Дисертації з теми "Amendement organique du sol"

Les sols organiques sont très productifs et leurs propriétés physiques et chimiques permettent de cultiver des denrées de grande qualité à fort volume. Malheureusement, la qualité des sols organiques et les propriétés qui les rendent si productifs se dégradent rapidement, et ce dès leur mise en culture. Afin de préserver le potentiel agronomique de ces sols, des mesures de protection et de conservation des sols sont à l’étude. Parmi celles-ci, l’apport de biomasse végétale broyée est envisagé afin de ralentir ou de stabiliser les pertes de sols et de maintenir les propriétés physiques de ces sols. Cette méthode est à l’étude avec un dispositif expérimental établi enserre. Deux types de biomasses (miscanthus et saule) à des doses de 15 et 30 t/ha ont été appliqués sur un sol organique affaissé. Quatre mélanges de fibre ayant des tailles variant de5 à 45 mm ont été testés. L’effet des traitements a été étudié sur trois cycles de production successifs de légumes feuilles (épinard, roquette, épinard). Une réduction notable des rendements de la culture avec la dose de biomasse apportée a été obtenue lors du premier cycle de production. Une chute de rendement d’environ 60% a été observée pour les cultures ayant reçu une dose de 30t/ha d’amendement. Aucune fluctuation significative des rendements n’a été notée au deuxième cycle, contrairement au troisième cycle où les rendements ont sensiblement augmenté pour les traitements ayant reçu une dose d’amendement de 30 t/ha. Les différentes mesures prises pour évaluer les propriétés du sol après les trois cycles de culture ne révèlent aucun changement notable des propriétés physiques ou hydrauliques du sol à la suite des applications de biomasse. Des variations significatives de certaines propriétés chimiques ont été obtenues, mais ne permettent pas d’expliquer de façon claire les effets des traitements sur les rendements. L’apport de biomasse est une méthode prometteuse qui nécessite certaines études plus approfondies afin de comprendre les effets observés.
Organic soils are very productive, and their physical and chemical properties allow for the cultivation of high quality, high-volume foodstuffs. Unfortunately, the quality of organic soils and the physical properties that make them so productive quickly deteriorate as soon as they are drained for cultivation. In order to preserve the agronomic potential of these soils, soil protection and conservation measures are being studied. Among these, the addition of crushed plant biomass is considered to help slow down or stabilize soil losses and maintain physical properties of these soils. This method was studied in a greenhouse experimental design. Two types of biomass (miscanthus and willow) at rates of 15 and 30 t/ha were applied to a collapsed organic soil. Four fibre length mixtures ranging from 5 to 45 mm were studied on three cycles of leafy vegetables (spinach, rocket, spinach). A significant reduction in crop yields with increasing biomass dose was noted for the first production cycle. No significant yield fluctuations were noted in the second cycle, in contrast to the third one, where yields increased significantly for treatments with an amendment rate of 30 t/ha. The various measurements taken at the end of the three production cycles to evaluate soil properties did not reveal any significant improvement in the physical or hydraulic properties of the soils following biomass applications. Significant variations were obtained for some chemical characteristics measured, with no clear results to help explain the yield variations obtained. Biomass amendment is a promising method that requires more studies in order to understand the processes involved.

Une stratégie pour améliorer durablement la fertilité des sols dégradés par érosion au Nord du Vietnam consiste à apporter des amendements organiques exogènes (AOEs). L'application du lisier de buffle, son compost et lombricompost, ainsi que le biochar permettraient à faible coût d’améliorer la qualité des sols et la croissance des plantes en réduisant l'utilisation d'engrais, mais également de séquestrer du carbone. L’objective de cette thèse est d’évaluer (1) l’utilité des quatre AOEs seuls ou en association pour séquestrer du carbone, et (2) l’effet de l’apport des quatre substrats organiques seuls ou en association sur la quantité et qualité des matières organiques d’un sol agricole tropical dégradé typique du Nord du Vietnam. Pour répondre à cet objectif, nous avons effectué des incubations au laboratoire, en sachet de litière dans des conditions de terrain et suivi pendant trois ans une expérience en mesocosme avec ajouts des AOEs au sol cultivé en conditions de terrain.Nos résultats montrent que le compostage en présence de vers de terre conduit à une plus forte transformation de la matière organique issue du lisier de buffle par rapport au compostage traditionel. Le lombricompost était enrichi en composés azotés et appauvri en polysaccharides, et se caractérisait par une altération plus importante des lignines en comparaison avec le compost. La stabilité biologique de ces AOEs a été liée à leur teneur en carbone soluble, diminuant suivant l’ordre : lisier de buffle > compost > lombricompost, alors que leur réactivité chimique était similaire. Le biochar, constitué de carbone aromatique, se caractérisait par une très forte stabilité biologique et chimique. L’association du biochar avec les autres AOEs a influencé leur stabilité chimique et biologique, en protégeant la matière organique labile contre l'oxydation chimique et la dégradation biologique.Notre expérience de trois ans en mésocosmes en conditions naturelles a montré que tous les AOEs ont un effet positif sur le stockage du carbone dans le sol ainsi que sur la qualité de la matière organique de sol. L’association de biochar et de lombricompost en augmenttant l’abondance des composés dérivés de la lignine ainsi que la teneur en sucre provenant des plantes et des microorganismes, semble montrer un effet synergique de cette association sur la fertilité des sols (activité microbienne, prospection racinaire). Comparé aux résultats d’incubation en sachet de litières, ces résultats indiquent un effet significatif et contrasté des AOEs sur la croissance des plantes en particulier sur l’apport racinaire. En conclusion, l’association de biochar et de lombricompost semble la meilleure solution pour améliorer la qualité de sol dégradé par l'érosion dans le Nord du Vietnam. Ces résultats devront être confirmés par des études à long terme, tant du point de vue de la qualité physicochimique que biologique des sols amendés par ces AOEs
Intensification of agricultural use of tropical soils in Northern Vietnam leads to acidification associated with organic matter loss, rapid decline of their fertility and high erosion rates. Such negative effects may be counteracted by exogenous organic amendments (EOMs). The application of buffalo manure, its compost and vermicompost and biochar alone or in mixture with other EOMs is promising to improve at low cost soil quality, plant growth and carbon sequestration. The aims of this study were to evaluate (1) the usefulness of the four EOM alone or in mixture to sequester carbon and (2) the effect of these amendments on quantity and quality of soil organic matter of a tropical soil degraded by erosion. To anwer to this objective we carried out incubations in the laboratory, in litterbags under field conditions and we monitored a mesocom experiment, where the EOM were added and subjected during three years to cultivation and natural rainfall conditions. Our results showed that composting in the presence of earthworms led to stronger transformation of buffalo manure than regular composting. Vermicompost was enriched in N-containing compounds and depleted in polysaccharides. It further contained stronger modified lignin compared to regular compost. Biological reactivity of these AOEs was related to their soluble organic matter content, which decreased in the order buffalo manure > compost > vermicompost, whereas their chemical reactivity was similar. Bamboo biochar was enriched in aromatic carbon and characterized by a high biological and chemical recalcitrance. The presence of biochar influenced the biological as well as chemical reactivity of the other organic amendments. It led to a protection of organic matter against chemical oxidation and changed their susceptibility to biological degradation. Our experience with mesocosmes during 3 year under the natural conditions showed that all organic amendments had a positive effect on soil carbon storage and significantly influences soil organic matter quality. Biochar could increase the soil carbon sequestration potential, when applied in mixture with vermicompost. The presence of biochar increased lignin derived compounds abundance as well as both plant and microbial sugar content of soil amended with vermicompost but it had no effect in the case of control soil. Compared to our litterbag experiment these results show that EOM have a strong contrasting effect on plant growth, in particular root litter input. In conclusion, the incorporation of biochar and vermicompost seems to be the best solution to improuve the quality of degraded soil in Northem Vietnam. More studies about the impacts of this amendment on soil physico-chemical and biological properties in long-term are needed to comfirm these results

La croissance de la digestion anaérobie en Europe conduit à une production importante de digestats. L'objectif de cette thèse était d'améliorer la compréhension de l'impact de l'application de ces derniers sur la fertilité physique du sol, grâce à l'analyse de la dynamique à court terme de la stabilité des agrégats du sol (SA), un indicateur clé de la résistance structurelle du sol à la formation de la croûte et à l'érosion. Les analyses réalisées sur des digestats prélevés ont montré que leurs impacts à court terme sur la SA du sol peuvent varier considérablement. Une première typologie d'impact a été élaborée, catégorisant l'effet des différents digestats selon les modes de production utilisés. Nous avons également pu identifier des corrélations entre les caractéristiques du digestat et leurs effets sur la SA du sol. Ce qui a permis d’identifier l’implication des mécanismes suivants : i) interactions directes entre le sol et les composants minéraux et organiques du digestat, ii) stimulation indirecte des processus microbiologiques par la matière organique du digestat conduisant à la stabilisation des agrégats. Une expérimentation au champ a montré que, si les effets du digestat sur la SA d’un sol limoneux sont limités par rapport aux variations induites par le climat, leur application peut néanmoins compenser les impacts négatifs transitoires d’un travail du sol. Nos résultats indiquent que l'incorporation de digestat peut même conduire à un impact positif progressif mais global sur la SA des sols limoneux à moyen terme. Cependant, en fonction des propriétés du sol et du contexte agricole, il convient de veiller à évaluer au préalable la qualité des digestats destinés à l'épandage, car certaines caractéristiques telles que des teneurs élevées en minéraux peuvent entraîner des effets négatifs transitoires sur la SA du sol
Demand for renewable energy is driving rapid growth in the agricultural anaerobic digestion (AD) sector. Digestates, by-products from AD, are used as organic fertilisers and soil amendments. Yet, our understanding of the effects of the wide array of digestates produced on soil biological, chemical and physical processes is limited. Our objective was to investigate the impact of digestate application on soil physical health, through study of the aggregate stability (AS), a key indicator of soil resistance to crust formation and erosion. Laboratory testing of digestates from agricultural AD sites revealed that their short-term impact on soil AS may vary considerably. A proposed typology of impact categorises the likely effect of different digestates according to AD process parameters, as an aid to agronomic decision-making and AD plant conception. We determined digestate characteristics linked to changes in soil AS, andconsidered the mechanisms involved, including direct interactions between soil and mineral or organic components, and indirect stimulation of microorganisms by "bioaccessible" organic matter. While the short-term effects of digestate on silt soil AS in field trials were limited compared to climateinduced variations, there were no negative effects. Digestate application may even lead to a very gradual improvement in AS of silt loam soils over time. However, certain mineral-rich digestates can induce transient negative effects on AS in other soil contexts. These findings provide insight into the short-termimpacts of digestate on soil processes leading to aggregate stabilisation. Nevertheless, going forward, an integrated approach accounting for many issues surrounding digestate use in agriculture is required to achieve sustainable soil management

L'objectif principal de ce travail est d'évaluer si l'amendement calco-magnésien de deux bassins versants acidifiés du massif vosgien (un sur grès et un sur granite) engendre des changements de la morphologie des humus, de l'abondance et de la diversité de la mésofaune, de la biomasse fongique, du stockage de carbone dans les horizons organiques 5 et 7 ans après l'amendement. Par ailleurs, nous avons effectué une étude dans des conditions contrôlées de laboratoire en utilisant des microcosmes contenant les horizons organiques du sol provenant de bassins versants acidifiés sur grès et sur granite afin d'évaluer les effets à court terme de l'amendement. Les résultats indiquent que les effets de l'amendement sont beaucoup plus marqués sur le substrat le plus acide. À court terme, sur substrat gréseux, nous observons une diminution de l'abondance de la mésofaune puis une augmentation de celle-ci 5 ans après l'amendement avant de ne montrer plus aucun effet 7 ans après l'épandage. L'effet inverse ou aucun effet n'est par contre observé sur substrat granitique. Le contenu en Ca et Mg de l'horizon OL a augmenté avec l'amendement, mais cet effet n'est également significatif que sur grès. La biomasse fongique du sol n'a pas été affectée par le chaulage, mais est significativement plus élevée sur granite que sur grès. Le chaulage a augmenté l'épaisseur de l'horizon OH sur grès alors qu'il a diminué l'épaisseur de l'horizon OL sur granite, probablement en relation avec les modifications de l'activité biologique (mésofaune ou microorganismes). Enfin, sur substrat gréseux, le stock de carbone de l'humus a augmenté du fait d'un épaississement notable de l'horizon OH avec le chaulage
The main objective of this work is to assess the consequences of calco-magnesium liming on two acidified forested catchments in Vosges Mountain (sandstone and granite) on humus morphology, abundance and diversity of mesofauna, fungal biomass and carbon storage in organic horizons 5 and 7 years after liming. Moreover, we performed a study to verify under laboratories conditions by using microcosms filled with soil from acidified catchments lying on sandstone and granite in order to study the short-term effect of calco-magnesium liming. During the two field campaigns, we determined calcium and magnesium contents of OL horizon, pH, humus morphology, mesofauna abundance and diversity, fungal biomass, soil carbon storage of organic layers OL, OF and OH.Results indicated that calco-magnesium liming affects studied parameters in different ways according to elapsed time after liming and the geological substrate (sandstone and granite), the more acidic catchment (sandstone) showing the most remarkable reaction. Results of immediate effects of liming showed a decrease of mesofauna abundance and then gradually increasing tendencies in field campaigns after 5 years while no effect after 7 years after liming. The opposite or no effects were observed on granite substrate. Ca and Mg contents in OL horizon increased by liming but this effect were only significant on sandstone substrate. Soil fungal biomass was not affected by liming but was significantly higher on granite substrate than sandstone. Liming increased the OH horizon thickness on sandstone while decreased the OL horizon on granite, under the influence of biological activity (mesofauna vs microorganisms)

En zone sahélienne, la matière organique du sol (MOS) et sa fraction microbienne (BMc) sont deux composantes essentielles de la fertilité des terres, la MOS pour sa fonction bien connue de réserve de nutriments et son rôle dans les propriétés physiques du sol, la BMc comme moteur de la majeure partie des processus biologiques intervenant sur la MOS. Notre objectif est (1) d'évaluer l'effet d'apports de matière organique sur la fertilité des sols en se basant sur des variables chimiques et biologiques et sur les composantes du rendement et (2) de rechercher les relations entre ces différentes variables afin de définir des types de comportement des sols susceptibles d'expliquer la grande variabilité de la réponse à un apport de fumier en milieu paysan. Nous disposons d'essais annuels et pérennes en station et d'un essai multilocal en milieu paysan. Nos variables sont les caractéristiques physico-chirniques des sols, la BMc et la nitrification nette quantifiée in situ (Nitm) et en laboratoire en conditions optimales (Nitpot) pour les variables biologiques, et le rendement utilisé comme variable intégratrice. Cette étude confirme la décroissance très rapide de la MOS dès la mise en culture (-40% de C en 1ère année) et présente également des résultats nouveaux : (1) elle valide, en milieu paysan, l'augmentation de la BMc en cours de cycle observée par d'autres auteurs en station; (2) elle précise les relations entre composante biologique (BMc et Nitm) et composante chimique (CEC et MOS) ; (3) elle montre que la variabilité de la réponse du sol et de la plante est fonction de la composition du fumier et de la zone écologique ; cette variabilité est utilisée pour définir des types de comportement des sols ; ( 4) elle montre que l'effet du fumier est encore notable après 2 ans sur le rendement et la BMc. Ce travail nous a également conduit à des études méthodologiques. La connaissance fine des mécanismes biologiques des sols passe par une étude en conditions contrôlées
In the sahelian zone, sail organic matter (SOM) and microbial biomass (MBc) are two essential components of soil fertility, SOM because of it's role in sail physical properties and stock of nutrients, and MBc as the key of most of the biological processes involved in SOM evolution. Our objective is (1) to evaluate the effects of organic inputs on sail fertility, using chemical and biological variables as well as yield components and (2) to determine the relationships between these variables so as to define types of soil behaviour that could explain the large variability of the response to manure in field conditions. We worked on medium-term and annual experiments as weil as a multilocal experiment in field conditions. Our variables are soil physico-chemical caracteristics, MBc, nitrification determined in situ (Nitn1) and in controlled conditions (Nitpot) as the biological variables, and plant prùductivity as an integrative variable. Our results confirm the fast degradation of SOM the first year of cultivation after 15 years of herbaceous fallow (-40% C the first year). This study also presents new results : (1) it validate, in field conditions, the increase of MBc during the cultivation period observed by other authors in agronomical station and precises the relationships between soil biological component (MBc and Nitm) and chemical ones (CEC, SOM) ; (3) it shows that the variability of the soil and plant reponse to manure is a function of it's composition and of the ecological zone; this variability is used to define types of sail behaviour; (4) it shows that residual effects of manure is still sensible, even after two years, on yield and MBc. This work also led to methodological studies. Controlled conditions are necessary for a better knowledge of biological mecanisms

Pour étudier les risques de toxicité et de transfert du cuivre du sol vers le mais dans les conditions réelles d'agriculture, un sol agricole limoneux acide a été volontairement enrichi en cuivre en 1992 et amendé avec des apports croisés de chaux et de matière organique. Les prélèvements de sols et de ma7is ont été effectués en 1994, 1996, et 1998. La biodisponibilité et la mobilité du métal dépendent de sa spéciation chimique, étudiée par extraction séquentielle. La concentration en cuivre dans les organes du mai͏̈s et les rendements de la culture sont déterminés. En 1998, les parcelles restent fortement enrichies dans la couche de surface du sol même si le cuivre est progressivement lessivé. Le cuivre, naturel ou anthropique, est majoritairement lié aux oxydes de fer et minoritairement lié à la fraction échangeable. Le cuivre endogène est ensuite lié au résidu, puis aux oxydes de manganèse et à la matière organique tandis que le cuivre exogène est ensuite lié aux oxydes de manganèse, à la matière organique et à la fraction résiduelle. Les oxydes de manganèse du sol ont une forte affinité pour le cuivre anthropique. L'étude de modèles de régression montre que les concentrations en cuivre échangeable et lié à la matière organique du sol dépendent du cuivre total, du pH et du taux de carbone organique du sol, que la concentration en cuivre lié aux oxydes de fer dépend du cuivre total et du pH, tandis que la concentration en cuivre lié aux oxydes de manganèse ne dépend que du cuivre total. L'évolution temporelle de la spéciation est négligeable sauf pour les fractions liées aux oxydes. Le rendement de la culture des tiges baisse quand la concentration en cuivre augmente tandis que celui du grain augmente. La concentration en cuivre dans les tiges est fonction du cuivre échangeable, du taux de carbone organique, du pH du sol et du taux de précipitation et celle des grains du cuivre lié aux oxydes, du pH, de la température et du taux de précipitation.

L'effet du compostage selon différentes techniques a été vérifié par des analyses physiques et chimiques, mais également en suivant la germination et la croissance de plantes locales (tomate, navet, oseille de Guinée, Gombo) en présence du substrat obtenu. Ces expériences ont permis de prouver que le compostage en Andins permettait d'obtenir les résultats les plus satisfaisants. Ces travaux ont été complétés par des études concernant l'origine des éléments toxiques (les substances hydrosolubles étant particulièrement inhibitrices) et par celles des caractéristiques hydriques et physiques du compost

L’objectif de cette étude était d’évaluer les effets à long terme (28 ans) de huit itinéraires agronomiques sur les stocks de carbone organique du sol (COS) et d’azote (N) du sol, et leur répartition dans les fractions de la matière organique (MOS) par un fractionnement granulo-densimétrique (fraction légère [MOL] et fractions lourdes > 53, 53-20, 20-2 et < 2 µm) à deux profondeurs(0-10, 10-30 cm). Le projet, établi en 1989 à Normandin (Québec), consiste en un dispositif en tiroirs à trois facteurs combinant la rotation (monoculture d’orge ou rotation orge grainée-prairie-prairie), le travail du sol (labour ou chisel) et la source fertilisante (engrais minéral ou lisier de bovin). Les résultats ont démontré que les effets de la source fertilisante et du travail de sol sur les stocks de COS et N diffèrent selon la rotation établie. Dans la monoculture d’orge, le chisel a favorisé une accumulation de N en surface alors que l’enfouissement des résidus de cultures par le labour a entrainé des gains de COS et de N en profondeur à la fois dans la fraction légère ainsi que dans les fractions lourdes et fines. Toujours dans la monoculture d’orge, le lisier a enrichi le sol en N dans les10 premiers cm seulement, particulièrement dans les fractions lourdes > 53, 2-20 et < 2 µm. Les mêmes tendances ont été observées dans la rotation orge-prairies, mais les écarts n’étaient pas significatifs, probablement parce que le sol sous prairie était déjà très riche en MOS. À long terme, les itinéraires à prédominance de prairies représentent des systèmes capables d’atteindre de hauts niveaux de MOS, sans égal aux itinéraires composés strictement de cultures annuelles. De ce fait, l’absence d’augmentation significative du COS et du N selon la source fertilisante dans la rotation orge-prairies suggère que l’accumulation de MOS dans le sol soit sujette à saturation.

Alors que l'épandage de déchets huileux à forte dose sur des sols non cultivés est utilisé pour éliminer les hydrocarbures, les épandages à faible dose sur les terres cultivées ont été peu envisagés. Aussi, des essais ont été conduits au laboratoire et au champ afin de suivre le devenir et les effets, dans le système sol-plante-microorganismes, d'hydrocarbures appliqués à faible dose sous la forme de déblais de forage. Ont été pris en compte la phytotoxicité, le transfert sol-plante, la biodégradation en absence et en présence de plante et l'infiltration des hydrocarbures. Les résultats des études en laboratoire montrent que les hydrocarbures perturbent la germination et la croissance des végétaux. La phytotoxicité dépend de la dose, du type de molécule et varie en fonction des espèces végétales. Aucun transfert d'hydrocarbures dans les parties aériennes du maïs n'est observé. Dans le sol, la majorité des hydrocarbures est dégradée et le résidu final de la biodégradation est constitué de molécules cycliques. En présence de plante, la dégradation est plus rapide et l'exsudation racinaire est un facteur important de stimulation de la dégradation des hydrocarbures dans la rhizosphère. Au champ, l'infiltration sélective des hydrocarbures légers et de certains métabolites dans le profil de sol et dans les eaux de drainage est observée. L’importance du phénomène dépend de la quantité et du type d'hydrocarbures et des conditions pédoclimatiques. L’épandage de déblais de forage en plein champ entraine une légère diminution du rendement des deux premières cultures. Aucun hydrocarbure pétrogénique n'est retrouvé dans les plantes. Dans ces conditions, la vitesse de disparition des hydrocarbures est proportionnelle à la dose d'épandage. Les alcanes linéaires, ramifiés et certains aromatiques sont dégradés alors que les composés cycliques persistent. L’apport de petites quantités de déblais de forage pourrait constituer une alternative au landfarming intensif des déchets huileux. Cependant, la présence de molécules mobiles et toxiques peut avoir des conséquences négatives sur l'agrosystème

Les contraintes techniques et économiques induites par la gestion des lixiviats de déchets ménagers et assimilés (LDMA) pourraient être minimisées en considérant le LDMA non plus comme un déchet mais comme un « co-produit » partiellement valorisable. Parmi la diversité des constituants des LDMA, la matière organique dissoute (MOD) présente 2 intérêts majeurs : une forte charge et des processus de transformations comparables à ceux de la matière organique naturelle (MON). Ce travail de thèse s’attache donc à extraire cette MOD des LDMA selon son caractère hydrophobe et à identifier des axes de valorisation. Seules les fractions de type hydrophobe (HPO*) et transphilique (TPH*), de par leurs caractéristiques et leur réactivité, ont été considérées dans cette étude et 2 voies de valorisation ont été testées : une valorisation énergétique et une valorisation matière par amendement sur un sol en déficit de carbone organique (Corg).La caractérisation des fractions de MOD anthropiques et leur comparaison à des fractions de MON a confirmé l’intérêt majeur de leur valorisation. En effet, elles sont (i) physiquement et chimiquement comparables à la MON, (ii) quantifiables à des concentrations jusqu’à plus de 1000 fois supérieures à la MON permettant ainsi un potentiel d’extraction conséquent en comparaison aux matrices environnementales telles que les eaux de surface, et (iii) plus facilement biodégradables que la MON, tout en ne présentant aucun caractère phytotoxique avéré.Un test BMP optimisé et adapté au LDMA a été développé via un plan d’expérience, puis utilisé pour mettre en évidence l’impact du caractère hydrophobe de la MOD du LDMA sur la digestion anaérobie, et notamment la production de méthane. Selon les résultats obtenus, les molécules organiques de type transphilique favorisent la production de biogaz. De plus, la fraction hydrophile, faiblement aromatique, diminue la teneur en méthane du biogaz, contrairement à la fraction hydrophobe.Enfin, l’amendement de fractions organiques extraites de LDMA présente un réel intérêt dans le cas d’un sol initialement pauvre en Corg. La fraction HPO* permet un apport de Corg plus important comparé à la fraction TPH*, tandis que les composés transphiliques favorisent l’activité biologique du sol.Ce travail de thèse a ainsi mis en évidence l’intérêt d’extraire les fractions hydrophobe (HPO*) et transphilique (TPH*) de la MOD de LDMA afin de les engager dans des processus de valorisation énergétique et agronomique
The management of municipal solid waste leachates (MSWL) is technically and economically restrictive. It thus should be interesting to consider this effluent no more as a waste but rather as a partially valorizable “co-product”. The dissolved organic matter (DOM) is one of the major components of MSWL and presents a twofold interest: a high load and comparable processes of transformation to those of natural organic matter (NOM).This study thus aimed at extracting the DOM from MWSL according to its hydrophobic character and identifying ways of valorization. Only hydrophobic (HPO*) and transphilic (TPH*) fractions were considered because of their characteristics and reactivity. Two different ways of valorization were investigated: energetic valorization and enrichment of a soil with low content in organic carbon (Corg).The characterization of HPO* and TPH* fractions and their comparison with fractions of NOM confirmed their high valorizable potential. Indeed, they are physically and chemically comparable to NOM, they can be quantified at concentrations up to 1000 times higher than NOM (high extraction potential when compared to environmental matrices such as surface water), and they are more easily biodegradable than NOM without any phytotoxic character.An optimized BMP test was first developed by using an experimental design to adapt the experimental conditions to the digestion of MSWL. It was then applied in different conditions to highlight the impact of the hydrophobic character of the DOM of MSWL on the anaerobic digestion, and mainly on methane production. According to the results, the transphilic-like organic molecules improve the biogas production. Besides, the hydrophilic-like compounds with low aromatic character decrease the methane content of the produced biogas contrary to the hydrophobic fraction.Finally, organic fractions extracted from MSWL were relevant to enrich soil with low content in organic carbon. The HPO* fraction better improves the Corg content when compared to the TPH* fraction whereas transphilic-like molecules enhances the soil biological activity.With the results of this research study, the HPO* and TPH* fractions extracted from a MSWL can thus be considered both to produce biogas and particularly methane and to be amended on soils. Their extraction can thus be economically viable and their treatment no more highly costly

Ce travail a pour objectif de tester des solutions viables et durables pour la phytoremédiation de sols contaminés en éléments traces. Il inclut à la fois des données sur l'évaluation initiale et résiduelle des risques (biomonitoring) et sur des solutions de phytomanagement à long terme utilisant des plantes et microorganismes associés, en particulier la phytoextraction aidée couplant l’épuisement du pool labile de contaminants du sol, la production de matière première végétale et la restauration de services écosystémiques. La phytotoxicité du Cu, le rôle améliorant des amendements organiques et minéraux et la tolérance des plantes ont été examinés utilisant des essais biologiques ainsi qu’une technique de dilution du sol. L'utilité d’une lignée de mutant de tournesol (Helianthus annuus) et d’une lignée parental de tabac (Nicotiana tabacum) pour le biomonitoring de sols contaminés en Cu a été investiguée. Les paramètres biochimiques qui sont en relation avec le statut antioxidant des plantes et leurs réponses moléculaires à l’excès de Cu ont en général montré une plus grande sensibilité que les traits morphologiques. Le tabac est plus tolérant au Cu que le tournesol. Des bactéries endophytes issues de différentes sources, notamment des graines d’une population métallicole d’une graminée (Agrostis capillaris) peuvent stimuler la croissance du tournesol et du tabac aux expositions en Cu modérément en excès. Pour ces plantes annuelles, accumulatrices secondaires du Cu et à phénotype d’exclusion, l'augmentation de la capacité de phytoextraction de Cu par les parties aériennes s’effectue principalement par l’accroissement de la biomasse aérienne, plutôt que par celui de sa concentration en Cu. Par conséquent, une attention a été prêtée aux pratiques agricoles dans les essais en parcelles sur site. Plusieurs options d’amélioration ont été examinées in situ: l'application d’amendements du sol, l'utilisation de lignées de mutants et de variants somaclonaux, la rotation de cultures et des cultivars, la bioaugmentation, la fertilisation, l’irrigation, etc. Deux lignées de mutants et des cultivars commerciaux de tournesol ainsi qu’une lignée parentale de tabac ont montré un fort potentiel pour la phytoextraction du Cu, accompagné d’une production significative de graines et/ou autre biomasse valorisable. Les solutions de restauration écologique basées sur la phytoextraction, utilisant des plantes annuelles accumulatrices secondaires de Cu permettraient (1) la décontamination progressive des sols contaminés en Cu au cours des rotations culturales, (2) un retour financier lié à la valorisation de la biomasse végétale, et (3) la restauration de services écosystémiques
This work aimed at assessing sustainable phytoremediation options for trace element-contaminated soils. It includes both the assessment of initial and residual risks (biomonitoring) and long-term sustainable decontamination options using plants and associated microbes, especially aided phytoextraction with the secondary purposes of producing plant-based feedstock and restoring ecosystem services. Copper phytotoxicity, the improving role of soil conditioners, and plant tolerance were tested using a bioassay as well as a fading technique. The usefulness of a mutant line of sunflower (Helianthus annuus) and a motherline of tobacco (Nicotiana tabacum) for the biomonitoring of Cu-contaminated soils was investigated. Biochemical parameters in relation to antioxidant status of plants and molecular responses to Cu excess generally showed a greater sensitivity than morphologic ones. Tobacco has a higher Cu tolerance than sunflower. Endophytic bacteria from various sources, notably from the seeds of metallicolous populations of grasses (Agrostis capillaris) can promote the growth of sunflower and tobacco exposed to Cu excess. For annual Cu-secondary accumulator plants with an excluder phenotype, increase in shoot Cu removal occurred primarily through increase in shoot biomass, rather than in shoot Cu concentration. Therefore, attention in field trials was paid to agricultural practices. Various improving options were tested in situ: application of soil amendments, the use of mutant lines and somaclonal variation, cultivars and crop rotation, bioaugmentation, fertilization, irrigation, etc. Two mutant lines and some commercial cultivars of sunflower as well as the motherline of tobacco showed a high potential for Cu phytoextraction as well as for plant-based feedstock. Ecological restoration options for Cu-contaminated soils based on phytoextraction using annual Cu-secondary accumulator plants with a high shoot biomass would (1) result in the progressive decontamination of Cu-contaminated soils during crop rotations, (2) provide a financial return through biomass valorization, and (3) promote ecosystem services

Aux Antilles, dans les plantations de bananes en monoculture mécanisée, l'un des principaux problèmes à résoudre est le contrôle des populations de nématodes phytoparasites. Dans cette thèse, les effets d'apports de différentes matières organiques (MO), brutes ou compostées, sur la régulation biologique des nématodes ont été étudiés, cet effet suppresseur ayant déjà été montré sur d'autres cultures. L'analyse de la littérature sur le sujet montre que les effets d'un apport de MO sur les populations de nématodes phytoparasites et sur leurs dégâts sont complexes et varient fortement en fonction de la nature biochimique du produit et de l'espèce de nématode. Ainsi, les matières organiques qui libèrent beaucoup d'azote minéral en se décomposant favorisent la croissance des racines, ce qui peut augmenter la ressource alimentaire des nématodes phytoparasites et/ou la tolérance des plantes à leurs attaques. La décomposition des matières apportées peut libérer des composés nématotoxiques. Enfin, l'apport de carbone peut entrainer une diversification des communautés de nématodes, une complexification des réseaux trophiques et, par la suite, favoriser la régulation biologique des nématodes phytoparasites par les espèces appartenant aux niveaux trophiques supérieurs et par la microflore. Nous avons, par une étude fine de la structure des communautés de nématodes et le suivi de la croissance des jeunes plants de bananier, cherché à évaluer l'induction de la régulation biologique des nématodes parasites du bananier dans une sole bananière par un apport de MO, au moyen de deux expérimentations en pots conduites pendant 13 semaines. Les MO testées étaient quatre MO brutes et quatre MO compostées. L'expérience sur les MO brutes a montré que trois des quatre MO (bagasse, écumes de sucrerie et déchets verts) ont entrainé une diminution des populations de nématodes parasites dans les racines du bananier, l'intensité de cette régulation dépendant de l'espèce. En revanche, le quatrième type de MO, des boues de station d'épuration, n'a pas permis de diminuer la pression parasitaire. Les différences de croissance des systèmes racinaires n'ont pas été un facteur explicatif des régulations observées et les meilleures conditions de croissance observées n'ont pas réduit les impacts des nématodes phytoparasites sur les racines. Seules les écumes de sucrerie ont entrainé un impact positif global sur la plante, en diminuant la pression parasitaire tout en augmentant sa croissance. La bagasse et les déchets verts, principalement composés de lignines et de cellulose, ont entrainé une modification significative de la structure des communautés de nématodes, avec un fort accroissement des populations de nématodes fongivores et, avec la bagasse, de nématodes carnivores. L'expérience en pot sur les MO compostées a montré que les trois composts commerciaux produits par SITA VERDE (Biogwa, Ecogwa B, Ecogwa D) et l'amendement organique commercial Vegethumus (de Phallipou-Frayssinet) avaient engendré une diminution du parasitisme et que ce contrôle dépendait de l'espèce de nématodes phytoparasites. Dans cet essai, le contrôle des nématodes parasites du bananier est apparu lié à la biomasse racinaire totale des bananiers. L'apport des composts Ecogwa D et Vegethumus a augmenté la taille des populations de nématodes microbivores, mais seul Vegethumus a accru la voie de décomposition fongique. [...] Suite et fin du résumé dans la thèse.

Cette thèse s'inscrit dans une approche résolument pluridisciplinaire, centrée sur l'étude biogéochimique des cycles d'éléments majeurs - éléments en trace dans les eaux contrôlées par l'activité des microorganismes (piégeage/rélargage par la biomasse ou dégradation de la matière organique dissoute et particulaire). Le caractère innovant de ?ette thèse réside dans l'étude, pour la première fois, de l'impact de l'activité microbienne (minéralisation aerobiques par les bactéries typiques des sols, Pseudomonas) sur les cycles biogéochimiques des éléments grâce à la mise en oeuvre en parallèle d'outils géochimiques, physicochimiques et microbiologiques. Cette étude simultanée des cycles biogéochimiques des éléments et des paramètres d'activité biologique nous permettra de prédire les réponses des systèmes naturels aux changements climatiques et aux interventions humaines (sous forme de pollution organique ou métallique). Les études de terrain ont été accompagnés par des étude plus detaillés en laboratoire des mécanismes réactionnels. Dans le cadre de ce travail, mes efforts ont été consacrés à l'étude physicochimique des processus via la modélisation expérimentale de la dégradation de la matière organique des extraits du sol. Et des recherches des relations quantitatives entre la dégradation de la matière organique par les bactéries hétérotrophes Pseudomonas et les cycles des éléments associés
Multidisciplinary approach for the study of the biogeochemical cycles of the main elements in soils and waters controlled by the activity of microorganisms (by uptake/release of cells or in the process of degradation of dissolved organic matter) was used in the thesis. The innovation of this work is to study the effect of microbial activity (soil typical aerobic bacteria Pseudomonas) on the biogeochemical cycles of elements due to take place geochemical, physical, chemical and microbiological processes. The simultaneous study of the biogeochemical cycles of elements and parameters of biological activity will allow us to predict the response of natural systems to climate change and human-induced disturbance (organic or metallic contamination). Field studies were accompanied by detailed laboratory studies of the reaction mechanisms. The thesis considers to the study of physical and chemical processes using of experimental modeling of the degradation of organic matter in soil extracts and to the study of the quantitative relation between the degradation of organic matter by heterotrophic bacteria Pseudomonas and cycles elements

Devant la complexité du cycle de l’azote (N) et la variété de ses formes disponibles dans le sol, la planification de la fertilisation de cet élément repose sur des calculs et considérations complexes. La fertilisation biologique a de particulier que l’N est apporté sous forme organique, alors que les plantes le prélèvent principalement sous forme minérale. La disponibilité de l’N repose donc sur une minéralisation efficace des amendements. Cette situation peut mener des producteurs à surfertiliser, entraînant des pertes financières et d’N dans l’environnement. Parvenir à une meilleure synchronisation de la minéralisation de l’N avec les besoins de la plante est donc crucial pour le développement de la serriculture biologique, où les besoins en azote des cultures sont de loin plus élevés qu’au champ. De plus, la capacité de certaines plantes à prélever directement l’N sous forme organique est souvent considérée négligeable en agriculture, mais pourrait être plus importante qu’on ne le croit, contribuant ainsi substantiellement au bilan d’N de la plante. Les objectifs généraux de ma thèse étaient de : (1) évaluer les taux de minéralisation de fertilisants biologiques couramment utilisés en culture légumière sous serre au Québec ; (2) étudier l’impact de différentes sources fertilisantes sur la biodiversité des bactéries du sol ; (3) étudier la capacité du concombre à prélever l’N directement sous forme organique ; et (4) développer et valider un outil de gestion de la fertilisation biologique azotée. Une expérience d’incubation de cinq fertilisants biologiques d’usage commun en serriculture biologique a été menée. La minéralisation de l’N a plafonné dans un sol minéral et un substrat tourbeux à, respectivement, 41 et 63 % de l’N appliqué pour le fumier de poule granulé, 56-93 % pour la farine de sang, 54-81 % pour la farine de plume, 34-43 % pour la farine de luzerne et 57-73 % pour la farine de crevette. Dans un sol minéral, la biodiversité bactérienne alpha (indice Shannon) a été augmentée par l’apport de farine de luzerne, alors que dans un substrat organique à base de tourbe, ce sont la farine de crevette et le fumier de poule granulé qui l’ont le plus augmentée. En se basant sur ces résultats, le modèle NLOS a été adapté à la serriculture biologique pour produire le nouveau modèle NLOS-OG. Cet outil a été validé en serres expérimentales et commerciales et a permis une prédiction satisfaisante de la disponibilité d’N minéral pour une culture en sol minéral, ainsi que de la minéralisation cumulative de fertilisants appliqués dans un sol ou un substrat tourbeux. Par contre, de la recherche spécifique à la dynamique de l’eau dans les cultures biologiques en contenants sera nécessaire afin de prédire adéquatement la disponibilité de l’azote dans ce système. Une interface web est disponible pour les agronomes et producteurs (https://exchange.iseesystems. com/public/pierrepauldion/nlos-og/). Le contenu en C et N solubles du substrat biologique d’une culture de concombre en serre biologique a été positivement corrélé au contenu en C et N organiques de la sève du xylème et aux solides solubles du fruit, suggérant un prélèvement et un transfert de C et N organiques vers les parties aériennes et les fruits. Dans une seconde expérience, en milieu contrôlé, de jeunes plants de concombre ont été exposés à une solution d’alanine enrichie en 13C et 15N. En combinant l’utilisation de molécules marquées à une position spécifique (Position-specific labelling) et l’analyse isotopique spécifique au composé (Compound-specific isotopic analysis), nous avons développé une approche innovatrice permettant de suivre le métabolisme de l’assimilation de l’N issu d’un acide aminé prélevé par les racines. Nous avons ainsi démontré que les racines peuvent prélever et assimiler l’N sous forme organique, surtout en situation de rareté de l’N. Elles ont toutefois une nette préférence pour les formes inorganiques (nitrate et ammonium). Les contributions scientifiques découlant de cette étude doctorale sont : (1) une meilleure connaissance de la minéralisation des fertilisants biologiques azotés ; (2) l’intégration de ces taux de minéralisation dans un outil de gestion de l’N applicable en serriculture biologique; et (3) une meilleure compréhension du prélèvement et de l’assimilation de l’azote organique par des plants de concombre. Ces connaissances permettront une meilleure planification de la fertilisation à base de matière organique, et par conséquent un accroissement de la durabilité de la serriculture biologique.
Devant la complexité du cycle de l’azote (N) et la variété de ses formes disponibles dans le sol, la planification de la fertilisation de cet élément repose sur des calculs et considérations complexes. La fertilisation biologique a de particulier que l’N est apporté sous forme organique, alors que les plantes le prélèvent principalement sous forme minérale. La disponibilité de l’N repose donc sur une minéralisation efficace des amendements. Cette situation peut mener des producteurs à surfertiliser, entraînant des pertes financières et d’N dans l’environnement. Parvenir à une meilleure synchronisation de la minéralisation de l’N avec les besoins de la plante est donc crucial pour le développement de la serriculture biologique, où les besoins en azote des cultures sont de loin plus élevés qu’au champ. De plus, la capacité de certaines plantes à prélever directement l’N sous forme organique est souvent considérée négligeable en agriculture, mais pourrait être plus importante qu’on ne le croit, contribuant ainsi substantiellement au bilan d’N de la plante. Les objectifs généraux de ma thèse étaient de : (1) évaluer les taux de minéralisation de fertilisants biologiques couramment utilisés en culture légumière sous serre au Québec ; (2) étudier l’impact de différentes sources fertilisantes sur la biodiversité des bactéries du sol ; (3) étudier la capacité du concombre à prélever l’N directement sous forme organique ; et (4) développer et valider un outil de gestion de la fertilisation biologique azotée. Une expérience d’incubation de cinq fertilisants biologiques d’usage commun en serriculture biologique a été menée. La minéralisation de l’N a plafonné dans un sol minéral et un substrat tourbeux à, respectivement, 41 et 63 % de l’N appliqué pour le fumier de poule granulé, 56-93 % pour la farine de sang, 54-81 % pour la farine de plume, 34-43 % pour la farine de luzerne et 57-73 % pour la farine de crevette. Dans un sol minéral, la biodiversité bactérienne alpha (indice Shannon) a été augmentée par l’apport de farine de luzerne, alors que dans un substrat organique à base de tourbe, ce sont la farine de crevette et le fumier de poule granulé qui l’ont le plus augmentée. En se basant sur ces résultats, le modèle NLOS a été adapté à la serriculture biologique pour produire le nouveau modèle NLOS-OG. Cet outil a été validé en serres expérimentales et commerciales et a permis une prédiction satisfaisante de la disponibilité d’N minéral pour une culture en sol minéral, ainsi que de la minéralisation cumulative de fertilisants appliqués dans un sol ou un substrat tourbeux. Par contre, de la recherche spécifique à la dynamique de l’eau dans les cultures biologiques en contenants sera nécessaire afin de prédire adéquatement la disponibilité de l’azote dans ce système. Une interface web est disponible pour les agronomes et producteurs (https://exchange.iseesystems. com/public/pierrepauldion/nlos-og/). Le contenu en C et N solubles du substrat biologique d’une culture de concombre en serre biologique a été positivement corrélé au contenu en C et N organiques de la sève du xylème et aux solides solubles du fruit, suggérant un prélèvement et un transfert de C et N organiques vers les parties aériennes et les fruits. Dans une seconde expérience, en milieu contrôlé, de jeunes plants de concombre ont été exposés à une solution d’alanine enrichie en 13C et 15N. En combinant l’utilisation de molécules marquées à une position spécifique (Position-specific labelling) et l’analyse isotopique spécifique au composé (Compound-specific isotopic analysis), nous avons développé une approche innovatrice permettant de suivre le métabolisme de l’assimilation de l’N issu d’un acide aminé prélevé par les racines. Nous avons ainsi démontré que les racines peuvent prélever et assimiler l’N sous forme organique, surtout en situation de rareté de l’N. Elles ont toutefois une nette préférence pour les formes inorganiques (nitrate et ammonium). Les contributions scientifiques découlant de cette étude doctorale sont : (1) une meilleure connaissance de la minéralisation des fertilisants biologiques azotés ; (2) l’intégration de ces taux de minéralisation dans un outil de gestion de l’N applicable en serriculture biologique; et (3) une meilleure compréhension du prélèvement et de l’assimilation de l’azote organique par des plants de concombre. Ces connaissances permettront une meilleure planification de la fertilisation à base de matière organique, et par conséquent un accroissement de la durabilité de la serriculture biologique.
Because of the complexity of the nitrogen (N) cycle and the diversity of its molecule forms in the soil, N fertilization management is based on complex calculations and considerations. For organic farming, N is provided via organic amendments and biological fixation. However, lack of precise tools that predict the N mineralization rate of N sources leads some producers to over-fertilize, resulting in the buildup of salinity, N leaching and possible loss of profits. Consequently, better knowledge of N availability following organic fertilization, to improve synchronization of N supply with crop N demand, is crucial to advance sustainable organic horticulture. In addition, the capacity of plants to take up N directly as organic molecules is seldom considered in agriculture and could be higher than previously thought, contributing significantly to the plant’s N budget. The objectives of this thesis were to: (1) evaluate the mineralization rates from organic fertilizers commonly used in greenhouse vegetable horticulture in Quebec; (2) study the impact of different fertilizer sources on soil bacterial diversity; (3) study the capacity of cucumber plants to take up and assimilate N directly as organic molecules; and (4) develop and validate a N management tool for organic fertilization. An incubation experiment with five organic fertilizers commonly used in organic greenhouse horticulture was performed. Nitrogen mineralization plateaued for a mineral soil and a peat substrate at respectively 41 and 63% of applied N for pelleted poultry manure, 56-93% for blood meal, 54-81% for feather meal, 34-53% for alfalfa meal, and 57-73% for shrimp meal. Organic fertilizers supported markedly contrasted bacterial communities, closely linked to soil biochemical properties, especially mineral N, pH and soluble C. Alfalfa meal promoted the highest alpha diversity (Shannon index) in the mineral soil, whereas shrimp meal and pelleted poultry manure increased it in the peat-based growing medium. Based on those results, we adapted the NLOS model to organic greenhouse horticulture and developed the new model NLOS-OG. This tool was validated in commercial and experimental greenhouses. It yielded a satisfying prediction of mineral N availability in a greenhouse crop grown in native mineral soil, and for the cumulative mineralization of fertilizers applied in a soil or organic substrate. However, further research should focus on water dynamics in containerized organic crops in order to achieve a precise prediction of N availability in that cropping system. A free web interface for NLOS-OG is now available for agronomists and growers (https://exchange. iseesystems.com/public/pierrepauldion/nlos-og/).In a greenhouse experiment, the C and N content of soil solution was positively linked to the xylem sap C and N content of mature cucumber plants and appeared to contribute to the accumulation of soluble solids in cucumber fruits, suggesting uptake and transfer of soil soluble organic N and C to the shoot and fruits. In a second experiment, in a growth chamber, young cucumber plants were exposed to 13C- and 15N-labelled alanine. By combining two methods, i.e., the use of Position-specific labelling (PSL) of alanine and Compound-specific isotopic analysis (CSIA) of free amino acids, we developed a novel approach allowing the study of the mechanism of the assimilatory metabolism of an amino acid taken up by the roots. We demonstrated that their roots can take up and assimilate N as organic molecules, although they showed a preference for inorganic N forms (nitrate and ammonium). The scientific contributions from this doctoral study are: (1) a better knowledge of the nitrogen release from nitrogen organic fertilizers; (2) the integration of mineralization rates into a N management tool adapted to organic greenhouse horticulture; and (3) a better understanding of the uptake and assimilation of organic N by cucumber plants. This knowledge will contribute to a better planning of N fertilization based on organic matter, thus increasing the sustainability of organic greenhouse horticulture.
Because of the complexity of the nitrogen (N) cycle and the diversity of its molecule forms in the soil, N fertilization management is based on complex calculations and considerations. For organic farming, N is provided via organic amendments and biological fixation. However, lack of precise tools that predict the N mineralization rate of N sources leads some producers to over-fertilize, resulting in the buildup of salinity, N leaching and possible loss of profits. Consequently, better knowledge of N availability following organic fertilization, to improve synchronization of N supply with crop N demand, is crucial to advance sustainable organic horticulture. In addition, the capacity of plants to take up N directly as organic molecules is seldom considered in agriculture and could be higher than previously thought, contributing significantly to the plant’s N budget. The objectives of this thesis were to: (1) evaluate the mineralization rates from organic fertilizers commonly used in greenhouse vegetable horticulture in Quebec; (2) study the impact of different fertilizer sources on soil bacterial diversity; (3) study the capacity of cucumber plants to take up and assimilate N directly as organic molecules; and (4) develop and validate a N management tool for organic fertilization. An incubation experiment with five organic fertilizers commonly used in organic greenhouse horticulture was performed. Nitrogen mineralization plateaued for a mineral soil and a peat substrate at respectively 41 and 63% of applied N for pelleted poultry manure, 56-93% for blood meal, 54-81% for feather meal, 34-53% for alfalfa meal, and 57-73% for shrimp meal. Organic fertilizers supported markedly contrasted bacterial communities, closely linked to soil biochemical properties, especially mineral N, pH and soluble C. Alfalfa meal promoted the highest alpha diversity (Shannon index) in the mineral soil, whereas shrimp meal and pelleted poultry manure increased it in the peat-based growing medium. Based on those results, we adapted the NLOS model to organic greenhouse horticulture and developed the new model NLOS-OG. This tool was validated in commercial and experimental greenhouses. It yielded a satisfying prediction of mineral N availability in a greenhouse crop grown in native mineral soil, and for the cumulative mineralization of fertilizers applied in a soil or organic substrate. However, further research should focus on water dynamics in containerized organic crops in order to achieve a precise prediction of N availability in that cropping system. A free web interface for NLOS-OG is now available for agronomists and growers (https://exchange. iseesystems.com/public/pierrepauldion/nlos-og/).In a greenhouse experiment, the C and N content of soil solution was positively linked to the xylem sap C and N content of mature cucumber plants and appeared to contribute to the accumulation of soluble solids in cucumber fruits, suggesting uptake and transfer of soil soluble organic N and C to the shoot and fruits. In a second experiment, in a growth chamber, young cucumber plants were exposed to 13C- and 15N-labelled alanine. By combining two methods, i.e., the use of Position-specific labelling (PSL) of alanine and Compound-specific isotopic analysis (CSIA) of free amino acids, we developed a novel approach allowing the study of the mechanism of the assimilatory metabolism of an amino acid taken up by the roots. We demonstrated that their roots can take up and assimilate N as organic molecules, although they showed a preference for inorganic N forms (nitrate and ammonium). The scientific contributions from this doctoral study are: (1) a better knowledge of the nitrogen release from nitrogen organic fertilizers; (2) the integration of mineralization rates into a N management tool adapted to organic greenhouse horticulture; and (3) a better understanding of the uptake and assimilation of organic N by cucumber plants. This knowledge will contribute to a better planning of N fertilization based on organic matter, thus increasing the sustainability of organic greenhouse horticulture.

Nous avons prepare et caracterise des materiaux obtenus par voie sol-gel, dans le but d'elaborer des diodes electroluminescence hybrides organique-inorganique. Nous avons synthetise de nouveaux precurseurs alkoxydes de silicium, dont les parties organiques ont ete choisies afin de conferer a des matrices sol-gel des proprietes de transport de trous (carbazoles, triarylamines) ou d'electrons oxadiazoles) et de fluorescence (naphthalimides, coumarines, pyrene, aminofluoranthene). Leurs proprietes chimiques, optiques et electrochimiques ont egalements ete etudiees. Nous avons etabli des conditions d'hydrolyse stoechiometrique pour preparer des sols a partir de ces precurseurs fonctionnalises une, deux ou quatre fois des groupements triethoxysilanes ou methyl diethoxysilanes. Les proprietes de photoluminescence et de transport de charges ont ete etudiees pour les matrices obtenues a partir de ces sols. En particulier, les mobilites de trous ont ete mesurees par la technique de temps de vol, pour des films renfermant des unites carbazoles et triarylamides. Nous avons montre qu'elles sont voisines de celles de polymeres contenant le meme type de molecule actives dans des proportions massiques equivalentes. Nous avons fabrique des diodes emettant dans le bleu, le vert et l'orange le plus souvent, leur structure est de type bi-couches, montrant ainsi la necessite de separer les proprietes de transport et de photoluminescence. Pour le vert, les alkoxysilaner'sityl-naphthalimide ont conduit aux diodes les plus efficaces. Des luminances superieures a 2000 cd/m 2 ont ete obtenues pour des tensions de 24-25 volts (epaisseur : 100 nm) avec une cathode en aluminium et une arode d'ito. La diode la plus performante, utilisant une cathode lif) al, presente un maximum de rendement quantique externe de 1% et une luminance maximale de 4000 cd/m 2.

L'objectif de cette thèse a été de démontrer la pertinence du procédé sol-gel photoinduit pour la synthèse de films nanocomposites originaux à partir de précurseurs hybrides mono- et bis-silylés. Bien que mentionné dans la littérature, ce procédé basé sur une catalyse via des super-acides de Bronsted créés par la photolyse d'un photogénérateur d'acides reste à ce jour très marginal. Selon la nature des précurseurs mis en oeuvre, la photopolymérisation sol-gel a parfois été combinée à une photopolymérisation organique pour mener à l'obtention en une seule étape de réseaux hybrides organique-inorganique. Au cours de ces travaux, l'accent a tout d'abord été mis sur la caractérisation structurale des matériaux synthétisés. Pour cela, des mesures par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, résonance magnétique nucléaire du 29Si et du 13C en phase solide et diffraction des rayons X ont été réalisées. Ces études ont permis de révéler les nombreux avantages liés à la voie photochimique tels que la forte réactivité, le caractère vivant de la réaction, l'absence d'eau ou de solvant et l'obtention de matériaux organisés à l'échelle locale. Enfin, l'originalité de cette étude a également résidé dans la mise en œuvre de nombreuses techniques de caractérisation thermo-mécanique des films : analyse mécanique dynamique, calorimétrie différentielle à balayage, nanoindentation, tribologie et tests de résistance à la rayure. L'influence de la nature chimique de la fonctionnalité organique du précurseur employé a ainsi pu être soulignée et des corrélations entre microstructure et propriétés finales des matériaux photopolymérisés ont été établies
The present work questioned the interest of sol-gel photopolymerization as a novel route to synthesize nanocomposite films from hybrid mono- and bis-silylated precursors. The potentialities of this process that is based on a catalysis promoted by photogenerated Bronsted superacids have been poorly investigated so far. Depending on the precursor nature, the sol-gel photopolymerization was possibly combined with an organic photopolymerization in a view to generate the dual crosslinking of the organic and inorganic networks in a single step. A first aspect of this work concemed the structural properties of the hybrid films: Fourier transformed IR spectroscopy, 29Si and 13C solid state Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy and X-rays analysis were thus implemented. These experiments highlighted the numerous advantages of the photoinduced sol-gel process: its high reactivity, its living character, the absence of water or solvent and the local organization in the resulting films. Finally, the thermo-mechanical properties of the UV­ cured materials were assessed by using a wide range of characterization techniques: dynamic mechanical analysis, differentia!scanning calorimetry, nanoindentation, tribological and scratch tests. The effect of the organic moiety functionality of the precursors was thus evidenced and relationships between microstructure and properties ofthe hybrid films were established

Les connaissances liées aux épandages de matière organique d'origine anthropique étant limitées, des essais en champ, en lysimètres sous serre et en incubation, ont été menés afin de connaître les effets de divers apports (boues brutes, lisier de porcs, compost de boue et compost d'ordures ménagères) sur la minéralisation de l'azote, les rendements d'une culture de blé et les modifications de l'organisation du sol. L'étude de l'impact des épandages de matière organique en grande culture sous climat méditerranéen met en évidence les modifications des propriétés physiques et chimiques des sols, et les conséquences sur l'activité culturale et environnementale. L'effet fertilisant après épandage et l'arrière effet des traitements organiques, comparé à l'apport d'un engrais minéral, permet de suivre les potentialités fertilisantes des apports et les interactions probables de la matière organique avec les modifications de l'organisation du sol. L'effet "amendement" mesuré plus particulièrement à partir de l'évolution de la structure et de l'espace poral du sol, a montré des différences entre les traitements organiques et un sol témoin. L'amélioration de la structure du sol entraînant des conséquences favorables à l'installation du réseau racinaire est constatée pour tous les traitements organiques. Des modifications de la morphologie du sol, caractérisées par une augmentation de la macroporosité (les boues et le lisier de porcs) et la microporosité (les composts) sont également observées. Le suivi de la croissance et du rendement d'une culture de blé, souligne le rôle des différents amendements : boues brutes et lisier de porcs peuvent être envisagés pour des cultures nécessitant un besoin immédiat et important en azote minéral, alors que le compost d'ordures ménagères est plus adapté aux cultures dont les besoins sont plus faibles, compte tenu d'une libération d'azote moins importante mais plus régulière dans le temps. Le lessivage de l'azote, étudié par la lysimétrie en serre, est plus élevé après épandage des boues brutes. Il demeure important en l'absence de cultures durant les précipitations hivernales, et au contraire, plus élevé en automne en cas de précédent cultural, quel que soit l'apport. Des essais d'incubation pendant 20 semaines à 28 et à 15 degrés C montrent que l'influence de la température est faible sur les taux de minéralisation de l'azote organique, mais plus marquée sur le phénomène d'ammonification. Les modifications de l'organisation du sol sont plus marquées à 28 degrés C qu'à 15 degrés C, avec une amélioration de la microagrégation et de la microporosité du sol en présence de boues brutes ou compost de boue, l'activité biologique étant plus élevée avec ces apports, alors que le compost d'ordures ménagères améliore la structure du sol seulement en début d'incubation. La dégradation observée dans le temps s'explique par une baisse de la stabilité structurale compte tenu de la teneur plus faible en matière organique avec cet apport. Les résultats obtenus avec ces trois essais peuvent constituer une base de conseil aux agriculteurs quant aux impacts de l'épandage de matières organiques issues de déchets, dans un contexte cultural donné.

La nécrose de l'écorce (Trunk Phloem Necrosis : TPN) est la maladie de l'hévéa économiquement la plus importante or, à l'heure actuelle, son origine et les causes de son apparition sont mal connues. Cette étude vise à préciser les relations entre les activités biologiques du sol et la présence de TPN. Une première étude a été menée sur une parcelle d'hévéa très infestée par la TPN. L'analyse de la faune du sol montre que la présence de termites est fortement liée aux arbres malades. A l'inverse, les polysaccharidases sont moins actives sous les arbres affectés par la TPN alors que les activités liées au cycle de l'azote y sont plus élevées. La structure des communautés fongiques est différente dans les sols sous les arbres sains de sous les arbres malades. Une seconde étude s'est intéressée à l'influence de deux amendements, apport de matière organique seule et couverture de Pueraria + M.O., sur le fonctionnement biologique du sol. L'apport de M.O. entraîne une augmentation de la croissance des arbres et de la production de latex et préviennent aussi l'apparition de TPN. Dans ces sols, la densité de macrofaune est significativement plus faible dans les parcelles sans amendement mais la diversité y est comparable. L'ACP réalisée à partir des activités enzymatiques montre que la plupart des enzymes présentent des activités plus faibles dans les sols non amendés. Les sols des parcelles avec Pueraria ont les plus fortes xylanases alors que l'activité FDase est plus élevée dans les sols des parcelles n'ayant reçu que l'apport organique.

Comprendre le devenir du carbone organique stable du sol (COS) dans un environnement globalement plus chaud est un défi majeur pour prévoir sur le long terme la concentration en CO2 atmosphérique. Pour cela il apparaît nécessaire de mieux comprendre ce qu'est ce COS stable à l'échelle pluri-décennale et comment sa cinétique de minéralisation est modulée par la température. C'est avec cette ambition que cette thèse se propose (1) d'étudier la sensibilité à la température de la minéralisation du COS stable; (2) d'étudier la réponse à la température de la communauté microbienne qui minéralise le COS et (3) d'établir un lien entre âge et décomposabilité du COSLes échantillons issus de 4 essais de jachère nue ont été utilisés dans cette thèse. Des échantillons prélevés en début de chacun de ces essais et après plusieurs décennies de jachère nue ont été incubés à différentes températures pendant 427 jours. La respiration de ces échantillons a été suivie régulièrement. En fin d'incubation, la structure des communautés microbiennes a été déterminée par pyroséquençage. D'autre part, une datation du COS contenu dans les échantillons de la chrono-séquence de l'essai de jachère nue de Versailles a été réalisée.Les résultats obtenus mettent en évidence une relation générale entre vitesse de décomposition du carbone et sensibilité à la température. Ces travaux ont également mis en lumière une plus grande diversité et une plus grande sensibilité à la température des communautés microbiennes associées au carbone stable. Enfin, cette thèse met en lumière les difficultés rencontrées lors de l'utilisation de la technique de datation de la matière organique du sol par le 14C
To understand the fate of stable soil organic carbon (SOC) in a warmer world is a major challenge to be able to predict future atmospheric CO2 concentrations. To do so, it is of prime importance to understand what the stable SOC is exactly and how its mineralization rate is modulated by temperature. This thesis proposed to study (1) the temperature sensitivity of stable SOC mineralization; (2) the response of soil microbial communities to temperature and (3) to establish a link between SOC decomposability and its age. Soil samples from four long term bare fallow experiments were used for work. We incubated soils sampled at the beggining of each experiment and after several decades of bare fallow at different temperatures for 427 days and we regularly monitored soil respiration. At the end of the incubation, soil microbial communities were assessed using pyrosequencing techniques. Finally, we determined the age of soil organic carbon by radiocarbon dating in soil samples from the chrono-sequence located at Versailles, France. The results obtained brought evidence for a general relationship between the mineralization rate of soil organic carbon and its temperature sensitivity. We also found that microbial communities linked to stable organic carbon are more diverse but also more sensitive to a temperature increase. Some bacterial phyla were particularly impacted by the temperature increase and the organic resource rarefaction. Finally, this thesis highlighted the difficulties met with the radiocarbon dating technique

Le but de cette thèse est la synthèse, l’optimisation et la fonctionnalisation de nanoparticules coeur-coquille organique@inorganique qui constituent une nouvelle classe de nanotraceurs pour l’imagerie profonde à deux photons de la vascularisation des tumeurs. Ces NPs cœur-coquille qui contiennent un cœur nanocristallin organique (ca 40-50 nm) enrobé d’une coquille de silice sont synthétisées en utilisant une méthode de séchage d’aérosol originale développée dans notre groupe. Le procédé est basé sur la nucléation et la croissance confinées d’un nanocristal organique ayant lieu simultanément avec la formation d’une croûte de silice par le séchage rapide de gouttelettes contenant des oligomères de silice un colorant organique et du solvant dans un flux d’air à 150-200 °C. Ce procédé en une étape est rendu possible grâce au contrôle à la fois de la chimie sol-gel (polycondensation) et du procédé de nanocristallisation qui ont lieu simultanément. Les précurseurs silicatés sont des alcoxydes de silicium : le TMOS (tetraméthoxysilane) et le TMSE (bis(triméthoxysilyl)éthane) choisis pour formés la coquille d’organosilice. De plus, l’organosilane AzPTES ((3-azidopropyl)triéthoxysilane) est utilisé pour inclure des fonctions azoture aux NPs pour une fonctionnalisation ultérieure avec des fragments organiques contenant des fragments alcyne par CuAAC (cycoaddition alcyne-azoture catalysée au cuivre). Les colorants organiques constituant le cœur organique sont non commerciaux et conçus pour fluorescer de façon très brillante à l’état solide sous excitation biphotonique dans le proche infra-rouge (fenêtre de transparence biologique). Ils ont en outre les propriétés physico-chimiques appropriées pour permettre leur nanocristallisation. Des NPs sphériques et sans défaut ont été obtenues, qui ont pu être mises en suspension colloïdale dans l’eau après dissolution basique partielle des coquilles puis neutralisation à pH physiologique.Afin de circuler de façon prolongée dans le flux sanguin pour permettre l’utilisation de ces NPs comme traceurs fluorescents, les NPs synthétisées ont été dérivatisées avec différentes fonctions pour augmenter leur stabilité colloïdale par des effets de charge ou stériques. L’influence de la fonctionnalisation a été étudiée en utilisant différentes techniques de caractérisation comme la spectroscopie de fluorescence, la diffusion dynamique de la lumière ou le potentiel zêta en conditions physiologiques. La fonctionnalisation par différents types de PEG (polyéthylène glycol) de différentes longueurs et modifiés par des fonctions alcyne a été effectuée. La spectroscopie infrarouge a permis de montrer le succès de la fonctionnalisation grâce à la diminution de l’intensité de la bande azoture et à l’apparition de vibrations CH. Les suspensions colloïdales de NPs fonctionnalisées par du PEG5000 ont été traitées dans l’eau ou dans du fluide biologique simulé, à 25 ou 37 °C. Dans tous les cas, la DLS a montré une bonne stabilité avec des diamètres moyens inférieurs à 200 nm dans tous les cas. La spectroscopie de fluorescence avant et après fonctionnalisation montre des brillances comparables ce qui suggère l’absence de blanchiment dans les conditions de fonctionnalisation. Les suspensions colloïdales une fois fonctionnalisées montrent une perte d’intensité de moins de 10% sur 8 h, ce qui suggère une stabilité colloïdale satisfaisante.L’interaction de ces NPs cœur-coquille avec différentes protéines sanguines a aussi été étudiée par DLS, et une très faible agrégation en présence de doses élevées de protéines a été montrée. Des tests d’imagerie par fluorescence à deux photons sur souris sont en cours
The aim of this work is the synthesis, optimization and functionalization of organic@inorganic core-shell nanoparticles (NPs), which constitute a novel class of nanoparticulate tracers, to be used for two-photon deep tissue imaging of tumor vascularization. These core-shell NPs, which comprise an organic dye nanocrystal core (ca 40-50 nm) surrounded by a silicate crust, are synthesized using an original spray-drying method developed in our group. This process is based on the confined nucleation and growth of an organic nanocrystal concomitantly with the formation of a silicate crust by fast drying of sprayed droplets containing silicate oligomers, organic dye and solvent under an air flux at 150-200 °C. This one-step synthesis is made possible thanks to the control of both the sol-gel chemistry (polycondensation) and the nanocrystallization process, which occur simultaneously. Alkoxide precursors, TMOS (tetramethoxysilane) and TMSE (1.2-bis(trimethoxysilyl)ethane) are chosen to form the silicate shell. Additionally, an organosilane, (3-azidopropyl) triethoxysilane (AzPTES), is used to impart an azide functionality to the NPs for further functionalization with alkyne-modified moieties using the Cu(I)-catalyzed 1,3-dipolar cycloaddition of organic azides to alkynes (CuAAC). The organic dyes for the nanocrystalline core are non-commercial and designed to exhibit high fluorescence intensity in the solid state under two-photon excitation in the near infrared (biological window) and the appropriate physico-chemical properties to enable their nanocrystallization. Spherical defect-free NPs were obtained. Colloidal NP suspensions were obtained after a basic partial dissolution of the shells of the NPs followed by acidic neutralization to pH 7.4, to match the pH of physiological media.In order to provide long circulation time of the NPs in the bloodstream to enable the use of these NPs as tracers for deep-tissue imaging, the synthesized NPs were derivatized with different moieties to improve their colloidal stability by charge/steric stabilization. The effects of the functionalization were studied using different characterization tools such as fluorescence spectroscopy, dynamic light scattering (DLS) and zeta potential under physiological conditions.Functionalization with different forms of alkyne-modified polyethylene glycol (PEG), differing in chain length and structure was done using CuAAC, to render them furtive and increase their circulation time in the bloodstream. The functionalized NPs, when compared with the initial core shell NPs (prior to functionalization) using IR spectroscopy, showed positive results, with reduction in the azide band intensity and appearance of bands corresponding to the C-H bonds of the PEG in the functionalized NPs. DLS performed on colloidal suspensions of the core-shell NPs functionalized with a long-chain (Mn :5000) PEG in two media, (a) water and (b) Simulated body fluid (SBF) solution, each tested at two different temperatures (i) 25 °C and (ii) 37 °C resulted in size distributions centered at less than 200 nm in all four cases, thereby indicating stability of the functionalized core-shell NP suspensions under physiological conditions. Fluorescence spectroscopy of the NP suspensions before and after functionalization also exhibited good results, with comparable brightness after functionalization, suggesting that no quenching occurred in the presence of Cu salts. The colloidal suspensions were found to have lost less than 10 % of the fluorescence signal, suggesting colloidal stability.The interactions of these core-shell NPs with different plasma proteins were also investigated, with minimal aggregation in the presence of high concentrations of proteins. Two-photon fluorescence imaging tests in mice are underway. In conclusion, bright, red-emitting core-shell NPs have been produced, which are promising for use in bio-imaging

Les composts de boues urbaines sont épandues sur des cultures pérennes afin d'apporter de la matière organique ; mais ils contiennent des macro-éléments et des éléments traces (dont les métaux lourds) susceptibles de nuire à l'environnement. Les conséquences d'un épandage dans un vignoble du Sud de la France (Vitis vinifera cv. Grenache) ont été étudiées de 1999 à 2001 à travers la physico-chimie du sol, le développemment de la vigne, et la qualité du vin. Le compost, issu du co-compostage de boues urbaines et de déchets verts, a été épandu aux doses de 10 (actuellement recommandée), 30 et 90 (maximum sur 10 ans) t/ha compost brut en mars 1999. Le taux de matière organique du sol (0-30 cm) a augmenté de 0,8% avant l'amendement à 1,1% 18 mois après. Les concentrations en éléments traces métalliques totaux et biodisponibles n'ont pas été modifiées, de même que les propriétés physiques du sol. Les concentrations d'azote minéral des parcelles fortement amendées étaient supérieures aux besoins de la vigne, d'où un risque de lessivage important les premiers 6 mois suivant l'épandage. De même, l'enrichissement du sol en phosphore laisse présager à long terme un danger environnemental. Ni la nutrition minérale de la vigne, ni la production de raisin n'ont été modifiées, mais la vigueur a été augmentée et la maturation retardée. Le vin des parcelles amendées aux fortes doses et issus de la première vendange était moins riche et moins apprécié. La seconde année, la qualité des vins était équivalente. L'apport d'un compost de boues sur des cultures pérennes paraît dangereux lors d'apport à fortes doses ou d'apports réguliers à des doses plus modérées (10 t/ha) en raison des risques de pollution par l'azote et le phosphore. Dans le vignoble, la dose d'apport d'un compost ne devrait pas dépasser 2 t/ha/an (matière fraîche), mais l'augmentation recherchée du taux de matière organique du sol n'apparaîtrait qu'à long terme et une fertilisation azotée serait nécessaire.

Le sol est une ressource vivante, finie et dynamique. La santé d'un sol résulte d'interactions multiples entre des composantes physico-chimiques et biologiques, notamment les communautés microbiennes, primordiales pour le fonctionnement du sol. Les pratiques culturales ont une influence forte sur la santé des sols, au travers de modifications des caractéristiques physico-chimiques et de leur influence sur les communautés microbiennes des sols. Elles sont donc de plus en plus utilisées en protection des cultures. Afin de mesurer la santé des sols et de proposer des pratiques améliorantes, il est nécessaire de définir des indicateurs de la santé des sols. L'objectif de ce travail est la recherche d'indicateurs de la santé des sols, mis en évidence par l'appréciation de l'impact de deux pratiques culturales (apport de fumier composté et biodésinfection) sur des caractéristiques physico-chimiques et biologiques du sol, en relation avec l'aspect phytosanitaire d'une culture de carotte. Des analyses multivariées, associées à des analyses de co-inertie, ont révélé que certaines variables constituent des indicateurs potentiels de la santé du sol. En particulier, des modifications de ces descripteurs sont associées à la biodésinfection, qui a amélioré la résistance du sol aux maladies dues à Rhizoctonia solani. Une population d'Aspergillus fumigatus, préférentiellement associée au sol biodésinfecté, a aussi été mise en évidence. Au terme de ce travail, il est possible de proposer des descripteurs qui pourraient faire partie d'un bouquet d'indicateurs de la santé des sols. Cette étude devrait se poursuivre par la confirmation de l'intérêt des descripteurs proposés, la construction des indicateurs, et leur validation.

l'objectif de ce travail est d'analyser et de modéliser le transport d'un polluant dans la couche superficielle non saturée du sol. On se limite aux sols hygroscopiques pour lesquels les constituants de la phase liquide (eau+polluant) sont fortement liés à la phase solide. Les transferts de matière s'opèrent en phase liquide et gazeuse avec prise en compte du changement de phase liquide-gaz. Grâce à un dispositif original, on analyse tout d'abord les isothermes de désorption de l'eau, de l'heptane, du trichloréthylène (TCE) et du mélange eau+TCE dans deux sols ; l'un contenant de l'argile et de la matière organique ; l'autre, en provenance du Burkina Faso (BF) présente des proportions moindres de ces constituants. Le changement de phase liquide-gaz du TCE a fait l'objet d'une étude expérimentale dans le cas du sol du BF avec différentes conditions expérimentales en température et pression. L'ensemble des travaux bibliographiques et expérimentaux ont conduit à la proposition d'un modèle mathématique. La validation du modèle a porté sur le transfert d'eau seule par comparaison avec des expériences de transfert sur des colonnes. Ce modèle traduit particulièrement bien le flux d'eau à la surface et l'évolution des profils de teneur en eau. Ce modèle peut être utilisé dans l'état actuel pour décrire les transferts d'eau à l'interface sol-atmosphère en zone aride. Dans une deuxième partie, on examine le transfert du TCE dans la couche superficielle. Des études de sensibilité ont été menées sur l'épaisseur de la couche, la teneur en eau, la concentration initiale du TCE, la constante de Henry et du coefficient de changement de phase. Cette étude met en évidence l'importance des différents paramètres sur les transferts d'un composé organique volatil et donc sur les priorités de mener parallèlement des expériences en laboratoire et in situ.

Au Canada, les producteurs de laitue au champ souhaitent améliorer l’irrigation afin de réduire les besoins en eau et le lessivage de l’azote et du phosphore dans le sol. Une bonne gestion peut mener à une utilisation plus rationnelle de l’eau, maximiser la productivité et réduire l'incidence de désordres physiologiques chez la laitue cultivée en mottes cubiques et en sol organique. Les hypothèses de cette étude sont que la productivité et l’incidence de la brûlure de la pointe de la laitue romaine sont affectées par le potentiel matriciel du sol qui varie selon les types de sol organique et la profondeur des contenants de culture. L'objectif général de cette étude est de mettre au point une régie d'irrigation adaptée aux besoins des cultures en sols organiques et aux contraintes environnementales et ainsi, obtenir une meilleure croissance végétale grâce à une meilleure synchronisation des besoins d'irrigation de la culture. Pour ce faire, différentes gestions d’irrigation ont été étudiées de même que l'influence de la profondeur de sol sur la croissance des transplants de laitue romaine. Des essais effectués en chambre de croissance (CAC) et en serre ont permis de conclure qu’une gestion de l’irrigation entre -20 et -30 kPa augmente la productivité de la laitue romaine à la récolte mais affecte peu l’incidence de la brûlure de la pointe.

Le statut organique d'un sol ferrugineux tropical peu lessivé de texture sableuse de la zone Centre-Nord du Sénégal a été étudié sur deux dispositifs de longue durée. Le labour, l'apport de fumier et diverses successions culturales ont induit une différenciation dans la productivité du sol. On a tenté d'expliquer les mécanismes d'évolution de la matière organique du sol et du cycle interne de l'azote et d'en tirer les conséquences agronomiques; notamment, on a suivi à l'aide du 15N le devenir in situ d'un fertilisant azote. Le coefficient réel d'utilisation de l'azote engrais par une culture de mil est particulièrement faible (10 à 17%); par contre l'immobilisation de cet azote engrais dans le sol à la récolte atteint selon les traitements 44 à 80% de l'apport. Ce fait est à rapprocher de l'importante augmentation de la biomasse microbienne observée en fin de période pluvieuse. Le fractionnement des composés organiques azotés par hydrolyse acide a montré que les pratiques culturales telles que le labour; la rotation arachide-mil et surtout l'apport de fumier augmentent de façon significative la teneur en azote alpha-amine du sol; cet azote contribue fortement au pool d'azote mobilisable par les cultures. Ces phénomènes soulignent la capacité du sol à mettre en réserve l'azote avant la saison sèche mais aussi la difficulté à gérer la fertilité azotée de ces terres: il est indispensable d'optimiser la biodisponibilité de cet azote reminéralisé pour minimiser les pertes d'azote nitrique par lixiviation afin d'éviter un accroissement de l'acidification

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

Dans cette thèse, le développement de nouveaux matériaux organiques-inorganiques pour deux enjeux technologiques majeurs est présenté : (1) le développement de phosphores sans métal pour l'éclairage ; (2) l'évaluation du potentiel de matériaux hybrides contenant des lanthanides comme concentrateurs solaires luminescents. En outre, un autre objectif, de nature fondamentale, est de comprendre l'effet de modifications légères dans le fragment organique de matériaux hybrides (changements de régioisomère, utilisation des thiourées à la place des urées) et de les mettre en forme (des poudres vers les films) pour moduler leurs nanostructures et photoluminescence. Ce manuscrit est divisé en 4 parties : (I) une introduction bibliographique décrivant les concepts de base de cette thèse : les mécanismes de luminescence et les réactions sol-gel sont d'abord décrits. La photoluminescence des sels de lanthanides est introduite. Finalement, les organosilices contenant des sels de lanthanides sont étudiées. (II) La synthèse, les caractérisations et les applications potentielles de différents silsesquioxanes pontés provenant de différents isomères (n,n'-diuréido-2,2'-bipyridine) et contenant des sels de lanthanides ou en l'absence complète de métal, sont décrits. Les propriétés des matériaux provenant des différents isomères sont comparées afin de mieux comprendre la coordination des ions lanthanides. (III) Cette partie s'intéresse à la mise en forme des précurseurs utilisés précédemment pour obtenir les matériaux correspondants sous forme de films minces. Les propriétés de ces dépôts sont comparées à celles des poudres précédentes. (IV) La substitution systématique des groupements urées par des thiourées dans des silsesquioxanes pontés bien connus a été réalisé : (1) Les propriétés structurales de matériaux synthétisés sous différentes conditions et à base de groupements thiourées sont étudiées ; (2) Les propriétés de photoluminescence des matériaux des isomères n,n'-dithiouréido-2,2'-bypiridine sont présentées
In this thesis, the development of new organic-inorganic materials for two technological challenges is presented : (1) developing metal-free phosphors for solid state lighting ; (2) investigating the potential of lanthanide-containing materials as luminescent solar concentrators. Moreover, a fundamental objective is to understand the effect of minor modifications in the organic fragment of the hybrid materials (changing the regioisomer, using urea or thiourea crosslinks) and of the processing (from powders to films) to modulate their nanostructure and pholuminescence. This manuscript is divided in four parts : (I) a bibliographic introduction describing the basic concepts of this thesis : the luminescence mechanisms and the sol-gel reactions are first described. The photoluminescence of lanthanide salts is introduced ; finally, the organosilicas containing lanthanide salts are studied. (II) The synthesis, characterisations and potential applications of different bulk pristine and lanthanide-containing bridged silsesquioxanes derived from different n,n'-diureido-2,2'-bipyridine isomers are described. The properties of the material derived from the different isomers are compared to get insights into the coordination of the lanthanide ions. (III) The third part deals with the processing of the former sols to obtain the corresponding materials as thin films ; the properties of these coatings and of the formerly obtained powders are compared. (IV) The systematic substitution of urea by thiourea groups in the composition of well-known urea cross-linked bridged silsesquioxanes is performed. This fourth part is divided in two parts : (1) the structural features of simple thiourea-based materials synthesised under different conditions are investigated ; (2), the photoluminescence properties of n,n'-dithioureido-2,2'-bypiridine isomers are studied

L'augmentation de la concentration en CO2 atmosphérique due à la combustion des ressources fossiles et à la déforestation est aujourd'hui l'un des grands problèmes environnementaux. Pour stocker du carbone et ainsi diminuer la concentration du CO2 émis par l'activité humaine dans l'atmosphère, il faudrait pouvoir agir sur les puits de carbone situés dans la biosphère continentale. Le plus grand réservoir superficiel de carbone de la biosphère continentale est le sol, qui stocke 1500 Mt de carbone. Le potentiel des sols français à stocker du carbone est actuellement évalué pour l'horizon labouré, i. E. Les premiers 30 cm. Toutefois, des travaux récents ont montré qu'une proportion importante du carbone des sols est stockée dans les horizons B et C. Le rôle précis du carbone organique soluble ou COD (Carbone Organique Dissous) dans la stabilisation et/ ou déstabilisation du carbone des horizons profonds, est indispensable pour pouvoir adapter les modes de gestion des terres et les systèmes de culture afin d'augmenter le stock de carbone dans les sols. Malgré une littérature abondante, les études concernant les COD sont principalement limitées aux sols des écosystèmes forestiers et surtout à l'échelle du laboratoire. Les résultats obtenus n'ont jamais été confirmés sur le terrain. L'objectif général de cette thèse est de mieux définir la proportion des matières organiques hydrosolubles des différents horizons d'un sol arable et préciser leurs principales caractéristiques structurales. Ce travail prend en compte l'importance du mode de pratique cultural et l'impact des périodes de sécheresse prolongées en particulier au niveau des horizons profonds. Différentes techniques analytiques (spectrofluorimétrie, chromatographie d'exclusion de taille, pyrolyse CG/MS, RMN 13C) ont été utilisées sur les eaux collectées au niveau des plaques lysimétriques et des bougies poreuses mais également sur les extraits HPO, TPH et HPI, dans le but de caractériser la MO des horizons profonds en s'appuyant sur des travaux préexistants sur les eaux de surface. Les travaux ont montré que la MO des horizons profonds était caractérisée par une faible aromaticité, une plus faible masse moléculaire et par la présence de composés de type lignines et terpénoïdes
The increase in the atmospheric CO2 concentration due to the combustion of the fossil resources and deforestation is the major environmental problems today. To store carbon and thus to decrease the concentration of CO2 emitted by human activity in the atmosphere, it would be necessary to be able to operate the carbon sinks located in the continental biosphere. The largest carbon surface reservoir of the continental biosphere is the soil, which stores 1500 Mt carbon. The potential of French soil to store carbon is currently being evaluated for the plowed horizon, i. E the first 30 cm. However, recent studies showed that a significant proportion of soil carbon is stored in horizons B and C. The precise role of soluble organic carbon or DOC (Dissolved Organic Carbon) in the stabilization and / or destabilization of carbon deep horizons is indispensable to adapt the methods of land management and cropping systems to increase the stock of carbon in soils. Despite abundant literature, studies on DOC are mainly limited to soils of forest ecosystems and especially in laboratory scale. The results were never confirmed on the ground. The overall objective of this thesis is to better define the proportion of soluble organic matter of different horizons of arable soil and indicate their main structural features. This work takes into account the importance of the mode of cultural practice and the impact of prolonged drought particularly in deep horizons. Different analytical techniques (spectrofluorimetry, chromatography size exclusion, pyrolysis GC / MS, 13C NMR) were used on waters collected at the lysimeter plates and porous candles but also HPO, TPH and HPI extracts, for characterizing the OM of deep horizons, while being based on existing work on surface water. The work showed that the OM of the deep horizons was characterized by low aromaticity, a lower molecular weight and by the presence of compound lignins types and terpenoids

Comprendre les interactions entre les communautés microbiennes du sol et les conditions environnementales qu’elles rencontrent est primordial tant pour conserver la qualité des sols que pour gérer les flux de carbone à l’interface sol-atmosphère. La plupart des modèles actuels de temps de résidence du carbone des sols ne considèrent pas explicitement les caractéristiques spécifiques des communautés microbiennes responsables de la décomposition de la matière organique du sol (MOS). De fait, les interactions entre les communautés microbiennes et leur habitat ne sont pas prises en compte alors que de nombreuses études ont montré leur importance. Ce travail de thèse explore les interactions entre communautés microbiennes et leur habitat immédiat : le système poral du sol, ainsi que les effets de ces interactions sur l’activité microbienne et la structure des communautés microbiennes. Dans un premier temps, nous avons marqué les communautés microbiennes au moyen d’un substrat marqué au 13C (fructose) dans des échantillons non perturbés d’un sol limoneux. Ce substrat a été placé, par ajustement du potentiel matriciel, dans trois microhabitats de tailles différentes (0. 2-3, 0. 9-97 et 10-290 µm). L’extraction des profils PLFA, après 13 jours d’incubation, montre qu’il existe une biogéographie microbienne à l’échelle porale ainsi que des différences d’activité des communautés microbiennes selon le microhabitat considéré. Dans un deuxième temps, nous avons cherché à analyser les facteurs influençant l’activité microbienne à l’échelle du système poral, facteurs biotiques (nature des populations microbienne) et abiotiques (disponibilité des substrats organiques, conditions physiques locales). Nous avons stérilisé puis inoculé des échantillons de sol avec des communautés microbiennes monospécifiques à deux potentiels matriciels différents, nous permettant de cibler deux microhabitats (0. 3-3 & 14-97 µm). Nos résultats montrent que les microhabitats correspondant à ces classes de taille de pore diffèrent du point de vue de la disponibilité du carbone natif ainsi que des taux de minéralisation de celui-ci. Dans un dernier temps, nous avons souhaité établir l’influence des facteurs historiques et contemporains dans la détermination de la biogéographie microbienne. Nous avons considéré deux échelles spatiales de facteurs contemporains : globale (type de sol) et locale (taille de classe de pore). Nous avons stérilisé deux sols de textures différentes (limoneux vs. Sableux) et procédé à des inoculations croisées avec leurs communautés microbiennes totales préalablement extraites. Ces communautés ont été inoculées à deux potentiels matriciels différents ciblant deux microhabitats différents (sol sableux : 0. 3-3 & 6-97 µm, sol limoneux : 0. 3-3 & 14-97µm). Après 92 jours, la structure des communautés semble déterminée de façon concomitante par les facteurs historiques et contemporains. Le résultat novateur est l’importance du microhabitat considéré dans la détermination de cette biogéographie. La conclusion de ce travail de thèse est qu’il est indispensable, à l’avenir, de considérer la vie microbienne du sol à son échelle spatiale, que l’on travaille sur son activité ou sur la structure des communautés.

En région méditerranéen, les incendies de forêt sont un problème majeur vis-à-vis de la désertification du milieu. L'utilisation de composts est considérée comme une solution pour la régénération du sol et de la végétation.Tout d'abord, en laboratoire, les effets de trois types de compost et de leur mode d'application ont été testés : un compost de déchets verts (DV), un compost de boues de station d'épuration (B) et un compost d'ordures ménagères résiduelles (OMR). Les différents paramètres du sol ont été améliorés de façon plus importante par le compost OMR (le moins mature) alors que le compost DV (le plus mature) n'a que peu d'effet par rapport au contrôle. De plus, lorsque le compost est enfoui dans le sol, la réduction du ruissellement est faible alors qu'appliqué en surface, elle est importante et favorise la percolation et la rétention principalement avec le compost OMR. Lors d'une expérimentation in situ, l'évolution du sol et de la végétation a été étudiée après un apport de compost de boues de station d'épuration. Lors des premiers mois, une hausse de la biomasse des espèces herbacées a été observée. Bien qu'aucun effet n'ait été observé pour les autres espèces, la phytomasse était plus hétérogène sur les parcelles amendées alors que la biodiversité y était plus homogène. Un transfert rapide et durable d'éléments nutritifs du compost vers le sol a été observé ainsi qu'une hausse de la teneur en eau du sol des parcelles amendées. Les teneurs en nutriments des plantes augmentent aussi mais varient selon l'espèce et l'élément considérés. De plus, aucun effet négatif n'a été observé quant aux teneurs en éléments traces métalliques du sol et des végétaux
In Mediterranean region, forest fires are a major problem leading to the desertification of the environment. Use of composts is considered as a solution for soil and vegetation rehabilitation.First, we observed the effects of three urban composts and their mode of application (laid on the soil surface or mixed into the soil) on soil restoration after fire: a municipal waste compost (MWC), a compost of sewage sludge (SSC) and a green waste compost (GWC) under laboratory conditions. Input of composts increased organic matter and soil nutrient content, and enhanced carbon and nitrogen mineralisation and total microbial biomass throughout the incubations. MWC induced the highest improvement while GWC input had no significant effect compared to the control. Composts mixed with soil weakly limited runoff whereas composts laid at the soil surface significantly reduced runoff and increased percolation and retention, particularly with the MWC.Then, we studied in situ the effects of a SSC on soil and vegetation regeneration after fire. The first months after amendment, this input increased grass species biomass. Although no significant effect was observed on other studied plants, plant biomass was more heterogeneous on amended plots while plant biodiversity was more homogeneous. The use of compost increased rapidly soil nutrient content and soil water content but plant nutrition was improved more or less durably depending species. Compost effects on microbial activities were low and only sporadic. Moreover, no negative effect was observed during the two years of experimentation

Dans ce mémoire d'habilitation à diriger les recherches, nous avons abordé un ensemble de thématiques articulées autour de la matière organisée hybride organique-inorganique. Chaque thème de recherche, brièvement décrit dans ce document, demande une interdisciplinarité corrélée à une situation d'apprentissage permanent. Après avoir brièvement décrit mon travail de thèse et les axes de recherches menés aux Etat-unis, sont déclinées les recherches actuelles menées au CRPP, centrées sur une thématique de "morphosynthèse" à l'interface entre sciences moléculaires et physico-chimie de fluides complexes, fortement corrélées à la réalisation "d'architectures fonctionnelles multi-échelles" dites hiérarchisées. Ces architectures obtenues sont, dans tous les cas, micro-structurées (agencement des polyèdres de bases), méso-texturées (utilisation de mésophases lyotropes, micelles etc.) et macro-structurées (mousses, émulsions, instabilités hydrodynamiques, décompositions spinodales etc.)

Basés sur la bio-oxidation de la matière organique, le compostage et le vermicompostage émettent des quantités non négligeables de CO2. Ainsi, ce travail s’intéresse (1) à la stabilisation potentielle du carbone de la matière organique compostable due à l’ajout de minéraux, avec et sans vers, et (2) l’influence des minéraux sur la maturité et la qualité du compost final. La première expérience consista en une incubation de matière organique, permettant d’obtenir différents composts et vermicomposts, avec et sans minéraux, de suivre les émissions de carbone et d’analyser les produits obtenus. Une deuxième incubation a été menée pour étudier l’effet de ces produits en tant qu’amendement sur un sol. Enfin, le suivi de la croissance de A.Thaliana en présence de co-composts et co-vermicomposts en tant que fertilisant fut réalisé. La présence de minéraux lors du compostage induit une baisse des émissions de carbone, probablement due à la formation d’associations organo-minérales ou bien par un changement des communautés microbiennes. De plus, les co-composts, en tant qu’amendement semblent augmenter les stocks de carbone du sol, comparé à un compost classique. Enfin, bien que l’aspect fertilisant des co-composts obtenus soit optimum, ils n’ont pas amélioré la croissance d’A.Thaliana. La présence de vers lors du co-compostage a augmenté les émissions de carbone mais l’effet positif des minéraux sur la minéralisation était toujours observable. De plus, les vers ont augmenté la biodisponibilité des nutriments et le co-vermicompost a permis d’améliorer les propriétés du sol ainsi que la croissance des végétaux comparé à un (vermi)compost classique et un co-compost
Due to bio-oxidative mechanisms, composting and vermicomposting produce a large amount of CO2 emissions. Therefore, in this study we aimed to assess (1) the potential stabilization of carbon of fresh organic matter due to mineral presence, with and without worms, and (2) the influence of minerals on maturity and quality of the finished products. The first experiment was based on a laboratory incubation of fresh organic matter, which allowed to obtain composts and vermicomposts, with and without minerals, to monitor carbon emissions and to analyse the final products. A second incubation was carried out to investigate the effect of these products as organic amendment on an arenic cambisol. Finally, the last experiment was carried out to assess the use of co-composts and co-vermicomposts as potting media, by following the growth of. A.Thaliana. The presence of minerals during composting induced a decrease of carbon emission, likely due to the formation of organo-mineral associations or shift of microbial communities. Moreover, the use of co-compost as soil conditioner may allow to increase soil carbon storage, compared to a regular compost. Although the physico-chemical characteristics of the end-products were optimum for its use as potting media, no beneficial aspects on A.Thaliana growth has been observed. In presence of worms during co-composting, the carbon emissions were increased due to worm activities but the positive effect of minerals was still observed. In addition, worms improved the nutrient availability in the end products. Therefore, co-vermicompost tended to improve soil properties and to enhance plant growth compared to a regular (vermi)compost

Le but de ce travail est l'investigation structurale de la fraction lipides complexes presente dans les sols. La premiere partie de cette etude a concerne la matiere organique d'une tourbe acide qui tend a s'accumuler, et plus particulierement les lipides macromoleculaires, qui par opposition aux lipides simples ne sont pas directement analysables. Des methodes de degradation par pyrolyse et thermochimiolyse preparatives ont ete mises en oeuvre. Ces techniques rapides d'analyse evitent l'application successive de reactions de degradations chimiques selectives longues. Elles ont confirme le caractere aliphatique des lipides complexes. Elles ont mis en evidence un nombre important de composes constitutifs des macromolecules lipidiques, qui apparaissent formees de biopolymeres (herites de vegetaux ou de bacteries) et de chaines carbonees reticulees par des liaisons ether ou ester, composant ainsi une matrice complexe. Dans une deuxieme partie, la biodegradation de lipides traceurs (hydrocarbure, alcools et triglyceride) a ete suivie dans differents echantillons de sols, afin de mettre en evidence l'incorporation eventuelle de ces lipides ou molecules derivees, dans les lipides macromoleculaires. Parallelement, une etude de terrain a concerne le devenir de graisses presentes dans les effluents d'une industrie agro-alimentaire. La methode de thermochimiolyse analytique a fait apparaitre le transfert rapide, de lipides simples issus de l'effluent ou des molecules additionnees au sol, dans les lipides macromoleculaires. L'arret des epandages montre que cette incorporation est reversible. Ces travaux ont aussi montre que les echanges etaient plus lents entre les lipides simples et les acides humiques. Cette etude a permis de determiner les mecanismes de transformation et les modes d'incorporation, des differents composes xenobiotiques, dans les sols et confirme la necessite d'etudier les fractions complexes lorsqu'on souhaite etablir le bilan du carbone organique.

La matière organique des sols (MOS) est un réservoir de carbone majeur dont la moitié se situe dans les horizons profonds du sol. A ce titre, la gestion des stocks de carbone organique (CO) du sol et en particulier ceux des horizons profonds du sol pourrait permettre de réguler les excès actuels de carbone dans l’atmosphère. Afin de mieux comprendre les processus de stabilisation des MOS dans le sol, la stabilisation par protection physique dans les agrégats et les nodules ferro-manganiques ainsi que la stabilisation par adsorption, ont été étudiées dans les deux premiers mètres d’un Cambisol riche en oxyde de fer et d’un Luvisol. Dans les deux sols, nos résultats confirment l’importance des horizons profonds en termes de stock et de stabilisation du COS, et montrent que l’essentiel du COS est associé aux fractions argileuses <2µm dont une grande partie constitue les micro-agrégats <20µm. Dans le Luvisol la quantité de CO associée aux micro-agrégats est toujours supérieure à la quantité de CO adsorbée. Dans le Cambisol, la situation similaire en surface s’inverse en profondeur où 78% de la variabilité du CO est expliquée par les teneurs en oxydes de fer et d’aluminium amorphes, suggérant qu’en profondeur l’essentiel des MOS soit adsorbé aux oxydes. Dans le Cambisol, 15% du CO sont physiquement stabilisés par occlusion dans les nombreux nodules ferro-manganiques du profil. Les nodules >2mm étant systématiquement exclus des évaluation des stocks de COS des sols où ils peuvent pourtant être nombreux, ces résultats suggèrent une sous estimation globale des stocks de CO des sols. Finalement ce travail montre que la hiérarchie des processus de stabilisation des MOS varie en fonction du type de sol et des horizons.

Le procede sol-gel, base sur la polymerisation inorganique, permet d'elaborer des matrices hybrides organique-inorganique transparentes a temperature ambiante. Ces conditions de synthese permettent l'insertion de molecules organiques presentant des proprietes optiques non lineaires. Cependant, les gels etant des materiaux amorphes, pour obtenir une reponse optique non lineaire du deuxieme ordre, il est necessaire d'orienter les molecules non lineaires afin de briser la centro-symetrie du milieu a l'aide d'un fort champ electrique. L'application de ce champ necessite quelques precautions lors de l'elaboration des matrices sol-gel. Il faut eviter la presence d'especes chargees trop mobiles generalement utilisees pour obtenir des gels transparents. Les mesures de non-linearites de molecules inserees ou greffees au reseau d'oxyde polymerique ont ete faites par efish. Les gels ont ete caracterises par rmn 29si, infra-rouge, atd-atg. Dans un but plus applique, des molecules organiques non lineaires ont aussi ete orientees dans des films minces. L'orientation s'est faite l'application d'un champ electrique selon la methode corona-poling. Une reponse de 1,6 pm/v a ete obtenue dans le cas de molecules greffees au reseau sol-gel. La texturation des gels a ete suivie a l'aide de differentes sondes optiques ou electrochimiques. L'evolution de la generation de seconde harmonique a ete suivie au cours du vieillissement du gel. Des mesures de chronoamperometrie ont complete cette etude. Elles nous ont permis de mesurer l'evolution du coefficient de diffusion de sondes ferrocenes inserees ou greffees dans le reseau polymerique du gel, ces techniques montrent que lorsque la sonde est simplement inseree, la gelification macroscopique ne se traduit pas par une rigidification du reseau au niveau microscopique (5 a 10% de rigidification). L'essentiel de la mobilite disparait uniquement au cours du sechage. Par contre, lorsque la sonde est greffee, une transition notable est observee lors de la transition sol-gel

L'observation récente de carences en S sur céréales dans les sols argilo-calcaires superficiels de l'est de la France nécessite de mieux connaitre les facteurs contrôlant la disponibilité de cet élément pour les plantes afin d'établir les bases d'une fertilisation raisonnée. Des essais de fertilisation soufrée ont été effectues sur blé d'hiver pendant 3 années culturales successives sur différents sites expérimentaux. Ils montrent que la réponse du blé à un apport du S dépend de la quantité de terre fine disponible et de l'état hydrique du sol. Les pertes par lessivage et par les exportations sont plus importantes que les apports par les pluies. L'apparition de carence en soufre est donc liée à un appauvrissement du milieu en cet élément. Les plantes prélevant leur S à partir des ions sulfaté, on a recherché une méthode permettant de déterminer en routine cette fraction. Nous avons retenu le ca(h#2po#4)#2 0,009m qui extrait la totalité des ions sulfaté. Aussi, afin de déterminer le rôle des formes organiques du s, des essais ont été conduits en conditions contrôlées en marquant le s-organique par #3#5s. La minéralisation des formes organiques contribue très fortement à l'alimentation s de la plante. Elle est fonction des activités racinaire et microbienne. Des essais réalises en plein champ confirment l'effet de ces facteurs sur la disponibilité du S pour le blé. En conclusion, la nutrition s du blé dépend en majeure partie des formes organiques du S (s-ester), des propriétés du sol (profondeur, teneur en matière organique, caco#3 limitant la minéralisation), des conditions climatiques (humidité, température) et des apports de S

Le but de cette étude est de mieux comprendre les processus liés aux transferts de N dans les sols et à l’interface sol-plante, ainsi que le lien entre la structure chimique de la MOS, MOD et le NH4+ et NO3- présents dans la solution de sol. Nous avons montré expérimentalement que le transport des NO3- dans l’eau n’affectait pas leur composition isotopique en N et O. L’étude de l'absorption nette en culture hydroponique du maïs avec du NH4+ ou du NO3-, a révélé un fractionnement associé à l’absorption qui serait dû à l’efflux de N inorganique enrichi dans les racines. Un enrichissement en 15N a été observé dans les feuilles par rapport aux racines, la mesure du δ15N-NO3- des tissus a révélé le rôle de l’assimilation dans cette discrimination. L’étude du continuum MOS, MOD et N inorganique a été réalisée sur le bassin versant de Kerrien en prairie permanente. Des prélèvements de sols en périodes de hautes et basses eaux ont été effectués à différentes profondeurs et le long du versant présentant des conditions hydriques contrastées. La MOS et la MOD ont été caractérisées au niveau moléculaire par RMN 13C et pyrolyses. La biogéochimie isotopique a été utilisée pour identifier l’origine du C et du N et tracer les processus. Nous avons observé une influence de l’hydromorphie sur le continuum. L’évolution du δ13C le long du transect reflète la dégradation préférentielle de la MO, les variations avec la profondeur résultant de cette dégradation et du fractionnement lié à la respiration microbienne. On a distingué trois types de profils le long du versant: haut en culture, milieu sous prairie, bas à haute hydromorphie, qui révèlent l’intervention de processus différents
The purpose of this study is a better understanding of the processes involved in the N transfer in soils and soil-plant interface, and the link between the chemical structure of SOM and DOM and NO3- and NH4+ in the soil solution. We experimentally showed that the transport of NO3- in water did not affect their isotopic composition for N and O. The net uptake of maize grown hydroponically with NH4+ or NO3-, revealed a fractionation associated with absorption probably due to an efflux of enriched inorganic N from roots. 15N enrichment was observed in leaves compared to roots, the measurement of δ15N-NO3- in tissue revealed the role of assimilation in this discrimination. The study of continuum SOM, DOM and inorganic N was performed on the watershed Kerrien in permanent grassland. Samples of soil were realized at different depths and along the slope with contrasting water conditions during high and low water periods. The SOM and the DOM were characterized at the molecular level by 13C NMR and pyrolysis. Isotopic biogeochemistry was used to identify the origin of C and N and to trace the processes. We observed an influence of hydromorphic on the continuum. Evolution of δ13C along the transect reflects the preferential degradation of OM, variations with depth resulting from degradation and fractionation associated with microbial respiration. We distinguished three types of profiles along the slope: high in culture, medium in grassland, low in high waterlogging, which reveal the involvement of different processes

La dégradation de la qualité physique des sols est un problème couramment rencontré dans les agrosystèmes, comme par exemple dans le cas des systèmes de culture légumiers de plein champ en Bretagne. L’altératino de la structure du sol pose à la fois des problèmes d’ordre agronomiques (circulation de l’eau et des gaz, levée des plantules, propagation des agents pathogènes) et environnementaux (érosion et ruissellement de surface). Une méthode possible de remédiation et d’amélioration des situations dégradées est d’utiliser des produits organiques comme amendements. L’effet propre de l’amendement en fonction de ses caractéristiques initiales est encore mal connu. L’objectif de ce travail est d’étudier les relations entre les caractéristiques initiales des matières organiques exogènes et leur effet sur la stabilité structurale du sol, proporiété physique du sol définissant la résistance de la structure aux contraintes physiques. Une première partie de cette étude a consisté établir les relations entre évolution de la stabilité structurale mesurée selon la procédure proposée par le Bissonnais( 1996) et différents agents agrégeants biologiques (polysaccharides extraits à l’eau chaude, longueur conditions contrôlées
Degradation of soil physical quality is a common problem that occurs in many different agrosystems. This is for example the case in vegetable cropping systems in Brittany, France, Soil structure degradation has agronomic (gaseous and water dynamics, germination and rooting of crops, pathogenic agents propagation) and environmental (erosion and runoff) consequences. µAdding organic matter as amendment is a possible method of improvement for degraded sistuations. However, the effect of the organic inputs depending of their initial characteristics is still to better understand. The objective of this project is to study relationships between initial quality of organic inputs and their effects on soil structural stability, physical property that definites the structural resistance of soil to physical stress

Pendant cette recherche J’ai analysée les impacts du feu sur le sol et, notamment, sur la matière organique et sur le charbon. Avant tous le sol en provenant par deux pinèdes méditerranées (Tuscany, Italy) touchées par le incendies, ont été examinées pour caractériser la matière organique. Ensuite J’ai étudié les propriétés chimiques du charbon produit depuis une incendie dans une fôret de Pinus pinea. J’ai terminé la recherche avec des analyses microbiologiques. On a extraie les micro-organismes par deux sols respectivement brulé et non brulé pour observer leur capacité de colonisation sur le charbon. Pour cet étude j’ai emploie des analyses chimiques, CHN et RMN, et des analyses microbiologiques. Les résultats montrent:les incendies dans les pinèdes méditerranées peuvent enrichir, de façon significative, le sol en carbone aromatique que persiste dans le sol depuis plusieurs passages du feu. Le charbon, est une mélange des différents parties avec différents degrés de carbonisation. Le charbon que dérive du matériel végétal peut représenter un habitat pour les micro-organismes. L’adjonction de glucose peut accélérer le processus de minéralisation.

Le Pin maritime (Pinus pinaster) est largement planté dans le massif des Landes (sud-ouest de la France). Le phosphore (P) limite la croissance dans ces sols et l’apport de fertilisants P est commun pour l’alimentation des arbes en P. L’hypothèse centrale de ce travail est que l’activité phosphatase (Pase) sécrétée par les champignons ectomycorhiziens (ECM) associés à P. Pinaster pourrait hydrolyser le P organique (Po) de fractions labiles et augmenter la disponibilité de P. Les relations entre les différentes fractions de P du sol, la croissance des arbres et leur nutrition minérale et l’activité Pase des ECM ont été étudiées au champ ou en conditions contrôlées. Les propriétés des arbres et du sol décrivent significativement les variations des fractions de P et de l’activité Pase au champ. Les variations saisonnières des pools de Po suggèrent que P est mobilisé au printemps et immobilisé en automne. Cependant, la croissance de P. Pinaster est significativement augmentée par la fertilisation P. L’activité Pase dépend de multiples facteurs incluant l’âge des arbres, l’humidité du sol et la disponibilité de P. Des expériences en rhizotrons au laboratoire ont montré que l’activité Pase des ectomycorhizes est forte dans les sols non fertilisés et faible dans les sols fertilisés. Cependant, cette forte activité Pase n’est pas suffisante pour augmenter la biodisponibilité de P dans les sols non fertilisés. Une croissance équilibrée de P. Pinaster a été obtenue dans des échantillons de sol ayant reçu une fertilisation complète NPK et irrigués au champ. Nous suggérons que la forte activité Pase mesurée dans ces conditions a pu améliorer la nutrition P des jeunes plantes
Pinus pinaster is a tree species planted at large scale in soils of Landes located in southwest of France. Mineral nutrients, particularly phosphorus (P) are major growth limiting factors in these soils. Application of P fertilizers is a common practice to increase P availability. The central hypothesis of this work is that acid phosphatase secreted by ectomycorrhizal (ECM) fungi associated with P. Pinaster could hydrolyse labile organic P (Po) fractions to increase P availability. Studies aiming at determining the relationships occurring among different P fractions in soils, tree growth, mineral nutrition and phosphatase activity of ECM morphotypes were carried out in the field or in controlled conditions. Results showed that plant as well as soil properties, significantly described the variations of both P fractions and acid phosphatase activity. Seasonal variation of Po fractions suggested mobilization of P in spring and immobilization in autumn. However, P was highly deficient throughout the ecosystem and growth of P. Pinaster was significantly increased by P fertilization in field. Acid phosphatase activity was linked to multiple factors including trees age, soil water contents and P availability. Rhizobox experiments in laboratory showed high phosphatase activity in control soils and it was drastically decreased in fertilized plots. However, this high phosphatase activity was not enough to increase P availability in control soils. A steady growth response of P. Pinaster was observed only in soil samples from the field with irrigated NPK treatment. It was suggested due to high phosphatase activity resulting to ameliorate P nutrition of young seedlings

Les ANTHROPOSOLS RECONSTITUÉS sont définis comme des sols fortement modifiés par l'activité humaine, et fabriqués à partir de matériaux naturels ou transformés. Ces sols présentent une grande variabilité spatiale et temporelle de leurs propriétés physiques, et sont caractérisés par l'incorporation de grandes quantités de matière organique. Les mécanismes de décomposition de cette matière organique sont étudiés, ainsi que son influence en termes de structuration du sol et de modification des propriétés hydriques. Des mélanges avec trois produits organiques (compost de déchets verts, compost de boue de station d'épuration et de broyat de palette, tourbe blonde) incorporés à 20 ou 40% en volume dans une terre végétale, sont réalisés et placés en bac de 600L sur un site expérimental en conditions climatiques naturelles pendant 2 ans. Des prélèvements effectués 5, 12 et 24 mois après la mise en place du site ont permis de mesurer la décomposition de la matière organique (teneurs en C, fragmentation physique, composition biochimique et potentiel de minéralisation), la structuration des mélanges (masse volumique apparente, espace poral et stabilité structurale) et leurs propriétés hydriques (rétention d'eau et conductivité hydraulique à saturation). Les résultats montrent que la teneur en matière organique diminue au cours du temps et que des modifications importantes de sa composition biochimique apparaissent : augmentation de la teneur en solubles, et une diminution de la teneur en lignine dans les fractions de matière organique les plus grossières. Pour les mélanges à base de compost, ces changements s'accompagnent d'une diminution du potentiel de minéralisation de la matière organique. Pour les mélanges à base de tourbe, le potentiel de minéralisation évolue peu, puis augmente, ce qui correspond plutôt à une "levée d'inhibition" de la dégradation de la matière organique. Un modèle d'évolution de la matière organique est proposé et ses paramètres ont été ajustés sur les valeurs expérimentales mesurées dans les conditions contrôlées et naturelles. En se dégradant, la matière organique agit fortement sur la structuration des mélanges à base de compost, avec notamment une augmentation de la stabilité structurale, associée à une réorganisation de l'espace poral. L'apparition d'une macroporosité est d'autant plus importante qu'elle est majoritairement constituée de pores allongés et tortueux, impliqués dans le fonctionnement hydrodynamique. Cette structuration des mélanges s'accompagne d'une augmentation de la capacité de rétention d'eau, et d'une légère amélioration de la conductivité hydraulique à saturation. Les mesures directes de la porosité par analyse d'image sont comparées avec le modèle de van Genuchten ajusté sur les courbes potentiel / teneur en eau et semblent bien corrélées. En revanche on ne mesure pas d'effet de la tourbe sur la structuration du mélange. Si les effets immédiats de l'incorporation de matière organique sont similaires pour les composts et la tourbe, les composts induisent en 24 mois une structuration du sol, tandis que la tourbe n'a pas d'effet structurant. Les résultats les plus intéressants en terme de structuration sont obtenus pour les doses de 40% de compost.

Ce travail s'inscrit dans la lutte contre les changements climatiques et plus particulièrement la réduction de la concentration en CO2 atmosphérique. L'objectif est de comprendre les mécanismes de stabilisation du carbone dans les horizons profonds des sols. L'influence de la végétation, des minéraux et d'un apport de matière organique anthropique (compost) sur la dynamique du carbone a aussi été étudiée. Quatre sols représentatifs des principaux modes d'occupation (prairie, forêt et culture) ont été caractérisés. Dans les sols sous prairie et sous forêt, les apports de matière organique fraîche étant limités en profondeur, la quantité de matière organique diminue tout en devenant plus réfractaire. Son taux reste cependant élevé ce qui est probablement lié à la forte quantité d'argiles et à la diminution de l'activité biologique. Les différents modes d'occupation influencent la quantité de matière organique mais modifient peu sa qualité. En effet, si les taux de carbone et les quantités de lipides sont plus importants dans les sols cultivés que dans les sols à végétation permanente, l'étude structurale de la matière organique révèle peu de différences. Enfin, l'étude de la matière organique associée aux minéraux a montré un remaniement bactérien plus important dans les fractions granulométriques les plus fines. L'apport de matière organique sur un sol cultivé modifie l'activité biologique et entraîne une amélioration de la stabilité structurale. Le changement de répartition des différentes formes de matière organique associé à la présence de marqueurs moléculaires du compost dans les lipides et les substances humiques montre une incorporation du carbone exogène
Carbon dioxide sequestration in plant and carbon storage in soil and biomass could be considered as a complementary solution against the increase in concentration of gases responsible for climate change. The aim of this work is to understand the mechanisms of organic matter stabilization in the deepest horizons of soils. The influence of landuse, minerals and amendment with organic matter (compost) on the carbon dynamic has been studied. Four soils representing different landuses (grassland, forest and arable soil) were characterized. The organic matter decreases in amount with depth and becomes more refractory. The relatively high amount of organic matter in deep horizons is probably related to the strong presence of clays and to the low biological activity. The different vegetations seem to influence strongly the quantity of soil organic carbon while affecting slightly its quality. Indeed, the structural study of organic matter shows weak differences whereas the amount of carbon and lipids are more important in arable soil. The study of organomineral associations revealed that the bacterial contribution is more important in fine fractions. Amendment with organic matter of an arable soil affects the biological activity and improves its structural stability. The distribution of the different forms of organic matter has been modified and the presence of molecules originating from the compost in lipids and humic substances show an incorporation of exogenous carbon