Dissertations / Theses on the topic 'Engrais et amendements organiques – Analyse'

Le Québec produit 87 % des laitues et 38 % des oignons au Canada, essentiellement en sols organiques, mais la fertilisation azotée de ces cultures maraîchères est difficile à maîtriser. Les apports inadéquats en azote, peuvent générer de déséquilibres nutritionnels chez les plantes et augmenter les risques de contamination des eaux de surface et souterraines. Notre but est d’élaborer des modèles de diagnostic nutritif et des recommandations en N pour la laitue et l’oignon selon les teneurs en C et N disponibles dans le sol et des balances entre les macroéléments dans les tissus foliaires. Vingt-quatre et treize essais de fertilisation azotée de la laitue et de l’oignon, respectivement, ont été menés de 2002 à 2006 dans les sols organiques du sud-ouest du Québec. Chaque culture a reçu quatre doses de N de zéro à 150-180 kg N ha-1 appliquées avant le semis ou fractionnées. Les résultats des analyses C et N des sols et N, P, K, Ca et Mg foliaires ont été transformés en log ratios isométriques (ILRs) pour tenir compte des interactions entre les éléments et combiner en une valeur de remplissage (Fv) les autres composantes des cendres telles que, oligoéléments, S, O et H. Les ILRs sont orthogonaux les uns par rapport aux autres, et donc, une distance multivariée comme celle de Mahalanobis (M^2) peut être calculée par rapport à une composition de référence. Les ILRs peuvent être étalonnés sur la réponse des cultures en terme de rendements, puis classés en groupes des sols par méta-analyse pour les analyses de sol, et en groupes des «Vrais Négatifs» (VN), «Vrais Positifs» (VP), «Faux Négatifs» (FN) et «Faux Positifs» (FP) par la méthode Cate-Nelson dans le cas des analyses foliaires. Trois groupes de fertilité de sol ont été délimités pour la laitue de part et d’autre des valeurs de M^2 de 1,0 et 5,5, pour la conduite des méta-analyses en utilisant le ratio de réponse comme taille d’effet. Pour l’oignon, deux groupes ont été délimités de part et d’autre de la distance M^2 de 5,5. Un modèle quadratique pour la laitue et un modèle linéaire pour l’oignon ont été élaborés. Les valeurs de M^2 de 8,4 et de 19,6 sont les limites supérieures pour les modèles de recommandations de N pour la laitue et l’oignon, respectivement. Pour ce qui est des analyses foliaires, les groupes précédents permettent d’élaborer des normes d'équilibre des éléments nutritifs à haut rendement pour la laitue et l’oignon, ce qui facilite l'interprétation des interactions entre les éléments à l'aide d'un dendrogramme. Les seuils critiques de rendement étaient 44 Mg ha-1 pour la laitue et 50 Mg ha-1 pour l’oignon. Les distances de Mahalanobis critiques de 3,09 et 3,03 délimitaient l’équilibre du déséquilibre nutritif chez la laitue et l’oignon, respectivement. La technique de transformation de l’ILR a montré une plus grande précision diagnostique que le Système Intégré de Diagnostic et de Recommandation (DRIS), évaluée en 78% pour la laitue et 87% pour l’oignon. La balance [Fv
Quebec produces 87% of lettuces and 38% of onions in Canada, mostly in organic soils, but the nitrogen fertilization of these crops is difficult to manage. Inadequate nitrogen intake regardless of local conditions can generate nutritional imbalances in the plant and increase the risk of contamination of surface and ground waters. Our objective was to develop nutrient diagnostic models and N recommendations for lettuce and onion according to the contents of C and N in the soil and to balances between macronutrients in leaf tissues. Twenty-four and thirteen nitrogen fertilization trials were conducted on lettuce and onion crops, respectively, in organic soils of southwestern Quebec from 2002 to 2006. Every crop received four doses of N from zero to 150-180 kg N ha-1 applied before planting or split-applied. To account for interactions between elements, the results of C and N analyses in soils and N, P, K, Ca and Mg analyses in leaf tissues were completed by a filling value (Fv) to close the compositional vector then transformed into log isometric ratios (ILRs). Because ILRs are orthogonal to each other, a Mahalanobis distance (M^2) can be computed from a reference composition. The ILRs were calibrated against crop response and classified into soil groups by meta-analysis for soil analyses, as "True Negatives" (TN), "True Positives" (TP), "False negatives" (FN) and "False Positives" (FP) specimens by the Cate-Nelson method in the case of foliar analyses. A Mahalanobis distance (M^2) was computed between experimental ILRs and reference ILRs. We delineated three groups of soil fertility for lettuce about M^2 values of 1.0 and 5.5 to conduct meta-analysis using response ratio as effect size. For onion, we delineated two groups about the M^2 value of 5.5. The M^2 values of 8.4 and 19.6 were the upper limits for recommendation models N for lettuce and onion, respectively. We obtained a quadratic model for lettuce and a linear model for onion. Balance standards of nutrients were elaborate at from foliar analyses high yield for lettuce and onion using Cate-Nelson analysis. Nutrient interactions were arranged in a dendrogram. Yield critical thresholds were 44 Mg ha-1 for lettuce and 50 Mg ha-1 for onion. Mahalanobis distances of 3.09 and 3.03 delineated critical balance of imbalance for lettuce and onion, respectively. The ILR transformation technique showed greater diagnostic accuracy than DRIS, evaluated in 78% for lettuce and 87% for onion. Balance [Fv

Vingt fertilisants organiques ont ete melanges avec une terre pauvre en matiere organique et mis a incuber a temperature ambiante sous serre. Dans la meme serre, avec les memes fertilisants et la meme terre, ont ete suivies deux cultures en pots: lactuca sativa et daucus carota, dont les rendements et les teneurs en nitrate (dans les pots et dans les plantes) ont ete determines au moment de la recolte. Les resultats obtenus avec les incubations ont permis de construire des courbes de mineralisation de l'azote organique des fertilisants et de determiner les pourcentages d'azote libere en fin d'essai. Des correlations ont ete observees entre ces pourcentages et les teneurs en azote total des fertilisants. Un bilan de l'azote a ete realise dans le dispositif d'incubation. Il concorde au total assez bien avec les quantites d'azote nitrique lixivie en huit mois d'incubation. Les rendements des cultures ont ete bien correles avec les quantites d'azote organique mineralise en incubation. Pour des rendements identiques, des differences significatives de teneurs en nitrate ont ete determinees au moment de la recolte. L'auteur conclut sur l'interet du systeme d'incubation mis au point, pour la poursuite des recherches sur la mineralisation des fertilisants ou autres matieres organiques dans differentes conditions pedoclimatiques

La chicouté présente des rendements fruitiers faibles et variables possiblement liés à l’oligotrophie des tourbières ombrotrophes où elle croît. Deux techniques de fertilisation furent donc testées dans deux tourbières naturelles, en Basse-Côte-Nord (Québec). Un engrais organo-minéral (farines de crabe et de poisson, muriate de potassium) a été appliqué au sol annuellement pendant trois ans. Des applications foliaires de bore et de cuivre ont été effectuées la troisième année. Les engrais n’ont eu aucun impact sur la croissance et la productivité de la chicouté et l’engrais organo-minéral s’est très peu minéralisé et dispersé dans le sol. La capacité de minéralisation d’autres engrais organiques en tourbière ombrotrophe devra donc être testée. Le bore et le cuivre sont relativement abondants dans les fruits et pourraient limiter la production fruitière, mais de nouveaux essais seront nécessaires pour le confirmer. En conclusion, davantage d’informations sur les besoins nutritifs de la chicouté seront nécessaires pour sélectionner les engrais appropriés.
Cloudberry present low and variable fruit yields that are probably explained by the oligotrophy of the ombrotrophic peatlands where it grows. Two different fertilization techniques were tested in two natural bogs of the Quebec Lower-North-Shore. An organo-mineral fertilizer (crab and fish meal, potassium chloride) was applied annually in soil for three years. Foliar applications of boron and copper were tested during the third year. The fertilizers had no effect on cloudberry growth and productivity and the organo-mineral fertilizer hardly mineralized and dispersed in the soil. Mineralization capacity of other organic fertilizers in natural peatlands should thus be tested. Boron and copper are abundant in the fruits and are likely limiting fruit production, but new trials are needed to confirm it. In conclusion, more information on the nutrient requirements of cloudberry is needed to select suitable fertilizers.

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.

Cette thèse montre que l’acquisition d’images en filé au voisinage du disque d’épandage d’un distributeur centrifuge d’engrais constitue une solution pour déterminer les composantes de la vitesse d’éjection des granules. Un filtre linéaire récursif est appliqué sur l’image pour détecter les axes des traces laissées par les granules. Ce filtre est développé en appliquant la méthodologie de Canny à un modèle de contour dont le profil dérive d’une approche expérimentale. Ensuite, les trajectoires sont identifiées et caractérisées au moyen de la transformée de Hough en intégrant les connaissances issues de l’analyse du processus d’épandage. La vitesse d’éjection est alors déduite de l’angle d’éjection par le biais de relations cinématiques. La répartition angulaire du flux d’engrais est également estimée à partir de la fréquence d’identification des trajectoires dans l’image. La répartition au sol de l’engrais est déduite d’un modèle de vol balistique utilisant ces paramètres
This dissertation demonstrates that motion blurred images acquired in the vicinity of the spinning disc of a fertiliser centrifugal spreader can be used to estimate the outlet velocity components of the granules. First, a recursive linear filter is applied to the image to detect the streak axes corresponding to the granule trajectories. This filter was specifically developed for our research by means of the Canny method and an edge model based on an experimental approach. Secondly, the trajectories are identified and characterised using the Hough Transform. Its computation is based on mechanical knowledge derived from spreading analysis. Next, the outlet velocities are deduced from the outlet angle measurements using kinematic relationships. The fertiliser angular distribution is also estimated using the frequency of trajectory identifications in the image. Finally, the spread pattern is computed by means of a ballistic flight model using the above parameters

Les parcelles agricoles sont situees pres d'aix-en-provence sur des limons calcaires de la durance. L'etude a ete realisee trois ans apres l'epandage sur une parcelle amendee avec 75 t/ha de boues en reference a une parcelle temoin. Le devenir des metaux est defini: 1) par leurs concentrations totales dans le sol brut et en fonction de coupures granulometriques, 2) en terme de leur speciation (extractions selectives) dans les boues et dans les horizons 0-30 et 30-100 cm des parcelles amendee et temoin, 3) par leurs concentrations dans les vegetaux cultives (mais). L'horizon de surface de la parcelle amendee garde une faible signature de l'amendement pour les metaux etudies. L'horizon inferieur de la parcelle amendee presente une composition proche de l'horizon inferieur temoin. Il y a eu migration vers des horizons plus profonds et la nappe pour environ 34% du plomb, 28% du zinc, 27% du cadmium, 16% du cuivre, 8% du nickel et 5% du chrome. L'absorption des metaux par la vegetation est comparable dans les deux parcelles, sa contribution dans les bilans de transfert est negligeable. Les boues montrent une predominance des composes polaires qui sont en proportion equivalente dans les deux parcelles. Les hydrocarbures satures de la boue montrent une predominance des n-alcanes en c#1#8 et c#1#9. Dans les sols, leur longueur de chaine plus courte est caracteristique de la degradation d'une matiere organique d'origine vegetale. Les aromatiques, faiblement representes dans la boue montrent un leger enrichissement en alkylnaphtalenes dans les deux horizons de la parcelle amendee par rapport a ceux de la parcelle temoin. L'incorporation des metaux lourds et des composes organiques provenant des boues dans le sol n'est perceptible qu'au niveau de la speciation des metaux dans les compartiments du sol et de quelques molecules organiques peu biodegradables

L’objectif de ce projet est de contribuer à des grilles de fertilisation mieux adaptées aux cultures du haricot et du pois au Québec. Pour ce faire, 16 essais de fertilisation ont été réalisés entre 2008 et 2012 principalement dans la région de la Montérégie. Les données ont été jumelées aux résultats d’essais effectués entre 1978 et 1981 dans les mêmes cultures pour un total de 31 et 32 essais dans la culture du haricot et du pois, respectivement. Pour établir les grilles de fertilisation, les données ont été traitées par méta-analyse à l’aide du logiciel meta-Win 2.1 (Rosenberg et al., 1999). Suite aux méta-analyses, la dose d’azote suggérée pour les deux cultures est de 60 kg N/ha. Les doses proposées pour le phosphore varient entre 0 à 60 kg P2O5/ha et celles du potassium de 20 à 30 kg K2O/ha selon les analyses et les deux indicateurs de fertilité P/AlM-III et de KM-III, respectivement.

L’objectif de la présente étude est d’analyser la coordination verticale de la distribution des engrais subventionnés au Mali. Pour ce faire, nous avons adopté une approche de recherche qualitative basée sur l’exploitation de données secondaires et la collecte des informations primaires grâce à des enquêtes individuelles auprès des acteurs impliqués dans l’approvisionnement en engrais dans la région de Sikasso. Les données primaires collectées auprès de ces acteurs sont analysées par la méthode d’analyse de contenu, qui consiste à classer les informations par thématiques. Les résultats obtenus, à l’issue de l’analyse, montrent que les acteurs intervenant dans l’approvisionnement en engrais sont liés par des relations de contrats formels et informels, de système de prix au marché ou de marché au comptant et de l’intégration verticale (dans une moindre mesure) comme outils de coordination. Les résultats montrent également que les problèmes qui sévissent dans la filière d’approvisionnement en engrais subventionnés et qui peuvent constituer des obstacles (si aucune mesure n’est prise) à l’accès des producteurs à la subvention sont l’asymétrie de l’information dans les procédures d’accès à la subvention, la circulation illicite des engrais, le retard ou le non-paiement de la subvention, l’insuffisance de quotas d’engrais octroyés par l’État, l’insuffisance en moyens logistiques et financiers au niveau des secteurs de l’agriculture et l’absence de système de Crédit Agricole pour les producteurs de la zone DRA. Mots-clés : Coordination verticale, engrais, subvention, exploitation agricole, maïs, approvisionnement, service de l’agriculture.
The objective of this study is to analyze the vertical coordination of the distribution of subsidized fertilizer in Mali. To do this, we adopted a qualitative research approach based on the exploitation of secondary data and the collection of primary information through individual surveys of actors involved in fertilizer supply in the Sikasso region. The primary data collected from these actors are analyzed by the content analysis method, which consists of classifying information by theme. The results obtained from the analysis show that actors involved in fertilizer supply are bound by formal and informal contract relationships, from market to cash market systems and vertical integration (in a lesser extent) as coordination tools. The results also show that the problems in the subsidized fertilizer supply chain, which may be obstacles (if no action is taken) to producers' access to the subsidy, are the asymmetry of information in subsidy access procedures, illicit fertilizer circulation, delay or nonpayment of subsidy, insufficient State fertilizer allowances, the lack of financial and logistical means at the level of the agricultural sectors and lack of agricultural credit system for producers in the DRA zone. Keywords: Vertical coordination, fertilizer, subsidy, farm, maize, supply, agriculture service.

L'objectif de ce travail est d'analyser, au cours d'une cinétique de 24 mois, les effets de différents types de produits organiques (Boue de STEP, Fumier, Compost de fumier et Compost de boue) sur les communautés microbiennes telluriques, en tenant compte des conduites culturales. Les communautés ont été analysées d'un point de vue quantitatif (dénombrement des bactéries hétérotrophes aérobies cultivables, quantification de l'ADN et du carbone microbien) et par un suivi de l'activité métabolique potentielle (Biolog) et de la diversité génétique (T-RFLP ADNr 16S). Nous avons mis en évidence un impact spécifique transitoire au cours des trois premiers mois suivant l'épandage. L'évolution des communautés semble particulièrement influencée par la proportion de carbone minéralisable et de lignine (Van Soest) dans les produits organiques. L'influence du labour et des végétaux implantés est également révélée par l'évolution de la structure des communautés bactériennes au cours de la cinétique
The aim of this work is to analyse the effects of four different organic products (turkey manure, compost of turkey manure and ligneous wastes, sewage sludge and compost of sewage sludge) on soil microbial communities in function of agricultural managements, during a 24 months kinetic. The microbial communities were characterised in a quantitative point of view (enumeration of heterotrophic cultivable bacteria, assay of soil total, microbial carbon assay) and in a qualitative one by potential metabolic fingerprinting (Biolog) and genetic structure of soil bacterial communities (T-RFLP 16S rDNA). A transitory impact specific to the different organic products was shown. The impact of organic products on microbial biomass and on bacterial community structure seemed to depend on their rate of lignin (Van Soest) and of mineralisable carbon. The influence of the tillage and the vegetation was revealed by the evolution of bacterial community structure during the 24 months of the experiments

Limiter l’usage des herbicides et des engrais minéraux est nécessaire pour des systèmes de culture plus durables. Ces limitations peuvent entraîner le développement d’une flore adventice résiduelle et une compétition accrue entre cultures et adventices, notamment pour l’azote. L’objectif de cette thèse était d’analyser et modéliser (au sein du modèle mécaniste FLORSYS) les processus clefs sous-jacents à la compétition pour l’azote, afin de déterminer dans quelle mesure le raisonnement de la fertilisation azotée et le choix des variétés cultivées peuvent aider à favoriser la régulation biologique des adventices.Au début de cette thèse, le modèle FLORSYS (qui simule les effets des systèmes de culture en interaction avec le pédoclimat sur la dynamique des adventices) considérait que les plantes étaient en compétition pour la lumière uniquement. Une première étape de la thèse a donc visé à compléter le modèle afin d’y intégrer la compétition pour l’azote. Des expérimentations en serre ont permis d’établir des formalismes et paramètres originaux caractérisant la diversité des traits liés à la nutrition azotée des cultures et des adventices.Ensuite, des expérimentations virtuelles (simulations) avec la nouvelle version de FLORSYS ont permis d’identifier les techniques culturales liées à la fertilisation azotée et les traits variétaux liées à la nutrition azotée, qui affectaient le plus les impacts des adventices sur la production et la biodiversité, dans un cas d’étude (monoculture de maïs en Aquitaine, France).Finalement, des algorithmes d'optimisation ont été appliqués aux techniques de fertilisation azotée et aux traits liés à la nutrition azotée de la culture pour ce cas d’étude, afin de proposer des systèmes de culture innovants favorisant la régulation biologique des adventices par compétition et conciliant production agricole et biodiversité.Cette thèse a permis des avancées notables dans (1) la modélisation individu-centrée de la nutrition azotée des plantes en couvert hétérogène et (2) la compréhension du rôle de l’azote dans la compétition culture-adventice. Ces travaux suggèrent qu’il peut être utile d’intégrer la fertilisation azotée et le choix des variétés parmi les leviers à mobiliser pour favoriser la régulation des adventices
Reducing the use of herbicide and mineral fertilizers is crucial to develop sustainable cropping systems. Such changes might result in an increased weed flora as well as intensify competition for resources, particularly nitrogen, between crops and weeds. The aim of this thesis was to analyze and model (via the mechanistic crop model FLORSYS) the key processes underlying nitrogen competition, in order to determine if changes in nitrogen fertilization techniques and cultivar choice could promote biological weed regulation.At the beginning of the thesis, the FLORSYS model (which simulates the effects of cropping systems in interaction with pedoclimate on weed dynamics) only included light competition. A first step consisted in including nitrogen competition in the model. Experiments in controlled conditions were used to establish original formalisms and parameters characterizing the diversity of crop and weed traits related to nitrogen nutrition.Then, virtual experiments (simulations) with the new FLORSYS version identified nitrogen fertilization techniques and crop traits related to nitrogen nutrition that the most influenced weed impacts on production and biodiversity for a case study (maize monoculture in Aquitaine, France).Finally, for the case study, optimization algorithms were applied to nitrogen fertilization techniques and crop traits related to nitrogen nutrition to propose innovative cropping systems promoting biological weed regulation by competition and reconciling crop productivity and biodiversity.This thesis resulted in producing new knowledge on (1) how to model plant nitrogen nutrition in heterogeneous canopies and (2) the role of nitrogen in crop-weed competition. This work suggests that including nitrogen fertilization techniques and cultivar choice among levers would be helpful to promote weed biological regulation

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.

Le cadmium (Cd) est l’un des métaux les plus toxiques car il produit des effets néfastes sur l'activité biologique du sol, les plantes, le métabolisme, et la santé de l'homme et des animaux. L’objectif de cette étude est de déterminer la sorption et la désorption du Cd dans deux sols, un sol sableux et un sol limono-argileux, amendés avec 10% de matériaux biologiques (quantité destinée à la restauration des sites contaminés). Les quatre matériaux biologiques mis à l’essai sont: i) un compost à base de bovins de boucherie et de sciure de bois (CBS), ii) un compost à base de bovins de boucherie et de paille (CBP), iii) un compost commercial à base de tourbe et de déchets de crevettes (CTC) et iv) une farine de coquilles d’oeufs de poules (FCO). L’application des matériaux biologiques a rehaussé la capacité des sols à retenir le Cd. Une augmentation progressive de la sorption a été observée avec les temps de contact allant de 0,5 h à 4 semaines. Le rehaussement de la température de 5 à 450C a augmenté la quantité de Cd sorbée. Les données de sorption pour des concentrations de Cd2+ ajoutée variant de 0 à 2000 mg Cd/kg ont été le mieux décrites par la forme linéaire de l’équation de Freundlich. La quantité de Cd sorbée a augmenté avec l’accroissement de sa concentration dans la solution d’équilibre. D’une manière générale, la capacité des sols à retenir le Cd augmentait dans l’ordre suivant: sols amendés de CBS ou de CBP < sols amendés de CTC < sols amendés de FCO. L’étude de désorption du Cd fraîchement sorbé a été réalisée au moyen d’extractions singulières utilisant la solution Mehlich-3 ou DTPA-TEA-CaCl2 et d’extraction séquentielle utilisant successivement les solutions Ca(NO3)2, TEA-DTPA-CaCl2 et HCl. La quantité de Cd désorbée est directement proportionnelle à la quantité de Cd fraîchement sorbée. Les résultats suggèrent que les amendements biologiques pourraient être appliqués aux sols afin de rehausser leurs propriétés de rétention du Cd.

La valorisation par compostage de boues de station d'épuration d'eaux usées après lagunage avec de la paille sur les qualités agronomiques et environnementales du produit final est évaluée par GPC Sephadex, analyse élémentaire, UV-Vis, IR-TF, RMN-C13, ICP/MS, GC/MS et TMAH/GC/MS à différents stades du procédé. La spéciation des éléments traces métalliques biodisponibles (2% ETM initiaux) montre que ceux-ci diminuent pour des formes immobilisées. La biotransformation des polluants organiques (HAP, phthalates) a été suivie en terme de biodégradation ou de polycondensation suivant la phase incriminée. La caractérisation structurelle des acides humiques et fulviques est discutée en terme d'aromaticité ou de conservation fonctionnelle en liaison avec le poids moléculaire, les structures aromatiques impliquées, les polycondensations potentielles et la néo-synthèse due aux mico-organismes successifs en fonction des phases de stabilisation ou de maturation
The valorisation of sewage sludges after lagooning by composting with straw estimated by the agronomic and environmental quality of the final product was evaluated by GPC on Sephadex, elementary analysis, UV-Vis, FT- IR, NMR-C13, ICP/MS, GC/MS et TMAH/GC/MS at different stages of the process. The speciation of the bioavailable metallic trace elements (2% of the initial MTE) shows that they decrease in favour to the resistant forms. The biotransformation of the organic micropollutants (PAH, phthalates) is expressed in terms of biodegradation or polycondensation towards to the incriminated phase. The structural characterization of humic and fulvic acids is discussed in terms of aromaticity or functional conservation in relationships to molecular weight, incriminated aromatic structures, potential polycondensations and neo-synthesis by successive micro-organisms according to the stabilization or maturation step

Les biosolides et les cendres de combustion de boues (CCB) constituent des sources importantes d’éléments nutritifs (particulièrement l’azote et/ou le phosphore). Bien que plusieurs auteurs aient étudié la disponibilité de ces éléments dans les biosolides, ces études se sont concentrées sur des produits spécifiques et réalisées dans des conditions expérimentales différentes, générant des résultats très diversifiés. Ainsi, il n’existe actuellement aucun modèle de prédiction de la disponibilité de ces éléments pour les cultures. Concernant les CCB, elles ont été largement caractérisées chimiquement au cours des dernières années, mais il existe très peu d'études sur la réponse des cultures à cette source de phosphore. Cette étude fournit des modèles de prédiction de la disponibilité de l’azote et du phosphore dans ces produits afin d’améliorer l'efficacité de leur recyclage agricole et éviter les risques environnementaux. Deux modèles d’évaluation et de classification de la biodisponibilité de l’azote et du phosphore dans les biosolides ont été élaborés à partir des données de la littérature scientifique nationale et internationale. Le potentiel fertilisant de 12 CCB provenant de monoincinérateurs situés au Canada et aux États-Unis a été également testé dans une expérimentation réalisée en serre en utilisant deux types de sol. Ensuite, la modélisation par la méthode de forêt aléatoire a été utilisée pour déterminer un indicateur de prédiction de la disponibilité du P dans les CCB. En fonction du rapport C/N, la disponibilité de l’azote dans les matières résiduelles fertilisantes a été classée en deux grands systèmes : un minéralisateur et un immobilisateur, pour un total de six sous-systèmes: i) forte minéralisation : coefficient d’efficacité relative de l’azote (CERN) de +66% et C/N≤5, ii) minéralisation moyenne : CERN de +33% et 5140. En fonction de la concentration molaire total en aluminium et en fer, la disponibilité du phosphore dans les biosolides a été divisée en 4 classes de disponibilité: i) très élevée (230-400 mmol kg-1), ii) élevée (401-1100 mmol kg-1), iii) moyenne (1101-2800 mmol kg-1) et iv) faible (2801-5132 mmol kg-1). Suite à l'application des CCB, l'augmentation de la biomasse aérienne du ray-grass par rapport au témoin varie de 4-29% et de 15-59% dans les sols argileux et loam sableux, respectivement. Cette augmentation est en moyenne 40% inférieure à celle du triple super phosphate (TSP) pour les deux types de sols. Les plus grandes augmentations de biomasse ont été obtenues pour les CCB ayant un pourcentage de solubilité du P (PSP) ≥ 54%. Un comportement similaire a été observé pour le prélèvement du P par la plante avec des augmentations maximales de 26% et de 165% pour le sol argileux et loam sableux, respectivement. Suite à l'application des CCB, l’augmentation de la biomasse et du prélèvement en P est supérieure à celle du phosphate naturel (PN) dans le sol argileux, mais similaire dans le sol loam sableux. La modélisation par la méthode de forêt aléatoire montre que l’extraction à l’oxalate est un indicateur pratique de prédiction de la disponibilité du phosphore des CCB et que l’aluminium est le facteur influençant le plus cette disponibilité.
Biosolids and sludges incinerated ashes (SIA) are valuables sources of nutrients (N, P) and organics matter. During the last decades, a considerable amount of research has been done on biosolids nutrients availability after their application onto agricultural land. But these studies are focused on specific products and performed under different experimental conditions, generating very different results. Therefore, so far, no model has been proposed to predict nitrogen and phosphorus plant availability for biosolids land application. Although the chemical characterization of SIA has been widely examined, there are only a few studies regarding crop responses to this source of P. This study has generated prediction models to evaluate nitrogen and phosphorus plant availability in these products in order to improve their agricultural recycling and avoid environmental risks of pollution. Data were collected from national and international literature in order to design two models to assess and classify nitrogen and phosphorus availability in SIA. Twelve SIA from mono-incinerators located in Canada and the USA were tested for their fertilizing potential in a greenhouse experiment. Then, random forest modeling was used to find out an indicator of prediction of SIA phosphorus availability. Depending on the C/N ratio of non-composted by-products, six categories were defined. i) high mineralization: +66 % relative N effectiveness (RNE) and 5 ≤ C/N, ii) moderate mineralization: +33 % RNE and 5 < C/N ≤ 16, iii) low mineralization: +9 % RNE and 16 < C/N ≤ 38, iv) low immobilization: −9% RNE and 38 < C/N ≤ 90, v) moderate immobilization: −27 % RNE and 90 < C/N ≤ 140, and vi) high immobilization: −55 % RNE and C/N > 140. According to the total molar concentration of Al and Fe in biosolids, phosphorus availability were divided into 4 classes: i) very high (230-400 mmol kg-1), ii) high (401-1100 mmol kg-1), iii) medium (1101-2800 mmol kg-1), and, iv), and low (2801-5132 mmol kg-1). The biomass increases following an SIA application were as high as 29 % and 59 % more than the control for the sandy loam and clayey soil, respectively, but 40% less than for the triple super phosphate (TSP), for both soils. The ray-grass biomass and P uptake increases due to SIA applications were larger than those of rock phosphate (RP) application in the clayey soil, but similar to those in the sandy loam soil. A similar behavior was observed for P uptake, with a maximum increase of 26 % for the clayey soil, and 165 % for the sandy loam soil. The SIA with a PSP of ≥ 54% significantly increased soil available P stocks and saturation. The random forest modeling shows that oxalate extraction is a practical indicator of prediction of SIA phosphorus availability. Also, this modeling shows that SIA Al content is the most influent factor of this availability.

Du biochar, de l’hydrogel et des symbiotes végétaux ont été testés comme amendements et biostimulants pour la croissance végétale de Festuca rubra, Trifolium repens L et Avena sativa L hydro-ensemencées sur des résidus aurifères fins et des roches stériles. Un essai de germination indique que les deux biochars ont favorisé la germination des plantes entre 61% et 91%, sauf dans le cas d’une combinaison du biochar BQ-Érable-500-3 avec le trèfle blanc. Une première expérience consistait en trois doses d’hydrogel (0g/kg, 10g/kg, 15g/kg de substrats) combinées avec 0% ou 15% v/v de biochar BQ-Érable-500-3 sur la croissance de A. sativa, F. rubra et T. repens hydro-ensemencées sur ces résidus en conditions contrôlées. L’ajout d’hydrogel avec du biochar a augmenté entre 20% et 27% la biomasse par rapport au témoin sans biochar. L’addition de biochar BQ-Érable-500-3 à 15% v/v aux résidus miniers n’a pas eu d’effets sur les biomasses aériennes et totales des plantes dans le mésocosme. Une interaction a été observée entre l’hydrogel et le biochar. Cependant, celle-ci a été négativement influencée par le taux élevé de biochar appliqué. Dans une deuxième expérience, les effets interactifs de deux biochars avec 15% v/v ou sans biochar (0%) et d’un consortium microbien constitué de deux souches de bactérie fixatrice d’azote (Rhizobium leguminosarum biovar trifoli FH345K et Rhizobium leguminosarum biovar trifoli USDA2046), une souche de bactérie fixatrice libre du diazote (Pseudomonas putida MBN 0213) et une souche de champignon mycorhizien arbusculaire (AMF) (Rhizophagus irregularis DAOM 197198) ont été observés en utilisant des mésocosmes en serre. Le biochar fait avec des écorces d’érable à 7000C a augmenté de 20% la masse totale des plantes comparativement au traitement sans biochar, mais pas avec l’autre biochar fait avec 75% de bois et d’écorces d’érable à 5000C. Il n’y avait pas d’interaction entre le biochar et le consortium microbien. Les deux mélanges végétaux avaient la même biomasse aérienne totale malgré un ratio de population de chaque espèce différente. Par conséquent, l’hydrogel et le biochar seraient bénéfiques pour la croissance végétale, avec l’un ou l’autre des mélanges végétaux, dans des milieux de croissance difficiles pour les plantes tels que les résidus miniers. Par contre, l’effet du biochar sur la croissance dépend du type de biochar. Mots clés : biochar, restauration minière, hydrogel, exploitation aurifère, Avena sativa, Trifolium repens L, Festuca rubra
Biochar, hydrogel and plant symbionts were tested as amendments and biostimulants for plant growth of Festuca rubra, Trifolium repens L and Avena sativa L hydro-seeded on gold mine fine tailings and waste rock. A germination test indicated that both biochars favored plant germination between 61% and 91%, except for combination BQ-Érable-500-3with white clover. A first experiment consisting of three hydrogel doses (0 g/kg, 10 g/kg, 15 g/kg of substrate) combined with 0% or 15% v / v of biochar was conducted on the growth of hydro-seeded A. sativa, F. rubra and T. repens planted together on these gold mine tailings under controlled conditions. The addition of hydrogel to biochar increased plant biomass between 20% and 27% compared to the control without biochar. The addition of biochar at 15% v/v to tailings had no effects on the aboveground and total biomass of plants in the mesocosm experiment. An interaction was observed between the hydrogel and the biochar. However, this interaction was negatively influenced by the high rate of biochar applied. In a second experiment, the interaction of both biochars with 15% v/v or without biochar (0%) and of a microbial consortium including two dinitrogen fixing symbiotic bacteria strains (Rhizobium leguminosarum biovar trifoli FH345K and Rhizobium leguminosarum biovar trifoli USDA2046), a free-free-living dinitrogen-fixing bacteria strain (Pseudomonas putida MBN 0213) and a fungal strain of arbuscular mycorrhizal (AMF) (Rhizophagus irregularis DAOM 197198) were observed in mesocosm greenhouse experiment. Biochar made with maple bark at 7000C increased plant biomass by 20% compared to treatment without biochar, but the other biochar made of 75% of wood and bark maple at 500 0C did not influence growth. There was no interaction between biochar and the microbial consortium. Despite their differences in individual biomass, the two plant mixtures did not behave differently in terms of total above ground biomass. These results suggest that hydrogel and biochar are beneficial for plant growth, with either of the plant mixtures, in environments difficult for plants growth such as tailings. On the other hand, the effect of biochar on plant growth depends of the biochar type. Keywords: Biochar, mine reclamation, hydrogel, gold mining, Avena sativa, Trifolium repens, Festuca rubra

L'évaluation environnementale des systèmes de production agricole est un enjeu majeur pour le développement de pratiques agricoles durables, la préservation ou la restauration du bon état écologique des ressources naturelles. Cependant, cette évaluation est compliquée à réaliser par expertise ou par expérimentation à cause de la diversité des processus de transformation et de transfert de la matière organique au sein des paysages agricoles, leurs interactions et leurs dynamiques. L'objectif de ce projet était de de proposer une méthodologie d'évaluation environnementale qui soit spatialisée et dynamique afin d'intégrer les effets du milieu physique, du climat et des pratiques agricoles. L'approche suivie dans ce projet est basée sur le développement d'une plateforme de modélisation des paysages agricoles (Qualscape), comme support conceptuel commun aux différentes étapes de ce travail :
- l'analyse de successions culturales parcellaires observées afin d'identifier les déterminants spatiaux et temporels des transitions de cultures ; l'occupation du sol spatialisant les pratiques agricoles ;
- à partir du bassin versant de Naizin (12 km2, Morbihan, France) caractérisé par des activités d'élevage bovin et porcin intensives, la construction d'un jeu de paysages agricoles virtuels différant par leur milieu physique, les forçages climatiques et les pratiques agricoles auxquels ils sont soumis ;
- la réalisation d'une évaluation environnementale multi-cibles et multi-critères de ces agrosystèmes en permettant le couplage et l'intégration des sorties entre le modèle agro-hydrologique TNT2 et un modèle de bilan de phosphore du sol. Stochastree, un modèle de transition de cultures basé sur des arbres de décision stochastiques a été développé. Il a notamment permis de maintenir la distribution spatiale des cultures autour du corps d'exploitation, tout en respectant des contraintes d'hydromorphie des sols et d'objectif de production des exploitations. L'évaluation environnementale des paysages virtuels a quantifié l'influence du climat, du milieu et des systèmes de culture sur différents indicateurs agricoles, pédologiques et hydrologiques. Nous avons constaté que l'adoption d'un système de culture modéré (réduction d'intrants, intercultures hivernales) réduit significativement les flux excédentaires de phosphore vers les sols et accroît l'efficience des apports d'azote et de phosphore. Cependant, cet effet s'atténue pour des indicateurs incorporant des processus de transformation et de transfert de la matière organique, comme la concentration en nitrate à l'exutoire. De plus, les effets des interactions sol-climat sur cette concentration sont du même ordre qu'une réduction de 15% des apports totaux d'azote. Ainsi, la définition de pratiques agricoles alternatives devant satisfaire un objectif environnemental précis (cf. le non-dépassement du seuil des 50 mg NO3.l-1 dans les cours d'eau) ne peut se faire qu'en lien avec les caractéristiques du paysage et que leur transposition directe à un autre paysage peut ne pas atteindre l'effet escompté.

Les biomasses résiduaires (BR) (ex. effluents d’élevage, résidus de cultures, déchets verts et urbains) jouent un rôle clé en agriculture. La modernisation de l’agriculture depuis le XIXe siècle a profondément transformé leur métabolisme, entraînant appauvrissement des sols, pollutions, perte d’autonomie des exploitations agricoles et des territoires en matière de fertilisation.Aujourd’hui, des faits scientifiques solides démontrent la nécessité d’une écologisation de la gestion des BR, mais la nature de cette écologisation fait débat. Des visions radicalement différentes de ce que devraient être les bases biophysiques du fonctionnement de nos sociétés coexistent et mettent en tension nos communautés humaines et scientifiques. Cette thèse vise à apporter un cadre analytique pour une mise en dialogue des multiples voies d’écologisation : les réseaux métaboliques. L’étude a été conduite dans la vallée de la Drôme, terrain emblématique du développement de l’agriculture biologique. Les productions diversifiées, les flux de BR ainsi que les multiples valeurs accordées au métabolisme par les agriculteurs offrent un terrain d’exploration permettant de penser les contradictions, les tensions mais aussi les complémentarités pour l’action entre deux voies d’écologisation contrastées : d’une part la voie ingénieuriale de l’optimisation et du “bouclage des flux” (l’écologie industrielle) et d’autre part, le fait de cultiver des attachements avec le reste du vivant au travers de multiples valeurs, au delà du seul utilitarisme économique (l’écologie des terrestres). Cette étude dresse les perspectives d’une écologisation plus pragmatique, qui ne ferait pas l’économie du pluralisme des savoirs
Abstract: Residual biomass (RB) (e.g. livestock effluents, crop residues, green and urban waste) plays a key role in agriculture. The modernization of agriculture since the 19th century has profoundly transformed their metabolism, leading to soil impoverishment, pollution and loss of autonomy of farms and territories in terms of fertilization.Today, solid scientific facts prove the need for an ecologization of RB management, but the nature of this ecologization is debated. Radically different visions of what should be the biophysical basis of the functioning of our societies coexist and put our human and scientific communities in tension. This thesis aims to provide an analytical framework for a dialogue between the multiple pathways of ecologization: the metabolic networks. The study was conducted in the Drôme valley, a region well knowned for the development of organic agriculture. The cartography of production and flows of RB as well as the description of the multiple values given by farmers to the metabolism of RB allow us to think the tensions and complementarities between two contrasting paths of ecologization: the engineering path of optimization and "closing the loop" (industrial ecology) and cultivating bounds with the rest of the living through multiple values, beyond economic utilitarianism (the earthbound).This thesis draws up the perspectives of a more pragmatic path towards ecologization

L'utilisation de machines lourdes et la fertilisation des sols ont été la solution pour améliorer le rendement agricole et augmenter les aires des sols cultivés. Les pays émergeants Est-Méditerranéens souffrent d'un manque crucial des législations et des règlementations qui organisent l'usage des fertilisants chimiques. Cela est principalement dû à l'insuffisance des données sur les caractéristiques des sols et les pratiques agricoles. La fertilisation excessive est devenue une source potentielle de contamination des sols par les éléments traces métalliques (ETM) susceptible de migrer vers les différentes chaines alimentaires. Dans ce cadre, l'Institut de Recherches Agronomiques Libanais (IRAL) avait comme préoccupation principale d'évaluer les risques associés aux apports en ETM issus des engrais phosphatés en usage dans des sols de nature alcaline sous un climat aride à semi-aride. Ainsi, l'investigation sur les engrais phosphatés commercialisés au Liban et les pays voisins ont montré que le cadmium est porté principalement dans une phase sulfate quand cette dernière est présente dans les engrais. L'apport moyen annuel du Cd, Cu, Pb et Zn aux sols est trouvé inferieur aux limites recommandées dans certains pays comme le Brésil et la Grande-Bretagne. Cependant, dans le contexte régional où l'étude est réalisée, cet apport est relativement élevé quand la nature alcaline du sol est prise en considération. Ainsi, une norme établie pour un sol acide n'est pas nécessairement adaptable dans un sol alcalin, sachant que ce dernier est un milieu favorable pour stabiliser les ETM et limiter leurs disponibilités. Les Lactuca sativa (laitues), étant une espèce amplement consommée dans les pays du bassin méditerranéen, ont été choisis comme une espèce cible dans l'objectif de suivre la distribution du cadmium dans les différents tissus de l'espèce et le coefficient de partage entre les compartiments eau, sol et plante. Les effets de la densité des sols, en présence du cadmium et des engrais phosphatés ont été étudiés dans des colonnes de sols cultivés par les laitues. Les caractères morphologiques et physiologiques de la plante, la mobilité du cadmium dans le sol et son transfert vers les laitues, la population microbienne (le nombre de bactéries totaux, champignons totaux, bactéries résistantes au cadmium BRC et micro-organismes solubilisant le phosphore MSP) et l'activité enzymatique des phosphatases alcalines (ALP) et acides et les déshydrogénases (DHA) ont été suivis. La présence du Cd et du phosphore dans le sol a diminué la mobilité du cadmium et la compaction a augmenté l'accumulation du Cd dans la partie aérienne des laitues et l'infiltration des nitrates. La combinaison entre la compaction du sol, la présence de cadmium et du phosphore en même temps a montré une diminution du nombre de bactéries, des champignons totaux et de l'activité d'ALP mais une augmentation du nombre de MSP, de BRC et de l'activité de la phosphatase acide est notablement identifiable. En absence de toute matrice d'interaction avec les ETM et les fertilisants phosphatés autre que les laitues, les effets du cadmium et de l'engrais phosphatés ont été évalués sur les caractères morphologiques et physiologiques des laitues en culture hydroponique et sur l'absorption du cadmium par ces laitues. En présence d'engrais phosphaté, la culture des laitues en hydroponie avait une influence positive sur le développement de ce végétal plus qu'en culture dans le sol. Malgré la croissance rapide des laitues en hydroponie, ce système est désormais une source de cadmium disponible aux laitues puisque ce métal est transféré des racines vers la partie aérienne de Lactuca sativa en induisant des changements morphologiques
Soil compaction and contamination with heavy metals were the response of the use of heavy machinery and phosphate fertilization to improve and expand agricultural productivity. The Eastern Mediterranean emerging countries suffer from lack in legislations and regulations organizing the chemical fertilizers use. This is due to the insufficient data on soil characteristics and agricultural practices. Thus, excessive fertilization can be considered as potential sources of soil contamination by trace metals susceptible to be transferred to the different food chains. One of the main occupations of the Lebanese Agriculture Research Institute (LARI) was to evaluate the associated risks to the trace metals inputs coming from phosphate fertilizers. The investigation of phosphate fertilizers used in Lebanon and neighboring countries showed that cadmium is well bonded to sulfate-phase when sulfate is present in the fertilizers. The annual average of the deposition of Cd, Cu, Pb and Zn in soil was found lower than the recommended limits in some countries like Brazil and Britain but such contribution is relatively high when considering the alkaline nature of the soil. Thus, norms and legislations for acidic soil cannot be necessarily adaptable and used for alkaline soil knowing that such soil is the best environment to stabilize the metals and limit their bioavailability. Lactuca sativa (lettuce), widely consumed specie in Mediterranean countries, has been chosen as target specie to be studied in order to follow cadmium in different parts of the plants and its partition between water, soil and plants. The effects of the compaction, cadmium and phosphate fertilizers were evaluated on morphological and physiological characteristics of Lactuca sativa cultivated in columns. Cadmium mobility in soil and its transfer to lettuce, the microbial population (the number of total bacteria, total fungi, cadmium resistant bacteria CRB and phosphate solubilizing microorganisms PSM) and the enzymatic activities of alkaline phosphatase (ALP), acid phosphatase and dehydrogenase activity (DHA) were also studied. Cadmium mobility was decreased in the soil amended with cadmium and phosphorus and compaction increased the Cd accumulation in the lettuce's aerial part and the nitrate infiltration. A decrease of the number of total bacteria, fungi, ALP and an increase in the number of PSM, CRB and acid phosphatase activity were observed in the treatment where the soil was compacted and amended with cadmium and phosphate fertilizers. In absence of any interactive matrix with the metals and the phosphate fertilizers other than the lettuces, the effects of cadmium and phosphate fertilizer were evaluated on morphological and physiological characteristics of lettuces grown in hydroponic culture. Cadmium absorption and transfer to aerial part was also studied. The lettuces development's was important in the hydroponic culture more than in soil cultivation in presence of phosphate fertilizer. Despite the rapid growth of lettuces in hydroponic culture, this system is a potential source of bioavailable cadmium that is absorbed by lettuces and transferred to roots and aerial parts conducting to morphological changes

Depuis la seconde moitié du XXème siècle, l'utilisation massive des engrais desynthèse a contribué à l'augmentation des rendements mais aussi à l'accumulation d'élémentsminéraux dans les systèmes agricoles. La limitation de cette accumulation passe par unmeilleur recyclage des éléments minéraux déjà présents dans les systèmes agricoles.L'agriculture biologique, qui interdit le recours aux engrais de synthèse, peut être considéréecomme un prototype d'agriculture à même d'améliorer ce recyclage. L'objectif de cette thèse a été d'identifier les stratégies mises en place par les agriculteurs biologiques pour s'approvisionner en éléments minéraux. Cet objectif a été décliné en sous-objectifs qui ont été(i) d'identifier les pratiques d'approvisionnement en fertilisants et aliments des agriculteursbiologiques, (ii) d'en comprendre les déterminants et (iii) d'évaluer la performance de ces pratiques vis-à-vis du recyclage de l'azote, du phosphore et du potassium. Pour ce faire, 63exploitations biologiques ont été enquêtées afin de recueillir des données concernant la natureet la quantité des matières échangées, ainsi que les fournisseurs et les collecteurs en relation avec ces exploitations. Afin d'étudier l'influence du contexte local, les enquêtes ont été menées dans trois régions agricoles sélectionnées en fonction de leur degré de spécialisation (productions végétales, productions animales et mixte). L'intensité du recyclagelocal a été évaluée grâce à deux indicateurs : l'autonomie, définie comme le ratio entre laquantité d'éléments minéraux provenant d'échanges entre exploitations et la quantité totale d'éléments minéraux entrant dans les exploitations biologiques de la région, et le degré de bouclage des cycles, défini comme la proportion d'éléments minéraux passant au moins deux fois par la même exploitation au sein de la région étudiée. Un premier niveau d'analyse, àl'échelle de l'exploitation, a mis en évidence les déterminants de l'approvisionnement en éléments minéraux des exploitations biologiques. Il a montré que les exploitations biologiques spécialisées dans les productions végétales importaient des quantités importantes defertilisants organiques en provenance de l'agriculture conventionnelle. Un second niveau d'analyse, à l'échelle régionale, a montré que la proximité entre des exploitations agricoles spécialisées dans les productions végétales et d'autres spécialisées dans les productions animales favorisait les échanges entre ces exploitations. Ces échanges permettaient d'améliorer l'autonomie locale même si le degré de bouclage des cycles restait faible. Enfin, une approche par modélisation a permis de quantifier la fraction du phosphore des produits biologiques qui dérive des engrais de synthèse, notamment suite aux échanges entre lesexploitations biologiques et conventionnelles. Plus de deux tiers du phosphore composant les productions biologiques étaient du phosphore initialement issu d'apports d'engrais de synthèse. Les résultats obtenus dans cette thèse ont permis de discuter des forme d'organisation des systèmes agricoles à même d'améliorer le recyclage des éléments minéraux, mais aussi des possibilités de développement de l'agriculture biologique.

Des antibiotiques sont introduits de façon chronique dans les sols lors de l’épandage des matières fertilisantes d’origine résiduaire (MAFOR), telles que le fumier ou les boues de station d’épuration. La dissémination de ces polluants dans l’environnement présente un risque à long terme pour la santé en raison notamment de l’apparition de résistances aux antibiotiques. L’origine et les propriétés des MAFOR peuvent influencer le devenir ultérieur des antibiotiques dans les sols. Ce devenir et les effets des antibiotiques sur les organismes vivants dépendent de leur (bio)disponibilité. Peu de données existent sur la (bio)disponibilité des antibiotiques dans les sols car elles sont conditionnées par le développement de méthodes d’extraction et d’analyse des molécules à de faibles teneurs, dans des matrices organo-minérales complexes. Ce travail de recherche se focalise sur les liens entre nature des MAFOR, devenir et biodisponibilité des antibiotiques dans les sols, et impacts sur les micro-organismes du sol. Des méthodes chimiques ont été développées pour estimer la (bio)disponibilité et le devenir de deux antibiotiques (ciprofloxacine et sulfaméthoxazole) et de certains produits de transformation dans les sols amendés par des MAFOR et incubés au laboratoire. Un modèle a été utilisé pour décrire le devenir du sulfaméthoxazole et de son métabolite principal dans les sols en fonction de l’évolution de la matière organique de la MAFOR ; ceci a permis de montrer que le co-métabolisme pouvait être à l’origine de la biodégradation des molécules et de la formation de résidus non-extractibles. Enfin, ces données chimiques ont été confrontées à des mesures biologiques : la (bio)disponibilité des antibiotiques mesurée à l’aide de différentes extractions aqueuses a été reliée à leur biodégradation par des micro-organismes adaptés dans les sols ou à leur toxicité sur les activités nitrifiantes microbiennes des sols. Ce travail a permis d’obtenir des résultats originaux qui pourront être utiles pour une évaluation des risques liés à la dispersion des antibiotiques dans l’environnement
Antibiotics are chronically introduced in soils through the application of exogenous organic matter (EOM) such as manure or sewage sludge. The environmental dissemination of these pollutants presents a long-term risk for health particularly due to the acquisition of antibiotic resistances. The origin and the properties of EOM can influence the antibiotic behavior in soils. This behavior and the potential impact on living-organisms depends on the antibiotic (bio)availability. Few data about the antibiotic bioavailability in soils exist and increasing knowledge is conditioned by the development of extraction and analytical methods for molecules at low concentrations in complex organomineral matrices. This research work focuses on the link between the MAFOR type, the behavior and the bioavailability of antibiotics in soils, and their impacts on soil microorganisms. Chemical methods were developed to assess the(bio)availability and the behavior of two antibiotics (sulfamethoxazole and ciprofloxacin) and some transformation products in EOM-amended soils incubated in controlled conditions. A modelling approach was used to describe the behavior of sulfamethoxazole and its main metabolite in soils as a function of the organic matter evolution; the modelling results suggest that co-metabolism was responsible for the molecule mineralization and the formation of biogenic non-extractable residues. Finally chemical data were confronted to biological measures: the (bio)availability of antibiotics estimated through different aqueous extractions was related to their biodegradation by adapted soil microorganisms or to their toxicity on soil microbial activities. Original results were obtained in this work and will be useful to assess the risk related to the antibiotic dispersion in the environment

Les relations entre les états de développement végétatif ou reproductif de la vigne et la sensibilité aux attaques de l’oïdium et du botrytis sont complexes et pauvrement documentées dans la littérature. L’état de croissance de la plante peut agir de façon directe ou indirecte sur les maladies et ce travail a cherché à étudier et à décrire ces relations. Pour cela, un dispositif expérimental a été installé sur une parcelle près de Montpellier avec différentes modalités de gestion du sol (enherbement permanent ou semi-permanent, désherbage total, irrigation) qui ont permit de créer des conditions de croissance contrastées. L’hypothèse selon laquelle le développement épidémique de l’oïdium et du botrytis est positivement corrélé aux états de croissance de la vigne a été vérifiée. Pour le botrytis, les deux facteurs principaux qui expliquent cette relation positive sont les conditions climatiques et micro climatiques en interaction avec les états de croissance de la vigne. Pour l’oïdium, le facteur explicatif majeur a été la population d’organes sensibles à partir de la floraison. Un schéma théorique général qui prend en compte cette relation croissance-maladie, ainsi que les mécanismes explicatifs est proposé. Les conditions qui défavorisent la croissance et le rendement de la vigne défavorisent aussi le développement des maladies. Paradoxalement ces conditions ne permettent pas forcement de satisfaire les objectifs de rendement et de qualité. En effet, l’état de croissance qui produit le rendement le plus élevé est celui de la modalité irriguée et fertilisée (optimum de production). Le niveau de croissance qui prévient le plus les dégâts sur grappes est celui de la modalité avec un enherbement permanent (optimum sanitaire). Entre ces deux extrêmes, on trouve la modalité avec un enherbement semi-permanent, qui produit des rendements et des dégâts de maladies intermédiaires ainsi que le raisin qui a été jugé le meilleur pour la production de vin

La digestion anaérobie est un mode de traitement biologique des déchets organiques qui se développe fortement en France. En plus de produire de l‟énergie, le digestat issu du procédé a des caractéristiques qui devraient lui conférer un potentiel agronomique intéressant. L‟objectif de ce travail était d‟étudier l‟effet d‟apport au sol de digestats de méthanisation sur les cycles biogéochimiques du C et du N, en particulier leur potentiel de stockage de C dans les sols et la disponibilité potentielle du N pour les plantes, ainsi que sur les émissions de N2O associées à leur apport. L‟accent a été mis sur la variation de ces effets avec le type de déchets entrants en digestion et les post-traitements subis après la digestion. Ces travaux ont reposé sur des expérimentations en laboratoire, un essai de courte durée au champ et la modélisation.Cinq types de digestat ont été utilisés, trois d‟origine agricole et deux issus du traitement de déchets urbains issus ou non de collecte sélective. Quatre digestats bruts sont issus de méthanisation par voie humide et subissent une séparation de phase produisant deux digestats : liquide et solide. Le dernier digestat est issu de méthanisation par voie sèche. Les deux digestats solides d‟origine urbaine subissent ensuite un compostage. Par ailleurs le séchage et l‟osmose inverse ont été testés sur 2 des filières agricoles.Les digestats d‟origine agricole ont les pouvoirs fertilisant et amendant les plus importants. Le post-traitement par séparation de phase permet de distinguer un produit solide destiné à entretenir les stocks de C du sol qui peut être amélioré encore par le compostage et un produit liquide qui a un pouvoir fertilisant plus important. Les digestats bruts, solides et liquides sont tous caractérisés par une fraction résiduelle de C facilement biodégradable variant de 23 à 91% de leur carbone, associée au C de la fraction extractible à l‟eau chaude des digestats. La stabilité du C des digestats augmente dans l‟ordre liquide18%, solides et compostés ont un caractère amendant intéressant. Les digestats de méthanisation ont un fort pouvoir fertilisant azoté, essentiellement lié à la fraction de N ammoniacal présente initialement dans les digestats. Les C/N organiques relativement élevés génèrent des tendances à l‟organisation du N associées à la dégradation de la MO résiduelle des digestats.Un jeu de paramètres homogènes a pu être déterminé pour simuler avec le modèle CANTIS les cinétiques de minéralisation de C et de N après apport des digestats. Ce jeu de paramètres homogènes permet au modèle CANTIS de valider les relations entre le maintien du stock de C, la valeur fertilisante des digestats et leurs propriétés biochimiques.Les digestats bruts sont ceux pour lesquels les émissions de N2O après apport sont les plus fortes. Les post-traitements par séparation de phase et compostage diminuent ces émissions, les post-traitements par séchage ou osmose inverse les accentuent montrant la difficulté à associer intérêt agronomique maximal et absence d‟impacts environnementaux.Au champ, une forte perte d‟azote minéral est constatée après apport des digestats, sans doute liée à la volatilisation de l‟azote ammoniacal. Les digestats non compostés présentent des coefficients équivalent engrais compris entre 0.37 et 0.52 sans qu‟on ait pu mettre en évidence d‟effet de l‟origine des déchets traités et de la séparation de phase. En revanche le compostage diminue de plus de 80% l‟équivalence à l‟engrais azoté
Anaerobic digestion is a biological treatment of organic wastes which is strongly developing in France. In addition to producing energy, anaerobic digestion produces a digestate that has interesting agronomic potential. The objective of this work was thus to study the effect of applying digestates to a soil on the biogeochemical cycles of C and N, particularly the C storage potential in soil and the availability of N for plants, as well as the N2O emissions. The variation of these effects with the type of digested inputs and with the post-treatments after digestion was also studied. These studies were based on laboratory experiments, a short-term field experiment and modeling.Five types of digestates were used: three of agricultural origin and two from urban wastes coming from separate collection or not. Four raw digestates were produced by wet anaerobic digestion and underwent phase separation producing thus two digestates: liquid and solid. The other digestate was produced by dry anaerobic digestion. The solid digestates from urban origin underwent composting also while the two digestates of agricultural origin underwent reverse osmosis and drying.The digestates produced from agricultural wastes have the higher fertilizer and amending potentials. The phase separation produced a solid product which can mostly be used to maintain soil C stocks and which can be further improved by composting and a liquid product that has a greater fertilizing potential. All digestates raw, solid and liquid are characterized by a residual fraction of readily biodegradable C ranging from 23 to 91% of their organic C and related to the C content of the hot water extractable fraction. The biological stability of the digestates increases in this order: liquid 18%, the solid and the composted digestates have an interesting amending potential. The anaerobic digestates have also a high nitrogen fertilizer value, mainly related to the fraction of ammonia N initially present in the digestate; nevertheless, the high organic C/N ratios generate relatively high nitrogen organization associated with the degradation ofdigestate organic matter.A unique set of parameters was determined from the previous experimentations to simulate the C and N mineralization kinetics, after applying digestates to the soil, using the CANTIS model. This set of parameters was used to evaluate the relationship between the soil C stock and the fertilizer value of digestate and their biochemical properties.N2O emissions are higher from the raw digestates; but post-treatment by phase separation and composting reduce these emissions, while reverse osmosis and drying increase them showing thus the difficulty in associating agronomic interest and lack of environmental impacts at the same time.In the field, a high loss of mineral nitrogen is found after application of digestate, probably because of the volatilization of ammonia nitrogen. The non-composted digestates have fertilizer equivalence between 0.37 and 0.52; the origin of the digestate and phase separation didn‟t have effect on this parameter. On the other side, composting decreases by more than 80% the equivalence to nitrogen fertilizer

L'utilisation des engrais chimiques phosphatés, et les usines de fertilisants, ayant comme matière première la roche phosphate et rejetant du phosphogypse, contribuent à l’élévation des teneurs des radionucléides naturels et des éléments traces métalliques dans l’environnement. Ces contaminations risquent d’affecter l’écosystème et la santé humaine.Cette étude évalue l’impact sanitaire des radionucléides naturels émetteurs gamma des séries de désintégration de 238U, 232Th, de l’élément naturel radioactif 40K et du Pb, présents dans la matière première et les produits d’une usine de fertilisants au Liban.L’objectif principal est de caractériser la contamination diffuse de ces polluants dans une optique d’évaluation du risque sanitaire dans 9 sites résidentiels, non-cultivés autour de l’usine. Un focus est spécifiquement porté sur l’évaluation quantitative du risque sanitaire lié à la consommation de la plante sauvage Dittrichia viscosa et l’ingestion accidentelle de poussières de sol pour les habitants de la zone étudiée. La notion de bioaccessibilité du Pb des sols et des plantes est intégrée dans ces évaluations. Des extractions chimiques par EDTA et le Physiologically Based Extraction Test (PBET) ont été utilisés pour une estimation in vitro, des fractions disponibles et bioaccessibles du Pb. Ces dernières ont été intégrées dans les calculs des risques. Les risques radiologiques relatifs aux rayonnements ionisants gamma des radionucléides ont également été estimés via les paramètres radiologiques.L’ensemble des travaux a montré que l’usine de fertilisants engendre une contamination diffuse qui augmente les niveaux de radionucléides et du Pb dans l’environnement proche, plus précisément dans les sols (pour 238U, 226Ra et leurs descendants 214Pb, 212Pb et 210Pb, ainsi que pour Pb), et dans les parties aériennes des plantes Dittrichia viscosa (pour Pb et 210Pb). L’étude de la distribution du 210Pb et les fractions PbEDTA apportent des informations complémentaires pour caractériser l’apport en Pb dû à l’activité de l’usine. Les résultats ont montré que les valeurs moyennes des concentrations d’activité des radionucléides dans les échantillons de sol étaient légèrement supérieures à ceux déterminés dans d'autres régions libanaises et aux valeurs moyennes mondiales. D’après les paramètres radiologiques, aucun risque significatif n’a été identifié pour la population fréquentant la zone.Les concentrations en Pb pseudo-total de sol ont été inférieures aux seuils applicables. Des dépassements de seuil ont été constatés pour les teneurs en Pb dans les feuilles de Dittrichia viscosa.Deux schémas d’évaluation de risque sanitaire du Pb ont été étudiés : un premier schéma classique basé sur l’hypothèse de l’ingestion des teneurs totales en Pb dans les sols et les plantes ; un deuxième schéma où seulement les fractions pouvant atteindre la circulation systémique ont été évaluées et considérées dans les calculs de risque. Ces deux schémas ont été appliqués à deux scénarios de terrain à forte exposition. La prise en compte des concentrations de Pb bioaccessible dans les calculs réduit considérablement (au moins d’un facteur de 10) le risque potentiel pour les deux scénarios alors que les calculs du risque selon le schéma classique montrent un risque significatif pour les enfants. Quel que soit le schéma de calcul de risque retenu, l’ingestion des plantes reste la voie principale d’exposition pour les deux scénarios maximalistes
The use of phosphate fertilizers and phosphate rock as raw material by fertilizer plants, and the by-product phosphogypsum, contribute in increasing the levels of natural radionuclides and trace metals in the environment. This may affect the ecosystem and human health.This study evaluates the radiological impact of natural gamma-emitting radionuclides, mainly 238U, 232Th and their decay product, and 40K. As well as, it evaluates the health impact of Pb, present in the raw material and fertilizers produced by a fertilizer plant in Lebanon.The main objective is to characterize the diffuse contamination of these pollutants with a view to assess the health risk in 9 non-cultivated residential sites around the plant. A focus on the quantitative assessment of the health risk is specifically linked to the consumption of the wild plant Dittrichia viscosa and the accidental ingestion of soil dust for the inhabitants of the study area. The concept of bioaccessibility of soil and plant Pb is integrated into these assessments. Chemical extractions using EDTA and the Physiologically Based Extraction Test (PBET) were used for in vitro estimation of available and bioaccessible Pb fractions. These were incorporated into the risk calculations. The radiological risks related to gamma ionizing radiation from radioelements were also estimated via radiological parameters.All of the work has shown that the fertilizer plant generates diffuse contamination that increases the levels of radionuclides and Pb in the near environment, specifically in soils (for 238U, 226Ra and their decay products 214Pb, 212Pb and 210Pb, as well as for Pb), and in the aerial parts of Dittrichia viscosa plants (for Pb and 210Pb). The study of the distribution of 210Pb and PbEDTA fractions provide additional information to characterize the Pb contribution due to the activity of the plant. The results showed that the mean values of activity concentrations of radioelements in soil samples were slightly higher than those determined in other Lebanese regions and worldwide average values. Based on the radiological parameters, no significant risk has been identified for the population frequenting the area.The pseudo-total soil Pb concentrations were below the applied thresholds. Threshold exceedances were observed for Pb levels in Dittrichia viscosa leaves.Two health risk assessment schemes for Pb were studied: a first classical scheme based on the hypothesis of the total ingestion of total Pb levels in soils and plants; a second scheme where only fractions reaching the systemic circulation have been measured and considered in risk calculations. These two schemes were studied for two high-exposure field scenarios. Taking into account the bioaccessible Pb concentrations in the calculations greatly reduces (at least by a factor of 10) the potential risk for both scenarios, whereas the classical risk calculations show a significant risk for the children. Whatever the chosen risk calculation scheme, ingestion of plants remains the main route of exposure for the two maximalist scenarios

Les activités humaines produisent des eaux usées dont le traitement génère des boues d’épuration urbaines. Ces boues font l’objet de recherches visant à les transformer en produits à forte valeur ajoutée. Elles pourraient ainsi passer d’un statut de déchet fatal au statut de coproduit attendu à l’issue de l’épuration des eaux. Ce changement de paradigme a des conséquences sur l’évaluation environnementale par Analyse du Cycle de Vie (ACV) des produits « boue-sourcés ». La boue devient un coproduit attendu de la station de traitement des eaux et la charge environnementale liée à leur production doit pouvoir être répartie entre coproduits au moyen d’un facteur d’allocation. Cette thèse propose une construction mathématique de ce facteur d’allocation en combinant des paramètres « procédés » et « produits », intégrant de facto les relations causales entre conduite du procédé et obtention des produits, reflétant la réalité technologique du procédé. La résultante se présente sous la forme d’une matrice dont chaque élément associe, pour chaque donnée d’inventaire, un facteur d’allocation à chacun des coproduits générés. Appliquée à la production de fertilisants phosphatés boue-sourcés, l’ACV réalisée a permis de mettre en lumière la contribution majeure de l’étape de production par rapport aux étapes de traitement et valorisation de la boue. Cette méthodologie de construction d’un facteur d’allocation permet toutefois d’attribuer une charge environnementale à chacun des coproduits d’un système de production indivisible et peut également être utilisée de manière pertinente lors de l’évaluation environnementale des procédés de séparation de nature thermique, chimique ou physique
Human activities produce wastewater that generates sludge, a waste recycled on agricultural soils or for energy recovery. Extensive research is currently undergone on sludge to develop processes that can convert it into products with high-added value. In this context, sludge could move from a fatal waste status to the status of an expected co-product of wastewater treatment. This paradigm shift has implications for the assessment of environmental impacts of "sludge-based" materials with Life Cycle Assessment. Indeed, sludge becomes an expected co-product from the wastewater treatment plant and the environmental burden of their production must be distributed among co-products by means of an allocation factor. This thesis aims at defining a mathematical construction of this allocation factor by combining process- and product-related parameters, integrating de facto the causal relationships between process operations and products generation and the technological reality of the process. The result is a matrix of which each element associates, for each inventory data, an allocation factor to each of the generated co-products. Applied to the production of sludge-based phosphate fertilizers, LCA highlights the major contribution of the production stage compared to the stages of treatment and recovery of the sludge. Nevertheless, the method developed within this thesis to allocate an environmental load to each co-products of an indivisible production system paves the way for a more coherent environmental assessment of waste-based products. This methodology can also be used effectively in the environmental assessment of thermal, chemical or physical separation processes

Des données synchroniques de sols observées pendant 20 à 40 ans dans différentes zones agro-écologiques du Togo ont été utilisées pour analyser l'évolution de la fertilité du sol sous différentes pratiques culturales. Trois modèles de complexité croissante d'évolution du stock de C du sol ont été testés et le plus performant a été couplé au modèle QUEFTS pour apprécier l'effet des pratiques culturales sur l'évolution de cette fertilité. Bien que la fertilisation NPK ait été continuellement appliquée à la dose recommandée par la recherche (RR) ou à cette dose augmentée de 50% (1.5RR), les rendements initiaux de 1,5 à 2 t ha-1 pour le coton et 2 à 3 t ha-1 pour les céréales ont baissé pour ne représenter qu'environ 1 t ha-1 après 20 années de culture. L'alternance de 2 ou 3 années consécutives de jachère à la rotation culturale n'a pas amélioré le rendement des cultures, mais tend à stabiliser la production dans le long terme. Les stocks initiaux de C de 15 à 39 t ha-1 ont fortement baissé durant les premières années et ont atteint un équilibre après seulement 10 à 15 ans de culture. La baisse du stock de C a été peu dépendante de la quantité de C retournant au sol et a été mieux décrite avec le modèle à deux compartiments de C. Le taux de minéralisation de la fraction labile de C varie entre 0,15 et 0,24 et le stock de C stable représente 33-67% du stock initial ; pour une quantité de C ayant résisté à l'hydrolyse acide de 30% du stock initial. Les stocks de N du sol ont fortement baissé et cette baisse a été peu dépendante de la dose de fertilisation minérale. L'apport NPK à 1.5RR pendant 20 ans a contribué significativement à la baisse du pH du sol, puis a accentué de 20 et 40% les baisses respectives des concentrations de Ca et Mg. Nous avons conclu que l'apport de Ca/Mg couplé à celui de NPK à la dose RR serait (plus que le surdosage de P et K) une meilleure option pour gérer la fertilité minérale de ces sols. Le labour minimum, associé aux apports externes de C, devrait permettre de mieux gérer leur fertilité organique.

L’objectif de cette thèse est d’estimer le coût de mesures d’atténuation des émissions de gaz à effet de serre (GES) liée à la fertilisation des cultures qui représente en Europe et en France respectivement 38% et 44% des émissions de GES de l’agriculture. L’étude du coût et du potentiel d’abattement est effectuée sur deux mesures clés dans l’atténuation des émissions à savoir la mise en place de plantes fixatrices d’azote (i.e. légumineuses) et la réduction de la fertilisation par hectare. Le potentiel d’atténuation des légumineuses est étudié en simulant leur augmentation dans les assolements agricoles français et dans un deuxième temps à l’échelle de rotations de cultures pouvant durer jusqu’à six ans dans cinq régions européennes. Les résultats obtenus révèlent que des réductions importantes d’émissions sont possibles, tout en augmentant le profit des agriculteurs. Le rôle de l’aversion pour le risque est aussi étudié concernant la réduction de la fertilisation des cultures par hectare. Nous montrons analytiquement les conditions conduisant à une sur-application d’engrais par hectare permettant aux agriculteurs averses au risque de minimiser le risque de perte de rendement. Les simulations numériques effectuées spécifiquement sur les agriculteurs averses au risque démontrent qu’une assurance d’atténuation des émissions peut potentiellement déclencher des réductions importantes d’émissions de gaz à effet de serre
In this thesis, we assess the mitigation cost of greenhouse gas (GHG) from fertilization which represents 38% and 44% of agricultural GHG emissions in Europe and in France. This assessment is conducted for two key measures in climate mitigation which are the implementation of legumes crops and the reduction of fertilization per hectare. The abatement potential of legume crops is computed by simulating their increase in French croplands and also by a switch of crop rotations on several years (up to 6 years) in five European regions. Results show that significant mitigation amounts can be obtained by increasing farms revenues. The role of risk aversion is studied through the reduction of fertilisation per hectare. We analytically shows the conditions leading to nitrogen over-applications on crops which allows farmers to minimize their risk of loss on crop yields. The simulations lead on risk averse farmers show that an insurance covering yield variability could be foreseen as an interesting tool to mitigate emissions

Les vertus agricoles et environnementales des systèmes de polyculture élevage autonomes sont aujourd’hui reconnues par la recherche et les politiques publiques : par leur moindre consommation en intrants (engrais, pesticides, mécanisation…), et par les recyclages de matières entre cultures et élevage, ces systèmes restent productifs tout en limitant les impacts sur l’environnement. Toutefois, leur public reste confidentiel : le chemin de la réduction voire de l’abandon des intrants nécessite des changements profonds des façons de travailler pour l’agriculteur. Notre recherche vise à formaliser les transitions des systèmes de polyculture élevage laitiers consommateurs en intrants vers l’autonomie. Nous analysons la manière dont l’agriculteur appréhende son travail et le fait évoluer au cours de cette transition à partir de l’analyse de l’activité de travail (i) des agriculteurs de 9 fermes de polyculture élevage laitier du Réseau Agriculture Durable, et (ii) des protagonistes d’un système de polyculture élevage laitier expérimental de l’INRA ASTER=Mirecourt. Nous mobilisons le concept de monde professionnel comme un analyseur de l’activité de travail de l’agriculteur et accédons ainsi à une formalisation systémique de l’activité considérant les actions, les connaissances et les instruments de l’agriculteur mais aussi les objets sur lesquels il agit, les normes professionnelles auxquelles il se réfère et ses valeurs. Ainsi, nous formalisons le développement des mondes professionnels selon un processus non téléologique, une élaboration non linéaire et non incrémentale de l’expérience des agriculteurs ancrée dans leur histoire et leur culture. La créativité des agriculteurs dans l’action tient une place dans l’élaboration de cette expérience. Les genèses instrumentales, c'est-à-dire le déplacement de l’action ou des normes professionnelles de l’agriculteur par l’usage d’un artefact, sont des ressources et des moteurs du développement : 30 artefacts-clefs (matériels, cognitifs…) permettent aux agriculteurs d’agir sur l’animal, les cultures, l’économie, l’emploi, les équilibres de matière, les fourrages, le matériel, les observations, les potentialités, la productivité, les réseaux socio-professionnels, le travail et la vente durant la transition vers la polyculture élevage autonome. Ce développement, qui s’apparente à une conduite de projet, est en partie autonome, c’est-à-dire lié à des dynamiques internes au monde professionnel, et en partie social, c’est-à-dire mobilisant les normes professionnelles et les artefacts des réseaux professionnels auxquels adhère l’agriculteur. L’analyse des mondes professionnels des polyculteurs-éleveurs autonomes révèle des conduites originales en matière de cultures, d’élevage et d’interactions cultures/élevage. Cette analyse révèle également des organisations du travail variées dans les collectifs des exploitations agricoles et des souhaits relatifs au futur divers selon les agriculteurs. Ainsi, nous décrivons les singularités des façons de travailler dans ces systèmes autonomes et formalisons un panel de concepts-pragmatiques, d’instruments et d’indicateurs de conduites. Dans le champ de l’ergonomie, ce travail offre un point de vue analytique sur le développement des mondes professionnels. Dans le champ de l’agronomie système, ce travail propose (i) une prise en compte de la créativité de l’agir dans les représentations de l’action de l’agriculteur, (ii) une formalisation de l’acquisition de l’expérience y compris dans des situations de changement de paradigme pour l’agriculteur et (iii) une formalisation des ressources spécifiques de la transition mobilisées par les agriculteurs. D’un point de vue opérationnel, ce travail offre des pistes de réflexion sur les modes d’extension du public des systèmes de polyculture élevage autonomes et sur l’accompagnement des agriculteurs vers l’autonomie, en spécifiant le rôle de l’installation expérimentale de l’INRA ASTER-Mirecourt
Agricultural and environmental qualities of autonomous mixed-crop systems are now recognized by research and public policies: their lower consumption of inputs (fertilizers, pesticides, mechanization...), and their recycling of materials between crops and livestock allow these systems to remain productive while minimizing impacts on the environment. However, their public remains confidential: the path of the reduction or abandonment of inputs requires deep changes in ways of working for the farmer. Our research aims to formalize transition from mixed-crop systems mobilizing inputs to autonomy. We analyze how the farmer work and make his work evolve during the transition. We analyze work activity of (i) farmers in 9 mixed-crop dairy farms from the Sustainable Agriculture Network, and of (ii) experimenters of an experimental mixed-crop dairy farm in INRA ASTER-Mirecourt. We mobilize the concept of professional world as an analyzer of the work activity of the farmer and thus we access to a systemic formalization of activity considering the actions, knowledge and tools of the farmer but also the objects on which he acts, the professional standards to which he refers and his values. Thus, we formalize the development of professional worlds according to a non-teleological process, a no-linear and non-incremental development of farmers' experiences rooted in their history and culture. Creativity of farmers in the action has a place in the development of this experience. Instrumental genesis, that is to say, the movement of the action or of the professional standards of the farmer by the use of an artifact, are resources and stimulators of the development: 30 key artifacts (material tools, cognitive tools...) allow farmers to act on animals, crops, economics, employment, balance of matter, forages, equipment, observations, potential, productivity, socio-professional networks, work and sales during the transition to mixed-crop farming. This development is partly autonomous, ie linked to dynamics internal to professional world, and partly social, ie mobilizing professional standards and artifacts of professional networks of the farmer. Analysis of professional worlds of autonomous mixed-crop farmers reveals original management of crops, animals and even of crop/livestock interactions. This analysis also reveals various work organizations in farms and various wishes of farmers concerning the future. Thus, we describe the singularities of professional worlds in these autonomous systems and we formalize a range of pragmatic concepts, instruments and indicators of management used by autonomous farmers. In the field of ergonomics, this work provides an analytical perspective on the development of professional worlds. In the field of systemic agronomy, it suggests (i) taking into account action’s creativity in the representations of farmers’ action, (ii) a formalization of the acquisition of experience including situations of paradigm shift or the farmer and (iii) a formalization of specific resources of the transition to empower farmers’ development. From an operational point of view, this work suggests exploring ways (i) to extend the public of autonomous mixed-crop farming systems and (ii)!to companion farmers toward autonomous farming, specifying the role of the experimental station of INRA ASTER-Mirecourt.!

La recherche d’une agriculture durable et respectueuse de l’environnement passe par une réduction de l’usage d’intrants de synthèse. L’agroécologie cherche à utiliser les interactions entre les organismes de l’agroécosystème pour optimiser son fonctionnement, comme la régulation naturelle des bioagresseurs. C’est dans cette optique que s’inscrit ce travail de thèse qui étudie l’effet de la fertilisation des cultures sur les épidémies de pathogènes foliaires fongiques des cultures. De plus, nous étudions l’évolution des pathogènes face à des scénarios de fertilisation. Cela questionne la durabilité des pratiques culturales qui participent à la régulation les épidémies. Pour répondre à ces questions, nous avons adopté une démarche de modélisation qui permet de simuler l’effet de différents scénarios de fertilisation. Le point de départ et l’originalité de notre démarche a été de considérer le système hôte-pathogène comme un système ressource-consommateur et d’y appliquer des concepts de l'écologie évolutive pour répondre à ces questions agronomiques. Dans les deux modèles construits durant cette thèse, la fertilisation influence directement la quantité de ressources disponible pour le pathogène. Nous nous y concentrons sur un trait d'histoire de vie du pathogène, la période de latence (durée séparant l'infection du début de la sporulation), qui correspond à la durée minimale d'un cycle infectieux et qui, conditionne la stratégie d'allocation des ressources du pathogène. La latence détermine en effet la quantité de ressource qui sera allouée à la croissance du mycélium (donc sa taille à maturité) et celle qui sera ensuite allouée à la sporulation (en relation avec sa taille). Les modèles développés permettent d'étudier les réponses épidémiologique et évolutive des pathogènes foliaires fongiques à la fertilisation des cultures, avec comme référence le système Blé d'hiver/Rouille brune. Nous avons considéré différentes échelles dans ce travail : depuis la lésion où le pathogène se nourrit directement sur son hôte, jusqu’à la parcelle où se développent les épidémies et au paysage où les flux de spores entre les parcelles sont source d’extension des épidémies dans l’agroécosystème. Un premier modèle, à l'intersection des modèles épidémiologiques "SEIR" et des modèles de populations structurées, couvre les échelles de la lésion à celles de l’épidémie et de la parcelle. Le second modèle, à l'intersection des modèles SEIR et des modèles spatiaux d'épidémiologie du paysage, couvre les échelles de la parcelle au paysage agricole. Nous étudions les dynamiques épidémiologiques et évolutives, en comparant des concepts de fitness empiriques et d’invasion. Nous montrons que la fertilisation des cultures, en déterminant la dynamique des ressources disponibles pour les pathogènes, impacte fortement les épidémies. Nos modèles prédisent que la latence des pathogènes évolue en réponse à des compromis écologiques variés, d’une part pour optimiser l’allocation des ressources au niveau des feuilles, mais également pour gagner la course face à la croissance du couvert. La fertilisation, en changeant les concentrations de métabolites foliaires et les dynamiques de croissance du couvert, impacte donc épidémies et réponses évolutives de la latence des pathogènes. A l’échelle du paysage, l’introduction de pratiques variées de fertilisation dans un paysage préalablement homogène pourrait permettre de réduire les épidémies. Cependant, notre modèle prédit une durée limitée de cet effet du fait de l’évolution et de la diversification des pathogènes dans un paysage hétérogène. Ce travail ouvre la voie à des travaux sur l’effet et la durabilité des pratiques pour réguler les épidémies dans l’agroécosystème. Enfin, nous montrons par un travail de méta-analyse qu’il existe une relation forte entre type trophique et latence du pathogène, suggérant que les différents types de pathogènes répondront différemment à des scénarios de réduction de fertilisation
The quest for a sustainable agriculture requires a reduction in the use of synthetic inputs. In this perspective, agroecology seeks to use interactions between organisms in the agroecosystem to replace inputs by ecosystem services, such as the natural regulation of pests and diseases. In this context, this thesis studies the effect of crop fertilization on epidemics of crop fungal foliar pathogens. We also take into account the evolution of these pathogens in response to fertilization scenarios. This allows us to study the sustainability of agricultural practices that contribute to the regulation of epidemics. To answer these questions, we adopted a modelling approach that simulates the effect of different fertilization scenarios. The starting point and originality of our approach was to consider the pathosystem as a consumer-resource system and to use concepts of evolutionary ecology to answer the abovementioned agronomic questions. In the two models developed in this thesis, fertilization directly determines the quantity of resources available for the pathogen. We focus on one of the pathogen's life history traits, the latent period (time period between infection and the onset of sporulating lesions), which corresponds to the minimum duration of an infectious cycle and constrains the pathogen's resource allocation strategy. The latent period determines the amount of resource that will be allocated to either growth of mycelium (and therefore to pathogen size at maturity) or to sporulation (proportional to the pathogen’s size). The models we developed make it possible to study the epidemiological and evolutionary responses of fungal foliar pathogens to crop fertilization. We parameterized our models according to our biological knowledge of the wheat-rust pathosystem. Our modelling work encompasses different spatial and temporal scales: from the lesion where the pathogen feeds directly on its host, to the field and the landscape where the spores that flow between fields are the source of epidemics in the agroecosystem. The first model, at the intersection of the "SEIR" epidemiological models and structured population models, covers the scales of a lesion, the crop canopy and the field. The second model, at the intersection of SEIR and spatial landscape epidemiology models, covers the scales of the field and the agricultural landscape. We study epidemiological and evolutionary dynamics of pathogen populations by comparing empirical and invasion fitness concepts. We show that crop fertilization, by determining the dynamics of available resources for pathogens, has a strong impact on foliar fungal epidemics. Our models predict that pathogen latent period evolves in response to various ecological trade-offs; on the one hand to optimize resources allocation at the leaf scale, on the other hand to win the race against canopy growth. By changing the leaf metabolite content and the rate of canopy growth, fertilization therefore impacts both epidemics and evolutionary responses of pathogen latent period. At the landscape scale, the introduction of various fertilization practices in a previously homogeneous landscape could help to partially regulate epidemics. However, our model predicts that the beneficial effects of heterogeneity will vanish due to the evolution and diversification of pathogens in heterogeneous landscapes. This work sets the stage for further work on the effect and sustainability of agricultural practices on the regulation of crop epidemics in agroecosystems. Finally, by performing a meta-analysis, we bring out a strong relation between pathogen trophic type and latent period, suggesting that different trophic types of pathogens will respond differently to decreasing fertilization scenarios