forte dose de biomasse, comparativement au témoin. La modélisation de la courbe de rétention a permis d’établir des relations marquées de l’augmentation de la teneur en air de 23,8% à 37,8% selon le dosage durant l’incubation pour le sol de surface, mais sans changements notables en profondeur. Trois indicateurs de performance ont été utilisés pour évaluer le comportement du drainage, qui s’est avéré rapide dans les conditions du dispositif expérimental. Le drainage a ralenti selon la dose de biomasse, mais le sol s’aérait plus rapidement en surface. Les biomasses des espèces ligneuses ont eu une plus grande influence sur les différentes propriétés des sols étudiés que les graminées.
South of Montreal (Québec, Canada), an area of 12 000 hectares is well known for its vegetable production. Accumulated vegetation led an organic soil with advantageous properties for vegetable production when compared to typical mineral soils. However, several degradation processes are affecting soil properties and a too low level (under 40 cm) of the organic layer thickness may be reached within in the next decades if conservation practices are not implemented. Physical and hydraulic properties have shown signs of deterioration leading to drainage problems. Thus, soil conservation strategies need to be developed to ensure the sustainable use of these agricultural land. Incorporation of plant biomass could compensate for losses of organic matter and could also improve the soil physical properties. To validate this mitigation practice, different vegetal biomass rates from woody and grass species were incorporated into undisturbed organic soil cores before an incubation period of 12 months. Discrete measurements allowed for the evaluation of the amplitude and persistency of the biomass effect on various physical and hydraulic properties. After an application of biomass at high rate (20% v/v), the final soil height within the cores increased up to 73 mm when compared to control cores. The modelling of the soil water retention curves led to linear relations between biomass application rates and air content. The latter increasing from 23,8% to 37,8% in the surface soil layer throughout the incubation period, but had only a minor effects on deeper soil layers. Three indicators of performance were chosen to evaluate the drainage behavior, which appeared to be fast under the experimental conditions. Drainage was slowed down with increasing biomass application rate, but surface aeration improved on the other end. In general, wood type biomass had a greater influence than the grass type biomass on the studied variables.

Des produits à base de cuivre sont utilisés depuis plus d’un siècle en viticulture pour lutter contre le mildiou (et d’autres maladies). Cet élément s’accumule dans le sol, où il peut atteindre des concentrations importantes, susceptibles d’en altérer le fonctionnement biologique. Bien que potentiellement dangereux pour la biocénose des sols, le cuivre est toujours utilisé, notamment en Agriculture Biologique. Dans ce travail, nous avons cherché à préciser les impacts du cuivre sur quelques aspects de la qualité biologique des sols viticoles en conditions « réelles », à court, moyen et long terme. Les effets à long terme ont été appréciés à l’échelle d’une région viticole (la Champagne) à travers l’étude d’échantillons de sols représentant une large gamme de teneurs en cuivre. Deux sites différents, l’un en Bourgogne, l’autre en Champagne, ont été utilisés pour aborder les effets à moyen terme (décennie). Enfin, pour étudier plus en détail les effets à court terme (1 à 4 ans), nous avons utilisé une approche expérimentale diachronique dans trois sites différents, les apports de cuivre représentant la seule source de variation. Des indicateurs biologiques reconnus (biomasse microbienne, activités de minéralisation du carbone et de l’azote, nitrification) ont été utilisés en routine. Par ailleurs, deux populations fongiques d’intérêt agro-viticole ont été étudiées : les champignons endomycorhiziens et les levures isolées par culture sur jus de raisin. Les principales caractéristiques physico-chimiques des échantillons de sols correspondants ont été déterminées, incluant les teneurs en cuivre total et en cuivre extractible à l’EDTA. La biomasse microbienne est un indicateur robuste de la qualité des sols mais, pour les doses modérées de cuivre, les variations spatio-temporelles sont supérieures aux éventuels effets des apports. Il en est de même pour les activités globales de minéralisation du carbone et de l’azote. L’activité de nitrification (oxydation de l’ammonium) s’avère peu sensible et est beaucoup moins affectée par le cuivre que par les apports antérieurs d’azote réduit ; elle n’est pas utilisable en tant que bioindicateur de contamination par le cuivre. Les populations de champignons endomycorhiziens s’avèrent potentiellement intéressantes pour évaluer les effets de pratiques culturales, dont les apports de cuivre, pour peu que les autres sources de variation soient maîtrisées. Elles peuvent donner lieu à des déterminations quantitatives (nombre de spores) et qualitatives (diversité des types morphologiques) ; des différences statistiquement significatives entre traitements ont été observées dans nos expérimentations. Toutefois, l’efficacité agronomique de ces populations n’est pas abordée par ces tests. Les populations de levures s’avèrent également intéressantes pour évaluer les effets du cuivre dans les sols viticoles. Un protocole a été mis au point, permettant l’appréciation parallèle de la diversité génotypique et phénotypique des populations. La caractérisation génotypique a fait appel d’une part à la PCR-RFLP du 18S rRNA, d’autre part au polymorphisme de la région D1-D2 de l’ADNr 26S. La caractérisation phénotypique s’est limitée à évaluer l’aptitude des souches à croître sur un milieu contenant des concentrations croissantes en cuivre. Les résultats montrent une absence de relation entre caractérisation génotypique et phénotypique. Par ailleurs, de nombreuses souches sont capables de tolérer de fortes concentrations en cuivre, même lorsqu’elles ont été isolées d’un sol sans historique d’apport de cet élément
Copper-based fungicides are used for more than a century by vine growers to fight against mildew (and other diseases). As a result, copper accumulates in soil, reaching high concentrations, with potential harmful effects on soil biocenosis. In spite of this threat, copper-based products are still in use, especially in organic farming. In this work, we tried to make clear the effects of copper on some aspects of biological quality of vineyards in “real” conditions, on the short, medium and long term. Long term effects were studied in a region (Champagne) through soil samples representing a large range of copper concentrations. Two different sites, in Burgundy and Champagne were used to study the medium-term effects (decade). Finally, to study in details the short term effects (1-4 years) we used an experimental approach, in three different locations, copper additions being the only source of variation. Biological indicators (microbial biomass, C & N mineralization, nitrification) were used for routine analysis. In addition, two fungal populations of interest for vine growing and wine making were studied: mycorrhizal-arbuscular fungi (MA) and yeasts able to grow on vine juice. The main characteristics of the soil samples were measured simultaneously, including total and EDTA-extractable copper. Microbial biomass is a reliable indicator of soil quality but, for low levels of Cu, spatio-temporal variations were higher than the effects of copper addition. The same observations were made for C and N mineralization activities. Nitrification activity (ammonium oxidation) turned out to be less affected by copper additions than by previous nitrogen additions (as reduced forms: organic N and ammonium N). Therefore, nitrification is not a reliable indicator of Cu contamination. Our results also showed that MA fungal populations are of potential interest to assess the effects of cultural practices, including copper additions, provided the other sources of variation are under control. These populations can be characterized both quantitatively (spore numbers) and qualitatively (diversity of morphological types). Significant differences between treatments were observed in our experiments. However, the efficiency of these populations (for P uptake) are not addressed by these tests. Populations of yeasts are also potentially interesting to study the effects of Cu in vineyards. We developed a protocol to assess both genotypic and phenotypic diversity of these fungal populations. Genotypic characterization was based on 18S rDNA PCR-RFLP and polymorphism of D1-D2 region of 26S rDNA. Phenotypic characterization was limited to the assessment of copper tolerance by measuring growth rate on a medium containing increasing Cu concentrations. The results showed no correlation between genotypic and phenotypic characterization. Many strains were able to grow on media containing high concentrations of copper, even when they were isolated from soil samples without previous Cu application

Depuis un siècle, le cuivre est utilisé pour lutter contre le mildiou de la vigne. Les apports ont conduit a des teneurs dans les vignobles pouvant atteindre plusieurs centaines de mg cu/kg sol. Afin d'estimer les effets du cuivre, deux sites ont été choisis. Le dispositif d'hagetmau est un site de contamination monométallique. Le cuivre a un effet sur la diversité des souches bactériennes, analyse ardra. D'après l'étude de la tolérance, le cuivre agit comme une pression de sélection (adaptation ou sélection de populations). L'effet du cuivre a été estimé sur la nitrification, la dégradation de deux herbicides (glyphosate et diuron). Les effets induits apparaissent limités, et pluôt moindres que les effets sur les populations. L'étude de la métabolisation du glucose montre que l'effet sur la biomasse microbienne peut s'expliquer en partie par un mécanisme de découplage énergétique. En vignoble bourguignon, bien que l'on observe une relation inverse entre la biomasse microbienne et les teneurs des sols, la dégradation du diuron, du glyphosate et des substrats des plaques biolog gn n'est pas fortement corrélée aux teneurs en cuivre. Il semble que la dégradation du diuron soient indépendante de la teneur en cuivre. En ce qui concerne cet herbicide, le rôle épurateur du sol n'est donc pas altéré par le cuivre. Globalement, on observe généralement une diminution de la biomasse microbienne, qui peut être attribuée aux effets liés a l'altération du métabolisme énergetique et à la toxicite propre du cuivre. Certains groupes bactériens sont plus affectes, ce qui induit une modification de la biodiversité. Dans les parcelles contaminées, les micro-organismes tolérants seraient donc en mesure d'assurer l'activité biologique du sol. Cette conclusion reste toutefois limitée aux populations et activités étudiées. Une utilisation raisonnée du cuivre et une limitation des apports restent une sage précaution pour préserver le patrimoine sol.

Les plantes arbustives naturelles envahissent les terres agricoles abandonnées. Pour remettre en valeur ces friches, on a traditionnellement recours au brûlage ou au broyage sur place. D’invention récente, le Biobaler coupe et met en balle les arbustes qui peuvent alors être déplacés et valorisés. Un champ agricole à St-Augustin-de-Desmaures (Québec, Canada), abandonné depuis 20 ans, a été inventorié pour les plantes présentes et les sols. Des modèles allométriques ont été développés pour prédire la biomasse de 11 espèces pionnières (R² moyens de 0,93). Les sols avaient un pH moyen de 5,0, 0,32% de N-total et un carbone organique de 4,0 %. Soixante-deux balles récoltées sur 2,7 ha pesaient 413 kg en moyenne à 44% de teneur en eau. La biomasse récoltée, entre 3,3 et 9,6 t de matière sèche par hectare, représentait 18 à 43 % de récupération. Les données permettront d’évaluer le Biobaler sur les friches.
English Title : Soil and native woody crop properties on an abandoned agricultural field harvested with a Biobaler. Natural woody crops overtake abandoned agricultural land. To bring back these areas into useful production, traditional methods include prescribed burning or on-site mulching. A recent technology, the Biobaler cuts and forms round bales of woody crops which can be moved for useful application. An agricultural field in Saint-Augustin-de-Desmaures (Quebec, Canada), abandoned for 20 years, was monitored for crop identification and soil properties. Allometric models were developed for 11 native woody crops (average R² of 0.93). Soil pH averaged 5.0, total N, 0.32% and organic carbon, 4.0%. Sixty two bales were harvested, averaging 413 kg at 44% moisture. The harvested biomass, between 3.3 and 9.6 t of dry matter per hectare, represented 18 to 43% of above-ground biomass. Data will be useful in assessing Biobaler operation on fallow land.

Les rémanents de coupe constituent une ressource non exploitée potentiellement utilisable à des fins énergétiques, mais aussi un compartiment essentiel pour la fertilité et la biodiversité des sols forestiers. Des études en zones tropicales ou boréales prouvent les impacts négatifs de telles pratiques sur les écosystèmes forestiers. Le réseau Matières Organiques des Sols (MOS) a été élaboré afin d’évaluer les effets à court et long terme des manipulations de matière organique sur les peuplements forestiers tempérés.Cette thèse a deux objectifs : i) élaborer la méthodologie nécessaire pour caractériser la variabilité des écosystèmes puis mettre en oeuvre le dispositif expérimental national de manipulations de matière organique en tenant compte de cette variabilité et ii) décrire les impacts à très court terme des prélèvements de biomasse sur le fonctionnement des sols forestiers. Ce second objectif s'articule en deux volets: une première partie vise à évaluer l’impact de ces pratiques sylvicoles sur l'équilibre des cycles biogéochimiques et la diversité des communautés fongiques du sol in situ. Une seconde échelle d’étude, en conditions contrôlées, concerne le décryptage des interactions trophiques entre l'arbre, les champignons ectomycorhiziens associés, et les champignons lignivores au cours de la dégradation du bois.Ce premier suivi des sites du réseau MOS nous renseigne sur la réactivité à très court terme des sols forestiers en zone tempérée. L’absence de tendance claire confirme une préservation de l’équilibre des cycles sur un faible laps de temps mais permet de dégager des indicateurs fonctionnels qui semblent répondre rapidement aux perturbations. Un suivi annuel consolidera ces observations sur l’ensemble du dispositif MOS, incluant les indicateurs biologiques qui pourront être mis en évidence sur les communautés fongiques
Logging residues represent a non-exploited supply which could be used for energetic purpose, but they are also a relevant compartment for forest soil fertility and biodiversity. Some studies in tropical and boreal context have highlighted the negative impacts of these practices on the forest ecosystems. The MOS network has been set up to evaluate the effects of organic matters manipulations on temperate forest stands at short and long term.This thesis has two objectives: i) to set up the methodology necessary to characterized the ecosystems’ variability and then, to implement the national experimental design of organic matter manipulation by taking into account this variability and ii) to describe the very short terms impacts of organic matter removal on the forest soil cycling. This second aim is organized into two axes: a first part evaluates the impacts of these sylvicultural practices on the biogeochemical cycles and the diversity of fungal communities. A second study scale, in controlled conditions, deals with the understanding of the trophic interactions between trees, ectomycorrhizal fungi and saprotrophic fungi during the wooddecaying process.The absence of clear trend confirms the persistence in the soil functioning at very short term. This first monitoring permitted to identify some functional indicators. A regular monitoring will strengthen these observations by introducing some biological indicators on fungal communities

L'utilisation de la télédétection spatiale a révolutionné notre compréhension du système Terre ces trente dernières années en particulier dans les domaines de la météorologie et de l'océanographie. L'utilisation de la télédétection en hydrologie est plus récente. Depuis le milieu des années 2000, plusieurs instruments micro-ondes (radiomètres et radars), offrent la possibilité de cartographier l'humidité des sols à l'échelle globale avec un temps de revisite de un à quelques jours. Des produits d'humidité du sol sont désormais élaborés dans un contexte opérationnel par EUMETSAT (à partir du diffusiomètre vent en bande C ASCAT), et le satellite SMOS (radiomètre en bande L) de l'ESA, conçu pour l'observation de l'humidité des sols, a été lancé en novembre 2009. Afin d'assurer l'utilisation de ces produits, il est important de développer des outils permettant d'améliorer les simulations des modèles des surfaces continentales à partir de données de télédétection. L'objectif de cette thèse est d'étudier dans quelle mesure l'utilisation de la télédétection peut améliorer les simulations du modèle ISBA-A-gs. Pour cela, la première étape a été d'évaluer la capacité du modèle à représenter les principales variables de surface, à savoir les flux d'eau, d'énergie et de carbone. L'utilisation des données du site expérimental de SMOSREX a permis d'améliorer la représentation de l'impact de l'humidité du sol sur les flux de carbone, plus particulièrement sur la respiration de l'écosystème. La seconde étape de cette thèse a été d'évaluer les produits d'humidité du sol dérivés de la télédétection satellitaire, à partir de données in situ. Les données d'humidité du sol à plusieurs profondeurs (5, 10, 20, 30cm) provenant du réseau de mesure SMOSMANIA ont permis d'effectuer la première évaluation du produit ASCAT. Les 12 stations SMOSMANIA localisées dans le sud-ouest de la France ont été utilisées. Cette étude a montré que la précision de ce produit est d'environ 0. 06m3m-3. Ces mesures in situ ont également permis d'évaluer la qualité de plusieurs produits d'humidité du sol issus de modèles : le modèle hydro-météorologique SIM et les analyses météorologiques opérationnelles de Météo France (modèle ALADIN) et du Centre Européen (système IFS). La confrontation d'une version de l'IFS qui assimile le produit ASCAT avec les données in situ montre un effet positif de l'assimilation des données ASCAT. .
The main goal of this thesis is to study how the use of remotely sensed data can improve the performances of the ISBA-A-gs Land Surface Model. Firstly the ability of ISBA-A-gs for modelling the main surface variables, water energy and carbon fluxes, has been evaluated. Then, in situ observations of surface soil moisture gathered from the SMOSMANIA soil moisture network of Météo-France were used to evaluate remotely sensed surface soil moisture. These in situ soil moisture measurements have been also used to evaluate various synthetics soil moisture products: from the SIM suite of models and operational analysis of Météo-France (ALADIN model) as well as from ECMWF (IFS system). Finally step the root zone soil moisture has been analyzed from observed surface soil moisture. A simplified extended Kalman filter has been coupled to ISBA-A-gs. In situ data is also used in order to demonstrate the positive impact of the joint assimilation of surface soil moisture and LAI observations on vegetation, water, energy and carbon fluxes. The recursive formulation of an exponential filter depending only on surface soil moisture to retrieve the variations of the root zone soil moisture was used with satisfactory results, also

Ce travail se situe dans un contexte du changement climatique. L’objectif est d’explorer le fonctionnement des communautés microbiennes de litières végétales dépendant des contrastes climatiques (sub-humide vs semi-aride) Nord/Sud de la Méditerranée mais aussi selon le contexte côtier/continental,et d’évaluer leur réponse au stress d'aridification en considérant les effets i) du type de litière (identité de l’espèce végétale et mixité) et ii) de la préexposition au stress intrinsèques des milieux côtiers. Le stress d’aridité a été appliqué en laboratoire (cycles de séchage/réhumectation) et in natura via des transferts de «litter bags» de France vers l’Algérie. Les résultats montrent que la biomasse microbienne et la respiration basale dépendent des traits chimiques de la litière (C/N et lignine/N): lorsque ces ratios augmentent la biomasse microbienne diminue, alors que l’effet sur la respiration dépend des contrastes climatiques. L’effet de la mixité binaire des litières sur les microbes dépend du contexte climatique et de la composition du mélange: certains mélanges semblent limiter le relâchement du carbone par respiration hétérotrophique en contexte aride Algérien. En outre, un fonctionnement microbien particulier des environnements côtiers a été mis en évidence: i) la préexposition aux contraintes côtières a limité l’effet du stress sur les structures cataboliques microbiennes en laboratoire ii) l’expérience in natura a montré que les réponses microbiennes au stress dépendent du contexte (côtier/continental) mais aussi du type de la litière, mettant en valeur une influence de la litière qui dépasse l’échelle locale pour s’imposer même à une large échelle spatiale
This work takes place in the context of climate change. We aimed to explore plant litter microbial communities' functioning depending on climate contrasts Northern/Southern Mediterranean but also according to inland/coastal context, and to assess their response to aridification stresses, considering the effect i) of the type of litter (plant species identity and mixture) and ii) of the preexposure to stress intrinsic of coastal environments. Aridity stress was applied in the laboratory (drying /rewetting cycles) and in natura via "litter bags" transfer from France to Algeria. Results show that microbial biomass and basal respiration depend on litter chemical traits (C/N and lignin/N): when these ratios increase, microbial biomass decreases, while the effect on respiration depends on the climate contrasts. The effect of binary litter mixtures on microbes depends on the climate context and the mixture composition: some mixtures seem to limit carbon release through heterotrophic respiration in Algerian arid context. In addition, a particular microbial functioning of coastal environments was highlighted: i) preexposure to coastal constraints limited the effect of stress applied in the laboratory on microbial catabolic structures ii) the in natura experiment showed that microbial responses to stress depend on the context (coastal/inland) but also on litter type, highlighting litter influence even at large spatial scales

De nombreux sols contaminés par les éléments métalliques résultent des activités humaines et industrielles. Pour gérer ces sols, la technique du phytomanagement a séduit les scientifiques et les gestionnaires des sites pollués. Tout en utilisant le génie végétal, cette technique permet de produire des biomasses qu’il convient de valoriser. Sur la base de cette approche, le présent travail décrit cette technique en utilisant des biomasses (raygrass et miscanthus) en association à des amendements phospho-calciques. Ces biomasses, décrites comme étant non-hyper-accumulatrices des éléments métalliques, ont été produites sur des terres de jardins et des terres agricoles. Les expérimentations ont été menées en serre, en mésocosme, et in situ, à proximité de l’ancienne fonderie de plomb Metaleurop Nord.L’utilisation raisonnée des composés phospho-calciques n’a pas affecté significativement les caractéristiques physico-chimiques et biologiques des sols. En revanche, il a pu être montré une amélioration de certains paramètres physiologiques des plantes. Par ailleurs, les composés phospho-calciques ont généralement réduit l’extractabilité et la phytodisponibilité de Cd et Pb tout en favorisant la mobilité et le transfert d’éléments d’intérêt vers les parties aériennes des biomasses. Ceci a permis de transformer ces biomasses en écocatalyseurs. Après avoir été caractérisés, ces derniers ont été utilisés en synthèse organique et leur recyclabilité a été montrée. Trois exemples ont été présentés dans le cadre du présent travail. Dans une perspective d’utilisation d’autres biomasses, les concentrations en éléments métalliques dans des plantes rudérales ont été déterminées
Many metal-contaminated soils result from human and industrial activities. To manage these soils, the phytomanagement has attracted scientists and managers of contaminated sites. While using plant engineering, this technique produces biomass that should be valued. Based on this approach, the present work describes this technic by using plant biomass (ryegrass and miscanthus) in combination with phosphocalcic amendments. These biomass, described as non-hyper-accumulators, were produced on garden soils and agricultural soils. The experiments were conducted in greenhouse, mesocosm and in situ near the former Metaleurop Nord smelter. The sustainable use of phosphocalcic compounds did not significantly affect the physicochemical and biological characteristics of soils. In contrast, some physiological parameters of plants were improved. In addition, the phosphocalcic compounds decreased the extractability and phytavailability of Cd and Pb in some cases while promoting the mobility and the transfer of other metallic elements from the soil to the aerial parts of the biomass studied. Metal-enriched biomass were transformed into ecocatalysts. After being characterized, these ecocatalysts were used in organic synthesis and their recyclability was demonstrated. Three examples have been detailed in the current thesis report. In view of using other biomass, metal concentrations in ruderal plants were determined

L'objectif de ce travail a été d'étudier l'effet de la compaction du sol sur l'activité photosynthétique, la répartition des assimilats et la morphologie du maïs en phase de croissance végétative, jusqu'à la sortie de la panicule mâle. Nous nous sommes en particulier intéressés à la rhizodéposition du carbone et à ses conséquences sur la biomasse microbienne du sol. Nous avons comparé des plantes cultivées dans des pots contenant un mélange de terre et de sable (2/1) présentant deux densités apparentes : 1,45 g cm-3 pour le sol compacté et 1,30 g cm-3 pour le témoin. Les expériences ont été conduites dans un phytotron pendant 21 à 42 jours. La répartition du carbone a été établie à l'aide des techniques de marquage court au 14 C. La densité apparente élevée du sol induit une diminution de l'activité photosynthétique et de la quantité de carbone fixée. La compaction du sol provoque un ralentissement du rythme d'émission foliaire, réduisant ainsi la hauteur des plantes, la biomasse des parties aériennes et la surface foliaire. La biomasse et la longueur racinaires sont inférieures chez les plantes subissant la compaction du sol. Simultanément, une forte augmentation de la rhizodéposition est observée dans le sol compacté. Ainsi, la biomasse microbienne du sol augmente fortement grâce à l'abondance de substrats, carbonés et à la protection physique que la compaction assure à la microflore en réduisant la porosité du sol. Pour expliquer ces résultats, nous avons émis trois hypothèses : 1- une diminution du potentiel hydrique ou une limitation de la force de puits. Des racines est à l'origine de la baisse de l'activité photosynthétique, 2- l'expansion du diamètre racinaire permet de surmonter la résistance du sol à la pénétration et 3- l'augmentation de la libération du carbone dans le sol réduit les effets de la contrainte mécanique. Les effets de la compaction persistent avec l'âge des plantes bien qu'ils diminuent en termes de pourcentage entre les deux traitements
The objective of this work was to investigate the effects of soil compaction on carbon assimilation, photosynthate partitioning, and morphology of corn plants during vegetative growth period up to tassel initiation. We were particularly interested in carbon input into the soil and soil microbial biomass. Corn plants were grown in culture pots containing compacted soil (bulk density of 1. 45 g cm-3 ) or loose soil (bulk density of 1. 30 g cm-3). Experiments were conducted in a growth chamber and lasted for 21 to 42 days. Carbon partitioning in the plant-soil system was evaluated using 14C pulse-labeling techniques. The increase in soil bulk density decreased carbon assimilation rate and total carbon fixation. Furthermore, soil compaction delayed leaf appearance rate decreasing therefore plant height, shoot dry weight, and leaf area. In addition, root biomass and root elongation were also inferior when plants were grown in compacted soil and root length appeared to be the most sensible parameter to high soil mechanical resistance. Simultaneously, a great increase in carbon input into the soil occurred to the detriment of root carbon. Soil microbial biomass increased considerably in compacted soil thanks to this increase in carbon substrates and to physical protection provided for soil microflora as a result of the reduced porosity in compacted soil. Three hypotheses were formulated to explain these results: 1- a decrease in soil or root water potential or a sink limitation induces a down-regulation of photosynthetic activity, 2- the increase in root diameter decreases soil mechanical resistance, and 3- the increase in carbon rhizodeposition alleviates the effects of mechanical constraint. The effects of soil compaction persisted with plant age although the difference between the two treatments decreased in terms of percentage

Le travail réalisé dans le cadre de cette thèse porte sur l'assimilation de données de télédétection pour le suivi des surfaces continentales. Les variables analysées sont l'état hydrique du sol et la biomasse de la végétation, sur la jachère du site expérimental SMOSREX, de 2001 à 2004, au sud-ouest de Toulouse. Quatre méthodes d'assimilation (EKF, EnKF, 1D-VAR et T-VAR) ont été mises en œuvre dans le modèle ISBA-A-gs de Météo-France, et comparées. La méthode 1D-VAR est la plus performante, aussi bien pour la qualité des analyses qu'en temps de calcul. Cette méthode a été appliquée à l'assimilation simultanée des observations de l'humidité de la surface et de l'indice foliaire, ainsi qu'aux mesures de télédétection réalisées sur le site. L'assimilation améliore la simulation de contrôle, à condition d'introduire un point de flétrissement dynamique (cela est particulièrement utile pendant les périodes de forte sécheresse). Les effets d'une incertitude sur les précipitations sont évalués.

La salinité est un problème mondial qui retarde la croissance des plantes et ralenti la productivité à cause de la salinisation progressive des sols et de l'eau, une de ces nouvelles techniques est l'utilisation d'espèces végétales pour enlever le sel. Afin d'étudier la capacité potentielle de certaines plantes pour éliminer les sels du sol, deux espèces Portulaca oleracea et Tetragonia tetragonioides et la laitue (Lactuca Sativa L) ont été étudiées pour évaluer leurs efficacités à éliminer les sels d'un sol sableux. Les plantes ont été analysées selon certains critères de croissance et de composition minérale des feuilles et du sol. On constate, d'après les résultats obtenus, que la T. tetragonioides est le meilleur choix des espèces testés qui permet la réduction de la salinité. Il y a d'autres avantages pour l’utilisation de cette espèce comme : 1) une production élevée de biomasse; 2) plusieurs récoltes au cours de l'année (été et hiver); 3) teneurs élevés en minéraux; 4) l'importance de l'horticulture, en tant que culture de feuille végétale; 5) multiplication facile des semences; 6) tolérance à la sécheresse et des conditions arides ; 7) contrôle en raison de son excellente couverture du sol qui réduit les phénomènes d'érosion. L’espèce P. Oleracea a une tolérante élevée pour la sécheresse suivie de l’espèce T. tetragonioides. D'autre part, la laitue est une culture irriguée et par conséquent, ne suffit pas à réduire la salinité du sol. Suite aux observations, il a été montré que cette nouvelle technique de culture permet de contrôler la salinité et c’est un bon outil de remédiation pour maintenir la durabilité du paysage et des zones irriguées
Conventional techniques used to control the soil salinization process - soil leaching or fertilization enhancing - contribute highly to soil and aquifers contamination; on the other hand, the use of salt tolerant species will be very useful to the plants, but does not solve the problem of soil or groundwater contamination. Hence, the only way to control the salinization process to maintain the sustainability of landscapes and agricultural fields is to combat the salinization problems with environmentally safe and clean techniques. One of these new techniques is the use of salt removing species. In order to study the potential capacity to remove soil salts, two horticultural species Portulaca oleracea and Tetragonia tetragonioides, and the salt sensitive crop lettuce (Lactuca Sativa L) were evaluated for their efficiency to remove salts from sandy soil. Plants were analysed relatively to total growth and mineral composition of the leaves and soil. According to the results, it was seen that T. tetragonioides is the best salt removing species and complementary, it has other benefits, which are as follows: 1) high biomass production; 2) several harvests; 3) high content of minerals; 4) horticultural importance; 5) easy multiplication; 6) easy crop management; 7) tolerance to drought conditions; 8) soil erosion control. P. oleracea is a high drought tolerant species, followed by T. tetragonioides. As concluding remarks, it was shown that this new technique to control salinity is a powerful and environmental clean tool to maintain the sustainability of the landscape and of the irrigated areas

Le phytomanagement de matrices contaminées en métaux couple leur réhabilitation écologique avec la production de biomasses végétales pour la bioéconomie. Un front de science est d’identifier des assemblages végétaux et d’optimiser leur production, aidée ou non par l’ajout d’amendements. Le phytomanagement de deux sols, l’un contaminé en Cu, l’autre en Cd, Pb et Zn, a été testé en conditions contrôlées. L’emploi conjoint de biochar et de grenaille d’acier diminue la phytotoxicité des 2 sols. En pots, sur 2 ans, cette combinaison d’amendements séquestre du carbone, diminue la phytotoxicité du sol contaminé en Cu et produit une biomasse d’Arundo donax L. et de Populus nigra L. non contaminée, utilisable par le secteur de l’énergie. Ces modalités de culture et d’amendement ont été installées pour un suivi à long terme sur le site contaminé en Cu. Parallèlement, en microcosmes, parmi 4 macrophytes utilisées en zone humide construite (CW) pour décontaminer des matrices aqueuses (i.e. Arundo donax L., Cyperus eragrostis Lam., Iris pseudacorus L. et Phalaris arundinacea L.), A. donax est la mieux adaptée pour fournir des racines à forte concentration en Cu utilisables pour produire un écocatalyseur riche en Cu. Le phytomanagement d’un effluent de bouillie bordelaise (EB, 69 μM Cu) par A. donax a été testé en CW pilote. Il est décontaminé en 48h, sa concentration en Cu respectant la réglementation du rejet d’effluent en réseau d'assainissement. Cependant, après un cycle de circulation, la concentration en Cu des racines d’A. donax (623 ± 140 mg Cu kg-1) est inférieure aux besoins de l’éco-catalyse, et le cycle serait à répéter pour atteindre les 1000 mg Cu kg-1 requis
The phytomanagement of metal-contaminated matrices (soils and water) combines their ecological remediation and the production of non-food crops for the bioeconomy. One science frontier is to identify plant assemblage and to optimize their biomass production, aided or not by amendment addition and cultural practices. A Cu-contaminated soil and a Cd/Pb/Zn-contaminated one were phytomanaged in controlled conditions. The combination of biochar and iron grit reduced the phytotoxicity in both soils. In a 2-year pot experiment, this amendment combination decreased the phytotoxicity of the Cu-contaminated soil, enhanced soil C sequestration and produced an uncontaminated biomass of Arundo donax L. and Populus nigra L. adapted for bioenergy production. These combinations of culture and amendment are tested in field trial at the Cu-contaminated site. In parallel, in microcosm experiment, out of 4 macrophytes commonly used in constructed wetlands (CW) to clean up aqueous matrices (i.e. Arundo donax L., Cyperus eragrostis Lam., Iris pseudacorus L. and Phalaris arundinacea L.), A. donax was the best adapted to produce a high Cu-rich root mat potentially usable as Cu-ecocatalyst. Clean up of a Bordeaux mixture effluent (BME, 69 μM Cu) by A. donax was tested in a pilot-scale CW. The BME was decontaminated in 48 hours, its Cu concentration being in compliance for indirect discharge of chemical industry effluents. However, after one BME circulation cycle, root Cu concentration of A. donax roots (623 ± 140 mg kg-1) was lower than threshold value for Cu-ecocatalysts (1000 mg kg-1) and successive treatments must be repeated to achieve required Cu concentration

Le phytomanagement est une méthode de gestion de sites pollués basée sur la capacité des plantes à séquestrer les polluants. L’utilisation de symbiotes fongiques peut représenter un atout afin d’augmenter la production de biomasse. Les endophytes bruns septés (DSE) pourraient stimuler la croissance végétale et augmenter leur protection contre les éléments-traces-métalliques (ETM). Cette thèse se déroule dans le cadre du projet LORVER et vise à comprendre l’interaction « plantes-DSE-sols pollués ». A ces fins, des champignons DSE isolés de racines de peupliers issues de sols pollués par des ETM ont été caractérisés. Ils appartiennent aux genres Leptodontidium, Phialophora, Cadophora et Phialocephala. Trois de ces souches ont ensuite été inoculées à des plantes en présence d’ETM. Dans certains cas, la croissance végétale a été stimulée et une augmentation de la teneur en chlorophylles, en P et en K, ou une réduction de la teneur en Cd dans les parties aériennes ont été mises en évidence. Puis, la souche la plus efficace sur la croissance végétale, Cadophora sp. Fe06, a été utilisée dans un double inoculum avec une souche endomycorhizienne, chez du ray-grass en présence d’ETM. Cette association diminue la teneur en Cd dans les feuilles. Enfin, les mécanismes impliqués dans la tolérance aux ETM chez les DSE ont été examinés via le criblage d’une banque de mutants d’insertions aléatoires, et via l’étude du rôle de la mélanine. Ce travail met en évidence que l’utilisation de DSE, de part leur capacité à coloniser de nombreuses plantes dans différents sols et à stimuler leur croissance, pourrait représenter un atout considérable pour des opérations de phytomanagement
Phytomanagement is a handling method of contaminated sites based on the ability of plants to sequester pollutants. Fungi could favor plant growth in contaminated sites but were far less studied in the context of phytomanagement. Dark septate endophytes (DSE) were reported to improve plant tolerance against metallic trace elements (TE). The present work is part of the LORVER project and aims to understand the “plant-DSE-TE”. DSE were isolated from poplar roots growing on TE-contaminated soils and characterized. They belong to Leptodontidium, Phialophora, Cadophora and Phialocephala genera. Three strains were inoculated to birch and poplar in TE-contaminated soils. Leptodontidium sp. improved plant growth with an increase in chlorophyll, P and K concentrations, whereas Cadophora sp. decreased Cd concentration in shoots of birch. Then, Cadophora sp. Fe06, was used with an endomycorrhizal fungus, to co-inoculate ryegrass in a TE-polluted soil. The co-inoculation leads to the decrease of Cd concentration in shoots. Finally, the mechanisms involved in TE-tolerance by DSE were studied through the screening of a library of Leptondontidium sp. insertional random-mutants and an evaluation of the role of melanin against TE stress. The present work highlights the complexity of the interactions between DSE and plants under TE stress. These interactions were influenced by different parameters including plant species, DSE strains, and soil properties. Nevertheless, the ability of DSE to colonize a broad spectrum of plants in different soils and to promote plant growth, suggest that DSE could represent a substantial benefit for the fungus-assisted phytomanagement of polluted soils