Academic literature on the topic 'Cycles du carbone et de l’azote'

Dans le contexte international de réchauffement global, plusieurs initiatives sont prises par les pays, les organismes internationaux pour apporter une réponse appropriée qui permettrait de limiter la hausse de la température à 1,5° C, comme le recommande le rapport 1,5° du GIEC. La République du Congo est un pays fortement engagé dans les questions de lutte contre les changements climatiques à travers la gestion durable de ses forêts, la mise en place des plantations domaniales et industrielles, à base d’espèces endogènes et exotiques à croissance rapide dont de Acacia auriculiformis A. Cunn. ex Benth. Pour évaluer l’impact des plantations de Acacia auriculiformis A. Cunn. ex Benth sur la restitution du carbone et de l’azote au sol, une étude portant sur la dynamique du carbone et de l’azote organique du sol dans les plantations de la réserve foncière de Bambou-Mingali a été réalisée. Des échantillons de sol ont été prélevés sur les horizons 0-15 cm et 15-30 cm, d’une chronoséquence de 2, 3, 4, 5, 6, 7, et 8 ans de celles-ci ainsi que sur une savane pure, conformément aux directives du GIEC qui encouragent de collecter les échantillons sol entre 0 et 30 cm de profondeur. L’objectif général de ce travail a été d’évaluer le stock de carbone organique du sol sur une chronoséquence de sept âges de plantations de Acacia auriculiformis A. Cunn. ex Benth.

Cette étude, réalisée par l’IRSN (Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire) dans le cadre d’une demande de l’ASN (Autorité de Sûreté Nucléaire), concerne la caractérisation des formes physico-chimiques des composés radioactifs rejetés par les installations françaises de fabrication de radiopharmaceutiques au moyen d’un cyclotron. Elle vise à disposer d’une meilleure connaissance sur les effluents gazeux radioactifs rejetés par ces installations. Cette étude porte sur les deux principaux radionucléides produits par irradiation d’une cible à des fins de fabrication de radiopharmaceutiques : le fluor 18 (18F) et le carbone 11 (11C). L’azote 13 (13N), principal radionucléide parasite produit dans la cible et relâché essentiellement lors du transfert du contenu de cette dernière vers le laboratoire de radiochimie, a également été étudié.

Description du sujet. La diminution drastique de terres arables à Libreville pousse de plus en plus les agriculteurs à s’installer dans les localités proches de la capitale gabonaise pour y pratiquer l’agriculture et ravitailler Libreville en produits agricoles.Objectif. La présente étude qui se déroule à quatre-vingt kilomètres de Libreville, a pour objectifs de : (1) déterminer certaines propriétés physico-chimiques et biologiques des sols de Kango, et de comparer les valeurs trouvées avec les valeurs seuil agronomiques, (2) relever les contraintes liées à la production agricole sur ces sols, et (3) proposer des solutions adéquates pour une exploitation agricole respectueuse de l’environnement.Méthodes. Des échantillons de sols ont été prélevés, et les analyses physico-chimiques et biologiques y ont été réalisées : le pH eau, le pH KCl, le carbone organique total, l’azote total, l’azote assimilable, le phosphore total, le phosphore assimilable, l’aluminium, les cations basiques, la capacité d’échange cationique, le taux de saturation en bases échangeables, la biomasse microbienne, le quotient microbien, les rapports azote microbien/azote total et carbone microbien/azote microbien.Résultats. Les sols prélevés sont argileux, ils ont des teneurs en carbone organique total, en azote total et en phosphore total agronomiquement convenables. Mais la très forte acidité, les teneurs en phosphore et azote assimilables, en cations basiques, le taux de saturation très bas et l’activité biologique constituent les principales contraintes à la production agricole.Conclusion. Le chaulage, l’apport de biochar et des amendements organiques sont des solutions à appliquer pour obtenir de bons rendements dans ces rendements dans ces sols dans le respect de l’environnement. Description of the subject. Faced with the drastic reduction of arable land in Libreville following the development of the city, more and more farmers and agro-industries are settling in localities close to the Gabonese capital where they can find land to exploit in to supply Libreville with agricultural products, such as the locality of Kango, located 82 kilometers from Libreville.Goals. The objectives of this study are (1) to determine certain physico-chemical and biological properties of the soils of Kango and to compare the values found with the agronomic threshold values, (2) to identify the constraints likely to limit agricultural production on these soils, and (3) to propose adequate solutions for an efficient and environmentally friendly agricultural exploitation.Methods. Soil samples were taken, and physico-chemical and biological analyzes were carried out: water pH, KCl pH, total organic carbon, total nitrogen, assimilable nitrogen, total phosphorus, phosphorus assimilable, aluminum, basic cations, cation exchange capacity, exchangeable base saturation rate, microbial biomass, microbial quotient, microbial nitrogen/total nitrogen and microbial carbon/microbial nitrogen ratios.Results. The soils sampled are clayey, they have agronomically suitable total organic carbon, total nitrogen and total phosphorus contents. But the very high acidity, the assimilable phosphorus and nitrogen, basic cations, the very low saturation rate and the biological activity constitute the main constraints to agricultural production.Conclusion. Liming, the addition of biochar and organic amendments are solutions to be applied to obtain good yields in these soils while respecting the environment.ls dans le respect de l’environnement.

La préservation de l’environnement est actuellement au coeur des débats dans l’évolution des systèmes de production laitière. Le défi des années futures réside dans la fourniture de produits laitiers tout en assurant les performances sociales, économiques et environnementales, c'est-à-dire la durabilité des systèmes de production. En matière d’environnement, une attention toute particulière doit être portée à la limitation des risques de pollution vers l'eau, vers l'air et à la préservation de la biodiversité. Les systèmes d'élevage herbivore français, largement basés sur la prairie, présentent pour cela un réel atout du fait du lien au sol et de la part importante de fourrages dans l’alimentation du troupeau. Peu liée aux caractéristiques structurelles, l’efficience environnementale passe notamment par l’optimisation du recyclage du carbone et de l’azote au sein des systèmes de production. Alors que la variabilité des impacts environnementaux entre exploitations de systèmes différents (plaine vs montagne) est faible, une forte variabilité est observée entre exploitations d’un même système. Ceci démontre que les pratiques efficientes sur le plan technique, relatives à la gestion optimale des effectifs animaux, à une sobriété énergétique, etc. ont des incidences environnementales et économiques favorables. C’est pourquoi, une partie significative des exploitations d'élevage d'herbivores françaises devrait pouvoir être considérée à hautes performances environnementales et économiques sans remise en cause lourde du système de production. Par ailleurs l’élevage laitier, qui intervient pour réduire les pertes vers l’air et vers l’eau, est garant du stockage de carbone et de la biodiversité. Au-delà de la production de lait et de viande, l’élevage laitier joue dès lors un rôle majeur dans la préservation de l’environnement.

Dans cet article, nous présentons des travaux mettant en évidence les capacités de traitement biologique des eaux résiduaires urbaines au sein des milieux poreux de textures différentes. Une étude comparative du développement de la biomasse couplé aux mécanismes généraux de transferts gazeux à travers deux réacteurs biologiques est menée. Des lits d’infiltration percolation sont simulés par des colonnes garnies de sables d’origine et de structures différentes. Ils sont alimentés périodiquement via un automate de commande avec un influent d’une charge de 525 mgDCO/l et de 54 mgNK/l. Les résultats obtenus établissent le fait qu’un développement équilibré de la biomasse incluant les phases de croissance et de régression est intrinsèquement lié à la nature physique du matériau support. A l’aide des carottes prélevées sur les massifs filtrants et des sondes d’oxymétrie introduites à différentes hauteurs des lits d’infiltration, nous montrons que la répartition verticale du biofilm dans les colonnes ainsi que l’oxygénation des milieux poreux lors des périodes de repos sont également corrélées à la structure des supports pourtant de diamètres moyens similaires. L’efficacité de traitement biologique du carbone est supérieure pour un sable d’origine alluvionnaire comparativement à un sable concassé ; la tendance s’inversant significativement lorsqu’il s’agit de la diminution de l’azote.

Le traitement des effluents urbains par réacteurs discontinus séquentiels (SBR : Sequencing Batch Reactor) constitue une solution alternative aux traitements par systèmes à boue activée en effectuant le traitement du carbone, la séparation liquide solide et l'élimination des nutriments au sein d'un bassin unique grâce à une gestion adéquate des cycles temporels de réaction. L'alternance de phases aérées et anoxiques suivie d'une période de décantation conduit en théorie à l'élimination quasi totale des ions nitrate formés lors de la phase de nitrification aérobie. Cependant, selon la charge appliquée, le carbone totalement dégradé lors de la phase préliminaire d'aération ne peut servir de source de carbone pour la dénitrification exogène. Afin d'accélérer la dénitrification, plusieurs solutions sont possibles : l'une consiste à allonger la deuxième phase d'anoxie suffisamment longtemps pour traiter les ions nitrate résiduels au cours d'un processus de dénitrification endogène, l'autre à diminuer le temps de réaction aérobie tout en augmentant la fréquence des séquences aérobie/anoxie afin de conserver du carbone résiduel lors de la dénitrification. Une troisième solution réside dans l'ajout d'une source de carbone exogène suite à l'étape de nitrification de manière à permettre une assimilation plus rapide et plus efficace des ions nitrate formés (dénitrification exogène). L'article compare les résultats d'abattement sur le carbone et l'azote d'une eau usée urbaine en utilisant les trois types de fonctionnement. Il en résulte la définition d'une stratégie globale de contrôle du procédé, chacun des scénarii pouvant être privilégié en fonction de la qualité de l'effluent de départ et des contraintes de traitement.

L’objectif de cette étude est de proposer, par approche intégrée, une voie de gestion des déchets agro-industriels : halieutique, avicole, agrumicole. La valorisation énergétique du point de vue de la production de biogaz et aussi la valorisation du digestat qui en découle sont étudiées. Dix mixtures sont établies dans le cadre d’un plan simplexe-centroïde, leur digestion anaérobie dure environ 5000 min, suffisante pour atteindre la stabilité. L’évolution de plusieurs paramètres physico-chimiques tels que le pH, la conductivité, la matière sèche est déterminée. La conversion du carbone organique total (COT), le phosphore (P) et l’azote (NT) sont étudiés et modélisés par les surfaces d’isoréponses. Les contrôles microbiologiques pour vérifier l’hygiénisation des digestats sont menés. Le volume de biogaz produit pour les différents mélanges est mesuré en fonction du temps en utilisant la méthode du liquide déplacé. Finalement, le digestat est valorisé dans la fertilisation des sols agricoles, pour cela des tests de fertilisation sont ainsi conduits sur des cultures de poivrons (Capsicum annum). Les résultats montrent qu’il est possible de générer, après processus de digestion anaérobie optimale, un digestat, intéressant pour une application dans la fertilisation des sols agricoles, hygiénique par l’absence des micro-organismes d’altération, riche en azote, phosphore, potassium, caractérisé par un pH idéal pour la culture de poivrons.

Une expertise scientifique collective conduite par l’Inra (INRA 2012) pointe l’importance des flux d’azote liés aux activités d’élevage et identifie des leviers pour limiter la pression sur l’environnement. Depuis une vingtaine d’années, les pollutions azotées font l’objet de diverses législations et plans d’action dans le cadre des politiques relatives à la qualité des eaux, de l’air et des écosystèmes. La transposition de la directive «Nitrates» (12 décembre 1991) fait actuellement l’objet d’un contentieux avec la commission européenne. C’est dans ce contexte que les ministères français en charge de l’Agriculture et de l’Ecologie ont sollicité l’Inra pour dresser un bilan de l’état des connaissances scientifiques sur les flux d’azote en élevage et leur devenir. L’objectif était de mettre à disposition des décideurs et des acteurs publics et privés les connaissances scientifiques actualisées et d’identifier des options permettant de réduire les pressions de l’azote sur l’environnement. 1/LA MÉTHODE D’EXPERTISE SCIENTIFIQUE COLLECTIVELe travail d’expertise a été porté par un collectif de 22 experts. Deux tiers d’entre eux appartiennent à l’Inra, un tiers à d’autres organismes de recherche (Irstea, CNRS, universités) dont deux experts des Pays-Bas (WUR) et un du Canada (Agriculture et Agroalimentaire Canada). Les sciences sociales ont fourni un quart de l’effectif d’experts, la zootechnie et l’approche systémique des systèmes d’élevage 40% et le complément regroupe des spécialistes des cycles biogéochimiques et de l’agronomie. La méthode a consisté à dresser un état des lieux critique des connaissances scientifiques publiées. Quelque 1360 références bibliographiques (2900 auteurs) ont été sélectionnées parmi les articles les plus récents (80% des sources sont postérieures à 1998) et relatifs ou transposables au cadre géographique français. L’analyse a privilégié l’échelle de l’exploitation agricole car c’est l’unité de référence des politiques agricoles et environnementales et des actions agronomiques. Cependant les informations scientifiques portent souvent sur un niveau infra : l’animal, l’atelier d’élevage, la parcelle, le bâtiment, la zone de stockage, etc., ou sur un niveau supra : le bassin versant, le paysage, les statistiques et modélisations nationales et internationales. Ces différents niveaux d’information ont permis d’approcher les variations entre productions et celles liées aux pratiques agricoles. 2 / L’EXPERTISE A MIS EN AVANT LE RÔLE MAJEUR DE L’ÉLEVAGE DANS LES FLUX D’AZOTE ET LES IMPACTS POTENTIELS 2.1 / Les flux d’azote en élevage et les fuites vers l’environnement sont élevésL’élevage utilise plus des trois quarts des quantités d’azote entrant dans les systèmes agricoles. Mais l’efficience, c’est-à-dire le rapport entre les sorties valorisées et les entrées d’azote, calculée au niveau de l’animal est globalement faible : souvent beaucoup moins de la moitié de l’azote ingéré se retrouve sous forme de protéines consommables, lait, œufs et viande. A l’échelle de l’exploitation d’élevage, une part de l’azote excrété dans les déjections est recyclée avec les effluents mais l’efficience reste néanmoins généralement inférieure à 50%. Le reste de l’azote se disperse dans l’environnement. L’élevage contribue ainsi pour environ la moitié aux pertes nationales de nitrates vers les eaux, et pour plus des trois quarts aux émissions nationales atmosphériques azotées, notamment sous forme d’ammoniac (et jusqu’à 90% si on tient compte du fait qu’une grande partie des engrais industriels est employée sur les cultures utilisées pour produire des aliments du bétail). L’azote se trouve de ce fait à la croisée de préoccupations croissantes en termes de compétitivité des filières animales et d’impacts sur l’environnement et sur la santé humaine. Ces impacts ont été récemment décrits dans une expertise européenne (European Nitrogen Assessment 2011). Ils interviennent au niveau de l’écosystème environnant (dépôts de NH3), de la région (NH3, NO3 -) et plus globalement dans le changement climatique (émissions de N2O). 2.2 / La question de l’azote ne se réduit pas à celles du nitrate, les émissions de NH3 constituent un enjeu fort Alors qu’en France, la question du nitrate a longtemps focalisé les débats, dans certains pays d’Europe du Nord, l’ammoniacest aussi de longue date au centre des préoccupations. D’abord étudié pour son rôle dans l’acidification et l’eutrophisation des milieux, l’ammoniac est aujourd’hui examiné dans le cadre de la pollution de l’air par les particules. Au niveau national, le premier contributeur d’émissions d’ammoniac est l’élevage bovin. 2.3 / Risques et impacts dépendent aussi de la sensibilité des territoires et de leur capacité d’épurationLes teneurs en nitrate des eaux ne dépendent pas seulement du niveau de surplus des bilans azotés mais aussi du climat, des types de sol, de la topographie et des modes d’occupation des sols : densité animale, part des terres agricoles dans les utilisations totales des surfaces, importance des prairies permanentes, etc. La présence majoritaire de prairies au sein des territoires réduit les risques de fuites de nitrate et d’émissions d’ammoniac. 3/LES FLUX D’AZOTE SONT AUSSI DÉTERMINÉS PAR DES CONSIDÉRATIONS ÉCONOMIQUES ET JURIDIQUES3.1 / La concentration spatiale des élevages a un rôle déterminant dans les impacts des pollutions azotéesLes plus fortes pressions azotées se situent dans les territoires de l’Ouest qui combinent productions de ruminants et de monogastriques. Les quantités d’azote contenues dans les effluents y dépassent parfois largement les capacités d’absorption des surfaces agricoles. Les territoires d’élevage plus extensifs connaissent des pressions azotées faibles. Cette hétérogénéité s’explique par la concentration géographique des filières animales, résultant principalement de facteurs économiques dont les moteurs relèvent des économies d’échelle et des économies d’agglomération qui sont liées à l’intensification et à la spécialisation des élevages ainsi qu’à leur concentration territoriale. La littérature scientifique pointe la difficulté de sortir d’une telle trajectoire, notamment parce que le fonctionnement technique et économique des acteurs des filières (producteurs d’intrants, éleveurs, transformateurs) est étroitement dépendant. 3.2 / L’encadrement juridique n’a pas permis d’atteindre les objectifs environnementaux La réglementation française a abouti à une multiplicité de zonages auxquels sont dédiés des normes, obligations ou programmes d’action volontaire. L’architecture d’ensemble est confuse et ses résultats critiqués de longue date. Parmi les difficultés rencontrées, la littérature pointe i) le caractère diffus des pollutions, qui, à la différence d’autres pays, n’a pas incité en France àune responsabilisation individuelle des éleveurs, ii) l’intégration de préoccupations économiques et sociales dans les politiques environnementales, iii) le suivi des objectifs environnementaux confié aux acteurs du développement agricole et les échelles administratives peu pertinentes vis-à-vis du réseau hydrographique. Enfin, la multiplicité des formes de pollution azotée pose la question de la cohérence d’ensemble des politiques, notamment entre les critères de la directive «Nitrates» et ceux la Convention de Genève sur la pollution atmosphérique (1979). 4/DE NOMBREUSES PISTES DE PROGRÈS EXISTENT QUI ENGAGENT PLUS OU MOINS EXPLOITANTS AGRICO- LES, TERRITOIRES ET FILIÈRES D’ÉLEVAGE4.1 / Améliorer les pratiques à l’échelle de l’exploitationLa littérature fournit de nombreuses pistes d’actions pour limiter les pertes d’azote dans l’exploitation (figure 1). Il est encore possible d’optimiser la nutrition azotée des animaux, cependant les gains escomptés sont modestes en regard des enjeux. La maîtrise de la chaîne de gestion des effluents ouvre plus de marges de manœuvre pour préserver l’azote organique et réduire les achats d’engrais minéraux. En effet, selon les modalités de gestion des effluents, les fuites vers l’environnement varient de 30 à 75% de l’azote rejeté par les animaux. Des innovations sont déjà disponibles pour le stockage et l’épandage, même si les incertitudes sur les facteurs de variation des émissions sont encore grandes. Il est enfin démontré que développer les prairies à base de légumineuses, les cultures intermédiaires pièges à nitrate (Cipan) et ajuster les rotations réduit les risques de lixiviation du nitrate. A l’échelle des systèmes, les modes de production à bas intrants (moins de fertilisants et d’aliments riches en protéines) améliorent l’efficience de l’azote et limitent donc les pertes vers l’environnement. Les indicateurs de type bilan d’azote à l’échelle de l’exploitation et de ses sous-systèmes (troupeau, gestion des effluents, sols et cultures) sont des outils adaptés pour identifier les sources d’inefficacité et rechercher les voies d’amélioration les mieux adaptées localement. De nombreux autres indicateurs approchent les niveaux d’émissions, de pollution ou les impacts, mais ne sont pas toujours d’usage facile. pour le document complet voir le pdf https://www6.inrae.fr/productions-animales/content/download/6365/88149/version/1/file/nouvelles+de+la+recherche.pdf

Les systèmes agricoles et alimentaires ont connu de profondes transformations durant les dernières décennies dans l’ensemble des pays industrialisés. Les territoires et exploitations agricoles se sont fortement spécialisés. L’usage d’intrants de différentes natures s’est intensifié. La part des produits animaux et des produits ultra-transformés dans nos assiettes a fortement augmenté. Cette dynamique de « modernisation » a induit une augmentation de la productivité des systèmes agricoles, permettant de réduire, puis de maintenir, la part de l’alimentation dans le budget des ménages. Mais les coûts associés à ces systèmes alimentaires sont très importants. L’alimentation représente aujourd’hui le quart des émissions de gaz à effet de serre dans notre pays. Le modèle de développement agricole « productiviste » adopté depuis plus d’un demi-siècle est à l’origine de perturbations majeures des cycles de l’azote, du phosphore, de l’eau. Il a fortement contribué à l’effondrement massif et brutal de la biodiversité, à la dégradation importante de la santé des sols. Par ailleurs, la part de valeur ajoutée captée par les agriculteurs n’a cessé de s’éroder au cours du temps. La durabilité sociale et économique d’un nombre important d’exploitations agricoles est aujourd’hui menacée. Face à ce constat, une transformation importante de nos systèmes agricoles et alimentaires doit être envisagée. L’agroécologie offre un cadre pertinent pour penser et mettre en œuvre cette transformation.

La méthanisation agricole des effluents animaux est une pratique en fort développement en France. Elle produit de l’énergie renouvelable (biogaz). La valorisation des digestats au champ, comme celle des effluents non méthanisés, permet le retour au sol de nutriments et de matière organique, ce qui diminue le besoin en engrais minéraux et entretient les stocks de C des sols. Le traitement et l’épandage de ces produits peut aussi induire l’émission de gaz à effet de serre et de contaminants. La méthanisation agricole influence ces impacts : pour les maitriser, il faut comprendre comment la digestion des effluents avec des déchets importés modifie les cycles du C et du N à l’échelle de la ferme. Cette question a été traitée en s’appuyant sur un cas d’étude à l’INRAE de Nouzilly (Centre – Val de Loire) : une exploitation agricole avec un méthaniseur traitant les effluents de son élevage bovin et divers déchets organiques. Lors de l’essai au champ MétaMétha, nous avons comparé les flux d’azote au cours d’une rotation culturale fertilisée avec des engrais minéraux, des lisiers et fumiers bovins, ou des digestats issus de ces effluents. Les digestats se substituent bien aux engrais minéraux, mais ils sont sensibles à la volatilisation d’ammoniac (NH3). Les vers de terre peuvent être négativement impactés juste après l’épandage de digestat ou de lisier, mais les effets sont similairement positifs après 2 ans d’apports de matière organique. Nous avons ensuite évalué les modèles STICS et SYS-Metha pour simuler respectivement l’essai au champ et le traitement des digestats. Ces modèles ont été couplés pour simuler les flux de C et N à l’échelle de la ferme. Avec de forts imports de déchets, la méthanisation favorise la substitution des engrais minéraux, le stockage de C dans les sols, mais aussi les émissions de NH3. Ce travail permet de mieux évaluer les conséquences de l’introduction d’un méthaniseur dans une exploitation agricole et ainsi d’optimiser la filière
The anaerobic digestion (AD) of animal effluents is strongly developing in France. It produces renewable energy (biogas). Like undigested effluents, the use of anaerobic digestates in the field enables the recycling of nutrients and organic matter in the soil, which decreases the need for synthetic fertilizers and maintains soil organic carbon stocks. However, the treatment and field application of those organic products can also cause greenhouse gas emissions and contaminants. The on-farm AD nfluences those impacts. In order to control them, we need to understand how the co-digestion of animal effluents with imported organic wastes influences C and N cycles at the farm scale. We studied this question with the support of a case study at INRAE in Nouzilly (Centre – Val de Loire, France): a crop and livestock farm where an anaerobic digester treats the cattle effluents together with imported wastes. During the MetaMetha field experiment, we compared N fluxes during a crop rotation that was fertilized with synthetic N fertilizers, undigested cattle slurry and farmyard manure, or digestates issued from their digestion. We found that digestates can substitute synthetic fertilizers, despite the risk of ammonia (NH3) emissions. Earthworms can be negatively impacted just after the application of digestate of slurry, but the input of organic matter induced similar positive impacts after two years. We then evaluated the STICS and SYS-Metha models to simulate the field experiment, and digestate treatment and storage, respectively. Both models were coupled to simulate C and N fluxes at the farm scale. The models showed that when large amounts of digested wastes are imported, AD promotes substitution of synthetic N fertilizers and storage of soil organic C, but also NH3 emissions. The study enabled us to better evaluate the consequences of the on-farm AD and therefore to optimize the sector

Les eaux continentales sont des sources de méthane (CH4), de dioxyde de carbone (CO2)et de protoxyde d’azote (N2O). Dans le but de préciser leur importance dans le bilan global des émissions de gaz à effet de serre (GES), de nombreuses études ont été réalisées afin de quantifier les différents flux de carbone et d’azote les parcourant. Ces flux sont perturbés par la mise en place de barrages sur le lit des fleuves. Peu d’études présentent des bilans de carbone et d’azote complets (apports, exports, flux vers l’atmosphère et enfouissement) pour les lacs de barrages, et elles concernent uniquement des écosystèmes boréaux et tempérés. Suite à la création d’un barrage, de la matière organique (MO) est mise en eau (sols et forêts), elle se dégrade rapidement les premières années suivant la mise en eau puis plus lentement par la suite. L’état de dégradation de la MO et la principale source de GES dans un lac de barrage près de 20 ans après la mise en eau sont souvent méconnus. L’étude réalisée 18 ans après la mise en eau du lac de Petit Saut (Guyane Française) est la première étude où les principaux éléments des cycles du carbone et de l’azote d’un lac de barrage hydroélectrique, et de son fleuve en aval, situé en climat équatorial et dont la création a entraîné la mise en eau de forêt primaire, sont étudiés près de 20 ans après la mise en eau. Cette étude se base sur (i) la mesure mensuelle de la qualité des eaux et des concentrations en carbone et azote en amont, dans, et en aval du lac de barrage, (ii) la mesure et/ou le calcul des différents flux de GES vers l’atmosphère, (iii) des données de la signature isotopique et de l’état de dégradation de la MO en amont, dans, et en aval du lac, (iv) des prélèvements de sédiments et de troncs d’arbres ennoyés en 1994 et (v) des incubations d’eau du fleuve, de sédiments et de troncs d’arbres du lac. L’ensemble des données collectées au cours des 12 mois de campagnes réalisées en 2012 - 2013 nous a permis de déterminer que (i) les sols inondés sont toujours des sources significatives de GES contrairement aux troncs d’arbres ennoyés, (ii) dans le lac 84 % des émissions de CH4 et 51 % des émissions de CO2 ont lieu dans la zone littorale (< 10 m de profondeur), (iii) 54 % du CO2 produit dans le fleuve en aval provient de la dégradation de la MO apportée par le lac. Cette étude nous a aussi permis de réaliser des bilans de carbone et d’azote à Petit Saut et un bilan des émissions de chacun des GES émis (CH4, CO2, N2O) près de 20 ans après la mise en eau
Inland waters are sources of methane (CH4), carbon dioxide (CO2) and nitrous oxide (N2O). In order to define their importance in the global balance of greenhouse gases (GHG) emissions, numerous studies have been conducted to quantify the different fluxes of the carbon and nitrogen browsing them. These fluxes are modified by the creation of dams on river beds. Few studies present full carbon and nitrogen balances (inputs, outputs, fluxes to the atmosphere and sequestration) for reservoirs, and they concern only boreal and temperate ecosystems. The creation of a dam floods organic matter (OM) (soils and forests), which is rapidly degraded the first years following the impoundment and thereafter more slowly. The state of degradation of the OM and the main source of GHG in a reservoir nearly 20 years after impoundment are often unknown. The study conducted 18 years after the impoundment of the Petit Saut Reservoir (French Guiana) is the first study where the main elements of carbon and nitrogen cycles of an hydroelectric reservoir, and its river downstream, located in equatorial climate and which creation resulted in the flooding of primary forest, are studied nearly 20 years after impoundment. This study is based on (i) a monthly measurement of water quality and carbon and nitrogen concentrations upstream, in, and downstream of the reservoir, (ii) measurements and/or calculations of the different fluxes of GHG through the atmosphere, (iii) data of the isotopic signature and of the state of degradation of OM upstream, in, and downstream of the reservoir, (iv) sediments and 1994’s flooded tree trunks sampling and (v) incubations of downstream river water, sediments and tree trunks from the reservoir. All the data collected during the 12 months of campaigns carried out in 2012 - 2013 allowed us to determine that (i) flooded soils are still significant sources of GHG unlike flooded tree trunks, (ii) in the reservoir 84 % of CH4 emissions and 51 % of CO2 emissions occur in the littoral zone (< 10 m depth), (iii) 54 % of the CO2 produced in the river downstream of the dam come from the degradation of the OM provided by the reservoir. This study also allowed us to achieve carbon and nitrogen balances in Petit Saut and emission balance of each GHG emitted (CH4, CO2, N2O) nearly 20 years after impoundment

Les couvertures de couverture (CC) sont des plantes utilisées périodiquement pour couvrir le sol et qui sont ensuite enfouies dans le sol pour enrichir celui-ci par l’augmentation de la quantité de matière organique à la suite d’un retour de résidus végétaux. Cette utilisation se fait généralement de deux façons : semées après ou avant la culture principale (en dérobée) ou semées en même temps que la culture principale (en intercalaire). Ce projet de recherche avait pour objectif général de déterminer l’effet des espèces de CC et des parties végétales (racines et parties aériennes) sur la décomposition de ces plantes enfouies dans le sol. Dans une expérience factorielle en tiroirs de 3 x 2 x 6 avec quatre blocs aléatoires complets, les parties aériennes et racinaires de trois espèces de CC dont le pois fourrager (Pisum sativum L.), le trèfle rouge (Trifolium pratense L.) et la vesce commune (Vicia sativa L.) ont été enfouies dans le sol, par la technique des sacs de résidus. Des sacs ont été prélevés à 0, 10, 20, 30, 60 et 90 jours après placement au champ. Initialement, la partie racinaire de la vesce commune était la plus riche en azote (N) tandis que la partie aérienne du trèfle rouge était la plus riche en N. Nos résultats démontrent que l’azote contenu dans les racines des CC se libère plus lentement que celui des parties aériennes. Le trèfle rouge est l’espèce qui s’est décomposée le plus rapidement. Après 90 jours de décomposition, il ne restait que 20 % et 11 % de la biomasse initiale pour le pois fourrager et la vesce commune, et le trèfle rouge, respectivement. La partie racinaire des CC était plus riche en N que leur partie aérienne. Nous n’avons pas trouvé de corrélation entre la biomasse et les paramètres de qualité des CC (N, carbone (C), C:N).

Le traitement thermochimique de carbonitruration suivi d’une trempe est couramment utilisé pour améliorer la résistance à l’usure et à la fatigue de pièces mécaniques. Mais les origines de ce gain de propriétés mécaniques ne sont pas bien connues. La thèse a pour objectif de caractériser et modéliser, pour un acier faiblement allié 23MnCrMo5, l’influence de la concentration en carbone et en azote de l’austénite sur les cinétiques de transformations de phases au refroidissement, les microstructures résultantes et les duretés. Dans un premier temps, la démarche expérimentale repose sur l’élaboration d’éprouvettes enrichies de manière homogène par voie thermochimique en carbone, azote et carbone+azote, grâce à un nouveau procédé. Ensuite, les cinétiques de transformation et les évolutions microstructurales sont étudiées par dilatométrie, par diffraction des rayons-X haute énergie in situ (rayonnement synchrotron) et par MET. L’introduction d’azote induit une forte accélération des cinétiques de transformation et des microstructures plus fines notamment dans le domaine haute température (500_C - 700_C), que nous attribuons à la germination de la ferrite sur des nitrures CrN qui précipitent dans l’austénite pendant l’enrichissement. Les duretés sont par ailleurs beaucoup plus élevées que dans des échantillons enrichis en carbone. La DRX in situ a aussi permis d’identifier l’évolution des différentes phases (austénite, ferrite, cémentite, CrN) et leur chronologie pendant la transformation bainitique. Enfin, un modèle de prédiction des cinétiques de transformations de phases est construit pour simuler les profils de microstructures et de duretés dans des couches enrichies en carbone et/ou azote, conduisant à un relativement bon accord entre simulation et expérience
Carbonitriding thermochemical treatments followed by quench are commonly employed to improve wear and fatigue resistance of mechanical parts. However, the origin of this gain of mechanical properties is not well known. The objective of this PhD thesis is to characterize and to model, for a low-alloyed 23MnCrMo5 steel, the influence of austenite carbon and nitrogen concentrations on phase transformations kinetics during cooling. As a first step, the experimental procedure is based on the elaboration of specimens homogeneously enriched in carbon, nitrogen or carbon+nitrogen, thanks to a specifically designed process. Then, phase transformation kinetics and microstructural evolutions are studied by dilatometry, by high-energy synchrotron X-ray diffraction and by TEM. The introduction of nitrogen induces a strong acceleration of the phase transformation kinetics and much finer microstructures, in particular in high temperature range (500_C - 700_C). We attribute these effects to the nucleation of ferrite on CrN nitrides, which precipitated in austenite during the enrichment. In addition, the hardnesses are much higher than in specimens enriched in carbon. In situ XRD also allowed identifying the evolutions of the different phases (austenite, ferrite, cementite, CrN) and their chronology during the bainitic transformation. Finally, a model to predict the phase transformation kinetics is developed inorder to simulate the microstructure and hardness profiles inside layers enriched in carbon and/or nitrogen, leading to satisfactory agreement between simulation and experiments

Les relations entre changements climatiques, variations du cycle du carbone et production carbonatée au cours du Pliensbachien et du Toarcien sont étudiées à partir de données géochimiques, sédimentologiques et paléontologiques acquises au Portugal, en Italie et en Sibérie du Nord. La reconstitution des températures marines à partir de l’analyse des rapports isotopiques de l’oxygène de coquilles de brachiopodes révèle des phases successives et marquées de refroidissement et de réchauffement. L’étude des nannofossiles calcaires et des teneurs en carbonates indiquent que les périodes de réchauffement correspondent à des crises drastiques de la production carbonatée et d’extinction, à la fois dans les domaines néritiques et pélagiques. Les fluctuations d’ampleur globale des rapports isotopiques du carbone indiquent un contrôle probable de ces phases de réchauffement par des variations de la teneur en CO2 atmosphérique, certainement causées par des phases de volcanismes intense en Afrique du Sud et en Antarctique
The relationships between changes in climate, carbon cycling and carbonate production in the Pliensbachian-Toarcian are investigated using geochemical, sedimentological and paleontological data acquired in Portugal, Italy and northern Siberia. Reconstructions of seawater temperatures inferred from the oxygen isotope composition of brachiopod shells reveal successive and marked cooling and warming episodes. The analysis of calcareous nannofossils and carbonate contents indicate that warming episodes corresponded to drastic carbonate production decline and extinction in both neritic and pelagic settings. Global variations in carbon isotope ratios indicate that warming events were probably controlled by atmospheric CO2 concentrations, likely caused by episodes of intense volcanism in South Africa and in Antarctica

L'étude est réalisée in vitro sur deux types de sols et à deux stades d'activité biologique. L’importance du flush de minéralisation du carbone du à la dessiccation-réhumidification est fonction de l'activité biologique au moment de la dessiccation. Le surcroit de CO2 provient partiellement des cadavres microbiens triés par la dessiccation et de matériel non vivant rendu minéralisable. Le flush de minéralisation de l'azote est relativement plus faible : il est contrôlé par la réorganisation qui a lieu lors de la réhumidification du sol et semble provenir des cadavres microbiens et de leurs métabolites

Dans le but de progresser dans la compréhension des fonctionnements carboné et azoté des arbres, ce travail a consisté à étudier les effets de l’âge sur les dynamiques saisonnières ainsi que sur les quantités des réserves carbonées et azotées de l’arbre.Cette étude a été réalisée in situ chez une chronoséquence composée de trois classes d’âge de chênes sessiles (8, 20 et 150 ans). La dynamique saisonnière des concentrations en composés carbonés et azotés de réserve a été étudiée durant une année chez les jeunes branches et les racines moyennes et fines, en ciblant les points d’échantillonnage sur des dates phénologiques et de croissance clés de l’arbre. La quantification des réserves a été permise grâce à l’estimation des biomasses vivantes des différents organes de l’arbre. L’étude des effets de l’âge sur les quantités des réserves carbonées et azotées et leur répartition au sein de la biomasse a été réalisée à l’échelle de l’arbre dominant et à l’échelle du peuplement.Avec l’âge, la dynamique saisonnière de formation des réserves carbonées est modifiée. Les jeunes arbres allouent préférentiellement le C à la croissance, le stockage n’ayant lieu qu’à la fin de la croissance du bois. Chez les arbres matures, la croissance et le stockage se font conjointement au cours de la saison de végétation. La dynamique saisonnière des réserves azotées n’est globalement pas différente entre les trois classes d’âge : le minimum des réserves est observé en été et le maximum après le jaunissement. Les arbres matures ont des concentrations en acides aminés plus importantes que les deux autres classes d’âge, ce qui pourrait être relié à une plus grande biomasse de racines fines et un plus fort taux de mycorhization au stade mature, permettant une meilleure exploration du sol et une meilleure nutrition minérale.Les quantités de réserves carbonées et azotées de l’arbre dominant et du peuplement augmentent avec l’âge. La répartition des réserves dépend principalement de celle de la biomasse vivante entre les différents organes. Le tronc stocke ainsi la majorité des composés carbonés et azotés non structuraux de l’arbre et du peuplement, quel que soit l’âge. Toutefois, les concentrations en composés de réserve ont un effet non négligeable sur la localisation des réserves au sein de l’arbre car la répartition des réserves carbonées et azotées peut être différente de celle des biomasses vivantes. Par cette étude, nous mettons en évidence que l’allocation des composés carbonés non structuraux au stockage dans les grosses racines et les branches augmente progressivement avec l’âge de l’arbre.Les résultats de cette étude permettent ainsi de montrer une évolution dans la gestion du C et de l’N avec l’âge de l’arbre
In order to progress in the comprehension of tree carbon and nitrogen functioning, this work studies tree age effects on seasonal changes and quantities of carbon and nitrogen reserves.This study was performed in situ in a chronosequence of three different ages of sessile oaks (8, 20 and 150 years old). Seasonal dynamics of carbon and nitrogen compound concentrations was studied for one year in young branches and fine and medium roots, at key phenological and growth stages. The reserve quantification was possible thanks to the estimation of the living biomass of the tree different organs. The study of age effects on carbon and nitrogen reserve quantities and their distribution within the tree biomass was realized at the dominant tree scale and the stand scale.Seasonal dynamics of carbon reserve formation changes with ageing. Young trees allocate preferentially C to growth; C storage begins only after the end of wood growth. In mature trees, growth and storage occur at the same time during the vegetative period. Seasonal dynamics of nitrogen reserves is overall not different between the three age classes: the minimum nitrogen reserve is observed in summer and the maximum one after yellowing. Mature trees have higher amino acid concentrations, which could be explained by a higher fine root biomass and a higher mycorrhization rate at mature stage, allowing a better soil exploration and mineral nutrient.Carbon and nitrogen reserve quantities of the dominant tree and stand increase within age. Reserve distribution mainly depends on the living biomass distribution between the different organs. Stem stocks the majority of tree and stand carbon and nitrogen reserves for the three age classes. However carbon and nitrogen compound concentrations have an important effect on the reserve localization in tree because carbon and nitrogen reserve distribution can be different from the living biomass one. With this study, we show that carbon compound allocation to storage in coarse roots and branches increase progressively with tree age.The results of this study highlight an evolution in C and N management with tree age

Les associations organo-minérales jouent un rôle prépondérant dans la séquestration à long terme des matières organiques des sols forestiers, mais les contributions des différents types d’association organo-minérale à la stabilisation, ainsi que les processus microbiens qui en sont responsables, restent mal connus. Pour y remédier, des techniques de traçage isotopique ont été combinées à la séparation densitométrique séquentielle des associations organo-minérales. Ces dernières ont été investiguées in et ex situ, à différentes échelles spatiales (macroscopique, submicrométrique et moléculaire) et temporelles (de 8 heures à 12 ans).Quatre types d’association organo-minérale ont été distingués : les débris végétaux associés à quelques rares minéraux, les agrégats végétaux, les agrégats microbiens et les grains minéraux. Le traçage isotopique du carbone et de l’azote dérivés des litières de feuilles a mis en évidence, à l’échelle de la décennie, des transferts entre les différentes associations organo-minérales. Tous deux entrent dans le sol sous forme de fragments végétaux, puis migrent progressivement vers les agrégats végétaux et microbiens. Les agrégats apparaissent pertinents pour la stabilisation du carbone et de l’azote à l’échelle décennale. Une petite fraction du carbone et de l’azote apparaît rapidement stabilisée dans les grains minéraux denses. Nos observations du devenir du 15N indiquent que l’activité des microorganismes du sol est responsable de ces transferts. Les fragments de feuilles colonisés par les microorganismes sont progressivement incorporés dans les agrégats végétaux. A mesure que la décomposition se poursuit, les agrégats végétaux se disloquent pour former des agrégats plus stables, plus pauvres en matières organiques, plus enrichis en produits microbiens et plus compacts : les agrégats microbiens. La stabilisation microbienne a été étudiée aux échelles macroscopique, submicrométrique et moléculaire, principalement par NanoSIMS et LC-IRMS. Elle opère (i) directement par immobilisation dans les cellules microbiennes et (ii) indirectement via une abondante production de métabolites extracellulaires. La calibration des C/N obtenus par NanoSIMS a permis de déterminer qu’ils sont stabilisés dans les associations organo-minérales sans contrôle apparent de la chimie des matières organiques. L’incorporation du 13C dans les sucres aminés, biomarqueurs des biomasses bactériennes et fongiques, indique que les microorganismes vivants croissent où la ressource se trouve. Ils s’accumulent dans les agrégats microbiens via les processus de transfert précédemment évoqués. Ce travail souligne l’importance des agrégats pour la séquestration du carbone et de l’azote dérivés des litières à l’échelle de la décennie. Il met également en évidence le rôle des microorganismes dans les transferts et la stabilisation du carbone et de l’azote dérivés des feuilles au sein d’associations organo-minérales
Organo-mineral associations play a key role in the long-term sequestration of organic matter in forest soils. However, knowledge about the contribution of the different types of organo-mineral associations and the microbial processes involved in soil organic matter stabilisation is scant. To solve it, stable isotope techniques have been combined with the sequential density fractionation of organo-mineral associations. Isolated fractions were investigated in field and in lab, at different temporal (from 8 hours to 12 years) and spatial scales (macro-, submicron- and molecular scales).Four types of organo-mineral associations were distinguished: plant debris with little mineral attached, plant aggregates, microbial aggregates and mineral grains. Isotopically labeled beech leaf litters were tracked at a decadal time-scale to reveal transfers in between organo-mineral associations. Both litter-derived carbon and nitrogen entered the soil as plant fragments to progressively pass through plant and microbial aggregates. Aggregates appeared particularly meaningful for the stabilisation of litter-derived carbon and nitrogen at a decadal time-scale. Little of the litter-derived carbon and nitrogen was found quickly stabilized to mineral grains. Microbial activities appeared as a major controlling factor for the evolvement of organo-mineral associations, responsive for the transfers of litter-derived carbon and nitrogen. Indeed, plant debris colonized by microorganisms are progressively trapped into plant aggregates. As decomposition proceeds, plant aggregates disrupt into denser microbial aggregates. These aggregates are loaded with lesser organic matter, but enriched in stable microbial materials.Stabilisation by soil microorganisms has been studied at the macro-, submicronand molecular- scales, using mostly NanoSIMS and LC-IRMS. Microbial stabilization operated (i) directly through immobilization in microbial cells and, (ii) indirectly through large production of extracellular microbial products. By calibrating the NanoSIMS for accurate C/N ratios, extracellular microbial products have been shown to be stabilized onto organo-mineral associations without apparent control of the mineral-attached organic matter chemistry. The incorporation of 13C tracers into amino sugars, biomarkers of bacterial and fungal biomasses, revealed that living microorganisms grow where the resource is, but accumulate in microbial aggregates. Microbial biomasses moved from plant debris to microbial aggregates, likely along with the transfers of decaying litter residues as described above.This work points aggregates as meaningful organo-mineral associations for the sequestration of litter-derived carbon and nitrogen at the decadal time-scale. It also revealed the role of microorganisms in the transfers and stabilization of litterderived carbon and nitrogen within organo-mineral associations

Ce travail de thèse porte sur la quantification de la diazotrophie et son influence sur les cycles biogéochimiques dans l'océan de surface Pacifique tropical sud-ouest, une région particulièrement sous-échantillonnée à ce jour. Les objectifs de ce travail étaient (1) de quantifier la fixation de N2 et identifier les principaux acteurs de la diazotrophie dans cette région, (2) d’évaluer l'influence de la fixation de N2 sur la production primaire et sur l'export de carbone, (3) d’identifier les voies de transfert de l’azote fixé dans la chaine trophique planctonique.Il a été mis en évidence que la région du Pacifique tropical sud-ouest était un hot spot de fixation de N2. A l'ouest, les eaux oligotrophes des archipels Mélanésiens présentaient des taux de fixation de N2 élevés et la communauté diazotrophe était dominée par Trichodesmium. A l'est, les eaux ultra-oligotrophes de la gyre du Pacifique sud présentaient des taux de fixation de N2 plus faibles et la communauté diazotrophe était dominée par les UCYN-B.Des bilans d'azote montrent que la fixation de N2 contribuait à plus de 90 % des apports d'azote nouveau dans la couche euphotique, et soutenait donc la quasi intégralité de la production primaire nouvelle. L'étude des voies de transfert de l'azote fixé montre qu’entre 7 et 15 % de la fixation de N2 totale était transféré vers les organismes non-diazotrophes.Ces travaux de thèse démontrent que la diazotrophie soutient la pompe biologique dans l'océan Pacifique tropical sud-ouest, et qu'elle peut jouer un rôle déterminant dans la structure des communautés planctoniques et les cycles biogéochimiques du carbone et de l'azote dans les régions oligotrophes
This PhD thesis focuses on the quantification of diazotrophy and its influence on biogeochemical cycles in the western tropical South Pacific Ocean, a critically under-sampled region so far. The aim of this work is to (1) quantify N2 fixation and identify the main contributors of diazotrophy in this region, (2) assess the influence of N2 fixation on primary production and carbon export, (3) identify transfer pathways of the fixed nitrogen in the planktonic food web.We have found that the western tropical South Pacific Ocean was a hotspot of N2 fixation. In the western part, the oligotrophic waters of the Melanesian archipelago presented high N2 fixation rates and diazotrophes were dominated by Trichodesmium. In the eastern part, the ultra-oligotrophic waters of the South Pacific gyre presented lower N2 fixation rates, and diazotrophs were dominated by UCYN-B.The nitrogen budgets show that N2 fixation contributed to more than 90 % of the of new nitrogen input in the photic layer. The study of the transfer pathways of the fixed nitrogen has shown that 7 to 15 % of total N2 fixation was transferred to non-diazotrophs.This PhD thesis indicates that diazotrophy sustains the biological pump in the western tropical South Pacific Ocean, and can have a critical influence in the planktonic community structure and in biogeochemical cycles of carbon and nitrogen in oligotrophic regions

La présence de plantes accélère la décomposition de la matière organique du sol (MOS) au travers de l’apport de composés riches en énergie (rhizodépôts et litières) stimulant les microorganismes ; un phénomène appelé « rhizosphere priming effect » (RPE). Une augmentation de la photosynthèse, activité pourvoyeuse d'énergie rhizodéposée, pourrait augmenter le RPE et l’offre du sol en nutriments. Récemment, le modèle SYMPHONY couplant activités photosynthétiques et microbiennes du sol suggère un ajustement de l'offre du sol en nutriments (delta minéralisation-immobilisation) à la demande des plantes. Cependant, le rôle clé de la photosynthèse sur cet ajustement offre-demande reste à étudier expérimentalement.L’objectif général de la thèse est d'étudier le rôle des interactions des activités photosynthétiques et microbiennes du sol dans les régulations des flux de carbone (C) et d'azote (N) des écosystèmes. Trois écosystèmes types ont été étudiés : la prairie, la monoculture de blé et un nouveau système de culture (NSC) associant blé et plantes pérennes de la prairie. Nous émettons l’hypothèse que les plantes pérennes, via une activité photosynthétique pourvoyant les microorganismes en énergie tout au long de l'année, sont essentielles à l'ajustement offre-demande en N. De nombreux défis techniques ont été relevés afin de construire une plateforme expérimentale de 40 mésocosmes sous éclairage et température naturels. Cette plateforme permet de coupler marquage 13C des plantes, mesures continues des échanges de CO2, du RPE, de la production végétale, du stockage de C du sol, le taux de minéralisation-immobilisation d'N et du lessivage d'N. Ce dispositif nous a permis de déterminer la contribution du RPE dans les flux de C des écosystèmes comprenant la production nette de l’écosystème (NEP), la production primaire brute (GPP) et la respiration de l’écosystème (RE) exprimées en g C m-2 24h-1. Nous avons montré une relation positive linéaire entre (1) RPE et GPP et (2) RPE et biomasse aérienne (AGB) (g C m-2). A partir de ces relations, le RPE peut être prédit en utilisant les équations suivantes : (...). Nous montrons un ajustement offre-demande de l’N au cours des saisons : une forte activité photosynthétique (printemps) est liée à un RPE et un delta minéralisation-immobilisation d’N élevés alors qu’une faible activité photosynthétique (automne) est liée à un RPE et un delta minéralisation-immobilisation d’N faibles. Cet ajustement était observé dans la prairie et dans le NSC mais pas en monoculture de blé. Logiquement, la lixiviation d’N était importante en monoculture de blé alors qu’elle était quasi nulle en prairie et dans le NSC. Après deux années de maintien des trois écosystèmes types, la production aérienne totale du NSC était équivalente à la prairie, tous deux étant supérieurs d’environ un facteur deux à la monoculture de blé. Ces résultats confirment l’importance des plantes pérennes dans la synchronisation offre-demande de l’N. L’ensemble de ces investigations souligne l’importance des activités des plantes et des processus rhizosphériques dans la régulation des cycles CN des écosystèmes. Ces régulations pourront être étudiées in situ et à l'échelle globale grâce aux proxys de ces processus rhizosphériques (RPE, ajustement offre-demande) déterminés dans la thèse. Des activités photosynthétiques et rhizosphériques tout au long de l'année sont essentielles à l'ajustement offre-demande en nutriments conduisant à une forte production primaire, à la fermeture des cycles des nutriments et au stockage de MOS. Ces découvertes offrent l'opportunité de construire de nouveaux systèmes de culture, à l'image de l’association blé-plantes pérennes étudiée, à hautes performances agro-environnementales
The presence of plants accelerates the decomposition of soil organic matter (SOM) through the supply of energy-rich compounds (rhizodeposits and litter) stimulating microorganisms; a phenomenon called rhizosphere priming effect (RPE). An increase of photosynthesis, supplying soil with rhizodeposited energy, could increase the RPE and soil nutrients offer. Recently, the SYMPHONY model coupling photosynthesis and soil microbial activities suggested an adjustment of the soil nutrient offer (delta mineralization-immobilization) to plant demand. However, the key role of photosynthesis in this offer-demand adjustment needs to be investigated experimentally.The general objective of the thesis is to study the role of interactions between photosynthesis and soil microbial activities in the regulation of carbon (C) and nitrogen (N) fluxes of ecosystems. Three ecosystem types were studied: grassland, wheat monoculture and a new cropping system (NSC) where wheat and perennial grassland species were intercropped. We hypothesize that perennial species, through a continuous photosynthetic activity supplying microorganisms with energy over the year, are essential for offer-demand adjustment.Many technical challenges were overcame to build an experimental platform of 40 mesocosms under natural light and temperature. This platform allows to couple 13C labeling of plants, continuous CO2-exchange measurements, RPE, plant production, soil C storage, N mineralization-immobilization turnover and N leaching.This experimental platform allowed us to determine the contribution of RPE to C fluxes of ecosystems including net ecosystem production (NEP), gross primary production (GPP) and ecosystem respiration (ER) expressed in g C m-2 24h-1. We found positive linear relationships between (1) RPE and GPP and (2) RPE and aboveground biomass (AGB) (g C m-2). Using these relationships, the RPE can be predicted with the following equations: (...).We show an adjustment of soil N-offer to plant N-demand across seasons: a high photosynthetic activity (spring) is linked to high RPE and delta mineralization-immobilization of N whereas a low photosynthetic activity (autumn) is linked to low RPE and delta mineralization-immobilization of N. This adjustment was observed in grassland and NSC but not in wheat monoculture. Consistently, N leaching was high in wheat monoculture while it was almost null in grassland and NSC. After two years of establishment of the three ecosystems, the total aboveground production of the NSC was equivalent to the grassland, each being about twice as high as the wheat monoculture. These results confirm the importance of perennial species in the offer-demand adjustment of N.Our findings underline the importance of plant activities and rhizosphere processes in the regulation of ecosystems C N cycles. Using the proxies of rhizosphere processes (RPE, offer-demand adjustment) provided in the thesis, further studies could investigate these regulations in situ and at the global scale. The presence of photosynthetic and rhizospheric activities over the year are essential for offer-demand adjustment of nutrients leading to high primary production, closing nutrient cycles and SOM storage. These findings offer the opportunity to build new cropping systems such as the wheat-perennial species studied, with high agro-environmental performances