Les pratiques de l’agriculture biologique favorisent la biodiversité et la santé du sol. Mais entreprendre une transition vers l’agriculture biologique est une étape cruciale pour une entreprise agricole, cette période amenant souvent une baisse des rendements. Les objectifs du projet sont d’évaluer l’effet de différents itinéraires agronomiques sur le stockage de carbone dans le sol et sur la santé du sol, ainsi que sur les performances agronomiques des cultures lors des deuxième et troisième années de la période de transition biologique en grandes cultures. Les quatre itinéraires agronomiques comparés sont des systèmes avec un labour printanier (A), un labour d’automne (B), un labour d’automne sans fumier (C) ou un travail du sol minimum (D). Les itinéraires n’ont pas eu d’effet sur la résistance à la pénétration du sol, la stabilité des agrégats, la protéine du sol et la respiration du sol. La concentration et le stock de carbone en surface (0-15 cm) étaient similaires entre les itinéraires mais supérieurs dans D par rapport à C dans la couche 15-30 cm. La période de transition de trois ans n’a pas été suffisante pour influencer la santé des sols avec les quatre itinéraires testés. En 2017, le rendement en orge était plus élevé avec l’itinéraire B que le A, mais non différent de l’itinéraire D. Pour le maïs-grain (Zea mays L.) en 2018, l’itinéraire D a entraîné le rendement le plus faible alors que les rendements étaient similaires pour A, B et C. Les cultures de couverture enfouies pour les itinéraires A, B et C, et l’application de fumier pour les itinéraires A et B ont bénéficié au maïs-grain, par rapport à l’itinéraire D. À la troisième année (2019) de la transition biologique, les itinéraires agronomiques n’ont pas eu d’effet sur le rendement de soya (Glycine max (L.) Merr.), culture moins exigeante en azote. / Organic farming practices promote biodiversity and soil health. But undertaking a transition to organic farming is a crucial step for a farm, this period often leading to lower yields. The objectives of the project were to assess the effect of different management systems on soil carbon storage and soil health, as well as on the agronomic performance of crops in the second and third years of the transition to organic farming in field crops. The four agronomic management systems tested consisted of spring plowing (A), fall plowing (B), fall plowing without manure (C) or minimum tillage (D). The management systems had no effect on resistance to soil penetration, stability of aggregates, protein and soil respiration. Carbon concentration and stock at the soil surface (0-15 cm) were similar between the systems but higher in D compared to C in the 15-30 cm layer. The three-year transition period was not sufficient to influence soil health with the four management systems tested. In 2017, the barley yield was higher with the management system B than with the A, but not different from D. For grain corn in 2018, management system D resulted in the lowest yield while the yields were similar for A, B and C. Grain corn benefited from cover crops (management systems A, B and C) and the application of manure (A and B), compared to D. In the third year (2019) of the organic transition, agronomic management systems had no effect on the yield of soybeans, a crop requiring less nitrogen.

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

Les lombriciens remplissent, dans les agrosystèmes, de nombreux services, importants pour la production et le bon fonctionnement du sol. Cependant, on manque de connaissances sur la manière dont les facteurs jouent, au champ, sur la densité et la diversité spécifique. Cela rend difficile la prévision des effets des pratiques sur la macrofaune du sol et la mise au point de systèmes de culture en Agriculture Biologique, favorables aux populations de vers endogés.L'objectif de cette thèse était d'analyser, au champ, les variations au cours de l'année de l'abondance des lombriciens dans le contexte de l'Agriculture Biologique du Bassin Parisien. Nous nous sommes tout particulièrement interessés au cas des espèces endogées dont nous avons suivi les abondances dans 5 parcelles pendant 2 ans (2009 et 2010). L'analyse de ces données (et de la littérature scientifique) nous a amené à proposer un modèle simulant la dynamique des populations de vers de l'espèce la plus fréquemment rencontrée sur ces parcelles, A. Caliginosa. Ce modèle est basé sur celui de C. Pelosi (Pelosi et al., 2008).L'analyse des données de suivi des populations a montré qu'il existait un schéma général décrivant l'évolution annuelle de l'abondance (i.e. la densité de vers endogés actifs dans la couche 0-30 cm) de ces parcelles labourées et cultivées en céréales. Ce schéma général est caractérisé par une première phase de décroissance (ou de stabilité) en fin de printemps, suivie d'une période estivale pendant laquelle la population est stable, avant d'augmenter à nouveau à l'automne, pour atteindre un niveau maximal supérieur à celui de l'entrée de l'été. Enfin, l'hiver, l'abondance chute à nouveau. Ce travail, qui confirme les données générales de la littérature sur les endogés, a cependant montré que par rapport à ce schéma il existait d'importantes variations d'une année sur l'autre, entre A. caliginosa et A. rosea et en fonction des parcelles. Les causes de ces variations, complexes, sont discutées dans cette thèse.Parmi ces causes, le travail du sol, et tout particulièrement le labour, joue un rôle important. Cela nous a amené à mettre en place un essai, sur deux des parcelles du suivi, pour étudier les effets de cette opération sur la dynamique des populations des deux espèces endogées citées ci-dessus. Les résultats obtenus suggèrent que les effets du labour sont variables en fonction de l'espèce considérée. A. caliginosa s'est révélée plus sensible qu'A. rosea, dont les abondances n'ont pas été systématiquement affectées. Celles d'A. caliginosa ont été réduites, juste après le labour en 2009, avec un certain retard (deux mois environ) après cette opération. Ces résultats soulignent ainsi la nécessité d'étudier l'effet des techniques culturales à travers leur impact sur la dynamique des populations (et non sur le niveau d'abondance moyen).La troisième partie de notre travail a été consacrée à l'amélioration du modèle Wormdyn. Nous l'avons tout d'abord adapté au cas de l'espèce A. caliginosa en nous basant sur une étude bibliographique approfondie pour fixer la valeur des paramètres du cycle de vie. Nous avons ensuite introduit une fonction décrivant l'effet de la densité dépendance sur l'abondance. Le modèle a correctement simulé le niveau moyen des abondances mesurées dans les parcelles suivies, malgré une tendance générale à la surestimation des effectifs lorsque les conditions du milieu sont favorables. L'ajout de la densité dépendance a corrigé partiellement ce biais et ouvre à la prise en compte d'autres facteurs de variation des populations, au premier rang desquels la qualité et la quantité des ressources trophiques. / The earthworms fulfil, in the agroecosystems, many services, crucial for the production and proper functioning of the soil. Therefore, it is necessary to deepen our understanding of the drivers of the changes with time of the density and the specific diversity of earthworms communities. Indeed such a knowledge is necessary to predict the effects of the agricultural practices on soil macrofauna and to design cropping systems in organic farming, beneficial to the earthworm abundance. The purpose of this PhD thesis was to analyse, in agricultural fields, the annual variations of the earthworm abundances in the organic farming context of Northern France. We focused on endogeics species, whose abundance was measured during two years (2009 and 2010) in five cropped fields. A model, simulating the earthworm population dynamics of the most abundant species in our cropped fields, A. caliginosa was parametrised with the data collected in thosse fields (and the bibliography). It was also inspired by Pelosi's model (Pelosi et al., 2008). The analysis of the populations dynamics showed a general scheme describing the annual evolution of the abundance (i.e. active endogeic earthworms in the 0-30 cm layer) of these ploughed fields, cropped with cereals. This scheme is characterized by a four-step evolution. a decrease in the abundance (or a stability) at the end of the spring, followed by a summer period with a stability of the population, before an increase at fall, where the abundance reached a higher level compared to the end of spring. Lastly, in winter, the abundance decreases again. This study, which confirmed the general data given by the literature, revealed also significant variations from one year to the other, between A. caliginosa and A. rosea, and also as a function of the crop field. The causes of these variations are discussed in this PhD thesis. Among the possible causes of these variations, soil tillage, especially ploughing, played an important role. This led us to carry out an experiment to study the effects of this practice on the population dynamics of the two endogeic species mentionned above. The results obtained suggested that the effects of the ploughing was species dependent. A. caliginosa was more sensitive than A. rosea, whose abundances were not systematically affected by the ploughing. Those of A. caliginosa were reduced immediately after ploughing in 2009, with some delay (about two months) after this operation. These results emphasize the necessity to study the effect of the agricultural practices through their impact on population dynamics (and not only through the average level of abundance). The third part of our work was devoted to the improvement of the model Wormdyn. We first adapted the model to the species A. caliginosa based on a literature review to determine the the life cycle parameter values for this species. A function describing the effect of density dependence on the abundance was also introduced in the model. The model correctly simulated the average abundances measured in the cropped fields, despite a general tendency to overestimate the abundances, when environmental conditions are favorable. This was only partially corrected by the addition of the density dependence function. The model has to be improved by the introduction of the effect of other factors, first and foremost the quality and quantity of trophic resources.

Cette thèse analyse à la fois théoriquement et empiriquement certaines des questions qui se posent lors de l'utilisation de politiques environnementales dans le secteur agricole, en situation de commerce. Dans une première partie, l'attention est portée sur la biodiversité des cultures, reconnue pour stabiliser la productivité agricole sous différentes conditions environnementales. Le chapitre II confirme empiriquement cet impact positif en utilisant une large base de données sur l'agriculture sud-africaine. Il montre aussi que la biodiversité peut réduire l'exposition des agriculteurs aux risques de production, en particulier ceux à la baisse. La biodiversité des cultures pourrait donc être partie intégrante de politiques agricoles durables. Néanmoins, les interactions entre les effets de cette biodiversité, les politiques environnementales et le commerce sont complexes. En effet, la spécialisation induite par le commerce s'oppose à la biodiversité en réduisant le nombre d'espèces cultivées. La biodiversité influe positivement sur les niveaux de production, entre autre, en améliorant la résistance aux ravageurs. Pour faire face à des attaques plus fréquentes, les agriculteurs utilisent des pesticides. Mais ces derniers ont des impacts négatifs sur l'environnement et la santé humaine et leur utilisation est donc réglementée. Une politique environnementale concernant les pesticides peut ainsi avoir un aspect stratégique: autoriser l'utilisation de plus de pesticides peut permettre de gagner en compétitivité. Le chapitre III représente ces interactions dans un modèle ricardien de commerce. Il montre que, parce que les effets NIMBY sont plus importants que les impacts stratégiques, la politique environnementale est plus stricte en situation de commerce qu'en autarcie. De ce fait, la volatilité de la production agricole est généralement plus élevée en commerce. Cela pourrait en partie expliquer la volatilité de fond observée sur les marchés agricoles, historiquement plus volatiles que ceux des produits manufacturés. Dans une deuxième partie de la thèse, le chapitre IV illustre les effets de fuite que peuvent engendres des politiques environnementales mises en oeuvre unilatéralement. Un modèle d'équilibre général calculable est utilisé pour quantifier les impacts indirects sur l'environnement à l'échelle mondiale d'un accroissement des surfaces dédiées à l'agriculture biologique en Europe. L'agriculture biologique est connue pour ses bénéfices locaux sur l'environnement mais ses rendements sont inférieurs de 25% en moyenne à ceux de l'agriculture conventionnelle. Nous calibrons les technologies de production de l'agriculture biologique avec des données micro-fondées et trouvons qu'utiliser ces techniques sur 20% des surfaces européennes consacrées au mais, colza, tournesol et blé conduit à un choc de productivité négatif. Ce choc a des conséquences sur les marchés mondiaux et induit des déplacements d'offre et de demande. Les changements d'utilisation des sols résultants sont évalués, ainsi que les changements en termes d'émissions de gaz à effet de serre, d'utilisation d'intrants et de biodiversité. Les effets indirects négatifs sur l'environnement semblent limités, sauf en ce qui concerne les émissions de gaz à effet de serre. En ce qui concerne l'utilisation d'intrants et la biodiversité, les résultats montrent que les effets indirects méritent d'être pris en compte dans les analyses de cycle de vie. Ces résultats ne doivent pas être utilisés pour pointer du doigt l'agriculture biologique, mais ils soulèvent quelques questions, en particulier sur la nécessité d'effectuer des analyses d'impact de façon plus systématique, y compris pour les politiques environnementales, et l'importance de la recherche et développement mais également des politiques publiques pour lever les obstacles techniques et économiques à l'augmentation des rendements en agriculture biologique. / This thesis analyses both theoretically and empirically some of the issues that emerge when applying environmental policies to the agricultural sector in a trade context. In a first part, focus is on crop biodiversity, which is known to maintain agricultural productivity under a large range of environmental conditions. Chapter II empirically confirms this positive impact using a large dataset on South African agriculture. It also shows that biodiversity can reduce the exposure of farmers to production risks and downside risks. At a first glance, crop biodiversity could therefore be integrated in sustainable agricultural policies. Nevertheless, interactions between crop biodiversity effects, environmental policies and trade are complex. Indeed, specialisation induced by trade plays against biodiversity: the composition effect of trade, following comparative advantages, tends to reduce the number of crops cultivated by a given country. One of the mechanisms through which crop biodiversity improves production stability is by participating in the resilience to pests. Then, to face higher pest attacks, farmers use pesticides. But since pesticides harm environment and human health, governments regulate their use. An environmental policy on pesticides can thus have a strategic aspect: allowing the use of more pesticides can lead to gain larger agricultural market shares. Chapter III represents these interactions in a ricardian trade model. It shows that, because not in my backyard effects are larger than strategic impacts, the optimal environmental policy is more stringent under trade than under autarky. Furthermore, because of this stringency, production volatility is generally higher under trade. This could explain part of the background volatility observed on agricultural markets, which have been historically more volatile than those of manufactured products. In a second part of the thesis, chapter IV illustrates the possible leakage effects of environmental policies implemented unilaterally. A computable general equilibrium model is used to quantify the indirect global environmental impacts of a greening of European agriculture through a large shift to organic farming. Organic farming is known for its local environmental benefits, especially on water and soil quality, biodiversity and greenhouse gas emissions. However, organic yields are on average 25% lower than those of conventional farming. We calibrate organic production technologies using micro-level data and find that using organic production techniques on 20% of the European area cultivated with maize, rapeseed, sunflower and wheat results in a large negative productivity shock. This shock affects global markets and induces production and demand displacements, unless the yield gap is reduced. The resulting land use changes are assessed, as well as the corresponding changes in greenhouse gas emissions, chemical inputs use and biodiversity. The negative indirect effects on the environment appear limited compared to the local benefits of adopting greener forms of agriculture in the EU. However, in the case of greenhouse gases, the indirect emissions more than offset the local benefits of organic agriculture. In the case of chemical pollution and biodiversity, results show that indirect effects deserve to be accounted for in life cycle analyses. These findings should not be used to point a finger on organic farming, a large variety of policies and consumption patterns have greater land use change impacts. Nevertheless, they rise some issues, especially on the need for more systematic sustainability assessments, even for environmental polices, the importance of research and development in organic farming to reduce yield gaps and of public policies to help to remove economic factors that could limit the increase of organic yields, such as the relative cost of production factors.

Comment se fabriquent les vocations agrobiologiques ? Si l’émergence, l’institutionnalisation et la transformation de l’agriculture biologique en objet d’action publique laissent à penser qu’un segment professionnel s’autonomise, notre enquête montre que les agriculteurs biologiques ne peuvent entièrement échapper à l’action de la profession et de l’encadrement agricoles ainsi qu’aux systèmes de classement produits par leurs pairs. Derrière l’enjeu technique qui consiste à produire sans intrants de synthèse se jouent en effet des luttes pour définir et contrôler le titre d’agriculteur. Ces luttes se jouent à un niveau institutionnel et interpersonnel et ont pour effet de délimiter les frontières du territoire professionnel. De ce point de vue, la figure de « l’agriculteur professionnel » (pratiquant une agriculture à temps complet, intensive et spécialisée) continue à structurer l’économie morale du groupe professionnel et son segment agrobiologique : la sélection et la hiérarchisation des représentants, des encadrants et des producteurs s’opèrent alors en fonction de leur plus ou moins grand ajustement à cette forme d’agriculture. Dès les années 1950, la sélection des dirigeants agrobiologiques s’opère sur leur acceptation de la division de plus en plus réglée des tâches de représentation, de conception, d’encadrement et de production. C’est ce que nous montrons dans un premier temps à partir de l’analyse des archives de la société Lemaire-Boucher et des archives personnelles de Raoul Lemaire, à la fois producteur, boulanger, entrepreneur, sélectionneur et homme politique. L’homme échoue dans sa croisade morale en faveur de l’agriculture biologique précisément parce qu’il se situe à l’intersection d’espaces occupés par des agents de plus en plus spécialisés. À partir d’entretiens semi-directifs, d’observations directes et d’un questionnaire auprès du personnel scientifique et technique participant au contrôle des vocations agrobiologiques, nous analysons ensuite ce contrôle, qui s’opère à bas bruit et de manière indirecte depuis les années 1980. La focale portée sur le processus d’institutionnalisation du segment et sur les logiques de recrutement et de travail des agents d’encadrement permet de montrer que la sélection des agriculteurs biologiques s’opère d’abord par la sélection de ceux qui les sélectionnent. De ce point de vue, l’émergence d’une nouvelle forme d’agriculture n’entraîne pas mécaniquement l’émergence d’un espace d’encadrement autonome : d’un côté, la construction de l’agriculture biologique comme objet de recherche légitime contribue à isoler les chercheurs des agriculteurs — et donc à renforcer les effets du processus de professionnalisation — ; d’un autre côté, l’institutionnalisation de l’agriculture biologique contribue à la naissance d’un appareil d’encadrement dual reposant sur une division morale du travail, entre des organisations et agents d’encadrement favorisant la reproduction de la figure de l’agriculteur professionnel et d’autres dont l’action consiste à ménager des espaces où l’hétérodoxie reste possible.Le contrôle des vocations agrobiologiques s’opère aussi entre agriculteurs, comme l’analyse la troisième partie, basée sur une enquête à dominante ethnographique en Midi-Pyrénées. Nous y montrons que les coûts d’entrée, de sortie et de maintien en agriculture biologique sont différenciés selon l’origine et la trajectoire sociales des agriculteurs, mais également selon la valeur de leur patrimoine de ressources au sein du groupe professionnel agricole. Tant leurs choix professionnels que leur style de vie sont évalués à l’aune de l’idéal modernisateur et professionnel de l’après-guerre. Dès lors, l’origine agricole, le capital symbolique procuré par le diplôme d’agronome, les ressources d’autochtonie, le capital économique et le patrimoine sont autant de ressources qui permettent à certains agriculteurs biologiques d’être considérés comme de « bons professionnels ». / How does one get into organic farming? Even though it has gained its autonomy as a segment, organic farming is not free from the structural constraints imposed to farmers as an occupational group. To produce food without any pesticides is not only a technical matter. Behind that lies a struggle to define and control who is licensed to be a farmer. This struggle takes place both at an institutional and interpersonal level and revolves around the definition of farming. In that matter, the definition inherited from the “modernisation” period (from the 1950s onwards) still has consequences on the way farmers are selected, on the way extension services work and on the way farmers are represented by professional organisations. Our main aim is therefore to understand the effects of “professional farming” on the way people come to organic farming, practice it and talk about it, and on how it creates social and professional differentiation between organic farmers. First, we consider the effects of this new moral economy on the way organic farmers are represented. By analysing the archives of Raoul Lemaire, one of the first advocate of organic farming in France, we show that his moral crusade to represent small scale farmers – and organic farmers in particular – doesn’t succeed because the personal domination he wants to build his power on tends to be replaced by a less personal and more bureaucratic domination embodied by “la profession” : therefore, organic farming lacks visibility from the very beginning of its existence in France in the end of the 1950s. Then, relying on semi-structured interviews and on a survey, we emphasize that the institutional control of who is allowed to be an organic farmer doesn’t depend entirely on organic organisations. By focusing on the way people are recruited and work in specialised and non-specialised research and extension organisations, we show that the selection of the people who select farmers is paramount in reproducing the definition of the occupational territory inherited from the “modernisers”. Finally, relying on qualitative material (observations and semi-structured interviews mainly), we show that there are multiple ways to get into organic farming but also unequal means to resist to the modernisers’ moral economy: thus, being from a farmer’s background and/or being trained as an agronomist and/or having local social capital tend to differentiate some organic farmers form others. Therefore, the technical and symbolic unification of the farming occupational group that took place after 1945, still has important effects on the way the group, the organic segment and rural areas more generally are socially stratified.

Depuis quelques décennies, le labour, comme mode de travail du sol, tend à diminuer au profit de différents modes de préparation du sol, allant du travail du sol réduit sans retournement jusqu'au semis direct. De tels modes alternatifs de travail du sol méritent une étude approfondie avant leur diffusion en agriculture biologique (AB) car ils peuvent occasionner des problèmes de nutrition des cultures et une dégradation de la structure du sol au cours des premières années de leur application. L'objectif de ce travail a donc été d'étudier à court terme (< 5 ans) les modifications que génèrent l'adoption de différentes techniques de travail du sol en AB sur la structure du sol, la répartition des résidus de culture et des microorganismes au sein du profil cultural, puis d'en évaluer les conséquences sur la minéralisation potentielle du carbone et de l'azote. Pour cela, le travail s'est appuyé sur deux dispositifs agronomiques mis en place l'un sur sol alluvial sableux (Lyon), l'autre sur sol limoneux de Bretagne (Kerguéhennec) pour comparer les effets de quatre modes de travail du sol : labour traditionnel, labour "agronomique", travail réduit et superficiel. Dans chacun de ces sites, des prélèvements ont été réalisés à partir de l'observation des profils culturaux au sein de zones compactées (mottes delta) et non compactées (mottes gamma) à différentes profondeurs correspondant aux limites de travail des outils étudiés. Cette stratégie d'échantillonnage a permis de relier la structure du sol au fonctionnement microbien et de mieux comprendre les facteurs qui gouvernent l'organisation spatiale des microorganismes à une échelle macroscopique et ce, aussi bien d'un point de vue quantitatif (biomasse microbienne, activités de minéralisation) que qualitatif (structure des communautés microbiennes). Ainsi, dès les premières années de différenciation des traitements, la quantité, l'activité mais aussi la structure des communautés microbiennes sont influencées par la profondeur et le mode d'enfouissement des résidus puis, dans les horizons où la quantité de substrat disponible n'est pas limitante, par le tassement du sol généré par chaque technique. La prise en compte de l'hétérogénéité spatiale de la structure du sol permet de préciser l'effet de chaque technique étudiée sur le potentiel de minéralisation du carbone et d'azote des microorganismes. Ainsi, dans les conditions expérimentales de ce travail, il apparaît que l'adoption de techniques de travail du sol réduit ou superficiel ne limite pas le potentiel d'azote minéralisable total (sur l'ensemble de la couche de sol) par rapport au labour au cours des premières années de leur application.

Ce mémoire porte sur la dynamique du mouvement équitable à travers la crise mondiale de 2008 et sur sa capacité de renouvellement dans une conjoncture économique difficile. La mondialisation de l'économie est un phénomène longuement mûri ayant abouti à la mise en place d'un marché mondial porteur de nombreuses inégalités, notamment entre le Nord et le Sud (Braudel, 1985), et structurellement générateur de crises (Petrella, 2007; Pineault, 2011). Afin de remédier aux impacts néfastes de la mondialisation, plusieurs initiatives ont émergé dans le but d'instrumentaliser socialement l'économie. Parmi ces initiatives, le mouvement du commerce équitable propose la mise en place de filières alternatives entre les producteurs du Sud et les consommateurs du Nord. Le mouvement équitable a évolué d'un ensemble diversifié et politisé vers un mouvement dominé par la filière labellisée. La stratégie quantitative, organisée autour du label et de la grande distribution, a sorti le mouvement de la marginalité. Cependant, plusieurs controverses ont émergé à mesure que se renforçait la stratégie quantitative, notamment la reproduction de pratiques associées au commerce conventionnel (Gendron et al., 2009). Nous nous sommes donc demandés si la crise économique de 2008 avait été l'occasion d'un renouvellement des pratiques du commerce équitable ou si la stratégie quantitative en était sortie confortée. Pour étayer notre recherche, nous avons étudié le cas d'une filière de textile biologique et équitable entre la France et l'Inde. Notre collecte de données s'est déroulée en deux temps, soit en 2006 et en 2010, et repose sur la rédaction d'un journal ethnographique, issu d'une observation directe et d'une collecte documentaire, et d'un ensemble d'entrevues réalisées avec les principaux acteurs de la filière. Il ressort de nos résultats que la stratégie quantitative de commerce équitable a été confortée au cours de la crise économique de 2008. Nous avons établi que la crise économique avait eu des impacts différenciés de part et d'autre de la filière étudiée du fait de l'investissement d'acteurs de la grande distribution au sein du secteur textile équitable. Nous concluons que, en faisant preuve d'une certaine inertie au cours de la crise économique, le mouvement équitable a peut-être manqué une opportunité unique de revisiter son projet et ses pratiques afin de proposer une réponse adaptée aux nouveaux défis de la mondialisation. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Commerce équitable, Mondialisation, Crise économique, Textile

L'agriculture biologique connaît un essor important en France, comme dans la plupart des pays européens. De profondes mutations traversent ce secteur, et de nouveaux modèles de production et de développement apparaissent. Cette thèse se propose d'analyser ces transformations au niveau de l'exploitation agricole, dans le cadre des sciences de gestion, par le biais de la notion de durabilité (en référence à celle de développement durable). L'étude porte sur un échantillon de 74 exploitations de la région Midi-Pyrénées représentant différentes productions. Une première approche apprécie la durabilité de façon synchronique à l'aide d'indicateurs quantitatifs, pour les dimensions agro-écologique, économique et socio-territoriale. Elle fait état de la diversité des formes de durabilité, en lien principalement avec les logiques de fonctionnement des exploitations. Une deuxième approche aborde la durabilité en tant que processus de changement, d'adaptation et d'innovation, par une étude qualitative des trajectoires d'exploitations et des modes de pilotage. Ces études de cas montrent la diversité des trajectoires d'évolution de la durabilité. En dernier lieu, l'analyse met l'accent sur la dimension émergente et incrémentale des dynamiques collectives d'amélioration de la durabilité.

Les champignons endomycorhiziens arbusculaires (MA) forment des relations symbiotiques avec la majorité des espèces végétales terrestres. Leur rôle écologique dans la productivité et la stabilité des agrosystèmes sont connus depuis de nombreuses années. Plusieurs études ont montré que ces symbiotes augmentent la croissance végétale et la résistance des plantes aux stress biotiques et abiotiques. Malgré le potentiel avéré de la symbiose MA pour augmenter durablement la productivité des agrosystèmes dans le cadre d’une agriculture à faibles apports d’intrants, cette biotechnologie est encore sous exploitée. Ce constat résulte essentiellement de difficultés techniques pour produire en quantité un inoculum fongique de qualité et un manque de connaissance concernant les facteurs biologiques régulant la réceptivité des sols à l’inoculation des champignons MA. Les principaux objectifs de ces travaux sont d’optimiser les performances d’un inoculum MA. (1), en associant le champignon MA avec des bactéries PGPR ou MHB. Cette stratégie vise à promouvoir l’établissement et le fonctionnement de la symbiose MA. En effet, ces bactéries bénéfiques aux plantes peuvent augmenter la croissance végétale, directement en fournissant à la plante des composés bénéfique (phytohormone, etc), et indirectement en réduisant ou prévenant les effets délétères de phytopathogènes ou en augmentant l’établissement de la symbiose MA. (2), par la gestion des cultures, notamment par l’association céréales/légumineuses en culture intercalaire. Les légumineuses sont souvent dépendantes des associations symbiotiques avec les champignons MA, et ceux-ci peuvent participer dans la nutrition azotée et phosphatée de la plante. (3), par l’amendement en composé ou organique. Ces amendements peuvent être solubilisés et dégradés par des bactéries et ainsi promouvoir la nutrition végétale sans augmenter la disponibilité de P et N dans le sol. (4), en développant des inocula complexes associant bactéries bénéfiques, champignons MA et amendement, l’ensemble contenu dans un gel d’alginate. / Arbuscular Mycorrhizal fungi (AM) are ubiquitous microorganisms forming symbiotic relationships with the majority of terrestrial plant species. Their ecological functions in the productivity and stability of agroecosystems have been recognized for many years. Many studies have shown that these symbionts improved plant growth and plant resistance to biotic and abiotic stresses. Despite the proven potential of mycorrhizal symbiosis to sustainably improve the productivity of agroecosystems under low input agriculture, this biotechnology is still under exploited. This failure mainly results from technical difficulties to mass-produced fungal inoculum of high quality and a lack of knowledge about the biological factors regulating the soil receptivity of AM inoculation. The main objectives of our studies are to optimize the performance of an AM fungal inoculum. (1), by combining the AM fungus with Plant Growth Promoting Rhizobacteria, or Mycorrhizal Helper Bacteria. This strategy aims to promote the establishment and the functioning of the mycorrhizal symbiosis. Indeed, this plant beneficial bacteria may affect plant growth through two different pathways, directly by providing to the plant some beneficial compounds (i.e. phytohormones, etc), indirectly, by reducing or preventing the deleterious effects of phytopathogens or by improving the establishment of the mycorrhizal symbiosis. (2), by plant management with the association of cereal/leguminous in intercropping. Leguminous are often dependent of AM association and AM fungi may participate to promote N and P plant uptake. (3), by amendment of mineral or organic compounds. These amendments can be degraded slowly by bacteria and promote plant nutrition without increase P and N soil availability. (4), by development of complex inocula associating beneficial bacteria, AM fungi and amendment, based on the entrapment of these inocula in alginate gels

Cette thèse étudie le mouvement de la Nouvelle Reconstruction Rurale (NRR) sous l'angle du développement durable, en prenant l'exemple concret du village de Sancha, une communauté rurale de la province du Guangxi en Chine. Initié en 2003, la NRR est un réseau national de projets de développement qui réunit des intellectuels, des étudiants et des organisations dont l'objectif estd'expérimenter différents modèles de développement agricole et rural en Chine. Comme alternative à l'industrialisation agricole, la NRR favorise la coopération entre les petits agriculteurs, le savoir-faire local et l'agro-écologie pour le développement durable de l'agriculture. Afin de comprendre ses caractéristiques institutionnelles, son fonctionnement et son impact, nous avons mené une enquête dans le village de Sancha pour collecter des données sur les comportements socio-économiques de petits exploitants agricoles, et proposé trois études de cas sur la NRR. Nos analyses empiriques suggèrent que la NRR a promu le développement de l'agriculture biologique dans le village. Les activités sociales sont efficaces pour la construction du réseau social via lequell'agriculture biologique a été diffusée rapidement. Néanmoins, sans la formation technique suffisante et continue, les paysans récemment convertis à l'agriculture biologique tendent à sur-utiliser l'azote et perdent leur avantage environnemental dans la riziculture. Pour améliorer la performance des petits paysans, l'apprentissage participatif social paraît utile mais limité car les petits agriculteurs sont plutôt tirés par la performance économique que par la protection environnementale. De ces résultats, nous recommandons un partenariat Etat-société civile qui combine les services d'extension agricole du gouvernement et la reconstruction rurale ascendante pour l'objectif commun d'une agriculture durable en Chine. / This doctoral thesis studies the New Rural Reconstruction (NRR) movement from a sustainable development perspective, through a concrete case of Sancha village, a rural community in China's Guangxi province. Initiated in 2003, the NRR is a grassroots network of development projects which unites intellectuals, students and organizations to experiment with different models of agricultural and rural development in China. As an alternative to agricultural industrialization, the NRR favors the cooperation of smallholder farmers, local knowledge and agro-ecology for sustainable agricultural development. In order to understand the NRR's institutional characteristics, functioning and impact, we conducted a survey in Sancha village to collect data on smallholder farmers' socio-economic behavior and performed three in-depth NRR case studies. Our empirical analysis suggests that the NRR has promoted the development of organic farming in the village. Social activities are cost-effective for social network building where organic farming is diffused rapidly. Nevertheless, without sufficient, ongoing technical training, farmers newly converted to organic farming tend to overuse nitrogen and lose their environmental advantage in rice production. To improve the performance of smallholder farmers, participatory social learning appears useful but limited because smallholder farmers are interested in economic performance rather than environmental protection. On basis of these results, we recommend a state-civil society partnership which combines the government's agricultural extension services and bottom-up rural reconstruction for the commonobjective of sustainable agriculture in China.