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  1. Thèses proposées
  2. Déterminants agronomiques et pédoclimatiques contrôlant les flux de C,N,P dissous : analyse sur deux observatoires lysimétriques en France (EFELE) et au Canada (Saint-Augustin)

Thèses proposées

Géosciences Rennes propose des sujets de thèses au sein de l'Ecole doctorale EGAAL de l'Université Bretagne Loire.
A consulter ici sur le site Ma thèse en Bretagne
 

Déterminants agronomiques et pédoclimatiques contrôlant les flux de C,N,P dissous : analyse sur deux observatoires lysimétriques en France (EFELE) et au Canada (Saint-Augustin)

Contexte socio-économique et scientifique :
Plusieurs leviers peuvent être mis en oeuvre pour gérer plus durablement les cycles biogéochimiques dans le cadre de la transition agro-écologique. Dans un contexte de polyculture élevage, ces leviers sont principalement i) l’amélioration du recyclage des nutriments azote (N) et phosphore (P) par une meilleure valorisation agronomique des produits résiduaires organiques (PRO), ii) l’implantation de couverts intermédiaires multiservices pour réduire la lixiviation des nitrates, stocker le carbone (C), limiter l’érosion, et réduire l’utilisation d’herbicides, et iii) la modification du travail du sol (travail superficiel ou simplifié) permettant de diminuer l’utilisation des énergies fossiles. La méthanisation est également un levier pour une valorisation énergétique des PRO et pour diminuer l’impact de l’agriculture sur les changements climatiques. Le recyclage de produits transformés, compost ou digestats de méthanisation, améliore les propriétés physiques des sols à court et long terme. Par contre l’effet des apports de ces PRO sur les pertes en carbone organique dissous (COD) et P dissous (Pdiss) est peu documenté et reste un verrou scientifique important en système de polyculture élevage, bien que ces éléments jouent un rôle déterminant dans les processus d’eutrophisation et le transport de polluants et impactent la santé des écosystèmes aquatiques continentaux et littoraux (Bol et al., 2018). Les résultats de ce projet contribueront à donner des références pour l’évaluation du service écosystémique de la qualité de l’eau. Mais ils pourront également être valorisés pour évaluer le stockage de carbone dans les horizons profonds des sols. En effet, des transferts de COD en profondeur mais qui ne rejoignent pas la nappe peuvent être évalués positivement car ils contribuent au stockage de carbone dans les sols et augmente le service de régulation du climat.

Hypothèses et questions scientifiques :
Deux hypothèses sont posées : i) le traitement des produits résiduaires organique par compostage et méthanisation modifient la composition biogéochimique des matières organiques dissoutes et peut favoriser le stockage du C dans les horizons profonds, ii) les couverts d’interculture et le travail du sol modifient significativement les rapports stoechiométriques C,N,P dans la solution du sol. Pour répondre à ces hypothèses de travail, nous utiliserons les deux observatoires lysimétriques long terme d’EFELE (SOERE PRO, Le Rheu, France) et de St Augustin (Québec) mis en place respectivement en 2012 et 2009 qui disposent de séries de données. La démarche sera d’étudier les déterminants agronomiques et climatiques (forçage climatiques locaux) de i) la variabilité interannuelle des flux dissous, ii) la variabilité intra-annuelle des flux et concentrations du COD, NO3, PO4 et des rapports entre les éléments C, N, P en solution à deux profondeurs (40 et 90 cm).

Principales étapes de la thèse et démarche :
La thèse est structurée en quatre étapes (ces étapes incluent la rédaction des articles scientifiques) :
1) Analyse des données acquises sur l’observatoire en France pour étudier l’effet des couverts végétaux, du travail du sol, du type et du traitement des PRO (10 mois)
2) Caractérisation de la composition des matières organiques dissoutes des PRO et des MOD lixiviées sur des modalités choisies à l’issue de l’étape 1 ; (6 mois)
3) Analyse des données du dispositif canadien et caractérisation des déterminants pédoclimatiques et agronomiques (apport de PRO) des flux CNP (8 mois) et caractérisation de la composition des MOD du dispositif canadien. Le (la) doctorant(e) réalisera une mobilité au Canada, de trois mois, pendant la deuxième année.
4) Elaboration d’un cadre conceptuel, contribution à la paramétrisation du module P sous Stics. (8 mois)
Approches méthodologiques et techniques envisagées (4-6 lignes)
Les deux dispositifs d’EFELE et de St Augustin (Québec) présentent une forte complémentarité pour l’étude des flux CNP : i) le sol est limoneux, les types de PRO sont similaires, minéral, lisier et fumier, ii) les conditions sont contrastées pour l’étude de l’effet des facteurs abiotiques (température, humidité) sur les flux. Cela se traduit par des dynamiques de lixiviation des éléments très différentes, dans des contextes culturaux contrastés (synchronisme des pertes avec les apports de PRO et le développement des cultures à St Augustin, vs des pertes asynchrones sur EFELE). La composition moléculaire des MOD sera étudiée par thermochimiolyse couplée à un chromatographe en phase gazeuse et un spectromètre de masse pour déterminer les empreintes chimiques des MOD. Cette méthode permet l’identification d’une centaine de molécules cibles appartenant aux familles des lignines et tannins (origine végétale), des polysaccharides (origine végétale et microbienne), des cutines et subérines (origine végétale) et des acides gras phospholipidiques (origine microbienne). L’étude de la biogéochimie des MOD via cette méthode est un savoir-faire reconnu développé à Géosciences Rennes. Les MOD ont été caractérisées par des méthodes spectrophotométriques (UV et fluorescence 3D) depuis 2012. Ces mesures, en complément de test de biodégradabilité, contribueront à évaluer la réactivité des matières organiques dissoutes.

Compétences scientifiques et techniques requises pour le candidat :
Le (la) candidat(e) sera issu(e) d’une formation en biogéochimie, sciences du sol, chimie analytique, chimie de l’environnement ou géosciences

mots-clés : sol, produit résiduaire organique, qualité eau, stockage carbone, couplage des cycles biogéochimiques.

Unité d’accueil : Géosciences Rennes – UMR6118
Directeur de thèse : Gruau Gérard
Co-directeur/co-encadrant de thèse 1  : Jardé Emilie
Adresse mail : emilie.jarde@univ-rennes1.fr ou tél : 02 23 23 56 20
Co-encadrant de thèse 2 (le cas échéant) : Jaffrezic Anne
Personne à contacter : Emilie Jardé