Le Sénégal, pays aride, connait un effet de sécheresse croissant. Le pays est confronté à un problème d’ensablement, de perte de fertilité et de compaction des sols. Des plants d’A. senegal et de P. juliflora en association ou non avec les microorganismes sont étudiés pour savoir en quoi ces espèces peuvent contribuer à la fixation des dunes mouvants et à l’amélioration de la productivité des terres. Des plants inoculés aux champignons mycorhiziens et au Rhizobium sont plantés à Sangalkam, Bandia et Bambey pour être récoltés un an après et analysés. Une autre expérience montée en serre a consisté à faire pousser les mêmes espèces sur le même type de sol à différents niveaux de compaction avec un tiers du lot occupé par les plants inoculés. Les résultats ont montré que le taux de mycorhisation atteint son pic sur sols pauvres en phosphore. L’inoculation a augmenté la production de biomasse tout en réduisant la taille des vaisseaux du bois racinaire. Elle augmente aussi le % de cellulose en fonction du diamètre racinaire et de l’âge. % qui augmente avec la résistance à la traction de la racine, source de meilleur ancrage et de résistance à l’arrachement. Une augmentation du niveau de compaction du sol diminue significativement le taux de mycorhisation et le nombre de nodule des racines. Elle favorise les racines fines au détriment des grosses racines. Ceci affecte positivement l’architecture racinaire au profit d’un meilleur ancrage. Le P. juliflora est mieux pour la lutte contre l’érosion éolienne l’ensablement et la perte de fertilité dans la zone des Niayes. L’A. senegal peut contribuer à l’amélioration de la fertilité tout en adaptant son système racinaire face à la compaction du sol. / An increasing drought effect is known in Senegal, arid country who is confronted to a silting problem, a decline in overall land fertility and soils compaction. Seedling of A. senegal and P. juliflora in association or no with microorganism are studied to know some what these species can contribute to the moving dune fixing and improvement land productivity. Seedling inoculated to mycorrhizas and Rhizobium are planted in Sangalkam, Bandia and Bambey and are harvested one year after for analyzed. Another experience in greenhouse consisted to grow up the same species on the same type of soil with different levels of compaction and a share occupied by inoculated seedlings. Results showed that the rate of mycorhisation reached his peak on soils poor in phosphorus. The inoculation increased the production of biomass while reducing the size of root wood vessels. She also increases it % of cellulose according to root diameter and age. % that increases with the root tensile strength, spring of better anchorage and resistance of extortion. An increase of soil compaction level decreases, meaningfully, the rate of mycorhisation and the number of root nodule. She favored the fine roots to detriment of thick roots. She affects positively root’s morphology in aid of better anchorage. P. juliflora is better for the struggle against the wind erosion the silting and loss of fertility in the Niayes area. A. senegal can contribute to the improvement of fertility while adapting its root system facing soil compaction.

La caféiculture représente 7,5% des cultures permanentes mondiales et utilise généralement de grandes quantités de fertilisants azotés (jusqu'à 350 kg N ha-1 an-1). La caféiculture est souvent pratiquée sous couvert d'arbres dont certains sont fixateurs d'azote. La contribution des plantes fixatrices d'azote aux émissions de N2O est un sujet prégnant dans le cadre du développement durable, avec des résultats dans la littérature qui peuvent parfois apparaître contradictoires. Dans ce contexte, nous avons étudié le bilan des gaz à effet de serre (GES) dans deux cultures caféières fortement fertilisées (250 kg N ha-1 an-1), au Costa Rica : une monoculture et une culture ombragée par l'espèce légumineuse fixatrice de N2 Inga densiflora. Nous avons mesuré périodiquement les flux de N2O, CH4 et CO2 à l'interface solatmosphère, leurs déterminants édaphiques (humidité gravimétrique, espace poral occupé par l'eau, température et teneur en azote minéral) et les taux de minéralisation de l'azote dans le sol. Par ailleurs, nous avons caractérisé, au laboratoire, les paramètres biologiques de nitrification-dénitrification et leur production associée de N2O et N2 pour simuler en continu les émissions de N2O avec les modèles NGAS et NOE sur une durée d'un an. Enfin, nous avons évalué la dynamique du C du sol et l'accumulation de C dans les biomasses et la litière. Nos mesures ont montré une très forte contribution de la fertilisation azotée aux émissions de N2O, soit une proportion moyenne de 77% des bilans annuels (4,3 ± 0,3 et 5,8 ± 0,5 kg N-N2O ha-1 an-1, respectivement dans la monoculture et la culture ombragée). Les fertilisations ont également augmenté temporairement la respiration du sol. Les valeurs faibles des activités biologiques (notamment des potentiels de dénitrification < 1 kg N ha-1 j-1) ont expliqué les flux toujours inférieurs à 300 g N ha-1 j-1 observés dans des conditions environnementales pourtant favorables à la production de N2O (température, humidité et teneur en nitrate du sol élevées). La similarité entre les activités biologiques mesurées sur les deux cultures de café ainsi que celle entre les bilans annuels de N2O établis à partir de mesures et de modélisation permettent de conclure sur un effet de faible ampleur de l'espèce légumineuse fixatrice de N2 sur les émissions de N2O. Le bilan des flux de GES hors CO2 à l'interface sol-atmosphère et du stockage de C de la culture ombragée (11,93 ± 2,17 Mg CO2-equivalent ha-1 an-1) a été 4 fois supérieur au bilan de la monoculture (2,67 ± 1,94 Mg CO2-equivalent ha-1 an-1). Nos résultats tendent donc à confirmer que la culture de café conduite en agroforesterie, sur un Andosol, augmente le puits de GES et que, dans le contexte présent, l'utilisation d'une légumineuse fixatrice de N2 comme espèce ombragère ne contredit pas cette observation.

L’application de l’agromine à des zones ultramafiques délaissées constitue un enjeu majeur à la vue des surfaces potentiellement valorisables. Par contre, les sols ultramafiques sont particuliers avec de fortes concentrations en métaux et une quasi absence de matière organique. Malgré tout, la mise en place de l’agromine a déjà donné de bons résultats, couplée avec l’application d’herbicides et une fertilisation minérale. Notre défi a été de développer une agromine durable par la mise en place d’agro-écosystèmes basés sur l’introduction d’une légumineuse en association avec une plante hyperaccumulatrice et la suppression de tout intrant chimique. Nos résultats ont confirmé clairement que l'introduction d'une légumineuse dans l’agromine a amélioré la production de biomasse de Alyssum murale et les rendements de nickel par rapport à sa monoculture fertilisée et non fertilisée. Nos travaux ont également montré que l'insertion d'une légumineuse dans l’agromine permet d’améliorer la structure du sol avec des agrégats plus stables. De plus, de meilleures teneurs en carbone, azote et en matière organique ont été détectées. L’ensemble de ces éléments conduit ainsi à une amélioration globale de la structure du sol, de sa fertilité et de son biofonctionnement. Corrélativement, nos résultats ont mis en évidence les effets positifs de ces nouvelles pratiques, à la fois sur la taille, la diversité et les acitivités liées aux cycles biogéochimiques des communautés bactériennes. D’un point de vue écononique, l’introduction de la légumineuse dans l’agromine implique un gain financier et de temps du fait de la réduction de l'application d’engrais et de produits phytosanitaires. Enfin, tous ces avantages conduisent à une réhabilitation des sols ultramafiques avec une restauration de leurs qualités physique, chimique et biologique, tout en permettant à ces sols particuliers d’offrir plusieurs services écosystémiques / The application of agromining to abandoned ultramafic areas is a major challenge in the presence of potentially recoverable areas. Howerver, ultramafic soils are particular in terms of their fertility with high concentrations of metals and a near absence of organic matter. Nevertheless, this challenge was partly met by the application of chemical fertilizers and herbicides. Our challenge, through this PhD, was to develop a sustainable agro-ecosystem based on the introduction of a legume in association with the hyperaccumulating plant and then the reduction of any chemical input. Our results clearly confirmed that the introduction of a legume into these new cropping systems improved both the biomass production of Alyssum murale and the Ni yields in comparison to the fertilized and non-fertilized monoculture. Our work has also shown that the insertion of a legume into agromining cropping systems improves the structure of the soil due to stable and larger aggregates. In addition, higher levels of carbon and nitrogen and higher concentrations of organic matter were detected. These results led to an overall improvement of the soil structure, its fertility and its biofunctioning. Our results showed positive effects of these new cropping systems, both on the size of the bacterial communities and on the microbial enzymes involved in the soil biogeochemical cycles. In addition, the structure and diversity of bacterial communities were modified with the insertion of the legume, compared to the monoculture. Economically, the introduction of legume into cropping systems dedicated to Ni agromining involves a gain of money and time due to reduced application of mineral fertilizers as well as products of phytosanitary. Finally, all these benefits lead to the rehabilitation of ultramafic soils with the restoration of their physical, chemical and biological qualities while allowing these particular soils to offer many ecosystem services

La luzerne est une légumineuse fourragère pérenne qui présente de nombreux avantages agronomiques et environnementaux. La performance des associations luzerne - graminées est conditionnée par la production de biomasse et la teneur en protéines de chaque espèce et sa survie. L’effet de la variabilité génétique de la luzerne sur les composantes du rendement dans les associations est mal connu. Dans ce contexte, cette thèse a deux objectifs : i) caractériser la diversité génétique pour les caractères liés à la production et à la qualité de la luzerne dans l’association ii) analyser le contrôle génétique de ces caractères. Deux dispositifs comprenant trois traitements (mélange luzerne-fétuque, monoculture et isolé) ont été mis en place. Le premier comprenant 46 génotypes contrastés de luzerne a été phénotypé sur deux ans pour l’architecture, la biomasse et la concentration en protéines. Le deuxième composé d’une population F1 de 198 individus, a été phénotypé sur une année. Cette population F1 a été génotypée avec des marqueurs SSR et DArT pour établir une carte génétique. Une large variation génétique entre les génotypes de luzerne a été montrée. Cette variation affecte la hauteur et la teneur en protéines de la fétuque associée. On a observé que les caractères mesurés en isolé ou en monoculture sont relativement prédictifs des mêmes caractères en mélange, mais une évaluation des génotypes en mélange reste indispensable. La détection de QTL montre que certains QTL sont communs aux différents traitements. Chaque QTL explique de 6 à 23% de la variation observée pour la hauteur et la biomasse. Des pistes méthodologiques pour la sélection sont envisagées. / Alfalfa is a perennial forage legume that has many agronomic and environmental benefits. The performance of alfalfa - grass mixtures depends on biomass production and protein content of each species and its survival. The effect of genetic variation on alfalfa yield components in mixtures is little described. In this context, this thesis has two objectives: i) to characterize the genetic diversity for traits related to alfalfa production and quality in mixture ii) to analyze the genetic control of these traits. Two designs that included three treatments (alfalfa - fescue mixture, monoculture and spaced plants) were established. The first design comprised 46 contrasting alfalfa genotypes which were phenotyped over two years for architecture, biomass and protein concentration. The second design comprised an F1 population of 198 individuals being phenotyped over one year. The F1 population was genotyped with SSR and DArT markers to construct a genetic map. A wide genetic variation among alfalfa genotypes was shown. This variation affected the height and protein content of associated fescue. It was observed that the measured traits of spaced plants or in monoculture are relatively predictive of the same traits in the mixture, but genotype evaluation in mixture is required. QTL detection shows that some QTL were common to different treatments. Each QTL explained 6-23 % of the variation for height and biomass. Some methodologies for selection are proposed.

La séquestration du C dans les sols réduit les effets du changement climatique, et améliore la qualité du sol. L'introduction des prairies temporaires dans le cycle des cultures pourrait améliorer les matières organiques du sol (SOM). L'objectif de la thèse était d'évaluer l'impact des modes de gestion de prairies temporaires sur la quantité, la composition et les processus de stabilisation des SOM et les émissions de gaz à effet de serre (GHG).Mes résultats montrent un arrière effet de la gestion des prairies temporaires sur les SOM après 3 ans de culture. La durée des prairies influence la quantité et la composition de la biomasse microbienne ainsi que la nature des SOM. La fertilisation en N de la prairie est nécessaire à la séquestration du C dans le sol sans augmenter les émissions de GHG.Pour remplacer la fertilisation en N minérale, des légumineuses peuvent être utilisées. En conséquence, je me suis intéressée à l'effet de la luzerne sur les formes de C, de N et de P dans les sols sous mélanges luzerne-graminées. Mes résultats indiquent une absence d'augmentation du stock de C dans les sols sous mélanges comparés aux monocultures de graminées fertilisées, malgré une plus forte productivité de la luzerne. Les biomarqueurs moléculaires indiquent que l'introduction de la luzerne en prairie influence la dégradation des SOM plus que leur stabilisation. De plus, la luzerne influence fortement les formes du P dans les sols sous mélanges.Ainsi, lors de l'introduction de prairie dans les cycles de culture, il est important d'optimiser les modes de gestion afin de faire le bon compromis entre le stockage du C, les émissions de GHG et l'utilisation d'engrais. / Soil C sequestration reduces the effects of climate change, improves soil quality and food security. Soil organic matter (SOM) could be enhanced by introduction of ley grassland into the cropping cycle. The objective of this PhD thesis was to evaluate the effect of management practices of ley grassland on the quantity, composition and stabilization processes of SOM and greenhouse gas emissions (GHG). My data showed legacy effects of duration and fertilization of the temporary grassland phase on SOM after 3 years of cropping. The duration of grassland phase influenced the quantity and composition of the microbial biomass as well as the nature of SOM. N fertilization during the grassland phase is necessary for soil C sequestration in soil without increasing GHG emissions.To replace mineral N fertilization, legumes may be used in forage production systems. Consequently, I was interested in the effect of introduction of lucerne on C, N and P forms in soils under lucerne-grass mixtures. My results indicate similar soil C stocks under mixtures and grass monocultures, despite the high productivity of lucerne. Molecular biomarkers indicated that the introduction of lucerne in grassland influenced the degradation of the SOM more than its stabilization. Moreover, the presence of lucerne influenced P forms in soils under mixtures.In conclusion, the introduction of ley grasslands into cropping cycles requires careful evaluation of the management practices in order to optimize C storage, GHG emissions and N fertilizer use.

Les symbioses rhizobienne et mycorhizienne à arbuscules sont deux endosymbioses racinaires jouant des rôles importants dans le développement des plantes en améliorant leur nutrition minérale. Les lipo-chitooligosaccharides (LCOs), produits par les bacteries Rhizobia et les champignons mycorhiziens, sont essentiels pour l'établissement de la symbiose rhizobienne et stimulent la mycorhization. Chez la légumineuse Medicago truncatula, trois récepteurs-like kinase à motifs lysin (LysM), LYR3, NFP et LYK3 sont impliqués dans la perception des LCOs. Le travail présenté a eu pour objectif la caractérisation biochimique de ces récepteurs et leurs applications potentielles. Les orthologues de LYR3 de M. truncatula ont été clonés et se sont tous révélés, à l'exception de celui du lupin, capables d'établir une interaction d'affinité élevée avec les LCOs mais pas avec les chitooligosaccharides de structure apparentée. Afin de mieux comprendre les bases moléculaires de la reconnaissance des LCOs, des échanges de domaine entre les protéines LYR3 de lupin et de Medicago ont été effectués et ont révélé l'importance du troisième domaine LysM dans l'interaction. L'exploitation des capacités de reconnaissance des LCOs par LYR3 à des fins biotechnologiques a été évaluée à l'aide de récepteurs chimériques constitués du domaine extracellulaire de LYR3 et du domaine kinase des récepteurs immunitaires AtCERK1 et EFR. Il est apparu que LYR3 peut être utilisé pour élaborer des récepteurs chimériques mais leur mode d'activation reste à optimiser. Enfin l'étude des deux récepteurs symbiotiques NFP et LYK3 suggère qu'ils sont régulés par phosphorylation suite au traitement par les signaux symbiotiques. L'ensemble de ce travail apporte un éclairage nouveau sur les mécanismes de perception des LCOs et sur les modifications associées à leurs récepteurs qui en résultent. / Arbuscular mycorrhization and rhizobial nodulation are two major root endosymbioses which play important roles in plant development by improving their mineral nutrition. Produced by Rhizobia bacteria and mycorrhizal fungi, lipo-chitooligosaccharides (LCOs) were shown to be essential for the formation of the rhizobial symbiosis and to have stimulatory effects on mycorrhization. In the legume Medicago truncatula three lysin motif (LysM) receptor-like kinases LYR3, NFP and LYK3 have been shown to be involved in LCO perception. Here work is presented aimed at the biochemical characterization and application of these important receptor proteins. Cloned from several legume species orthologs of M. truncatula LYR3, except from lupin, were shown to bind LCOs with high affinity, but not structurally-related chitooligosaccharides (COs). Domain swaps between the lupin and Medicago proteins were used as a tool to decipher the molecular basis of LCO recognition and revealed the importance of the third LysM domain for LCO binding. The possibility of exploiting the LCO-binding capacity of LYR3 in biotechnology, through the composition of chimeric receptors, was investigated by combining together the extracellular domain of LYR3 protein with the kinases of Arabidopsis thaliana immune receptors, AtCERK1 and EFR. The results suggest that LYR3 could be used for constructing biologically active chimeric proteins whose mode of activation needs to be improved. Finally studies on the two LysM symbiotic receptors NFP and LYK3 suggest that they are regulated by changes in their phosphorylation after symbiotic treatments. Together this work brings light on the mechanisms underlying LCO perception and the modifications that receptors undergo after their treatment with LCO.