Le biochar, charbon produit par pyrolyse et utilisé comme amendement, présente plusieurs avantages et s’avère une avenue prometteuse pour une agriculture durable. Cependant, les méthodes de fabrication actuelles, les conditions de pyrolyse et les biomasses utilisées produisent des biochars de qualités très variables qui peuvent affecter différemment la productivité du sol et les rendements de la plante. Actuellement, aucune étude ne permet d’élucider l’influence des propriétés physicochimiques des biochars sur la structure et la diversité des communautés microbienne du sol. Le but de ce projet de doctorat visait à bien comprendre comment les propriétés physicochimiques d’un biochar affectent sa capacité à : (i) réduire les émissions des gaz à effet de serre; (ii) améliorer la croissance de la tomate et du poivron de serre; (iii) améliorer l’efficacité de l’utilisation des engrais et de l’eau; et (iv) modifier la structure et la diversité des communautés bactériennes dans un substrat horticole et dans un sol minéral. Cinq biochars ont été produits et évalués: écorces d’érable pyrolysés à 400°C, 550°C et 700°C, copeaux de pin pyrolysés à 700°C et copeaux de saule pyrolysés à 400°C. Les résultats obtenus ont permis d’identifier les propriétés physicochimiques du biochar responsables de la réduction des émissions en N2O et des apports d’engrais et celles permettant l’amélioration de l’efficacité d’utilisation de l’eau tout en favorisant la croissance de la plante. De plus, les résultats démontrent que l’ajout de biochar peut stimuler certains groupes de bactéries impliqués dans les cycles du carbone et de l’azote et possiblement ceux impliqués dans le développement de la plante. Ces travaux identifient les propriétés physicochimiques importantes des biochars qui pourront mieux guider le producteur agricole et les industries fabriquant des substrats à base de tourbe dans le choix d’un biochar favorable à la croissance de la tomate et du poivron et à une agriculture plus durable. / The biochar, charcoal produced by pyrolysis and used as an amendment, has several advantages and is a promising avenue for sustainable agriculture. However, the production methods, the pyrolysis conditions and the biomass types produce biochars with variable properties which have different effects on soil productivity and crop yields. Presently, there are no studies to elucidate the influence of the physicochemical properties of biochars on the structure and the diversity of soil microbial communities. The purpose of this PhD project was to understand how the physicochemical properties of biochar affect its ability to : (i) mitigate greenhouse gas emissions; (ii) improve growth of greenhouse tomato and pepper; (iii) improve fertilizer and water use efficiency; and (iv) modify the structure and the diversity of bacterial communities in a growing medium and a mineral soil. Five biochars were produced and evaluated: maple bark pyrolyzed at 400˚C, 550˚C and 700˚C, pine chips pyrolyzed at 700˚C, and willow chips pyrolyzed at 400˚C. The results demonstrated that some physicochemical properties are key drivers of the ability of biochars to efficiently mitigate N2O emissions, to reduce fertilizer inputs and to improve water use efficiency while promoting plant growth. Moreover, the results show that biochar amendment can stimulate specific bacterial groups involved in carbon and nitrogen cycles and possibly those involved in plant development. This work identifies key physicochemical properties of biochars that could better guide agricultural producers and industries producing peat-based growing media, in the choice of biochar promoting tomato and pepper growth and contributing to a sustainable agriculture.

L’utilisation du panic érigé amendé avec du biochar et/ou inoculé avec des rhizobactéries, pour produire de l’énergie, pourrait permettre de réduire les gaz à effets de serre. Afin d’évaluer les effets de ces amendements sur le contenu en carbone (C) de la plante et du sol, un essai a été mis en place sur un loam sableux à St-Augustin-de-Desmaures, selon un plan en tiroirs répété 3 fois avec en parcelles principales, un traitement de biochar de 10 Mg MS ha-1 et un traitement sans biochar, et en sous-parcelles, 3 doses d’azote ( 0,  25,  50 kg ha-1) et 2 traitements d’inoculation bactérienne. L’apport d’engrais minéral azoté a augmenté significativement le rendement en biomasse aérienne et en C lors de la 2e année de croissance. Le biochar et l’inoculation n’ont eu aucun effet sur la biomasse aérienne du panic et un effet marginal sur la biomasse racinaire. Aucun effet significatif n'a été observé sur le contenu en C du sol. / The use of switchgrass (Panicum virgatum L.) amended with biochar and/or rhizobacteria to produce energy, could potentially be a solution to reduce greenhouse gases and contribute to increase carbon (C) sequestration in soil. In this experiment, switchgrass was treated with biochar and N-fixing and P-solubilising bacteria in a split-plot experimental design. To assess the C dynamics in switchgrass production, the experiment was established on a sandy loam in St-Augustin-de-Desmaures near Quebec. A biochar treatment of 10 Mg of dry matter per hectare and treatments without biochar has been used as main plots, while three nitrogen rates (0,  25 and 50 kg ha-1) and treatments of bacterial inoculation were installed as sub-plots. The mineral nitrogen fertilizer significantly increased the aboveground biomass yield and C after two years of growth. A small positive effect of biochar (p=0,08) increase root C. Soil C was not affected by any treatment after two years of growth.

Par l’accumulation de rejets miniers, l’exploitation minière altère les écosystèmes terrestres en place. La restauration des sites avec la mise en végétation permet de réinstaurer les services écosystémiques perdus. L’objectif principal de ce projet était de développer différents terreaux de restauration à partir de biochar, de cendre, de matières résiduelles fertilisantes (MRF) et de boue de chaulage pouvant être utilisés sur des rejets miniers et qui supporterait la croissance végétale tout en étant sans danger pour l’environnement et peu couteux. Les intrants ont été caractérisés au plan chimique, physique et biologique et des tests en serre ont été faits avec Alnus incana ssp. rugosa et Calamagrostis canadensis en présence des trois types de rejets d’une mine aurifère. La cendre a un impact important sur le pH et la teneur en Mn des terreaux, tandis que le biochar augmente plutôt la teneur en Fe. Au plan physique, la cendre a tendance à réduire la porosité et la conductivité hydraulique saturée par rapport au biochar. Le mélange de MRF fait toutefois les terreaux les plus poreux et perméables, mais contiennent des concentrations très élevées de P et K. La boue de chaulage fait augmenter la conductivité électrique, la teneur en Ca, Mg et Cu, mais n’influence pas autant les propriétés physiques des terreaux. Après 4 mois de croissance dans 8 terreaux, les aulnes rugueux ayant démontré la meilleure croissance sont ceux ayant poussé dans les terreaux 7 (biochar, MRF et boue de chaulage) et 8 (biochar et boue de chaulage), tandis que les résultats pour Calamagrostis canadensis, dont la germination a été peu élevée, n’ont pas permis de tirer de telles conclusions. Il semble donc que le biochar soit meilleure que la cendre pour la croissance de l’aulne rugueux, mais la boue de chaulage joue aussi un rôle important. / Mining operations produce a large amount of tailings, sludges and acid rocks, changing the environment. Revegetation of residues helps restor ecological services on mining sites. The main objective of this study was to develop low cost, environmentally sound substrates made of biochar, ash, fertilizing residual matter and lime sludge for revegetation of mining wastes. Physical, chemical and biological characterization of the substrates have been completed in addition to bioassays with Alnus incana subsp. rugosa and Calamagrostis canadensis. Ash in the substrates had an impact on pH and Mn content while Fe content was related to biochar. Porosity and saturated hydraulic conductivity were higher in the substrates with biochar in lower with ash. Fertilizing residual matter blend made the more porous and permeable substrates and very high content in P and K. Liming sludge increased electrical conductivity, Ca and Mg contents and did not significantly affect physical properties of substrates. After 4 months of growth in greenhouses, Alders showed the best growth in the substrates 7 (biochar, fertilizing residual matter and liming sludge) and 8 (biochar and liming sludge). Biochar seems better than ash for Alder growth, followed by liming sludge. We cannot conclude for Calamagrostis canadensis because of the lack of data due to its poor germination.