Le réchauffement global du climat serait attribuable majoritairement aux émissions de gaz à effet de serre dans l'atmosphère par les activités humaines comme la combustion des combustibles fossiles, la déforestation et les activités agricoles. Les biocarburants, des combustibles renouvelables et capables de mitiger les émissions de gaz à effet de serre, pourraient réduire notre dépendance aux combustibles fossiles et aider à la lutte contre les changements climatiques. De plus, l'implantation de systèmes de culture intercalaire (SCI) serait une alternative de choix permettant de revaloriser les terres marginales québécoises et restaurer une partie de leur fertilité originelle, ce qui permettrait de faire pousser les cultures de biocarburants sans faire compétition aux cultures nourricières déjà présentes sur les terres agricoles fertiles. Le présent travail s'inscrit donc au sein d'un réseau de chercheurs pan-canadien, le réseau des cultures vertes, afin de déterminer les rendements potentiels d'une culture de canola pour la production de biocarburants sur des terres marginales et d'évaluer l'impact de cette culture sur les émissions d'oxyde nitreux, un puissant gaz à effet de serre. Nous avons démontré au premier chapitre que la culture de biocarburants sur les terres marginales québécoises est possible avec l'implantation de systèmes de culture intercalaire, que ces systèmes peuvent mitiger les émissions d'oxyde nitreux des terres agricoles et que certains cultivars de canola performants peuvent aussi accroître les émissions d'oxyde nitreux. Dans le second chapitre, nous avons trouvé une tendance vers des rendements supérieurs et des besoins nutritionnels inférieurs pour les biocarburants de deuxième génération en comparaison avec ceux de la première génération et nous avons estimé que la substitution du tiers de notre consommation de combustibles fossiles serait réalisable avec 10 % des terres agricoles mondiales ainsi que les terres marginales par la production de biocarburants.

Les sites industriels abandonnés présentent souvent des sols ayant des propriétés physico-chimiques atypiques et des concentrations élevées en métaux traces, rendant leur dépollution coûteuse de surcroît quand les superficies sont grandes. Les phytotechnologies, comme la phytoremédiation, émergent alors comme des options économiques et socialement acceptables. Cette étude, conduite en conditions semi-contrôlées, a examiné la capacité de saules (Salix miyabeana 'SX67') et de peupliers (Populus DNxM '915508') à phytoremédier des sols contaminés, notamment par le cuivre, et a comparé leurs performances suivant l’application de frass, un résidu de l’élevage d’insectes, et de fumier de poule, tous deux produits dans une démarche d’économie circulaire. Dans l'ensemble, aucune tendance claire n'a pu être identifiée entre les traitements et les espèces concernant la production de biomasse, les paramètres physiologiques, ou l'assimilation des éléments traces. Cependant, les saules amendés avec du frass ont atteint une hauteur moyenne de 210 cm, significativement supérieure à celle des saules non fertilisés. Les concentrations de cuivre extrait par les plantes n'ont pas été affectées par les deux types d'amendements organiques. Comme pour le cuivre, qui a montré des concentrations de 407 mg kg-1 dans les racines et de 14 mg kg-1 dans les parties aériennes, la majorité des dix éléments étudiés a été principalement retrouvée dans les racines. Seuls le zinc et le cadmium ont montré un facteur de translocation supérieur à un. En ce qui concerne les différentes fractions de cuivre dans le sol, aucune différence significative n'a été observée entre les traitements pour les fractions labiles et phytodisponibles, bien qu'une tendance puisse être notée pour les peupliers amendés avec du fumier. Les macronutriments tels que l'azote et le phosphore ont montré une interaction complexe impliquant les espèces, les amendements, et la contamination en cuivre. Malgré des résultats ambigus et une complexité inattendue, cette étude semble indiquer que le frass et le fumier de poule sont des matériaux efficaces en comparaison des engrais inorganiques communément utilisés. Néanmoins, ils soulignent également la nécessité d'une recherche plus approfondie sur l'utilisation de ces amendements organiques issus de l'économie circulaire afin d'optimiser leur utilisation. Une telle exploration, en alignement avec les principes de durabilité et de recyclage, pourrait éventuellement orienter nos stratégies vers des solutions plus efficaces, viables et économiques, contribuant ainsi à l'avenir de la restauration écologique des terrains industriels abandonnés. / Brownfield sites, characterized by soils with atypical physicochemical properties and high trace element (TE) concentrations, are generally expensive to decontaminate especially when large areas are involved. Economical and socially approved phytotechnologies, such as phytoremediation, offer environmentally conscious solutions that require an approach distinct from those using chemical fertilizers in industrial or agricultural contexts. This study, conducted under semi-controlled conditions, examined the ability of willows (Salix miyabeana 'SX67') and poplars (Populus DNxM '915508') to phytoremediate contaminated soils, especially those contaminated with copper, and compared their performance following the application of frass, a residue from insect breeding, and chicken manure, both produced in a circular economy approach. The study examined biomass production, specific physiological properties, and the assimilation of copper and other trace elements into plant tissues. Results showed no discernible pattern between the treatments and the species. However, willows treated with frass achieved significantly greater heights, averaging 210 cm. Neither organic amendment influenced the level of copper phytoextracted with, in most cases, higher concentrations of trace elements in roots rather than in the aerial parts, exemplified by copper levels of 407 mg kg-1 in roots and only 14 mg kg-1 in leaves. Notably, only zinc and cadmium had translocation factors greater than one. Concerning soil copper fractions, there were no statistical differences in both labile and phytoavailable copper across treatments despite a visible trend for frass-amended poplars. Macronutrients such as nitrogen and phosphorus demonstrated complex interactions dependent on the species, amendments, and Cu contamination. Despite ambiguous results and unexpected complexity, this study seems to indicate that frass and chicken manure are effective materials compared to commonly used inorganic fertilizers. However, they also emphasize the need for more in-depth research on the use of these organic amendments from the circular economy to optimize their utilization. Such exploration, in alignment with principles of sustainability and recycling, could potentially guide our strategies towards more effective, viable, and economical solutions, thereby contributing to the future of ecological restoration of abandoned industrial sites.

Ces travaux de thèse ont porté sur le développement de nouveaux engrais à relargage contrôlé grâce à la mise en œuvre d’un procédé de mechanosynthèse à partir de mélanges contenant des composés lamellaires soit naturels (montmorillonite, talc et chrysotile) soit synthétiques (les Hydroxydes Doubles Lamellaires (HDL) à base de Mg, d’Al et de Fe) et de monohydrogénophosphate de potassium. Ce sel est déjà utilisé en agriculture en tant que fertilisant conventionnel. Toutefois sa forte solubilité en solution aqueuse induit des pertes importantes lors de l’épandage via des procédés de lixiviation, de volatilisation ou encore de fixation dans les sols, limitant ainsi l’efficacité des nutriments pour les plantes. Il est alors nécessaire d’en utiliser des quantités excessives pour observer une efficacité en agriculture. Aussi la principale alternative est de contrôler l’apport en éléments venant d’une part du sel soluble mais également des constituants chimiques des matrices lamellaires impliquées. Une telle approche pourrait réduire les coûts en permettant une fertilisation accrue tout en en diminuant la solubilité des ions impliqués. La méthode utilisée consiste à broyer les réactifs ensemble en modifiant les conditions de broyage utilisées. Afin d’évaluer les modifications structurales induites par le broyage, les échantillons obtenus sont caractérisés à l’aide de différentes techniques de caractérisation du solide, en fonction des éléments chimiques impliqués. La diffraction des rayons X (PXRD), la microscopie électronique à balayage couplé avec un analyseur (SEM-EDX) et les méthodes spectroscopiques SSNMR, FTIR, RAMAN, RPE…) se sont avérées pertinentes pour réaliser le suivi des réactions de mechanosynthèse et mettre en évidence une amorphisation des matrices précruseurs et éventuellement la formation de nouvelles phases cristallisées. La microscopie montre sytématiquement une modification importante de la taille des particules avec perte de la morphologie des matériaux précurseurs et parfois apparition de nouveaux cristaux de forme bien définie ayant une composition chimique différente. Grâce à la spectroscopie RMN à l’état solide il est possible de mettre en évidence de fortes modifications de l’environnement chimique après mechanosynthèse, suggérant la formation de composés métastables impliquant des cations métalliques issus des phases lamellaires, du phosphore et de l’oxygène. Les composés obtenus ont ensuité été étudiés dans des conditions de relargage mettant en évidence des propriétés de realargage contrôlé quelle que soit la matrice lamellaire précurseur impliquée dans le procédé. La vitesse de relargage des nutriments est influencée par la nature et la composition chimique de la matrices de départ, sachant qu’en fonction de leur composition chimique des produits différents peuvent être formés. / The present work describes the development of slow release fertilizers from the mechanochemical activation of of natural (montmorillonite, talc, chrysotile) and synthetic (Layered Double Hydroxides (LDH) MgAl and MgFe) lamellar matrix mixtures with potassium monohydrogen phosphate. This salt is used in agriculture as a conventional fertilizer and is highly soluble in aqueous solution, which implies large losses due to leaching processes, volatilization or even fixation in the soil, limiting the efficiency of the nutrients for the plants. Due to these characteristics, there is a need to apply large quantities of these products in agriculture. Therefore, the main idea is to control the supply of both the elements coming from the soluble salt as well as the constituting elements of the lamellar matrices. Such approach could reduce costs with exacerbated fertilization, potentiating the use of the products and decreasing the solubility of the ions involved. The methodology used basically consists of the milling of the reagents varying the processing conditions. For the characterization of the samples, several techniques were used according to the nature of the compounds involved. Particularly, PXRD, SEM / EDX and spectroscopic (SSNMR, FTIR, RAMAN, EPR…) techniques proved to be highly efficient for the monitoring of the mechano-chemical reaction, and to highlight the amorphization of the precursors and/or the formation of a distinct crystalline phase. SEM/EDX showed after the mechanochemical activation the changes in particle size, the disappearance of precursor morphologies, and the formation of particles with distinct morphologies and different chemical composition. Using solid state NMR measurements significant changes in the chemical environments involved were evidenced, suggesting the formation of metastable compounds between metal cations from the lamellar matrices, phosphorus and oxygen, as well as other possible compounds as products. After the mechanochemical reaction, in the nutrient release assays, the slow release behavior was observed for all the matrices analyzed. The release rate can be influenced by the chemical composition of the starting matrices, since each matrix can produce similar and distinct products, for example, SiO2 from natural clays which is not possible in the LDH products.