Les impacts environnementaux majeurs de l'agriculture sont associés à l'eutrophisation des eaux de surface causée par un enrichissement excessif en nutriments (azote et phosphore) et à la contamination des eaux souterraines par les ions nitrate. L'objectif principal de ce projet de doctorat est l'utilisation de matériaux mésoporeux fonctionnalisés à base de silice pour l'adsorption des ions phosphate et nitrate contenus dans des solutions acqueuses synthétiques simulant les effluents d'origine agricole. Trois matériaux mésoporeux (MCM-41, MCM-48 et SBA -15) fonctionnalisés avec des groupements ammonium par la technique de greffage et de co-condensation ont été synthétisés, caractérisés puis testés en mode discontinu. Les conditions opératoires ont été optimisées aussi en mode discontinu. L'équilibre et la cinétique d'adsorption ont été modélisés. Finalement, l'adsorption des ions nitrate et phosphate a été menée en mode d'écoulement continu pour simuler les conditions opératoires à l'échelle industrielle.

Le principal objectif de cette thèse est d'étudier les interactions entre l'océan côtier et l'océan ouvert dans la zone de l'upwelling du Benguela, située au large des côtes d'Afrique du Sud et de Namibie, à l'aide d'un outil numérique et de données satellites et in-situ. Un modèle biogéochimique adapté à la zone d'étude (BioBUS ; Biogeochemical model for the Benguela Upwelling System), prenant en compte les processus caractéristiques des systèmes d'upwelling de bord Est et des zones de minimum d'oxygène associées a été développé, puis couplé au modèle hydrodynamique ROMS, afin de mettre au point une configuration réaliste centrée sur le système de l'upwelling de Namibie (sous-système Nord du Benguela), zone d'étude de cette thèse. Ces travaux de thèse ont permis d'améliorer notre compréhension des systèmes d'upwelling de bord Est (EBUS), notamment leurs impacts locaux et régionaux, ainsi que les couplages physiques/biogéochimiques dans ces systèmes. A l'issue de ces travaux de thèse, les apports d'azote depuis la zone de l'upwelling vers le gyre oligotrophe de l'océan Atlantique Sud ont été estimés (0.38 molN.m-2.yr-1) et sont comparables aux autres sources d'azote (dépôts atmosphériques, fixation biologique, ...) possibles de soutenir la production primaire dans le gyre subtropical (de 0.01 à 0.24 molN.m-2.yr-1). Les pertes d'azote par dénitrification et anammox liées à la zone de minimum d'oxygène (2.2 108 molN.yr-1) sont du même ordre de grandeur que les pertes par émission de N2O vers l'atmosphère (5.5 108 molN.yr-1), mais sont sous-estimées par rapport aux quelques estimations in-situ dont nous disposons. Les flux de N2O à l'interface océan-atmosphère dans cette région sont clairement significatifs pour le budget atmosphérique de N2O. En effet, même si la surface de la zone ne représente pas plus de 1.2% des EBUS, ces émissions de N2O contribuent à 4% des émissions de N2O dans les EBUS. Enfin, ces travaux de thèse montrent l'importance des processus à mésoéchelle dans le transport total d'azote au large du plateau continental Namibien.

Dans le cadre de l’évaluation multicritère des systèmes en protection intégrée contre les adventices (PIC-Adventices), cette étude a eu pour objectif d’étudier l’impact de la combinaison de pratiques alternatives à l’usage d’herbicides sur les émissions de N2O par les sols. L’étude a été conduite sur quatre systèmes de culture, un système de référence en agriculture raisonnée (S1) et trois systèmes PIC-Adventices (S2, S3, S5), sur le site expérimental Dijon-Epoisses (47°20'N, 5°2'E). La mise en place de dispositifs de mesure à haute résolution, alliant la méthode des chambres d’accumulation de gaz en surface du sol aux analyses de gaz par infrarouge, a permis d’estimer l’intensité des émissions de N2O pour les sols argilo-calcaires caractéristiques de la plaine dijonnaise, avec des flux moyens compris entre -6 et 257 g N-N2O ha-1 jour-1. Cette intensité s’est avérée étroitement liée à certains paramètres environnementaux (température, part de porosité occupée par l’eau, teneur en azote), et certaines pratiques agricoles, induisant des différences significatives entre les systèmes. Les émissions de N2O ont notamment été affectées par le mode de gestion des sols et la nature des cultures constituant la succession de chaque système. L’absence de travail du sol depuis 2008 dans le système S2 s’est traduite par une amplification des émissions de N2O d’un facteur multiplicatif d’au moins six par rapport aux autres systèmes pour l’année 2012. Par ailleurs, ces émissions équivalentes à 0.7 t C-CO2 ha-1 pourraient avoir compensé la séquestration de carbone additionnelle induite par le travail réduit du sol pendant la période de mesure. De la même manière, la dégradation des résidus de culture légumineuse, dans les systèmes S3 et S5 ont respectivement stimulé les émissions de N2O en 2011 et en 2012, en comparaison avec le système de référence S1. Par ailleurs, le suivi mensuel de la taille des communautés microbiennes du sol a également permis de mettre en évidence une variabilité temporelle liée aux pratiques culturales (travail du sol, récolte), en plus de la variabilité saisonnière. En revanche, dans cette étude les variations de taille des communautés microbiennes nitrifiantes et dénitrifiantes ne sont pas apparues comme un facteur d’explication de la variabilité des émissions de N2O, quel que soit le système. Enfin, l’approche par la modélisation des émissions de N2O sur les quatre systèmes, à l’aide des modèles NOE et DNDC, a permis d’identifier les principaux facteurs de régulation de ces émissions. De surcroît, le modèle NOE a bien identifié le système de culture S2, sans travail du sol, comme étant le système le plus émetteur de N2O, conformément aux observations de terrain. Cette étude renforce donc la pertinence de la modélisation pour estimer et analyser les émissions de N2O dans différents systèmes de culture. / In the context of the multicriteria evaluation of Integrated Weed Management (IWM) cropping systems, our study highlights the impacts of the combination of alternative agricultural practices to herbicide reliance on N2O emissions from soils. The study was located at the INRA experimental site of Dijon-Epoisses (47 ° 20'N, 5 ° 2'E) and considered 4 cropping systems, a reference system designed to maximize financial returns (S1) and three IWM systems (S2, S3, S5). The setup of high resolution measuring devices, combining the non-steady state chamber method with infrared gas analysis, allowed to estimate the intensity of N2O emissions from the calcareous clay soil, which is specific of Dijon plain, with average fluxes laying between -6 and 257 g N2O-N ha-1 day-1. The intensity of fluxes was closely related to environmental parameters (temperature, water filled pore space, inorganic N amount) and particular agricultural practices, leading to significant differences between systems. N2O emissions were notably affected by soil management and nature of crops. The conversion of S2 system to no-till in 2008 increased the N2O emissions, fluxes being at least 6 times more important than those emitted by the other cropping systems, during the year 2012. Moreover, these emissions, equivalent to 0.7 ha-1 C-CO2 ha-1, could have offset the soil additional carbon sequestration induced by reduced tillage during the studying period. Similarly, the degradation of legume crop residues in the S3 and S5 systems respectively enhanced N2O emissions in 2011 and 2012, by comparison with the S1 reference system. Elsewhere, the monthly monitoring of the soil microbial communities sizes has also helped to highlight temporal variability induced by the agricultural practices (tillage, harvest) as well as the seasonal variability. However, in this study the fluctuations of nitrifying and denitrifying communities sizes observed did not explain the variability of N2O emissions, whatever the considered cropping system. Finally, the modeling of N2O emitted from the 4 cropping systems, using NOE and DNDC models, allowed to identify the mains factors regulating the emissions. In addition, the NOE model accurately identified the S2 system, without tillage, as the most N2O emitter, in accordance with field observations. Thus, our study reinforces the relevance of modeling to estimate and explain N2O emissions in different cropping systems.

Il est de plus en plus admis que pour comprendre le fonctionnement des écosystèmes, une approche aérienne associée à une approche souterraine est nécessaire en raison des rétroactions entre plantes et sol. La structure des communautés végétales peut affecter le fonctionnement du sol en altérant la quantité et la qualité des ressources intégrant le sol. Les contrôles abiotiques des processus microbiens du sol sont largement documentés, mais les potentiels effets de la composition de la communauté végétale et des traits racinaires sont peu connus. L'étude a été menée sur des prairies méditerranéennes du sud de la France. Nous avons sélectionné 12 communautés contrastées le long d'un gradient de disponibilité des ressources du sol principalement lié à la texture du sol. Les objectifs de cette thèse sont d'évaluer i) la réponse de la composition floristique et des traits foliaires et racinaires mesurés au niveau de la communauté le long gradient édaphique et à travers les saisons, et ii) leurs effets sur trois processus microbiens du sol impliqués dans les cycles du carbone (C) et de l'azote (N) : la respiration potentielle (SIR), la nitrification (NEA) et la dénitrification (DEA). Dans les sols sableux (parcelles peu productives), la communauté végétale possède une stratégie de conservation au niveau des feuilles et une stratégie d'acquisition des ressources au niveau des racines suggérant une forte plasticité des traits racinaires en réponse à la limitation des ressources ; les taux de SIR et NEA sont élevés. Un patron opposé est observé dans les sols argileux des milieux productifs. La DEA ne varie pas le long du gradient. Aucun effet de la richesse spécifique, de l'équitabilité ou de la biomasse végétale sur la SIR ou la NEA n'a été trouvé. Cependant, nous avons démontré qu'il y a une forte influence de la composition fonctionnelle des communautés végétales (abondance des graminoïdes), et surtout des traits racinaires. Nos résultats les plus novateurs montrent que la NEA et dans une moindre mesure la SIR sont positivement corrélés à la concentration en N des racines de la communauté et négativement corrélés à leur ratio C/N, tandis que les traits foliaires analogues ont seulement un effet mineur sur les activités microbiennes. Ces résultats suggèrent que la qualité chimique des racines est le principal pilote des activités du sol et que cela est maintenu à travers les saisons. D'importantes variations saisonnières de la composition floristique des communautés, de leurs traits racinaires et des activités microbiennes, excepté la DEA, ont été mises en avant. Les variations saisonnières des traits racinaires sont interprétées comme un changement relatif de la proportion de racines jeunes/vieilles et suggèrent une asynchronie entre la croissance aérienne et souterraine. Pour la première fois, nous montrons qu'en conditions naturelles, les changements saisonniers des traits fonctionnels racinaires peuvent être impliqués dans le pilotage de la NEA et de la SIR. Ce résultat démontre la nécessité d'études plus approfondies pour comprendre le rôle des traits racinaires comme pilote du fonctionnement du sol. / It is increasingly recognized that the understanding of ecosystem functioning requires a combined above- and belowground approach, because of the importance of feedbacks between plants and soil. Plant community structure may affect soil functioning by altering the quantity and the quality of resources entering the soil. Abiotic controls on soil microbial processes are well documented, but potential effects of plant composition and root traits are poorly understood. The study was conducted in Mediterranean grasslands located in southern France. We selected 12 contrasting communities along a gradient of soil resource availability, which is mainly driven by soil texture. The aims of the thesis were to evaluate: i) the response of plant composition and leaf and root traits measured at the community level along the soil gradient and across seasons, ii) their effect on three soil microbial processes involved in carbon (C) and nitrogen (N) cycling, i.e. substrate-induced respiration (SIR), nitrifying (NEA) and denitrifying enzyme activities (DEA). In sandy soils (unproductive plots) plant communities had a conservation strategy at the leaf level and an acquisitive strategy at the root level suggesting a strong plasticity of root traits in response to resource limitation; rates of SIR and NEA were higher. Opposite pattern was observed in clay productive soils. DEA did not vary along the gradient. We did not find evidence of a species richness, evenness, or plant biomass effect on SIR and NEA. However, we demonstrated that they were strongly influenced by plant functional composition (abundance of graminoids), and particularly by root traits. Our most innovative finding evidences that NEA, and to a lesser extent SIR, were positively correlated with root nitrogen (N) concentration and negatively correlated with C/Ncom, whereas analogous leaf traits have only minor effect on microbial activities. Our results suggested that the chemical quality of roots is the main driver of soil activities and this was confirmed across the seasons. We highlight strong seasonal variations in plant community composition, root traits and soil microbial activity, except DEA. Seasonal variations in root traits were interpreted as a relative change in the proportion of young versus old roots and suggested an asynchrony between above– and belowground growth. We showed for the first time evidences that in natural conditions, seasonal changes in root functional traits could be implicated in driving NEA and SIR. This result demonstrates the need to further develop studies allowing a better understanding of the role of root traits as soil functioning drivers.

L'Analyse de Cycle de Vie (ACV) permet de comptabiliser les émissions de la production à la combustion d'un biocarburant mais elle ne prend pas en compte la dynamique locale de ces émissions, notamment celle des émissions de N2O, principal gaz à effet de serre agricole. Notre objectif fut d'abord d'analyse l'effet du tassement du sol sur les émissions de N2O en combinant expérimentation et modélisation. À l'aide de chambres automatiques sur des parcelles de betterave, nous avons mesuré en 2007-2008 des émissions cumulées de 944-977 g N-N2O ha-1 en sol non tassé et 1,448-1,382 g N-N2O ha-1 en sol tassé. Les émissions plus importantes sur le tassé furent surtout dues aux conditions anoxiques propices à la dénitrification. Nous avons modifié le modèle NOE pour mieux simuler la nitrification et la variation des fractions de N2O sur les produits totaux. Malgré une meilleure prédiction de la nitrification et des flux post-fertilisation, le modèle modifié NOE2 sous-estima les émissions totales. La sévère sous-estimation en été montre que les cycles sec-humides peuvent entraîner de fortes émissions dont le déterminisme n'est ni élucidé ni modélisé. Nous avons ensuite utilisé un modèle d'agro-écosystème (CERES-EGC-NOE2) pour produire les données d'inventaire pour nos ACV locales. L'éthanol de Miscanthus produit en Picardie entraîne potentiellement beaucoup moins d'impacts environnementaux que celui de betterave. Comparés à l'essence, l'éthanol de Miscanthus permettrait une réduction de gaz à effet de serre de 82-85% par MJ, celui de betterave une réduction de 28-42% par MJ en fonction des conditions pédo-climatiques et des pratiques agricoles locales.

Ce travail vise à étudier les mécanismes hydrologiques et biogéochimiques de la recharge des nappes à surface libre. La recharge des nappes à surface libre est un maillon essentiel dans le cycle hydrochimique des bassins versants sur socle. Avant d'être transférés de la nappe vers le réseau hydrographique, les solutés transitent dans la zone non saturée constituée de sol et d'altérite. Nous nous intéressons aux solutés anioniques et plus particulièrement aux nitrates compte tenu des enjeux environnementaux que revêt la pollution diffuse azotée. <br /><br />Les mécanismes hydrologiques et biogéochimiques de la recharge des nappes ont été caractérisés et étudiés en conditions naturelles sur le bassin versant de Kerbernez sur l'ensemble du continuum zone non saturé / zone de fluctuation de nappe / zone saturée en permanence, par modélisation numérique sur un versant théorique et par traçage sur une colonne d'arène granitique. L'activité bactérienne dans la zone non saturée profonde a été quantifiée par expérimentations en batch.<br /><br />Les observations faites dans la nappe à Kerbernez montrent que si les concentrations sont très stables en profondeur, elles présentent de fortes variations en surface à l'échelle de l'année hydrologique, particulièrement dans la zone de fluctuation de nappe. La zone de fluctuation de nappe est une zone active de mélange entre des eaux d'origine et d'âge différents, et où des transferts latéraux rapides peuvent avoir lieu. <br />L'inaptitude des modèles classiques de transfert (Convection-Dispersion et Mobile-Immobile) à reproduire les traits caractéristiques des variations chimiques dans la zone de fluctuation de nappe a été montrée, confirmant la nécessité de prendre en compte l'hétérogénéité des écoulements.<br />Ainsi, nous proposons une représentation du milieu sous forme de deux compartiments de porosité mobile, un lent et un rapide, expliquant l'origine des fortes variations chimiques intra-annuelles dans la zone de fluctuation de nappe. <br />Les courbes d'élution en sortie de colonne au laboratoire montrent que la dispersion des solutés augmente en régime de fluctuation de nappe par rapport aux régimes d'écoulement stationnaire. Ces fortes dispersions seraient le résultat de l'activation alternée de chacun des deux compartiments de porosité mobile, activation contrôlée par le degré de saturation du milieu. <br />Les variations inter-annuelles des concentrations en conditions naturelles dans la zone non saturée nous ont conduit à définir un troisième compartiment de porosité immobile échangeant par diffusion avec les autres compartiments de porosité. Nous avons par ailleurs montré à partir de l'analyse des concentrations mesurées sur le terrain et dans les incubations au laboratoire que de la dénitrification hétérotrophe se produisait dans la zone non saturée profonde. Le compartiment immobile de la porosité serait le lieu de cette dénitrification.

La rivière Essonne est influencée quantitativement et qualitativement par la nappe de Beauce. L'eau de cette nappe possède des concentrations en nitrates élevées et qui continuent d'augmenter, représentant ainsi une menace croissante pour la qualité du cours d'eau. Des cressonnières (zones humides artificielles où le cresson de fontaine [Nasturtium officinale R. Br.] est cultivé) étaient autrefois très nombreuses entre ces deux masses d'eau, mais sont aujourd'hui massivement abandonnées. Or, ces zones humides jouent potentiellement un rôle épurateur vis-à-vis des nitrates, et pourraient contribuer au bon état du cours d'eau en limitant les transferts de ces nutriments (zones tampons) de la nappe vers la rivière. Ce travail a donc pour objectif d'étudier l'élimination des nitrates dans les cressonnières, mais également l'évolution de ces zones humides après l'abandon de la culture du cresson, et ses conséquences sur l'épuration. Pour cela, nous nous sommes basés sur l'étude d'un site expérimental (Maisse, 91, France) comprenant plusieurs stades d'abandon et sur des expérimentations en laboratoire (bioréacteurs). Les successions de macrophytes après l'abandon de la culture ont été étudiées sur le site expérimental et dans 14 autres sites de la vallée de l'Essonne. Après l'abandon de la culture, le cresson ne se maintient pas dans les fosses. On observe alors une évolution progressive vers un milieu terrestre, avec la colonisation successive par des hydrophytes pionnières ou invasives (Lemna minuta Kunth.), puis par des hélophytes pionnières (Epilobium hirsutum L., Typha latifolia L., Phragmites australis (Cav.) Steud.). Enfin, il s'établit une roselière avec l'apparition d'espèces arbustives et ligneuses (Salix sp), qui s'accompagne d'un comblement des fosses et qui semble constituer une transition vers une forêt alluviale. Au cours du passage de l'eau dans les fosses du site expérimental, une partie des nitrates a été éliminée. Les fosses cultivées ont été les plus efficaces avec un taux moyen de 1770 mg NO3-/m²/jour au cours des trois années de suivi. En comparaison, les fosses abandonnées ont montré des taux d'élimination largement inférieurs allant de 550 à 750 mg NO3-/m²/jour. Toutefois, ces taux n'ont permis qu'une faible diminution des concentrations (approximativement 44 mg/L en entrée à 42 mg/L en sortie) à cause de temps de séjour trop courts de l'eau dans les fosses. Les taux d'élimination des nitrates ont varié de façon saisonnière, avec un maximum en été et un minimum en hiver. L'ampleur des variations saisonnières a cependant été beaucoup plus forte dans les fosses cultivées que dans les fosses abandonnées. L'estimation des prélèvements par les macrophytes a montré que la dénitrification est la voie majoritaire de l'élimination des nitrates (70 à 85% de l'élimination totale). Des mesures de dénitrification potentielle en bioréacteurs ont montré que ce processus était limité par la disponibilité du carbone organique. Or, le cresson des fosses cultivées représente une source de carbone très disponible, par rapport aux hélophytes (Phragmites australis) qui dominent les cressonnières abandonnées. L'effet des cressonnières sur les concentrations en nitrates de la rivière Essonne est actuellement limité, mais peut être amélioré par la gestion des sources de carbone et des temps de séjour de l'eau dans ces zones humides.

L’assainissement d’effluents résiduaires urbains par filtres plantés de roseaux (FPR) rencontre, depuis plus de trois décennies, un engouement croissant en raison de ses remarquables performances de traitement ainsi que de considérations technico-économiques et écologiques. Néanmoins, des objectifs de traitement de plus en plus contraignants, ainsi qu’un marché de plus en plus concurrentiel, amènent la nécessité d’une meilleure connaissance des processus afin d’en optimiser la conception en fonction du contexte. Une attention toute particulière a été portée au traitement de l’azote, au cours de cette étude, en raison de l’aspect particulièrement contraignant de son élimination. Ces travaux se sont articulés autour de trois axes principaux permettant l’évaluation des principaux mécanismes d’élimination de l’azote (nitrification, dénitrification et adsorption, respectivement). Un premier volet, conduit sur unités pilotes alimentées en effluents domestiques réels, s’est attaché à identifier l’impact respectif de divers critères de dimensionnement et opérationnels (profondeur de filtration, surface de filtration, charges hydrauliques et organiques) afin de proposer des consignes de conception adaptées aux objectifs de traitement sur l’azote ammoniacal ainsi que la matière organique et la pollution particulaire. Une seconde partie de l’étude, mené à échelle pilote à partir d’effluents semi-synthétiques, s’est quant à elle focalisée sur le processus de dénitrification afin de mettre en exergue les critères majeurs (composition des effluents, paramètres de conception et fonctionnement) pour l’atteinte de performances poussées sur le traitement des nitrates. Enfin, un dernier axe de recherche, effectué en laboratoire en colonne, a visé à évaluer l’effet de l’adsorption d’ammonium sur matériaux filtrants réactifs (zéolithe) en vue d’optimiser par la suite le temps de rétention de cette espèce au regard des cinétiques de dégradation biologique. Une synthèse des connaissances acquises au cours de cette étude a donné lieu à des conseils de conception ainsi qu’à des recommandations pour d’éventuelles études complémentaires. / The treatment of domestic wastewater by constructed wetlands (CWs) meets, from more than three decades, an increasing interest because of its high treatment efficiency as well as technological, economic and ecological issues. However, with treatment objectives that are growing ever stricter and an increasingly competitive market, fine knowledge of removal processes is required in order to optimize design in regards with context. A particular attention was paid to nitrogen removal, through this study, because of its particularly coercive dimension in treatment process. This work is partitioned in three axes which enable the assessment of the main mechanisms ensuring nitrogen removal (nitrification, denitrification and sorption, respectively). A first part, conducted in pilot-scaled units fed in real domestic wastewater, aimed at identifying the respective effects of various design and operational parameters (filtration height, filtration area, hydraulic and organic loads) in order to provide design recommendations for an efficient removal of ammonium as well as organic matter and suspended solids. A second part of this work, carried out in pilot-scaled units fed with semi-synthetic wastewater, focused on denitrification process in order to highlight driving parameters (influent composition, design and operational parameters) of full nitrate removal. Last but not least, a third research axis, conducted in column-scaled units, assessed the ammonium adsorption onto reactive material (i.e. zeolite) in order to optimize the retention time of ammonium within the system in regards with nitrification kinetic. These results were then summarized in order to provide design guidelines as well as recommend further complementary experiments.

La dénitrification autotrophe utilisant le fer Ferreux est un bioprocédé innovant pour l'élimination des nitrates, en même temps que l'oxydation du fer dans les eaux usées. Les dénitrifiants chimio-autotrophes convertissent le nitrate en azote gazeux et l'oxydation du Fe(II) conduit à la production de précipités de fer ferrique qui peuvent ensuite être enlevés et récupérés. La possibilité de maintenir une dénitrification autotrophe avec le fer ferreux en utilisant une culture mixte de Thiobacillus, un inoculum de boue activée et des cultures pures de la souche Pseudogulbenkiania 2002 et de T. denitrificans dans différentes conditions de pH et d'EDTA:Fe(II) a été initialement étudiée dans des essais biologiques par lots. Des ratios plus faibles d’EDTA:Fe(II) se traduisent par une efficacité et des taux d'élimination des nitrates plus élevés. La culture mixte de Thiobacillus présente le taux d'élimination de nitrate le plus élevé, égal à 1.18 mM•(g VSS•d)-1.Par la suite, la culture mixte de Thiobacillus a été ensemencée dans deux réacteurs à lit tassé à flux montant identiques. Les deux réacteurs (réacteur 1 et 2) ont reçu respectivement 120 et 60 mg / L de nitrate et une alimentation différente de Fe (II) afin de respecter un rapport molaire Fe(II):NO3- de 5:1. L’EDTA a été supplémenté à un rapport molaire EDTA:Fe(II) de 0,5:1. Le pH, le TRH et la température étaient de 6,5-7,0, 31 h et 22 ± 2 ° C. Dans le réacteur 1, le TRH a été raccourci de 31 à 24 h et la concentration de NO3- a été maintenue stable à 250 mg / L. Inversement, le réacteur 2 a été mis en fonctionnement avec un TRH décroissant et une concentration de NO3- en alimentation, maintenant ainsi un taux de charge de NO3- stable. Après environ 80 jours d'incubation, l'élimination des nitrates était de 88% dans le réacteur 1 pour un THR de 31 h. L'élimination de nitrates la plus élevée obtenue dans le réacteur 2 était de 80%. Une diminution du TRH de 31 à 24 h n'a pas affecté l'élimination du nitrate dans le réacteur 1, alors que dans le réacteur 2 l'élimination du nitrate a diminué à 64%.De plus, l'influence des métaux lourds (Ni, Cu, Zn) sur la dénitrification autotrophe utilisant du fer ferreux a été évaluée dans des essais biologiques discontinus, en utilisant les mêmes quatre cultures microbiennes différentes. L'efficacité et les taux d'élimination des nitrates les plus élevés ont été obtenus avec la culture mixte dominante de Thiobacillus, alors que la souche Pseudogulbenkiania de 2002 était la moins efficace. Cu s'est avéré être le métal le plus inhibiteur pour les cultures mixtes. Un impact plus faible a été observé lorsque le Zn a été ajouté. Le Ni présentait l'effet inhibiteur le plus faible. Une sensibilité plus élevée à la toxicité des métaux a été observée pour les cultures pures. Enfin, la caractérisation minérale des précipités obtenus pour les expériences avec du Cu, Ni et Zn a été étudiée. Chez les témoins abiotiques, l'oxydation chimique du Fe (II) a entraîné la formation d'hématite. Un mélange de différents (hydro)oxides de Fe(III) a été observé pour toutes les cultures microbiennes, et en particulier : i) un mélange d'hématite, d'akaganéite et / ou de ferrihydrite a été observé dans les précipités des expériences réalisées avec la culture mixte dominée par la présence de Thiobacillus; ii) en plus d'hématite, de l'akaganeite et / ou de la ferrihydrite, la maghémite a été identifiée lorsque la culture pure de T. denitrificans a été utilisée; iii) l'utilisation de la culture pure de la souche Pseudogulbenkiania 2002 a entraîné la formation d'hématite et de maghémite; enfin, l'enrichissement en boues activées a permis la production d'hématite et de magnétite en plus de la maghémite. Aucune différence concernant la minéralogie des précipités n'a été observée avec l'addition de Cu, alors que l'addition de Ni et de Zn a probablement stimulé la formation de maghémite. Une caractérisation minérale supplémentaire est cependant nécessaire / Ferrous iron mediated autotrophic denitrification is an innovative bioprocess for nitrate removal, simultaneously with iron oxidation in wastewaters. Chemoautotrophic denitrifiers convert nitrate to nitrogen gas and Fe(II) oxidation results in the production of ferric iron precipitates that can be subsequently removed and recovered. The feasibility of maintaining Fe(II)-mediated autotrophic denitrification with a Thiobacillus mixed culture, an activated sludge inoculum and pure cultures of Pseudogulbenkiania strain 2002 and T. denitrificans under different pH and EDTA:Fe(II) conditions was initially investigated in batch bioassays. Lower EDTA: Fe(II) ratios resulted in higher nitrate removal efficiency and rates. The Thiobacillus mixed culture resulted in the highest specific nitrate removal rate, equal to 1.18 mM•(g VSS•d)-1.Subsequently, the Thiobacillus mixed culture was seeded in two identical up-flow packed bed reactors. The two reactors (reactor 1 and 2) were fed with 120 and 60 mg/L of nitrate, respectively, and a different Fe(II) feed in order to respect a molar ratio Fe(II):NO3- 5:1. EDTA was supplemented at a EDTA:Fe(II) molar ratio 0.5:1. The pH, HRT and temperature were 6.5-7.0, 31 h and 22±2°C. In reactor 1, HRT was shortened from 31 to 24 h and NO3- concentration was maintained stable at 250 mg/L. Conversely, reactor 2 was operated with decreasing HRT and feed NO3- concentration, thus maintaining a stable NO3- loading rate. After approximately 80 d of incubation, nitrate removal was 88% in reactor 1 at HRT of 31 h. The highest nitrate removal achieved in reactor 2 was 80%. A HRT decrease from 31 to 24 h did not affect nitrate removal in reactor 1, whereas nitrate removal decreased to 64% in reactor 2.Moreover, the influence of heavy metals (Ni, Cu, Zn) on Fe(II)-mediated autotrophic denitrification was assessed in batch bioassays. The highest nitrate removal efficiency and rates were achieved with the Thiobacillus-dominated mixed culture, whereas Pseudogulbenkiania strain 2002 was the least effective. Cu showed to be the most inhibitory metal for mixed cultures. A lower impact was observed when Zn was supplemented. Ni showed the lowest inhibitory effect. A higher sensitivity to metal toxicity was observed for the pure cultures. Finally, the mineral characterization of the precipitates obtained in the experiments with Cu, Ni and Zn was investigated. In abiotic controls, the chemical Fe(II) oxidation resulted in hematite formation. A mixture of different Fe(III) (hydr)oxides was observed with all microbial cultures, and in particular: i) a mixture of hematite, akaganeite and/or ferrihydrite was observed in the precipitates of the experiments carried out with the Thiobacillus-dominated mixed culture; ii) on top of hematite, akaganeite and/or ferrihydrite, maghemite was identified when the T.denitrificans pure culture was used; iii) the use of the pure culture of Pseudogulbenkiania strain 2002 resulted in hematite and maghemite formation; finally, the activated sludge enrichment allowed the production of hematite and magnetite besides maghemite. No difference in the mineralogy of the precipitates was observed with the addition of Cu, whereas the addition of Ni and Zn likely stimulated the formation of maghemite. Further mineral characterization is however required

L'exsudation racinaire est connue pour avoir une influence sur le fonctionnement des communautés microbiennes, en particulier celles impliquées dans le cycle de l'azote (Haichar et al, 2012). Elle est liée à la physiologie de la plante, cette dernière pouvant être évaluée via les traits fonctionnels végétaux, permettant une classification des plantes en fonction de leur performance dans leur environnement. Ainsi, nous pouvons distinguer d'une part les espèces exploitatrices, avec une efficience de la photosynthèse élevée et une acquisition rapide de l'azote dans les sols, et d'autre part les plantes conservatrices, possédant des caractéristiques contraires (Aerts & Chapin, 1999) et des plantes intermédiaires dont les caractéristiques sont intermediaires.L'objectif de ces travaux de thèse est de déterminer l'influence de la stratégie de gestion des ressources de 6 poacées, réparties le long d'un gradient de stratégie de gestion des ressources, allant de stratégies conservatrices (Sesleria caerulea et Festuca paniculata), intermédiaires (Antoxanthum odoratum, Bromus erectus) à des stratégies exploitatrices (Dactylis glomerata et Trisetum flavescens), sur la diversité et le fonctionnement des communautés totales et dénitrifiantes. I) Dans un premier temps nous avons étudié le lien entre la stratégie de gestion de ressources des plantes et la quantité d'exsudats racinaires dans le sol adhérent aux racines (SAR). Nous avons ensuite déterminé l'influence de la quantité d'exsudats racinaire sur les activités microbiennes potentielles des communautés microbiennes du SAR (respiration et dénitrification potentielles), puis par une approche ADN-SIP (Stable Isotope Probing) couplée à du séquençage haut-débit, l'influence de l'exsudation racinaire sur la structure et la diversité des communautés bactérienne colonisant le SAR et le système racinaire. II) Dans un second temps, nous avons étudié le lien entre la stratégie de gestion des ressources des plantes et la nature des exsudats racinaires libérés au niveau du SAR et présents dans les extraits racinaires en analysant les profils des métabolites primaires chez Festuca paniculata, Bromus erectus et Dactylis glomerata, représentant respectivement des stratégies de gestion des ressources conservative, intermédiaire et exploitatrice / Root exudation is known to influence microbial communities functioning, in particular those involve in nitrogen cycle. (Haichar et al, 2012). It’s linked to plant physiology, which can be evaluated with functional traits, allowing a plant distribution in function of their performance in their environment. Thus, we can distinguish competitive species, with higher photosynthetic capacity and rapid rates of N acquisition, conservative species with the opposite characteristics (Aerts & Chapin, 1999) and intermediate plants, with intermediate characteristics.The objective of this work is to determinate the influence of nutrient management strategiy of 6 poaceae, along a strategies gradient from conservative strategy (Sesleria caerulea and Festuca paniculata), intermediate (Antoxanthum odoratum and Bromus erectus) to competitive strategy (Dactylis glomerata and Trisetum flavescens), on diversity and functioning of total and denitrifying communities.I) Firstly, we studied the link between the plant nutrient management strategy and the root exudates quantity in the root adhering soil (RAS). Then, we determined the influence of the rate of root exudation on potential microbial activities (respiration and denitrification), and with a DNA-SIP (Stable Isotope Probing) approach coupled to high-throughput sequencing, the influence of root exudation on the bacterial structure and diversity of communities colonizing the RAS and the root system. II) Secondly, we studied the link between the plant nutrient management strategy and the nature of molecules exuded in RAS and present in root extracts by analyzing primary metabolites profile to Festuca paniculata, Bromus erectus and Dactylis glomerata, respectively a conservative, an intermediate and a competitive plant. Then, we determined the influence of primary metabolites profile of each plant on semi-real denitrification of communities colonizing RAS of plants. III) Finally, an mRNA-SIP approach is in progress to determine the influence of exuded metabolites on active bacterial communities functioning and the expression of genes involved in denitrification process in RAS and root system. Our results show an influence of the nutrient management strategy on the rate of carbon exudation, the competitive plants exuding more than conservatives ones.