Cette thèse constitue une étude de référence sur la qualité des ressources hydriques du bassin versant du fleuve Ibrahim au Liban, notamment avant la construction d’un grand barrage (Jannah). Pour ce faire, 7 stations (NI7 à NI1) ont été sélectionnées de l’amont vers l’aval sur l’Ibrahim et ses sources karstiques. L’ensemble des sept sous bassins a été caractérisé d’un point de vue hydroclimatologie et états de surface (sols, végétation, cultures, géologie, relief). Les débits mesurés à l’amont (2 stations) et à l’aval (1 station) nous ont permis de reconstituer les débits des autres stations intermédiaires grâce à des relations débits-surfaces spécifiques. À partir de prélèvements et d’analyses chimiques de la composition des eaux tout au long d’un cycle hydrologique et avec une fréquence mensuelle, les flux de matières exportées en solution par l’Ibrahim ont été estimés à 122 372 t/an. 80% de ce tonnage est exporté durant la période des hautes eaux. À partir de ce tonnage, on a pu estimer que l’altération chimique des roches carbonatées sur l’ensemble du bassin s’effectue à la vitesse de 81 cm/10000 ans. Cette altération consomme un flux élevé de CO2 typique des régions carbonatées soumises à un drainage intense (1500 mm/an), soit 2,23 x106 moles/km2/an de CO2. L’analyse de la concentration en éléments traces dans les sédiments de fond des cours d’eau, intégrateurs des transports solides, en hautes eaux et en basses eaux, montre des concentrations élevées pour le Sc, V, Cr, Co, Ni, Ga et Cu en passant de NI5 jusqu’à NI2. L’évaluation du degré de cette contamination et de sa variation spatio-temporelle a été effectuée grâce au facteur d’enrichissement en normalisant par rapport à l’aluminium et en prenant les sédiments de la station amont NI7 (source karstique) considérés comme peu ou pas contaminés en ET, comme fond géochimique naturel. Des teneurs élevées en Zn, Pb, Cu et d’autres éléments traces montrent que dans cette région où les activités industrielles, agricoles, et urbaines sont développées, il existe un apport anthropique non négligeable en éléments métalliques. Mais cette contamination reste modérée

Nous nous sommes intéressés à évaluer l'influence du changement climatique sur les patrons nets de réponse des plantes aux agents pathogènes. Dans ce travail, nous avons étudié les effets de l’augmentation de la température (20°, 25° et 28°C) sur le phénotype précoces (symptômes de maladie) et sur la fitness en fin de cycle de différentes accessions et mutants de nodulation de la plante légumineuse modèle Medicago truncatula, inoculées par des souches d’agent pathogène racinaire Verticillium adaptées à des différentes températures. Le comportement des variétés de Luzerne cultivée (Medicago sativa) dans ces conditions a été également analysé. Le travail a été divisé en 3 parties. La première partie nous a permis d’identifier parmi 12 souches de Verticillium spp., une souche froide (VA1) et une souche tempérée (V31.2), avec une température optimale de 20°C et 25°C respectivement pour la croissance, la sporulation et l'agressivité sur M. truncatula. Par contre, notre collection des souches ne renfermant pas de souches adaptées à des températures plus élevées. Nous avons obtenu par mutagénèse UV de la souche V31.2 une troisième souche (AS38) chaude qui est agressive à 28°C. Dans la deuxième partie nous avons observé les symptômes de maladie pour sept accessions naturelles de M. truncatula, inoculées par ces trois souches d’agent pathogène, à trois températures 20°, 25° et 28°C et en présence de la souche Sinorhizobium meliloti RCR2011. De faibles symptômes ont été relevés pour deux accessions A17 et DZA315.16 inoculées par VA1 à 20°C. Nous avons observé une sensibilité maximale pour trois accessions (F83005.5, DZA315.16 et L321) inoculées par V31.2 à 25°C, et pour quatre accessions (F83005.5, DZA315.16, L321 et L198) inoculées par AS38 à 28°C. Les résultats des symptômes de maladie ont été confirmés par une quantification moléculaire de l’ADN fongique (qPCR) et par ré-isolement à partir des tissus aériens de la plante. L’effet de VA1 et V31.2 sur trois caractères de fitness (nombre et poids de gousse par plante, ainsi que biomasse aérienne) de M. truncatula a été étudié. L’effet de VA1 s’observe uniquement à 20°C sur l'accession A17. Par contre, V31.2 a montré un impact sur les trois caractères de fitness qui diminuent chez les accessions sensibles, ainsi que sur le nombre de gousse pour l’accession résistante L198. Dans la troisième partie nous avons analysé de la même façon pour quatre mutants de nodulation dans le fond génétique A17. Les mutants ont montré un niveau de résistance à la souche VA1 plus élevé qu’A17, quelle que soit la température étudiée. Vis à vis de la souche V31.2, à 20°C les mutants skl et hcl ont montré le même taux de symptômes qu’A17 tandis que les mutants nfp et sunn ont de taux de symptômes supérieur à celui d'A17. Ces mutants ont tous une sensibilité plus élevé à 25°C. Les résultats des symptômes de maladie ont été confirmés par le test de ré-isolement. Pour ces mutants nous montrons pour la première fois, que seul le mutant sunn (hypernodulant) à la même productivité qu’A17, quelle que soit la condition (contrôle ou inoculées) et la souche (VA1 ou V31.2) étudiée ; alors que le mutant skl (hypernodulant également) a une productivité plus faible. Les deux autres mutants déficients dans la nodulation nfp et hcl ont montré une productivité plus faible qu’A17 quelle que soit la souche et la température étudiée. Enfin une bonne similitude a été trouvée entre la réponse phénotypique précoce (symptômes de maladie) de M. truncatula et de M. sativa inoculées par Verticillium spp. Dans cette thèse, on n’est pas trouvé la corrélation positive entre la capacité de la nodulation et la protection contre la maladie, mais la symbiose augmente la fitness pour certaines de ces plantes. Les résultats suggèrent aussi que l'augmentation de la température pourrait contribuer à faire apparaître une souche adaptée à 28°C (AS38) qui est plus agressive et plus virulente que V31.2 sur M. truncatula.

Les risques de dégradation physique des sols forestiers sous l'effet de contraintes mécaniques externes liées à la mécanisation des opérations forestières, augmentent considérablement. Les mécanismes et le temps nécessaires à la restauration non assistée de la qualité des sols forestiers tassés restent encore peu étudiés, et leur identification nécessite de coupler les approches physiques, chimiques et biologiques. L'objectif de ce travail était d'étudier l'impact de la circulation d'un porteur forestier sur les conditions de l'enracinement (aération, régime hydrique et pénétrabilité) ainsi que son évolution à court terme. Ce travail s'appuie sur l'observation de deux sites expérimentaux mis en place dans le Nord Est de la France, concernant des sols de morphologie similaire (couche limono-argileuse de 50 cm d'épaisseur reposant sur un substrat argileux) et ayant subi des contraintes identiques. Des paramètres physiques (température et humidité du sol, densité apparente et résistance à la pénétration) et chimiques (composition de l'atmosphère du sol) ont été suivis pendant trois à quatre ans, à des fréquences allant d'un pas de temps quotidien à annuel. Le suivi du climat du sol et de la composition de son atmosphère a mis en évidence une diminution forte des conditions aérobies pendant un à un an et demi après le passage du porteur. Cet effet initial sur l'aération du sol a diminué subitement dès l'apparition de la première période de sécheresse édaphique, probablement grâce à la formation de fissures dans l'horizon de surface du sol tassé. Cependant un effet significatif du traitement sur la composition de l'atmosphère du sol pouvait toujours être observé trois à quatre ans après tassement. Pour suivre l'évolution des propriétés physiques du sol après circulation du porteur, il a été nécessaire d'opérer une normalisation par rapport à l'humidité au moment du prélèvement. Trois ou quatre ans après la circulation du porteur, une différence toujours significative existe entre les propriétés physiques des sols témoins et celles des sols tassés. Cependant une évolution de l'impact du porteur peut être mise en évidence dans la couche de surface (0-10 cm) des deux sites. Ce début de restauration se traduit, sur un des deux sites, par une différence entre traitement qui n'est plus significative quand les sols sont humides mais qui l'est encore quand les sols sont secs. Sur le deuxième site, cette différence a diminué quelle que ce soit l'humidité du sol. Ainsi, le début de régénération de la structure du sol perturbé ne s'accompagne pas d'une disparition de son comportement de prise en masse lors de son desséchement sur un des deux sites. Ce travail a permis de mettre en évidence une évolution des conséquences du porteur en surface du sol tassé qui serait liée à des processus physiques (gonflement -retrait, gel - dégel). Cependant, l'impact sur les conditions de l'enracinement (forte résistance à la pénétration quand les sols sont secs, faible aération quand ils sont humides) reste élevé de même que sur la résilience à long terme du peuplement.

La prévision des crues est un exercice hydrologique complexe : les incertitudes y sont nombreuses, aussi bien dans le processus de modélisation hydrologique, dans la détermination de l'état initial du bassin versant avant le lancement de la prévision, que dans l'évolution des conditions météorologiques futures. Dans le cas des bassins versants non jaugés, où les observations de débits sont lacunaires voire absentes, ces incertitudes sont encore plus importantes, et le besoin de les réduire devient incontournable. Cette thèse s'intéresse à des méthodes simples et robustes qui peuvent apporter de l'information pertinente pour quantifier les incertitudes de prévision dans les bassins versants non jaugés. Le but est d'étudier la meilleure stratégie pour chercher l'information dans les bassins jaugés "donneurs", et pour la transférer vers le site non jaugé. Nous étudions les besoins pour mettre en place un modèle de simulation pluie-débit et pour effectuer une mise à jour du modèle de prévision en temps réel. Ces deux composantes de la prévision sont ainsi découplées dans notre approche. Cette thèse s'appuie sur une large base de données constituée d'environ 1000 bassins versants français, dont un jeu clé de 211 bassins versants qui permet la validation des approches développées. Elle s'appuie également sur une archive d'environ 4,5 années de prévisions d'ensemble de pluies, utilisées en forçage à la modélisation hydrologique journalière. La démarche adoptée consiste à intégrer les scenarios de transfert de l'information régionale disponible et les scenarios de la prévision météorologique d'ensemble dans un système de prévision orienté vers les bassins versants non jaugés. L'approche de prévision d'ensemble est ainsi généralisée à ce cas particulier de la prévision hydrologique. A travers plusieurs scénarios de débits futurs, nous cherchons à quantifier les incertitudes de prévisions dans les sites cibles non jaugés. Pour évaluer les différents scénarios des prévisions hydrologiques émis, un cadre de diagnostic d'évaluation des principales qualités d'un système de prévision d'ensemble, comprenant plusieurs critères numériques et graphiques, a été mis en place. Dans cette thèse, une attention particulière est prêtée aux attributs "fiabilité" et "précision" des prévisions. Nous proposons ainsi un nouveau critère graphique, nommé diagramme de précision d'ensemble. Ce critère permet notamment de mettre en valeur la qualité des prévisions qui ne sont pas forcément fiables, mais qui sont précises. Les résultats obtenus ont mis en évidence que la fiabilité des prévisions peut être améliorée sur un bassin versant non jaugé par l'utilisation de plusieurs jeux de paramètres issus des bassins versants voisins. Si la variabilité apportée par le voisinage géographique influe sur la dispersion des membres, et augmente ainsi la fiabilité des prévisions, la prise en compte des caractéristiques physiques, principalement de la surface des bassins versants, est apparue comme une alternative intéressante, influençant positivement aussi l'attribut précision des prévisions sur le site cible. De plus, il a été montré que la précision des prévisions d'ensemble sur le site non jaugé est améliorée par l'intermédiaire du transfert des bassins versants jaugés vers le site cible des corrections faites lors de la mise à jour sur les bassins voisins (mise à jour caractérisée ici par l'assimilation de la dernière observation de débit dans le modèle hydrologique, avant l'instant de prévision). Les différentes mesures de performance ont montré que la meilleure option pour améliorer la précision des prévisions serait de considérer les corrections effectuées sur le bassin le plus proche à chaque pas de temps de prévision. Le krigeage a également donné des résultats satisfaisants, marqués en plus par l'influence positive sur l'attribut fiabilité des prévisions.

Ces 10 dernières années ont été marquée à l'Office du Niger par une augmentation spectaculaire des superficies aménagées et cultivées en contre-saison qui ont engendré un accroissement de la demande en eau en période d'étiage du fleuve. Du fait des caractéristiques structurelles du réseau et de pratiques de gestion peu performantes induisant des pertes substantielles d'eau par infiltration, la nappe phréatique est aujourd'hui quasi sub-affleurante avec toutes ses conséquences néfastes sur les facteurs de productions. L'objectif de ce travail est de mieux comprendre et de quantifier les dynamiques engendrées par les cultures de contre-saison, auxquelles il est communément reproché d'être surconsommatrices de la ressource en eau et de favoriser des conditions favorables à la dégradation de sols par alcalinisation. Traduit en termes scientifiques, l'objectif est de développer un modèle permettant d'évaluer l'impact des modes de gestion des cultures de contre-saison sur les performances de l'irrigation et sur la dynamique de la nappe phréatique. La démarche a consisté à collecter et analyser les données secondaires disponibles, mettre en place un dispositif d'enquête et de suivis de terrain sur la base desquels a été développée une modélisation des performances de l'irrigation et de la dynamique d'évolution des caractéristiques la nappe phréatique. L'analyse des données secondaires descriptives de l'évolution des systèmes de culture de contre saison à l'Office du Niger montre un accroissement notoire des superficies cultivées en contre-saison induisant une disparition du schéma de mise en valeur initialement prévu lors de la conception des aménagements. La recherche d'amélioration de leur autosuffisance alimentaire et de leurs revenus, sont les principaux déterminants de cette évolution des pratiques. Les données secondaires descriptives de la gestion de l'eau montrent que si cette dynamique a eu pour conséquence une augmentation importante du taux de prélèvement des eaux du fleuve Niger, elle a induit une réduction de moitié des vii apports par hectare cultivés en contre saison sous l'effet d'une amélioration de l'efficience de transport qui structurellement tend à s'améliorer en fonction de l'accroissement des superficies irriguées. Les résultats des études de terrain montrent qu'à l'échelle d'un arroseur cultivé en riz, le type de sol est le principal facteur explicatif de la variabilité des apports d'eau (en moyenne 15 000 m3/ha). L'efficience moyenne de l'irrigation de l'arroseur à la parcelle, bien que meilleure qu'en hivernage, reste faible (65%) ; elle croit au cours du cycle de 20 à 85% avec le taux de repiquage. Si les pertes dans le réseau de drainage restent généralement faibles (12%), les épandages systématiques d'eau sur les surfaces non encore repiquées en début de campagne sont la principale cause explicative de la valeur de l'efficience de l'irrigation et représentent de l'ordre 25% de la lame d'eau contribuant à la recharge de la nappe phréatique par hectare rizicultivé (200 mm). Leur réduction par une meilleure maîtrise de l'irrigation diminuerait d'autant contribution de la riziculture de contre-saison au soutien de la nappe. La situation du maraîchage est beaucoup plus critique : les apports par hectares en tête de partiteur (14 500 m3/ha) ne sont pas statistiquement différents de ceux du riz alors que les besoins en eau sont deux fois plus faibles. L'analyse des données du suivi de la nappe entre 1995 et 2006 à l'échelle du Kala inférieur confirme la continuité entre nappe de surface, alluviale et continentale et montre que le niveau moyen piézométrique de la nappe à l'aplomb des périmètres du Kala inférieur, augmentation de son volume et sommes des surfaces cultivées en saison des pluies et saison sèche sont significativement corrélés malgré la décroissance graduelle du niveau piézométrique de la nappe à mesure qu'on s'éloigne des périmètres. Ces constatations ont permis de modéliser, sur la base d'un bilan en eau, l'impact combiné des cultures de contre-saison et d'hivernage sur la dynamique de la nappe phréatique. Cette modélisation tend à montrer que les cultures de contre saison n'expliqueraient que de l'ordre de 25% de l'augmentation du volume de la nappe entre 2001 et 2006; le reste est à attribuer à l'irrigation des cultures d'hivernage. Cette remontée de la nappe et la continuité entre nappe de surface et nappe régionale confirmée tendent à diminuer la drainabilité naturelle des zones cultivées particulièrement en contre saison et contribuent à expliquer le faible battement de la nappe dans ces zones entrainant un engorgement pratiquement continu des sols qui contraint les conditions d'exploitation et augmente les risques d'apparition de phénomène d'alcalinisation. Compte tenu des approches utilisées basées sur des bilans d'eau et des hypothèses de représentativité supposées, les processus biophysiques des tendances que cette étude a permis d'identifier, mériteraient d'être confirmés. La poursuite de campagnes périodiques de suivi de la nappe, une caractérisation de ses propriétés hydrodynamiques ainsi que le développement de la modélisation hydrogéologique de son fonctionnement devraient être envisagés face aux enjeux qu'elle représente en termes de contraintes à la mise en valeur agricole et de risques environnementaux mais aussi de possible exploitation des ressources en eau souterraines pour la double culture.

Les plantes, par leurs racines, offrent une myriade de niches écologiques pour les microorganismes du sol, et ceux-ci la protègent contre les attaques parasitaires et les stress abiotiques, et favorisent son approvisionnement en nutriments et en eau. Cependant, dans le sol, la plante joue aussi un rôle important lorsqu’elle émet depuis ses racines des composés qui influencent la composition des communautés microbiennes dudit sol, ce combiné à un changement du pH du sol par la plante et son apport en matière organique ainsi qu’en oxygène. Ces composés influencent les membres du microbiote souterrain de la plante et donc indirectement la plante elle-même. Plus on a une diversité du couvert végétal, plus la diversité des microorganismes du sol va être élevée et inversement, plus un sol sera divers en matière de microbes plus les plantes qui y poussent tendent à être en bonne santé. Pour une plante en particulier, il n’est pas inhabituel de développer des relations spécifiques avec des microorganismes eux aussi spécifiques qui vont améliorer sa survie. Cependant, une plante peut vivre dans différents environnements et les sols sont divers, donc les plantes doivent s’adapter aux microbes qu’elles trouvent à proximité en sélectionnant les microbes les plus bénéfiques pour elles. Du coup, il est possible que quel que soit l’environnement dans lequel la plante pousse, quelques microbes soit si importants pour sa survie et son développement qu’on les retrouve toujours en association avec ladite plante. Ces microbes toujours en association avec une plante donnée constituent une unité théorique nommée core microbiote dans la littérature scientifique. La gestion du microbiote des plantes cultivées pourrait améliorer la résistance au stress et la productivité des plantes cultivées et il est donc important d’en comprendre le fonctionnement. A ce jour, le microbiote souterrain des plantes demeure largement une « boîte noire » en raison de son incroyable complexité due à la diversité faramineuse des microorganismes qui le constituent. Au cours de ma recherche doctorale, j’ai voulu participer à ouvrir encore un peu plus cette « boite noire » pour augmenter la connaissance du fonctionnement et de la structure du microbiote souterrain des plantes. Pour ce faire, j’ai utilisé le canola (B. napus) comme plante modèle. J’ai étudié le microbiote racinaire, tel qu’influencé par le niveau de diversification du système cultural, à l’aide d’un dispositif expérimental établi par Agriculture et Agroalimentaire Canada à cinq emplacements dans la prairie canadienne en 2008. Le canola, B. napus est une Brassicaceae économiquement importante, mais aussi intéressante en tant que plante modèle, car le canola est associé à des communautés microbiennes racinaire moins complexes que bien d’autres plantes, à cause de sa production de composés antimicrobiens. J’ai utilisé le séquençage d’amplicons, des analyses statistiques multivariées et l’analyse de réseau pour approcher cette complexité et: i) vérifier l’impact de la diversification du système de rotation cultural sur les communautés microbiennes souterraines du canola, ii) établir si un core microbiote fongique et bactérien existait bel et bien dans la rhizosphère du canola et le plein sol en culture de canola, iii) identifier de façon claire des espèces clef de voute interagissant intensivement dans les communautés fongiques, bactériennes, et mixtes, et finalement iv) évaluer la persistance des champignons mycorhiziens à arbuscules dans la rhizosphère du canola et le plein sol adjacent cette plante non-hôte, en systèmes culturaux basés sur le canola. Mes résultats confirment que les communautés fongiques de la rhizosphère du canola et de son sol étaient influencées par la diversification des rotations de cultures, mais démontrent que les communautés bactériennes ne l’étaient pas. La rhizosphère du canola avait un core microbiote fongique variant avec les années, tandis que chez les bactéries, seulement des core espèces ont été identifiées. J’ai aussi relevé des interactions potentielles entre microbiote fongique et microbiote bactérien du canola et identifié des espèces clef de voute. Les fluctuations de l’abondance de ces espèces pourraient alors faire varier celles de beaucoup d’autres microbes. Bradyrhizobium a été l’une de ces espèces. Mes résultats montrent aussi un maintien d’une communauté des champignons mycorhiziens à arbuscules chez le canola même après 10 ans de monoculture. En résumé, ma recherche apporte une lumière nouvelle dans l’étude du fonctionnement, de la structure et des dynamiques écologiques au sein du microbiote souterrain du canola et sur l’écologie microbienne théorique des plantes notamment en ce qui a trait à ses composantes invariantes telles que le core microbiote et les taxons clef de voûte. Des études en conditions contrôlées sont nécessaires pour vérifier la capacité des microbes clef de voute rapportés ici à influencer les communautés microbiennes du sol et les plantes qui y vivent. / Plants and soil microbes are closely linked. Plants provides myriads of ecological niches in and on its roots for microbes to thrive. In turn, microbes can protect host plants against pathogen attacks, abiotic stresses, and improve nutrient and water availability. In the distant soil, plant produce volatile compounds shaping microbial communities, with feedback on root-associated communities. The more diversity there is in the plant cover, the higher the diversity of soil microorganisms will be and conversely, the more diverse a soil will be in terms of microbes, the more de plants that grow there trend to be in good health. Certain plants can develop specific relationships with certain microbes improving the fitness of the plant. However, a plant can grow in different environments and soils are diverse, thus plant will have to adapt to the different microbes depending on the environment it is growing in while attracting the ones necessary for its growth. Certain microbes could be so important for a plant’s health and development that they are always associated with the plant. Such important microbes form a theoretical group called core microbiota that could be extremely important for plant health and a determinant of the composition of plant-associated microbial communities. The plant subterranean microbiota is often labelled as a “black box” due to the tremendous diversity and interactivity of the microbial communities plants host. In my thesis research I aimed to “crack the black box” a little further to enhance our understanding of plant subterranean microbial community dynamics and structure. To do so, I used a field experiment established in 2008 by Agriculture and Agri-Food Canada (AAFC) at five different sites in the Canadian Prairies under different crop rotations and canola as model plant. Canola (B. napus) is a crop plants of the Brassicaceae family that produces antimicrobial compounds and has “simpler” microbial community in its roots, and rhizosphere. To do so, I used amplicon sequencing, multivariate analysis, and network analysis. My objectives were i) to verify the impacts of plant cover diversification on canola microbial subterranean community, ii) to verify if a core microbiota of fungi and bacteria could exist in canola rhizosphere and bulk soil and if so, to describe this core, iii) to identify keystone bacteria and fungi, i.e. highly interacting components, in the bacterial and fungal communities associated with canola, and finally, iv) to investigate the persistence of arbuscular mycorrhizal fungi in the rhizosphere and bulk soil of canola, a non-host plant, in canola-based cropping systems. I found that the diversification of cropping systems influenced the structure of the fungal communities of canola rhizosphere and bulk soil, but diversification had no significant influence on bacterial community structure. A fungal core microbiota varying through years was found in canola rhizosphere, but no bacterial core-microbiota was found. However, we were able to identify a core-specie. Interactions among the fungal and bacterial microbiota in canola rhizosphere and bulk soil were found and Bradyrhizobium was among several potentially important keystone taxa. My results also show the maintenance of arbuscular mycorrhizal fungi in canola even after 10 years of monoculture despite this plant is not a host for AMF. Overall, my PhD research brings a new level of knowledge on the microbial structure and dynamics of canola subterranean microbiota, and also on the theoretical ecology of plant microbiota, particularly regarding its invariable components such as core microbiota and hub-taxa. Further investigations are needed to better understand how keystone species and core species influence the plants and their microbiome.