Thèse en cotutelle : « Université Laval, Québec, Canada et Université de Bordeaux, Talence, France. » / La disponibilité du phosphore (P) du sol pour les plantes cultivées (phytodisponibilité) est au centre d'enjeux agronomiques (production agricole, raisonnement de la fertilisation) et environnementaux (eutrophisation, pénurie des réserves mondiales) importants. Le phosphore (P) total du sol est à 30-40% sous forme de composés organiques (POS) dans la couche labourée. La minéralisation du POS est peu connue, alors même que ce processus pourrait contribuer à la phytodisponibilité du P du sol et ainsi à la nutrition phosphatée des plantes cultivées. L'objectif de cette thèse est de chiffrer la minéralisation à long-terme du POS dans les conditions du champ et d'en identifier les facteurs de contrôle (e.g. spéciation du POS, propriétés du sol, conditions climatiques). Pour répondre à ces questions, quatre dispositifs expérimentaux de longue durée (LTFE) ont été utilisés, deux appartenant au réseau des LTFE de l'INRAE sur la fertilisation minérale et les deux autres à l'observatoire de recherche en environnement sur les produits résiduaires organiques (SOERE-PRO). Ils ont été sélectionnés pour couvrir une diversité de situations agropédoclimatiques. L'hypothèse sous-jacente associée est que la nature (superphosphate, composts urbains, boues de STEP, fumier de vache) et la dose (entre 0 et 112 kg P ha⁻¹ an⁻¹) des apports d'engrais, la gestion des résidus de culture, le type de sols, les conditions climatiques, la succession culturale, pourraient affecter la vitesse de minéralisation du POS (Vm-POS). De plus, les bases de données des séries chronologiques de mesures sur les cultures et les sols de ces essais sont complètes, et les échantillons de terre régulièrement échantillonnés ont été stockés. Cela a permis de déterminer les évolutions des teneurs en POS et en P inorganique du sol (PIS) pendant plusieurs décennies, ainsi que le cumul du budget phosphaté des parcelles (Bcum = Σ (P apporté - P exporté dans les récoltes)). Vm-POS a été calculée à l'aide du modèle bi-compartimental de Hénin and Dupuis (1945). Ce modèle décrit l'évolution annuelle du stock de POS en fonction de sa minéralisation et de l'incorporation de P au POS par la décomposition des résidus de culture et des PRO. Dans deux des quatre LTFE, la spéciation du POS et du PIS a été déterminée par résonance magnétique nucléaire du P dans des solutions NaOH-EDTA (RMN-P). Le stock initial de POS varie considérablement entre les essais de 368 à 1145 kg ha⁻¹. En moyenne des essais et traitements, 3.2 kg P ha⁻¹ an⁻¹ de résidus aériens et racinaires post-récolte ont été incorporés au stock de POS pour 10.9 kg P ha⁻¹ an⁻¹ libérés dans la solution du sol. Pour les PRO, l'apport de P varie considérablement de 24 à 112 kg P ha⁻¹ an⁻¹ (moyenne 32.4) selon le mode de raisonnement (soit 2 t C-PRO ha⁻¹ an⁻¹, soit 170 kg N-PRO ha⁻¹ tous les deux ans) et du rapport C/P et N/P. En moyenne, 5.5 kg P ha⁻¹ an⁻¹ ont été incorporés au POS et 26.9 kg P ha⁻¹ an⁻¹ libérés dans la solution de sol. Vm-POS est comprise entre 1.7 et 11.2 kg P ha⁻¹ an⁻¹ (5.1 en moyenne soit 0.8% du stock de POS) avec un temps de résidence compris entre 56 et 227 ans. Les résultats de RMN-P indique que le POS est majoritairement sous forme d'orthophosphate monoesters, les inositolhexakisphosphates (IHP) y étant prédominants. Les faibles valeurs de Vm-POS pourraient être expliquées par la présence des IHP, connus pour s'associer fortement avec la phase solide du sol, et par une concentration élevée d'ions phosphates en solution, qui pourrait inhiber la catalyse enzymatique des IHP. Malgré des valeurs de Bcum très différentes (de -724 à +1830 kg P ha⁻¹ pour l'un des essais), le stock de POS est invariant dans tous les LTFE, alors que, au contraire, le stock de PIS change strictement en fonction des valeurs de Bcum. En conclusion, ce travail de thèse indique que Vm-POS est faible, bien que variable entre les quatre LTFE. Elle varie proportionnellement au stock de POS mais les déterminants de ce stock et du cœfficient de minéralisation n'ont pu être clairement identifiés, probablement par manque de situations analysées. Ce flux contribue à alimenter marginalement le compartiment de P phytodisponible du sol, par rapport au processus de diffusion des ions phosphate à l'interface solide-solution. / Total phosphorus (P) in the plough layer of cropped soils is at 30-40% in the form of organic compounds (SOP). Little is known about SOP mineralization, even though this process may significantly contribute to the soil plant-available P and therefore to the P nutrition of cropped plants. The objective of this thesis is to quantify the long-term mineralization of SOP under field conditions and to identify its driving factors (SOP speciation, soil properties, climatic conditions). To answer these questions, four long-term field experiment (LTFE) were selected, two belonging to the INRAE LTFE network on mineral fertilization and the other two to the Observatory of Environmental Research on Organic Waste Products, i.e. OWP (SOERE-PRO). They were selected to cover a diversity of agropedoclimatic situations. The underlying hypothesis is that the nature (superphosphate, urban composts, urban sewage sludge, cattle manure) and the fertilization P dose (between 0 and 112 kg P ha⁻¹ yr⁻¹), crop residue management, soil classification, climatic conditions, and crop succession, affect the SOP mineralization rate. In addition, the time-series databases of crop and soil measurements from these trials are complete, and the soil were regularly sampled and stored. This allowed determining changes in soil SOP and inorganic P (SIP) levels over several decades, as well as the plot cumulative P budget (Bcum = Σ(P supplied - P exported in crops)). The SOP mineralization rate was calculated using the bi-compartmental model of Hénin and Dupuis (1945). This model describes the annual evolution of the SOP stock as a function of its mineralization and the incorporation of P into the SOP through the decomposition of crop residues and OWP. In two of the four LTFE, the speciation of SOP and SIP was determined by nuclear magnetic resonance of P in NaOH-EDTA solutions (P-NMR). The initial SOP stock varied considerably among the trials from 368 to 1145 kg ha⁻¹. On average across trials and treatments, 3.2 kg P ha⁻¹yr⁻¹ of post-harvest aerial and root residues were incorporated into the SOP stock for 10.9 kg P ha⁻¹yr⁻¹ released into the soil solution. For OWP, P input varied considerably from 24 to 112 kg P ha⁻¹yr⁻¹ (mean 32.4) depending on the reasoning (i.e. 2 t C-OWP ha⁻¹yr⁻¹ or 170 kg N-OWP ha⁻¹ every two years) and the C/P and N/P ratio. On average, 5.5 kg P ha⁻¹yr⁻¹ was incorporated into the SOP and 26.9 kg P ha⁻¹yr⁻¹ was released into the soil solution. The SOP mineralization rates ranged from 1.7 to 11.2 kg P ha⁻¹ yr⁻¹ (5.1 on average or 0.8% of the SOP stock) with a residence time ranging from 56 to 227 yrs. The P-NMR results indicate that the SOP is predominantly in the form of orthophosphate monoesters, in which inositolhexakisphosphates (IHP) are the main compounds. The low SOP mineralization values could be explained by the presence of IHP, which are known strongly interact with the soil solid phase, and by a high concentration of phosphate ions in soil solution, which could inhibit the enzymatic catalysis of IHP. Despite very different Bcum values (between -724 and +1830 kg P ha⁻¹ for one of the trials), the SOP stock is constant in all LTFE while, on the contrary, the SIP stock changes strictly according to Bcum values. In conclusion, this thesis indicates that SOP mineralization is low, although variable among the four LTFE. It varies proportionally to the SOP stock but the drivers of this stock and of the mineralization coefficient could not be clearly identified, probably due to the scarcity of analyzed situations. This mineralization flux contributes marginally to the soil plant-available P, compared to the diffusion mechanism of phosphate ions at the solid-to-solution interface.

L'intérêt croissant pour l'agriculture biologique, la valorisation des ressources, et la souveraineté et sécurité alimentaire a su faire valoir l'importance de l'agriculture durable, qui explore notamment le rôle du microbiome et des processus biologiques. Toutefois, des lacunes persistent dans la compréhension de la minéralisation de l'azote avec des engrais organiques en culture hors-sol. Ce projet visait à comprendre cette dynamique en examinant la minéralisation des engrais d'origine organique dans divers substrats de culture à base de tourbe (axe 1) et également dans des sols arctiques (axe 2). Dans l'axe 1, deux volets d'étude ont été menés : des essais *in vitro* mesurant l'activité microbienne et les taux de minéralisation de l'azote pour cinq substrats de culture, et des essais *in vivo* évaluant la performance agronomique de trois substrats et de trois types de fertilisation organique sous régie biologique. Nos résultats ont montré que la plupart des fertilisants organiques ont connu un pic d'azote minéralisé au quatorzième jour d'incubation, sans différences significatives entre les substrats de culture tourbeux. Cependant, le substrat tourbeux âgé de 5 ans avait une activité microbienne inférieure aux substrats neufs. L'azote minéralisé a varié de 30 % à 80 % selon les sources fertilisantes. Dans les essais *in vivo*, la concentration en nitrate et l'activité microbienne ont diminué après la stérilisation à la vapeur des substrats de culture. La fertilisation d'origine animale a montré la plus faible concentration en azote dans le substrat de culture, tandis que le substrat avec fibres de bois et la fertilisation mixte (animale et végétale) ont favorisé la croissance des plantes. Dans l'axe 2 de recherche, l'évaluation de la performance d'un fertilisant liquide biologique dérivé de la biofermentation de frass a montré sa capacité à augmenter l'activité microbienne et à influencer la minéralisation de l'azote. D'autre part, des sols arctiques ont démontré leur potentiel en tant que substituts aux substrats de culture tourbeux importés pour la production de fruits et légumes au Nunavut. / In recent years, organic agriculture, resource revaluation, and food security have sparked growing interest among consumers in Quebec. Sustainable agriculture explores the role of the microbiome and biological processes. However, only limited research has been conducted on nitrogen mineralization using organic fertilizers in soilless cultivation or on the connection between culture medium components and nitrogen mineralization in organic horticulture. Therefore, this project aimed to better understand the mineralization dynamics of organic fertilizers in various peat-based growing media (GM) (Part 1), and in Arctic soils (Part 2). In part 1, two aspects were investigated: (i) *in vitro* trials measuring microbial activity and nitrogen mineralization rates of eleven organic fertilizers in three growing media, and (ii) *in vivo* trials to assess the agronomic performance of three GM amended with different organic fertilizations. Our results demonstrated that the nitrogen mineralization curve for the majority of the studied fertilizers exhibited a peak of mineralized nitrogen on the fourteenth day of incubation. No significant differences were observed among the growing media. The 5-year-old growing medium displayed lower microbial activity compared to the fresh growing media. Plant protein hydrolysates released a significant amount of NH4-N during the initial weeks. Overall, mineralized nitrogen ranged from 30% to 80% of the applied nitrogen, depending on the organic fertilizers. In the *in vivo* trial, nitrate concentration and microbial activity decreased after sterilization of the growing medium. The animal-derived fertilization had the lowest nitrogen concentration, while wood fiber and mixed fertilization promoted plant growth. In part 2 of the study, an organic liquid fertilizer (OLF derived from biofermentation of frass was evaluated on a peat substrate. The addition of OLF increased growing medium microbial activity and influenced nitrogen mineralization by reducing immobilization effects. On the other hand, Arctic soils showed promising results as substitutes for imported growing medium in fruit and vegetable production, while local fertilizing sources can be as effective as commercial fertilizers.

Cette étude a permis d'évaluer les quantités d'azote et de phosphore potentiellement minéralisables dans 34 sols organiques cultivés du Sud-Ouest du Québec. Les sols ont libéré en moyenne de 380 kg N ha-1 an-1 et moins de 2 kg P ha-1 an?1. Ils ont été classés en deux groupes de minéralisation. Un seuil critique de minéralisation de 0,8 mg N kg-1 j-1 correspondant à une teneur en carbone de 372 g kg-1 et à un rapport C/N maximal de 30 classait les sols avec un taux de succès de 85 %. Un seuil de minéralisation de 0,04 mg P kg-1 j.-1 correspondant à une teneur en carbone critique de 425 g C kg-1 classait les sols avec un taux de succès de 94 %. En serre, des plants de ray-grass prélevaient jusqu'à 3 fois plus d'azote sur certains sols très minéralisateurs que sur des sols pauvres. La richesse en phosphore des sols a conduit à une absence de réponse à la fertilisation.

De nombreux organismes marins précipitent des squelettes en calcite magnésienne. Depuis près d’un siècle, il est connu que les concentrations en magnésium de ces squelettes sont influencées par les conditions environnementales, telle la température, régnant au moment de leur dépôt. Dans le contexte actuel de changement climatique, cette propriété a promu l’usage de plusieurs taxons en tant qu’archive naturelle des conditions environnementales du passé. Cependant, les squelettes d’espèces sympatriques, voire d’individus de la même espèce, peuvent présenter des concentrations en magnésium très différentes, attestant de l’influence de facteurs biologiques sur la détermination de la concentration squelettique en cet élément. Une parfaite compréhension des mécanismes d’incorporation du magnésium dans les squelettes est donc requise pour valider l’usage de ce paléotraceur. De plus, la solubilité des calcites augmentant avec leur concentration en magnésium, l’incorporation de cet élément conditionne en partie la stabilité des squelettes calcitiques dans un océan en cours d’acidification.<p>Le présent travail contribue à l’étude des différents facteurs, tant environnementaux que physiologiques et minéralogiques, susceptibles d’affecter l’incorporation du magnésium dans les squelettes en calcite de trois taxons présentant des concentrations en cet élément particulièrement élevées, une éponge hypercalcifiée, Petrobiona massiliana, et deux échinodermes, Paracentrotus lividus et Asterias rubens.<p>Dans une première partie, les effets de plusieurs facteurs environnementaux ont été étudiés, en milieu naturel dans le cas de l’éponge, étant donné son incapacité à survivre en aquarium, et en conditions contrôlées d’aquarium dans le cas des deux échinodermes. Une influence environnementale prépondérante de la température sur la concentration en magnésium squelettique a été mise en évidence dans les 3 modèles biologiques étudiés. Une fois les facteurs génétiques (espèce) et structurels (élément squelettique) fixés, une relation positive liant la température à la concentration en magnésium squelettique a été caractérisée en milieu naturel chez l’éponge hypercalcifiée P. massiliana et en conditions contrôlées chez l’oursin P. lividus. Chez ce dernier, cette relation, non linéaire, se stabilise aux plus hautes températures envisagées, probablement suite à la saturation d’un processus biologique intervenant dans l’incorporation de cet élément. La salinité, un autre facteur environnemental majeur en milieu marin, influence elle aussi positivement la concentration en magnésium dans le squelette de l’étoile de mer A. rubens. A nouveau, il est proposé que cette influence de l’environnement soit modulée par un processus biologique: chez les échinodermes, la concentration en magnésium, contrairement à celle du calcium, n’est pas régulée dans le liquide coelomique. Elle est donc directement influencée par la salinité, et affecte probablement la concentration en cet élément dans le squelette formé. La diffusion depuis l’eau de mer jusqu’au site de calcification par l’intermédiaire des fluides internes a en effet été suggérée sur base du fait que le rapport Mg/Ca de l’eau de mer influence celui des squelettes calcaires<p>Une fois l’influence, directe ou indirecte, des facteurs environnementaux exclue, 44% de la variabilité du rapport Mg/Ca du squelette des échinodermes restent à expliquer. Les expériences de croissance d’échinodermes réalisées en conditions contrôlées indiquent que ce rapport est indépendant de la vitesse de croissance dans ce groupe, contrairement aux hypothèses émises dans la littérature.<p>Dans la seconde partie, la modulation des facteurs minéralogiques par les facteurs biologiques a été investiguée. Pour ce faire, d’une part, les interactions entre rapport Mg/Ca en solution et matrice organique de minéralisation ont été étudiées dans un modèle in vitro. D’autre part, les relations entre soufre et magnésium dans le squelette ont été décryptées.<p>Le rapport Mg/Ca de la solution de précipitation a une influence prépondérante sur la concentration en magnésium du carbonate de calcium précipité in vitro, attestant de l’importance de la régulation de la composition du fluide de calcification et des mécanismes de transport la contrôlant. Deux mécanismes biologiques complémentaires permettent de favoriser l’incorporation, dans les calcites biogéniques, de quantités de magnésium largement supérieures à celles observées dans les calcites inorganiques, et ce, malgré la forte hydratation de ce cation :l’intervention d’agents chélateurs du magnésium et le passage par une phase de carbonate de calcium amorphe (CCA). Les molécules de la matrice organique de minéralisation jouent entre autres le rôle de chélateur du magnésium, réduisant son état d’hydratation et facilitant ainsi son incorporation dans le minéral. Un rôle similaire a été suggéré pour les sulfates en solution, au vu de la corrélation observée dans ce travail entre les rapports Mg/Ca et S/Ca dans la phase minérale des calcites biogéniques étudiées. La matrice organique affecte elle aussi la concentration en magnésium dans le cristal, probablement via la stabilisation de la phase de CCA nécessaire à l’incorporation de concentrations élevées de cet élément: ainsi, les macromolécules de la matrice organique du test d’oursin induisent in vitro la formation de calcites plus riches en magnésium que celles formées en présence de matrice de piquant, un résultat concordant avec le fait que, in vivo, le test contient des concentrations en magnésium plus élevées que les piquants.<p>Cette thèse de doctorat a donc soulevé l’importance des effets biologiques dans la détermination du rapport Mg/Ca dans les calcites biogéniques. Les résultats obtenus montrent que le décryptage des mécanismes impliqués dans l’incorporation du magnésium se doit de considérer la phase amorphe transitoire qui précède la cristallisation. Des effets environnementaux affectent eux aussi la concentration squelettique en magnésium, mais nos résultats suggèrent qu’ils agissent au travers d’une modulation des effets biologiques, et non par une influence thermodynamique directe. Cette hypothèse, si elle est confirmée, impose la plus grande prudence lors de l’utilisation des squelettes en calcite en tant que paléotraceurs.<p><p><p>SUMMARY<p>The magnesium concentration in calcite skeletons produced by marine invertebrates is known to be dependent on several environmental parameters, including temperature, salinity and seawater Mg/Ca ratio. This property prompted the use of this concentration as a proxy of the considered parameters. However, skeletal magnesium contents in sympatric species and even in individuals of the same species may be rather different. These inter and intra-individual variabilities indicate that biological factors also affect magnesium incorporation into biogenic calcites. Magnesium incorporation mechanisms are still unknown in calcifying invertebrates, a fact that questions the validity of this element as a paleoproxy. Moreover, higher magnesium contents increase calcite solubility and could therefore worsen the case of calcifying organisms facing ocean acidification linked to global change.<p>The present thesis is a contribution to the study of the environmental, biological and mineralogical factors affecting magnesium incorporation into the calcitic skeletons of 3 taxa, i.e. one hypercalcified sponge, Petrobiona massiliana, and two echinoderms, Paracentrotus lividus and Asterias rubens.<p>The first part of this work was dedicated to the study of several environmental factors affecting the magnesium concentration in the calcite skeleton of the 3 studied organisms. Consequently to its low survival in aquarium, the sponge was studied using field specimens collected along an environmental gradient. Echinoderms were grown in controlled conditions in aquarium. Once the genetic (species) and structural (skeletal element) factors were fixed, skeletal magnesium concentration was positively related to temperature in the 3 studied species. The Mg/Ca ratio of the test of aquarium-grown P. lividus increased with temperature until a plateau which was probably due to the saturation of a biological process involved in magnesium incorporation. A positive effect of salinity, an other major environmental parameter, on skeletal Mg/Ca was demonstrated in aquarium-grown A. rubens. This influence can also be linked to a biological process: contrary to magnesium, calcium concentration is controlled in the coelomic fluid, from which ions probably diffuse through the living tissues to the calcification site. Thus, the observed positive relation can be explained by the fact that a salinity increase raises the coelomic Mg/Ca ratio, which, according to previous studies, affected the Mg/Ca ratio of the precipitated skeleton.<p>In addition to the reported environmental influences, 44% of the skeletal Mg/Ca ratio variation remained unexplained in echinoderms. The absence of growth rate effect on magnesium incorporation into the echinoderm skeleton was demonstrated in aquarium experiments, contrary to previous literature statements. Other biological factors must therefore affect the incorporation of this element.<p>In the second part of this work, the modulation of mineralogical factors by biological factors was investigated. The interaction between Mg/Ca ratio in the precipitation solution and organic matrix was studied in an in vitro precipitation experiment. In addition, the relation between skeletal Mg/Ca and S/Ca ratios was investigated.<p>A major influence of the precipitation solution Mg/Ca ratio on the magnesium concentration of in vitro precipitated minerals was evidenced, highlighting the importance of transport mechanisms which determine the composition of the calcifying solution. The<p>higher magnesium concentrations presented in some biogenic calcites in comparison to inorganic calcites can be attributed to the action of chelating molecules and to the transition trough an amorphous phase. The strong tendency of magnesium towards hydration can be overcome by the involvement of molecules that can function as magnesium chelators and, therefore, favour the formation of calcite with a high magnesium content. Organic matrix macromolecules have been suggested to proceed as magnesium chelators, reducing the hydration of this ion and facilitating its incorporation into calcite. A similar function was suggested for sulphates that were measured in the echinoderm skeleton. This would explain the positive correlation between skeletal Mg/Ca and S/Ca ratios observed in the studied species. Organic matrix macromolecules also increased the magnesium concentration of minerals precipitated in vitro, probably stabilizing the transient phase of amorphous calcium carbonate, which can incorporate high quantities of magnesium in its structure. The enhancement of magnesium incorporation was more pronounced with the organic matrix extracted from the test of sea urchin than with that extracted from their spines. This result was in agreement with the in vivo skeletal Mg/Ca ratios in P. lividus skeleton that were higher in the test than in the spines.<p>This study demonstrated the importance of the biological effects in the determination of Mg/Ca ratios in biogenic calcites. According to the suggested hypotheses, the understanding of mechanisms involved in magnesium incorporation should take the transient amorphous phase into account. Magnesium concentration in biogenic calcite was also affected by environmental parameters, but these influences could proceed through the indirect modulation of biological rather than a direct thermodynamic control. This hypothesis, if proved correct, would have deep implications for the use of magnesium in calcite skeletons as a paleoproxy. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L’accrétion des monticules carbonatés phanérozoïques est contrôlée par trois principaux mécanismes de production de carbonates : la biominéralisation qui correspond à la squelettogénèse, l’organominéralisation qui correspond à la précipitation de carbonate de calcium en relation étroite avec des substrats organiques non vivants et la cimentation marine contrôlée par la circulation de fluides marins. Cette thèse présente une estimation de l’importance relative de ces trois processus d’accrétion dans la réalisation de la fabrique carbonatée in situ de différents cas de monticules carbonatés à faciès fins. Pour cela, une étude comparative détaillée de cinq exemples de « mudmounds » paléozoïque, mésozoïque et moderne a été menée. À la localité Chute Montmorency (Ordovicien moyen, Québec), les biohermes lenticulaires sont riches en bryozoaires in situ. La trame récifale bioconstruite par les bryozoaires trépostomes offre un large réseau de cavités où se développe la fabrique polymicritique. L’accrétion dépend principalement de la biominéralisation alors que l’organominéralisation qui prend place dans les espaces cryptiques intra-récifaux, demeure de faible importance. La cimentation marine est absente. Dans le cas de la localité Île d’Anticosti (Silurien inférieur, Québec), les monticules à bryozoaires et crinoïdes montrent deux faciès qui se distinguent par l’abondance des phases de ciment marin. Le mudstone-wackestone à bryozoaires fenestrés et crinoïdes se démarque par le volume important de la fabrique polymicritique et l’abondance des cavités d’abris et des cavités stromatactis. Pour ce faciès, le rôle joué par la biominéralisation est limité et c’est l’organominéralisation puis, dans un moindre degré, la cimentation marine associée aux stromatactis qui contrôlent l’accrétion. Pour le second faciès, le cementstone à bryozoaires fenestrés, la contribution de la biominéralisation demeure mineure et l’organominéralisation est absente. L’accrétion résulte d’une cimentation marine extensive. À la localité Foum Zidet (Jurassique inférieur, Maroc), les monticules sont riches en éponges siliceuses calcifiées très bien préservées et visibles à l’échelle macroscopique. Ces dernières, précocement indurées, ont localement servi de substrats pour les organismes encroûtants tels que les bryozoaires et les vers polychètes. L’accrétion des monticules de Foum Zidet résulte donc principalement de l’organominéralisation qui se combine, à plus petite échelle, à la biominéralisation. La cimentation marine est absente. Dans le cas de la localité Jebel Assameur (Jurassique moyen, Maroc), les monticules sont riches en coraux scléractiniens qui se combinent à d’importants volumes d’organismes épilithiques dont les bryozoaires, les vers polychètes et les éponges siliceuses calcifiées. L’accrétion est contrôlée par la biominéralisation qui a permis le développement de petits récifs de type « patch reefs ». L’organominéralisation est restreinte aux espaces cryptiques et la cimentation marine demeure de faible importance. Les monticules d’eaux profondes et froides de la localité Escarpement de Pen Duick (Océan Atlantique Est), avec leurs coraux d’eaux froides vivants en association étroite avec les faciès « coral rubble » offrent un contexte pertinent pour vérifier si l’organominéralisation est réalisée dans les monticules d’eaux profondes et froides modernes. Les fluides réactifs et potentiellement calcifiants qui combinent une signature de fluorescence protéique (pic SR) avec celle de composés humiques fraîchement produits (pic M2) ont été détectés à la surface, dans une moindre mesure à 20 cm de profondeur dans le sédiment, puis à 100 cm de profondeur. Cependant, aucune phase carbonatée authigène formée via organominéralisation n’a été observée. Dans le cas des monticules de l’Escarpement de Pen Duick, l’accrétion est principalement contrôlée par la biominéralisation. Le développement de l’organominéralisation puis de la cimentation marine ne peut être qu’envisagé lors de leur future évolution diagénétique si les conditions favorables sont réunies (e.g. courants de fond accrus, absence d’argiles). Notre approche comparative a été étendue à quinze cas d’études bien documentés dans la littérature et choisis pour illustrer la variabilité de ces objets géologiques à l’échelle spatiale et temporelle. Cette comparaison étendue illustre comment des objets géologiques comparables (géométrie, macro et micro fabrique) n’ont en réalité aucune unité génétique. L’importance relative des mécanismes d’accrétion n’apparaît pas constante au cours du temps et l’objet géologique « mudmound » est en réalité une convergence morphologique. / Three mechanisms of carbonate accretion can be observed in Phanerozoic mud-rich carbonate mounds: biomineralization which refers to skeletogenesis, organomineralization correspond to by mineral precipitation that involves a non-living organic substrate and finally marine cement precipitation formed by fluid flow-through. This thesis presents an assessment of the relative importance of these three main accretionary processes through time using a detailed study of Paleozoic, Mesozoic and modern mud-rich localities, all identified as carbonate mounds. At the Chute Montmorency locality (Middle Ordovician, Quebec), bioherms are lenticular bodies where in situ bryozoans dominate the bioclastic fraction. The reefal framework built by trepostomes bryozoans provides large growth cavities hosting polymud fabrics. Accretionary mechanisms rely mainly on biomineralization whereas organomineralization remains of minor importance and takes place within intra-reefal cryptic spaces. Cementation is absent. At the Anticosti Island locality (Lower Silurian, Quebec), mud-rich buildups display two distinct facies both characterized by the abundance of marine cement. The crinoid-fenestrate bryozoan mudstone-wackestone facies stands out by its volumetrically important polymud fabric as well as both shelter cavities and stromatactis. In this facies, biomineralization is limited whereas organomineralization and, to a lesser extent, marine cementation within stromatactis control the net accretion. Regarding the fenestrate bryozoan cementstone facies, the contribution of biomineralization remains minor and organomineralization is absent. In this case, net accretion is the result of extensive marine cementation. At the Foum Zidet locality (Lower Jurassic, Morocco), mounds display large amounts of macroscopically preserved, calcified siliceous sponges locally used as substrate by encrusting bryozoans and polychètes. Thus, mound accretion combines organomineralization and, to a lesser extent, biomineralization whereas marine cement precipitation is lacking. At the Jebel Assameur locality (Mid Jurassic, Morocco), mud-rich buildups display important amounts of scleractinian corals combined with a significant volume of epilithic bryozoan, annelids worms and calcified siliceous sponges. Thus, accretionary processes consist of biomineralization that develop classical patch reefs whereas organomineralization is restricted to cryptic spaces. Cement precipitation remains minor. The modern case study, the Pen Duick escarpment (offshore Morocco) locality, with its living and non-living deep-sea coral mounds, offers an excellent setting to explore whether organomineralization takes place in modern deep-water coral mounds. Reactive fluid that combines protein-like fluorescence (peak SR) with fresh, humic compounds (peak M2) is present at the surface, to a minor degree at ~ 20 cm depth, and in a distinct layer at 100 cm depth. However, no ISOM-related authigenic carbonate was observed. Hence, mound accretion at Pen Duick escarpment is mainly controlled by biomineralization whereas the development of organomineralization and marine cementation can only be assumed if relevant conditions occur along their diagenetic evolution (e.g. decrease in argillaceous material, enhanced bottom current). Our comparative approach was further extended to fifteen case studies from the mudmound literature chosen to document the mud-rich carbonate mound variability in space and time. This comparative study illustrates how mud-rich carbonate mounds sharing similar geometry, macro and micro fabrics can evolved from the varying input of the three main accretionary processes. Hence, mound accretionary mechanisms are not constant through time and mud-rich carbonate mounds (commonly named mudmound) are indeed a morphological convergence.

Les antibiotiques, notamment la chlorotétracycline (CTC), sont souvent utilisés dans la production animale à titre prophylactique et comme promoteurs de croissance. Cependant, les effets de la CTC sur la minéralisation de l'azote (N), plus particulièrement sur la production de nitrate (NO3), dans les sols agricoles amendés avec des composts de fumiers de ferme sont encore mal connus. En agriculture, la nitrification (i.e., production de nitrate) est un indicateur de l'état de la fertilité des sols agricoles. En général, les travaux portant sur les effets des antibiotiques sur les microorganismes du sol sont rares et parfois contradictoires. L'objectif de la présente étude était d'évaluer la minéralisation de N organique, plus particulièrement la production de NO3-N, dans deux sols agricoles de texture contrastante, un sol limono-argileux et un sol sableux, amendés avec deux composts à base de fumiers de bovins en présence et en l'absence de CTC. Les deux composts de fumiers de bovins contenaient de la paille (CP) ou des copeaux de bois (CB). La minéralisation de N a été évaluée en laboratoire durant une incubation aérobie de 160 jours, sous des conditions de température et d'humidité. Des échantillons de sols seuls ou mélangés avec trois doses de chaque compost sur une base de N total (0, 15,4 et 30,9 g CP/kg de sol ou 0, 12,5 et 25,0 g CB/kg de sol). Les doses de CTC étaient 0, 0,45 et 2,24 mg CTC/kg de substrat. Les traitements ont été répétés trois fois. L'essai d'incubation des sols en aérobie a montré que l'ajout des deux composts de fumiers de bovins (CB et CP) aux deux sols (limono-argileux et sableux) a engendré une augmentation des quantités de NO3-N en fonction du temps d'incubation. La production de NO3-N dans le substrat a été significativement affectée par le type de sol, le sol limono-argileux ayant produit une quantité de NO3-N plus élevée que le sol sableux. En termes de quantités nettes de NO3-N produites, c'est le compost pailleux (CP) qui a généré de quantités nettes de NO3-N les plus élevées durant les périodes d'incubation. Dans les conditions expérimentales utilisées et selon les résultats obtenus, il ressort que la minéralisation du N organique a été peu ou pas affectée par la présence de CTC dans les 11 substrats. D'une part, l'absence d'une période de latence et de ralentissement brutal de la nitrification et d'autre part, l'augmentation de la production de NO3-N avec le temps d'incubation dans l'ensemble des échantillons indiquent que les micro-organismes associés aux processus de minéralisation du N organique ont été peu ou pas affectés par les concentrations de CTC fraîchement ajoutées aux substrats. D'une manière générale, les résultats indiquent que la présence de CTC aurait tendance à abaisser légèrement les quantités de NO3-N produites dans l'ensemble des échantillons.

Devant la complexité du cycle de l’azote (N) et la variété de ses formes disponibles dans le sol, la planification de la fertilisation de cet élément repose sur des calculs et considérations complexes. La fertilisation biologique a de particulier que l’N est apporté sous forme organique, alors que les plantes le prélèvent principalement sous forme minérale. La disponibilité de l’N repose donc sur une minéralisation efficace des amendements. Cette situation peut mener des producteurs à surfertiliser, entraînant des pertes financières et d’N dans l’environnement. Parvenir à une meilleure synchronisation de la minéralisation de l’N avec les besoins de la plante est donc crucial pour le développement de la serriculture biologique, où les besoins en azote des cultures sont de loin plus élevés qu’au champ. De plus, la capacité de certaines plantes à prélever directement l’N sous forme organique est souvent considérée négligeable en agriculture, mais pourrait être plus importante qu’on ne le croit, contribuant ainsi substantiellement au bilan d’N de la plante. Les objectifs généraux de ma thèse étaient de : (1) évaluer les taux de minéralisation de fertilisants biologiques couramment utilisés en culture légumière sous serre au Québec ; (2) étudier l’impact de différentes sources fertilisantes sur la biodiversité des bactéries du sol ; (3) étudier la capacité du concombre à prélever l’N directement sous forme organique ; et (4) développer et valider un outil de gestion de la fertilisation biologique azotée. Une expérience d’incubation de cinq fertilisants biologiques d’usage commun en serriculture biologique a été menée. La minéralisation de l’N a plafonné dans un sol minéral et un substrat tourbeux à, respectivement, 41 et 63 % de l’N appliqué pour le fumier de poule granulé, 56-93 % pour la farine de sang, 54-81 % pour la farine de plume, 34-43 % pour la farine de luzerne et 57-73 % pour la farine de crevette. Dans un sol minéral, la biodiversité bactérienne alpha (indice Shannon) a été augmentée par l’apport de farine de luzerne, alors que dans un substrat organique à base de tourbe, ce sont la farine de crevette et le fumier de poule granulé qui l’ont le plus augmentée. En se basant sur ces résultats, le modèle NLOS a été adapté à la serriculture biologique pour produire le nouveau modèle NLOS-OG. Cet outil a été validé en serres expérimentales et commerciales et a permis une prédiction satisfaisante de la disponibilité d’N minéral pour une culture en sol minéral, ainsi que de la minéralisation cumulative de fertilisants appliqués dans un sol ou un substrat tourbeux. Par contre, de la recherche spécifique à la dynamique de l’eau dans les cultures biologiques en contenants sera nécessaire afin de prédire adéquatement la disponibilité de l’azote dans ce système. Une interface web est disponible pour les agronomes et producteurs (https://exchange.iseesystems. com/public/pierrepauldion/nlos-og/). Le contenu en C et N solubles du substrat biologique d’une culture de concombre en serre biologique a été positivement corrélé au contenu en C et N organiques de la sève du xylème et aux solides solubles du fruit, suggérant un prélèvement et un transfert de C et N organiques vers les parties aériennes et les fruits. Dans une seconde expérience, en milieu contrôlé, de jeunes plants de concombre ont été exposés à une solution d’alanine enrichie en 13C et 15N. En combinant l’utilisation de molécules marquées à une position spécifique (Position-specific labelling) et l’analyse isotopique spécifique au composé (Compound-specific isotopic analysis), nous avons développé une approche innovatrice permettant de suivre le métabolisme de l’assimilation de l’N issu d’un acide aminé prélevé par les racines. Nous avons ainsi démontré que les racines peuvent prélever et assimiler l’N sous forme organique, surtout en situation de rareté de l’N. Elles ont toutefois une nette préférence pour les formes inorganiques (nitrate et ammonium). Les contributions scientifiques découlant de cette étude doctorale sont : (1) une meilleure connaissance de la minéralisation des fertilisants biologiques azotés ; (2) l’intégration de ces taux de minéralisation dans un outil de gestion de l’N applicable en serriculture biologique; et (3) une meilleure compréhension du prélèvement et de l’assimilation de l’azote organique par des plants de concombre. Ces connaissances permettront une meilleure planification de la fertilisation à base de matière organique, et par conséquent un accroissement de la durabilité de la serriculture biologique. / Because of the complexity of the nitrogen (N) cycle and the diversity of its molecule forms in the soil, N fertilization management is based on complex calculations and considerations. For organic farming, N is provided via organic amendments and biological fixation. However, lack of precise tools that predict the N mineralization rate of N sources leads some producers to over-fertilize, resulting in the buildup of salinity, N leaching and possible loss of profits. Consequently, better knowledge of N availability following organic fertilization, to improve synchronization of N supply with crop N demand, is crucial to advance sustainable organic horticulture. In addition, the capacity of plants to take up N directly as organic molecules is seldom considered in agriculture and could be higher than previously thought, contributing significantly to the plant’s N budget. The objectives of this thesis were to: (1) evaluate the mineralization rates from organic fertilizers commonly used in greenhouse vegetable horticulture in Quebec; (2) study the impact of different fertilizer sources on soil bacterial diversity; (3) study the capacity of cucumber plants to take up and assimilate N directly as organic molecules; and (4) develop and validate a N management tool for organic fertilization. An incubation experiment with five organic fertilizers commonly used in organic greenhouse horticulture was performed. Nitrogen mineralization plateaued for a mineral soil and a peat substrate at respectively 41 and 63% of applied N for pelleted poultry manure, 56-93% for blood meal, 54-81% for feather meal, 34-53% for alfalfa meal, and 57-73% for shrimp meal. Organic fertilizers supported markedly contrasted bacterial communities, closely linked to soil biochemical properties, especially mineral N, pH and soluble C. Alfalfa meal promoted the highest alpha diversity (Shannon index) in the mineral soil, whereas shrimp meal and pelleted poultry manure increased it in the peat-based growing medium. Based on those results, we adapted the NLOS model to organic greenhouse horticulture and developed the new model NLOS-OG. This tool was validated in commercial and experimental greenhouses. It yielded a satisfying prediction of mineral N availability in a greenhouse crop grown in native mineral soil, and for the cumulative mineralization of fertilizers applied in a soil or organic substrate. However, further research should focus on water dynamics in containerized organic crops in order to achieve a precise prediction of N availability in that cropping system. A free web interface for NLOS-OG is now available for agronomists and growers (https://exchange. iseesystems.com/public/pierrepauldion/nlos-og/).In a greenhouse experiment, the C and N content of soil solution was positively linked to the xylem sap C and N content of mature cucumber plants and appeared to contribute to the accumulation of soluble solids in cucumber fruits, suggesting uptake and transfer of soil soluble organic N and C to the shoot and fruits. In a second experiment, in a growth chamber, young cucumber plants were exposed to 13C- and 15N-labelled alanine. By combining two methods, i.e., the use of Position-specific labelling (PSL) of alanine and Compound-specific isotopic analysis (CSIA) of free amino acids, we developed a novel approach allowing the study of the mechanism of the assimilatory metabolism of an amino acid taken up by the roots. We demonstrated that their roots can take up and assimilate N as organic molecules, although they showed a preference for inorganic N forms (nitrate and ammonium). The scientific contributions from this doctoral study are: (1) a better knowledge of the nitrogen release from nitrogen organic fertilizers; (2) the integration of mineralization rates into a N management tool adapted to organic greenhouse horticulture; and (3) a better understanding of the uptake and assimilation of organic N by cucumber plants. This knowledge will contribute to a better planning of N fertilization based on organic matter, thus increasing the sustainability of organic greenhouse horticulture.

Biologically controlled mineralization implies that organisms devote a part of their physiological activity to build up a specific mineralized skeleton. A preliminary comprehensive general view of the morphology and physiology of a given organism is therefore required before trying to understand where and how its biomineralizing system functions. Furthermore, the entire biomineralization sequence is not mediated by purely inorganic mineralogical rules but rather by a cellular machinery. Accordingly, a mineralogical characterization should be linked to a histological and cytological investigation of mineralizing cells to understand how a skeleton is produced. In the present thesis, we developed such a multi-disciplinary approach of some biomineralization processes of the massive basal skeleton in a few Recent hypercalcified sponges, likely survivors from Palaeozoic and early Mesozoic seas.<p>The three first chapters of this thesis are dedicated to the Mediterranean Calcarea Petrobiona massiliana, a conveniently accessible living hypercalcified sponge whereas all other Recent hypercalcified species are tropical and less easily reached. This model species permitted an initial morphological approach followed by an integrated biological and mineralogical study of biomineralization mechanisms. The fourth chapter aims at the comparative mineralogical study of the basal skeleton of eight tropical Recent hypercalcified demonsponges.<p>In the first chapter, important modifications and/or morphogenesis at the tissular or cellular level in response to life cycle phases and environmental conditions were depicted in specimens of Petrobiona massiliana. A survey of “storage cells” filling trabecular tracts, which are specific to P. massiliana, suggested that these cells may provide energy and a pool of toti- or pluripotent cells able to restructure the aquiferous system and repopulate cell types like pinacocytes. This potentiality of "storage cells would allow the sponge to sustain important physiological activities, like calcification, along its life cycle. Furthermore, basopinacocytes, cells delineating basally the soft tissue from the underlying basal skeleton, were identified through ultrastructural observations as the most probable cell type involved in the formation of the basal skeleton.<p>In the second chapter, the skeleton was found to be composed of ca. 50 to 100 nm crystallized grains as the smallest skeletal units, likely initially deposited in a mushy amorphous state. TEM and SEM observations further highlighted that these submicronic grains were assembled in clusters or fibres, the later even laterally associated into bundles. A model of crystallization propagation through amorphous submicronic granular units is proposed to explain the single-crystal feature of these micron-scale structural units, as demonstrated by selected area electron diffraction (SAED) in TEM. Finally, these units were assembled into a defined microstructure forming flattened growth layers called "sclerodermites", which superposed to produce the massive basal skeleton. In addition, X-ray diffraction (XRD) and energy electron loss spectroscopy (EELS) analyses highlighted respectively heterogeneous concentration and spatial distribution of Mg and Ca ions in the skeleton and structural units. This characterization highlighted mineralogical features, not conforming to the inorganic principles, and presuming a highly biologically regulated construction of the basal skeleton.<p>Accordingly, in the third chapter, it arose that the endomembrane system of basopinacocytes might play a dual function in the production and transport of both mineralizing ions and organic matrices. Combining partial decalcification methods with histochemical dyes and observing ultra-thin sections of the mature basal skeleton in TEM, very spatially and functionally diverse organic matrix components were found to occur in growing and mature portions of the skeleton. The following model of biomineralization was proposed for Petrobiona massiliana: basopinacocytes would use the endomembrane system pathway to produce and carry organic-coated submicronic amorphous grains in a mushy state within intracellular vesicles. These would then be released through the basal cell membrane toward the growing layer of the skeleton, where a highly structured gel-like organic framework, rich in sulfated/acidic GAGs-rich macromolecules, secreted by basopinacocytes, would ensure their assemblage into oriented fibres or clusters.<p>In the fourth chapter, the basal skeleton of eight tropical Recent hypercalcified species belonging to demosponges: Acanthochaetetes wellsi, Willardia caicosensis, Astrosclera willeyana, Ceratoporella nicholsoni, Goreauiella auriculata, Hispidopetra miniana, Stromatospongia norae and Calcifibrospongia actinostromarioides, were compared. Some mineralogical nano- to submicronic patterns already observed in the Calcarea P. massiliana, appeared as general features: the occurrence of submicronic granular units, their coherent assemblage into monocrystalline fibres and bundles and the likely presence of organic material around all structural units. Additional features brought new insights in our comprehension of biomineralization mechanisms in hypercalcified sponges. Among them, micro-twin and stacking-fault planes aligned with the fibres/bundles axis and crossing over submicronic granular units characterized the skeleton of most aragonitic species. This highly supports the crystallization propagation model proposed for P. massiliana, although it additionally suggests that it should occur only after the oriented assemblage of submicronic grains. Furthermore, lighter transverse striations separated by few nanometres occurred systematically in fibres and bundles of the eight basal skeletons investigated, suggesting the involvement of nanoscale intracrystalline fibrils in the biological control.<p>In conclusion, this comparative study of nine Recent hypercalcified sponges belonging to phylogenetically distant taxa resulted in the proposition of a shared biomineralization model based on the production of micron and submicron-scale structural units to build up macro-scale basal skeletons under a high biological control. We suggest that the cellular toolkit used for the biologically controlled biomineralization in these sponges is very ancient<p>and was already developed by their early Palaeozoic ancestors. Furthermore, this model supports recent concepts of calcium carbonate biomineralization developed for example in corals, molluscs and echinoderms, suggesting an even more universal and ancestral character of initial biomineralization mechanisms in all Metazoa producing a calcium carbonate skeleton.<p><p>La minéralisation biologiquement contrôlée implique qu’un organisme consacre une partie de son activité physiologique à l'élaboration de son squelette. La connaissance de sa morphologie et de sa physiologie est donc une étape préliminaire indispensable pour comprendre les mécanismes de formation de celui-ci. L’entièreté du processus de biominéralisation ne dépend pas simplement de principes fondamentaux issus de la minéralogie inorganique mais aussi de mécanismes cellulaires particuliers. La caractérisation minéralogique d'un squelette devrait donc être systématiquement liée à une étude histologique et cytologique des cellules impliquées dans la formation du biominéral. La thèse présentée ici a suivi une telle approche multidisciplinaire de certains mécanismes de biominéralisation du squelette basal de plusieurs éponges hypercalcifiées actuelles, considérées comme reliques d'espèces plus anciennes du Paléozoïque et Mésozoïque.<p>Les trois premiers chapitres de cette thèse concernent l'espèce calcaire de Méditerranée, Petrobiona massiliana, une éponge hypercalcifiée actuelle plus accessible que d'autres principalement distribuées dans les mers tropicales. Une approche de sa morphologie générale a été réalisée en préliminaire à une étude de ses mécanismes de biominéralisation, intégrant une caractérisation minéralogique et biologique. Le quatrième chapitre compare d’un point de vue minéralogique le squelette basal de huit autres espèces hypercalcifiées tropicales appartenant aux démosponges.<p>Au cours du premier chapitre, d'importantes modifications morphogénétiques à l'échelle tissulaire et cellulaire, liées à certaines phases du cycle biologique et aux conditions environnementales, ont ainsi été mises en évidence chez Petrobiona massiliana. Par l'observation de modifications de l'organisation et de l'ultrastructure des cellules de réserves remplissant les cordons trabéculaires, structures spécifiques de l'espèce, un rôle dans l'approvisionnement nutritif des cellules de l'éponge ainsi qu'un caractère toti- ou pluripotent leur ont été conférés. Les fonctions potentielles de ces cellules dites de réserves pourraient permettre à l'éponge de maintenir des activités physiologiques importantes, telles que la calcification, au cours de son cycle vital. Finalement, l'analyse ultrastructurale des tissus de P. massiliana a permis d'identifier les basopinacocytes, cellules délimitant les tissus mous du squelette basal, comme le type cellulaire ayant le plus de probabilité d'être impliqué dans la formation de ce dernier.<p>Dans le deuxième chapitre, des granules de 50 à 100 nm de diamètre se sont avérés les plus petites unités structurales du squelette basal de Petrobiona massiliana, probablement déposées initialement dans un état amorphe à consistance molle. Des observations en MEB et MET ont mis en évidence l'assemblage de ces granules en amas ou fibres, ces dernières étant elles-mêmes latéralement associées en faisceaux. Un modèle impliquant la propagation de la<p>cristallisation au travers de ces assemblages de granules submicroniques a été établi pour expliquer le caractère monocristallin des unités microstructurales, démontré par diffraction électronique en MET. Leur assemblage en une microstructure particulière produisant des couches\ / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Une réduction des apports alimentaires de phosphore (P) aux porcs en engraissement, à des niveaux qui garantissent des performances de croissance maximales et une minéralisation osseuse adéquate, est aujourd'hui largement utilisée par l'industrie pour limiter l'utilisation des phosphates et l'impact environnemental associé aux rejets de ce minéral. L'usage d'une telle pratique nutritionnelle n'est pas encouragé chez les cochettes ou les truies de remplacement considérant qu'elles doivent maximiser leurs réserves minérales osseuses pour faire face aux fortes demandes dans les multiples phases de gestation et lactation à venir. Cette pratique demeure néanmoins présente dans certains contextes de production comme la Suisse où les cochettes sont élevées et alimentées avec les porcs à l'engrais et reçoivent ainsi les mêmes apports de P que ces derniers qui ne vise pas une maximisation des réserves osseuses. Par la suite, il est donc crucial d'augmenter la minéralisation osseuse pour qu'elle soit maximale avant leur début de carrière. Il est important de noter que peu d'études ont été consacrées aux truies de remplacement et leurs besoins en P et Ca sont ainsi moins bien connus que ceux des porcs en croissance. Le but du présent travail de thèse était donc de progresser dans la détermination des apports optimaux de Ca et P pour maximiser la minéralisation osseuse des cochettes dans différents contextes de production, soit des élevages destinés aux cochettes uniquement ou avec les porcs en croissance jusqu'au poids d'abattage de ces derniers. L'approche utilisée se basait sur l'expérimentation in vivo pour générer des données sur la truie de remplacement et réfléchir à l'adaptation des modèles de détermination des besoins des porcs en croissance pour prédire ceux des cochettes adéquatement. La première phase de ce travail de thèse nous a permis de vérifier l'impact d'une stratégie de déplétion et de réplétion de Ca et P digestible (Pdig) sur la cinétique de dépôt des tissus osseux et mous chez la cochette. Il s'agissait entre autres d'évaluer l'aptitude d'une telle stratégie à induire des régulations pour augmenter l'utilisation des minéraux afin de compenser un déficit de minéralisation osseuse induit entre 60 et 95 kg de PV par un aliment déficient en Ca et Pdig suivi d'un régime contenant des quantités normales ou excessives de Ca et Pdig entre 95 et 140 kg de PV. La seconde partie nous a permis de tester l'hypothèse que la récupération de la minéralisation osseuse après un déficit de minéralisation osseuse chez les cochettes était complète dans tous les os individuels ou les régions osseuses en utilisant l'absorptiométrie bi-énergétique à rayon-X (DXA). Les résultats de ces deux études montrent le potentiel de réduire les apports de P alimentaire sans modifier les performances de croissance et confirment la capacité des cochettes déplétées à récupérer après 2 à 4 semaines leur retard de minéralisation osseuse dans le corps entier et dans tous les os individuels ou les régions osseuses lorsqu'elles sont nourries au moins au besoin à partir de 95 kg de PV. La partie modélisation du travail était consacrée à la comparaison des données de rétention corporelle de Ca et P avec nos données de composition corporelles obtenues dans les étapes précédentes en utilisant les traitements apportant des apports élevés de P avec les rétentions simulées par différents modèles de prédiction des besoins en P existants chez les porcs à l'engrais. Les résultats montrent des différences importantes entre les valeurs prédites par ces modèles et donc avec les données expérimentales. Cette comparaison des rétentions corporelles de P, de Ca et de cendres entre les modèles de besoin des porcs qui sont utilisés pour les cochettes et des données réellement mesurées chez des cochettes constitue une étape essentielle dans le développement de modèles mieux adaptés aux cochettes afin de proposer des recommandations à même de maximiser la minéralisation osseuse avant leur début de carrière. Ce travail de thèse a permis de progresser dans la compréhension de l'impact des particularités d'élevages des cochettes de remplacement sur le métabolisme phosphocalcique pour faire évoluer nos modèles de prédiction des besoins. Il a de plus permis de suggérer des stratégies d'alimentation aptes à permettre une maximisation de la minéralisation osseuse malgré l'élevage des cochettes avec les porcs en croissance telle que pratiquée en Suisse, sans modification des performances des animaux et avec un impact environnemental faible. / Reducing the dietary phosphorus (P) intake of fattening pigs to levels that ensure maximum growth performance and adequate bone mineralization is now widely used by the industry to limit the use of mineral phosphates and the environmental impact associated with the release of this mineral. The application of such feeding strategy is not encouraged in gilts or replacement sows considering that they must maximize their bone mineral reserves to meet the high demands of the multiple phases of gestation and lactation. However, this practice is still present in some production contexts such as Switzerland where gilts are raised and fed with fattening pigs and thus receive the same P intake as the latter, which does not aim at maximizing bone reserves. It is therefore crucial to increase bone mineralization to a maximum before the start of their career. It is important to note that few studies have been devoted to replacement sows and their P and Ca requirements are thus less well known than those of growing pigs. The purpose of this thesis was to progress in determining optimal P and Ca intakes to maximize bone mineralization in gilts in different contexts of production, from gilt-only farm to farm with growing pigs up to slaughter weight. The approach used was based on in-vivo experimentation to generate data on the gilts in order to reflect on the adaptation of the models for determining the needs of growing pigs to predict those of gilts adequately. The first phase of this thesis allowed us to verify the impact of a depletion and repletion strategy of Ca and digestible (Pdig) on the kinetics of bone and soft tissue deposition in gilts. One of the objectives was to evaluate the ability of such a strategy to induce regulations to increase mineral utilization in order to compensate for a bone mineralization deficit induced between 60 and 95 kg of BW by a Ca and Pdig deficient diet followed by a diet containing normal or excessive amounts of Ca and Pdig between 95 and 140 kg of BW. The second part allowed us to test the hypothesis that recovery of bone mineralization after a bone mineralization deficit in gilts was complete in all individual bones or bone regions using dual energy X-ray absorptiometry (DXA) The results of these two studies show the potential to reduce the dietary P intake without altering growth performance and confirm the ability of depleted gilts to recover from delayed bone mineralization in the whole body and in all individual bones or bone regions after 2 to 4 weeks when fed at least as needed from 95 kg BW. The modeling part of the thesis was devoted to the comparison of body P retention and body composition Ca data obtained in the previous steps with the treatments providing high P intakes and the requirements simulated by different existing P requirement prediction models in fattening pigs. The results show significant variability between the prediction of these models and the experimental data. This comparison of body retention of P, Ca and bone ash between pig requirement models used for gilts and data measured in gilts is an essential step in the development of models better adapted to gilts in order to propose recommendations for maximizing bone mineralization before the beginning of their career. This thesis has allowed us to progress in our understanding of the impact of the breeding particularities of gilts on phosphocalcic metabolism in order to evolve our models of prediction of needs. It also allowed us to suggest feeding strategies that would allow maximization of bone mineralization despite the rearing of gilts with growing pigs as practiced in Switzerland, without modifying the animals' performance.

Le tabagisme est un facteur de risque dans le développement des maladies parodontales. Une dérégulation des fonctions ostéoblastiques du parodonte pourrait entrainer des maladies parodontales. Le but de cette étude est d’évaluer les effets de différentes concentrations d’un condensé de fumée de cigarette (CFC) sur l’adhésion, la croissance, la mort cellulaire et la minéralisation des ostéoblastes. Méthode: Différentes techniques ont été utilisées afin d’évaluer les effets du CFC sur l’adhésion, la prolifération, la mort cellulaire ainsi que la minéralisation des ostéoblastes. Résultats: Le CFC a des effets directs sur les ostéoblastes; leurs adhésion et prolifération sont modifiées de façon significative. Une augmentation de la lactate déshydrogénase et une modification du rapport Bax/Bcl2 ont été montrées. Ces effets ont une répercussion sur la minéralisation puisque la formation de nodules osseux est réduite en présence de CFC. Le CFC est nocif pour les ostéoblastes, augmentant le risque de développement d’une maladie parodontale. / Smoking is a risk factor in the development of periodontal disease. Deregulation of osteoblast function could lead to periodontal gum disease. The purpose of this study is to evaluate the effects of different concentrations of cigarette smoke condensate (CFC) on the adhesion, growth, cell death and mineralization of osteoblasts. Method: Various techniques have been used to assess the effects of CFC on the adhesion, proliferation, cell death and mineralization of osteoblasts. Results: The CFC has direct effects on osteoblasts; their adhesion and proliferation are significantly modified. Increased lactate dehydrogenase and a change in the ratio of Bax / Bcl2 were shown. These effects have an impact on bone mineralization. Nodule formation is reduced in the presence of CFC. CFC is harmful to the osteoblasts, increasing the risk of developing periodontal disease.