Depuis la seconde moitié du XXème siècle, l'utilisation massive des engrais desynthèse a contribué à l'augmentation des rendements mais aussi à l'accumulation d'élémentsminéraux dans les systèmes agricoles. La limitation de cette accumulation passe par unmeilleur recyclage des éléments minéraux déjà présents dans les systèmes agricoles.L'agriculture biologique, qui interdit le recours aux engrais de synthèse, peut être considéréecomme un prototype d'agriculture à même d'améliorer ce recyclage. L'objectif de cette thèse a été d'identifier les stratégies mises en place par les agriculteurs biologiques pour s'approvisionner en éléments minéraux. Cet objectif a été décliné en sous-objectifs qui ont été(i) d'identifier les pratiques d'approvisionnement en fertilisants et aliments des agriculteursbiologiques, (ii) d'en comprendre les déterminants et (iii) d'évaluer la performance de ces pratiques vis-à-vis du recyclage de l'azote, du phosphore et du potassium. Pour ce faire, 63exploitations biologiques ont été enquêtées afin de recueillir des données concernant la natureet la quantité des matières échangées, ainsi que les fournisseurs et les collecteurs en relation avec ces exploitations. Afin d'étudier l'influence du contexte local, les enquêtes ont été menées dans trois régions agricoles sélectionnées en fonction de leur degré de spécialisation (productions végétales, productions animales et mixte). L'intensité du recyclagelocal a été évaluée grâce à deux indicateurs : l'autonomie, définie comme le ratio entre laquantité d'éléments minéraux provenant d'échanges entre exploitations et la quantité totale d'éléments minéraux entrant dans les exploitations biologiques de la région, et le degré de bouclage des cycles, défini comme la proportion d'éléments minéraux passant au moins deux fois par la même exploitation au sein de la région étudiée. Un premier niveau d'analyse, àl'échelle de l'exploitation, a mis en évidence les déterminants de l'approvisionnement en éléments minéraux des exploitations biologiques. Il a montré que les exploitations biologiques spécialisées dans les productions végétales importaient des quantités importantes defertilisants organiques en provenance de l'agriculture conventionnelle. Un second niveau d'analyse, à l'échelle régionale, a montré que la proximité entre des exploitations agricoles spécialisées dans les productions végétales et d'autres spécialisées dans les productions animales favorisait les échanges entre ces exploitations. Ces échanges permettaient d'améliorer l'autonomie locale même si le degré de bouclage des cycles restait faible. Enfin, une approche par modélisation a permis de quantifier la fraction du phosphore des produits biologiques qui dérive des engrais de synthèse, notamment suite aux échanges entre lesexploitations biologiques et conventionnelles. Plus de deux tiers du phosphore composant les productions biologiques étaient du phosphore initialement issu d'apports d'engrais de synthèse. Les résultats obtenus dans cette thèse ont permis de discuter des forme d'organisation des systèmes agricoles à même d'améliorer le recyclage des éléments minéraux, mais aussi des possibilités de développement de l'agriculture biologique.

Depuis la seconde moitié du XXème siècle, l'utilisation massive des engrais desynthèse a contribué à l’augmentation des rendements mais aussi à l’accumulation d’élémentsminéraux dans les systèmes agricoles. La limitation de cette accumulation passe par unmeilleur recyclage des éléments minéraux déjà présents dans les systèmes agricoles.L'agriculture biologique, qui interdit le recours aux engrais de synthèse, peut être considéréecomme un prototype d’agriculture à même d’améliorer ce recyclage. L’objectif de cette thèse a été d’identifier les stratégies mises en place par les agriculteurs biologiques pour s’approvisionner en éléments minéraux. Cet objectif a été décliné en sous-objectifs qui ont été(i) d’identifier les pratiques d’approvisionnement en fertilisants et aliments des agriculteursbiologiques, (ii) d’en comprendre les déterminants et (iii) d’évaluer la performance de ces pratiques vis-à-vis du recyclage de l’azote, du phosphore et du potassium. Pour ce faire, 63exploitations biologiques ont été enquêtées afin de recueillir des données concernant la natureet la quantité des matières échangées, ainsi que les fournisseurs et les collecteurs en relation avec ces exploitations. Afin d’étudier l’influence du contexte local, les enquêtes ont été menées dans trois régions agricoles sélectionnées en fonction de leur degré de spécialisation (productions végétales, productions animales et mixte). L’intensité du recyclagelocal a été évaluée grâce à deux indicateurs : l’autonomie, définie comme le ratio entre laquantité d’éléments minéraux provenant d’échanges entre exploitations et la quantité totale d’éléments minéraux entrant dans les exploitations biologiques de la région, et le degré de bouclage des cycles, défini comme la proportion d'éléments minéraux passant au moins deux fois par la même exploitation au sein de la région étudiée. Un premier niveau d’analyse, àl’échelle de l’exploitation, a mis en évidence les déterminants de l’approvisionnement en éléments minéraux des exploitations biologiques. Il a montré que les exploitations biologiques spécialisées dans les productions végétales importaient des quantités importantes defertilisants organiques en provenance de l’agriculture conventionnelle. Un second niveau d’analyse, à l’échelle régionale, a montré que la proximité entre des exploitations agricoles spécialisées dans les productions végétales et d’autres spécialisées dans les productions animales favorisait les échanges entre ces exploitations. Ces échanges permettaient d’améliorer l’autonomie locale même si le degré de bouclage des cycles restait faible. Enfin, une approche par modélisation a permis de quantifier la fraction du phosphore des produits biologiques qui dérive des engrais de synthèse, notamment suite aux échanges entre lesexploitations biologiques et conventionnelles. Plus de deux tiers du phosphore composant les productions biologiques étaient du phosphore initialement issu d’apports d’engrais de synthèse. Les résultats obtenus dans cette thèse ont permis de discuter des forme d’organisation des systèmes agricoles à même d’améliorer le recyclage des éléments minéraux, mais aussi des possibilités de développement de l’agriculture biologique. / From the second half of the 20th century, massive application of artificial fertilisersworldwide has contributed to crop yield increases but also to accumulation of nutrients inagricultural systems. Preventing such accumulation is possible through better nutrientrecycling within agrosystems. Organic farming bans artificial fertilisers and may beconsidered as prototype of agriculture that recycles nutrients efficiently. The objective of thisPhD was to identify the strategies of organic farmers to source nutrients. This objective hasbeen broken down into three tasks: (i) identification of the fertilising materials and feedsinputs of organic farms, (ii) identification of the determinants of these inputs and (iii)assessment of their efficiency in recycling nitrogen, phosphorus and potassium. This workwas based on interviews with 63 organic farmers about their inputs and outputs (nature andamounts of trade products, type of suppliers and collectors). In order to account for theimportance of the local context, the interviews were conducted in three French agriculturaldistricts defined by their farming specialisation: these districts were specialised either in cropproduction or animal production or were kept mixed. Local nutrient recycling has beenassessed through two indicators: the autonomy was defined as the ratio between the amount ofnutrients coming from exchanges among farms and the sum of inputs to the organic farms ofthe district. The cycling index was defined as the proportion of nutrients flowing at least twicethrough the same farm. The analysis was implemented at two different scales. At farm scale,the analysis focused on the nutrient supply of organic farms. Results showed that arableorganic farms imported large amounts of organic fertilising materials from conventionalfarming. At regional scale, results showed that the proximity between arable and animal farmsfostered exchanges among farms. These exchanges increased local autonomy. However, evenfor the mixed district, the cycling index remained low. Finally, a modelling approachquantified the fraction of phosphorus in organic products that derived from artificialfertilisers. Results showed that more than two-thirds of phosphorus composing these productsderived from artificial fertilisers. These results may help to design farming systems thatenhance nutrient recycling and to discuss the possibility of organic farming development.

Dans les écosystèmes forestiers pauvres en nutriments, les minéraux du sol constituent la principale source de nutriments inorganiques nécessaires à leur bon fonctionnement. Néanmoins ces nutriments ne sont pas directement accessibles aux racines des arbres. C'est l'action conjointe de facteurs abiotiques, comme le pH ou la circulation de l'eau, et biotiques comme les racines ou les microorganismes du sol dont les bactéries, qui vont conduire à l'altération de ces minéraux. A ce jour, nos connaissances sur les communautés bactériennes impliquées dans le processus d'altération et leur distribution dans des sols forestiers restent limitées, notamment à des habitats tels que la rhizosphère et la mycorhizosphère. Les objectifs de cette thèse étaient de caractériser les communautés bactériennes colonisant les minéraux du sol et leur aptitude à altérer les minéraux et enfin d'identifier les gènes bactériens impliqués. La combinaison d'approches cultivable, non cultivable et de biogéochimie sur des minéraux enterrés pendant 4 ans dans un sol forestier, a démontré que leur surface était colonisée par des communautés bactériennes spécifiques, capables d'altérer les minéraux et présentant des capacités métaboliques limitées, suggérant que ce support pourrait être considéré comme un habitat : la minéralosphère. La relation minéral/bactéries a été testée in situ via un amendement minéral sur une plantation et a mis en évidence l'impact de la disponibilité en nutriments sur la structuration des communautés bactériennes capables d'altérer les minéraux. L'étude génétique réalisée sur la souche modèle PML1(12) a révélé l'implication de plusieurs mécanismes dans la fonction altération / In nutrient-poor forest ecosystems, minerals are the main source of inorganic nutrients for the long lasting functioning of the forests. However, these nutrients are not directly accessible to the tree roots. It is the joined action of abiotic factors, such as pH and water circulation, and biotic factors such as tree roots and soil microorganisms, and notably bacteria, which leads to the solubilisation of these minerals. To date, our knowledge of the bacterial communities involved in the mineral weathering process and their distribution in forest soils is very limited and remains restricted to habitats such as the rhizosphere and mycorrhizosphere. The goals of this PhD thesis were to characterise the mineral associated bacterial communities, their ability to weather minerals and finally to identify the bacterial genes involved in the mineral weathering process. The combination of geochemical, cultivation-dependent and -independent approaches applied on minerals grounded in a forest soil during 4 years, revealed that the mineral associated bacterial communities were specific, able to weather minerals and had restricted metabolic abilities. These results suggest that minerals could be considered as a true ecological habitat: the mineralosphere. The mineral/bacteria relationship was tested in situ through a mineral amendment applied on a small-scale plantation, which has highlighted that the nutrient availability impacted the functional structure of the mineral weathering bacterial communities. At least, random mutagenesis applied on a model mineral weathering bacterial strain revealed that its mineral weathering ability resulted from several molecular mechanisms