Les peuplements mixtes (formés à la fois de feuillus et de conifères) font partie de la dynamique naturelle de la forêt boréale québécoise. Toutefois, les pratiques forestières au Québec ont eu comme conséquences de séparer les essences incluses dans ces peuplements. Hors, de récentes études suggèrent que la gestion forestière des peuplements mixtes pourrait procurer des avantages tant économiques, qu'écologiques. Cependant, nous connaissons encore mal la dynamique naturelle menant à la formation de peuplements mixtes d'essences pionnières telles que le peuplier et le pin gris et encore moins les conséquences qu'une telle mixité peut avoir sur les propriétés physico-chimiques et biologiques du sol. Cette thèse de doctorat a, comme principal objectif, de mieux comprendre les causes et les conséquences souterraines de la mixité forestière entre le peuplier faux-tremble et le pin gris dans la forêt boréale abitibienne. En premier lieu j'évalue l'hypothèse que la fertilité du matériau parental détermine l'occurrence des peuplements mixtes de peuplier et de pin gris. Un recensement des peuplements mixtes dans le nord-ouest de l'Abitibi ainsi qu'une expérience contrôlant la fertilité du sol ont permis de confirmer cette hypothèse. En ce sens, les peuplements mixtes de peuplier et de pin gris sont exclusifs aux dépôts argileux plus riches que les dépôts sableux tels le till. En second lieu, j'évalue les conséquences de la mixité forestière sur les propriétés édaphiques, notamment, la composition et la stabilité des communautés microbiennes du sol. Ainsi, je suppose que la plus grande diversité végétale des peuplements mixtes favorise la stabilité de la biomasse des communautés microbiennes qui y sont associées. J'ai donc mesuré trois indices de stabilité de la biomasse microbienne soient : la résistance, la résilience et la tolérance. Mes résultats indiquent dans un premier temps que les communautés microbiennes des peuplements mixtes sont plus résistantes que celles des peuplements purs et, dans un deuxième temps, que la tolérance des communautés microbiennes des peuplements mixtes est assurée dans une plus grande diversité de conditions par opposition aux communautés microbiennes provenant des peuplements purs. Quant à la résilience, cet indice était plus fortement déterminé par la fertilité du matériau parental que par la composition végétale. En troisième et dernier lieu, j'explore les conséquences souterraines de frontières abruptes entre les peuplements purs de peuplier et de pin gris. Même si dans de tels cas, il n'y a pas de mixité forestière, je présente des évidences que de tels écotones constituent des écosystèmes uniques en ce qui a trait à leurs propriétés souterraines et que le peuplier, par la dispersion de sa litière, possède une plus forte influence que le pin gris sur ces propriétés, notamment, la composition des communautés microbiennes. Les résultats et les conclusions découlant de ce projet de doctorat permettront, dans un premier temps de mieux comprendre la dynamique naturelle de la forêt boréale, et dans un second temps, de comprendre les conséquences souterraines de l'hétérogénéité du paysage de la forêt boréale. Finalement, ces résultats pourraient justifier le développement de pratiques sylvicoles préservant la diversité du paysage forestier québécois.

L’anthropisation est la principale source de perturbations dans les grottes, et dans la grotte de Lascaux cela a entrainé la prolifération de microorganismes et des altérations de paroi menaçant sa conservation. L’objectif de cette thèse était de mieux comprendre l’écologie des microorganismes colonisant la grotte de Lascaux, en identifiant sa communauté microbienne à différentes échelles spatio-temporelles, de caractériser les facteurs qui structurent cette communauté et d’en étudier la dynamique fonctionnelle en utilisant le séquençage à haut débit d’acides nucléiques, une nouvelle approche à Lascaux. Une comparaison à l’échelle régionale de différentes grottes de Dordogne, plus ou moins anthropisées a été réalisée, puis à une échelle locale avec l’étude de salles de Lascaux, le Passage pour évaluer le rôle des substrats minéraux, et l’Abside qui présente deux types d’altérations (taches noires et zones sombres). Nos résultats montrent que les grottes anthropisées (dont Lascaux) ont des communautés microbiennes particulières. Le substrat minéral structure davantage la communauté du Passage que la présence de taches. Dans l’Abside, bien que les zones sombres soient visuellement différentes des taches noires, les communautés microbiennes présentent des similarités fortes, et notamment le rôle des interactions entre les collemboles, les champignons noirs et des bactéries. Enfin, les profils métatranscriptomiques diffèrent en fonction des salles et de la présence de taches. Ce projet a permis de caractériser l’écologie de la communauté microbienne de Lascaux et permet de mieux comprendre le fonctionnement microbien de la grotte / Anthropisation is the main source of disturbance in the caves, and in the cave of Lascaux it has led to the proliferation of microorganisms and alterations of the wall threatening its conservation.The objective of this thesis was to better understand the ecology of microorganisms colonizing the cave of Lascaux, by identifying its microbial community at different spatio-temporal scales, to characterize the factors that structure this community and to study its functional dynamics in using high throughput sequencing of nucleic acids, a new approach to Lascaux.A regional comparison of different Dordogne caves, more or less anthropised was carried out, then at a local scale with the study of Lascaux rooms, the Passage to evaluate the role of mineral substrates, and the Apse which presents two types of alterations (black spots and dark areas).Our results show that anthropogenic caves (including Lascaux) have particular microbial communities. The mineral substrate structures the Passage community more than the presence of spots. In the Apse, although dark areas are visually different from black spots, microbial communities show strong similarities, including the role of interactions between collembolans, black fungi, and bacteria. Finally, the metatranscriptomic profiles differ according to the rooms and the presence of spots.This project has made it possible to characterize the ecology of the Lascaux microbial community and to better understand the microbial functioning of the cave

La qualité de présentation d'une pomme de terre de consommation, Solanum tuberosum L., commercialisée en produit frais est devenue une exigence et un enjeu économique significatif dans les relations commerciales. Compte tenu du mode de reproduction par voie végétative de cette espèce, ces exigences sont également imposées au tubercule de semence. Organe de réserve et de propagation, le tubercule est produit sous terre, ce qui l'expose aux microorganismes telluriques et le rend potentiellement porteur d'altérations superficielles dont l'origine n'est pas encore clairement identifiée pour certaines d'entre elles. L'objectif de ce travail est de recenser et de caractériser ces altérations superficielles du tubercule et d'en déterminer les causes. Après l'établissement d'une nomenclature et d'une classification consensuelles des défauts observables sur tubercule, deux hypothèses ont été formulées et testées: (1) les défauts sont d'origine pathogène et/ou (2) ils résultent d'une réponse de la plante à des stress environnementaux. L'évaluation de la première hypothèse a mené à l'identification d'une grande diversité de microorganismes vivant à la surface des tubercules altérés. Leur pouvoir pathogène a été testé par une série de tests biologiques. Ceux-ci ont permis de reproduire les défauts sur des tubercules néoformés et de vérifier les postulats de Koch pour le champignon Rhizoctonia solani responsable de la formation de sclérotes. Pour bon nombre d'autres défauts visuels, aucune relation claire entre un microorganisme et une altération n'a pu être établie. Une étude de la structure des communautés microbiennes de la géocaulosphère de tubercules, altérés ou non, a démontré que les communautés fongiques et bactériennes se comportaient selon des dynamiques différentes au cours de la culture et en fonction de l'état sanitaire du tubercule de semence mais aucune relation de causalité n'a pu être mise en évidence. Il a par contre été noté une augmentation de la population de R. solani autour des tubercules altérés. La diversité des isolats d'origine française et européenne associés aux altérations des tubercules a donc été caractérisée. Elle révèle l'existence de relations phylogénétiques indépendantes de l'origine géographique et du cultivar hôte et suggère l'existence de d'événements génétiques fréquents et d'un brassage génétique entre les populations de R. solani. Le test de la seconde hypothèse a consisté à rechercher une implication potentielle de différents facteurs abiotiques dans la formation des altérations superficielles. L'analyse d'une enquête menée auprès d'agriculteurs a mis en évidence l'implication du pH, de certaines pratiques culturales, de la sensibilité de cultivars et de conditions météorologiques particulières dans l'occurrence de certains défauts. Ce travail a permis de clarifier la nomenclature des altérations, de confirmer l'implication de R. solani dans l'apparition de certaines d'entre elles et d'envisager de nouvelles hypothèses quant à la formation de défauts suite à une réponse de la plante à un stress environnemental. Ainsi, une voie a été ouverte vers la résolution de la problématique posée par toute une filière professionnelle, responsable de la mise en marché d'un produit frais de grande consommation, et répondant aux exigences du marché en matière de présentation, qualité culinaire et, mode de production respectueux de l'environnement.

Les biofilms constituent un mode de vie microbien extrêmement répandu, aussi bien en milieu naturel que dans les environnements anthropisés. Dans ce dernier cas, les structures morphologique et microbiologique du biofilm vont conditionner son impact sur le système, que cet impact lui soit bénéfique ou préjudiciable. L'objectif de cette thèse est d'approfondir notre connaissance des phénomènes de structuration du biofilm afin, à terme, d'optimiser les performances de procédé. Afin de représenter au mieux les conditions industrielles, des régimes d'écoulement turbulents et des consortia microbiens complexes ont été utilisés. Une première partie se focalise sur l'impact des forces de cisaillement sur l'adhésion microbienne. Les résultats démontrent un changement progressif de la flore bactérienne fixée et de sa distribution spatiale. Dans un second temps, le projet s'est intéressé aux étapes de développement du biofilm et ont permis d'identifier un effet mémoire du biofilm mature. Il s'agit d'une conservation des structures morphologique et microbiologique au cours du temps en dépit d'un changement de régime hydrodynamique. Enfin la dernière partie a consisté en la mise au point d'une méthode de quantification des prédateurs mobiles dans les biofilms. Ces prédateurs participent à la structuration du biofilm et leur quantification peut s'avérer utile dans le contexte de l'épuration des eaux. / Biofilms are a biological mode of life widely spread in both natural and engineered environments. In the last case, whether the biofilm is beneficial or detrimental for the process under consideration, both morphology and microbial community of the biofilm determine its impact. The objective of this thesis is to deepen our knowledge of biofilm structuring and, as a further goal, optimize a given process. Turbulent flows and multi-species consortia were used in order to better mimic industrial conditions. The first part of the project focused on the impact of shear stress on microbial adhesion. Results have demonstrated a gradual shift in bacterial communities with shear and a change in the spatial distribution of adhered microorganisms. Secondly, the work dealt with biofilm development. A memory effect, defined as the conservation of initial morphological and microbiological features despite a change in the environmental conditions, has been observed. Finally, a method for quantification of moving predators in mature biofilms has been developed. These predators actively shape the biofilm and their quantification is valuable, especially for wastewater treatment.

L'augmentation de la dégradation des sols et ses conséquences sur les services écosystémiques nécessite le développement de stratégies de restauration de ces sols. La constitution de Technosols, résultant de l’assemblage de sols pollués et de déchet industriels, est une approche innovatrice pouvant à la fois permettre de restaurer les sols et de recycler des sous-produits industriels. Des études récentes ont mis en évidence que les Technosols pouvaient assurer des services écosystémiques tels que la production primaire. Toutefois, notre connaissances des autres services écosystémiques rendus par les Technosols tels que les cycles biogéochimiques est limitée. En raison de la contribution significative des communautés microbiennes aux cycles biogéochimiques dans les sols, l’objectif de ce travail de thèse était l’effet du type de Technosol sur les communautés microbiennes et plus particulièrement les communautés fonctionnelles impliquées dans le cycle de l’azote. Dans ce contexte, (i) la densité et la diversité de la communauté bactérienne totale, (ii) la densité de la communauté crenarchéenne ainsi que (iii) la densité et les activités des communautés nitrifiante et dénitrifiante ont été étudiées dans deux types de Technosols différents. Les résultats obtenus montrent que la diversité et la composition de la communauté bactérienne des deux Technosols n'étaient pas significativement différentes entre elles, et similaires à celles de ‘sols naturels’, les Proteobacteria étant le phylum dominant (50-80%). La densité de la communauté bactérienne oxydant l’ammonium était non seulement plus importante que celle des crenarcheae qui oxyde l’ammonium, mais est également corrélée avec l'activité potentielle de nitrification suggérant ainsi que les bactéries sont responsables de l’oxydation de l’ammonium dans les Technosols. La densité des dénitrifiants et de la communauté oxydant l’ammonium sont du même ordre de grandeur que celles observées dans les sols agricoles. L’analyse de la distribution de l'activité et de la densité des communautés nitrifiante et dénitrifiante dans les différents horizons des Technosols montre un effet négatif de la profondeur, cet effet étant plus marqué que l’effet du type de Technosol étudié. Les propriétés physico-chimiques des Technosols et la densité de la communauté bactérienne oxydant l’ammonium sont corrélés à l'activité de nitrification alors que l'activité de dénitrification était contrôlée principalement par les propriétés physico-chimiques des Technosols, et dans une moindre mesure par la densité de la communauté dénitrifiant possédant le gène nirS. L'estimation de la stabilité fonctionnelle du processus de dénitrification vis-à-vis de périodes stress hydrique et thermique a montré que les Technosols présentaient une plus haute résistance et une meilleure résilience que des sols remédiés par traitement thermique uniquement. Ce travail souligne le potentiel des Technosols à assurer les services écosystémiques tels que le cycle de l’azote, ainsi que leur forte capacité à résister et à se remettre de stress environnementaux. Tout ceci semble donc indiquer que la construction de Technosols est une technologie prometteuse qui pourrait permettre la restauration de friches industrielles et le recyclage des déchets industriels / Increasing soil degradation and its consequences on overall ecosystem services urge for restoration strategies. Construction of Technosols through assemblage of treated soil and industrial wastes is an innovative technology for the restoration of polluted land and re-use of industrial by-products. Recent studies have evidenced that Technosols could support ecosystemic services such as primary production but the knowledge about other soil functions, such as biogeochemical cycling, is limited. Due to the significant contribution of microbial communities to soil functioning, this PhD work was carried out to study the effect of the type of Technosol on microbial communities with a focus on functional guilds involved in N cycling. For this purpose, the abundance and diversity of the total bacterial community and the abundance of crenarchaeal community together with the abundance and activities of the nitrifying and denitrifying communities were investigated in two types of Technosols. Results demonstrated that diversity and composition of the bacterial community were similar to ‘natural soils’ and were not significantly different between the two Technosols with Proteobacteria being the dominant phylum (50-80%). The bacterial ammonia oxidizers were greater in number than crenarchaeal ammonia oxidizers but also correlated to the potential nitrification activity suggesting that bacteria are the dominant ammonia oxidizers in Technosols. The abundance of both the ammonia oxidizers and the denitrifiers were in the same range than that observed in other soil systems. Analyses of the vertical distribution of the activity and abundance of N-cycling communities in the Technosols showed a significant depth-effect, which was more important than the Technosol type-effect. Technosols physicochemical properties and the abundance of the bacterial ammonia oxidizers were the main drivers of the nitrification activity whereas the denitrification activity was controlled mainly by the Technosols physicochemical properties and, to a minor extent, by the abundances of the nirS denitrifiers. The estimation of the functional stability of the denitrification process against the heat-drought stresses revealed that Technosol exhibited the high resistance and resilience in comparison to the thermally treated soil. This work highlighted the potential of constructed Technosols to ensure the N cycling ecosystem services, along with a high capacity to resist and recover from environmental stresses, suggesting that construction of Technosols is a promising technology and a solution for the restoration of industrial wastelands and waste recycling

Un grand nombre d'espèces microbiennes, issues d'environnements divers et présentant une large gamme de métabolismes différents, peuvent produire de l'hydrogène par voie fermentaire. Jusqu'à présent, les études ont principalement porté sur l'utilisation de cultures microbiennes pures, voire génétiquement modifiées, en vue d'optimiser la production de biohydrogène à partir de sucres simples ou peu complexes. Les efforts de recherche portent désormais sur l'utilisation de cultures microbiennes mixtes pour produire du biohydrogène à partir de sources organiques plus complexes issus par exemple du traitement de la biomasse. Toutefois, la présence de voies métaboliques alternatives tout comme l'instabilité du processus biologique constitue des verrous scientifiques et techniques qu'il conviendra de lever pour une application potentielle. Ceci nécessite entre autre une meilleur connaissance des interactions bactériennes et donc métaboliques présentent au sein du consortium.Pour cela, nous avons développé une approche innovante et pluridisciplinaire d'ingénierie écologique qui consiste en la conception, la construction et l'étude d'un consortium microbien synthétique afin d'établir les paramètres régissant les réseaux d'interactions métaboliques avec pour objectif d'optimiser la production d'hydrogène. Dans un premier temps nous avons choisit d'étudier les réseaux d'interactions métaboliques entre deux souches modèles connues comme partie prenante d'un consortium bactérien naturel, une bactérie du genre Clostridie et une du genre Desulfovibrio, la première étant productrice d'hydrogène par fermentation / Numerous microorganisms can produce hydrogen by “dark fermentation”. Isolated from various environments, they present a broad range of different metabolisms. Until now, literature reports have mainly dealt with the use of pure microbial cultures producing biohydrogen from simple sugars, such as glucose and sucrose. More recently, studies on biohydrogen production by mixed cultures from complex organic sources have been developed. Even though biohydrogen productivities and conversion yields can be interesting for industrial purposes, several scientific and technical constraints remain to be addressed. In particular, the presence of alternative metabolic ways of hydrogen consumption generally results in chronic instability of the biological processes. To increase the stability and the efficiency of dark fermentative processes, it is now necessary to acquire a better understanding of the metabolic interaction networks existing between producing and consuming microorganisms.We have developed an innovative and multidisciplinary approach to ecological engineering, which consists of the construction and study of synthetic microbial consortia to establish the metabolic networks existing between microorganisms for further optimization of biohydrogen production. First we have studied the networks of metabolic interactions between two bacterial models known as involved in a natural bacterial consortium: a bacterium from Clostridium genus; Clostridium acetobutylicum and one from Desulfovibrio genus, Desulfovibrio vulgaris Hildenborough. The first one being producing of hydrogen by fermentation of complex sugars and the second

Le zooplancton est un important fournisseur de composés bioréactifs pour les bactéries par l’excrétion. Cependant, l'interaction entre le zooplancton et la boucle microbienne est mal comprise. Sur la base d'une approche expérimentale, nous déterminons le rôle du zooplancton dans le recyclage de N et du P dans la région d'upwelling du chili et dans le pacifique sud tropical occidental (WTSP). Le DON est le principal produit d’excrétion dans des conditions automne/hiver, et l'ammonium et la DOP au printemps/été dans le centre-sud du chili. En automne/hiver, l'ammonium a été rapidement consomme par la communauté microbienne coïncida avec une augmentation des copies de transcription d'archaeal et bactéries ammonium oxydatrices, alors qu'une communauté microbienne différente, probablement hétérotrophique, a réagi a l’entrée d'azote par excrétion par des copépodes nourris avec une fraction de taille réduite. Au cours du printemps/ete, un changement dans la composition de la communaute bacterienne active a été associe a la réponse du phylum bactérien opportuniste Proteobacteria et Bacteroidetes. Dans le WTSP, les copépodes contribués d'ammonium, de DON et de DOP. L'excrétion de copépodes peut améliorer le processus de reminéralisation et moduler la composition de la communauté bactérienne active, caractérisée par des changements dans Alteromonadales et SAR11. Nous concluons que l'azote et le phosphore excrétés par copépodes peuvent être utilises directement par des communautés microbiennes, y compris des nitrifiants, fournissant de N reminéralisé pour soutenir la production nouvelle et régénérée dans l'océan supérieur des différents écosystèmes marins. / Zooplankton are important suppliers of bioreactive compounds for marine bacteria through fecal pellet production, sloppy feeding and excretion of dissolved compounds. However, the interaction between zooplankton metabolism and microbial loop is poorly understand. Based on experimental approach we determine the role of zooplankton in the recycling of N and P in the central/southern Chile and in western tropical south pacific (WTSP). DON was the main excretion product under autumn/winter conditions, and ammonium and DOP in spring/summer in central/southern Chile. in the autumn/winter ammonium was rapidly consumed by microbial community and this consumption coincided with increased archaea and bacteria ammonia-oxidizing amoA transcript copies in copepods fed with the larger-sized fraction, whereas a different microbial community, probably heterotrophic, reacted to the input by copepods fed with the smaller-sized fraction. During spring/summer a shift in the composition of active bacterial community was associated with the response of common-opportunistic seawater surface phyla, Proteobacteria and Bacteroidetes. In the WTSP, copepods contributed elevated levels of ammonium, DON and DOP. Copepod excretion can enhance the remineralization process and reshape the composition of the active bacterial community, characterized by shifts in Alteromonadales and SAR11. We concluded that N and P excreted by copepods can be used directly by microbial community, including nitrifying ones, providing significant remineralized N for sustaining new and regenerated production in the upper ocean of different marine ecosystems.

Les communautés microbiennes sont des acteurs majeurs du fonctionnement biologique du sol à travers notamment leur implication dans les transformations des cycles biogéochimiques (C, N, P…). Dans les agro-écosystèmes, la diversité de ces communautés est régulièrement modifiée par des perturbations liées aux pratiques agricoles et la question des conséquences de ces modifications pour le maintien du fonctionnement biologique et des fonctionnalités des systèmes agricoles est aujourd’hui centrale. Si le rôle de la diversité biologique pour le fonctionnement des écosystèmes a été bien étudié chez les macro-organismes, et notamment les plantes ; la relation biodiversité/activité est encore très mal connue pour les microorganismes du sol. Pourtant, dans la mouvance agroécologique actuelle, cette connaissance est nécessaire pour définir de nouvelles pratiques culturales intégrant une gestion de la diversité microbienne pour une utilisation durable des agrosystèmes. Dans ce travail, l’objectif général était de tester l’importance de la diversité pour la stabilité (résistance/résilience) et l’activité des communautés microbiennes (bactéries et champignons) impliquées dans les transformations de la matière organique dans le sol, une fonction déterminante pour la fertilité des sols, la qualité de l’environnement et les changements globaux. D’un point de vue expérimental, nos questions ont été abordées par le couplage d’expérimentations au laboratoire avec des échantillonnages réalisés au terrain. Dans un premier travail basé sur une manipulation de la diversité au laboratoire, nous avons montré que la stabilité de la structure et de l’activité des communautés en réponse à différentes perturbations est positivement liée à la diversité microbienne (i.e. nombre d’espèces). Ce lien a ensuite été validé par une expérimentation basée sur un échantillonnage de terrain qui nous a permis de démontrer (i) que la diversité microbiennes peut être modulée (augmentée ou diminuée) en fonction de l’intensité d’usage des sols, et (ii) que la minéralisation de la matière organique est plus intense dans les sols présentant les plus hauts niveaux de diversité. Enfin, dans le cadre d’une expérimentation réalisée au terrain (SOERE-ACBB, Lusignan), nous avons montré que la réponse des communautés de bactéries et de champignons à un apport de résidus de blé, en termes de successions de populations et d’activité de minéralisation de la matière organique, dépend de l’historique cultural du sol. Ces travaux apportent de nouvelles connaissances sur l’importance de la diversité microbienne (richesse, composition) pour la stabilité et l’activité des communautés impliquées dans les transformations de la matière organique dans le sol. Ils montrent également que la modulation de la diversité des communautés microbiennes du sol par les pratiques agricoles, présentes ou passées, peut affecter significativement le turnover de la MOS. / Soil microbial communities act as important agents of the biological soil functioning, particularly through their involvements in the transformations of biogeochemical cycles (C, N, P…). In agro-ecosystems, the diversity of these communities is affected by perturbations associated to agricultural practices, and the significance of these modifications in terms of preservation of biological functioning and sustainability of agricultural systems has emerged as a central issue in the environmental sciences. Whereas the role of biodiversity has been well studied for macroorganisms, in particular for plants; the biodiversity/activity relationship is still largely unknown for soil microorganisms. However, in the current agro-ecological movement, this knowledge is needed to define new agricultural practices including a best management of microbial diversity for the sustainable use of agro-ecosystems. In this context, the objective of this Phd was to test the significance of microbial diversity for the stability (resistance/resilience) and the activity of microbial community (bacteria and fungi) involved in the turnover of soil organic matter, a major function for soil fertility, environment quality and global changes. From an experimental point of view, these issues were addressed by coupling laboratory with field experiments. In a first work, by manipulating microbial diversity in laboratory condition, we have shown that the stability of both microbial genetic structure and activity in response to different perturbations is positively linked to microbial diversity (i.e. number of species). This link was then validated by a sampling based on a field experiment that allowed us to demonstrate that (i) the soil microbial diversity can be modulated (increased or decreased) depending the intensity of land use management, and (ii) the mineralization of organic matter is more intense in the soil with the highest level of diversity. Finally, thanks to an experiment carried out in the field (SOERE-ACBB, Lusignan), we showed that the response of bacterial and fungal communities to wheat residues supply in terms of successions of microbial populations and activities of organic matter mineralization depends on the soil management history. These works provide new insights into the significance of microbial diversity (richness, composition) for the stability and the activity of communities involved in the soil organic matter turnover. They also suggest that the modulation of the diversity of soil microbial communities by agricultural practices, past or present, can significantly affect the turnover of soil organic matter.

Le phosphore (P) est un nutriment majeur qui est souvent limitant pour la croissance des plantes dans les agro-écosystèmes mais le caractère non renouvelable des réserves en roches phosphatées rend urgente la nécessité de trouver une alternative aux fertilisants phosphatés et de mieux utiliser les ressources en P du sol. Dans ce contexte, l'objectif de ma thèse était d'élucider l'implication de processus rhizosphériques déterminant la disponibilité de P du sol dans des cultures associées céréale/légumineuse, et in fine l'acquisition de P par ces associations. Nous avons fait l'hypothèse que la facilitation de l'acquisition de P dans rhizosphère de ces cultures associées était la conséquence de processus microbiens, en lien avec des changements du carbone (C), de l'azote (N) et du P de la biomasse microbienne, ou de l'abondance de certains groupes microbiens spécifiques. Ma stratégie de recherche s'est donc focalisée sur les modifications de CNP de la biomasse microbienne et des communautés de microorganismes dans la rhizosphère de cultures associées relativement aux cultures pures correspondantes. Les effets de la fertilisation en P ou N et des modifications de pH en résultant en lien avec la fixation de N2 ont aussi été étudiés, à la fois au champ et en conditions contrôlées en microcosme de type rhizobox. Le blé dur et différentes espèces de légumineuses à graines ont été cultivées seules ou associées dans deux types de sols présentant des historiques de fertilisation différents. Dans une première expérience au champ avec un sol calcaire Méditerranéen présentant une forte disponibilité en P, nous avons montré que les cultures associées céréale/légumineuse pouvaient faciliter le recyclage de P en augmentant la biomasse microbienne et en modifiant sa stoechiométrie CNP dans la rhizosphère. Dans une seconde expérience au champ dans un essai de fertilisation P de longue durée, nous avons mis en évidence qu'une culture associée céréale/légumineuse pouvait augmenter le P de la biomasse microbienne à bas niveau de disponibilité en P et modifier les groupes microbiens susceptibles d'être impliqués dans le recyclage de P du sol. Enfin, nous avons conduit une expérience en rhizobox en conditions contrôlées avec le sol de cet essai de longue durée dans laquelle nous avons manipulé la disponibilité du nitrate, en vue d'évaluer les interactions des processus mentionnés plus haut et les modifications de pH induites par les racines dans la rhizosphère. En comparant la culture associée et les cultures pures correspondantes, nous avons obtenu des différences significatives de pH, de disponibilité en P, de CNP de la biomasse microbienne et de communautés de microorganismes dans la rhizosphère. Bien que ces modifications aient concerné un groupe de bactéries productrices de phytase, les relations causales entre les effets observés n'ont pu être établies. Une meilleure connaissance de tels processus devrait dans le futur nous permettre de définir des cultures associées performantes pour l'acquisition de P. / Phosphorus (P) is a major nutrient that is often limiting plant growth in agroecosystems but phosphate rocks being a finite resource, there is an urgent need to find alternatives to P fertilizers and to better use soil P resources. In this context, the aim of my thesis was to elucidate the implication of rhizosphere processes determining the availability of soil P in cereal/legume intercropping systems, and ultimately the acquisition of P by these intercrops. We hypothesized that the facilitation of P acquisition in the rhizosphere in such intercrops was the consequence of microbially mediated processes, as evidenced by shifts of microbial biomass carbon (C), nitrogen (N) and P, or of specific microbial groups. Thus, my research strategy focused on root-induced changes of microbial biomass CNP and community in the rhizosphere of intercrops relative to the same crops grown alone. The effects of P or N fertilization and consequent pH changes as related to N2-fixation were also investigated, either in field experiments or in the controlled conditions of rhizobox microcosms. Durum wheat and different grain legume species were grown as sole crops and intercropped on two types of soils with different fertilization histories. In a first field trial in a calcareous, Mediterranean soil with high P availability, we demonstrated that cereal-legumes intercrops could be used to facilitate P cycling through increasing the microbial biomass and altering its CNP stoichiometry in the rhizosphere. In a second field experiment in a long term P fertilizer trial, we evidenced that a cereal-legume intercrop could increase the microbial biomass P at low P availability and modify microbial groups possibly involved in soil P cycling. Finally, we designed a rhizobox experiment in controlled conditions with soils of this long term trial where we manipulated nitrate availability, in order to assess the interactions of the above-mentioned processes with root-induced pH changes in the rhizosphere. When comparing intercrops and sole crops, we obtained significant differences of soil pH, P availability and microbial biomass CNP and community in the rhizosphere. Although such changes concerned phytase-producing bacteria, the causal relationships between the observed effects still need to be established. A better knowledge of such processes shall help designing more P-efficient intercropping systems in the future.

En Europe, le bois est la première source d’énergie renouvelable. La transition énergétique se traduit par une intensification de l’exploitation des forêts. L’effet de ces pratiques sylvicoles sur les communautés microbiennes du sol est encore peu étudié. Au cours de ma thèse, j’ai évalué les conséquences d’une manipulation artificielle de matière organique en forêt tempérée sur la diversité fonctionnelle et taxonomique des communautés bactériennes et fongiques telluriques dans six sites expérimentaux (réseau expérimental MOS). Parallèlement, une caractérisation fonctionnelle des communautés microbiennes a également été réalisée dans un contexte proche des réalités de l’intensification des pratiques sylvicoles sous climat tropical en plantation d’Eucalyptus. Si certains descripteurs fonctionnels de la dégradation de la matière organique sont particulièrement informatifs, les activités microbiennes de dégradation de la chitine, polymère azoté des arthropodes et champignons, sont apparues très sensibles au retrait de matière organique. C’est pourquoi, par des approches de génomiques comparatives, nous avons cherché à estimer le potentiel chitinolytique des différentes guildes fongiques des sols. En conditions contrôlées, nous avons ensuite quantifié les capacités potentielles de mobilisation et de transfert du carbone et de l’azote, à partir d’une matière organique microbienne riche en chitine, par un champignon ectomycorhizien en symbiose avec son hôte. Enfin, la généricité des fonctions chitinolytiques d’un plus large spectre d’espèces fongiques ectomycorhiziennes a été évaluée par le couplage d’approches enzymatiques et isotopiques. L’ensemble de nos résultats met en lumière le rôle significatif des champignons ectomycorhiziens dans la mobilisation du carbone et de l’azote à partir de certaines formes de matière organique, et la nécessité de prendre en compte le compartiment microbien dans les études d’impact des pratiques sylvicoles / One of the main usages of wood in Europe is renewable energy supply that implies intensification of forest management to respond to this increasing demand. However, the impact of intense forestry practices on soil microbial communities remains poorly investigated. In the frame of my PhD thesis, I evaluated effects of artificial organic matter removal on functional and taxonomical diversity of soil bacterial and fungal communities in temperate forest, using six experimental sites across France (INRA MOS experimental network). In parallel, I also characterised impact of intensified forest management practices on functional microbial communities in tropical plantation of Eucalyptus trees. This work permitted to identify several sensitive functional indicators of organic matter degradation. Notably, the degradation of chitin – a nitrogen polymer main component of arthropods and fungal cell walls – was revealed to be particularly sensitive to organic matter removal. Genomics and enzymatic approaches were then used to estimate chitinolytic potentials of the different genera of soil fungi. In controlled conditions, we were able to quantify ectomycorrhizal fungus carbon and nitrogen mobilisation and transfer capacities from chitin enriched organic matter to its host during symbiotic interaction. Finally, we evaluated chitinolytic functions of ectomycorrhizal fungi at large scale by combining enzymatic and isotopic approaches. Taken together, the results acquired in the frame of my PhD thesis, illustrate the significant role of ectomycorrhizal fungi in carbon and nitrogen mobilisation from organic matter. We particularly highlight that microbial compartment in soil must be considered in studies of forest management practices