Dans les agroécosystèmes, l'utilisation de la biodiversité pour la régulation naturelle des arthropodes nuisibles vise à proposer une protection agroécologique des cultures, en alternative à la protection agrochimique actuelle. Notre étude a porté sur les agroécosystèmes à base de manguiers à La Réunion, avec l'objectif de comprendre les facteurs qui influencent la biodiversité et la régulation des arthropodes nuisibles. Cet agroécosystème est caractérisé par une importante diversité (797 espèces d'arthropodes et 114 espèces de plantes) et nos résultats ont révélé l'existence de contrôles ascendants et descendants positifs de cette biodiversité au sein des communautés. Nous avons également mis en évidence les services et disservices des espèces dominantes de fourmis envahissantes : deux d'entre elles fournissent un service de prédation et l'une d'elles réduit la diversité des ennemis naturels omnivores, ce qui semble expliquer la relation négative entre la diversité des omnivores et le service de prédation. Enfin, nous avons montré l'effet positif de la diversité des parasitoïdes et de la diversité des prédateurs, respectivement sur l'abondance des populations de la Cochenille des Seychelles et sur le service de prédation. Le seul effet significatif du paysage qui a été décelé est l'effet positif de la proportion des vergers de manguiers sur l'abondance du Thrips Sud-Africain des agrumes. L'ensemble de ces résultats nous permet d'identifier deux leviers pour la protection agroécologique des vergers de manguiers : l'implantation d'enherbements diversifiés dans les vergers ; la gestion collective du paysage en y limitant la proportion des vergers de manguiers. / In agroecosystems, the use of biodiversity for natural control of arthropod pests aims to propose an agroecological crop protection, as an alternative to current agrochemical protection. Our study focused on mango agroecosystems in Reunion Island, with the goal of understanding the factors that influence biodiversity and control of arthropod pests. This agroecosystem is characterized by a large diversity (797 arthropod species and 114 plant species) and our results highlight the positive bottom-up and top-down controls of biodiversity in communities. We also highlight the services provided by the dominant species of invasive ants in pest regulation. Two species provide a predation service, and one reduces the diversity of natural enemies of omnivores and appears to explain the negative relationship between omnivore diversity and predation. Finally, we highlight the positive effect of parasitoid diversity and predator diversity on, respectively, the abundance of Seychelles mealybugs and on predation in general. The only significant landscape effect measured in our work is the positive effect of the proportion of mango orchards on the abundance of South African citrus Thrips. These results allow us to identify two factors in the agroecological protection of mango orchards in Reunion: the management of diversified ground cover in orchards; and collective landscape management by limiting the proportion of mango orchards.

L'Analyse de Cycle de Vie (ACV) permet de comptabiliser les émissions de la production à la combustion d'un biocarburant mais elle ne prend pas en compte la dynamique locale de ces émissions, notamment celle des émissions de N2O, principal gaz à effet de serre agricole. Notre objectif fut d'abord d'analyse l'effet du tassement du sol sur les émissions de N2O en combinant expérimentation et modélisation. À l'aide de chambres automatiques sur des parcelles de betterave, nous avons mesuré en 2007-2008 des émissions cumulées de 944-977 g N-N2O ha-1 en sol non tassé et 1,448-1,382 g N-N2O ha-1 en sol tassé. Les émissions plus importantes sur le tassé furent surtout dues aux conditions anoxiques propices à la dénitrification. Nous avons modifié le modèle NOE pour mieux simuler la nitrification et la variation des fractions de N2O sur les produits totaux. Malgré une meilleure prédiction de la nitrification et des flux post-fertilisation, le modèle modifié NOE2 sous-estima les émissions totales. La sévère sous-estimation en été montre que les cycles sec-humides peuvent entraîner de fortes émissions dont le déterminisme n'est ni élucidé ni modélisé. Nous avons ensuite utilisé un modèle d'agro-écosystème (CERES-EGC-NOE2) pour produire les données d'inventaire pour nos ACV locales. L'éthanol de Miscanthus produit en Picardie entraîne potentiellement beaucoup moins d'impacts environnementaux que celui de betterave. Comparés à l'essence, l'éthanol de Miscanthus permettrait une réduction de gaz à effet de serre de 82-85% par MJ, celui de betterave une réduction de 28-42% par MJ en fonction des conditions pédo-climatiques et des pratiques agricoles locales.

Aujourd'hui l'environnement connaît des bouleversements fondamentaux dus en grande partie à l'action de l'homme sur les milieux. En effet, tandis que les phénomènes climatiques et biophysiques ont été pendant longtemps les moteurs principaux des transformations des surfaces terrestres, l'Homme est aujourd'hui à l'origine de la majeure partie des transformations qui affectent les écosystèmes terrestres. Ainsi, les pratiques des acteurs du territoire jouent un rôle fondamental sur les modifications de l'usage des sols, et par conséquent sur les écosystèmes environnementaux. L'intensification de l'agriculture entraîne une dégradation des milieux " naturels ", et de profonds changements dans les structures paysagères. Dans les régions bocagères, la gestion du réseau de haies joue un rôle déterminant dans la conservation des écosystèmes, de la biodiversité tant faunistique que floristique et également sur la qualité de l'eau, des sols, ... Cette thèse, centrée sur les haies bocagères, porte plus particulièrement sur l'identification de pratiques agricoles territorialisées et sur leur organisation spatio‐temporelle. Les objectifs poursuivis dans cette thèse sont d'étudier les pratiques agricoles effectuées sur les haies en Bretagne à travers leurs interactions avec les structures paysagères, et d'en modéliser le fonctionnement, afin de comprendre comment elles influencent la dynamique du paysage.L'identification et la caractérisation des pratiques agricoles ont été effectuées à partir de l'évaluation de différents types d'images de télédétection à haute et très haute résolution spatiale et de données laser aéroportées LiDAR, en utilisant une approche de classification contextuelle orientée‐objets. La modélisation des pratiques agricoles a été réalisée avec un modèle multi‐agents, afin de prendre en compte la dimension spatiale des jeux d'acteurs pour évaluer l'influence des pratiques agricoles sur l'évolution du réseau de haies. Les résultats de l'observation du réseau bocager à partir des données de télédétection mettent en avant leur complémentarité : la caractérisation de la continuité des haies à un niveau fin est rendue possible grâce aux images à très haute résolution spatiale, tandis que la détermination et la cartographie des pratiques agricoles à l'échelle de l'arbre peut être appréhendée à partir de données laser aéroportées de type LiDAR. L'observation et la caractérisation du réseau de haies ont permis de déterminer l'arrangement spatial des structures boisées en prenant en compte non plus seulement la présence des éléments mais également leur emprise dans le paysage et leur agencement au sein de la dynamique temporelle des successions culturales. Le modèle multi‐agents développé a permis d'analyser l'influence des pratiques agricoles sur la dynamique du paysage, et de déterminer l'importance de décisions prises au niveau local sur l'évolution du réseau de haies à une échelle supérieure

En Sierra Leone, la marginalisation de l'agriculture est une composante essentielle de la crise économique, sociale et politique dont la manifestation la plus tragique a été la guerre civile entre 1991 et 2001. À l'échelle nationale, le secteur agricole représente toujours la majorité des actifs, mais la production alimentaire a chuté depuis les années 1970. Parallèlement au développement du secteur diamantifère, les importations massives de riz à bas coût ont dévalorisé le travail des producteurs nationaux. Cette marginalisation se poursuit avec l'émergence, récente, d'un secteur agro-industriel financé par des capitaux internationaux. A l'échelle d'une petite région, cette crise des agricultures paysannes se décline selon une trajectoire spécifique. La diversité de la mosaïque paysagère témoigne de la transformation profonde des modes d'exploitation du milieu. Les paysans combinent la culture sur brûlis historique avec la riziculture inondée, le billonnage des savanes, les plantations pérennes, ... La pression démographique a pesé sur ces dynamiques mais c'est la marchandisation des rapports sociaux qui a constitué la tendance déterminante. Les grands groupes domestiques, structurés par les rapports lignagers, ont éclaté. Aujourd'hui, les échanges de force de travail entre producteurs sont à l'origine de disparités économiques non négligeables. Cependant, dans des conditions d'intégration économique défavorables, la productivité du travail a stagné voire à reculé. De ce fait, la persistance de rapports sociaux d'antériorité, notamment l'adoption enfantine comme modalité d'accumulation, limite les processus de différenciation au sein de la paysannerie.

Face aux mutations contemporaines des mondes ruraux, la compréhension de la capacité des sociétés rurales à se reproduire et à organiser leurs territoires est un enjeu crucial. Cette thèse d’ethnologie est intégrée aux travaux de recherche pluridisciplinaires d’un laboratoire d’écologie du paysage. Elle vise à mieux comprendre les dynamiques conjointes des sociétés et des territoires dans le Bas-Comminges, en Haute-Garonne. Les sociétés bas-commingeoises présentent des capacités à assimiler le changement et sont marquées par un système social spécifique, dit « à maison », qui a la particularité d’entraîner une stabilité des patrimoines fonciers. L’étude ethnographique de la transmission, des limites et de la composition des patrimoines depuis le début du 19ème siècle et l’intégration des données collectées dans un Système d’Information Géographique vont révéler le lien entre une organisation sociale et son territoire. Les résultats s’articulent en trois points. (1) Les patrimoines sont effectivement stables au cours des deux derniers siècles. La société étudiée présente une forte hiérarchie sociale. Le statut social est fondé sur la richesse foncière et le maintien de son patrimoine de génération en génération. (2) On constate que, pour les Bas-Commingeois, il est nécessaire de détenir mais aussi de cultiver la terre pour faire se perpétuer son statut. Leur objectif est de respecter un principe d’autonomie des propriétés et une diversité des pratiques et de l’occupation du sol. (3) Le maintien de sa place au sein de la hiérarchie passe aussi par une implication des acteurs locaux au sein des institutions du village. Le respect de ces principes a entraîné une permanence de l’organisation du territoire et une adaptation du système aux mutations du monde rural. Cette étude répond à des questions posées sur les dynamiques des espaces agricoles et forestiers et apporte une contribution dans la compréhension des capacités des mondes ruraux à se perpétuer. / Facing the contemporary changes of the rural worlds, the comprehension of the ability of the rural societies to reproduce and organize their territories is a crucial stake. This PhD in Ethnology is integrated into the pluri-disciplinary researches of a landscape ecology laboratory. The aims of the study are to understand the dynamics between societies and territories in rural societies of the Bas-Comminges, in Haute-Garonne (France). Those societies have the capacities to assimilate changes and are marked by the presence of a specific social system, known as “the house-centered system”, which characteristic is to involve the stability of the real estate. The ethnographic study of the inheritance, the limits and the composition of the real estate since the beginning of the 19th century and the integration of the data collected in a Geographical Information System will reveal the bond between a social organization and its territory. The results are articulated in three points. (1) The real estates are stable during the last 2 centuries. The studied society presents a strong social hierarchy. The social status is based on the land richness and its maintenance from generation to generation. (2) It is noted that it is necessary for the Bas-Commingeois to hold but also to cultivate the land to remain its statute. The objective of the owners is to respect a principle of autonomy of the properties and a diversity of the practices and cover of the land. (3) The maintenance of the status within the hierarchy also passes by an involvement of the Bas-Commingeois within the village’s institutions. The respect of these principles induces the permanence of the territory and an adaptation of the system to the changes of the rural world. This study answers questions about the dynamics of agricultural and forest spaces and contributes to a better understanding of the capacities of the rural worlds to survive.

En Sierra Leone, la marginalisation de l'agriculture est une composante essentielle de la crise économique, sociale et politique dont la manifestation la plus tragique a été la guerre civile entre 1991 et 2001. À l'échelle nationale, le secteur agricole représente toujours la majorité des actifs, mais la production alimentaire a chuté depuis les années 1970. Parallèlement au développement du secteur diamantifère, les importations massives de riz à bas coût, ont dévalorisé le travail des producteurs nationaux. Cette marginalisation se poursuit avec l'émergence, récente, d'un secteur agro-industriel financé par des capitaux internationaux.A l'échelle d'une petite région, cette crise des agricultures paysannes se décline selon une trajectoire spécifique. La diversité de la mosaïque paysagère témoigne de la transformation profonde des modes d'exploitation du milieu. Les paysans combinent la culture sur brûlis historique avec la riziculture inondée, le billonnage des savanes, les plantations pérennes, … La pression démographique a pesé sur ces dynamiques mais c'est la marchandisation des rapports sociaux qui a constitué la tendance déterminante. Les grands groupes domestiques, structurés par les rapports lignagers, ont éclaté. Aujourd'hui, les échanges de force de travail entre producteurs sont à l'origine de disparités économiques non négligeables. Cependant, dans des conditions d'intégration économique défavorables, la productivité du travail a stagné voire à reculé. De ce fait, la persistance de rapports sociaux d’antériorité, notamment l'adoption enfantine comme modalité d'accumulation, limite les processus de différenciation au sein de la paysannerie. / In Sierra Leone, the marginalization of the agriculture is inherent to the economic, social and political crisis that embroiled the country into a tragic civil war between 1991 and 2001. While, at the national scale, the agricultural sector still represents the larger part of the workforce, the food production has declined since the 1970s. Massive low cost rice imports, fuelled by the development of the diamond industry, have devalued the work of the national producers. Such marginalization continues with the recent emergence of agro-industrial units financed by international capitals.At the regional scale, the crisis of the peasant agriculture has followed a specific trajectory. The diversity of the landscape mosaic reflects the profound changes that affected the farming systems. Local farmers combine the historical slash and burn farming with swamp rice cropping, mounds cropping in savannah and tree plantations. Even if population pressure has impacted these dynamics, it is the commodification of social relations that was the decisive trend. The large domestic groups, structured by lineages, have broken up. Nowadays the labor exchanges between producers explain significant economic disparities. However, under unfavorable economic integration conditions, labor productivity has stagnated or even declined. Then, the persistence of social relations of precedence, including child fosterage as a form of accumulation, restricts the scope of the differentiation processes within the peasantry.

La dégradation des éléments semi-naturels du paysage agricoleet l’intensifi cation des pratiques agricoles ont conduit à l’altérationdes services écosystémiques. Une meilleure compréhensiondes mécanismes de la régulation des bioagresseurs permet ledéveloppement de systèmes agricoles économes en produitsphytosanitaires. Les espèces végétales des habitats semi-naturels,notamment des bordures de parcelles, peuvent constituerdes refuges et proposer des ressources pour les insectes inféodésaux cultures. La thèse vise à expliciter le rôle de la végétationdes bords de champ pour alimenter l’ingénierie agroécologique.Les analyses s’appuient sur des relevés botaniques et entomologiques,sur des enquêtes agronomiques, sur des relevésd’occupation des sols dans le paysage, ainsi que sur la mise enplace de mélanges d’espèces tests le long des cultures.Nous avons mis en évidence l’importance de la végétation spontanéede bordures et surtout du couvert des plantes entomophiles enfl eurs dans la régulation des ravageurs. En comparaison avec lepaysage entourant les parcelles, les facteurs locaux (pratiquesagricoles, fl ore des bordures) ont une plus grande infl uence surles populations des ravageurs. La mise en place d’une nouvelleméthode de marquage du nectar au 13C nous a permis de suivrel’alimentation et le déplacement de parasitoïdes. Les bandesfl euries optimisées pour la production des ressources fl oralesaméliorent la régulation des ravageurs. Les résultats obtenusdans ce travail permettent de formuler de nouvelles pistes degestion de l / The degradation of semi-natural habitats and land use intensifi cationhave resulted in a loss of ecosystem services. A better understandingof the mechanisms of crop herbivore regulation is neededto improve plant protection and to reduce insecticide treatments.Plant species of semi-natural habitats such as herbaceous fi eldmargins, provide shelter and food resources for crop insects. Thethesis aims to evaluate the role of the fi eld margin vegetation toimprove our knowledge on interaction with crop herbivores and naturalenemies and to optimise ecological engineering approaches.The studies are based on botanical and entomological surveys, onquestionnaire information (land use) and on landscape mapping.In one experiment we manipulated fi eld margin vegetation, to compareeffects of vegetation rich in fl oral resources with control treatments(spontaneous vegetaion, grass strips).We demonstrated theimportance of spontaneous vegetation, particularly the abundanceof fl owering entomophilous plants in regulating crop herbivores.Local factors such as land use intensity and fi eld margin vegetationhad a stronger infl uence on crop herbivores and natural enemiesthan landscape features. A new method of labelling soruce plantnectar with 13C sugar was tested to analyse nectar uptake andthe movements of parasitoids between fi eld margin and crop. Marginvegetation optimised for fl oral resource provisioning improvedregulation service. The results are discussed in terms of managementrecommendations for agri-envrionment schemes

L’aménagement du territoire et l’intensification agricole constituent deux causes majeures du déclin de la biodiversité. La plupart des projets d’aménagement sont tenus d’appliquer la séquence « éviter-réduire-compenser » (ERC) aux impacts générés, pour atteindre une absence de perte nette de biodiversité. La mise en place de cette séquence dans le cas de la construction de parcs éoliens se heurte à la difficulté d’évaluation et de prédiction des impacts dont la mortalité par collisions avec les chiroptères et l’avifaune. Nous avons en effet montré dans un travail préliminaire que les manques théoriques sur l’évaluation de l’impact combinés à une qualité variable des études réglementaires amènent aujourd’hui à i) un évitement et une réduction peu efficaces, ii) une compensation la plupart du temps inexistante ou hasardeuse. Face aux contraintes d'implantation, les éoliennes sont principalement installées en milieu agricole. Ce dernier, en plus de constituer un espace de production alimentaire, de support d’énergie renouvelable et de biodiversité, doit également assurer le rôle de compensation des impacts générés par la production d’énergie éolienne. Il apparaît d’autant plus urgent d’étudier cette problématique que ces impacts semblent pouvoir affecter les populations d’espèces en fort déclin. Dans un premier temps, nous avons quantifié un deuxième type d’impact des éoliennes, la répulsion exercée sur les chiroptères, jusqu’ici largement méconnue et de ce fait non pris en compte dans les projets d’implantation. Nous mettons en évidence un fort impact négatif de la présence d’éoliennes sur la fréquentation des haies par les chiroptères jusqu’à une distance minimale de 1000 m autour de l’éolienne, engendrant ainsi d’importantes pertes d’habitats. Or, à l’échelle du nord-ouest de la France, 89% des éoliennes sont implantées à moins de 200 m d’une lisière arborée (haie ou forêt), cette distance constituant une recommandation européenne. Cette étude améliore donc les connaissances liées à l’implantation des éoliennes pour optimiser l’évitement d’une partie des impacts, les rendant compensables par leur quantification. Nous avons ensuite comparé différentes mesures couramment utilisées en compensation (jachères et infrastructures agroécologiques), en développant un calcul d’équivalence multi-taxonomique entre ces mesures. Ceci a permis en toute transparence de proposer des alternatives aussi efficaces à une mesure peu acceptable (par exemple les jachères en contexte grandes cultures), maximisant les leviers de mise en place de la compensation. Enfin, nous avons évalué la faisabilité de mesures compensatoires potentiellement plus acceptables, non plus axées sur l’ajout d’éléments dans la matrice agricole, mais sur des mesures visant directement la qualité de cette matrice support de biodiversité. En se focalisant sur des changements de pratiques agricoles n’engendrant pas ou peu de pertes de rendement, nous montrons que la simplification du travail du sol peut apporter de forts bénéfices à l’avifaune et aux chiroptères. Toutefois, ce bénéfice peut fortement varier en fonction des pratiques visant à limiter l’excès de végétation spontanée généré par l’absence de labour. Une diminution du travail du sol et de l’usage d’herbicides peuvent créer des gains comparables à ceux obtenus en agriculture biologique. La thèse souligne l’urgence de reconsidérer les stratégies actuelles d’implantation et d’exploitation des éoliennes en milieu agricole, causant de fortes pertes d’habitats et une mortalité systématique. Elle montre aussi qu'en dépit des manques de connaissances limitant les possibilités d’un dimensionnement des mesures compensatoires fondé sur une quantification intégrale des impacts, nous sommes en mesure d’apporter d’ores et déjà des gains écologiques efficaces en milieu agricole grâce à des mesures acceptables par l’ensemble des acteurs. / Land-use planning and agricultural intensification are two major causes of biodiversity loss. Most of development projects have to apply the mitigation hierarchy, i.e. avoid, reduce then offset impacts on biodiversity, in order to achieve the no net loss. Wind farm installation makes the mitigation hierarchy application difficult due to the lack of knowledges regarding the quantification and the prediction of impacts, characterized by collisions of birds and bats with turbines. In a preliminary study we showed that the current fail of impact assessment studies in i) the avoidance and the reduction as well as ii) the offsetting of impact, are mainly linked to a lack of theoretical knowledges and a low quality of studies. Installation constraints often imply to implement wind turbines in farmland areas. Such areas have the triple function of food production, renewable energy and biodiversity carrier, but they also have to offset impacts on biodiversity, which are generated by wind turbines. Thus, there is an urgent need to improve the consideration of impacts on biodiversity in projects, which would have underestimated effects on populations. In a first time, we quantified a new type of impact: the wind turbine revulsion on bats. This impact is so far little known and not taken into account in assessment studies for wind farm installations. We highlighted a negative long distance impact (over 1000 m) of wind turbine proximity on bat activity at hedgerows, which is a highly attractive habitat for this taxa. These strong negative impacts currently lead to high losses of habitat use. Moreover, at the region scale study (north-west France), 89% of turbines are implemented at less than the European recommendations (200 m to wooded edges -hedgerows or forests). Thus, this study improved knowledges in order to optimize avoidance of this impact and made them measurable allowing their offsetting. We then compared different commonly used offsetting measures (i.e. fallows and agroecological elements), by developing a method for calculating ecological equivalences between offset measure. This allowed in complete transparency to find alternative measures as efficiently as an initial low acceptable measure (i.e. fallows in open field area). Such a method allowed an effective implementation of measures. Finally, we assessed the ecological gain provided by new types of measures such as changes in farming practices. Unlike classic measures which are usually an implementation of new elements in the landscape, changes in farming practices consist in quality improving of arable land features. Because we studied changes which do not implies losses of yield, or low in first years after changes, such measures are potentially more acceptable for farmers. We showed that tillage and herbicide reduction could positively impact birds and bats. However, to reduce tillage (i.e. no ploughing) implies to adapt the method to control weeds, previously performed by ploughing. Several possibilities can be used such as cover cropping or herbicide use intensification. In this context, our results also highlighted that positive impacts could vary significantly among underlying weed control possibilities. For instance, tillage reduction, when one herbicide pass is removed, generates as much ecological gain than organic farming system. This PhD thesis highlights the urgent need to adapt wind energy planning and these exploitation in farming areas, due to high habitat loss and systematic mortality. This thesis also shows that despite the current lack of knowledges, preventing to design offsetting measures facing to quantified impacts, implementation of acceptable measures for stakeholders may provide effective gains for bats and birds.

L'objectif général de cette thèse est axé sur l’amélioration de modèles agro-hydrologique spatialement distribués pour l’analyse d'agro-hydrosystèmes, sous contrainte de changements climatiques et anthropiques. Cette thèse est structurée autour de trois questions de recherche liées à : i) la représentation de la dynamique spatio-temporelle des systèmes de cultures pour leur utilisation en entrée de modèles agro-hydrologiques distribués ; ii) la représentation du niveau exploitation agricole et des décisions des agriculteurs dans les modèles agro-hydrologiques distribués ; iii) la capacité de ces modèles à simuler des changements climatiques et anthropiquesDes éléments de réponse à ces questions sont apportés par des approches de modélisation réalisées dans différents contextes et à différentes échelles d’espace et de temps. Ces différentes approches sont discutées en les comparant notamment avec d’autres travaux réalisés. Ces différentes études soulèvent la nécessité de développer des méthodologies permettant i) d’une part l’acquisition de données et leur intégration dans les modèles agro-hydrologiques distribués ii) et d’autre part l’amélioration de l’exploitation des simulations, notamment pour les transformer en informations pertinentes et accessibles pour les parties prenantes au niveau d’un territoire. Des perspectives, portant à la fois sur la prise en compte des incertitudes des simulations des modèles agro-hydrologiques et l’analyse de la robustesse de ces modèles, sont également considérées. / The general objective of this thesis is to improve spatially distributed agro-hydrological models for agro-hydrosystems analysis, under climatic and anthropogenic changes, in order to contribute to the identification of levers of action to mitigate effects of non-point source agricultural pollution. This thesis is structured around three research questions related to: i) the representation of spatio-temporal dynamics of cropping systems for their use as input in distributed agro-hydrological models; ii) the representation of farm level and decisions of farmers in distributed agro-hydrological models; and iii) the ability of these models to simulate climate and anthropogenic changes.Elements of response to these questions are provided by modeling approaches carried out in different contexts and at different scales of space and time. These approaches are discussed by comparing them with other works carried out. These different studies raise the need to develop methodologies allowing (i) the acquisition of data and their integration in distributed agro-hydrological models (ii) and, the improvement of the use of simulations results, in particular to transform them into relevant and accessible information for stakeholders at territorial level. Perspectives, covering both uncertainties of the simulations of the agro-hydrological models and the analysis of the robustness of these models, are also considered

Le protoxyde d’azote (N2O) est un gaz à effet de serre (GES) important et la principale substance attaquant la couche d'ozone. Les sols agricoles sont la principale source anthropique de ce GES. La concentration de N2O dans l'atmosphère est en constante augmentation, mais nous manquons de connaissances sur les facteurs contrôlant sa production et sa consommation dans les sols. La réduction du N2O en N2 par des microorganismes porteurs du gène codant pour la N2O réductase (nosZ) est le seul processus biologique capable de réduire ce GES. Des études récentes ont mis en évidence un clade précédemment inconnu de réducteurs du N2O qui interfère de manière significative avec la quantité de N2O produite dans les sols. Cette thèse a cherché à mieux comprendre l'écologie des réducteurs du N2O dans les sols agricoles.Une combinaison d'expériences d'incubation en laboratoire mais aussi d’expériences en plein champs a été utilisée pour essayer de mieux comprendre la production de N2O dans le sol, en analysant l’influence conjointe des producteurs et réducteurs de N2O. Nous avons aussi évalué l’impact des pratiques agricoles et leurs potentiels à modifier ces communautés microbiennes. Suite aux essais réalisés en laboratoire, nous avons montré que l'ajout d'une souche non-dénitrifiante Dyadobacter fermentans,possédant la N2O réductase NosZII, permettait de réduire la production de N2O dans 1/3 des sols testés. Certains sols sont même devenus consommateurs de N2O suite à l'ajout de la souche nosZII. Cette expérience a démontré la contribution des bactéries nosZII non-dénitrifiantes dans la consommation de N2O dans le sol.D’autre part, nos analyses en contexte agricole ont montré que les pratiques agricoles testées ont peu d’influence sur les communautés microbiennes considérées, les exceptions étant le travail du sol (labour), et le système de culture (annuel ou pérenne). L’intensifiant du travail du sol induit une augmentation de la diversité de nosZII. Nous observons le même phénomène dans le système de culture annuel comparé au système de culture pérenne. D’autres résultats nous permettent aussi d’affirmer que le clade récemment identifié de réducteurs du N2O est plus sensible aux variables environnementales que le clade précédemment connu (nosZI). Les variations de propriétés du sol, notamment pH et C:N structurent les communautés microbiennes appartenant à ces 2 clades indiquant une spécialisation de niche pour chacun de ces deux clades de N2O-réducteurs.Pour mieux comprendre les relations entre les communautés microbiennes et les processus impliqués, nous avons évalué les activités potentielles de dénitrification et de nitrification, et les émissions de N2O in situ. La production potentielle de N2O et l'activité potentielle de dénitrification ont été utilisées pour calculer le ratio de production de N2O (N2O:N2). La diversité du clade nosZII est négativement corrélée au ratio N2O:N2, et explique à elle seule la plus grande part de variance observée du ratio N2O:N2. Les variations de production potentielle de N2O et d'activité potentielle de dénitrification sont elles expliquées principalement par les variations de propriétés du sol. Afin de mieux évaluer la contribution des différents facteurs édaphiques et microbiologiques aux variations d’émission in situ de N2O, 70000 mesures ont été subdivisées en différentes gammes d’émission de N2O, d‘émissions dites de base à des émissions élevées. Fait intéressant, les variations d’émissions in situ de N2O dites de base sont seulement liées à des variations du pH du sol, alors que les variations d’émissions dites élevées sont également fortement associées aux variations de diversité des communautés microbiennes. Parmi les variables microbiennes importantes, nous avons constaté que la diversité des nosZII est négativement liée aux émissions de N2O in situ dites élevées.En conclusion, nos résultats mettent en évidence l’importance du clade nosZII pour le cycle du N2O dans le sol (...). / Nitrous oxide (N2O) is an important greenhouse gas (GHG) and the main ozone depleting substance. Agricultural soils are the main anthropogenic-induced source of this GHG. The concentration of N2O in the atmosphere is steadily increasing, but we still lack knowledge on the factors controlling its production and consumption in soils. The reduction of N2O to N2 by microorganisms harboring the N2O reductase gene (nosZ) is the only known biological process able to consume this GHG. Recent studies revealed a previously unknown clade of N2O-reducers which was shown to be important to the N2O sink capacity of soils. This thesis seeks to gain a greater understanding on the ecology of N2O-reducers in agricultural soils. A combination of laboratory incubation and field experiments were used to gain knowledge on the importance of N2O-producers and N2O-reducers to the soil N2O production. Additionally, the potential of agricultural practices to modify those microbial communities were assessed.We showed experimentally, in laboratory incubations, that the addition of a non-denitrifying strain Dyadobacter fermentans, which possesses the previously unaccounted N2O reductase NosZII, reduced N2O production in 1/3 of the tested soils. Remarkably, after addition of the nosZII strain, some soils became a N2O sink, as negative rates were recorded. This experiment provided unambiguous evidence that the overlooked non-denitrifying nosZII bacteria can contribute to N2O consumption in soil.Our evaluation of agricultural field experiments showed limited impact of agricultural practices on the microbial communities except for tillage management, and differences observed between an annual and a perennial cropping system. Increasing tillage management enhanced nosZII diversity. Higher diversity of the nosZII clade was also observed in the annual cropping system than in the perennial cropping system. Overall, the recently identified clade of N2O-reducers was more sensitive to environmental variables than the previously known clade (nosZI). The community structure of these two groups was explained by common and uncommon soil properties suggesting niche specialization between the two N2O-reducers.In an attempt to understand the relationship between the microbial communities and process rates, we assessed the potential denitrification and nitrification rates, and in situ N2O emissions. Potential N2O production and potential denitrification activity were used to calculate the denitrification end-product ratio. The diversity of nosZII was negatively related to the N2O:N2 ratio and explained the highest fraction of its variation (26%), while the potential N2O production and potential denitrification activity were mainly explained by the soil properties. To better evaluate the contribution of different factors to the in situ emissions, more than 70000 N2O measurements were subdivided into different ranges, from low to high rates. Interestingly, the low range of in situ N2O emissions was only related to soil pH, while the high ranges were also strongly related to the microbial communities. This result suggests that the “base-line” N2O emissions might be more regulated by soil edaphic conditions than by microorganisms, the lasts being more important for the high emissions ranges. Among the significant microbial variables, we found that the diversity of nosZII was negatively related to the high ranges of in situ N2O emissions.In conclusion, our results highlight the relevance of the second clade of N2O-reducers to the fate of N2O in soil. Our results also suggest niche differentiation between the two N2O-reducing clades with nosZII being more responsive to environmental variables. Agricultural practices showed limited impact on the two guilds. Further research is needed to test the niche specialization between the two groups, to disentangle their controlling factors, and to evaluate their potential for N2O mitigation.