Les Technosols ont des propriétés et une pédogenèse influencées par des matériaux technogéniques qui les constituent. Le modèle expérimental de Technosol construit a été choisi et résulte de l’utilisation délibérée de matériaux technogéniques au sein d’un profil. L’objectif scientifique est d’évaluer la contribution de la faune du sol aux processus impliqués dans le fonctionnement et l’évolution des Technosols. Des expérimentations en laboratoire (cosmes) et en conditions climatiques réelles (lysimètres, parcelles) ont été menées de l’échelle ultrastructurale à celle du pédon. Les résultats indiquent que (i) le Technosol construit est un support de vie de la faune, (ii) le modèle d’ingénieur de l’écosystème : Lumbricus terrestris, par la création de macroporosité et par ses structures biogéniques contribue à sa structuration, son agrégation et à la décomposition de sa matière organique, (iii) lorsque plusieurs groupes d’organismes assurant des fonctions différentes sont associés, des effets sont mesurés majoritairement sur la décomposition de la matière organique. La forte disponibilité des ressources du Technosol autorise la présence de la faune mais masquent en partie ses effets et inhibent les interactions faunistiques qui auront un effet sur les fonctions des sols. Un modèle d’évaluation de l’effet de Lumbricus terrestris sur la macroporosité est proposé. En termes de génie pédologique, un projet de modèle d’aide à la décision résulte des acquis scientifiques. L’inoculation de la faune contribuerait ainsi à initier des mécanismes d’évolution des sols et à les accélérer / Technosols are soils whose properties and pedogenesis are influenced by technical materials which take part in their constitution. The experimental model used here is a constructed Technosol which is deliberately composed of technical materials in a soil profile. The scientific objective is to evaluate the contribution of soil fauna to processes implied in soil functioning and evolution. Experiments in laboratory (cosms) and in climatic conditions (lysimeters, field) are conducted from ultrastructural scale to soil profile scale. Results indicate that (i) constructed Technosol can support soil fauna, (ii) the model of ecosystem engineer: Lumbricus terrestris, by macroporosity and by stables biogenic structures, contribute to the structuration, the aggregation and the decomposition of organic matter of the Technosol, (iii) when several groups of organisms implied in differents soil functions are used, effects are observed on organic matter decomposition. The huge availability of resources in the Technosol allow the presence of soil fauna but its effects and reduce soil fauna interactions which can have effects on soil functioning. A model whose objective is to evaluate effect of Lumbricus terrestris on macroporosity is proposed. In terms of soil engineering, a project of decision support model results of scientific experiences. Soil fauna inoculation in soil engineering could contribute to initiate and accelerate mechanisms of Technosol evolution

La végétalisation d'espaces en zone urbaine nécessite l'utilisation de grandes quantités de ressource naturelle terreuse. Pour préserver cette ressource non renouvelable, le génie pédologique propose une stratégie de construction de Technosols fertiles à partir du recyclage de déchets et sous-produits. Les propriétés des Technosols sont alors fortement influencées par les matériaux technogéniques qui les constituent. La formulation de mélanges performants pour la croissance des végétaux urbains passe par une analyse scientifique préalable. La fertilité des mélanges et leur évolution au cours du temps peuvent être appréciées par l'étude du processus d'agrégation et du transfert d'éléments nutritifs lors des stades précoces de la pédogenèse. Le modèle expérimental de Technosol construit proposé dans la Thèse développe une méthodologie aboutissant à la sélection de 11 matériaux (ballasts, béton, boues de station d'épuration urbaine, briques, compost de boues et de déchets verts, déchets de balayage de rue, déchets de démolition, déchets verts, terres excavées de profondeur, sous produits papetiers) représentatifs des gisements de déchets recensés au niveau européen et compatibles avec la construction de sol fertile. Le potentiel fertile initial de chaque matériau pur et de certaines combinaisons de mélanges a été mesuré. Puis des expériences menées en conditions contrôlées ont permis d'évaluer l'effet de différents facteurs pédogénétiques (e.g. anthropique, climatique et biologique) sur les processus déterminant de la fertilité des Technosols construits. Les résultats indiquent (i) qu'il est possible de construire un Technosol fertile exclusivement à partir de deux ou trois déchets aux propriétés physico-chimiques complémentaires; (ii) que les propriétés des mélanges sélectionnés peuvent être modélisées à partir des propriétés initiales de leurs matériaux parents.(iii) que lors des premiers stades d'évolution pédogénétique des mélanges, des agrégats stables se forment en fonction de la nature et des propriétés des matériaux parents, (iv) que les transferts d'éléments nutritifs sont fortement dépendants de la nature des matières organiques et du procédé de mélange des particules entre elles. La libération d'éléments nutritifs (e.g. phosphore) serait liée à la taille et la quantité des agrégats formés et en corollaire à la mise en place d'une organisation porale. Les connaissances acquises sur le fonctionnement et l'évolution des Technosols construits à partir de déchets apportent des connaissances nouvelles pour le génie pédologique. La méthode de choix de déchets ainsi que le procédé de formulation de mélanges développés dans ces travaux permettent d'obtenir des mélanges voire des sols construits performants par rapport à des usages attendus. Les modèles d'évolution des mélanges permettent de prédire au cours du temps la fertilité physico-chimique des Technosols construits. Dans le cadre du programme SITERRE-ADEME (2010-2015), les résultats acquis constituent des bases incontournables dans le développement d'un outil d'aide à la décision pour les gestionnaires (e.g. collectivités, bureaux d'étude, entreprises) auquel doit être associée une expertise sur la construction de sol pour la production de biomasse végétale / Greening of urban spaces requires large amounts of arable soil which is a non-renewable resource. To preserve this resource, a strategy is proposed to build fertile Technosols from wastes and by-products by pedological engineering. The properties of Technosols are highly influenced by their constitutive technogenic materials. In order To create favourable mixtures of materials for urban plant growth a preliminary scientific analysis is required. The fertility of the mixtures and their evolution can be assessed by the study of the aggregation process and nutrients transfer during the first stage of pedogenesis. An experimental model of constructed Technosol is proposed in this work. From this model a methodology is developed for the selection of eleven constitutive materials (e.g. bricks, compost made of sludge and green waste, concrete, demolition rubble, excavated earth materials, green wastes, paper mill sludge, sewage sludge, street sweeping wastes, track ballast). Each of these materials is representative of wastes deposits listed European wide and they are suitable candidates for the construction of fertile soils. The fertility of each pure material and of selected mixtures has been determined. Thereafter, experiments under controlled conditions enabled to assess the impact of different pedogenesis factors (e.g. anthropogenic, climatic and biological) involved in the definition of the fertility of constructed Technosols. The results demonstrate (i) the feasibility of the formulation of fertile constructed Technosols exclusively with two or three wastes presenting contrasted physico-chemical properties; and (ii) that the properties of selected mixtures can be modelled using the initial properties of their constitutive parent materials ; (iii) that during the first stage of pedogenesis of the mixtures, depending on parent materials nature and properties, stable aggregates can be formed, (iv) that nutrients transfer are highly dependent on organic matter nature and the process of particles mixing. The delivery of nutrients (e.g. phosphorus) seems to be related to the amounts and size of the formed aggregates and, consequently, to the established porosity. The understanding of the functioning and evolution of Technosols constructed with waste materials provides new knowledge for the development of pedological engineering. The methodology of wastes selection and the mixing process developed in this work enables us to propose mixtures and constructed soils favourable to various uses. The evolution models of the mixtures developed in this work allow the prediction of the physico-chemical fertility of constructed Technosols. The results acquired during this thesis are the main basis of a decision support tool for green spaces operators developed in the framework of the research program SITERRE-ADEME (2010-2015). The use of this decision support tool for plant biomass production, has to be associated with an expertise in soil construction

Les sédiments fins qui s’accumulent naturellement en amont des ouvrages hydroélectriques sont parfois amenées à être gérés à terre, pour des raisons techniques ou environnementales. L’une des voies de valorisation envisagée pour les gérer est la construction de sols fertiles pour l’aménagement d’espaces végétalisés ou encore pour la réhabilitation de zones dégradées. Cet usage des sédiments en tant que matériaux alternatifs pour construire des sols contribue à préserver la ressource en terre végétale et nécessite de prouver la valeur agronomique et l’innocuité environnementale des sédiments. Une approche expérimentale (essai sous serre de 3 mois et essai in situ en bacs lysimétriques de 24 mois) a permis d’évaluer les composantes physiques, chimiques et biologiques de la fertilité de sols construits à partir de 6 sédiments, seuls ou mélangés avec 40 % (v:v) de compost de déchets verts.Les résultats de l’étude ont mis en évidence que la capacité d’agrégation des sédiments est un facteur clé de leur fertilité. Le suivi du développement de la couverture végétale des sols construits a démontré la capacité de tous les sédiments étudiés à être support de végétation. Les sédiments riches en matière organique (MO) (>30 g kg-1) sont adaptés aux végétaux des espaces végétalisés ayant potentiellement des exigences hydriques et trophiques élevées. Les sédiments pauvres en MO (<30 g kg-1), semblent davantage adaptés à une utilisation pour des opérations de restauration où les exigences des végétaux sont généralement moindres. Ce travail aboutit à la proposition de critères environneme / Fine sediments naturally accumulate upstream of hydropower facilities. For technical or environmental reasons, they occasionally have to be dredged and land managed. Using dredged sediment to construct fertile soils and set up green spaces or rehabilitate degraded land is one the ways dredged sediment can be valorized. This use of sediment as an alternative soil-building material helps preserve the topsoil resource, but its agronomical value and environmental safety first has to be demonstrated. We used an experimental approach (a 3-month greenhouse trial and a 24-month in situ lysimeter test) to assess the physical, chemical, and biological parameters of soil fertility from 6 sediments that were either pure or mixed with 40 % (v:v) of green waste compost.The results showed that sediment aggregation capacity is a key factor of their fertility. The monitoring of vegetation cover development on the constructed soil demonstrated that all six sediments could support vegetation. High organic matter (OM) content sediments (> 30 g kg-1) are suitable to grow plants with potentially high water and nutrient requirements. Low OM content sediments (< 30 g kg-1) appear to be more suitable for use in restoration operations where plant requirements are generally lower. This work leads to the proposal of environmental and agronomical criteria for directing sediments towards soil construction and propose adapted uses.

La restauration des fonctions des sols est une étape clé de la requalification des sites dégradés par les activités humaines. Ces opérations nécessitent de disposer de procédés de remise en état du couvert pédologique favorisant la résilience écologique. Ils génèrent de nouveaux sols dont il faut prévoir l’évolution. Notre objectif est de caractériser le fonctionnement et la pédogenèse de sols construits à l’aide d’un nouveau procédé fondé sur la formulation de déchets et sous-produits (terre industrielle traitée, sous-produit papetier, compost). Dans ce but, des colonnes en laboratoire ainsi que des parcelles lysimétriques in situ ont été mises en place. Des paramètres descriptifs des fonctionnalités et de la pédogenèse des sols construits ont été mesurés. Les résultats ont montré que les matériaux parents présentent des propriétés aptes à remplir des fonctions comme la fourniture d’éléments ou la rétention en eau. Les sols construits remplissent les rôles de support de végétation, d’échange/filtre et de support de la biodiversité comme des sols naturels. Les premiers stades de leur évolution pédogénétique se caractérisent par leur intensité, leur rapidité et leur caractère non habituel (e.g. dissolution conjointe de gypse et de calcite). La prospective sur l’évolution des sols construits démontre que, de Technosols, ils évoluent vers des types de sols analogues aux sols naturels. Ce cheminement nous conduit à proposer une évolution de la classification des sols très anthropisés sur des critères génétiques. Enfin, les bases de la modélisation de la pédogenèse des sols très anthropisés sont posées ainsi que celles d’un outil d’aide à la décision pour le génie pédologique / Human activities induce growing impacts on soils. This has produced derelict lands that need thorough reclamation to minimize their negative effect on the environment. A better knowledge and control of the evolution of highly anthropized soils is needed in order to achieve a sustainable management of these sites. This work emphasizes on both the development of a process of soil construction with wastes and by-products (paper sludge, treated industrial soil, compost) and the study of the functioning and pedogenic evolution of the constructed soils. The project relies on both in situ pilot scale application and lab-scale experiments. The characterization of the parent materials and their compounding highlighted their properties and their originalities compared to geological or pedological materials. The study of the functioning of constructed soils demonstrated that they could fulfil the soil basic functions. In this way, the process has been able to achieve the reclamation of the pedological cover and initiate the ecological resilience. The nature, the intensity and the kinetics of the pedogenic processes have been identified. It appeared that the reactions were very fast and that they sometimes strongly differ from the natural local pedo-climate (e.g. dissolution of gypsum, amorphous silica). We suggest that they will spontanuously evolve to analogous natural form of soils. Our results are confronted with the present classification of the Technosols and some propositions are made in favour of a more genetic-oriented way. Some thoughts about the modelling of the pedogenesis of very anthropized soils are proposed. At last, this work evocates the basis for the development of a decision tool for the pedo-engineering approach.