Academic literature on the topic 'Sols – Teneur en phosphore – Mesure'

Des concentrations en P excédant le seuil d'eutrophisation sont fréquemment mesurées dans l'eau des affluents du fleuve Saint-Laurent au Québec, Canada. Un enrichissement excessif en P des sols agricoles en serait la source. Une norme relative à la saturation en P des sols a été proposée comme critère de risque de contamination en P des eaux de surface. L'objectif de ce travail est d'étudier le lien entre la richesse en P du sol et la teneur en P de l'eau de drainage dans deux agro-écosystèmes du Québec. Le bassin versant de la rivière Boyer (BVB), dominé par des sols en pente, une forte densité animale et des productions fourragères et les Basses Terres de Montréal (BTM), dominées par des sols plats utilisés pour la production intensive de maïs et une faible densité animale sont étudiés. Le degré de saturation en P des sols du BVB est de 8 à 10 % alors que celui des BTM dépasse très souvent 15 %. Le pool du P organique est plus faible dans les sols des BTM que dans le BVB. La concentration moyenne en P de l'eau de drainage est plus élevée dans les sols du BVB (171 µg L-1) que dans ceux des BTM (98 µg L-1). Elle est corrélée à la teneur en P extrait à l'oxalate des sols argileux et à la teneur en P soluble dans l'eau ou à l'index de sorption en P des sols grossiers. Ces relations sont plus étroites pour la couche 0-5 cm de sol que pour les couches plus profondes. Les résultats de cette étude démontrent qu'il est difficile de prédire la concentration en P de l'eau de drainage de sols contrastants. Regrouper les sols selon leur texture améliore la précision de la prédiction de la teneur en P de l'eau de drainage à partir de leurs propriétés.

La valeur «phosphore» des aliments, dont la connaissance est nécessaire pour maîtriser les apports nutritionnels et les rejets dans l’environnement, est caractérisée par les teneurs en phosphore total et en phosphore phytique par l’activité phytasique endogène. Les teneurs en phosphore total varient fortement entre matières premières : de moins de 1 g/kg (paille de blé) à plus de 210 g/kg (certains phosphates). Le phosphore total représente en général moins de 20 % des matières minérales et le ratio phosphore total / matières minérales (P/MM) est caractéristique d’une famille biologique. Ainsi, pour les céréales et les graines oléagineuses (2 à 8 g/kg de phosphore total), l’extraction de l’amidon ou de l’huile conduit à une concentration en matières minérales avec un ratio P/MM relativement constant pour une espèce donnée (20 % pour le blé, 10 % pour le soja). Pour les produits végétaux autres que les grains et graines et leurs coproduits, les teneurs en phosphore total sont plus faibles (moins de 3 g/kg) et moins corrélées aux teneurs en matières minérales.
 Le phosphore phytique constitue en général de 50 à 80 % du phosphore total des matières premières végétales, avec une grande variabilité intra-espèce (30 à 90 % pour le blé). Les phytases végétales sont présentes de façon significative dans le seigle (plus de 5000 U/kg), les issues de blé, le triticale, l’orge et le blé, avec là encore une grande variabilité intra-espèce (de 250 à 1000 U/kg pour le blé).
 Différentes études montrent que le principal facteur de variation de la teneur en phosphore ou en phosphore phytique des céréales est le lieu de culture, à travers la fertilisation phosphatée et azotée ou le climat. Il existe souvent une relation linéaire reliant les deux critères. L’activité phytasique endogène semble surtout déterminée génétiquement mais en interaction avec le lieu de culture, ce qui rend ce critère difficilement sélectionnable. Elle n’est pas liée à la teneur en phosphore ou en phosphore phytique. Par ailleurs, les phytases végétales, comme les phytases exogènes, sont sensibles à la chaleur et il convient d’évaluer spécifiquement pour chaque atelier de fabrication l’effet de la technologie sur l’activité phytasique. La mesure de cette activité est enfin fortement sujette à des variations inter-laboratoires. De façon générale, la prédiction des teneurs en phosphore et surtout de l’activité phytasique n’est pas aisée, et les mesures de laboratoire sont souvent nécessaires.

Le phosphore en excès est un élément néfaste pour l’environnement et coûteux pour l’alimentation des volailles. Une méta-analyse a été conduite sur les données de 62 publications représentant 1271 observations chez les poulets de chair, dindes et canards afin de visualiser les réponses des performances de volaille aux apports de phosphore (P) alimentaire. Pour le GMQ et l’IC des poulets de chair, les concentrations alimentaires optimales obtenues varient de 6 à 7 g de P total par kg d’aliment, pour un rapport Ca/P compris entre 1,4 et 1,6. Des valeurs supérieures sont observées chez les dindes. La rétention du P par l’animal diminue avec la teneur en P de l’aliment mais augmente avec l’ajout de phytases microbiennes. Cette supplémentation qui libère une partie du phosphore phytique, autorise une réduction des apports de phosphore minéral et par conséquent réduit le rejet de phosphore. Les apports alimentaires de P et de phytases microbiennes renforcent la minéralisation. La minéralisation osseuse est optimale pour des niveaux d’ingestion moyens de 1 à 21 j de 250 à 300 mg de P par jour. La présente méta-analyse a été conduite en utilisant la mesure exacte du P total de l’aliment, contrairement à la pratique, justifiée, d’utiliser le niveau de P disponible estimé. La prochaine étape sera d’analyser les résultats en fonction du P disponible après avoir fiabilisé son estimation en prenant en compte les effets matières premières, phytase et autres (vitamine D, rapport Ca/P…). Enfin, ce travail a souligné que si de nombreuses données sont disponibles chez le jeune poulet de chair, elles sont rares chez les dindes et les canards notamment pendant les périodes de finition où des marges de progrès réelles sont envisageables.

Dans les périmètres irrigués du Maroc, la pollution nitrique diffuse des eaux souterraines augmente le risque de détérioration de la qualité des ressources hydriques et engendre un risque sanitaire pour la population rurale s'approvisionnant le plus souvent directement de l'aquifère. La présente étude, réalisée dans le périmètre du Tadla (3600 km2), située au centre du Maroc, vise à faire l'état des lieux de la contamination des eaux souterraines par les nitrates et à identifier les causes potentielles de cette pollution. Le suivi de la concentration des eaux souterraines en nitrates a été réalisé durant la période août 1996 - avril 1998 dans un réseau de cent puits. Les paramètres du milieu physique et des pratiques culturales ont été déterminés soit par des mesures au champs, des analyses au laboratoire ou par enquête auprès des agriculteurs dans un réseau de 40 sites. Les résultats sont présentés sous forme de cartes thématiques par le SIG. Le niveau actuel de la pollution nitrique des eaux souterraines dans le périmètre irrigué du Tadla commence à devenir critique. De part la pollution ponctuelle mise en évidence aux alentours de quelques agglomérations urbaines et à l'aval des sucreries, les zones dont les teneurs en nitrates des eaux souterraines dépassent 50 mg NO3- /l sont localisées en aval des Béni Amir et en aval et à l'Est des Béni Moussa Est. Béni Moussa Ouest reste en général moins polluée que Béni Moussa Est. Les apports excessifs en eau et en engrais azotés pour les cultures pratiquées (blé, betterave, cultures maraîchères, arboriculture et luzerne), sont les causes directes de la pollution diffuse. Par ailleurs, il est certain que la texture du sol (argileuse, argilo-limoneuse et limono-argileuse), la teneur en argile (29% à 55%) et tous les paramètres qui leurs sont corrélés notamment la réserve utile du sol, réduisent le risque de lixiviation des nitrates en profondeur et assurent en conséquence un contrôle naturel de la pollution nitrique des eaux souterraines. Néanmoins, tous les autres facteurs étudiés notamment le niveau des nappes faible par rapport au sol (<4m-12m), la vitesse d'infiltration du sol en milieu saturé généralement élevée (20-450 mm/h), les teneurs assez importantes du sol en matière organique (1.5%-3.5%) et en azote total (0.10%-0.15%), joueraient positivement sur la vulnérabilité de la nappe à cette pollution. De même, le pouvoir de minéralisation élevé des sols couplé aux conditions écologiques favorables à une minéralisation intense de la matière organique native du sol, assez caractéristique des régions irriguées à climat méditerranéen, seraient en partie responsable de cette pollution. Néanmoins, Aucune corrélation n'a été mise en évidence entre la teneur en nitrate des eaux souterraines et les combinaisons linéaires des variables du milieu physique. Ceci serait dû à l'homogénéité du milieu physique et à l'accumulation de la pollution suivant le sens d'écoulement des nappes de l'amont vers l'aval hydraulique. Vu le niveau d'intensification agricole que connaît cette région, la situation risquerait de s'aggraver rapidement induisant, en dehors de toute mesure de prévention, la détérioration de la qualité des eaux souterraines dans cette région.

Une grande quantité d'eau est perdue dans les zones de pâturage et prairies naturelles du fait de la présence dans ces régions de plantes à forte transpiration. La gestion du couvert végétal et des bassins versants a été proposée comme moyen pour augmenter la disponibilité des ressources en eau. Des efforts accrûs ont été consacrés au développement de pratiques de gestion et d'outils pour évaluer le potentiel d'augmentation de la ressource en eau. La modélisation hydrologique joue un rôle clé dans ces efforts. Un des outils les plus complets pour la modélisation dans les zones de pâturage et prairies naturelles est le modèle SPUR. Il s'agit d'un modèle de bassin versant, spatialement semi-distribué. Le modèle est constitué de cinq modules principaux qui incluent les aspects suivants: climat, hydrologie, plantes, animaux et économie. La composante hydrologique du modèle prend en compte à un pas de temps journalier les phénomènes de ruissellement, évapotranspiration, percolation et écoulement latéral. Le ruissellement est calculé à partir du numéro de courbe qui dépend du couvert végétal, des pratiques culturales, ainsi que des conditions hydrologiques. Cependant l'utilisation par le modèle de la méthode du numéro de courbe pour déterminer le ruissellement pose de sérieux problèmes quant à l'efficacité du modèle. Dans notre recherche, nous avons substitué la méthode des numéros de courbe par l'équation de Green et Ampt. Un avantage majeur de cette approche est l'utilisation de l'intensité de la pluie comme variable de forçage au lieu de la pluie journalière. De plus, cette équation d'infiltration utilise des paramètres physiques comme la conductivité hydraulique à saturation. L'objectif de cet article est de présenter les performances du modèle SPUR original et modifié sur trois types de couvert végétal : sol nu, sol enherbé et buissons. Trois années de mesures collectées sur le bassin versant de Throckmorton (Texas, Etats Unis d'Amérique) ont été utilisées pour la calibration et la validation des modèles. Les performances des modèles ont été évaluées en utilisant le coefficient d'efficience de Nash et Sutcliff. Le calage a porté sur la première année de mesure. Pour le modèle original, le calage a consisté à ajuster les numéros de courbe de manière à optimiser l'efficience. Pour le modèle modifié, il n'a été procédé à aucun calage. Les valeurs de conductivité hydraulique à saturation ont été estimées en utilisant des équations de pédotransfert en se basant sur les propriétés texturales et structurales des sols. L'introduction dans le modèle SPUR de l'équation de Green et Ampt a considérablement amélioré la performance du modèle pour la prévision du ruissellement sur tous les sites. L'efficience moyenne pour les prévisions du ruissellement mensuel sur sol nu est de 0.16, alors que celle ci est négative pour le modèle original (-0.11). Pour les sites enherbés l'efficience du modèle modifié est de 0.48 alors qu'elle est négative pour le modèle original. L'utilisation du numéro de courbe a résulté en une surestimation systématique du ruissellement sur tous les sites. De manière générale, le modèle original et le modèle modifié présentent de meilleures performances sur les sites non nus. Ceci est dû au fait que les deux modèles sous-estiment de manière significative l'évaporation sur les sols nus. Un des désavantages des deux modèles est en effet de limiter l'évaporation aux premiers 15 cm du sol. L'introduction de l'équation de Green et Ampt a amélioré les performances du modèle pour la prévision du ruissellement aussi bien à l'échelle mensuelle qu'annuelle. De plus, le modèle modifié est sensible au type d'occupation du sol et est donc adapté comme outil pour l'analyse de scénario en vue de préserver les ressources en eau. Une analyse de sensibilité a été conduite afin d'évaluer l'impact des paramètres d'entrée sur les sorties des deux modèles. L'analyse de sensibilité a consisté à modifier systématiquement les paramètres d'entrée de plus ou moins 10%. Pour le modèle original, l'analyse a porté sur l'influence du numéro de courbe, et pour le modèle modifié celle ci a porté sur l'étude de l'impact lié aux paramètres utilisés pour calculer la conductivité hydraulique à saturation. Concernant le modèle original, une augmentation du numéro de courbe de 10% entraîne une augmentation du ruissellement de 120% pour le sol nu, et aux alentours de 100% pour les autres sites. L'impact de ces variations sur l'évaporanspiration est minimal, avec une variation maximale de 16% pour le sol nu. Concernant le modèle modifié, la teneur du sol en sable est le paramètre ayant la plus grande influence sur la quantité d'eau ruisselée pour le sol nu. Par contre, pour les lysimètres ayant un couvert végétal, le pourcentage de sol couvert par la canopée est le factor majeur contrôlant la quantité d'eau ruisselée. Les paramètres liés au couvert végétal ont un plus grand impact sur le ruissellement que les paramètres liés aux propriétés intrinsèques du sol. Globalement l'introduction de l'équation de Green et Ampt a amélioré les capacités prédictives du modèle. Outre le fait que le modèle modifié ne nécessite pas un calage particulier pour la détermination des paramètres de transfert de l'eau dans le sol, il se base sur l'intensité de la pluie pour la détermination du ruissellement. Il a été montré que le modèle modifié est sensible aux changements de type d'occupation du sol. Il peut donc être donc utilisé comme outil pour évaluer l'impact de différents scénarios d'occupation du sol sur les ressources en eau dans les zones de pâturage et prairies naturelles. Toutefois, des améliorations, telles que l'introduction de l'impact du développement de fissures sur l'infiltration (écoulement préférentiel) ainsi que sur le phénomène d'évaporation devraient être prises en compte afin d'améliorer les prévisions du bilan hydrologiques, notamment sur sol nu.

Les taux d’accumulation, la distribution spatiale ainsi que les caractéristiques chimiques des sédiments ont été étudiés dans une installation de lagunage composée d’un bassin anaérobie, un bassin facultatif et deux bassins de maturation pour le traitement des eaux usées en Tunisie. Le taux d’accumulation ainsi que la distribution des boues au sein de chaque bassin ont été déterminés par mesure directe de l’épaisseur des sédiments correspondants sur 90 à 105 points (selon un maillage de 11 mètres). En tenant compte du volume total de boue déterminé sur les quatre bassins, le taux d’accumulation de sédiments est de 0,029 m3•EH‑1•an‑1 correspondant à un taux d’accumulation de 4,14 kg MS•EH‑1•an‑1. La distribution des boues est loin d’être homogène; les épaisseurs de sédiments les plus importantes sont enregistrées aux entrées et sorties des bassins. L’étude de la variabilité horizontale des caractéristiques des sédiments a été réalisée en considérant deux sites (entrée et sortie) du bassin facultatif (BI) au niveau desquels cinq réplicats de carottes ont été prélevés. Par contre, l’étude de la variation verticale a été réalisée sur des carottes de sédiments qui, après prélèvement, ont été sectionnées en tronçons. Des paramètres chimiques tels que : carbone total (CT), azote total (NT), phosphore total (PT), matières sèches (MS) et matières volatiles (MV) ont été mesurés sur ces échantillons. Les résultats obtenus ont montré que la teneur en matières sèches dans la couche la plus profonde est supérieure à celle dans la couche de surface. Par contre, les teneurs en CT, NT, PT, MV diminuent en fonction de la profondeur.

Une meilleure compréhension de la dynamique et des changements des formes du phosphore (P) dans les sols agricoles est indispensable pour le maintien de leur productivité et de la qualité des eaux de surface. L’objectif de cette thèse a été de développer et d’utiliser des méthodes innovatrices pour mesurer les différentes formes de P et caractériser leurs changements dans des sols soumis à différentes pratiques culturales. Nous avons évalué le potentiel de la spectroscopie dans le proche infrarouge (SPIR) à prédire le P total (PT), le P chimiquement extrait à la solution Mehlich-3 (PM3) et à l’eau (Cp) et le P organique (Po) dans deux sites de teneurs variables en P situés au Québec et en Saskatchewan. Les résultats obtenus ont démontré que la prédiction du PT et du PM3 dans le site du Québec est modérément utile et non acceptable, respectivement. Cependant, des résultats inverses ont été trouvés dans le site du Saskatchewan. La prédiction du Po est de modérément utile à modérément réussie dans le site du Saskatchewan. Le potentiel de la prédiction de ces formes du P par la SPIR dépend de la texture du sol, de leur variation dans le sol et de leur lien à la matière organique. En outre, nous avons démontré que les résultats de l’analyse de variance et de la corrélation des espèces moléculaires de P, brutes ou ordinairement transformées, varient en fonction de leur unité de mesure. L’utilisation de l’analyse compositionnelle avec les transformations du log ratio centré ou du log ratio isométrique permet d’éviter ce biais et d’avoir des interprétations cohérentes des résultats. Finalement, l’analyse par résonance magnétique nucléaire des sols sous rotation de maïs et de soya de longue durée au Québec a démontré que l’accumulation de PT (1326 mg kg-1) dans la couche superficielle du sol (0-5 cm) soumis à la fertilisation phosphatée et au semis direct était principalement due aux ions orthophosphates (49,7% du PT). Cependant, les formes organiques s’accumulaient en profondeur sous forme d’inositols monoesters et de nucléotides qui sont donc susceptibles d’atteindre les cours d’eaux adjacents par drainage. Ce projet de recherche nous permet de mieux caractériser et gérer les formes de P dans les écosystèmes cultivés en adoptant les pratiques culturales adéquates.<br>Understanding of phosphorus (P) forms dynamics and changes in agro-ecosystems is essential for the development of best management practices to maintain soil productivity and surface water quality. The objective of this thesis was to develop and use innovative methods to characterize soil P forms and their changes under different management practices. We examined the potential of near infrared spectroscopy (NIRS) to predict soil total P (TP), soil P extracted by Mehlich-3 solution (M3P) and by water (Cp), and soil organic P (OP) for soil samples taken from two sites with different P content located at Quebec and Saskatchewan. The results showed that the prediction of TP and M3P in the site of Quebec were moderately useful and not acceptable, respectively. However, the opposite was found in the site of Saskatchewan. The prediction of OP was moderately useful to moderately successful in experimental site of Saskatchewan. The potential of NIRS to predict P depends to the soil texture, to P soil content variation and to the relation of P to organic matter. Furthermore, contradictory results of variance and correlations analyses were found for the raw and ordinary log transformed molecular P species expressed as proportions or concentrations, indicating spurious correlations. Using compositional analysis with centred log ratio or isometric log ratio transformations avoid the methodological biases and allow coherent interpretation. Finally, phosphorus-31 nuclear magnetic resonance spectroscopy was used to characterize P species for soil samples collected from a long-term corn-soybean rotation experiment in Quebec. Results showed an accumulation of TP (1326 mg kg-1) on the top 5 cm of P fertilized soil under no-till primarily due to orthophosphate ions accumulation (49.7% of TP). However, the organic P forms of inositol monoesters and nucleotides had accumulated in the deep layer; indicating a potential loss through different hydrological pathways. Overall, these studies allow us to improve our understanding of P forms and to better monitor them under different agro-ecosystems using the best management practices.

Les apports de phosphore (P) au sol proviennent des résidus végétaux et des engrais organiques et minéraux utilisés en agriculture. Les pertes de P par ruissellement et lessivage vers les eaux de surface peuvent entraîner l’eutrophisation des plans d’eau. La concentration de P total dans certaines rivières du Québec est de deux à six fois plus élevée que le seuil d’eutrophisation fixé à 0,030 mg P total par litre. Il est donc important de comprendre le processus de transformation du P dans les sols et l’implication de chacune des fractions dans l’équilibre biogéochimique afin de les relier au risque environnemental. Les fractions de P labile fournissent le P disponible pour la croissance des plantes mais contribuent au risque environnemental, d’où l’importance de dresser le patron de distribution de ces fractions. Cependant, il n’y a pas de valeur critique pour ces fractions pour les sols de texture grossière voués à la culture de la pomme de terre et de canneberges. L’objectif principal de ce projet est de déterminer les valeurs critiques d’accumulation des fractions labiles du P dans les sols minéraux de texture grossière. Pour ce faire, quarante sols ont été sélectionnés dans les classes texturales grossières, soit les sables, les sables loameux et les loam sableux. Les échantillons ont été caractérisés par les analyses suivantes : Mehlich-3, pyrophosphate de sodium, oxalate acide d’ammonium et Sissingh. . Les valeurs de (P/Al)M3 varient entre 0,8 et 28,4 %, celles de DSPox varient entre 5,1 et 35,7 % et les valeurs de P à l’eau varient entre 0,0 et 11,6 mg L-1. Des relations significatives ont été obtenues entre le Peau et le (P/Al)M3 (R2 = 0,79; P< 0,001) et entre le (P/Al)M3 et le DSPox (r2 = 0,88; P< 0,001). Le fractionnement a été effectué selon la méthode de Hedley et al. (1982a), soit les fractions extraites à la résine, au NaHCO3 et au NaOH. La répartition du P dans chaque sol fut reliée au risque environnemental ((P/Al)M3, P à l’eau et DSPox). Les données ont été traitées par analyse compositionnelle des fractions labiles de P et complétées par la méthode de la distance simplicielle dont les valeurs ont été reliées au risque environnemental. Les valeurs critiques obtenues varient de 14,9 % à 16,0% (r2 = 0,39; P< 0,01 à 0,71; P< 0,001) selon le modèle utilisé. Cette relation montre que le seuil environnemental (P/Al)M3 de 0,15 établi antérieurement sépare une tendance linéaire d’un plateau dans le patron de distribution des formes labiles de P dans les sols à l’étude.

L'enrichissement des sols en phosphore et sa dissipation dans les eaux de surface suscitent des interrogations sur les causes, les risques et les modes de régie de cet élément. Le but de notre étude est d'améliorer les connaissances sur les deux catégories d'indicateurs i) de pouvoir fixateur et ii) de saturation en P des sols. Pour ce faire, nous avons entrepris une étude sur 25 sols minéraux acides représentatifs du Québec et ayant subit chacun deux types d'équilibre: à court et à long terme avec 5 doses croissantes de phosphore allant de 0 à 120 mg P kg(-1 suscrit). Les résultats révèlent une corrélation hautement significative entre le taux d'adsorption et le taux de sorption de P. Ces taux de rétention, nous ont permis d'établir les trois systèmes de classification suivants: -six classes de (Al+Fe )ox (ox souscrit) -G Sept classes de DSP ox (ox souscrit) -Sept classes de (PI Al)M-III (M-III souscrit)

La dégradation de la qualité des eaux de surface par le phosphore (P) provenant de sources diffuses, surtout agricoles, a initié le développement d’outils de prédiction des risques de perte de P tenant compte des facteurs transport et source. Aux États-Unis, plusieurs indices de perte de phosphore (IPP) ont été mis au point. Ces IPP n'étant pas nécessairement applicables au Québec, une méthode d’indice modifiée a été proposée : l'Indice de Risque de Phosphore (IRP). L’objectif de ce projet de recherche était de valider et, possiblement, d’améliorer la méthode IRP en se basant sur les pertes de P mesurées sur neuf parcelles expérimentales situées sur la ferme de l’IRDA à Saint-Lambert-de-Lauzon. Les pertes de P par érosion hydrique, par ruissellement et par drainage souterrain ont été mesurées en continu durant deux années (2001-2002) par des systèmes automatiques de mesure et d’échantillonnage quantifiant les volumes d’eau ruisselée et drainée et leur concentration en P pour chaque parcelle. Les pertes de P total (PT) ont été en moyenne de 540 g ha-1, dont 95 % a été perdu par le drainage souterrain. Pour chaque parcelle expérimentale, l’indice de classe de risque sélectionné pour chaque composante de la méthode IRP a été multiplié par le poids de chaque composante pour obtenir une valeur pondérée. Les valeurs pondérées de chaque composante ont ensuite été additionnées pour donner la valeur finale de l’IRP. Les résultats montrent que les masses de PT perdues et les valeurs de l'IRP correspondantes sont corrélées à 0,63. Afin d’améliorer la relation entre les pertes réelles de P et les valeurs de l'IRP, l’algorithme Trust-region de la procédure de programmation non-linéaire (proc NLP) de SAS a été utilisée pour optimiser la valeur des poids et le classement de la valeur des composantes. L'optimisation a résulté en un ensemble de poids et de valeurs de classement ayant une corrélation de 0,92. Les changements apportés ont conservé la structure additive de la méthode IRP. Il faut souligner que les résultats ne sont valides que pour le site de Saint-Lambert. Une généralisation à l'ensemble du territoire agricole du Québec nécessiterait des sites expérimentaux couvrant un plus large éventail de conditions climatiques, édaphiques et agronomiques. Néanmoins, les résultats obtenus montrent la possibilité d'améliorer la capacité prédictive de la méthode IRP. Mots-clés : indice de risque de phosphore, perte de phosphore, optimisation, évaluation du risque, facteurs source, facteurs transport.<br>Surface water quality impairment is primarily caused by phosphorus (P) lost from surrounding agricultural fields. This knowledge triggered the development of P losses predicting tools taking into account transport and source factors. In the United States, a great number of P index (PI) approaches has been developed and adopted. Because these PIs are not necessarily applicable in the province of Québec, a P index specific to Québec has been developed : the Phosphorus Risk Index (PRI). The objective of this research was to validate and possibly improve the PRI method using P losses measured on nine experimental agricultural plots located on the IRDA farm in Saint-Lambert-de-Lauzon. For each plot, P losses and the amounts of water from runoff and tile-drainage were continuously measured during a two-year period (2001-2002) using automated systems. The total P losses were on average 540 g ha-1 from which 95% was exported via the subsurface drainage system. For each plots, the selected P loss value of each of the PRI components were multiplied by the weight assigned to each components and summed to obtain the final PRI value which is associated to one of the five P loss ratings (i.e. very low, low, medium, high and very high). Results indicate that the measured total P losses and PRI values showed a correlation coefficient of 0.63. In order to improve the relationship between P losses and the IRP, the Trust-region algorithm of the SAS none-linear programming (proc. NLP) was used to optimize weights and P loss potential values of the components. Optimization resulted in a correlation coefficient of 0.92. Modifications to the method kept the additive structure of the PRI method. Results were only valid for the Saint-Lambert plots. Generalization across Québec would require experiments on a range of soil, climate, and agronomic conditions. Results from this research indicated possible improvement in the predictive accuracy of the PRI method. Keywords: Phosphorus index, phosphorus losses, optimization, risk assessment, source factors, transport factors.

Le rôle du phosphore (P) en agriculture est indéniable: le P est un nutriment essentiel dont tous les êtres vivants ont besoin pour fonctionner, et est donc nécessaire pour maintenir les rendements agricoles à l’échelle globale dans les années à venir. Une grande partie du P utilisé pour fertiliser les cultures se présente sous forme d’engrais chimique et provient de mines de roches phosphatées. Cette ressource finie est gérée de manière non-optimale: dans certains endroits du Monde, le P est utilisé de manière excessive et peut nuire à l’environnement, alors qu’à d’autres endroits, le P apporté est insuffisant et conduit à des baisses de rendement importantes. Cette hétérogénéité, combiné à des problématiques d’accès à la ressource, qui dépend également de facteurs économiques et politiques, conduit à de sérieuses questions sur les impacts potentiels du P sur la sécurité alimentaire mondiale. Des études récentes se sont penchées sur les principaux facteurs limitant les rendements agricoles dans le Monde, mais présentent des difficultés à séparer la contribution de ces différents facteurs, et en particulier du P. Dans un premier temps, j’ai combiné des simulations de la distribution du P dans les sols agricoles et des simulations de croissance des céréales dans des conditions idéales (i.e. non limitantes en eau, azote, etc.), tout en prenant en compte, de manière fine, les mécanismes de transfert du P entre le sol et la plante. J’ai montré que le P pourrait contribuer de manière significative à une baisse de rendement par rapport au rendement potentiel de 22, 55 et 26 % en blé d’hiver, maïs et riz. Cette diminution n’est que partiellement impactée quand les apports actuels de P par fertilisants chimiques sont considérés et ceci s’explique principalement par l’historique du bilan en P des sols (qui a contribué à fortement augmenter les stocks de P des sols). Cependant, la non prise en compte de certains processus, à savoir ceux liés aux ajustements des plantes dans des conditions limitantes en P, ont pu fortement biaisé ces estimations. Pour mieux représenter ces processus d’ajustements, j’ai ensuite développé un modèle d’allocation du carbone (C) et du P basé sur des principes d’optimisation d’utilisation des ressources au sein de la plante. Le modèle est capable de simuler la réponse de la plante à une limitation en P: augmentation du ratio racines / biomasse aérienne, diminution de la biomasse totale et de la concentration en P. Le modèle a été testé dans un gradient de disponibilité en P à différentes échelles (plante en hydroponie et au champ) et reproduit raisonnablement le comportement des plantes. Malgré des hypothèses simplistes qui ne permettent pas de capturer la nature exacte de l’allocation, le modèle présenté peut être introduit dans un modèle de végétation plus physique, permettant l’étude de la limitation en P de manière plus générique. Le couplage du modèle d’allocation idéalisé à un modèle de végétation physique a été réalisé en utilisant ORCHIDEE, un modèle de végétation dynamique utilisé pour étudier les interactions végétation-climat. Les paramétrisations de processus fondamentaux au sein d’ORCHIDEE (assimilation, etc.) ont été utilisées pour piloter le modèle d’allocation en fonction de la disponibilité en C et en P, et les simulations ont été comparées à deux jeux d’observations sur maïs irrigué. Les résultats ont montré le potentiel de la combinaison de ces deux modèles pour simuler de fonctionnement des cultures dans différents environnements. Le modèle ainsi obtenu pourra être utilisé pour mieux quantifier, à l’échelle mondiale, la contribution du P à la baisse de rendement des cultures par rapport à leur potentiel<br>The global role of phosphorus (P) in agriculture is undeniable: P is an essential nutrient required by all living beings to function, and thus necessary for sustaining yields worldwide in the time to come. In global agriculture, most of the P used to grow crops comes in form of chemical fertilizer which is mined from existing soil deposits. This in itself would not be an issue, was it not for the way we globally (mis)manage this potentially finite resource. While some places use P to the point of harming the environment, others do not have enough to sustain their yields and feed themselves. Combined with uncertainties of equitable P supply in the future which depend on economical and political factors as well, serious questions arise on the potential impacts of P on global food security. Recent studies have looked into the main drivers of yield worldwide, but have difficulties separating P’ contribution, as they lack the information to do so due to their empirical nature. As an initial step, we combined simulated global information on agricultural soil P and cereal growth in ideal conditions, while accounting for mechanisms of soil-plant P transfer more faithfully. We have found that P could significantly contribute to existing global production gaps with an average yield gap of 22, 55 and 26 % in winter wheat, maize and rice; lowering only slightly with today’s P fertilizer use. This is mainly to be due to the global P management history or the net soil P balance up to date. But the idealized nature of the employed models ignored other processes, namely plant adjustment in P limited environments, which have a significant potential to change our diagnostic estimates. To better represent plant adjustment, we have then developed an carbon (C) &amp; P allocation model based on optimal functioning principles. The idealized model is capable of simulating primary plant response to a P limited environment: root-shoot ratio change, biomass and P concentration decrease. It was compared to plant growth across a P availability gradient at different scales (hydroponic to field) and has been found to reasonably predict observed plant behaviour. In spite of its simplistic assumptions which do not capture the exact nature of P flow within a plant, the idealized model could be introduced into a more physical vegetation one to allow the study of P limitation in a generic growing environment. The coupling of our idealized allocation model to a physical vegetation one was performed using ORCHIDEE, a dynamic vegetation model used to study global vegetation-climate interaction. Its parameterizations of fundamental plant processes were used to drive our model as function of C and P availability, and compared to two irrigated maize observation datasets. The results have shown the potential of their combination to simulate crops in different growing environments, which is to be used on a global scale and finally help us better understand contribution of P to crop productivity globally

Cette recherche avait pour but de tester plusieurs techniques d'investigations caractérisant l'assimilabilité des ions phosphates du sol sous l'influence de fertilisants minéraux et organique ; les protocoles expérimentaux ont été réalisés en vases de végétation sous paramètres contrôlés à partir d'horizons cultivés issus de sols vertiques et ferrugineux par comparaison à un sol brun lessivé. Les résultats concernant le phosphore extractible par les résines, la méthode OLSEN-DABIN, de même que la valeur L sont très bien corrélés avec le phosphore fourni par le sol à une culture d'agrostis en vases. (. . . )

L'amélioration de notre compréhension des mécanismes et processus qui affectent le cycle du phosphore (P) dans les sols de grandes cultures est un préalable au développement de meilleures pratiques de sa gestion. L'objectif général de l'étude a été de déterminer l'effet des pratiques agricoles (travail du sol, fertilisation phosphatée, systèmes de cultures) sur la dynamique du P, particulièrement le P disponible aux plantes, dans les sols de grandes cultures. Nous avons aussi déterminé l'effet des cycles de gel et de dégel sur la disponibilité du P de la couche superficielle du sol, et la distribution du P dans les agrégats dans le semis direct et le labour conventionnel. Deux sites de longue durée, Canadien et Français, ont été utilisés. Le site Canadien est une rotation maïs - soja dans laquelle les facteurs de variation ont été le travail du sol (semis direct, labour conventionnel), les cycles de gel et de dégel et la fertilisation phosphatée. Le site Français est une monoculture de maïs où on a fait varier la fertilisation phosphatée. Dans les deux types de travail du sol, le P du sol disponible aux plantes sous une rotation biannuelle maïs - soja diminue avec le temps pour se stabiliser autour de 30 et 25 mg P kg⁻¹ avec le traitement 0 P dans le semis direct et le labour conventionnel, respectivement. Dans la monoculture de maïs, il y a une relation linéaire stable quelque soit la durée d'expérimentation entre le statut de P et le bilan cumulé. L'évaluation mécaniste et quantitative de la disponibilité du P du sol aux plantes permet de modéliser les variations du statut de P du sol pour les régimes de fertilisation équilibrés. Cette étude a montré que l'augmentation des cycles de gel et de dégel entraîne des niveaux élevés de P extrait à l'eau et la solution Mehlich-3 dans le semis direct amendé de résidus de culture comparé au labour conventionnel. Lorsque le sol est séparé en agrégats stables à l'eau, la teneur en P extrait à l'eau des agrégats sous le semis direct augmente dans l'ordre particule-(limon + argile) < micro- < meso- < macro-agrégats; sous le labour conventionnel, on observe une distribution aléatoire du P extrait à l'eau entre les agrégats stables à l'eau.

La caractérisation des particularités des boues de station d'épuration des eaux et la problématique agro-économique et environnementale liée à leur élimination, ont constitué les motivations principales de ce travail. La première partie de ce travail est destinée à mesurer la qualité du carbone des boues, à évaluer sa vitesse de dégradation et à établir des relations entre la qualité de la matière organique et sa dégradation afin d'expliquer et de prévoir le comportement du carbone des boues dans deux sols fréquemment répandus dans la région du Midi-Pyrénées. Dans une seconde partie, la vitesse de minéralisation de l'azote des boues a été déterminée, ainsi que son potentiel de volatilisation. Afin de conclure l'étude sur le carbone et l'azote, l'effet de la taille des particules sur la dynamique de dégradation a été évalué. [. . . ]

Cette thèse se situe dans le cadre de la caractérisation des milieux évolutifs. L'objectif est le suivi de l'évolution des paramètres thermophysiques au cours du temps. Au niveau expérimental, l'application des techniques nouvelles de mesures fluxmétriques permet de définir complètement et simplement l'état thermique dans le plan. Sur le plan théorique, le recours aux méthodes de la théorie du signal permet de développer des techniques d'identification dans le domaine fréquentiel. Deux configurations sont proposées. La première implique un double accès au système dans le cadre d'un schéma entrée/sortie. La méthode permet une caractérisation thermique complète du matériau par un essai, tout en minimisant la perturbation imposée au milieu. Les sollicitations sont des signaux binaires pseudo aléatoires, qui fournissent une faible énergie au système à caractériser. Cela conduit à limiter l'utilisation de la méthode à des matériaux stables ou lentement évolutifs. Pour aborder les milieux rapidement évolutifs, la caractérisation par impédance thermique est proposée. Elle permet d'identifier l'effusivité thermique. Deux méthodes de traitement des données sont comparées : une classique analyse de Fourier réalisée sur la base de calculs FFT et un traitement basé sur une modélisation paramétrique pour réduire la durée des expérimentations. Ainsi, une durée d'observation du système de l'ordre de 5 mn suffit à identifier l'impédance thermique. Les performances de cette approche permettent de caractériser un système en évolution. Elle constitue la base d'une nouvelle méthode de suivi de l'évolution de la teneur en eau locale d'un sol. Les méthodes sont validées sur un matériau inerte de référence. Une loi de corrélation est établie entre la teneur en eau d'un stable et ses caractéristiques thermiques. Elle est appliquée au suivi de l'évolution de la teneur en eau du milieu durant des processus de séchage.