La laitue est l’un des cinq légumes les plus consommés au Canada et le plus cultivé au Québec. Des 3400 hectares de laitue produite au Canada, environ 80% sont cultivés dans les sols organiques du Sud du Québec, soit 2800 ha. L’industrie de la laitue au Québec fait face à un problème grandissant qui la rend vulnérable. En effet, la concentration de cette culture, dans une seule région, augmente les risques d’interruption de l’approvisionnement causés par des événements météorologiques défavorables, principalement les températures élevées, la canicule, les pluies abondantes, etc., ce qui entraîne des problèmes comme la brûlure de la pointe, la montaison, la nervation brune et des pourritures. Cette recherche vise à développer une culture durable de laitue de transformation en sol minéral dans l’Est du Québec. Pour ce faire, trois traitements de fertilisation azotée ont été établis à quatre dates de transplantation en 2011 et à trois dates de transplantation en 2012. En 2011, nous avons comparé deux types de laitue : la romaine (var. Green Tower ) et la pommée (var. Estival ). La laitue romaine a été récoltée pour le cœur et pour la rosette. En 2012, deux cultivars de laitue romaine (Green Tower et Sunbelt) et deux cultivars de laitue pommée (Estival et PYB7101) ont été étudiés. Les résultats démontrent que les traitements avec fertilisation granulaire de 70 kg N/ha (F0A) et la fertilisation liquide de 120 kg N/ha (F2) ont donné des meilleurs rendements de masse totale et commerciale sur les deux types de laitue. Les conditions climatiques de l’Île d’Orléans et probablement de l`Est du Québec s’avèrent avantageuses pour la production de laitue de qualité. Les pertes causées par la brûlure de la pointe ont été en moyenne de 6 % pour les saisons 2011 et 2012. Aucun cas de montaison accélérée n'a été observé.

Au Québec, on retrouve près de 9000 ha de sols organiques cultivés dans la région de la Montérégie. Ces sols très fertiles produisent près de 50% des légumes de champs de la province. Toutefois, leur durée de vie est menacée par des processus de décomposition, de compaction et d'érosion causant des pertes de sol de l'ordre de 0,3 à 4,3 cm an$^\textup{-1}$. L'objectif de cette thèse était de développer et d'optimiser des stratégies de conservation des sols organiques cultivés basées sur des amendements en pailles, en copeaux de bois, en cuivre et en lignosulfonate dans le but de compenser et de réduire les pertes de sol causées par la décomposition. Afin de répondre à cet objectif, trois volets d'étude ont été développés : (1) fertilité chimique, (2) efficacité à compenser ou à ralentir la décomposition, et (3) fertilité chimique et efficacité en contexte de culture. Au volet 1, l'apport de cuivre a montré peu d'effet sur les paramètres liés à la décomposition. Les réductions les plus marquées mesurées au cours d'une incubation en pot et d'une expérience en colonnes ont été, respectivement, de 11% pour la teneur en carbone organique dissous et de 16% pour la teneur en azote organique soluble, alors que la recommandation en cuivre s'appuie sur une réduction de 70% de la décomposition. L'application de pailles et de copeaux de bois a un taux représentatif d'un apport de 9 t ha$^\textup{-1}$ incorporé sur 20 cm a réduit de 57% la teneur en azote minéral et de 8% la teneur en phosphore au cours d'une incubation en pots de 56 jours. Au cours d'une expérience en colonnes, l'application d'une dose de 30 t ha$^\textup{-1}$ incorporée sur 40 cm a réduit la teneur en azote minéral de 50% et la teneur en phosphore Mehlich-3 de 16% après 166 jours d'incubation. Au volet 2, une incubation en conditions contrôlées d'un sol humique et d'un sol mésique, tous deux représentatifs des deux extrémités du spectre de dégradation des sols organiques de la Montérégie, a permis d'estimer une fourchette d'émission potentielle de 0,7 à 7,3 t C-CO₂ ha$^\textup{-1}$ an$^\textup{-1}$ pour ces sols. Les applications de cuivre et de lignosulfonate n'ont pas réduit les émissions de CO₂ du sol humique, mais ont réduit celle du sol mésique de 37% et de 61%, respectivement. L'effet régulateur du cuivre et du lignosulfonate sur les émissions de CO₂ du sol mésique a toutefois été temporaire. L'application de pailles et de copeaux de bois sur ces sols a aussi permis d'estimer que de 52% à 81% du carbone appliqué avec les biomasses pourrait être conservé dans les sols après un an. Ces valeurs ont, à leurs tours, permis d'estimer une fourchette de besoin en biomasse de 2 à 32 t ha$^\textup{-1}$ an$^\textup{-1}$ pour maintenir la quantité de sol intact Au volet 3, une expérience en colonne a montré une absence d'effet à long terme du lignosulfonate sur le taux d'augmentation en azote minéral et sur l'activité microbienne totale, suggérant que ce produit n'a pas ralenti la vitesse de décomposition des sols testés. Le lignosulfonate a aussi eu des effets négatifs et positifs sur les rendements, mais ces effets n'ont pas pu être reliés à des variations marquées de disponibilité en azote et en phosphore, suggérant une action de ce traitement sur d'autres paramètres du sol. L'application de miscanthus et de pin pressé à un taux de 15 t ha$^\textup{-1}$ incorporé sur 20 cm sans fertilisation additionnelle à la fertilisation de base a réduit la disponibilité en azote et les rendements d'épinard et de roquette de 4% à 46%. L'application de biomasse a aussi augmenté la teneur en matière organique des sols, bien que son effet sur le stock de carbone n'ait pas pu être quantifié. Ces résultats amènent à conclure que l'application systématique de cuivre n'est pas une approche efficace de conservation des sols organiques cultivés. Bien que l'application de lignosulfonate ait montré un potentiel à ralentir la décomposition, son effet régulateur ne semble pas pouvoir être généralisé à l'ensemble des sols organiques. En revanche, l'apport de pailles et de copeaux de bois s'est révélé prometteur pour compenser les pertes de sol causées par la décomposition. Un ajustement de la régie de l'azote devra toutefois être envisagé lors de l'implémentation de cette méthode afin de prévenir les carences et les chutes de rendement. / In the province of Quebec, nearly 9000 hectares of organic soils in the Montérégie region are dedicated to horticultural activities. These exceptionally fertile soils contribute to the production of approximately 50% of the province's field vegetables. However, their lifespan is under threat due to three degradation processes: decomposition, compaction, and erosion. These processes leading to annual soil losses ranging from 0.3 to 4.3 cm. The primary objective of this thesis was to develop and optimize strategies for conserving cultivated organic soils based on amendments with straw, wood chips, copper, and lignosulfonate in order to compensate for and reduce soil losses resulting from decomposition. This study was divided into three parts to address this objective: (1) chemical fertility, (2) efficiency, and (3) chemical fertility and efficiency in the context of cultivation. In the first part, the addition of copper showed little effect on decomposition-related parameters. The most pronounced reductions measured during jar incubation and column experiments were 11% for dissolved organic carbon content and 16% for soluble organic nitrogen content, while copper recommendations are based on a 70% reduction in decomposition. The application of straw and wood chips, at a rate representing 9 t ha$^\textup{-1}$ of biomass incorporated over 20 cm, reduced mineral nitrogen content by 57% and phosphorus content by 8% during a 56-day jar incubation. In a column experiment, the application of 30 t ha$^\textup{-1}$ incorporated over 40 cm reduced mineral nitrogen content by 57% and Mehlich-3 extracted phosphorus content by 8% after 166 days of incubation. In the second part, incubation under controlled conditions of a humic soil and a mesic soil, representative of the two ends of the degradation spectrum of organic soils in Montérégie, enable us to estimate a potential range of emissions of 0.7 to 7.3 t C-CO₂ ha$^\textup{-1}$ yr$^\textup{-1}$ for these soils. Copper and lignosulfonate applications did not reduce CO₂ emissions from the humic soil but reduced emissions from the mesic soil by 37% and 61%, respectively. However, the regulatory effect of copper and lignosulfonate on CO₂ emissions from the mesic soil was temporary. Moreover, the application of straw and wood chips to these soils allowed us to estimate that between 52% and 81% of the carbon applied with the biomass could be retained in the soil over the course of a year. These findings led to biomass requirements estimation ranging from 2 to 32 t ha$^\textup{-1}$ yr$^\textup{-1}$. In the third part, a column experiment demonstrated the absence of a long-term effect of lignosulfonate on the rate of increase in mineral nitrogen and total microbial activity, suggesting that this product did not slow down the decomposition rate of the tested soils. Lignosulfonate also had both negative and positive effects on yields, but these effects could not be explained by the observed variations in nitrogen and phosphorus availability, suggesting an action of this treatment on other soil parameters. Furthermore, the application of miscanthus and pressed pine at a rate of 15 t ha$^\textup{-1}$ incorporated over 20 cm without additional fertilization beyond the standard resulted in reduced nitrogen availability and decreased yields of spinach and arugula by 4% to 46%. Biomass application also increased soil organic matter content, although its effect on soil carbon stock could not be quantified. These findings lead to the conclusion that the systematic application of copper is not an effective approach for conserving cultivated organic soils. While the application of lignosulfonate has shown potential in slowing decomposition, its regulatory effect does not appear universally applicable to all organic soils. Conversely, the repeated application of straw and wood chips has demonstrated promising for compensating soil losses caused by decomposition. However, modification in nitrogen management should be consider when implementing this method to prevent deficiencies and crop yield decrease.

Le canola (*Brassica napus* L.) est une culture avec des besoins élevés en azote. Les engrais verts de légumineuses sont une alternative moins polluante aux engrais azotés. L’objectif du projet était de déterminer l’effet d’un engrais vert intercalaire de trèfles rouge (*Trifolium pratense* L.) et blanc (*Trifolium repens* L.) sur le prélèvement en azote et le rendement d’une culture subséquente de canola, et comparer la réponse du canola à une fertilisation complémentaire minérale ou organique. Une expérience a été répétée deux fois (2013-2014, 2014-2015) à deux sites, selon un plan factoriel en tiroir, soit précédent cultural en parcelles principales (orge seul ou orge avec intercalaire de trèfles) et type de fertilisation (minérale (27-0-0) ou organique (lisier de porc)) et niveau d’azote disponible (0, 50, 100 ou 150 kg N ha⁻¹) en sous-parcelles. À l’enfouissement, l’engrais vert a apporté entre 28,3 et 150,5 kg N ha⁻¹. Aucune interaction n’a été observée entre l’engrais vert et le type de fertilisation. L’engrais vert n’a pas eu d’impact significatif sur le prélèvement en azote du canola, mais a augmenté le rendement pour un équivalent en azote minéral de 21,8 à 81,8 kg ha⁻¹. Dans les parcelles non fertilisées, les rendements ont augmenté de 6 à 42 %, l’effet s’estompant avec des doses d’azote croissantes. Le prélèvement en azote et le rendement étaient moins élevés avec le lisier qu’en fertilisation minérale, probablement en raison de pertes environnementales suivant l’application. Aucun maximum de rendement n’a été obtenu avec les doses croissantes de lisier, alors que des rendements maximaux ont été obtenus entre 120 et 150 kg N ha⁻¹ avec l’engrais minéral. En conclusion, l’engrais vert de trèfles a amélioré les rendements du canola, et la fertilisation minérale a entraîné de meilleurs rendements que le lisier, dont l’efficacité pourrait être améliorée par une meilleure gestion. / Canola (*Brassica napus* L.) is a crop with high nitrogen needs. Legume cover crops can serve as an organic nitrogen source and increase subsequent crop yield. The objective of this study was to measure the impact of a red (*Trifolium pratense* L.) and white clover (*Trifolium repens* L.) cover crop on canola nitrogen uptake and yield, and to compare canola response to mineral and organic fertilizers as supplemental nitrogen sources. A field experiment was repeated twice (2013-2014, 2014-2015) at two sites, in a factorial split-plot design with preceding crop (barley only or barley intercropped with clover) as main plots, and fertilizer type (mineral (27-0-0) or organic (pig slurry)) and nitrogen rates (0, 50, 100, and 150 kg N ha⁻¹) as sub-plots. At fall termination of cover crops, the clover provided 28.3 to 150.5 kg N ha⁻¹. No interaction was observed between cover crop and fertilizer type. Cover crops did not increase canola N uptake, but increased canola yields with a mineral fertilizer replacement value of 21.8 to 81.8 kg ha⁻¹. In unfertilized plots, cover crops increased yields from 6 to 42%, the gain decreasing as nitrogen application rate increased. Canola nitrogen uptake and yield were lower with pig slurry, compared to mineral fertilizer, possibly because nutrient losses occurred after slurry application. Moreover, crop yield did not reach a maximum value with increasing pig slurry rate, whereas a maximum yield was reached at 120 to 150 kg N ha⁻¹ with the mineral fertilizer. In conclusion, the clover cover crop improved canola yields and mineral fertilization resulted in higher canola yields compared to the organic fertilizer, whose efficiency could be improved through better management.

Titre de l'écran-titre (visionné le 5 juin 2023) / Les déjections animales (fumiers et lisiers) contiennent des agents pathogènes et non pathogènes, incluant des bactéries ainsi que des gènes de résistance aux antibiotiques (GRAs), pouvant être émis dans l'air (bioaérosols) lors de leur épandage au sol. Les objectifs du présent projet étaient d'évaluer l'émission de bioaérosols pendant l'épandage de différents fumiers et de lisiers ainsi que l'impact des équipements servant à l'épandage (déflecteurs, barre d'aspersion, épandeur à batteur horizontal) sur les taux d'émissions dans l'air de bactéries, de gènes de résistance aux antibiotiques, de particules de poussières et d'indicateurs fécaux (Escherichia coli, Enterococcus, Archaea, phage vB_AviM_AVP d'Aerococcus viridans). Trois types de déjections animales (fumier de bovins, fumier de poules pondeuses, lisiers de porcs) ont été dispersés à l'aide de divers épandeurs dans un tunnel de vent, soit un environnement clos permettant de contrôler la vitesse de l'air. Les bactéries totales, les bactéries servant d'indicateurs fécaux, les GRAs et les particules de poussières ont été prélevés dans l'air à trois reprises (avant, pendant et suite aux activités d'épandage) en aval du tunnel de vent à l'aide d'échantillonneurs d'air à haut débit et de compteurs de particules. Les bactéries totales, les bactéries servant d'indicateurs fécaux et les GRAs ont par la suite été quantifiés par PCR dans les échantillons d'air et de fumiers/lisiers. Les plus importants taux d'émission dans l'air pour les bactéries totales (10¹⁰ copies du gène d'ARNr16S/kg de déjection épandue), les Archaea (10⁶ copies [du gène d'ARNr] 16S/kg de déjection épandue), Enterococcus (10⁴ copies 16S /kg de déjection épandue), et E. coli (10³ copies 16S /kg de déjection épandue) ont été observés lors de l'épandage de fumiers de poulets, comparativement à ceux mesurés lors de l'épandage de fumiers de bovins ou de lisiers de porcs à l'aide d'un déflecteur ou de barres d'aspersion. Alors que les gènes de résistance aux aminoglycosides ont été retrouvés en concentrations plus importantes dans les fumiers bovins et de poulets (10⁶ copies 16S/kg, 10⁴ copies/kg dans les lisiers de porcs), les taux d'émission dans l'air pour ces GRAs ont été plus élevés lors de l'épandage des fumiers de bovins et des lisiers de porcs à l'aide de barres d'aspersion (10⁷ copies 16S/kg de déjection épandue). Pour la plupart des fractions de particules, aucune différence significative n'a été observée entre les concentrations de particules de poussières mesurées avant, pendant et suite aux activités d'épandage de fumiers ou de lisiers. L'épandage de fumiers et lisiers est une source significative de bioaérosols, incluant des gènes de résistance aux antibiotiques. Différents fumiers/lisiers d'animaux d'élevage et épandeurs ont eu un impact significatif sur les taux d'émission dans l'air de bactéries totales, des indicateurs fécaux (Enterococcus, E. coli, and Archaea) et de GRAs. Il est donc nécessaire de développer des technologies et des stratégies pour limiter de possibles effets de l'épandage des fumiers/lisiers sur la santé humaine et d'étudier l'impact de ces activités dans le risque d'exposition humaine et animale. / Animal manure can contain several pathogenic or non-pathogenic microorganisms (including bacteria and their antibiotic resistance genes) that can be emitted to the air (bioaerosols) during manure spreading on the ground. The objectives of the project were to quantify bioaerosols emission rates during manure spreading and to examine the impact of various forms of manure and methods of spreading (splash plate, dribble bar and horizon beater) on bacterial emissions and associated antibiotic resistance genes. Further, emission of dust particles, and the presence of fecal indicators such as E. coli, Enterococcus sp., Archaea, and Aerococcus phage were also monitored. In this study, a greenhouse was used to spread manure in a confined environment allowing to control air velocity. Three types of manure (solid beef cow manure, poultry litter, and liquid pig slurry) were spread using different types of spreaders. Air samples were collected in the down wind of the greenhouse, in different temporal (before, during, and after spreading) scales using high-volume air samplers. Total bacteria concentration, bacterial fecal indicators, and ARGs content in sampled air and in manure were then estimated by qPCR. Overall, the highest emission rates of total bacteria (10¹⁰ 16S [rRNA gene] copies/kg manure), Archaea (10⁶ 16S [rRNA gene] copies/kg manure), Enterococcus (10⁴ 16S [rRNA gene] copies/kg manure), and E. coli (16S [rRNA gene] copies/kg manure) emissions were observed in poultry manure, with cow manure, pig slurry with splash plate, and pig slurry with dribble bar following closely behind. The emission rates of airborne aminoglycoside resistance genes were higher during cow manure (10⁶ gene copies/kg manure spread) spreading, and pig slurry w/dribble bar (10⁷ gene copies/kg manure spread) spreading. Further, aminoglycoside was the most abundant for cow and poultry (10⁶ gene copies/kg) followed by pig slurry (10⁴ gene copies/kg). Additionally, there were significant differences in particulate matter concentrations before, during, and after the spreading of manure for most particle sizes. Manure spreading represents a significant source of bioaerosols, including antibiotic resistance genes. Different types of manure and spreaders significantly varied in their emission rates of airborne total bacteria, Enterococcus, E. coli, and Archaea. Moreover, manure application is essential to minimize particulate matter emissions and reduce potential health risks and study the impact of spreading activities on human and animal exposure risk.

« Thèse en cotutelle : Université Laval, Québec, Canada, et Université de Bordeaux, Talence, France » / L'orge de printemps (*Hordeum vulgare* L.) et la fléole des prés (*Phleum pratense* L.) sont des cultures de première importance économique pour la province du Québec et d'autres régions au climat continental froid et humide (Amérique du Nord, les pays nordiques...). Les modèles sol-culture sont des outils puissants capables de calculer de nombreuses variables d'intérêt agronomique et environnemental. Ils sont conçus pour simuler les interactions complexes entre les cultures, l'eau et l'azote (N) du sol dans le continuum sol-plante-atmosphère. Entre autres modèles, STICS (Simulateur mulTIdisciplinaire pour les Cultures Standard) est un modèle sol-culture basé sur les processus, qui a été développé initialement pour des conditions agropédoclimatiques des régions tempérées. Cependant, étant un modèle générique, il est possible de l'adapter aux conditions d'autres agrosystèmes. Les objectifs de cette thèse étaient d'analyser et d'élargir le domaine d'application de STICS aux deux cultures susmentionnées, cultivées dans des conditions agropédoclimatiques de la province du Québec et d'évaluer ses performances prédictives par des simulations à long terme. Cette thèse est une contribution à l'étude de la généricité de STICS pour des agrosystèmes québécois. Outre le contexte climatique, l'originalité de ce travail porte sur les cultures étudiées, orge de printemps et fléole des prés, et le nombre d'années successives de simulations en continu (sans réinitialisation annuelle). Les performances prédictives de STICS ont été analysées pour la production de biomasse aérienne annuelle, sa teneur en N et la quantité de N exporté pour i) une monoculture d'orge de printemps de 31 ans cultivée avec deux modes de travail du sol et fertilisée avec deux sources de N différentes (engrais azoté minéral et fumier liquide de vaches laitières) ; et ii) une prairie de fléole des prés de 8 ans, fertilisée chaque année avec quatre doses d'engrais azoté minéral (0, 60, 120, 180 kg N ha⁻¹). Nous avons utilisé les bases de données de deux dispositifs expérimentaux au champ d'Agriculture et Agroalimentaire Canada. Pour la monoculture d'orge, la procédure de calibration de STICS a nécessité l'ajustement des paramètres de cultivar en particulier, confirmant ainsi la généricité de la plupart des paramètres des plantes définis dans STICS. Les valeurs simulées sur une période de 31 ans se sont révélées être correctement en accord avec les valeurs observées des variables d'intérêt pour les différents traitements, mais avec une plus grande dispersion pour la nutrition azotée. Les résultats de la simulation des attributs de la production végétale au moment de la récolte étaient plus précis pour les années où les précipitations étaient proches de la normale. Pour la prairie de fléole des prés suivie pendant 8 ans, la correspondance entre les valeurs observées et simulées était satisfaisante pour la première coupe effectuée au printemps. STICS a correctement simulé l'effet positif de la dose de fertilisation azotée sur la production de biomasse et la nutrition azotée des plantes. Néanmoins, les valeurs des variables étaient surestimées par le modèle en l'absence de fertilisation azotée, impliquant une carence excessive en N au fil du temps. Si l'on excepte cette situation très particulière, non représentative des pratiques agronomiques, les performances de STICS sont donc satisfaisantes dans le contexte des deux essais au champ étudiés. De plus, STICS a bien reproduit la tendance à la baisse de la productivité de la fléole des prés observée en fonction de l'âge de la prairie. Les résultats ont montré que cette baisse de rendement au fil du temps est fortement corrélée à la réduction de la réserve métabolique dans les organes de réserve. En conclusion, ce travail de thèse a montré l'applicabilité et la fiabilité du modèle STICS pour la simulation sur le long terme de la production de biomasse et de la nutrition azotée d'orge de printemps et de la fléole des prés dans des conditions agropédoclimatiques de la province de Québec. / Spring barley (*Hordeum vulgare* L.) and timothy (*Phleum pratense* L.) are crops of prime economic importance for the province of Quebec and other regions with cold and humid continental climate (e.g. north America, Nordic countries). Soil-crop models are powerful tools for calculating, a wide range of agronomic and environmental variables They are designed to simulate the complex interactions between crops, water, and soil nitrogen (N) in the soil-plant-atmosphere continuum. Among the existing models, STICS (*Simulateur mulTIdisciplinaire pour les Cultures Standard*) is a process-based soil-crop model initially developed for temperate agropedoclimatic conditions. However, it can be adapted to other agrosystem conditions. The objectives of this thesis were to analyze and extend the scope of application of STICS to the two aforementioned crops grown under agropedoclimatic conditions in the province of Quebec. Furthermore, this study aims to evaluate the model's predictive performance on long-term simulations. This thesis is a contribution to the study of the genericity of STICS for the Quebec agrosystems. In addition to the climatic context, the originality of this work lies in the crops studied - spring barley and timothy - and the number of successive years of continuous simulations (without annual reinitialization). The predictive performances of STICS were analyzed for aboveground biomass production, N content and N export for i) 31-year spring barley monoculture grown under two tillage systems and fertilized with two N sources (mineral N and liquid dairy manure); and ii) 8- year timothy grassland, fertilized each year with four application N rates (0, 60, 120, 180 kg N ha⁻¹). To achieve our goals, we used databases from two experimental field trials conducted by Agriculture and Agri-Food Canada. For the barley monoculture, the STICS calibration procedure particularly required the adjustment of cultivar parameters, thus confirming the genericity of most plant parameters defined in STICS. The results show that there is a good agreement between observed and predicted variables of interest with the various tillage systems and N sources during the 31 successive barley cropping years, but with greater dispersion for the N nutrition. Predictions of crop attributes were more accurate in years with rainfall close to the long-term average. For timothy grassland grown over 8 years, the agreement between observed and predicted values was satisfactory for the first harvest. STICS correctly simulated the positive effect of the N application rates on biomass production and plant N nutrition. Nevertheless, the predicted values were overestimated by the model in the absence of N fertilization, implying an excessive N deficiency over time. Except for this very specific situation, which is not representative of agronomic practices, STICS performed satisfactorily in the context of the two field experiments studied. In addition, STICS reproduced well the decreasing trend in timothy productivity observed with the age of the sward. The results showed that this decrease in yield over time is strongly correlated with the reduction in metabolic reserve in the perennial organs. In conclusion, this thesis has demonstrated the applicability and reliability of the STICS model for the long-term simulation of biomass production and N nutrition of spring barley and timothy under agropedoclimatic conditions in the province of Quebec.

Thèse (M.Sc)--Université Laval, 2009. / Bibliogr.: f. 75-86. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Les consommateurs cherchent de plus en plus à intégrer à leur diète des aliments nutritifs et produits en respectant l’environnement. C'est pourquoi les pratiques agricoles durables comme l’agriculture biologique sont en expansion. L'utilisation d'azote organique en fertilisation biologique y représente une distinction fondamentale, puisqu'il est généralement minéralisé avant d'être assimilé par la plante. Puisque le type de fertilisant influence la dynamique plante-sol-microorganismes, l'objectif de cette étude était d'évaluer l'effet de la source et de la dose d'azote sur l'activité du milieu de culture, la performance agronomique et la qualité des fruits produits pour deux cultures biologiques en serre. Deux expériences factorielles en blocs complets aléatoires ont été réalisées en serre. Pour la culture de concombre, le dispositif comprenait trois sources (organique, mixte et inorganique) et trois doses (50 %, 75 % et 100 %) d'azote ainsi qu’un traitement témoin ne recevant aucun apport azoté, et ce, en trois répétitions. Le dispositif de la culture de tomate comprenait deux sources (organique et inorganique) et trois doses (50 %, 100 % et 150 %) d'azote, et ce, en six répétitions. La croissance des plantes, les rendements et dix paramètres de qualité des fruits ont été suivis. Pour la culture de tomate, l'activité microbienne, la respiration du milieu de culture, la biomasse de vers de terre ainsi que la composition et l'abondance microbienne ont été mesurées. Les traitements issus d'une fertilisation organique normale (dose de 100 %) ont présenté une augmentation significative de l'activité biologique du milieu de culture. Ces derniers ont montré une augmentation de 88 % de la respiration du sol, de 42 % de l'activité enzymatique microbienne, de 238 % de l'abondance en champignons et de 31 % de l'abondance en bactéries par rapport aux traitements issus d'une fertilisation inorganique à dose normale (100 %). Aucune différence significative n'a été observée au niveau de la croissance, des rendements et de la qualité des fruits. Cette étude renforce l'hypothèse selon laquelle la qualité nutritionnelle des fruits produits biologiquement ne serait pas différente de celle des fruits produits conventionnellement, lorsque les plantes sont soumises aux mêmes conditions de culture. De plus, l'utilisation d'azote sous forme organique pourrait présenter un avantage, puisque cela stimule l'activité biologique du milieu de culture.

Depuis de nombreuses années, on observe un fort déclin des populations d'amphibiens à travers le monde et une augmentation marquée du taux de malformation des membres. Plusieurs causes sont suggérées pour expliquer l'émergence de ces effets sur le développement. Parmi celles-ci, la présence de fertilisants et de pesticides dans les cours d'eau semble être un facteur majeur impliqué dans ce phénomène étant donné que la peau des amphibiens est très perméable et parce que la plupart des malformations ont été répertoriées dans les marais avoisinant les zones d'agriculture intensive. Il est connu qu'un excès ou une carence en vitamine A (rétinol) durant le développement d'un organisme peut provoquer de graves effets sur le développement, voire même provoquer la mort au stade embryonnaire. Les rétinoïdes sont des molécules qui dérivent de la vitamine A, et l'acide rétinoïque (RA) est un des dérivés biologiquement actif. C'est un morphogène très puissant et ses effets sont assurés par la liaison et l'activation de récepteurs nucléaires spécifiques. Plusieurs pesticides sont connus pour affecter le développement et certains sont également connus pour interférer dans le métabolisme et les voies de signalisation de RA. L'objectif du présent projet était d'évaluer le potentiel tératogène de quelques contaminants d'origine agricole en mesurant leur capacité à affecter la différenciation cellulaire médiée par RA et le catabolisme de RA. Les cellules P19 de carcinome embryonnaire de souris ont été sélectionnées comme modèle d'étude. Ces cellules sont indifférenciées et peuvent se différencier en présence de différents inducteurs, dont RA. Un protocole de neurodifférenciation en agrégats et un second en monocouche ont été utilisés et le taux de différenciation cellulaire a été évalué par cytométrie de flux (FACS) à l'aide du marqueur de non-différenciation SSEA1 et du marqueur neuronal βIII-tubuline. La disparition de RA et sa métabolisation en dérivés polaires ont été mesurés par une méthode HPLC et un bioessai de métabolisation de courte durée permettant de tester de fortes concentrations de contaminants a été mis au point. L'atrazine, les nitrates et les nitrites ont été sélectionnés comme première série de contaminants étant donné que leur toxicité développementale n'est pas complètement documentée et parce qu'ils sont parmi les contaminants les plus abondants dans les cours d'eau avoisinant les zones agricoles. Le carbaryl et l'endosulfane ont été choisis pour une deuxième série d'analyses en considérant leurs effets déjà connus, le premier étant neurotoxique et le second étant tératogène et connu pour interférer dans le système des rétinoïdes. Les résultats ont montré qu'une augmentation de la concentration de RA diminuait SSEA 1 et augmentait βIII-tubuline de façon dose-dépendante. II a également été démontré que les cellules P19 métabolisent le RA, que ce métabolisme pouvait être inhibé partiellement par le clotrimazole (inhibiteur du cytochrome P450) et qu'il pouvait être suractivé suite à un prétraitement des cellules avec RA ou son analogue, le TTNPB. Les 3 premiers contaminants testés sur la différenciation neuronale en agrégats ont été utilisés à des concentrations de 100 à 10000 fois plus élevées que les normes canadiennes pour la protection de la vie aquatique. Les résultats n'ont pas permis de mesurer d'effets à des concentrations qui n'affectent pas la prolifération et/ou la viabilité cellulaire. Des concentrations de nitrites variant de 0 à 670 mg/L préviennent fortement la diminution de l'expression de SSEA1 et diminuent le nombre de cellules positives pour βlII-tubuline. Le carbaryl et l'endosulfane testés à 25 µM n'induisent pas la différenciation cellulaire de cellules cultivées en agrégats. Avec des cellules cultivées en monocouches, ces deux pesticides ont beaucoup affecté la prolifération et/ou la viabilité cellulaire et ont diminué le taux de cellules positives pour βIII-tubuline. Aucun des contaminants n'a affecté le métabolisme. Les résultats suggèrent que la cytotoxicité est probablement un facteur impliqué dans certains effets développementaux et que le système enzymatique impliqué dans la métabolisation de RA ne semble pas être une cible pour ces pesticides aux concentrations utilisées. Les effets de ces contaminants sur la liaison de RA à ses récepteurs, sur le métabolisme microsomal et/ou sur l'expression de diverses cibles cellulaires pourraient éventuellement être étudiés pour préciser les effets de type « rétinoïdiens ». ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Acide rétinoïque, Cellules P19, Contaminants agricoles, Différenciation cellulaire, FACS, HPLC.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Fonctionnement des écosystèmes et agrosystèmes : Toulouse, INPT : 2007. Reproduction de : Thèse de doctorat : Fonctionnement des écosystèmes et agrosystèmes : Université de sciences agricoles et medecine vétérinaire de Banat Timisoara : 2007. / Thèse soutenue en co-tutelle. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 255 réf.

Thèse de doctorat : Géosciences : Nancy 1 : 2009. / Titre provenant de l'écran-titre.