Dissertations / Theses on the topic 'Teneur en tritium'

Ce travail de thèse a concerné l'étude des phénomènes d'absorption et d'incorporation sous forme organique du tritium dans un végétal de consommation courante, la laitue (Lactuca sativa L.), en réponse à une exposition atmosphérique. Il apparaît que la voie foliaire joue un rôle primordial dans l'absorption du tritium au sein de l'eau tissulaire des plants. Quels que soient le stade de développement des plants et les conditions d'éclairement, le temps nécessaire pour atteindre l'équilibre des concentrations dans l'eau libre et dans la vapeur d'eau de l'air est de plusieurs heures ; le rapport des concentrations est alors de l'ordre de 0,4. Dans le sol, le temps de mise à l'équilibre dépasse généralement 24 heures ; le rapport des concentrations à l'état stationnaire est compris entre 0,01 et 0,26. Le taux d'incorporation du tritium de l'eau tissulaire sous forme organique est de l'ordre de 0,13 à 0,16 % h-1 en moyenne sur la durée de vie entière de la plante. Cependant, l'incorporation de l'OBT dépend fortement du stade de développement du végétal. La période de plus forte intégration du tritium sous forme organique correspond à la phase de croissance exponentielle des végétaux. Le dépôt et la diffusion du tritium dans le sol entrainent des activités significatives dans la fraction organique du sol. Les résultats obtenus vont globalement dans le sens d'une mise à l'équilibre des concentrations du tritium dans le végétal (eau libre et tritium organique) avec celles de l'environnement (atmosphère, sol). Certaines expériences ont néanmoins révélé des activités OBT anormalement élevées dans les laitues au regard des niveaux d'exposition et posent la question d'un possible phénomène d'accumulation locale du tritium dans la matière organique pour des conditions particulières d'exposition.

Cette étude s'inscrit dans le domaine de la surveillance de l'environnement. Elle consiste à optimiser et valider la procédure analytique de détermination du tritium sous forme organique, et à identifier les molécules organiques, porteuses de tritium, responsables de son transfert de l'environnement à l'homme. La démarche s'est organisée en trois temps. Une procédure analytique a d'abord été mise en place pour déterminer, la teneur en hydrogène des échantillons, élément clé, utilisée pour le calcul des activités de tritium organique. L'impact de la séparation des fractions de tritium organique (l'échange labile) sur la détermination de l'activité de la fraction représentative du niveau de tritium environnemental a ensuite été évalué. Pour cela, les quantités d'échantillon solubilisées ont été estimées. Enfin, la spéciation du tritium dans des échantillons environnementaux a été abordée. Pour cela, les familles de molécules, puis les composés organiques solubilisés lors des échanges labiles ont été identifiés. Les résultats montrent que la répartition du tritium dans les organismes dépend à la fois des propriétés de la liaison chimique dans laquelle il est impliqué et des propriétés des molécules organiques le portant. Les composés identifiés appartiennent aux familles de molécules constitutives (glucides, acides aminés) de la matière vivante. Il serait à présent intéressant d'étudier la répartition du tritium au sein d'un échantillon de l'environnement pour cibler les molécules d'intérêt et étudier de manière plus approfondie la distribution du tritium dans l'environnement et son impact, de l'environnement à l'homme
This study deals with environmental monitoring. The main aims are (i) the optimisation of the analytical procedure for the tritium in organic form determination, and (ii) the identification of the tritium bearing molecules which are responsible for its transfer from the environment to man. The study was divided into three stages. First an analytical method was developed to determine hydrogen content of several samples, which is a key element to calculate accurate organically bound tritium activities. Secondly, the impact of the organically bound tritium fractions separation (labile exchange) for the determination of the representative fraction of the level of environmental tritium activity was then evaluated. For that, the amount of solubilised sample was estimated. Finally, the speciation of tritium in environmental samples was investigated. Several molecules classes and organic compounds dissolved in the labile exchanges solvent were identified. The results show that the distribution of tritium in organisms depends on both properties of the chemical bond in which it is involved and chemical properties of tritium bearing molecules. The identified compounds belong to the molecules classes such as carbohydrates or amino acids, constitutive of living organisms. It would now be of interest to study the tritium distribution in an environmental sample to target molecules of interest and study the impact of tritium from the environment to man

Le radiocarbone (14C) et le tritium (3H) sont libérés dans l'environnement de manière naturelle et par les activités nucléaires. Les rejets devant perdurer pendant les prochaines décennies, il est primordial de prévoir leur devenir et leur temps de résidence dans les sols. L'objectif de cette thèse est de proposer une prévision quantitative et une modélisation simple du devenir de 14C et 3H dans les matières organiques du sol (MOS). L'originalité de ce travail est double: nous faisons l'hypothèse que l'incorporation et le devenir des atomes d'hydrogène non-échangeable (HNE) dans le sol sont couplés à la dynamique du carbone; l'approche choisie est le traçage naturel ou artificiel par les isotopes stables 13C et 2H.A travers le traçage naturel par le 13C in situ, nous avons quantifié le carbone récemment incorporé par la végétation sur quelques décennies. Nous avons alors adapté le modèle RothC à la dynamique du C profond des sols. Cela nous a permis de prévoir que 10% du C persisteront pendant plusieurs siècles dans les couches profondes. Les expériences croisées d'incubation de composés marqués en 13C et 2H nous a permis de montrer que l’activité microbienne est le moteur de l’incorporation d’hydrogène de l’eau dans les MOS et nous a permis d'établir la stœchiométrie CH des biotransformations. Ces expérimentations ont permis de proposer un modèle de la dynamique couplée de C et H des MOS à court et moyen terme (décennies). Une méta-analyse des corrélations entre les teneurs en 13C et 14C de sols mondiaux nous a permis de démontrer que l'enrichissement en 13C des MOS peut être expliqué en totalité par le rapport 13C/12C de la végétation dont elles sont issues
Radiocarbon (14C) and tritium (3H) are naturally released into the environment but also through nuclear activities. The releases are expected to persist for the next decades, it is important to predict their fate and their residence time in soils. The objective of this thesis is to propose a quantitative prediction and a simple modeling of the fate of 14C and 3H in soil organic matter (SOM). The originality of this work is twofold: first, we hypothesize that the incorporation and fate of NEH atoms in the soil are coupled to the carbon dynamics. Second, we chose to trace carbon and hydrogen by natural or artificial 13C and 2H tracing.Through natural in situ 13C tracing, we quantified the carbon recently incorporated by vegetation in few decades. Deep horizons contain a large part of this carbon (typically 20 to 30%). We adapted the RothC model to the deep soil C dynamics. This allowed us to predict that 10% of C will persist for several centuries in the deeper layers. The labelling experiments showed that the microbial activity is driving the incorporation of hydrogen from water into SOM, and allowed us to establish the CH stoichiometry of biotransformations. These experiments were a mean to propose a model of the coupled C and H dynamics of the SOM in the short and medium term (decades). The results of this thesis contribute as well to the improvement of the interpretation of natural abundances in 13C and 2H stable isotopes. A meta-analysis of the correlations between the 13C and 14C concentrations of global soils has demonstrated that the 13C enrichment of deep organic matter can be fully explained by the 13C/12C ratio of the vegetation from which they are derived

Cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet MACH3 financé par le Plan d’investissement d’Avenir (PIA) 2e phase. Il concerne la gestion de déchets radioactifs tritiés produits par l’installation de fusion ITER. L’acceptation de ces déchets sur un site de stockage exige un faible taux de dégazage du tritium (isotope radioactif du H2). Des matrices cimentaires de conditionnement des déchets nucléaires tritiés ont été développées, permettant de limiter le dégazage du tritium par piégeage irréversible de ses formes gazeuses. Ces matrices cimentaires composites (mortiers) sont faites à base de ciment Portland classique et d’un piégeur à hydrogène (de type Ag2O/MnO2). Elles répondent aux critères de sécurité d’un site de stockage de déchets radioactifs et au cahier des charges industriel. Après trois mois de maturation, leurs performances de piégeage, sans séchage préalable, sont comprises entre 75 et 95% (mesure suite à un essai d’irradiation gamma, générant du H2in situ)
This PhD is part of the MACH3project funded by the French Investment Plan (PIA) -2nd phase. It contributes to the management of tritiated radioactive waste produced by the ITER fusion facility. The acceptance of this waste on a storage site requires a low rate of degassing of Tritium (radioactive isotope of H2). This research has developed cement mortars for conditioning tritiated nuclear waste,making it possible to limit the degassing of tritium by irreversible trapping of its gaseous forms. Composite mortars were formulated, based on conventional Portland cement, and integrating a hydrogen getter (Ag2O/MnO2), meeting the safety criteria of a radioactive waste storage facility and complying with the industrial specifications. After three months of maturation, their trapping performance, without preliminary drying, is between 75 and 95% (measured following a gamma irradiation test, generating H2in situ)

Ce travail traite d'une nouvelle technique capable de mesurer de très faibles quantités de tritium à l'intérieur de fûts contenant des déchets radioactifs. Cette méthode indirecte repose sur la mesure du produit de décroissance, 3He, et nécessite d'étudier son comportement dans le fût. Notre modèle considère que 3He est totalement disponible et fuit au niveau du joint polymère du fût selon deux processus distincts: perméation et écoulement laminaire. Les simulations numériques montrent qu'un état pseudo-stationnaire s'établit. La fuite 3He du fût correspond alors à l'activité tritium interne mais présente toutefois des pics d'écoulement quand les variations de la pression atmosphérique induisent une surpression du fût. Le confinement d'un fût dans une enceinte étanche permet néanmoins de quantifier sa fuite 3He, ce qui constitue la mesure non intrusive de son activité, validée empiriquement sur des modèles réduits simulant un fût et son enceinte. Le confinement des fûts a été optimisé afin de rendre reproductible la mesure de leur fuite 3He. Les échantillons gazeux prélevés dans l'enceinte sont purifiés par adsorption sélective sur charbons actifs à 77 K, afin d'éliminer le tritium et d'enrichir l'échantillon en 3He. Ils sont ensuite mesurés à l'aide d'un détecteur de fuite utilisant la spectrométrie de masse. L'adaptation de l'acquisition du signal de l'appareil et l'optimisation des paramètres de l'analyse ont permis d'atteindre la stabilité des étalonnages externes, à l'aide des gaz de référence, avec une limite de détection 3He de 0,05 ppb. Des confinements répétés de fûts étalons ont montré la fiabilité de cette méthode. La mesure non-intrusive de l'activité tritium d'un fût de 200 L est précise à 15% avec une limite de détection proche de 1 GBq après 24 h de confinement. Ces performances ont conduit à la définition d'une chaîne de mesure automatisée, pour la mesure systématique de l'activité tritium de tous les fûts de déchets entreposés.

L'oïdium du blé est une maladie cryptogamique causée par Erysiphe graminis f. Sp. Tritici (Egt). L’infection des feuilles conduit à des pertes de rendement en grains relativement important. La lutte contre cet agent pathogène passe par l’épandage de fongicides, ce qui peut conduire à des problèmes environnementaux. Nous avons recherché des substances biologiques ou des composés chimiques non toxiques capables d’éliciter les défenses naturelles de la plante. L’association de ces substances avec des fongicides pourrait permettre d’en diminuer les doses pour une protection identique. Après la mise au point d’un protocole fiable d’évaluation de la contamination, nous avons testé lors de traitement préventif plusieurs substances potentiellement élicitrices. Des fractions non purifiées (broyats foliaires de blé ou de spores d’Egt, hydrolysat acide du mycélium de Septora nodorum) et des produits purifiés (β cyclodextrine, tréhalose et salicylyl heptanoate) ont été expérimentées. Hormis la β cyclodextrine, tous les produits ont conféré une bonne protection (30 à 90%). Ils sont tous inefficaces lors de traitement curatif. Certains de ces produits ont été testés quant à leur capacité à éliciter l’activité d’une enzyme : la Phenylalanine Ammonia Lyase (PAL). La PAL intervient non seulement dans la réaction de lignification, mécanisme de défense du blé, mais aussi dans la synthèse de l’acide salicylique ou de phytoalexines, autres métabolites intervenant dans les défenses des plantes. La PAL peut donc être considérée comme un bon marqueur des réactions d’élicitation. Les conidies d’Egt, le tréhalose et l’hydrolysat du mycélium de Septoria nodorum sont capables d’induire son activité de manière différente. Les capacités du tréhalose et du salicylyl heptanoate à induire des modifications du métabolisme lipidique chez le couple ont été étudiées. Il a d’abord fallut déterminer la composition en acides gras et en stérols de chacun des protagonistes. S’il s’avère que la composition en acides gras des feuilles de blé est relativement classique (par ordre d’importance, C16 :0, C18 :1, C18 :0, C18 :2 et C18 :3) ; des acides gras particuliers à très longues chaînes ont été identifiés chez les conidies d’Egt (de C12 à C24). Notons la présence de deux acides gras particuliers identifiés par CG-MS, les C22 :0 et C24 :0 méthoxydés en position β. La question qui se pose est de savoir si ces molécules sont naturellement présentes dans les conidies ou s’il s’agit d’acides gras qui se méthoxylent au cours de l’extraction. La question n’est pas complètement élucidée. La composition en stérols de feuilles de blé montre la prédominance du sitostérol puis du 24-méthylcholestérol, de l’isofucostérol et du stigmastérol. Chez les conidies, nous avons montré que les stérols majoritaires étaient le 24-méthylènecholestérol et le 24-éthylcholestérol. Cependant, nous avons montré que les proportions relatives des stérols et des acides gras variaient considérablement avec l’âge des conidies. Le 24-méthylènecholestérol et les acides gras à très longues chaînes sont les lipides prédominants de conidies âgées tandis que le 24-éthylcholestérol et les acides gras à courtes chaînes sont les lipides majoritaires de conidies jeunes. Les conidies produites sur les plantes traitées par le salicylyl heptanoate présentent des modifications importantes de leur proportion relative en acides gras et en stérols tandis que les feuilles traitées n’en présentent pas. Ces modifications sont similaires à celles observées en fonction de l’âge des conidies.

En France, le tritium est principalement rejeté sous forme d’eau tritiée (HTO) par les centres de production d’électricité et les centres de traitement des combustibles en fonctionnement normal. Les effets développementaux et reprotoxiques du tritium ont été étudiés. Cependant, peu d’études portent sur les effets moléculaires. Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse est d’évaluer les effets de l’HTO sur les stades embryo-larvaire du poisson zèbre (Danio rerio). Deux débits de dose, 0,4 et 4 mGy/h, ont été testés. Un protocole pour la mesure de l’activité dans les organismes a été mis au point. Il a permis (i) de confirmer que l’internalisation de l’HTO est rapide, (ii) la discrimination des formes de tritium libre dans les tissues et lié à la matière organique, et (iii) le calcul de la dose permettant de relier les effets observés à une dose reçue. Les effets de l’HTO ont été évalués à différents niveaux d’organisation biologique. A l’échelle moléculaire, une analyse transcriptomique (mRNAseq) a montré la modulation de gènes impliqués dans la contraction musculaire et le développement de l’œil à 24hpf ainsi que dans le cycle circadien et la réponse au stress oxydant à 96hpf. Une modulation de gènes impliqués dans la réparation des dommages à l’ADN a été montrée. A des niveaux d’organisation supérieurs, quelques altérations des fibres musculaires ont été observées pour les deux débits de dose. Une diminution de la vitesse de nage a été montrée à 96 hpf après exposition à 0,4 mGy/h. Ces travaux ont permis de mieux appréhender l’internalisation du tritium, de caractériser la dose absorbée dans les organismes et de mieux comprendre les effets du tritium
In France, tritium is mainly released as tritiated water (HTO) by nuclear power plants and nuclear reprocessing plants. The developmental and reprotoxic effects of tritium have already been studied. However, few studies focus on molecular effects. In this context, the aim of this thesis is to evaluate the effects of HTO on the embryo-larvae stages of the zebrafish (Danio rerio). Two dose rates, 0.4 and 4 mGy/h, were tested. A protocol for the measurement of activity in organisms was developed. It has (i) confirmed that the internalization of HTO is rapid, (ii) allowed the discrimination of the tissue-free-water-tritum and organically bound tritium forms, and (iii) allowed the calculation of the dose permitting to link the observed effects to a received dose. The effects of HTO were evaluated at different biological levels. At the molecular level, a transcriptomic analysis (mRNAseq) showed the modulation of genes involved in muscle contraction and eye development at 24hpf, as well as in the circadian rythm and the response to oxidative stress at 96hpf. Modulation of genes involved in the DNA damage repair was shown. At higher levels of organization, some alterations of muscle fibers were observed for both dose rates. A decrease in swimming velocity was shown at 96 hpf after exposure to 0.4 mGy/h. This work allowed a better understanding of the tritium internalization, to characterize the absorbed dose in organisms and to better understand the effects of tritium

Dans le cadre d’étude de l’amélioration de la teneur en Mg dans le grain par la sélection du blé (Triticum aestivum) afin de renforcer l’apport alimentaire du Mg, les objectifs de cette thèse étaient (i) de mettre en évidence les caractéristiques agro-physiologiques de la plante associées à la teneur en Mg, (ii) d’étudier l’effet de variants génétiques affectant la dynamique du Mg dans la plante et l’accumulation du Mg dans le grain, (iii) d’identifier les éléments minéraux influençant l’absorption et la répartition du Mg, et (iv) d’étudier par approche protéomique le métabolisme associé au Mg influençant la quantité du Mg dans le grain. A travers trois séries d’essai multifactoriel au champ conduites dans le but de sélectionner des génotypes de blé à haut rendement en Mg des grains, les suivis agro-physiologiques ont permis de préciser l’effet négatif du rendement, du poids de mille grains et du nombre de grains par épi sur la teneur en Mg dans le grain. Une différence génétique dans la dynamique du Mg de la plante au cours du développement du grain a été montrée avec l’implication de la translocation du Mg des racines ainsi que de la remobilisation du Mg des tissus végétatifs aériens. La réserve du Mg à préfloraison dans les tissus végétatifs influe sur la quantité de Mg dans le grain. Enfin, l’absorption du Mg est positivement associée avec celle des éléments Mn, P et Zn, et la teneur en Mg est positivement associée avec celle des éléments Zn et P. L’étude protéomique sur les couches périphériques du grain a mis évidence que le Mg intervient dans la division cellulaire, le repliement des protéines et le métabolisme d’énergie, et donc influence l’accumulation de la matière sèche du grain en déterminant la taille potentielle et le remplissage du grain. En conclusion, l’accumulation du Mg dans la plante influence la matière sèche du grain qui a un effet négatif sur la teneur en Mg
In order to increase the Mg content in the grain of wheat (Triticum aestivum) through plant breeding to improve the dietary Mg intake, the objectives of the present study is (i) to identify the plant traits which are associated with the grain Mg concentration, (ii) to study genotypic variation in Mg dynamic in plant and its effect on Mg accumulation in grain, (iii) identify the minerals interacted with Mg in absorption and distribution, and (iv) study the Mg-related metabolisms influencing the amount of Mg in grain by proteomic approach. The study of 22 genotypes in a multiple-sites and -years field trial showed that there was negative effect of yield, thousand grain weight and number of grains per spike on the grain Mg concentration. The genetic difference was observed in the Mg dynamic during grain development. Mg in the grain depended on both Mg translocation from roots and remobilization from aboveground vegetative tissues, and could be affected by the Mg reserve in vegetative tissues. The study of correlation among different minerals showed that the Mg concentration in grain was positively associated with those of Zn and P, and the Mg content in aboveground was positively associated with those of Mn, P and Zn. Proteomic study of grain peripheral layers showed that Mg is involved in cell division, protein folding and energy metabolism, and hence influenced the grain dry matter accumulation by determining the potential size and grain filling. In conclusion, the accumulation of Mg in the plant influences the grain dry matter which has a negative effect on the Mg content

Le rendement en grains (Rdt) et la teneur en protéines (%Prot) sont deux cibles majeures dans les programmes de sélection variétale chez le blé car ces caractères contribuent à la valeur économique de cette culture. Malheureusement, leur amélioration simultanée est empêchée par la relation négative %Prot-Rdt. Il a été montré que l'écart à cette relation ("Grain Protein Deviation", GPD) est déterminé en partie génétiquement et serait utile pour modifier cette relation négative mais ses bases biologiques restent mal comprises à ce jour. Nous avons montré que le GPD est principalement relié à la variabilité génétique pour l'absorption d'azote post-floraison (ABSN) dans les conditions agro-climatiques du Nord-Ouest de l'Europe. Nous proposons que la variabilité génétique pour l'accès à l'azote du sol (architecture et fonctionnement racinaire) ou pour la régulation de ABSN par le statut azoté (transport et assimilation de l'azote) pourrait expliquer le GPD. Etant donné que le retardement de la sénescence durant la période post-floraison peut résulter en une augmentation de ABSN, nous avons analysé les déterminants génétique des relations entre durée de sénescence des feuilles après floraison et Rdt ou %Prot, observées au niveau phénotypique, en utilisant des données acquises sur une population de cartographie de blé cultivée au sein d'un large réseau expérimental. Une association positive entre durée de sénescence des feuilles après floraison et %Prot ou Rdt a été observée selon les environnements étudiés. Nous faisons l'hypothèse que l'impact d'un retardement de la sénescence des feuilles après floraison pourrait être modulé selon la disponibilité en azote durant cette période, ce qui conduirait à modifier la relation %Prot-Rdt selon les environnements étudiés. Enfin, des données obtenues sur trois populations de cartographie cultivées dans un large réseau expérimental ont permis de suggérer, après méta-analyse de QTL, des régions génomiques potentiellement utiles en sélection pour améliorer la %Prot sans diminuer le Rdt. Ceci a permis de mettre en avant des régions situées sur les chromosomes 2A et 3B. En particulier, la région située sur le 2A pourrait être reliée à la présence d'un gène codant pour une glutamine synthétase chloroplastique qui a été associée à la variabilité génétique pour %Prot chez le blé tendre dans une étude antérieure.

Un objectif majeur en amélioration des plantes est de développer des variétés dont les performances agronomiques seront optimales dans les différentes conditions environnementales de l'aire de culture. Pour cela, le développement d'une gamme de génotypes différenciés mais adaptés spécifiquement à l'une ou l'autre des contraintes environnementales, est une voie possible. Une telle stratégie nécessite l'exploration et l'interprétation du terme statistique d'interaction génotype x environnement (GxE). L'objectif de cette thèse est d'interpréter en termes d'adaptation les variations de performances génotypiques atypiques entre environnements et de préciser le déterminisme génétique du comportement génotypique différentiel à ces contraintes. Le caractère étudié, est la teneur en protéines du grain de blé dur. 288 lignées recombinantes correspondant à 6 populations issues d'un demi-diallèle entre 4 variétés ont été expérimentées dans 11 environnements différents et génotypées. La typologie environnementale a été réalisée à l'aide de différentes caractéristiques liées au pédoclimat, à l'itinéraire technique, ainsi qu'à la croissance et au développement des génotypes parentaux. Parmi ces covariables environnementales, celles correspondant à la réserve en eau du sol, à la demande climatique en eau de la plante au cours de la phase " dernière feuille- floraison " ainsi que les stress thermique de fin de cycle se sont avérées les plus pertinentes pour expliquer l'effet principal environnement (> 40 %) alors que l'état azoté de la plante, les indices de stress thermiques et l'évapotranspiration de la phase reproductrice du cycle expliquait 16 à 20 % du terme d'interaction GxE. Cette caractérisation environnementale nous a permis d'interpréter les fortes interactions entre Aptitude Générale à la Combinaison individuelle (principale composante de la valeur en croisement) et milieu en termes de réponse adaptative. A partir d'une carte génétique non saturée, 3 QTL 'Protéines' (2 sur le chromosome 2A et 1 sur le 3B) ont été identifiés. Ils expliquaient entre 7. 7 et 12. 4 % de la variation phénotypique globale. Par régression factorielle, des interactions QTLxE significatives ont été également mises en évidence pour 5 régions chromosomiques : 3 d'entre elles correspondent aux QTL précédents (2A et 3B) corroborant l'hypothèse " sensibilité allélique " pour expliquer l'origine de la plasticité alors que les 2 autres étant situés sur les chromosomes 6B et 7B. Les fortes températures au cours de la période post-floraison, ainsi que la demande d'évapotranspiration au cours de la phase préfloraison expliquant une part conséquente de ces interactions, les allèles favorables pour une gamme de conditions donnée ont été identifiés. Ces données suggèrent qu'à terme une sélection assistée par marqueurs pourrait être mise en œuvre pour la réalisation de génotypes adaptés à des conditions stressantes spécifiques.

Le protoxyde d'azote (N2 O) est un gaz atmosphérique impliqué dans l'effet de serre anthropique et dans la destruction de l'ozone stratosphérique. Une fraction non négligeable des émissions de N2 O proviendrait des sols et de leur utilisation agricole. La dénitrification semble être le processus prédominant d'émissions de N2 O dans les sols des pays tempérés. Dans ce contexte, ce travail de thèse a permis d'apporter des données chiffrées sur les émissions de N2 O dans deux situations pédologiques soumises à des pratiques culturales différentes, et sur les paramètres agroclimatiques de régulation. Les flux se sont montrés faibles en raison des conditions climatiques défavorables aux processus dénitrifiant. Les flux sous blé et colza sont comparables in situ. Parallèlement a ce travail de terrain, des études expérimentales sur le rôle de la teneur en NO3 et de l'effet de la température sur la régulation de N2 O ont été réalisées. L'aptitude des sols a dénitrifier et réduire le N2 O varie fortement avec le sol. Un couplage modèle-expériences nous a permis de définir les constantes de cinétiques enzymatiques. Une inhibition de type non compétitive de la teneur en NO3 sur la réduction de N2 O a été démontrée et il existe un effet de la réduction de N2 O sur celle des NO3. Par ailleurs, une rupture de pente a été mise en évidence de l'effet de la température sur l'activité dénitrifiante. Nous avons établi et utilisé des relations entre les vitesses de ces transformations et de la température dans un modèle empirique de dénitrification. Ces résultats sont à intégrer dans des modèles d'émissions de N2 O et permettent des conseils de gestion des pratiques agricoles afin de diminuer les flux.

Malgre les progres enregistres dans le determinisme genetique et technologique de la qualite du ble, une forte interrogation persiste sur les variations aleatoires de cette derniere, souvent attribuees au milieu, et sur l'interaction genotype-milieu. Afin de comprendre ces variations et de fournir une base scientifique a la modelisation, nous avons etudie l'effet direct et/ou l'interaction de trois facteurs du milieu, l'azote, la temperature et l'eau, sur la composition du grain en relation avec la qualite sur la variete thesee au sein de dispositifs experimentaux permettant leur maitrise au niveau du peuplement et en conditions d'eclairement naturel. Les axes de recherche poursuivis concernent : les mecanismes de variation du poids d'un grain et de sa composition, en etudiant la croissance du grain (puits) en relation avec le fonctionnement du peuplement (sources). La nutrition azotee (avant ou apres la floraison) modifie essentiellement le flux d'azote vers le grain, tandis que la temperature et la secheresse post-floraison interviennent plus specialement au niveau de la duree de fonctionnement et de la disponibilite du carbone. Lorsque la secheresse est precoce le rapport source/puits change principalement par la diminution du puits mais les effets au niveau du grain peuvent etre attenues suite a des mecanismes de compensation. Les changements quantitatif et qualitatif des proteines de reserve analysees par rp-hplc. Une augmentation du niveau de nutrition n, ainsi que de la temperature et de la secheresse post-floraison accroissent la teneur en gliadines et glutenines et changent leurs compositions. La fertilisation azotee induit une augmentation de la proportion de -gliadines. Et une diminution des , - gliadines, tandis que la temperature augmente les , - gliadines et diminue les -gliadines. Des changements sont aussi enregistres au niveau des glutenines ainsi que des pics et des pools qui composent les fractions meres. Ces modifications quantitatives et qualitatives se retrouvent dans la constitution et le comportement des agregats proteiques determines par se-hplc. L'impact du changement quantitatif et de la composition des proteines sur les tests technologiques, mixographe et alveographe de chopin. Certains parametres technologiques sont mieux expliques par la composition rp-hplc ou se-hplc des proteines que par la teneur totale en proteines. Des effets specifiques d'une fraction ou/et d'un pool ont ete mis en evidence, les teneurs de certaines sous-unites ou pics ont une capacite explicative plus grande que la fraction mere. Par exemple la teneur en gliadines (rp-hplc) ainsi que les proteines extractibles (se-hplc) expliquent mieux l'extensibilite de la pate que la tenacite, l'effet etant fonction de leur hydrophobicite (- < , - < -gliadines). La dynamique d'accumulation des proteines de reserve et la compartimentation du grain en vue de l'elaboration d'un modele de la composition du grain. Si la disponibilite en azote n'est pas limitante la prevision des teneurs des differentes fractions proteiques et de leurs compositions rp-hplc est realisable a partir de la somme de temperatures ou/et a l'interieur d'une fraction a partir du taux d'allocation vers les sous-unites qui la composent. A la fin du remplissage du grain, une insolubilisation des proteines a ete mise en evidence par la dynamique des tailles des agregats proteiques mesures par se-hplc.

Dans l'optique d'une agriculture plus durable, l'agriculture biologique offre l'opportunité d'une production agricole plus respectueuse de l'environnement. Néanmoins, en agriculture biologique, les niveaux de production sont inférieurs à ceux de l'agriculture conventionnelle. Le rendement et la teneur en protéines du blé biologique sont très variables et limités par de nombreux facteurs. Les faibles teneurs en protéines posent des difficultés de commercialisation car elles sont généralement inférieures au seuil de 10,5% que les organismes de collecte exigent pour les débouchés de panification. Afin d'améliorer les performances du blé biologique, dans un premier temps, les facteurs limitants et les pratiques agricoles expliquant ces performances ont été identifiés et hiérarchisés à l'aide d'un diagnostic agronomique réalisé en région Rhône-Alpes. Ce diagnostic a été réalisé à l'aide d'une méthode statistique innovante de mélange de modèles. Puis, des modèles permettant de prédire la distribution du rendement et de la densité d'une population d'adventices tardive à partir d'une densité précoce dans des parcelles de blé biologique, ont été mis au point à l'aide de la méthode de régression quantile. Ils permettent d'aider au raisonnement des pratiques de désherbage et de fertilisation. Enfin, une analyse des pratiques des agriculteurs a permis de prendre en compte la manière dont les agriculteurs prélèvent des informations sur leurs parcelles pour déclencher leurs pratiques. Des propositions sont ensuite discutées pour valoriser les résultats de ce travail dans la construction d'un outil d'aide à la décision destiné à raisonner les pratiques de désherbage et de fertilisation.

L'objectif poursuivi par cette étude est quadruple : 1. Vérifier les différents résultats obtenus précédemment en serre, concernant l'effet de la carence en cuivre au stade 4 de l'échelle de Frekes qui correspond au stade fin tallage-début montaison. 2. Analyser statistiquement les différents paramètres du rendement sur deux variétés de blé dur : Bidi 17 et Mondur. 3. Etudier en serre : la vitesse de migration du cuivre et sa distribution dans les différents organes du blé à l'aide du cuivre radioactif dont l'isotope est 64Cu ; l'effet d'un apport de cuivre sur des plantes carencées. 4. Appliquer en plein champ les résultats acquis en serre. En effet, les agriculteurs du Sud-Ouest ont des difficultés à obtenir régulièrement de hauts rendements en blé ; outre les conditions pédoclimatiques locales, il est possible qu'il existe certaines zones de déficience en cuivre. Ainsi, nous avons réalisé en plein champ, dans la zone du Lauragais et en conditions naturelles, des essais d'apport de cuivre en pulvérisation sanitaires aux stades 4 et 5 de l'échelle de Feekes. Les essais sont implantés dans les champs des agriculteurs après qu'ils aient effectué tous les travaux de séparation du sol, de fertilisation de fond et de couverture, de semis.

Le développement de variétés performantes de blé dur (Triticum turgidum durum) doit prendre en compte la corrélation négative entre rendement et teneur en protéines (GPC). Une meilleure compréhension de ce phénomène nécessite une connaissance de l'élaboration des composantes de ces variables. Au cours de cette thèse nous nous sommes focalisés sur l'étude du déterminisme de paramètres foliaires pendant le remplissage du grain (morphologie, résorption d'azote/senescence) ainsi que leurs relations avec les caractéristiques post-récolte (rendement, GPC). La population d'étude est constituée de 282 lignées recombinantes issues d'un croisement demi-diallèle entre quatre lignées élites. Les données proviennent d'expérimentations menées en milieu contrôlé (3 expérimentations) et en plein champ (2 essais).En milieu contrôlé, plusieurs variables (teneur en azote, masse surfacique) ont été prédites par spectrométrie infrarouge à raison de mesures régulières au cours de la période d'intérêt. La résorption d'azote de la dernière feuille a été modélisée pour chaque génotype dont les paramètres ont été analysés. Un lien négatif fort a été établi entre la date d'initiation de la résorption (t0) en temps thermique post-floraison et sa durée et un lien positif entre cette date clé et le poids individuel des grains. A l'échelle de la parcelle, le suivi dynamique de la senescence par la mesure d'évolution d'un indice de végétation, le NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) a montré une relation forte entre vitesse d'évolution de la senescence et son ordonnée à l'origine, suggérant que la fin de la senescence était un phénomène très contraint dans les conditions environnementales de plein champ.En absence de stress azoté, l'analyse des 4 géniteurs a montré que des combinaisons linéaires de paramètres foliaires permettaient d'expliquer environ 2/3 des variations de la production en grains d'un épi et de la GPC. En considérant l'ensemble de la population, les effets antagonistes d'une résorption tardive sur la production de grains et la teneur en protéines ont été établis. Une carence en azote appliquée post-floraison provoque une résorption précoce et longue, ce qui semble d'avantage affecter la GPC que le rendement. Une carence en azote appliqué pré-floraison réduit la quantité d'azote disponible dans les feuilles drapeau (et par conséquent leur potentiel photosynthétique) ainsi que le nombre de grains alors que les apports tardifs en azote réalisés dans ce traitement vont retarder la résorption donc augmenter le poids individuel des grains et la GPC. L'analyse génétique en modèle mixte a permis de prendre en compte un apparentement entre lignées, calculé grâce aux pedigrees ou aux marqueurs. Ces deux estimateurs de l'apparentement sont très fortement corrélés ; l'ordonnée à l'origine de la relation (0.3) pouvant être interprétée comme une mesure de l'identité par état de la population de base à partir de laquelle les géniteurs sont issus. Par conséquent, les variances additives issues d'un apparentement marqueurs sont systématiquement supérieures à celles d'un apparentement pedigree. Les valeurs d'héritabilité des variables étudiées caractérisant la morphologie de la feuille drapeau à floraison et des paramètres de résorption d'azote sont du même ordre de grandeur que celles du rendement d'un épi et de la teneur en protéines des grains.En conclusion, nous discutons des stratégies de sélection autour de la corrélation négative rendement/GPC en lien avec la résorption d'azote et la senescence, de l'intérêt de l'utilisation du modèle dit « animal » pour les analyses génétiques et la recherche de QTL
Performing cultivar development of durum wheat (Triticum turgidum durum) have to take in consideration the negative correlation existing between yield and grain protein content (GPC). A best comprehension of this phenomenon needs the knowledge of these variables elaboration. During this thesis, we focused on the study of foliar parameters determinism during the grain filling (morphology, nitrogen resorption/senescence) and their relations with post-harvest parameters (yield, GPC). The population was formed of 282 recombinant lines coming from a half-diallel cross between 4 elite lines. Data are from experimentations on controlled environment (3 experimentations) and on field (2 experimentations).In controlled environment, various variables (nitrogen content, mass area) were predicted using near-infrared spectroscopy and performing regular measures during the period of interest. Nitrogen resorptions of the last leaf were modeled for each genotype and parameters were analyzed. A strong negative correlation was established between the resorption initiation date (t0) in thermal time post-flowering and its duration and a positive correlation was established between t0 and the grain individual weight. At the plot scale, the dynamic monitoring of senescence through measures of NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) evolution showed a strong relation between the senescence evolution rate and its intercept, suggesting the senescence end was a very constraint phenomenon in field.Without nitrogen stress, the analysis of the 4 genitors indicated that linear combinations of foliar parameters could explain around 2/3 of one-spike grain production and GPC variations. Considering the entire population, the antagonist effects of a late resorption on grain production and on the GPC were established. A post-flowering nitrogen stress causes an early and long resorption which seems to affect more GPC than yield. A pre-flowering nitrogen stress reduces nitrogen quantity available in flag leaves (and consequently their photosynthetic potential) and the grain number whereas late nitrogen inputs of this environment delay resorption and raise grain individual weight and GPC.The genetic analysis in mixed model allowed taking into account relatedness among lines, calculated with pedigrees or markers. Those 2 relatedness estimators are strongly correlated; the regression intercept (0.3) can be interpreted as an identity-by-state measure of the base population from which genitors are derived. Consequently, additive variances from a marker-relatedness model are always superior to additive variances form a pedigree-relatedness model. Heritability values of the study variables (flag leaf morphology and nitrogen resorption parameters) have the same order of magnitude than those of one-spike yield and GPC.Field experimentations allowed highlighting the flag leaf weight as a contributor organ to yield and GPC. Nitrogen balance showed a link between post-flowering nitrogen fluxes and nitrogen available at flowering. Genotype-phenotype association's research was realized through a simple-marker analysis for all the experimentations and a Composite Interval Mapping analysis only for data obtained in greenhouses. A stable QTL was detected on the 3 controlled environments for t0. QTL comparison on controlled environment QTL and field QTL highlighted various area containing QTL on certain chromosomes: an area of foliar nitrogen content at flowering QTL on the 1A, an area of GPC QTL, Thousand Kernel Weight (TKW) QTL and grain number QTL on the 2A, an area of foliar morphology QTL on the 2B, an area of TKW QTL on the 3B and an area of senescence variables QTL on the 7B.In conclusion, we discuss about breeding strategies around the negative correlation yield/GPC in relations with nitrogen resorption and senescence and about the interest to use the “animal” model for genetic analysis and QTL research

Dans un contexte de changement global et d'exigence d'une alimentation saine, sûre et durable, la qualité des protéines végétales constitue un enjeu majeur. Les protéines du grain de blé couvrent près de 20 % des apports azotés chez l'adulte. Leur qualité santé repose notamment sur une richesse en acides aminés essentiels, l'absence de précurseurs de molécules néfastes telles que l'acrylamide, et un gluten plus digeste. Les stress abiotiques liés aux changements climatiques et à l'évolution des pratiques agronomiques sont autant de facteurs environnementaux impactant la teneur et la composition en protéines et en acides aminés du grain, et donc la qualité santé des protéines. L'influence des facteurs génétiques, environnementaux et de leur interaction sur la qualité santé des protéines du grain reste encore peu connue. Aussi, l'objectif de cette thèse consiste à quantifier et caractériser la diversité génétique de blés tendres cultivés sous contraintes environnementales, favorables à l'obtention de produits finis à forte digestibilité des protéines et faible teneur en acrylamide. Dans une approche « du champ à l'assiette », la digestion in vitro partielle de pains issus de 34 combinaisons génotypes-environnements a permis d'évaluer l'influence des variations phénotypiques au niveau du grain de blé sur la digestibilité des protéines de pains. Ces travaux ont révélé une variabilité génotypique pour le degré d'hydrolyse des protéines qui dépendrait de la teneur et composition protéiques de la farine utilisée pour la panification. En revanche, il n'existe pas de différence significative pour la digestibilité partielle des protéines de pains entre les variétés anciennes et modernes. L'analyse peptidomique des compartiments gastriques et jéjunaux du modèle mimant la digestion gastro-intestinale humaine indique que l'abondance des peptides libérés diffère selon les génotypes et leur lieu de culture. La concentration en asparagine libre du grain, précurseur de la formation d'acrylamide, varie selon le génotype et l'environnement. Elle semble contrôlée par plusieurs QTLs sans qu'aucun ne soit commun à plusieurs environnements. Au final, ces résultats apportent de nouveaux éléments de compréhension des facteurs génétiques et environnementaux influençant la qualité santé des protéines du grain de blé en vue de la sélection de variétés à plus forte digestibilité des protéines et plus faible teneur en acrylamide
Plant proteins quality is a major issue in the context of global changes and considering the need for a healthy, safe and sustainable diet. The wheat grain proteins provide almost 20 % of adult nitrogen intake. Their health quality notably relies on a high content of essential amino acids, the absence of precursors of harmful molecules such as acrylamide, and a more digestible gluten. Abiotic stresses due to climate change and changes in agronomic practices are environmental factors that impacts the protein and amino acid content and composition of grain, and therefore the health quality of proteins. Little is known about the influence of genetic and environmental factors and their interaction on the health quality of grain proteins. Therefore, the aim of this PhD is to quantify and characterize the genetic diversity of bread wheats grown under environmental constraints that are suitable to obtaining processed products with high protein digestibility and low acrylamide content. Based on a ‘field to fork' approach, the partial in vitro digestion of breads from 34 genotype-environment combinations were used to assess the influence of wheat grain phenotypic variations on the digestibility of bread proteins. This work revealed genotypic variability in the degree of protein hydrolysis, which would depend on the protein content and composition of the flour used for bread-making. However, there were no significant difference for bread protein partial digestibility between old and modern varieties. Peptidomic analysis of the gastric and jejunal compartments of the in vitro digestion model indicates that the abundance of the released peptides differs according to the genotypes and their growing environment. The concentration of free asparagine in the grain, a precursor to acrylamide formation, varies according to genotype and environment factors. It is controlled by several QTLs, but none of which is common to several environments. Ultimately, these results provide new insights into the genetic and environmental factors influencing the health quality of wheat grain proteins, towards selecting varieties with higher protein digestibility and lower acrylamide content

La concentration en protéines des grains est un critère qualitatif majeur qui conditionne la valeur économique et technologique du blé tendre (Triticum aestivum L.). Cependant, la forte relation négative existant entre concentration en protéines et rendement en grains implique que l’amélioration de la concentration en protéines par une approche génétique soit complexe à atteindre sans impacter négativement le rendement. Pour contourner cette difficulté, il a été proposé qu’une sélection variétale basée sur l’écart à cette relation négative (nommé Grain Protein Deviation ; GPD) permette d’améliorer la concentration en protéines indépendamment du rendement. Au niveau physiologique, le GPD est fortement corrélé à la capacité des génotypes à absorber de l’azote après floraison indépendamment de la quantité d’azote déjà absorbée à floraison, suggérant que la satiété en azote soit à la base de son établissement. Envisager une sélection sur la base du GPD nécessite cependant d’acquérir des connaissances approfondies des mécanismes impliqués dans la régulation de l’absorption d’azote par la satiété en azote, qui permettraient de cibler précisément des traits simples à quantifier et robustement associés à cette capacité accrue d’accumulation de protéines dans les grains.Cette étude se base sur deux expérimentations conduites en conditions contrôlées et une expérimentation au champ. Dans chacune de ces expérimentations, différents niveaux de fertilisation ont été appliqués en pré-floraison afin d’obtenir des statuts azotés contrastés à floraison. L’effet du statut azoté à floraison sur l’absorption post-floraison a ensuite été observé dans différentes conditions de disponibilités d’azote après floraison. Des mesures physiologiques et moléculaires ont été réalisées en parallèle des mesures d’absorption d’azote.Nous avons mis en évidence que l’absorption d’azote post-floraison présente une dynamique élaborée qui suppose qu’elle est soumise à des régulations complexes. Parmi celles-ci, le statut azoté des plantes à floraison conditionne en grande part la quantité d’azote absorbée dans les jours qui suivent la floraison (PANUprécoce , de floraison à floraison + 250 degrés-jour). La quantité de PANUprécoce se présente comme un déterminant fort de la concentration en protéines des grains du fait de la forte corrélation positive observée entre ces deux traits en conditions contrôlées et au champ, et ce indépendamment du niveau de rendement. L’étude de deux génotypes robustement contrastés pour le GPD a montré qu’à statuts azotés équivalents, la quantité de PANUprécoce est sujette à des effets génétiques qui tendent à confirmer l’impact de la variabilité génétique de satiété en azote sur l’établissement du GPD.Ces travaux ont permis de proposer des marqueurs du GPD potentiellement valorisables en sélection. Au niveau physiologique, la croissance des tiges après floraison se présente comme un marqueur prometteur du GPD car ce trait est fortement corrélé à la PANUprécoce. Au niveau moléculaire, la concentration en nitrates des racines, également soumise à des effets génétiques, est proposée comme marqueur potentiel du fait de son rôle probable dans la régulation expressionnelle des gènes impliqués dans l’absorption et l’assimilation d’azote
Grain protein concentration is one of the major qualitative criteria of bread wheat (Triticum aestivum L.) economic and technological value. However, the negative relationship existing between protein concentration and grain yield implies that grain protein concentration improvement is complex to achieve without detrimental effect on grain yield. Breeding programs based on the deviation to this negative relationship (Grain protein deviation of GPD) have been proposed to be a suitable strategy to improve grain nitrogen concentration without detrimental effects on yield. At a physiological level, GPD is strongly correlated with genotypes aptitude to uptake nitrogen after flowering independently of the nitrogen amount already taken up before this stage, suggesting that satiety for nitrogen could be involved in its establishment. Breeding for GPD implies however a more detailed knowledge of the processes implied in nitrogen uptake regulation by nitrogen plant satiety. This would allow targeting traits both simple to measure and robustly associated with this increased capacity to accumulate proteins in grains.The present study is based on two experiments carried on under controlled conditions and a third led under field conditions. In all experiments, various levels of pre-flowering fertilization were applied in order to obtain contrasted plant nitrogen status at flowering. Nitrogen status effect on post-flowering nitrogen uptake was observed under various post-flowering N availability conditions. Physiological and molecular measurements were carried out in parallel with uptake measurements.We highlighted that post-flowering nitrogen uptake has an elaborate dynamic, suggesting the involvement of complex regulations. Among these, plant nitrogen status at flowering determines to a great extent the amount of nitrogen taken up during the days following flowering (early PANU, from flowering to flowering +250 °C.days-1). Early PANU appears to be a strong determinant of grain protein concentration, as strong positive correlations were observed between these two traits both under controlled conditions and field conditions, independently of grain yield level. The study of two genotypes strongly contrasted for GPD highlighted that, despite comparable N status, early PANU is subjected to strong genetic variations which tend to identify N satiety as a determinant of GPD.The present study identified robust markers of GPD of potential use in plant breeding. At a physiological level, post flowering stem elongation appears to be a promising marker of GPD since this trait is strongly correlated with early PANU. At a molecular level, root nitrate concentration, a trait submitted to genetic variations, is also proposed as a marker of GPD because of its role in the expression regulation of the genes governing nitrogen uptake and assimilation

La mise au point d'un protocole d'extraction et d'analyses des complexes proteiques natifs du ble tendre par hplc de tamisage moleculaire sur colonne tsk 4000 sw, permet de definir quatre fractions. De composition heterogene, elles contiennent d'autant plus de sous-unites glutenine hmw que le poids moleculaire des complexes est eleve. Des mouvements de formation et de dissociation des complexes proteiques sont mis en evidence lors de modifications physiologiques (maturation du grain) ou technologiques (mouture, petrissage, formation du gluten). La proportion de complexes proteiques de haut poids moleculaire est reliee de maniere significative a la force boulangere. L'independance des resultats vis-a-vis du lieu de culture, l'automatisation et l'information du procede permettent d'envisager une utilisation en selection

Notre objectif consiste à identifier les causes de variation des différents termes de l'équation d'efficience de l'engrais (by = Po + CAU. X) afin d'en améliorer la prévision pour le calcul de la fertilisation azotée du blé d'hiver. Pour les besoins en azote, nos résultats montrent l'importance de l'objectif de rendement prévisionnel, dont les variations sont expliquées par les caractéristiques des sols et du climat. Les besoins en azote par unité de production (b en kg N/quintal de grain) varient en fonction des variétés et des années. Le ratio B (azote absorbe/matière sèche des parties aériennes) est beaucoup plus stable que b. Sa valeur est d'environ 1,7 kg N,q de matière sèche. Le test de différents modèles pour prévoir la valeur du terme po (azote absorbe en l'absence de fertilisation) montre que l'élément déterminant est la teneur en azote organique du sol. L’utilisation de modèles de minéralisation dynamique (azodyn) permet d'améliorer la prévision des quantités d'azote minéral présentes dans le sol à la récolte. Pour le coefficient apparent d'utilisation de l'azote (CAU) nos résultats montrent que le facteur principal est la vitesse de croissance instantanée du peuplement au moment de l'apport d'azote. L’utilisation de l'isotope 15 N montre que le coefficient réel d'utilisation (CRU) est déterminé par la rapidité d'absorption par la culture après la fertilisation. Les quantités organisées sont stables et indépendantes du fonctionnement du peuplement. Les quantités d'azote minéral de l'engrais dans le sol à la récolte sont nulles, le défaut de bilan étant du a des pertes par voies gazeuses.

La transition agroécologique vise la triple performance agronomique, écologique et sociétale des exploitations agricoles. Un certain nombre de pratiques agricoles permet d’envisager la construction et le développement de systèmes de culture répondant à ces contraintes. Les légumineuses, par leur capacité à fixer l’azote atmosphérique, sont une alternative intéressante aux intrants azotés. Outre l’absence de fertilisation lors de leur culture, elles fournissent de l’azote à la culture suivante. Il existe cependant un manque de références sur certaines légumineuses à graines et notamment la culture du pois d’hiver. En effet, si des données acquises dans différentes régions françaises sont disponibles, aucune référence n’a été publiée pour la Normandie où la culture du pois d’hiver connaît un récent regain d’intérêt. Cette thèse propose d’évaluer, sur une période de deux ans, l’effet du remplacement du colza par le pois d’hiver en tête de rotation en réalisant une analyse comparative de ces deux successions (pois d’hiver-blé et colza-blé). L’objectif était d’évaluer l’effet de ce changement de tête de rotation (pois d’hiver vs colza) sur l’état biologique du sol et les flux d’azote à différentes échelles spatiotemporelles. Les résultats ont révélé une forte variabilité spatio-temporelle dans la réponse des communautés microbiennes du sol, et mis en évidence l’importance du contexte pédoclimatique dans le déterminisme de l’abondance et de l’activité des communautés microbiennes du sol. Ils ont montré par ailleurs, l’effet positif du pois d’hiver sur la disponibilité de l’azote minéral au cours du cycle cultural et pour les cultures suivantes, ici le blé puis l’orge. Les apports d’azote minéral dans le sol lié à la contribution des parties racinaires via la rhizodéposition et à la dégradation des résidus de culture après récolte ont été évalués au cours de ce travail de thèse. En effet, si la rhizodéposition s’est révélée plus importante sous pois d’hiver, elle n’a pas eu d’impact significatif sur les communautés microbiennes rhizosphériques. Contrairement à ces observations, la dégradation des résidus de culture a significativement modifié la composition des communautés bactériennes en lien avec leur composition biochimique initiale. La succession culturale incluant le pois a enrichi le sol en azote minéral mais des risques de perte d’azote par lixiviation de l’ordre de 23 kg N. ha-1 ont été estimés. Ces constats soulignent l’importance d’adapter la conduite des systèmes de culture incluant le pois d’hiver, en limitant les pertes d’azote par lixiviation et en maximisant son utilisation par les cultures suivantes. Les résultats de ces travaux ont confirmé la diminution des quantités d’engrais azoté utilisées dans la succession contenant le pois, sans préjudice de productivité, ni pour le pois, ni pour la culture suivante, ici, le blé. Finalement, introduire le pois d’hiver dans la rotation de culture en région Normandie, semble permettre de répondre à la problématique d’augmentation du coût des intrants, et aux enjeux de transition agroécologique et d’autonomie protéique régionale
The agroecological transition targets triple agronomic, ecological, and societal performance of farms. Some new agricultural practices had emerged to develop a new cropping system to respond to these constraints. Legumes constitute an interesting alternative. Indeed, legumes are advantageous for soils due to their symbiotic relationship with nitrogen-fixing bacteria. The presence of compatible rhizobia combined to nitrogen-limited conditions promotes symbiosis which is the most efficient way for legumes to acquire more nitrogen. Compared with non-nodulated plants, symbiosis provides a competitive advantage by increasing soil nitrogen pool. However, some grain legumes, notably winter pea, are rarely studied, especially in the Normandy region where no reference has been published for this crop. The objective of this study is to compare two crop successions for a period of two years (winter pea-wheat and rapeseed-wheat), in order to assess the effect of replacing rapeseed by winter pea at the head of the rotation .We evaluated the effect of these two crops (winter pea vs rapeseed) on the biological state of the soil and nitrogen fluxes at different spatio-temporal scales. The results showed a significant spatio-temporal effect on the response of soil microbial communities and highlighted the importance of the pedoclimatic context in determining the abundance and activity of soil microbial communities. A positive effect of winter pea has been demonstrated on the availability of mineral nitrogen during the crop cycle and for following crops (wheat and barley). The supply of nitrogen to the soil is linked to the rhizodeposition of nitrogen via plants roots and the degradation of crop residues after harvest. Our results showed that winter pea exhibited the greatest amount of nitrogen rhizodeposition. However, rhizodeposition did not have a significant impact on rhizospheric microbial communities. Contrary to these observations, the degradation of crop residues significantly modified the composition of bacterial communities linked to their initial biochemical composition. Crop succession including winter pea enriched the soil with mineral nitrogen but simulation with STICS software revealed a nitrogen leaching around of 23 kg N. ha-1 during the cropping cycle. These findings underline the importance of adapting an adequate crop management system, including winter pea, to limit nitrogen losses. The results showed also that wheat yields after winter pea without the use of nitrogen fertilizers were equivalent to those obtained after rapeseed. However, rapeseed required significant nitrogen fertilization. Including winter pea in crop rotation in Normandy region may be a key to enhance productivity, to respond to the challenges of agroecological transition, regional protein autonomy, and to reduce environmental and economic costs, by reducing notably, the costs of fertilizers production and uses