Le mercure suscite beaucoup d'attention de par les conséquences sanitaires et environnementales qu'il engendre. Son impact est particulièrement important dans la région amazonienne et en particulier en Guyane française où les teneurs en mercure sont naturellement élevées dans les sols, et s'ajoutent celles liées aux activités d'orpaillage. Si l'impact du mercure dans les milieux aquatiques a été largement étudié, peu d'études ont évalué son impact dans les milieux terrestres, où il est préférentiellement stocké. Dans ce contexte, les interactions entre les vers de terre, organismes ingénieurs des sols, et le mercure ont été étudiées dans des sols tropicaux, avec comme objectifs : i) d'évaluer l'abondance et la diversité des vers de terre in situ en lien avec le mercure, ii) d'évaluer expérimentalement la résistance au mercure d'une espèce de ver tropical présente sur le site d'étude et iii) d'évaluer l'impact en microcosmes de l'activité des vers de terre sur la mobilité et la répartition du mercure dans les sols. Ces objectifs ont été appréhendés au travers de trois volets, avec comme matériel d'étude des sols naturels (oxisols et sols hydromorphes) et des vers de terre tropicaux provenant d'un site orpaillé, situé dans les environs de Cacao, en Guyane française. Dans le premier volet, un échantillonnage standardisé des vers de terre (TSBF), a permis de proposer des espèces putatives (ou MOTUs) à partir de méthodologies de délimitation basées sur le barcode ADN. Ces MOTUs ont ensuite été identifiés morphologiquement, parmi lesquels Pontoscolex corethrurus, une espèce pantropicale considérée comme pérégrine. De plus, les caractéristiques des sols et les teneurs en mercure ont été déterminés afin de tenter d'expliquer la distribution des vers sur le site étudié. P. corethrurus se retrouve exclusivement dans l'oxisol, qui contient les concentrations les plus élevées de mercure total. Le second volet de ce travail a été consacré à l'étude de l'impact du mercure sur l'espèce tropicale P. corethrurus, à travers une approche écotoxicologique où le vers de terre a été exposé à différentes concentrations de mercure dans un oxisol dopé au laboratoire (HgCl2). Les résultats obtenus ont confirmé la résistance de cette espèce à des concentrations de mercure allant jusqu'à 20 µg g-1 de sol et ont révélé sa forte capacité bioaccumulatrice. Les résultats précédemment décrits ont ouvert la voie à un troisième volet où deux études en microcosmes se sont attachées à étudier l'impact des vers de terre sur la mobilité et la disponibilité du mercure (a) dans des conditions proches de celles rencontrées en conditions naturelles (fond géochimique), et (b) en présence d'une forte concentration pouvant être rencontrée sur les sites orpaillés (20 μg Hg g-1 de sol). Les résultats obtenus ont montré que les vers de terre agissent sur la mobilité du mercure directement par modifications physico-chimiques des sols (augmentation du pH et COD) et indirectement par stimulation des communautés bactériennes totales du sol. En conclusion, notre étude a montré que (1) P. corethrurus est une espèce résistante au mercure de par sa présence sur notre site d'étude et les résultats du test écotoxicologique mené au laboratoire, ce qui confirme l'idée d'un modèle tropical pour ce type d'étude ; (2) la bioaccumulation du mercure mesurée chez les vers de terre est importante et pourrait ainsi être responsable de l'entrée du mercure dans la chaîne terrestre trophique ; et (3) les vers de terre jouent un rôle dans la mobilité du mercure, modifiant sa partition dans les sols et diminuant les conséquences environnementales liées à sa biodisponibilité / Mercury is of major concern because of health and environmental problems that they cause. This toxic pollutant is particularly prevalent in tropical Amazonian regions and in French Guiana where soils are naturally rich in mercury and past and present gold mining activities occurred. While many studies have shown the impact of mercury in aquatic environments, to our knowledge only a few have focused on terrestrial ecosystems, where mercury is predominantly found. This doctoral research examined the interactions between earthworms, which are soil engineers, and mercury in a tropical soil from French Guiana. The objectives of the research were to: i) evaluate in situ earthworm diversity and distribution in soils related to mercury concentrations, ii) evaluate experimentally the impact of mercury on a tropical earthworm species present in our study site, and iii) evaluate the impact of earthworms on mercury mobility and availability in different soils. In order to achieve these objectives, three studies were conducted using natural tropical soils (oxisols and hydromorphic soils) and tropical earthworms sampled in a small catchment basin located near Cacao, in French Guiana. In the first part, earthworms were collected in the field using the standard TSBF method, and species delimitation was done based on DNA barcoding. Putative species were then morphologically identified, among them Pontoscolex corethrurus, a pantropical and peregrine species. Furthermore, soil characteristics and mercury concentrations were determined, and a first attempt was made to explain earthworm distribution in the field. P. corethrurus was found only in the oxisol, which contained highest mercury concentrations in the field. In the second part, an ecotoxicological study was done using a natural tropical soil in order to assess the impact of mercury on the identified tropical species: P. corethrurus. The results showed that P. corethrurus can resist up to high mercury concentrations ; it was not affected until 20 µg Hg g-1 soil and showed high capacity of Hg bioaccumulation. These results were used for the third part of the thesis. In the last part, two studies were conducted in controlled conditions in order to assess the impact of earthworms on mercury mobility and availability in soils. For these studies, conditions near natural conditions and also a high mercury concentration were applied to the soil (20 μg Hg g-1 soil). Results showed the impact of earthworm on mercury mobility and availability through different mechanisms: directly, through soil modifications (increase of soil pH and DOC), and indirectly, through stimulation of the soil microbial population. Furthermore, results confirmed the high capacity of earthworms for mercury bioaccumulation. In conclusion, we showed that (1) P. corethrurus is resistant to mercury, due to its presence in our field contaminated site and the results of the toxicity test done in the laboratory, thus confirming the use of a tropical species for these studies ; (2) mercury bioaccumulation measured in earthworms is important and thus could be responsible for its entry and biomagnification in the terrestrial food chain ; and (3) earthworms affect mercury mobility modifying its fractioning in soils and decreasing its availability

Une stratégie pour améliorer durablement la fertilité des sols dégradés par érosion au Nord du Vietnam consiste à apporter des amendements organiques exogènes (AOEs). L'application du lisier de buffle, son compost et lombricompost, ainsi que le biochar permettraient à faible coût d’améliorer la qualité des sols et la croissance des plantes en réduisant l'utilisation d'engrais, mais également de séquestrer du carbone. L’objective de cette thèse est d’évaluer (1) l’utilité des quatre AOEs seuls ou en association pour séquestrer du carbone, et (2) l’effet de l’apport des quatre substrats organiques seuls ou en association sur la quantité et qualité des matières organiques d’un sol agricole tropical dégradé typique du Nord du Vietnam. Pour répondre à cet objectif, nous avons effectué des incubations au laboratoire, en sachet de litière dans des conditions de terrain et suivi pendant trois ans une expérience en mesocosme avec ajouts des AOEs au sol cultivé en conditions de terrain.Nos résultats montrent que le compostage en présence de vers de terre conduit à une plus forte transformation de la matière organique issue du lisier de buffle par rapport au compostage traditionel. Le lombricompost était enrichi en composés azotés et appauvri en polysaccharides, et se caractérisait par une altération plus importante des lignines en comparaison avec le compost. La stabilité biologique de ces AOEs a été liée à leur teneur en carbone soluble, diminuant suivant l’ordre : lisier de buffle > compost > lombricompost, alors que leur réactivité chimique était similaire. Le biochar, constitué de carbone aromatique, se caractérisait par une très forte stabilité biologique et chimique. L’association du biochar avec les autres AOEs a influencé leur stabilité chimique et biologique, en protégeant la matière organique labile contre l'oxydation chimique et la dégradation biologique.Notre expérience de trois ans en mésocosmes en conditions naturelles a montré que tous les AOEs ont un effet positif sur le stockage du carbone dans le sol ainsi que sur la qualité de la matière organique de sol. L’association de biochar et de lombricompost en augmenttant l’abondance des composés dérivés de la lignine ainsi que la teneur en sucre provenant des plantes et des microorganismes, semble montrer un effet synergique de cette association sur la fertilité des sols (activité microbienne, prospection racinaire). Comparé aux résultats d’incubation en sachet de litières, ces résultats indiquent un effet significatif et contrasté des AOEs sur la croissance des plantes en particulier sur l’apport racinaire. En conclusion, l’association de biochar et de lombricompost semble la meilleure solution pour améliorer la qualité de sol dégradé par l'érosion dans le Nord du Vietnam. Ces résultats devront être confirmés par des études à long terme, tant du point de vue de la qualité physicochimique que biologique des sols amendés par ces AOEs. / Intensification of agricultural use of tropical soils in Northern Vietnam leads to acidification associated with organic matter loss, rapid decline of their fertility and high erosion rates. Such negative effects may be counteracted by exogenous organic amendments (EOMs). The application of buffalo manure, its compost and vermicompost and biochar alone or in mixture with other EOMs is promising to improve at low cost soil quality, plant growth and carbon sequestration. The aims of this study were to evaluate (1) the usefulness of the four EOM alone or in mixture to sequester carbon and (2) the effect of these amendments on quantity and quality of soil organic matter of a tropical soil degraded by erosion. To anwer to this objective we carried out incubations in the laboratory, in litterbags under field conditions and we monitored a mesocom experiment, where the EOM were added and subjected during three years to cultivation and natural rainfall conditions. Our results showed that composting in the presence of earthworms led to stronger transformation of buffalo manure than regular composting. Vermicompost was enriched in N-containing compounds and depleted in polysaccharides. It further contained stronger modified lignin compared to regular compost. Biological reactivity of these AOEs was related to their soluble organic matter content, which decreased in the order buffalo manure > compost > vermicompost, whereas their chemical reactivity was similar. Bamboo biochar was enriched in aromatic carbon and characterized by a high biological and chemical recalcitrance. The presence of biochar influenced the biological as well as chemical reactivity of the other organic amendments. It led to a protection of organic matter against chemical oxidation and changed their susceptibility to biological degradation. Our experience with mesocosmes during 3 year under the natural conditions showed that all organic amendments had a positive effect on soil carbon storage and significantly influences soil organic matter quality. Biochar could increase the soil carbon sequestration potential, when applied in mixture with vermicompost. The presence of biochar increased lignin derived compounds abundance as well as both plant and microbial sugar content of soil amended with vermicompost but it had no effect in the case of control soil. Compared to our litterbag experiment these results show that EOM have a strong contrasting effect on plant growth, in particular root litter input. In conclusion, the incorporation of biochar and vermicompost seems to be the best solution to improuve the quality of degraded soil in Northem Vietnam. More studies about the impacts of this amendment on soil physico-chemical and biological properties in long-term are needed to comfirm these results.

Le mercure suscite beaucoup d'attention de par les conséquences sanitaires et environnementales qu'il engendre. Son impact est particulièrement important dans la région amazonienne et en particulier en Guyane française où les teneurs en mercure sont naturellement élevées dans les sols, et s'ajoutent celles liées aux activités d'orpaillage. Si l'impact du mercure dans les milieux aquatiques a été largement étudié, peu d'études ont évalué son impact dans les milieux terrestres, où il est préférentiellement stocké. Dans ce contexte, les interactions entre les vers de terre, organismes ingénieurs des sols, et le mercure ont été étudiées dans des sols tropicaux, avec comme objectifs : i) d'évaluer l'abondance et la diversité des vers de terre in situ en lien avec le mercure, ii) d'évaluer expérimentalement la résistance au mercure d'une espèce de ver tropical présente sur le site d'étude et iii) d'évaluer l'impact en microcosmes de l'activité des vers de terre sur la mobilité et la répartition du mercure dans les sols. Ces objectifs ont été appréhendés au travers de trois volets, avec comme matériel d'étude des sols naturels (oxisols et sols hydromorphes) et des vers de terre tropicaux provenant d'un site orpaillé, situé dans les environs de Cacao, en Guyane française. Dans le premier volet, un échantillonnage standardisé des vers de terre (TSBF), a permis de proposer des espèces putatives (ou MOTUs) à partir de méthodologies de délimitation basées sur le barcode ADN. Ces MOTUs ont ensuite été identifiés morphologiquement, parmi lesquels Pontoscolex corethrurus, une espèce pantropicale considérée comme pérégrine. De plus, les caractéristiques des sols et les teneurs en mercure ont été déterminés afin de tenter d'expliquer la distribution des vers sur le site étudié. P. corethrurus se retrouve exclusivement dans l'oxisol, qui contient les concentrations les plus élevées de mercure total. Le second volet de ce travail a été consacré à l'étude de l'impact du mercure sur l'espèce tropicale P. corethrurus, à travers une approche écotoxicologique où le vers de terre a été exposé à différentes concentrations de mercure dans un oxisol dopé au laboratoire (HgCl2). Les résultats obtenus ont confirmé la résistance de cette espèce à des concentrations de mercure allant jusqu'à 20 µg g-1 de sol et ont révélé sa forte capacité bioaccumulatrice. Les résultats précédemment décrits ont ouvert la voie à un troisième volet où deux études en microcosmes se sont attachées à étudier l'impact des vers de terre sur la mobilité et la disponibilité du mercure (a) dans des conditions proches de celles rencontrées en conditions naturelles (fond géochimique), et (b) en présence d'une forte concentration pouvant être rencontrée sur les sites orpaillés (20 μg Hg g-1 de sol). Les résultats obtenus ont montré que les vers de terre agissent sur la mobilité du mercure directement par modifications physico-chimiques des sols (augmentation du pH et COD) et indirectement par stimulation des communautés bactériennes totales du sol. En conclusion, notre étude a montré que (1) P. corethrurus est une espèce résistante au mercure de par sa présence sur notre site d'étude et les résultats du test écotoxicologique mené au laboratoire, ce qui confirme l'idée d'un modèle tropical pour ce type d'étude ; (2) la bioaccumulation du mercure mesurée chez les vers de terre est importante et pourrait ainsi être responsable de l'entrée du mercure dans la chaîne terrestre trophique ; et (3) les vers de terre jouent un rôle dans la mobilité du mercure, modifiant sa partition dans les sols et diminuant les conséquences environnementales liées à sa biodisponibilité

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.