Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les dépôts azotés (DA) mesurés à l'étage subalpin des Pyrénées sont compris entre 8 et 15 kg N ha-1 an-1, soit égaux ou supérieurs à la charge critique actuellement définie pour ces milieux et supérieurs aux estimations fournies par les modèles de chimie-transport. Au cours des soixante dernières années, les pelouses subalpines pyrénéennes sont devenues plus thermophiles et mésotrophes, plus riches en espèces et plus homogènes à l'échelle des Pyrénées. Le changement climatique (CC) et le cumul de DA ont réduit les contraintes abiotiques de ces habitats, favorisant l'installation d'espèces moins stress-tolérantes. Ces milieux piègent et conservent efficacement l'azote d'origine atmosphérique, même en contexte de CC. Des effets des DA sont détectables sur la végétation (%N, biomasse et recouvrement de certains groupes) avant d'être détectables dans le sol. Ces effets sont plus marqués en réponse aux apports dominés par l'ammonium plutôt que par le nitrate, et sont additifs ou compensatoires avec ceux du CC, mais rarement interactifs. / Atmospheric nitrogen deposition in the subalpine Pyrenees is in order of 8 to 15 kg N ha-1 yr-1, equivalent or higher than the actual critical load for these habitats and higher than chemistry-transport models' estimates. During the past six decades, Pyrenean subalpine grasslands became more thermophilous and mesotrophic, richer in species and more homogeneous at the regional scale. Climate change and cumulative nitrogen deposition reduced the abiotic constraints in these habitats, favouring the installation of less stress-tolerant species. These habitats trap and store efficiently nitrogen from deposition, even in a climate change context. Effects are visible in the vegetation (% of nitrogen, biomass and cover of some groups) before being visible in the soil. These effects are more pronounced following ammonium than nitrate dominated additions, and are additive or compensatory with the effects of climate change, but rarely interactive.

Les films magnétiques ultra-minces font partie intégrante des technologies d'aujourd'hui, comme l'illustre leur omniprésence dans de nombreuses applications courantes telles que les disques durs. A cause de leurs dimensions réduites, les propriétés magnétiques spécifiques à ces échelles conduisent à la formation de structures de spin exotiques et de taille nanométrique. Pour explorer ces matériaux en détail, nous utilisons un magnétomètre à balayage développé dans notre laboratoire et qui est basé sur un défaut de spin unique dans le diamant. Ce capteur non-invasif peut mesurer à l'échelle nanométrique à la fois le champ magnétique et la topographie, et fonctionne aux conditions ambiantes. En développant une méthode d'évaluation originale du champ magnétique, nous déterminons la structure interne de parois de domaines ferromagnétiques et quantifions la force de l'interaction Dzyaloshinskii-Moriya dans des hétérostructures à couches minces. Ensuite, nous mettons en évidence le rôle clé du désordre et de l'histoire magnétique sur la stabilisation des skyrmions dans un échantillon de bicouche magnétique. Enfin, nous visualisons dans l'espace réel une spirale de spin de 70 nm de période dans le matériau multiferroïque BiFeO3 et nous manipulons sa direction de propagation avec des champs électriques. Les connaissances tirées de ces études aideront à exploiter au maximum les capacités des matériaux magnétiques à couche ultra-mince et à les mettre en œuvre dans de nouveaux dispositifs de spintronique. / Thin film magnetic materials are an integral part of today’s technology and widespread applications like the magnetic hard drive disk mirror their potential. Due to their reduced dimensions, size-specific magnetic properties induce the formation of nanoscale, exotic spin structures. To explore such materials in detail, we utilize a home-built nitrogen vacancy scanning magnetometer, based on a single defect in diamond. This non-perturbative probe combines nanoscale magnetic field- and spatial resolution and works under ambient conditions. We develop a new way to determine the inner structure of magnetic domain walls and quantify the strength of the Dzyaloshinskii-Moriya interaction in thin film heterostructures. We reveal the key role of disorder and magnetic history on the stabilization of skyrmions in a magnetic bilayer sample. Finally, we reveal the 70nm-pitch spin spiral in the multiferroic bismuth ferrite in real space and manipulate its propagation direction with electric fields. The insight gained from these studies will help to exploit the full capacity of thin film magnetic materials for spintronic application.

La croissance et la capacité d'absorption d'azote de la microalgue d'eau douce Chlorella vulgaris co-immobilisée dans des billes d'alginate, en présence de la bactérie promotrice de croissance des microalgues Azospirillum brasilense Cd, ont été étudiés. La co-immobilisation des microalgues avec A. brasilense conduit à deux phénomènes indépendants directement affectés par des facteurs de culture, tels que la forme azotée, le pH et la présence d'une source de carbone. Premièrement, la croissance de la population de microalgues augmentait sans une augmentation de la capacité d'absorption d'azote par les cellules seules, ou deuxièmement, la capacité des cellules à absorber l'azote augmentait sans une augmentation de la population entière de microalgues. Ces phénomènes étaient dépendants de la densité de la population des microalgues, qui était à son tour affectée par les facteurs de culture. Cela renforce la conclusion selon laquelle la taille de la population de microalgues contrôle l'absorption d'azote chez les cellules de C. vulgaris -plus la population est élevée (peu importe les paramètres expérimentaux), moins les cellules absorbent d'azote. Les résultats ont montré que YAzospirillum affectait la croissance de la Chlorella vulgaris. L'un des processus proposés par lequel XAzospirillum promeut la croissance des plantes supérieures, est la production de phytohormones, principalement 1' acide 3-indole acétique (auxine ou AI A). Par conséquent, l'effet de cette phytohormone, produite par plusieurs souches de VAzospirillum et favorisant la croissance de microalgue, a été étudié. Cinq souches de type sauvage â!Azospirillum {A. brasilense souches Cd, Sp6, 8-1 et Sp245 et A. lipoferum JA4) et leurs mutants déficients en production d'AIA : A. brasilense SpM 7918 (modifié de A. brasilense Sp6), A. brasilense FAJ0009 (modifié de A. brasilense Sp245), A. brasilense S-l-gfp (modifié de A. brasilense 8-1) et A. lipoferum 3A4::ngfp\5 (modifié de A. lipoferum JA4) ont été co-immobilisés avec C. vulgaris en billes d'alginate. Aucune production d'AIA n'est possible sans l'apport de tryptophane, nos résultats corroborant des observations antérieures selon lesquelles la production d'AIA chez Azospirillum est induite par la présence de tryptophane. Les taux élevés de tryptophane étaient délétères sur la croissance des pousses de C. vulgaris utilisées. Cette recherche montre que que l'AIA produit par 1' Azospirillum spp. est impliqué dans la croissance du C vulgaris immobilisé dans des billes d'alginate, et que la co-immobilisation avec différentes souches d'Azospirillum spp. atténue les effets délétères du tryptophane sur le C. vulgaris. Co-immobilisation de Chlorella vulgaris avec Azospirillum brasilense affecte l'absorption d'ammonium par les microalgues par le biais de métabolismes indéfinis. Les résultats présentés dans ce travail montrent clairement qu'il y a un effet & Azospirillum sur les activités spécifiques de la Glutamine synthétase (GS) et de la Glutamate déshydrogénase (GDH) de Chlorella. Lorsque Chlorella coimmobilisée absorbe plus d'ammonium que Chlorella seule, les deux enzymes fonctionnent en même temps, et les activités spécifiques par cellule de la GS et de la GDH sont plus élevées. Toutefois, dans les cas où seule l'activité GS augmente, mais pas celle de la GDH, l'activité GS plus élevée n'est pas suffisante pour atteindre une absorption d'ammonium plus élevée au niveau de la culture. En résumé, il y a un effet positif d'A. brasilense sur l'activité de la glutamine synthétase et de la glutamate déshydrogénase chez Chlorella. La régulation et la relation de l'activité enzymatique avec la concentration initiale en ammonium demeurent floues .Les données présentées dans ce chapitre dans leur ensemble montrent que les activités plus élevées de GS et de GDH augmentent l'absorption d'ammonium par Chlorella. / Growth and capacity to absorb nitrogen in the freshwater microalgae Chlorella vulgaris when co-immobilized in alginate beads with the microalgae growth-promoting bacterium Azospirillum brasilense Cd and the mechanisms involved were studied in this work. Co-immobilization of the microalgae with A. brasilense leads to two independent phenomena directly affected by culturing factors, such as nitrogen species, pH, and presence of a carbon source. First, growth of the microalgae population increased without an increase in capacity of the single cells to absorb nitrogen; second, the capacity of cells to absorb nitrogen increased without increasing the microalgae population. These phenomena were dependent on population density of the microalgae, which was, in turn, affected by culturing factors. This supports the conclusion that the size of the microalgae population controls absorption of nitrogen in C. vulgaris cells—the higher the population (whatever the experimental parameters), the less nitrogen each cell takes up. The results show that Azospirillum affects the growth of Chlorella vulgaris. One of the mechanisms proposed by which Azospirillum promotes growth of higher plants is the production of phytohormones, mainly the auxin indole-3-acetic acid (IAA); therefore the effect of this phytohormone produced by several strains of Azospirillum in promoting growth of the microalgae was studied. Five wild type strains of Azospirillum {A. brasilense strains Cd, Sp6, 8-1, and Sp245 and A. lipoferum JA4) and their indole-3-acetic-acid déficient mutants, A. brasilense SpM 7918 (modifïed from A. brasilense Sp6), A. brasilense FAJ0009 (modified from A. brasilense Sp245), A. brasilense %-\-gfp (modified from A, brasilense 8-1), and A. lipoferum lA4::ngfp\5 (modified from A. lipoferum JA4) were coimmobilized with C. vulgaris in alginate beads. No IAA production occurred without tryptophan. Our results corroborate previous observations that IAA production in Azospirillum is induced by the presence of tryptophan. It was found that high levels of tryptophan are deleterious to the growth of the C. vulgaris strain we used. This study demonstrated that IAA produced by Azospirillum spp. is involved in growth promotion of C. vulgaris immobilized in alginate beads, and that co-immobilization with several strains of Azospirillum spp. alleviated the deleterious effects of tryptophan in C. vulgaris. Co-immobilization of Chlorella vulgaris with Azospirillum brasilense affects ammonium absorption by the microalgae via undetermined metabolism. The results presented in this work show clearly that there is an effect of Azospirillum on the specific activity of the enzymes glutamine synthetase (GS) and glutamate dehydrogenase (GDH) in Chlorella. When coimmobilized Chlorella absorbs more ammonium than Chlorella alone, both enzymes are operating at the same time, and the specific activity per cell of GS and GDH are higher. However, in cases when only the activity of GS increases, but not of GDH, this GS higher activity was not sufficient to yield a higher absorption of ammonium at the culture level. There is a positive effect of A. brasilense on the activity of glutamine synthetase and glutamate dehydrogenase in Chlorella. However, the regulation and the relation of the enzymatic activity with initial ammonium concentration are still unclear.

La durabilité des systèmes de rotation avec exportation de résidus de récolte ne peut être garantie que par des apports répétés des fumiers ou par l'introduction d'une prairie. Le premier objectif de cette étude visait donc l'évaluation des effets de 28 ans de fertilisation minérale, avec ou sans fumier, sur les propriétés du sol dans un système maïs-céréale avec exportation de résidus. Ainsi, la combinaison d'un labour annuel et d'un apport répété d'engrais minéraux pendant 28 ans a entraîné une détérioration de la structure et un appauvrissement en macroéléments du sol. Par contre, les apports annuels de fumier de bovins (20 t ha⁻¹) ont permis de maintenir à long terme la structure, la disponibilité de l'azote et les teneurs en macroéléments du sol. Sachant que l'azote est un élément déterminant du rendement, le deuxième objectif visait à évaluer les effets d'apport de fumier et de l'introduction d'une prairie dans une rotation maïs-céréale sur la capacité du sol à fournir de l'azote et sur le coefficient d'utilisation de l'engrais azoté. Ces deux pratiques ont permis d'augmenter la fourniture du sol en N jusqu'à 76 % du N total prélevé par le maïs fourrager, contre 34 % dans le sol recevant des engrais minéraux. Plus de 50 % de l'azote du fertilisant récupéré dans le sol entier à la récolte se trouvaient dans les macroagrégats (diamètre > 0,25 mm). En plus de l'azote du sol, d'autres propriétés du sol peuvent limiter les rendements. Le troisième objectif consistait à déterminer la variabilité du prélèvement en azote et du rendement en mais-fourrager expliquée en considérant plusieurs paramètres du sol simultanément, ou divers indicateurs de disponibilité de l'azote sur une base individuelle. Une analyse en composantes principales incluant 16 paramètres édaphiques a permis d'expliquer jusqu'à 90 % de la variabilité des rendements en maïs et des quantités de N prélevées en 2005, et jusqu'à 81 % de la variabilité en 2006. Les indices de disponibilité de l'azote du sol se sont révélés des indicateurs de premier ordre pour expliquer la variabilité des rendements en maïs, alors que les paramètres physiques du sol se sont avérés des indicateurs secondaires. Les quantités de NO3 extraites au KCI 2M et au CaC^ 0,01 M étaient les indicateurs qui ont expliqué à eux seuls 66 à 87 % de la variabilité du N prélevé et du rendement en maïs fourrager aucours des deux années d'expérimentation.

L'utilisation de données de conductivité électrique (CEA) du sol pour délimiter des zones d'aménagement (ZA) intra parcellaires en agriculture de précision semble très prometteuse. L'objectif de cette étude était de vérifier l'efficacité de la CEA du sol à délimiter des ZA intra parcellaires constituées de sols homogènes et principalement basées sur la qualité des sols en prévision de leur utilisation pour la gestion spécifique de N dans une culture de la pomme de terre (Solarium tuberosum L.). Dans un premier temps, la CEA du sol a été mesurée intensivement avec la technologie Geonics EM38 selon une grille en quinconce de 15 m par 15 m dans un champ en culture commerciale de pomme de terre de 13,8 ha. Une description des profils pédologiques (1,2 m) ainsi qu'un échantillonnage intensif de la couche de surface des sols (0-0,2 m) ont aussi été effectués sur un sous-ensemble de cette grille d'échantillonnage (30 m x 30 m). Les échantillons de sol ont été analysés pour déterminer les principales propriétés physico-chimiques des sols (texture, matière organique, pH, éléments extraits au Mehlich-3). Les rendements en tubercules ont été mesurés avec un capteur de rendement pour les années 1998, 1999 et 2000. L'algorithme de classification «k-moyenne» a été utilisé pour délimiter les ZA à partir de la matrice des données de CEA du sol issue d'une interpolation par krigeage. Deux ZA ont été jugées optimales pour implanter dans ce champ une gestion des pommes de terre spécifique aux sols. Ces deux ZA présentaient des propriétés hydriques (épaisseur du dépôt sableux sur le substratum argileux, profondeur de la nappe phréatique, capacité de rétention d'eau) et certaines propriétés chimiques de sol (matière organique, P et pH) contrastantes. Une différence moyenne (5,9 t ha"1 ) significative de rendement en pomme de terre a été notée de 1998 à 2000 entre les deux ZA et attribuée à la différence de la réserve en eau entre les ZA. Cette étude démontre que la CEA peut délimiter avec efficacité des ZA intra parcellaires présentant des sols aux propriétés hydriques et aux potentiels de rendement contrastants. Dans un deuxième temps, la réponse spécifique de N à chacun des sites choisis pour représenter les deux ZA préalablement identifiées, a été testée d'un point de vue tant agronomique qu’environnemental. Cette étude évaluait donc les effets de la dose et du fractionnement du fertilisant azoté sur le rendement, le calibre et le poids spécifique des tubercules de pomme de terre ainsi que sur le recouvrement apparent en N des tubercules (Nrec), l'azote résiduel du sol (RSN) à la récolte et la concentration en nitrate de l'eau du sol (SWN) dans les deux sites de 1999 à 2001. L'essai a été établi aux deux sites représentatifs des ZA préalablement délimitées avec la CEA du sol et présentant des différences de teneur en eau disponible du sol contrôlée par la profondeur au substratum argileux. Chaque essai comportait 21 traitements incluant cinq doses de nitrate d'ammonium (0-200 kg N ha-1 en 1999 et 0-240 kg N ha-1 en 2000 et 2001), chacune appliquée selon cinq modes de fractionnement (100, 75, 50, 25 ou 0 % de N à la plantation et le reste au buttage). Le rendement a été mesuré ainsi que le poids spécifique et le calibre des tubercules. La teneur en N des tubercules a été analysée. Des échantillons de sol (0-0,7 m) ont été prélevés au moment de la récolte et la teneur en nitrates a été analysée. De plus, des lysimètres à succion ont été utilisés tout au long de la saison et après la récolte pour évaluer la SWN. D'un point de vue agronomique, les résultats ont révélé que l'accroissement de la dose de N augmentait le rendement total et commercialisable aux deux sites. La dose de N requise pour optimiser le retour économique variait de 167 à 239 kg N ha-1 dépendamment de l'année et des sites. L'application de la totalité des fertilisants azotés à la plantation ou au buttage diminuait les rendements en tubercules aux deux sites comparativement à une application fractionnée. Le pourcentage de la dose de N appliqué à la plantation pour atteindre le rendement commercialisable maximum variait de 34 à 61% dépendamment de l'année et permettait une augmentation de rendement de l'ordre de 2 à 20 %. La proportion de tubercules de taille large était toujours plus importante dans le site dont le substratum argileux était plus éloigné de la surface (DMZ) que dans le site dont le substratum argileux était plus près de la surface (SMZ). Le rendement en tubercules et le prélèvement en N étaient cependant supérieurs au site SMZ comparativement à ce qui était mesuré au site DMZ lorsque aucun fertilisant azoté n'était appliqué. Par contre, la réponse du rendement en tubercules suite à l'apport de fertilisant azoté était plus prononcée au site SMZ qu'au site DMZ pour une année. Cependant, ces différences n'étaient pas suffisantes pour justifier des gestions différentes de l'azote aux deux sites. Les deux sites différaient fréquemment en termes de rendement et de calibre des tubercules et aussi du poids spécifique, mais pour les deux ZA, la dose optimale de N et le niveau de fractionnement de N étaient similaires. Ces différences peuvent être cependant suffisamment grandes pour justifier des pratiques de gestion différentes de la pomme de terre (e.g. gestion des nutriments, espacement des tubercules) pour optimiser la production de pomme de terre pour le marché de la croustille. D'un point de vue environnemental, l'effet de la dose de N et du fractionnement sur Nrec, RSN et SWN différaient parfois selon le site. Le Nrec était moins sensible à la dose de N et au fractionnement au site SMZ qu'au site DMZ. L'application de la même dose de fertilisant azoté résultait généralement en une quantité plus importante de RSN à la récolte au site SMZ qu'au site DMZ. À plusieurs reprises en 1999 et 2001, le SWN du site DMZ était plus élevé que celui du site SMZ indiquant un lessivage plus élevé des nitrates au site DMZ comparativement au site SMZ. Différentes stratégies de gestion spécifique de l'azote pourraient être utilisées à ces deux sites pour améliorer l'efficacité de l'utilisation l'azote et limiter les risques de pertes de nitrates par lessivage. Cependant, la variabilité temporelle intra- et interannuelle contrôlée majoritairement par les conditions climatiques était supérieure à la variabilité spatiale de N. Ceci met en évidence le besoin d'un modèle dynamique et holistique du statut azoté dans le sol et/ou la culture pour aider le producteur à ajuster les niveaux de fertilisants azotés à l'intérieur d'un même champ et d'une même saison.

Le traitement de l'azote au sein des stations d’épuration des eaux usées devient l'un des principaux enjeux actuels du fait de son impact particulièrement néfaste sur le milieu naturel. A l'aval de traitements secondaires à moyenne et forte charge, les gestionnaires peuvent avoir recours à la nitrification tertiaire par biofiltration, procédé intensif s’insérant bien pour les installations à réhabiliter dans les zones à forte pression foncière. Il s’avère être un procédé capable d’éliminer de très fortes charges dans un espace restreint par sa capacité à accumuler une quantité importante de biomasse active autour du matériau filtrant. La simulation du comportement d’un tel procédé n’est pas directe, et peu de travaux ont mené à un outil utilisable en ingénierie. Or, son usage serait indispensable pour valider le dimensionnement en conditions réelles de fonctionnement et en régime dynamique. L’objectif principal de ce travail a porté sur l’étude et la validation d’un modèle de biofiltration déjà existant mais encore jamais testé avec des données réelles de terrain en traitement tertiaire de nitrification. Dans ce but, le fonctionnement d’une installation pilote semi-industrielle alimentée par un effluent urbain réel provenant de bassins par boues activées a été étudiée. Afin de se placer en condition dynamique de fonctionnement, différents paliers de charges moyennes journalières en azote ont été appliqués, au sein desquels des à-coups de charges hydrauliques ont été provoqués. Les résultats acquis en continu pendant plus d’un an, associés à un protocole de calage systématique issu d’une étude de sensibilité, ont permis d’obtenir un jeu de paramètres calé et validé du modèle. Le protocole a nécessité la mise en œuvre de tests spécifiques caractérisant régulièrement le biofilm développé dans le procédé. Ces essais ont augmenté le nombre de variables d’état observées et à comparer avec les prédictions du modèle, ce qui a permis de mieux en évaluer sa robustesse. En parallèle, les tests spécifiques ont permis d’étudier la dynamique des processus impliqués dans l’élimination de l’azote au sein du procédé. Les paramètres influençant les performances globales du traitement de l’azote, l’activité et la quantification de la biomasse autotrophe, son temps de séjour ou encore sa répartition au sein du milieu filtrant ont ainsi pu être évalués. La double démarche expérimentale et numérique a permis de montrer que le modèle de biofiltration est capable de simuler des performances de traitement de l’azote conformes à la réalité. D’autre part, ce travail a permis d’étudier de manière approfondie les mécanismes inclus dans le modèle et leurs limitations face aux différentes conditions de fonctionnement appliquées au système. Des faiblesses du modèle concernant le comportement des composés particulaires et l’évolution de la perte de charge au sein du pilote ont notamment été dégagées. / Nitrogen removal in wastewater treatment plants becomes more and more used due to the harmful impact of nitrogen on the natural environment. After medium and highly loaded secondary treatment, practitioners could use biofiltration for tertiary nitrification, which is an intensive process adapted in areas with strong land pressures. This technology can remove very strong loading rate in a restrained space by its capacity to developp an important amount of active biomass into the filtering media. Simulation of such technique’s behaviour is not direct, and few studies led to a useful tool for engineers. However, its use is necessary in order to validate design in real operating conditions and dynamic conditions. The main objective of this work concerned the study and validation of a biofiltration model which already exists but has still never been tested with real data in tertiary nitrification treatment. In order to reach this objective, the behaviour of a semi-industrial pilot plant, fed by real domestic effluent from an activated sludge plant, was studied. In order to operate in dynamic conditions, different daily volumetric nitrogen loading rates were applied, in which dynamic peak-loads were carried out. The calibration and the validation of the model parameters were done thanks to on-line ammonia and nitrate analysers during one year and more, in association with a calibration procedure and a sensitivity analysis. The protocol required the implementation of specific tests for characterization of the biofilm inside the filtering media. These tests increased the number of the observed state variables to compare with the model predictions. That allows a better evaluation of the model robustness. At the same time, the dynamics of processes taking part in the nitrogen removal into the biofilm were investigated thanks to these specific tests. So, parameters which influence the nitrogen removal, overall performance, activity and quantification of autotrophic biomass, its solids retention time or its repartition inside the filtering media, could be determined. Combination of experimental observations and numerical modelling highlighted the capacity of the biofiltration model to provide good predictions on real nitrogen removal performances. Furthermore, this study allowed to evaluate mechanisms included in the model and their limitations with different operating conditions applied in the system. Finally, weaknesses of the model concerning solids compounds and the evolution of head loss in the pilot plant were established.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / Les transformations de l'azote pendant l'hiver et le potentiel des pertes à l'environnement pendant l'hiver ont été peu étudiés. Une incubation avec 15N a été effectuée pour mesurer l'effet des températures basses (-6 à 10 °C) sur la nitrification, la dénitrification et l'immobilisation de l'ammonium après épandage d'un lisier de porc avec ou sans ajout de paille de blé. Les nitrates, marqués et non marqués, se sont accumulés dans les sols à des températures > -2 °C, ce qui confirme une nitrification active dans les sols légèrement gelés. Une immobilisation nette de l'azote a été observée seulement dans les sols avec paille, mais a cessé entre -2 et 2 °C. La nitrification était le processus principal sous 0 °C. La nitrification dans les sols gelés augmente le risque d'accumulation et de perte d'azote par lessivage et dénitrification et ne semble pas pouvoir être atténuée par l'ajout de paille de blé. / Overwinter nitrogen transformations and the consequent potential for loss of slurry nitrogen to the environment have not been studied in depth. An incubation study using an N isotope was undertaken to measure the effect of cold temperature (-6 to 10 °C) on nitrification, denitrification and immobilization of ammonium in the soil following slurry application in the presence or absence of wheat straw. Labelled and unlabelled nitrate increased in soils incubated at temperatures > -2 °C, confirming active nitrification in lightly frozen soils. Net immobilization was observed only in soils with straw incorporation, but ceased between -2 and 2 °C. Nitrification was the predominant process below 0 °C. Nitrification in frozen soils increases the risk of nitrogen build-up and loss by leaching and denitrification and seems not to be mitigated by the addition of wheat straw.

L'objectif de cette étude était de quantifier l'arrière-effet azoté d'apports répétés de fumier de poulet (FP), lisier de bovin laitier (LB), lisier de porc (LP) ou d'engrais minéral (NPK ou PK) en interaction avec le type de sol [loam sableux (LS), argile limoneuse (AL)] et l'intensité du travail de sol [labour(L), travail réduit (TR)]. À l'aide du traçage isotopique à l'azote-15 (¹⁵N), un bilan sol-plante du devenir du ¹⁵N des divers fertilisants ainsi que la contribution respective du N des fertilisants de l'année et des apports passés à la nutrition du blé ont été établis. Entre 10 % (LB) et 25 % (NPK) du ¹⁵N appliqué au printemps s'est retrouvé dans les grains à la récolte. L'azote minéral a été davantage récupéré par le blé dans le LS (jusqu'à 25 %) que dans l'AL (environ 15 %). Les proportions de ¹⁵N retrouvées dans les pailles et les racines étaient faibles et variaient entre 2 et 6 %. Les rendements en grains et en paille ainsi que la récupération de ¹⁵N par les grains étaient plus élevés sous TR que sous L. La récupération du ¹⁵N résiduel des effluents dans le sol a été très élevée dans l'AL (> 80 %) alors qu'elle avoisinait 50 % dans le LS, laissant croire que l'importance de l'arrière-effet pourrait varier selon la texture du sol. La proportion de N dérivée du sol dans la plante montre que la réserve de sol est la principale source de N (> 80 % du prélèvement total). Cependant, il n'y a pas eu de différence dans la contribution du sol entre les sources de N pour cette année de mesure, indiquant une absence d'arrière-effet malgré les différences enregistrées dans les quantités de ¹⁵N résiduel laissées dans le sol. / The objective of this study was to quantify the nitrogen legacy effect of repeated application of chicken manure (CM), dairy cattle slurry (CS), pig slurry (PS) or mineral fertilizer (NPK or PK) in interaction with soil type [sandy loam (SL), silty clay (SC)] and tillage intensity [ploughing (P), reduced tillage (RT)]. Using nitrogen-15 (¹⁵N) isotopic tracing, a ¹⁵N budget in the soil-plant system and the respective contribution of N from current year fertilization and past inputs to wheat nutrition were established for all fertilizer types. Between 10% (CS) and 25% (NPK) of the ¹⁵N applied in the spring ended up in the grains at harvest. More mineral nitrogen was recovered by wheat in SL (about 25%) compared to SC (about 15%). The proportions of ¹⁵N found in straws and roots were small and varied between 2 and 6%. Grain and straw yields, and ¹⁵N recovery from wheat grain were higher under RT than P. The recovery of ¹⁵N effluents was very high in SC (> 80%) while it was around 50% in SL. The proportion of N derived from the soil taken up by the crop shows that the soil reserve was the main source of N (> 80% of the total plant N uptake). However, there was no difference in the soil contribution among N sources for this measurement year, indicating a lack of legacy effect despite differences in the amounts of residual ¹⁵N found in the soil.

L’extraction des cires végétales est fréquemment réalisée en utilisant des solvants tels que l’hexane, le cyclohexane, le méthanol, etc. Ces solvants sont très efficaces pour dissoudre les lipides. Cependant, ils sont aussi inflammables, très volatils et toxiques. Récemment, des recherches ont montré que les fluides cryogéniques peuvent aussi servir à cette fin. Par exemple, l’immersion cyclique des fruits entiers dans l’azote liquide (bleuet, argousier, raisin vert) a permis de diminuer les cires cuticulaires jusqu’à 50%. Le but de ce travail est donc d’étudier l’immersion dans l’azote liquide comme méthode ‘verte’ pour extraire la cire des grains. Du sorgho, du blé et du riz brun ont été immergés dans l’azote liquide en 1 à 3 cycles à différentes durées. L’impact du temps de repos entre les cycles (1-5 minutes à température ambiante) sur le rendement d'extraction a aussi été analysé. La performance d’extraction a été comparée à celle par le n-hexane avec la méthode reflux. La microscopie électronique à balayage (SEM) a permis de visualiser l'effet de l'immersion dans l'azote liquide et dans l’hexane sur la surface des grains. La chromatographie en phase gazeuse couplée à un spectromètre de masse (GC-MS) et à un détecteur à ionisation de flamme (GC-FID) a été utilisée pour la détermination de la composition chimique des extraits obtenus par les deux méthodes. Les résultats ont montré que le rendement d’extraction le plus élevé était de 0.026% (g pds cire/100g pds grain) (riz-11minutes d'extraction), 0.032% (sorgho-4 minutes) et 0.025% (blé-13 minutes). En comparaison, le rendement des cires extraites par le n-hexane (70oC) a été de 0.196% (riz-60 minutes d'extraction), 0.298% (sorgho-45 minutes) et 0.126% (blé-30 minutes). Pour le blé et le riz, une augmentation significative du rendement a été observée pour des temps de repos entre 3 et 5 minutes entre les cycles par rapport à celui de 1 minute. Les résultats de GC-MS et GC-FID nous ont confirmé que de la cire a bien été extraire par l’azote liquide et le n-hexane, dont la composition est similaire dans les deux cas. Ces résultats montrent que la méthode d’extraction par l'azote liquide est réalisable malgré son rendement plus faible que celle par l'n-hexane mais avec un temps d’extraction plus court. L’azote liquide n’est pas toxique et c’est un solvant « vert » qui peut être éliminé du produit très facilement par simple évaporation, sans laisser aucune trace problématique. L'utilisation de l'azote liquide comme solvant d'extraction s'avère une méthode prometteuse pour la séparation des composés cireux des grains. La qualité des céréales traitées par l’azote liquide demeure inchangée donc elle pourra être considérée comme une étape secondaire dans le processus de polissage. / Wax extraction from plants is conventionally carried out by using organic solvents such as n-hexane, cyclohexane and methanol. Although, those solvents are very effective in dissolving lipids, they are flammable, toxic and highly volatile. Recent studies show that cryogenic fluids could also be used for wax extraction. For instance, cyclic immersion of whole fruits (blueberry, seabuckthorn, grapes) in liquid nitrogen has significantly reduced cuticular waxes up to 50%. So, the main aim of this work is to use liquid nitrogen as a “green method” to extract waxes from cereals. Several approaches were used to evaluate the extraction method by liquid nitrogen. Sorghum, wheat and brown rice were treated in liquid nitrogen in 1 to 3 cycles with different time intervals. The impact of rest time between cycles (1-5 minutes at room temperature) on the extraction yield was also reported by weighing waxes. The extraction efficiency of the method was compared to that of n-hexane which was referred as the control one. The surface of the grains treated by liquid nitrogen and n-hexane was visualized by the scanning electron microscopy (SEM). Finally, the gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC-MS) and flame ionization detector (GC –FID) was used to determine the composition in the extracts resulted from the two methods. Our results showed that the highest extraction efficiency was 0.026% (g cire/100g grain) (rice - 11 extraction minutes), 0.032% (Sorghum - 4 minutes) and 0.025% (wheat -13 minutes). Compared to the extraction by n-hexane method, its efficiency was 0.196% (rice – 60 extraction minutes), 0.298% (sorghum - 45 minutes) and 0.126% (wheat - 30 minutes). For wheat and rice, a significant increase in yield between 3 and 5 rest minutes with respect to the one of 1 minute was observed. The results of GC-MS and GC –FID confirmed that the waxes were extracted out of the grains by both liquid nitrogen and n- hexane. The wax composition of the extract is similar in both cases. These results conclude that the wax extraction method by liquid nitrogen is feasible despite it extracts waxes less than that of n-hexane, but the method benefits for the shorter extraction time. Liquid nitrogen is not toxic and is a "green" solvent which can be easily removed from the products by spontaneously simple evaporation leading no leftover residues. Therefore, using liquid nitrogen as the extraction solvent might be a promising way for separating waxes from waxy grains. The quality of grain processed by liquid nitrogen remains unchanged, thus it may be considered a sub-step in the milling process.