L’analyse de cycle de vie (ACV), telle qu’elle est pratiquée aujourd’hui, peut conduire à des résultats biaisés. L’utilisation de cet outil s’avère particulièrement sensible dans des cadres réglementaires. En effet, au lieu d’inciter les entreprises à réduire leurs impacts sur l’environnement, les certifications obtenues à partir des ACV risquent de produire un effet contraire : comme elles tendent à récompenser des moyennes industrielles plutôt que les résultats propres aux entreprises, elles peuvent détruire toute incitation pour ces dernières à agir correctement sur le plan environnemental. Dans cette thèse nous proposons des éléments de réflexion en matière de gestion pouvant être utiles à l’évolution de l’ACV à partir d’une étude de cas sur l’évaluation de la soutenabilité d’une filière biodiesel issu d’huile de palme brésilienne dans le cadre de la Directive EnR. Trois principaux résultats émergent de ce travail doctoral. Le premier se rapporte à la réflexion que nous menons sur l’évaluation de la durabilité imposée par la Directive EnR. Le deuxième renvoie aux réponses concrètes sur l’évaluation de la filière biodiesel évaluée à l’égard de la Directive, notamment par rapport aux émissions de gaz à effet de serre. Le troisième résultat concerne l’identification des besoins latents en matière d’évaluation de qualité des données d’ACV / Life cycle analysis (LCA), as it is currently applied, can lead to biased results. The use of LCA information is particularly sensitive when taken in the context of government regulatory frameworks. Indeed, instead of encouraging companies to reduce their impact on the environment, certifications obtained through LCA studies may produce the opposite effect: as they tend to reward industry averages rather than enterprise-specific results they can destroy all incentive for companies to reduce their environmental impacts. In this thesis we propose an in-depth analysis of management aspects in LCA and discuss how they could contribute to produce good quality LCA studies. For this, a case study was conducted on the sustainability evaluation of a biodiesel produced from Brazilian palm oil within the framework of the Renewable Energy Directive (RED). Three main findings emerge from this doctoral work. The first refers to the analysis of the sustainability evaluation required by RED with a particular emphasis on its application to the Brazilian context of palm oil production. The second refers to the concrete answers produced from the biodiesel evaluated, particularly with respect to greenhouse gas emissions. The third result concerns the identification of latent needs in terms of LCA data quality assessment

Le réchauffement climatique représente un enjeu prégnant auquel les entreprises répondent, entre autres, par la diffusion volontaire d’informations sur leurs émissions de gaz à effet de serre (GES). Trois études empiriques, traitant pour chacune d’elle une dimension de la stratégie mise en place par les firmes à cet égard, sont menées. Elles sont toutes trois réalisées à partir du programme Carbon Disclosure Project. La première étude identifie deux étapes séquentielles conduisant à la diffusion d’informations sur les GES : la production puis la diffusion sélective. À partir d’un échantillon mondial, une analyse coûts-bénéfices identifie les différents déterminants de ces deux décisions et invite à considérer de manière plus fine le processus de diffusion volontaire. La deuxième étude examine l’influence de la gouvernance interne sur la qualité des informations carbones diffusées, en distinguant la gouvernance spécifiquement dédiée à l’environnement de la gouvernance générale. Les analyses mettent en évidence, dans le contexte américain, le rôle contingent de la gouvernance spécifique puisque son rôle ‒ positif ‒ est modéré par la gouvernance générale dans laquelle elle s’insère. La troisième étude s’intéresse finalement à l’utilisation concomitante de deux canaux de diffusion. Il s’avère qu’une partie des entreprises françaises étudiées adapte les indicateurs diffusés sur les GES au canal et à l’audience ciblée. Afin d’assurer la crédibilité des données, la traçabilité de l’information est par ailleurs renforcée. L’ensemble de ces résultats contribue à la compréhension de la façon dont les besoins des parties prenantes sont gérés par les entreprises. Notre connaissance de l’environnement informationnel créé par ces dernières autour du changement climatique s’en trouve ainsi améliorée. / Global warming is nowadays a significant issue. Firms respond to this challenge by, among others, voluntarily disclosing information about their greenhouse gas (GHG) emissions. Three empirical studies, each dealing with one dimension of the disclosure strategy, are conducted. They are all based on the Carbon Disclosure Project program. The first study identifies two sequential steps leading to information disclosure: information production and selective disclosure. A costs-benefits analysis is performed on a global sample in order to identify the different determinants of the two decisions and calls for a finer consideration of the disclosure process. The second study examines the influence of internal corporate governance on the quality of carbon information disclosed. Environmental-specific governance is distinguished from general governance. In the American context, analyses show that the role of the environmental-specific governance is contingent: its positive influence is moderated by the general governance context. The third study focuses on the concurrent use of two disclosure channels. It appears that French firms adapt the content of their GHG emissions indicator to the channel and the target audience. To ensure data credibility, information traceability is sustained in this case.Overall, this dissertation contributes to our understanding of the way stakeholders’ needs are managed by companies. Our knowledge of the informational environment created by firms about global warming is thus improved.

L’Asie du Sud et de l'Est (ASE) est la première région du monde émettrice de gaz à effet de serre (GES) au cours des dernières décennies. Cependant, l’estimation des bilans régionaux d'émissions de GES est encore incertaine que ce soit par l’approche ‘bottom-up’ ou par l’approche ‘top-down’. L’objectif de cette thèse est de contribuer à une meilleure connaissance des bilans régionaux des émissions de GES en ASE, en utilisant les concentrations atmosphériques de GES mesurées dans un réseau de station de surface et la modélisation inverse à l’échelle régionale. Dans un premier temps, la thèse présente les mesures de CO2, CH4, N2O, SF6, CO, et H2 sur les échantillons réguliers prélevés àHanle, Pondichéry et Port Blair, trois nouveaux sites établis en Inde dans le cadre d’une collaboration franco-indienne. L’analyse des concentrations des gaz traces a permis de caractériser les contributions relatives des flux naturel et anthropique, et de la circulation atmosphérique associée à la mousson dans le sous-continent indien. Cette étude meten évidence le potentiel des nouvelles stations de mesure atmosphérique pour mieux contraindre les estimations de flux régionaux de GES. Dans un deuxième temps, un modèle global de chimie-transport LMDzINCA, avec un ‘zoom’ focalisé sur l’ASE (de résolution horizontale ~50 km) est utilisé pour simuler les champs de concentration de CO2 et CH4. Les concentrations simulées sont évaluées par rapport aux mesures de 30 stations réparties en ASE et dans les régions adjacentes. Le modèle de transport en version zoomée reproduit relativement bien les variabilités des mesures de CO2 et CH4, et améliore significativement les variations de CH4 par rapport au modèle standard de basse résolution sur le domaine d’étude. Enfin, les mesures des concentrations de CH4 des réseaux régionaux sont utilisées dans le système d’inversion PYVAR-LMDz-SACS avec les grilles zoomées, pour estimer les émissions de CH4 en ASE en 2010.Plusieurs scénarios sont réalisés afin de tester la sensibilité de l’inversion à différentes configurations des émissions a priori et des observations utilisées. L’inversion atmosphérique induit une réduction significative des émissions en comparaison aux inventaires a priori en Asie de l’Est (14-20%), en particulier en Chine du Nord (20-35%). L’estimation des émissions de CH4 est sensible à l’incertitude dans les bilans ‘bottom-up’ des émissions anthropiques en Asie de l’Est, particulièrement à la représentation très incertaine des sources localisées des mines de charbon en Chine du Nord. / South and East Asia (SEA) is the world’s largest anthropogenic greenhouse gas (GHG) emitting region during the recent decades, yet estimates of regional GHG budgets remain uncertain either from bottom-up or top-down approaches. The aim of the thesis is to improve understanding of GHG budgets in SEA through atmospheric measurements from surface stations and regional inverse modeling. The first part of the thesis presents measurements of CO2, CH4, N2O, SF6, CO, and H2 from regular flask sampling at Hanle, Pondicherry and Port Blair, three new Indian stations established in the framework of the Indo-French collaboration. Time series of tracer concentrations are analyzed and related to variations in natural/anthropogenic fluxes and monsoon circulations in the Indian sub-continent, showing potential of these stations to constrain estimates of regional GHG fluxes. The second part of the study involves simulation of CO2 and CH4 using a zoomed version of the global chemistry transport model LMDzINCA, with a horizontal resolution of ~50km over SEA. Model performance is evaluated against observations from 30 surface stations in SEA and adjacent regions. The zoomed transport model shows the ability to reasonably reproduce CO2 and CH4 variabilities at stations, and improves model performance for CH4 compared to the standard model version within the zoomed region. Lastly, the CH4 emissions in SEA are retrieved for the year 2010 using atmospheric surface stations and a Bayesian inversion system PYVAR-LMDz-SACS with the zoomed model grids. Different setups of prior information are used in inversions to account for uncertainties in bottom-up inventories of anthropogenic emissions. Significant reduction in emissions compared to the prior estimates is found for East Asia (by 14–20%), particularly in North China (by 20–35%). The inverted CH4 budgets are sensitive to prior anthropogenic emissions in East Asia, especially in North China where coal mine hotspots dominate the budgets yet their representation is highly uncertain among different inventories.

L'objectif principal de cette thèse est de déterminer le rôle des communautés microbiennes dans les émissions de N2O du sol, et plus précisément de définir dans quelle mesure les champignons sont impliqués. Par conséquent, leur structure communautaire à l'échelle micro, leur comportement dans la réduction de l'azote et la production de N2O, et leur interaction avec les communautés microbiennes impliquées dans le cycle de l'azote en tant que décomposeurs de matière organique dans le sol ont été étudiés. L'analyse des fractions de sol du parc Rothamsted a montré que les communautés fongiques changent au sein de fractions isolées, contrairement aux communautés bactériennes. De plus, des potentiels de nitrification, de dénitrification et de réduction de N2O ont été détectés dans toutes les fractions et se sont révélés liés à la chimie du carbone et de l'azote. Des expériences quantifiant la production de NO et N2O à partir de nitrite sur 24 souches de champignons de culture pure ont montré que les espèces de Fusarium sont de véritables producteurs de N2O parmi les champignons. Le suivit de NO a révélé que le milieu de nitrite est instable dans des conditions anoxiques et produit du NO abiotiquement, ce qui implique que des souches produisant du N2O à de faibles taux détoxifient ce NO plutôt que de le respirer, comme précédemment supposé. L’absence d’un nirK - p450nor dans la plupart des champignons a étayé cette hypothèse. Les relations interspécifiques entre champignons et bactéries ont été étudiées après l'addition de matière organique. Différentes modifications organiques ont déclenché des réponses distinctes en termes d’activité bactérienne et fongique sein d'une même communauté de sol. Les signatures fonctionnelles identifiées dans cette étude corroborent notre hypothèse selon laquelle les champignons sont impliqués dans la production de N2O en influençant les bactéries impliquées dans le cycle N par des processus de dégradation de glucides. Les résultats de cette thèse fournissent une base pour explorer les relations interspécifiques dans le cycle biogéochimique de l’azote dans le sol et marque une étape vers l'intégration de tous les membres de la communauté dans la recherche sur les écosystèmes du sol. / The main objective of this thesis is to determine the role of microbial communities in N2O emissions from soil, and more specifically to define to what extent fungi are involved. Therefore, their community structure at the micro scale, their behavior in reducing nitrogen and producing N2O, and their impact on nitrogen cycling communities as decomposers in soil were investigated. Analysis of soil fractions of unmanaged, pristine Rothamsted Park Grass soil showed that fungal communities change within isolated fractions in contrast to bacterial communities. Also, nitrifying, denitrifying and N2O reducing potentials were detected in all fractions and found to be linked to carbon and nitrogen chemistry. Pure culture experiments on 24 fungal strains quantifying NO and N2O production from nitrite showed that Fusarium species are true N2O producers among fungi. Monitoring NO revealed that nitrite medium is unstable under anoxic conditions and produces NO abiotically, which implies that low N2O producing strains are actually detoxifying this NO rather than respiring it, as previously assumed. The lack of a nirK - p450nor in most fungi supported this hypothesis. Interspecies relationships between fungi and bacteria were studied following community development after organic matter addition. Different organic amendments triggered distinct responses of a soil community with respect to bacterial and fungal activity. Functional signatures identified in this study corroborated our hypothesis that fungi are involved in N2O production by influencing a N-cycling bacterial community via carbohydrate degradation processes. The results from this thesis provide a basis for exploring interspecies relationships in nitrogen cycling processes in soil and mark a step towards integrating all members of the community in soil ecosystem research.

L'activité agricole peut entraîner un déséquilibre des cycles du carbone (C) et de l'azote (N) dans les écosystèmes terrestres naturels et entrainer une diminution des stocks de C et N dans le sol, une augmentation de la lixiviation du nitrate et des pertes d'azote par voie gazeuse. Pour réduire ces impacts environnementaux, la mise en place de systèmes agricoles innovants et durables est encouragée, tels que les systèmes à bas niveau intrants, l'agriculture de conservation ou l'agriculture biologique. Les objectifs de cette thèse sont i) de quantifier l'impact à long terme des différents systèmes de culture sur le devenir du carbone et de l'azote dans le système sol-plante-atmosphère et ii) de simuler la dynamique de ces éléments avec le modèle agro-environnemental STICS. À cette fin, nous avons étudié trois essais de longue durée : l'essai de La Cage (France) établi en 1998, l'essai DOK (Suisse) débuté en 1978 et l'essai Foulum (Danemark) créé en 1998. Alors que l'essai de La Cage a permis une quantification in situ du stockage du carbone et de l'azote organiques du sol, de la lixiviation de l'azote, des émissions de protoxyde d’azote (N2O) et de la balance des gaz à effet de serre pour des systèmes de culture alternatifs, les essais danois et suisses ont permis l'estimation in silico du devenir du C et N en agriculture biologique, après adaptation du modèle STICS pour simuler de nouvelles pratiques culturales. Après 16 années d’expérimentation, une accumulation annuelle significative de SOC et de SON a été observée en agriculture et en agriculture biologique à La Cage, alors qu'aucun changement significatif n'a été observé dans les systèmes conventionnels et bas intrants. La minéralisation spécifique de SOC et SON des quatre systèmes, simulée sur AMG et mesurée lors d’incubation des sols pendant quatre mois, s’est montrée équivalente entre systèmes. Le stockage de C et N observé dans les systèmes de conservation et biologiques s’explique principalement par l'augmentation des résidus de cultures plutôt que par l'effet du non-labour en agriculture de conservation. De plus, le surplus azoté (différence entre apports et exportations d’azote) a été calculé pour chaque système de culture. Le devenir de l’excédent d’azote a été estimé entre stockage de N dans le sol, pertes gazeuses et lixiviation de l'azote. Les émissions cumulatives de N2O mesurées en continu pendant plus de trois ans sont fortement corrélées avec les pertes totales calculées de N par voix gazeuse (volatilisation et dénitrification), ces pertes étant les plus importantes dans le système de conservation. Enfin, la réalisation d’un bilan complet des émissions de GES a montré de fortes différences entre système et des phénomènes de compensation entre stockage et perte de C et N. Le modèle sol-culture STICS a ensuite été utilisé pour simuler le devenir de l’azote dans les essais DOK et Foulum. Après une adaptation du modèle, sa calibration et son évaluation ont été réalisées permettant de simuler de façon satisfaisante les rendements, l'absorption de N, le surplus de N et l’évolution des stocks de SON dans les systèmes conventionnels et biologiques. Les simulations suggèrent que le devenir de l’azote dans ces systèmes peut être contrasté en fonction de la fertilisation et de la gestion des cultures et que les pertes d'azote ne sont pas systématiquement réduites en agriculture biologique par rapport au conventionnel. Cette thèse remet en question les appréciations simplistes qui associent systématiquement systèmes de culture alternatifs et diminution des impacts environnementaux liés aux cycles de C et N / Agricultural activities can lead to imbalanced carbon (C) and nitrogen (N) dynamics compared to natural terrestrial eco-systems, causing potential damages for soil, water and air quality. Among these prejudices, decreased soil C and N stocks, increased nitrate leaching in waters and gaseous N emissions towards the atmosphere are of a major concern. To reduce these environmental impacts, innovative and sustainable farming systems are promoted, such as low inputs cropping systems, “conservation” agriculture or organic farming. The objectives of this work were i) to quantify the long term impact of different alternative cropping systems on the fate of C and N in the soil-plantatmosphere system and ii) to simulate C and N dynamics with the agro-environmental model STICS. For this purpose, we studied three long-term field trials: the experiment of La Cage (France) established in 1998, the DOK (Switzerland) started in 1978 and the Foulum Organic (Denmark) established in 1998. The methodological approach combined experimentation and modelling. While La Cage trial enabled an in situ quantification of soil organic C and N storage, N leaching, nitrous oxide (N2O) emissions and greenhouse gas (GHG) balance in alternative cropping systems compared to conventional, the Swiss and Danish experiments were used for in silico estimation of the C and N fates in organic cropping systems, after adaptation of the STICS model, followed by calibration and evaluation of the model. Significant annual SOC and SON accumulation was found under conservation agriculture and organic farming at La Cage, whereas no significant change was observed in the low input and the conventional systems. No difference of specific SOC and SON mineralization rates was found between systems in vitro or in silico : we conclude that the higher C and N storage in soil observed in the conservation and organic systems was mainly driven by increased crop residues, rather than by the effect of no tillage practiced in conservation agriculture. The N surplus, i.e. the difference between N inputs and N exports at the field scale, varied widely between treatments. The fate of this N surplus also varied between systems with wide variations in SON storage and gaseous losses but no differences in N leaching. The cumulative N2O emissions measured continuously for three years were highly correlated with the calculated gaseous N losses (volatilization and denitrification), with higher losses in the conservation system. These calculations allowed establishing a full GHG balance. Therefore the four agricultural systems dissimilarly impacted the N fate, which could not be predicted by the N surplus alone. The GHG balance is a much better indicator of the environmental impact of cropping systems relative to C and N fluxes. In the Danish and Swiss experiments, the soil-crop model STICS was used to mimic crop production, N uptake and N surplus. The model was first adapted and evaluated to simulate organic farming systems. The model could satisfactorily simulate crop production, N uptake, N surplus and SON storage in the organic and conventional systems of these two longterm experiments. Model outputs suggested that the N fate could be contrasted according to fertilization and crop management, and that N losses were not systematically reduced in organic compared to conventional cropping systems. This study challenges the frequent belief that alternative cropping systems systematically improve the global C and N environmental impacts of agriculture.

J.-P. Serre a conjecturé à la fin des années 60 et P. Deligne a prouvé au début des années 70 que pour toute newform f = q + ∑ n⩾2 a n q n 2 S k (N; "), k ⩾ 2, et tout premier l du corps de nombres Kf = Q(a n ; n ⩾ 2), il existe une représentation galoisienne l-adique pf;l : Gal(Q=Q) ! GL2 (ZKf;l) qui est non-ramifiée en dehors de ℓN et telle que le polynôme caractéristique du Frobenius en p ∤ ℓN est X2 a pX + "(p)p k 1 .Après réduction modulo l et semi-simplification, on obtient une représentation galoisienne pf;l : Gal(Q=Q) ! GL2 (Fl) modulo l, non-ramifiée en dehors de ℓN et telle que lepolynôme caractéristique du Frobenius en p ∤ ℓN est X 2 a pX + "(p)p k 1mod l, d'où un moyen de calcul rapide de ap mod l pour p gigantesque.L'objet de cette thèse est l'étude et l'implémentation d'un algorithme reposant sur cette idée (initialement due à J.-M. Couveignes and B. Edixhoven), qui calcule les coefficients ap modulo l en calculant d'abord cette représentation modulo l, en s'appuyant sur le fait que pour k < ℓ, cette représentation est réalisée dans la ℓ-torsion de la jacobienne de la courbe modulaire X1 (ℓN ).Grâce à plusieurs améliorations, telles que l'utilisation des méthodes de K. KhuriMakdisi pour calculer dans la jacobienne modulaire J1(ℓN ) ou la construction d'une fonction a 2 Q (J1(ℓN )) au bon comportement arithmétique, cet algorithme est très efficace, ainsi qu'illustré par des tables de coefficients. Cette thèse se conclut par la présentation d'une méthode permettant de prouver formellement que les résultats de ces calculs sont corrects. / It was conjectured in the late 60's by J.-P. Serre and proved in the early 70's by P.Deligne that to each newform f = q +Σn ⩾2 anqn 2 Sk(N; "), k ⩾2, and each primel of the number field Kf = Q(an; n ⩾ 2), is attached an l-adic Galois representationPf;l : Gal(Q=Q) ! GL2(ZKf;l ), which is unrami fied outside ℓN and such the characteristicpolynomial of the Frobenius element at p ∤ ℓN is X2 apX +"(p)pk1. Reducing modulo land semi-simplifying, one gets a mod l Galois representation Pf;l : Gal(Q=Q) ! GL2(Fl),which is unrami filed outside ℓN and such that the characteristic polynomial of the Frobeniuselement at p ℓN is X2 apX +"(p)pk1 mod l. In particular, its trace is ap mod l, whichgives a quick way to compute ap mod l for huge p.The goal of this thesis is to study and implement an algorithm based on this idea(originally due to J.-M. Couveignes and B. Edixhoven) which computes the coefficients apmodulo l by computing the mod l Galois representation first, relying on the fact that ifk < ℓ, this representation shows up in the ℓ-torsion of the jacobian of the modular curveX1(ℓN).Thanks to several improvements, such as the use of K. Khuri-Makdisi's methods tocompute in the modular Jacobian J1(ℓN) or the construction of an arithmetically well-behaved function alph 2 Q(J1(ℓN)), this algorithm performs very well, as illustrated bytables of coefficients. This thesis ends by the presentation of a method to formally provethat the output of the algorithm is correct.

Les agrosystèmes représentent une importante part des terres émergées (plus d'un tiers de la surface au sol en Europe) et sont au cœur de nombreuses problématiques de développement durable. Ils sont consommateur d'eau et produisent des gaz à effet de serre (GES) qui contribuent aux changements climatiques en cours, ceux-ci ayant en retour des impacts encore difficiles à prévoir sur le fonctionnement et la gestion des agrosystèmes. L'étude des cycles biogéochimiques au sein des agrosystèmes est donc fondamentale. Le principal objectif de ces travaux de thèse a été d'étudier le fonctionnement carboné et hydrique des agrosystèmes à partir du suivi de la végétation (phénologie, biomasse, surface foliaire) et de mesures micro météorologiques d'échanges de matière (CO2, H2O) et d'énergie à l'interface entre le système sol/couvert et l'atmosphère sur deux parcelles agricoles expérimentales situées au Sud Ouest de Toulouse. L'ensemble de ces travaux a permis de montrer que la mesure des flux par la méthode des fluctuations turbulentes (EC) permet de quantifier les bilans de carbone et d'eau des agrosystèmes et d'étudier certains des processus physiques et écophysiologiques à l'origine des différents flux. A partir de ces mesures, une analyse des flux et bilans d'eau et de carbone a été effectuée. Une méthode de calcul des écobilans intégrant les émissions de GES liées aux pratiques culturales a été établie pour nos sites et appliqués aux parcelles expérimentales de cultures du réseau Européen CarboEurope-IP, représentant un panel important de cultures et de pratiques culturales. Les mesures annuelles de flux net de CO2 à l'interface sol/couvert et atmosphère ont montré que les agrosystèmes se comportent le plus souvent comme des puits atmosphériques de carbone. Cependant, la prise en compte des imports de carbone (fertilisation organique et semences) et des exports de carbone au moment de la récolte en plus des mesures de flux net vertical au dessus de la parcelle a permis de montrer que le bilan de carbone des cultures correspond rarement à un puits et que le plus souvent il est une source de carbone pour l'atmosphère (127 ± 243 g C m-2 an-1 pour 41 années-sites du réseau CarboEurope-IP). En moyenne, pour ces 41 années-sites étudiés, le flux net vertical de CO2 représentait 37 % du bilan de carbone (soit 88 % des entrées de carbone dans la parcelle), les apports de carbone sous forme de fertilisation organique et de semences représentaient 5 % du bilan (soit 12 % des entrées de carbone) et les exports de carbone au moment de la récolte représentaient 58 % du bilan. Les émissions de GES liées aux pratiques culturales représentaient en moyenne seulement 7.6 % du bilan de GES. Ces résultats montrent qu'il est donc fondamental de considérer les flux biosphériques de CO2 (qui représentent 88 % des entrées de carbone) dans le bilan annuel de GES de la parcelle sans quoi ce bilan serait très fortement surestimé. L'efficience de l'utilisation de l'eau (WUE) a été abordée à travers des points de vue agronomiques (production de biomasse par quantité d'eau évapotranspirée) et environnementaux (production nette de carbone de l'écosystème par quantité d'eau évapotranspirée). Ces approches pouvaient parfois produire des résultats contradictoires dans le cas de cultures avec de fortes exportations de biomasse (cas du maïs utilisé pour l'ensilage par exemple) et doivent donc être précautionneusement pris en compte dans l'optique d'une gestion durable des agrosystèmes. Finalement les mesures de flux ont permis 1) de tester une première version du modèle ICASTICS qui permettra de mieux comprendre les processus et de simuler les différentes composantes des flux nets d'eau et de carbone des agrosystèmes pour une gamme importante de cultures, de modes de gestions et de conditions climatiques. 2) de faire évoluer le modèle SAFY pour qu'il puisse calculer des flux et bilans d'eau et de carbone à des échelles supérieures a celles de la parcelle, en utilisant des données de télédétection, dans une perspective de gestion des ressources.

L'agriculture représente 10-15 % des émissions anthropiques de gaz à effet de serre (GES), ce qui justifie que ce secteur soit amené à jouer un rôle dans la lutte contre les changements climatiques. Les échanges de GES entre agro-écosystèmes et atmosphère font intervenir trois composés : le protoxyde d'azote (N2O), le méthane (CH4) et le dioxyde de carbone (CO2). La prédiction de ces échanges de GES nécessite de prendre en compte les processus sous-jacents au sein du système sol-plante, qui sont fortement régulés par les conditions agro-pédoclimatiques. L'utilisation de modèles biophysiques est actuellement une approche très prometteuse en ce sens, mais encore en émergence. La problématique centrale de ce travail de thèse est l'estimation du pouvoir de réchauffement global des agro-écosystèmes, basée sur une modélisation biophysique des agro-écosystèmes et de leurs échanges de GES avec l'atmosphère. Le développement du modèle CERES-EGC a permis d'estimer ses paramètres, grâce à une méthode originale de calibration bayésienne, et d'évaluer son erreur de prédiction pour la simulation des flux de N2O et de CO2 à l'échelle de la parcelle. Ce modèle est désormais en mesure de prédire le bilan de GES des systèmes de cultures. L'application du modèle sur des sites expérimentaux aux conditions pédoclimatiques contrastées a permis de quantifier le pouvoir de réchauffement global de systèmes de cultures à l'échelle de rotations et de tester différentes stratégies de mitigation. L'utilisation et le développement du modèle dans une perspective d'extrapolation spatiale permet de produire des inventaires d'émissions de GES par les surfaces agricoles à échelle régionale.

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.

L'air interstitiel extrait du névé de 4 sites polaires nous a donné accès à des échantillons atmosphériques âgés jusqu'à une centaine d'années en quantité suffisante pour l'analyse de la composition isotopique du CH4, considéré comme le second gaz responsable de l'effet de serre induit par l'Homme. L'optimisation d'un dispositif expérimental particulièrement sensible (CF-IRMS) nous a ainsi permis de mesurer le rapport 13CH4/12CH4 d'échantillons d'air pompé à diverses profondeurs du névé dont les résultats, sur 2 des 4 sites étudiés, sont en remarquable concordance avec les rapports mesurés par une autre méthode (TDLAS) au sein du MPI de Mayence (Allemagne). A partir des profils obtenus dans le névé, et grâce à l'utilisation récursive d'un modèle physique de transport diffusif des gaz à travers le névé, nous avons alors pu reconstruire un historique probable du rapport 13CH4/12CH4 dans l'atmosphère au cours du dernier siècle. La contrainte ainsi apportée sur l'évolution du bilan atmosphérique du CH4 nous a permis de confirmer l'hypothèse existante d'une responsabilité primordiale des sources d'origine anthropique dans l'augmentation de 150 % de la teneur en CH4 de l'atmosphère depuis la révolution industrielle. Nous avons également utilisé cette contrainte afin de valider, à travers l'utilisation d'un modèle atmosphérique global, la pertinence de l'hypothèse d'une réduction de 20 % de la capacité oxydante de l'atmosphère depuis 1885. Par ailleurs, une collaboration avec le PSSRI de l'Université d'Open (Royaume-Uni) nous a permis de reprendre la mise au point d'une technique de mesure du rapport CH3D/CH4 dans l'air, que nous avons tenté d'appliquer aux échantillons provenant de 2 des 4 sites déjà considérés en 13C/12C. Enfin, nous avons mis au point et testé avec succès une méthode sensible d'extraction et d'analyse du CH4 de l'air contenu dans les glaces polaires, qui pourra par conséquent être mise en oeuvre pour l'analyse de l'air pré-industriel.