Cette thèse visait à caractériser et à modéliser la dynamique des trois ressources principales que sont l'eau, l'azote et le rayonnement dans une association en relais maïs-plante de couverture en semis direct en région tropicale subhumide et ses conséquences sur la productivité de la culture principale et de l'ensemble du système et sur les flux d'eau et d'azote dans le sol. Le travail repose sur un dispositif expérimental mis en place dans les Cerrados, à Unaí (Minas Géras, Brésil) en 2007 pour deux années agricoles, d'une part en station expérimentale permettant un effort de mesure intense et d'autre part dans un réseau de parcelles d'agriculteurs offrant une large gamme de situations pédoclimatiques et de modalités de mise en œuvre des systèmes de culture étudiés. Dans ces derniers, la culture principale était un maïs, et la plante de couverture associée en relais était une culture fourragère tropicale, soit la légumineuse, Cajanus cajan soit la poacée, Brachiaria ruziziensis. Deux dates de semis, précoce et tardive étaient considérées pour le semis de la plante de couverture au sein du maïs, dans le cas de l'essai en station. Ce travail montre que rendement du maïs n'a pas été significativement affecté par la présence de la plante de couverture semée précocement au sein du maïs, en comparaison avec le rendement du maïs en culture pure. En revanche, la production en biomasse de la plante de couverture a été significativement réduite dans l'association. Le semis précoce de la plante de couverture au sein du maïs permet une production en biomasse significativement plus importante qu'un semis tardif (20 jours après floraison du maïs), et une production totale en biomasse de l'ensemble de l'association significativement plus importante par rapport aux cultures pures. Cette production totale a été plus du double comparée à celle de la culture pure de maïs dans le cas de l'association maïs-Cajanus. Les valeurs du Land Equivalent Ratio (LER) du rendement en grain de maïs et de la production de biomasse ont été supérieures à 1, atteignant jusqu'à 2.03 témoignant d'une meilleure valorisation des ressources par les espèces associées et l'avantage de tels systèmes pour produire à la fois du grain et du fourrage. La thèse montre aussi la forte variabilité du potentiel de production de ces systèmes en parcelles de producteurs et suggère que lorsque les ressources en eau et en azote sont moins disponibles que dans l'essai de station, des compétitions entre maïs et plantes de couverture peuvent réduire les performances agronomiques du maïs et/ou de la plante de couverture comparativement par rapport à la culture pure équivalente. La biomasse totale produite reste cependant supérieure à celle de la culture pure de maïs, sauf pour de rares exceptions où de plus faibles disponibilités en ressources, parfois accentué par des difficultés de gestion technique, le maïs semble souffrir de compétition plus forte et/ou la plante de couverture ne produit que très peu de biomasse. La thèse évalue la capacité d'un modèle de simulation de culture associées, STICS-CA, à fournir une analyse plus fine de la dynamique du partage des ressources dans ces systèmes et à en estimer les performances agronomiques et certains impacts environnementaux en fonction de conditions techniques et édapho-climatiques différentes de celles de notre dispositif. Des modifications mineures et le calage du modèle ont conduit à une simulation satisfaisante des cultures pures de maïs et Brachiaria et de l'association maïs-Brachiaria en semis direct sur mulch pailleux. En revanche il n'a pas été possible d'obtenir une simulation satisfaisante du maïs en semis conventionnel sur sol labouré, ni du Cajanus en culture pure et de l'association maïs-Cajanus en semis direct. . La thèse fournit des informations sur les imperfections du modèle et propose des améliorations aussi bien en termes de formalismes pour la prise en compte de la minéralisation du mulch, qu'en termes de dispo exp / This thesis dealt with characterizing and modeling the dynamics of the three principal resources which are water, nitrogen and radiation in a no-tillage relay intercropping maize-cover crop systems, under sub-humid tropical area climate. Moreover, productivity of the main crop and of the whole system and nitrogen and water flows in the soil are assessed.The study was based on an on-field approach/experimental design carried out during two crop growing seasons in Cerrados region, in Unaí (Minas Géras, Brazil) since 2007. Firstly, an experimental station was used allowing an intense effort of measurement and secondly, a whole of several farmer's fields offering a wide range of soil and climate conditions and modalities of implementation of the studied cropping systems. In the latter, main crop was maize, and intercropped cover crop was a tropical fodder crop, either leguminous, Cajanus cajan or gramineous, Brachiaria ruziziensis. Two dates of sowing, early and late were considered for the sowing of the cover crop in established maize, in the case of the experimental station. This study showed that maize yield was not significantly affected by the presence of the relay cover crops in comparison with maize as the sole crop, even when the cover crop was sown soon after maize emergence in comparison with maize sole crop. In contrast, the production of biomass by the cover crop was significantly lower when grown with maize than when it was grown as a sole crop. In the intercropped systems, when sown early, the cover crop produced higher total biomass than when sown late (20 days after maize flowering). Moreover, total aboveground biomass production of maize intercropped with a cover crop was much higher than that of any of the crops sown alone. Total biomass produced by maize and pigeon pea (Cajanus cajan) was more than double that maize grown alone. The Land Equivalent Ratio (LER) values of both maize grain yield and biomass production were higher than one, whatever the intercrop system, reaching up to 2.03 providing better available resources use efficiency by the intercropped plants. Thus, such systems permit to produce both maize grains and forage.The thesis shows also the strong variability of the production potential of these systems in farmer's fields and suggests that when water and nitrogen resources are less available than in the experimental station, competitions between maize and cover crops can reduce the agronomic performances of maize and/or the cover crop when compared to the equivalent pure sole crop. Total biomass produced by intercropping remained however higher than that of maize sole crop, except for rare exceptions where lower resources availability, sometimes accentuated by difficulties of technical practice, maize seems to suffer from stronger competition and/or the cover crop produced only very little biomass. The thesis evaluates the capacity of the STICS intercrop model, STICS-CA, to provide a finer analysis of the dynamics of the resource sharing in these systems and to estimate their agronomic performances and certain environmental impacts according to technical practices and soil and climate conditions that were different from those of our experimental station. Minor modifications and model calibration led to obtain satisfying simulations of the sole crops maize and Brachiaria and intercrop maize-Brachiaria in no-tillage under mulch. On the other hand, it was not possible to obtain satisfying simulations of sole crop maize in conventional tillage, nor of sole crop pigeon pea and intercrop maize-pigeon pea in no-tillage under mulch. The thesis provides information on the model imperfections and as well proposes improvements in terms of formalisms to take into account the mineralization of the mulch, as in terms of experimental design.

Des systèmes de culture innovants doivent être proposés pour répondre aux nouveaux objectifs de l'agriculture qui devront allier productivité, respect de l'environnement et rentabilité économique. Les systèmes de culture en semis direct sous couvert végétal (SCV) avec cultures associées permettraient d'atteindre ces objectifs. Si ces systèmes ont en effet montré des intérêts en climat tropical, ils sont presque inexistants en climat tempéré.<br />Cette thèse se propose d'accroître les connaissances scientifiques sur ces systèmes particuliers pour faciliter leur conception et leur évaluation en climat tempéré. Le travail repose sur un dispositif expérimental mis en place à Grignon (Yvelines, France) en 2002 pour trois campagnes culturales. Du blé tendre d'hiver (Triticum aestivum L.) est semé (i) dans un sol labouré, (ii) directement dans les résidus de la culture précédente et, (iii) directement dans six plantes de couverture différentes. En combinant sur ce dispositif une double approche, systémique et analytique, les objectifs de la thèse sont de comprendre, selon l'espèce de couverture, (i) l'impact des différents SCV avec cultures associées sur le rendement de la culture de vente en mettant en évidence les phases de sensibilité aux stress de cette culture, (ii) les relations de compétition et/ou de facilitation pour l'azote et la lumière entre les espèces associées et, (iii) l'évolution, à court terme, de la structure du sol et de ses propriétés hydriques.<br />Ce travail montre que la présence d'une plante de couverture peut réduire, parfois fortement, le rendement de la culture de vente, différemment selon l'espèce de couverture, sa conduite technique et les conditions climatiques ; les phases d'élaboration du rendement qui sont perturbées dans ces situations culturales dépendent aussi de ces trois facteurs. De plus, l'étude met en évidence que la compétition pour le rayonnement lumineux entre les espèces associées est le processus le plus défavorable au rendement du blé.<br />A court terme, il n'apparaît pas de différences marquées entre la structure d'un sol non travaillé sans plante de couverture et celle d'un sol non travaillé avec une plante de couverture. Toutefois, l'étude révèle que les propriétés hydriques peuvent être modifiées selon l'absence ou la présence d'une plante de couverture sur un sol non travaillé sans démontrer de variations importantes de ces propriétés selon l'espèce de couverture.<br />La thèse fournit des informations scientifiques et techniques sur le fonctionnement, en climat tempéré, de peuplements associant sur un sol non travaillé, une culture de vente à différentes plantes de couverture. Elle montre la faisabilité mais aussi les risques des SCV avec cultures associées ; elle permet d'identifier des axes de recherche pour compléter les connaissances et fournir des références pour réduire ces risques.

Au Brésil, les systèmes de culture en semis direct couvrent aujourd'hui près de 20 millions d'hectares et se révèlent bien adaptés agronomiquement aux exigences tropicales. Cette thèse étudie, à partir d'une importante collecte de données au champ complétée par des expérimentations en laboratoire et des simulations, la séquestration du carbone (C) sous semis direct sous couverture végétale (SCV) en comparaison avec un système de culture avec travail du sol (offset, OFF) à l'échelle du cycle cultural sur un dispositif expérimental de la région des Cerrados. <br />Dans un premier temps, nous avons étudié les stocks de C des sols en 2003 et les avons comparés aux stocks initiaux (1998). Nous avons constaté une augmentation du stockage de C en surface (0-10 cm) sous SCV, en comparaison avec OFF, de l'ordre de 0,35 t C.ha-1.an-1, ce qui correspond à 10% environ des résidus de couverture restitués au sol. Une analyse par fractionnement granulométrique de la matière organique (MO) a montré que le C nouvellement stocké est localisé essentiellement dans les fractions fines (< 50 µm) dont la MO est généralement considérée comme relativement stable. Cependant, si les pratiques de non-travail augmentent le stockage de C dans le sol, elles pourraient toutefois favoriser les émissions de N2O et CH4. <br />Dans un second temps, nous avons donc mesuré les flux de CH4 et N2O à la surface du sol à l'aide de chambres statiques, les concentrations en CO2 et N2O à différentes profondeurs du sol, ainsi que les déterminants de production et d'émission des GES (température, azote minéral, teneur en eau). Aucune différence significative n'a été notée entre les deux systèmes pour les flux de CH4 et N2O. Les émissions annuelles mesurées de N2O correspondent à 0,03% de la quantité d'azote apportée par fertilisation sur les parcelles, ce qui est très faible mais non contradictoire avec la littérature existante sur les Cerrados. Les émissions de CH4 sont faibles également. En équivalent C-CO2, la somme des émissions de N2O et CH4 correspondent à 6,0 et 7,8 kg C.ha-1.an-1 pour SCV et OFF respectivement. Finalement, le bilan mesuré pour la séquestration du C (en équivalent C-CO2), considérant l'ensemble des flux de CO2 (approché par les variations de stocks de C du sol), de N2O et de CH4 (par mesures directes à la surface du sol) est de 351,8 kg C.ha-1.an-1, et donc bien en faveur du système SCV. <br />Cependant, l'estimation des bilans de N2O et CH4 au champ souffre de la grande variabilité et de la discontinuité des mesures de terrain. Aussi, avons-nous mené une expérimentation en laboratoire visant à caractériser, dans le cas de N2O, les potentiels d'émission par dénitrification et nitrification. Les résultats permettent de classer le sol étudié comme peu émetteur de N2O. Nous avons par la suite utilisé ces mesures, ainsi que la base de données acquises au champ, afin de renseigner le modèle NOE (Nitrous Oxide Emissions) de simulation des émissions de N2O. Ce modèle nécessitant une connaissance précise des humidités du sol, et celles-ci étant considérées comme un déterminant clé des émissions de N2O, elles ont été simulées par le modèle PASTIS afin de renseigner en continu le modèle NOE. Ces simulations sur l'ensemble du cycle cultural ont permis de montrer que (i) le sol étudié, qu'il soit sous SCV ou sous OFF, est très faiblement émetteur de N2O (et de CH4), (ii) les émissions de N2O par nitrification et par dénitrification s'ajoutent au cours du cycle cultural, (iii) les émissions par dénitrification représentent des évènements ponctuels, d'amplitude très importante (15 fois l'ordre de grandeur de l'émission par nitrification), (iv) la contribution de la nitrification aux émissions de N2O n'est pas négligeable et s'élève à 35 et 31% pour SCV et OFF respectivement et que (v) les mesures au champ semblent estimer essentiellement les flux de N2O liés a la nitrification. Le nouveau bilan « simulé » confirme le bilan « mesuré » au champ avec une séquestration du C sous SCV d'environ 320 kg C.ha-1.an-1. <br />La potentiel de séquestration du C des SCV confère à ces systèmes de culture un intérêt environnemental supplémentaire en conditions tropicales.

Cette étude a pour objectifs la compréhension et la modélisation de certains effets importants du semis direct avec paillis de résidus (SDP) sur les bilans hydrique, thermique et azoté d'une culture de maïs pluvial. Elle a été menée dans le contexte d'un climat tropical semi-aride au Mexique. D'un point de vue méthodologique, le travail a consisté tout d'abord à identifier les phénomènes physiques et biologiques principaux qu'implique l'itinéraire technique SDP. En s'appuyant sur les résultats de la littérature et sur les acquis au niveau du terrain d'étude, nous avons retenu comme prédominants les effets du SDP sur i) l'évaporation et la température du sol, ii) la structure de surface du sol et l'infiltration, iii) le ruissellement, et iv) le cycle de l'azote et l'activité biologique des sols.<br />Ces effets identifiés, une lourde campagne de collecte de données de terrain a été réalisée de mai à octobre 1998, sur le site expérimental de la Tinaja (état de Jalisco, Mexique). Des mesures complémentaires ont été faites en juin et juillet 1999 sur le même site. Certaines mesures difficilement réalisables sur le terrain ont été effectuées en laboratoire, et sont venues renforcer les données du terrain. A l'issu de ce travail expérimental important, nous disposons d'une base de données relativement riche sur l'ensemble des phénomènes étudiés.<br />L'étude théorique des effets du SDP s'est déroulée en deux phases. La première s'appuie sur une stratégie d'atomisation de la problématique en volets élémentaires spécifiques, traitant les effets du SDP sur i), ii) et iii), en milieu contrôlé. Le premier volet vise à étudier et modéliser les flux d'eau et de chaleur dans le système sol-paillis-atmosphère (transferts turbulents et radiatifs au sein du paillis). Il permet de comprendre et de quantifier l'effet d'un paillis de résidus sur l'évaporation d'un sol et son amplitude thermique, en fonction du taux de couverture. Le deuxième volet consiste à caractériser les effets cumulatifs du SDP sur les propriétés hydrodynamiques d'un sol et donc sa capacité à l'infiltration. Le troisième volet est dédié à l'étude et la modélisation du ruissellement sur sol paillé éventuellement planté, en tenant compte de l'interception de l'eau de pluie, de la rétention de surface, de l'infiltration, de la canalisation du ruissellement et de son écoulement. La deuxième phase relève de la reconstruction par intégration et consiste en un volet unique. Dans ce volet les résultats des trois volets spécifiques précédents sont synthétisés et intégrés dans un modèle numérique de fonctionnement global. Ce dernier prend en compte à la fois les dynamiques de l'eau, de la chaleur et de l'azote. Il reproduit simultanément et de façon couplée tous les effets majeurs du SDP sur le système sol-paillis-plante-atmosphère.

Stocker du carbone (C) dans le sol représente à la fois des enjeux agronomiques (amélioration des propriétés physico-chimiques du sol) et environnementaux (réduction de la quantité de C02 atmosphérique). A Madagascar, le stockage et la protection de C dans le sol, sous systèmes de culture en semis direct avec couverture végétale (SCY) sont étudiés sur un dispositif de longue durée (11 ans) de la région d'Antsirabe, Hautes Terres malgaches). Quatre systèmes sont étudiés: un système en labour conventionnel (Conventional-tillage) [CT mis, rotation maïs {Zea mays L.)-soja (Glycine max. L.)]. et trois systèmes en SCY sans travail du sol (No-tillage, NT) [NT mis, rotation maïs-soja; NT rn/m-d. rotation maïs-maïs avec une couverture végétale de Desmodium uncinatum ; et NT h/s-k. rotation haricot (Phaseolus vulgaris)-soja avec une couverture de Pennissetum c/andestinum]. Les résidus de récoltes sont exportés de la parcelle pour CT mis alors qu'ils sont restitués pour les NT. Les résultats montrent des teneurs en C significativement plus élevées sous systèmes NT par rapport à CT à 0-5 et 5-10 cm de profondeur. Au-delà de 10 cm de profondeur. les deux modes de gestion ne sont plus différents. Les valeurs de stocks de C à masse équivalente indiquent des stockages annuels élevés pour les systèmes NT étudiés. de 0.7 à 1,0 Mg C.haI.anI pour la couche de 0-20 cm. Ce stockage annuel élevé sous systèmes NT est en grande partie attribué à l'importante quantité de biomasse restituée par ces systèmes. par rapport au système labouré. Les teneurs en C élevées sous NT s'accompagnent d'une teneur élevée en macroagrégats (MA) stables à l'eau, de 16 à 33 % plus élevée par rapport à CT, à 0-5 et 5-10 cm. Ces macroagrégats stables contribuent à plus de 80 % à la différence de teneur en Centre systèmes NT et CT. Ceci pourrait induire une protection physique du C se trouvant à l'intérieur des agrégats contre la minéralisation microbienne. Les fractionnements granulo-densimétriques effectués sur ces échantillons permettent de localiser le C stocké sous NT. A 0-5 cm, 30 à 40 % du C stocké sont associés aux matières organiques particulaires internes aux agrégats stables (MOPi) de taille supérieure à 50 urn et 40 à 60 % aux fractions fines de taille inférieure à 50 urn, A 5-10 cm, 60 à 90 % du C stocké sont localisés dans les fractions fines " 50 urn) du sol. Si la matière organique associée aux fractions fines du sol est protégée physico-chimiquement contre la minéralisation microbienne par son adsorption sur les particules minérales du sol. les MOPi sont protégées physiquement par leur emprisonnement à l'intérieur des agrégats. Par ailleurs, la déprotection de ces MOPi, par broyage grossier " 200 urn) du sol total ou par broyage fin " 50 urn) des macro- et mésoagrégats, ne révèle. qu'une faible quantité de C protégé physiquement (de 26,2 à 54,0 I-lgC.g-1 sol). Ceci pourrait s'expliquer par le fait que ces MOPi, comme le montrent les observations au microscopie électronique à balayage, sont recouvertes et imprégnées de fractions fines qui les protègent physico-chimiquement contre la minéralisation microbienne malgré la destruction des agrégats. En conclusion. pour le sol argileux considéré ici, les systèmes SCY testés s'avèrent très efficaces pour stocker du C dans le sol. Ce C stocké est relativement stabilisé puisqu'H est protégé, au moins physico-chimiquement. contre la minéralisation microbienne.

La pratique du «sans labour» (NT) se développe dans le cadre de l’agriculture de conservation des sols. Cette pratique modifie nombre de propriétés du sol comme, par exemple, la répartition du phosphore (P) dans le profil du sol. L’objectif de cette thèse est d’analyser les impacts après plusieurs décennies du NT sur le cycle biogéochimique du P et d’intégrer ces effets dans un modèle de fonctionnement. Nous avons utilisé un essai au champ de longue durée sous maïs-soja (L’Acadie, Québec, Canada) implanté sur un sol argilo-limoneux. Le dispositif était un split-plot à 4 blocs avec mouldboard plough (MP) et sans labour (NT), subdivisés par 3 doses de fertilisation en P minéral [0 (0P), 17.5 (0.5P), 35 (1P) kg P ha-1] apportées sur le maïs et localisées à 5 cm de profondeur et à 5 cm du rang de maïs.La concentration des ions phosphates du sol (Cp) test était relativement uniforme dans la couche labourée (0-20 cm) (0.08 mg P L-1), puis baissait légèrement dans 20-30 cm (0.05 mg P L-1) et davantage au-delà (0.01 mg P L-1). Sous les traitements [NT, 0.5P] et [NT, 1P] traitements, le Cp était plus élevé dans la couche 0-10 cm (0.28 et 0.19 mg P L-1) que dans la couche labourée mais baissait rapidement avec la profondeur. Cette stratification verticale sous NT était également observée pour les teneurs en P-Olsen, P-M3 et autres nutriments comme C, N et K. Après 23 et 24 années d’essai, il y avait tendanciellement moins de racines du maïs sous NT (-14%) que sous MP, probablement à cause de la présence plus importante d’adventices sous NT. Pour le soja, il y avait beaucoup plus de racines dans la couche 0-10 cm sous NT (44% de longueur total) que sous MP (21%) et inversement dans la couche 10-20 cm. Ces différences de distribution des racines sous NT et MP correspondent à la stratification de N, P, et K.Cet ensemble de données sur la distribution des racines et du phosphore a été utilisé pour i) évaluer un modèle 1D décrivant la dynamique du P sur plusieurs décennies dans la couche labourée du sol, ii) proposer un mode d’estimation de la distribution du prélèvement dans le profil de sol, et iii) développer un modèle spatialisé 2D décrivant la dynamique du P pour le traitement sans labour. Ce modèle permet de simuler l’évolution de la disponibilité en P du sol sur le long terme quels que soient les modes de préparation du sol et le régime de fertilisation P. Même si le modèle surestime parfois la disponibilité en P à proximité de la zone fertilisée, il permet de prédire la stratification du P du sol en NT et ses conséquences sur le prélèvement de P en relation avec les propriétés du sol et le développement du système racinaire. Il pourra contribuer à améliorer le raisonnement de la fertilisation phosphatée dans le contexte du sans-labour. / The no-till (NT) is gaining great attention for soil preparation. This practice modifies number of soil properties such as the distribution of phosphorus (P) in the soil profile. This work aims to analyze the impacts on the biogeochemical P cycle after decades of NT and incorporate those effects in an operational model. We used a long-term field experiment under corn-soybean rotation established on a clay loam soil (L’Acadie, Quebec, Canada). The design was a split-plot plan with 4 blocks under moldboard plough (MP) and NT, subdivided by 3 doses of P [0 (0P), 17.5 (0.5P), 35 (1P) kg P ha-1] applied in corn phase and localized to 5-cm deep and 5-cm from the corn row.The phosphate ion concentration in MP was relatively constant (0.08 mg P L-1) in the tilled layer (0-20 cm), slightly lower in 20-30 cm (0.05 mg P L-1) and much lower below (0.01 mg P L-1). In [NT, 0.5P] and [NT, 1P] plots, Cp was higher (0.28 et 0.19 mg P L-1) in the 0-10 cm layer compared to the tilled layer in MP, but decreased sharply with depth. This vertical stratification in NT was also observed for P-Olsen, P-M3 and other nutrients as C, N, and K. After 23- and 24-year of experimentation, maize roots tended to be fewer (-14%) under NT than MP, probably because of increased weed infestation under NT. For soybean, more roots accumulated in the 0-10 cm layer under NT (44% of total length) than MP (21%) and vice versa for the 10-20 cm layer. Those differences in root distribution under NT and MP corresponded to the stratification of N, P, and K.This set of data on the distribution of roots and phosphorus was used i) to develop a 1D model describing P dynamics over several decades in MP, ii) to test a method to assess the spatial P uptake distribution according local root length density and soil P availability, and iii) to develop a spatial 2D model describing P dynamic in NT. This model simulates the soil P availability dynamic on long term according soil properties and crop root distribution within soil profile for different soil preparation regime and different P fertilization rate. Although the model overestimates the P availability near the localized P fertilizer, it is able to predict the soil P stratification in NT treatment and its consequences on crop P uptake. This new model will be a useful tool to improve P fertilization management in context of no-till practices.

Les pratiques de gestion des sols ont un impact direct sur leurs propriétés physico-chimiques et biologiques. Afin d'évaluer l'impact de ces pratiques sur les caractéristiques physico-chimiques du sol, une expérimentation à longue durée sur une rotation maïs-soja a été établie en 1992 à la Ferme expérimentale de l'Acadie de l'Agriculture et Agroalimentaire Canada (AAC), située dans l'est du Canada. En 2017, lors de la 25e année de cette expérimentation, les parcelles, situées sur un sol loam argileux, ont été analysées. La combinaison factorielle des traitements de travail du sol [labour conventionnel (LC) vs. semis direct (SD)] et de fertilisation azotée appliquée pour le maïs [0 kg N ha-1 (0N), 80 kg N ha-1 (1N), et 160 kg N ha-1 (2N)] a été analysée. Deux horizons de sol (0-5 cm et 5-20 cm) ont été prélevés pour l'étude. Dans un premier temps, nous avons examiné l'effet de ces pratiques sur les caractéristiques physico-chimiques du sol et la productivité du soja. Il en ressort que le SD a augmenté les stocks d'éléments dans le sol, suivant l'ordre décroissant P > Zn > Ntot > Ctot > B > K > Ca > Pb > Cd > Cu. Ni le travail du sol ni la fertilisation azotée n'ont augmenté le rendement en grains du soja. Nous avons également observé une augmentation de la concentration d'aluminium dans le traitement LC. Concernant la physique des sols, une densité plus faible a été notée dans l'horizon supérieur dans les deux systèmes, mais la macro- agrégation était favorisée dans le système SD. Les analyses métagénomiques de la communauté bactérienne du sol ont été réalisées par séquençage à haut débit (SHD) via la plateforme Illumina MiSeq®. Les résultats indiquent que les méthodes de travail du sol et l'horizon d'échantillonnage influencent le microbiome bactérien du sol, la fertilisation ayant une influence moindre. Le semis direct augmente la diversité bactérienne avec des genres comme Terrabacter, Patulibacter, Blastococcus, contribuant à la décomposition de la matière organique et au cycle des nutriments. Cette méthode montre une stratification claire entre les horizons du sol et une forte présence de bactéries spécialistes. En contraste, le labour conventionnel a une composition bactérienne plus homogène et moins diversifiée. Le semis direct, favorisant des « hubs » bactériens, renforce la résilience et la stabilité de la communauté microbienne du sol, tandis que le labour conventionnel présente une moindre complexité microbienne, pouvant affecter la santé du sol. Ainsi, l'analyse du microbiome bactérien est essentielle pour évaluer l'impact des pratiques de gestion des sols sur leur santé, et le semis direct se révèle plus avantageux pour la santé du sol. / Soil management practices have a direct impact on their physicochemical and biological properties. To assess the impact of these practices on the physicochemical characteristics of the soil, a long-term experiment on a corn-soybean rotation was established in 1992 at the Experimental Farm of Acadia of Agriculture and Agri-Food Canada (AAC), located in Eastern Canada. In 2017, during the 25th year of this experiment, the plots, located on clay loam soil, were analyzed. The factorial combination of soil management treatments [conventional tillage (CT) vs. no-till (NT)] and nitrogen fertilization applied to corn [0 kg N ha⁻¹ (0N), 80 kg N ha⁻¹ (1N), and 160 kg N ha⁻¹ (2N)] was analyzed. Two soil horizons (0- 5 cm and 5-20 cm) were sampled for the study. Initially, we examined the effect of these practices on the physicochemical characteristics of the soil and the productivity of soybeans. It turns out that NT increased the stocks of elements in the soil, following the descending order P > Zn > Ntot > Ctot > B > K > Ca > Pb > Cd > Cu. Neither soil tillage nor nitrogen fertilization increased soybean grain yield. We also observed an increase in aluminum concentration in the CT treatment. Regarding soil physics, a lower density was noted in the upper horizon in both systems, but macro-aggregation was favored in the NT system. Metagenomic analyses of the soil bacterial community were conducted through high- throughput sequencing (HTS) using the Illumina MiSeq platform®. The results indicate that the methods of soil management and the sampling horizon influence the soil bacterial microbiome, with fertilization having a lesser influence. No-till increases bacterial diversity with genera such as Terrabacter, Patulibacter, Blastococcus, contributing to the decomposition of organic matter and nutrient cycling. This method shows a clear stratification between soil horizons and a strong presence of specialist bacteria. In contrast, conventional tillage presents a more homogeneous and less diversified bacterial composition. No-till, promoting bacterial 'hubs,' enhances the resilience and stability of the soil microbial community, while conventional tillage shows reduced microbial complexity, which could affect soil health. Therefore, the analysis of the bacterial microbiome is essential to assess the impact of soil management practices on their health, and no-till proves to be more advantageous for soil health.

La pratique du «semis direct» ou no-till (NT) se développe rapidement comme méthode de conservation des sols. Cette pratique modifie nombre de propriétés du sol comme, par exemple, la répartition du phosphore (P) dans le profil du sol. L’objectif de cette thèse est d’analyser les impacts après plusieurs décennies sous la gestion de NT sur le cycle biogéochimique du P et d’intégrer ces effets dans un modèle de fonctionnement. Nous avons utilisé un essai au champ de longue durée sous maïs-soja (L’Acadie, Québec, Canada) implanté sur un sol argilo-limoneux. Le dispositif était un split-plot à 4 blocs avec le labour conventionnel ou « mouldboard plough » (MP) et sans labour (NT) en parcelles prioncipales et 3 doses de fertilisation en P minéral [0 (0P), 17.5 (0.5P), 35 (1P) kg P ha⁻¹] apportées sur le maïs et localisées à 5 cm de profondeur et à 5 cm du rang de maïs, en sous-parcelles. La concentration en ions phosphates dans le sol (Cp) était relativement uniforme dans la couche labourée (0-20 cm) (0.08 mg P L⁻¹), puis baissait légèrement dans la couche 20-30 cm (0.05 mg P L⁻¹) et davantage au-delà (0.01 mg P L⁻¹). Sous les traitements [NT, 0.5P] et [NT, 1P] traitements, le Cp était plus élevé dans la couche 0-10 cm (0.28 et 0.19 mg P L⁻¹) que dans la couche labourée mais baissait rapidement avec la profondeur. Cette stratification verticale sous NT était également observée pour les teneurs en P-Olsen, P-M3 et autres nutriments comme C, N et K. Après 23 et 24 années d’essai, il y avait tendanciellement moins de racines du maïs sous NT (-14%) que sous MP, probablement à cause de la présence plus importante d’adventices sous NT. Pour le soja, il y avait beaucoup plus de racines dans la couche 0-10 cm sous NT (44% de longueur total) que sous MP (21%) et inversement dans la couche 10-20 cm. Ces différences de distribution des racines sous NT et MP correspondaient à la stratification de N, P, et K. Ce jeu de données sur la distribution des racines et du phosphore a été utilisé pour i) évaluer un modèle 1D décrivant la dynamique du P dans la couche labourée du sol sur plusieurs décennies, ii) proposer un mode d’estimation de la distribution du prélèvement dans le profil de sol, et iii) développer un modèle spatialisé 2D décrivant la dynamique du P pour le traitement sans labour. Ce modèle permet de simuler l’évolution de la disponibilité en P du sol sur le long terme quelque soient les modes de préparation du sol et le régime de fertilisation P. Même si le modèle surestime parfois la disponibilité en P à proximité de la zone fertilisée, il permet de prédire la stratification du P du sol en NT et ses conséquences sur le prélèvement de P en relation avec les propriétés du sol et le développement du système racinaire. Il contribue à améliorer le raisonnement de la fertilisation phosphatée dans le contexte du sans-labour. Mots clés : labour, sans-labour, semis direct, agriculture de conservation, fertilisation phosphatée, agrosystèmes, stocks et flux, interception racinaire, sol, fertilité, bilan. / The no-till (NT) is gaining great attention for soil preparation. This practice modifies number of soil properties such as the distribution of phosphorus (P) in the soil profile. This work aims to analyze the impacts on the biogeochemical P cycle after decades of NT and to incorporate those effects in an operational model. We used a long-term field experiment under corn-soybean rotation established on a clay loam soil (L’Acadie, Quebec, Canada). The design was a split-plot plan with 4 blocks under moldboard plough (MP) and NT as main plots, subdivided by 3 doses of P [0 (0P), 17.5 (0.5P), 35 (1P) kg P ha⁻¹] applied in corn phase and localized to 5-cm deep and 5-cm from the corn row, as sub-plots. The phosphate ion concentration under MP was relatively constant (0.08 mg P L⁻¹) in the tilled layer (0-20 cm), slightly lower in 20-30 cm (0.05 mg P L⁻¹) and much lower below (0.01 mg P L⁻¹). In [NT, 0.5P] and [NT, 1P] plots, Cp was higher (0.28 et 0.19 mg P L⁻¹) in the 0-10 cm layer compared to the tilled layer in MP, but decreased sharply with depth. This vertical stratification in NT was also observed for P-Olsen, P-M3 and other nutrients as C, N, and K. After 23- and 24-year of experimentation, maize roots tended to be fewer (-14%) under NT than MP, probably because of increased weed infestation under NT. For soybean, more roots accumulated in the 0-10 cm layer under NT (44% of total length) than MP (21%) and vice versa for the 10-20 cm layer. Those differences in root distribution under NT and MP corresponded to the stratification of N, P, and K. This data set on the distribution of roots and phosphorus was used i) to develop a 1D model describing P dynamics over several decades in MP, ii) to test a method to assess the spatial P uptake distribution according local root length density and soil P availability, and iii) to develop a spatial 2D model describing P dynamic in NT. This model simulates the soil P availability dynamic on long term according soil properties and crop root distribution within the soil profile for different soil preparation regimes and P fertilization rates. Although the model overestimates the P availability near the localized P fertilizer, it can predict soil P stratification in the NT treatment and its consequences on crop P uptake. This new model will be a useful tool to improve P fertilization management in context of no-till practices. Keywords: tillage, no-till, direct drilling, conservation agriculture, phosphate fertilizer, agro-systems, stocks and flows, root interception, soil fertility, P budget.