Chez les diatomées du genre Pseudo-nitzschia, certaines espèces produisent une neurotoxine, l’acide domoïque responsable chez l’homme d’intoxications amnésiantes suite à la consommation de mollusques contaminés. En Baie de Seine, la variabilité interannuelle de ces efflorescences toxiques, qui provoquent certaines années des fermetures de zones de pêche à la coquille Saint-Jacques, est liée à des changements de diversité spécifique au sein des communautés de Pseudo-nitzschia. Cette thèse avait pour objectif de caractériser la diversité écophysiologique au sein du genre Pseudo-nitzschia afin de mieux comprendre les facteurs qui influencent les différences de toxicité et de phénologies des efflorescences des principales espèces de Pseudo-nitzschia de Baie de Seine. Différents paramètres physiologiques, tels que la croissance, la production d’acide domoïque, les quotas élémentaires, les paramètres photosynthétiques, ainsi que les paramètres de cinétiques d’absorption du nitrate, du silicate et du phosphate, ont été étudiés chez quatre espèces : P. australis, P. pungens, P. fraudulenta et P. delicatissima. De plus, la variabilité intraspécifique a été évalué en étudiant de nombreuses souches par espèce et en estimant l’influence des variations de la taille cellulaire liées au cycle de vie de Pseudo-nitzschia sur les paramètres physiologiques. Les résultats montrent une importante diversité intraspécifique de la physiologie des quatre espèces, en partie liée à la taille cellulaire et parfois au cycle de vie. La connaissance de cette diversité intraspécifique a permis de caractériser différents traits physiologiques pour chaque espèce. Les résultats apportent des éléments de compréhension sur les conditions physiologiques favorables à la production d’acide domoïque et le rôle des éléments nutritifs dans le déterminisme des efflorescences des espèces de Pseudo-nitzschia. / In the diatom Pseudo-nitzschia, some species produce a neurotoxin called domoic acid responsible for amnesic shellfish poisoning in humans following the consumption of contaminated molluscs. In the Bay of Seine (English Channel), the variability of bloom toxicity is linked to differences in the Pseudo-nitzschia species diversity. The aim of this thesis was to characterize the ecophysiological diversity within the genus Pseudo-nitzschia in order to better understand the physiological parameters influencing differences in toxicity and bloom phenology among the main Pseudo-nitzschia species of the Bay of Seine. Growth, domoic acid production, elemental intracellular quotas, photosynthetic parameters and kinetic parameters for nitrate, phosphate, and silicic acid uptake were studied in four Pseudo-nitzschia species: P. australis, P. pungens, P. fraudulenta et P. delicatissima. The intraspecific variability was characterized with a multi-strain approach and also considering the effect of cell size on the studied physiological parameters. The results highlight the importance of the intraspecific variability in the physiology of the four species, in part due to cell size reduction linked to Pseudo-nitzschia life cycle. Delineate the intraspecific diversity allowed to characterize different physiological traits for each species. This work brings new information on the physiological conditions favorable to domoic acid production and on the role of nutrients in controlling Pseudo-nitzschia species diversity during blooms.

Des 85 000 hectares de terres agricoles à l'île Maurice, prés de 85% est occupé par la canne à sucre, le reste étant composé de maraîchage et des cultures fruitières. Pour assurer sa pérennité et sa viabilité économique à long terme, l'industrie cannière s'appuie dans son programme de réforme sur une revalorisation de ses sous produits en développant une industrie d'éthanol à partir de la mélasse et en utilisant plus efficacement la bagasse durant la période de récolte pour produire l'électricité. Cependant ces deux filières génèrent beaucoup de déchets (400 000 T/an de vinasse durant la distillation d'éthanol, et 40 000 T/an de la cendre de charbon/bagasse durant la production d'énergie électrique), qu'il faudrait valoriser et gérer avec le moins d'effet néfaste possible sur l'environnement. Parmi les moyens disponibles pour la gestion de ces déchets, le recyclage agricole semble être le plus attrayant du point de vue agronomique et également sous l'aspect de protection de l'environnement. Dans ce contexte pour valider cette pratique de recyclage agricole à l'Île Maurice, une étude a été entreprise pour connaître les effets de l'épandage de fortes doses de vinasse et des cendres de bagasse/charbon sur les sols, la culture de la canne à sucre et sur la qualité des ressources en eau. L'analyse de la vinasse et de la cendre de charbon et de bagasse échantillonnées à intervalle régulier de trois mois entre 2005 et 2008 a montré que leur composition chimique est très variable. Néanmoins la caractérisation de la vinasse a confirmé qu'avec sa teneur en K (moyenne de 9.37 g/L), elle est utile principalement comme engrais potassique quoiqu'à un taux de 100 m3/ha son apport en termes d'azote (moyenne de 122 kg N/ha) et en matière organique (8-15% de matière sèche) sera aussi appréciable. Des métaux lourds (Cu, Zn, Ni, Mn, Pb) étaient également présents dans la vinasse mais leurs concentrations étaient négligeables et ne dépassaient souvent pas la limite de détection du spectrophotomètre d'absorption atomique utilisé pour la mesure (5 mg/kg pour le Cu, Zn, Ni, Pb, 10 mg/Kg pour le Mn) A l'opposé de la vinasse qui est acide (pH de 4.5 en moyenne), la cendre de bagasse ou de charbon possède un pH alcalin variant entre 7.5 à 11.5, et peut de ce fait, être utilisée comme amendement pour corriger l'acidité dans les sols. Appliquée à un taux de 100 T/ha, la cendre de charbon représenterait une source importante de potassium (moyenne de 139 kg K/ha) et surtout de phosphore (moyenne de 298 kg P/ha) à la canne à sucre. Contenant très peu de métaux lourds (Cu, Zn, Ni, Mn, Pb et Hg) et en général pas de micropolluants organiques, la cendre de charbon ne risque pas d'accentuer la présence de ces polluants organiques ou inorganiques dans le sol, dans la canne à sucre ou dans la nappe phréatique. Les études au laboratoire ont par contre démontré que la cendre de bagasse/charbon était capable de fortement immobiliser par adsorption, les herbicides atrazine et hexazinone avec des valeurs de Km (coefficients de sorption) de 0.13 pour atrazine et 0.32 pour hexazinone, rendant minime le risque de transfert de ces herbicides vers la nappe souterraine. Les analyses de sol ont confirmé que l'apport de la vinasse baissait le pH (de 5.9 à 5.4 en moyenne), mais cette baisse n'était que temporaire et pas assez significative pour affecter la croissance de la canne. Le pH du sol retournait à sa valeur initiale peu de temps après l'épandage de 100 m3/ha de la vinasse. La cendre de charbon avait eu un effet inverse en augmentant le pH du sol quoique cette hausse ne fût également pas significative pour la culture de la canne. Epandues à 100 m3/ha et à 100 T/ha la vinasse et la cendre de charbon, respectivement, avaient tendance à hausser la salinité du sol qui restait toutefois bien en dessous du seuil de 1700 RS/cm acceptable pour la culture de la canne à sucre. Si la vinasse à 100 m3/ha augmentait le carbone organique dans certains sols, tel ne fut cependant pas le cas pour la cendre de charbon à 100 T/ha. La vinasse comme la cendre de charbon avait un effet positif sur le niveau de calcium et de magnésium échangeables dans le sol. Ainsi à 100 T/ha la cendre de charbon augmentait dans le sol de Pamplemousses le Ca échangeable de 3.40 à 6.61 cmol+/kg après 12 mois, tandis que durant cette même période la vinasse à 100 m3/ha, et malgré sa forte teneur en potassium, portait le Ca échangeable de 1.66 à 1.83 cmol+/kg dans le sol de Union Park. Les essais aux champs établis dans quatre localités avec des doses croissantes de vinasse (25, 50 et 100 m3/ha) ont montré que le rendement de la canne à sucre que ce soit sous forme de canne ou de sucre n'était pas affecté de façon négative par ce déchet. Au contraire les résultats obtenus durant les trois années d'étude, qui ont permis de récolter une canne vierge et deux repousses, ont démontré que la vinasse avait donné un meilleur rendement en canne (moyenne de 84.9 T/ha annuellement pour les quatre sites) que le traitement recevant NPK uniquement sous forme d'engrais minéraux (moyenne de 77.3 T/ha annuellement pour les quatre sites). Puisque tous les traitements avaient reçu le même taux d'azote et de phosphate, ce rendement plus élevé de la vinasse était A part une meilleure nutrition potassique, probablement dû à une amélioration de la qualité du sol grâce aux matières organiques apportées par la vinasse. D'autre part, la cendre de charbon à 100 T/ha était définitivement néfaste à la canne à sucre comme indiqué par le rendement en canne plus faible (moyenne de 67.5 T/ha annuellement pour les quatre sites). A 50 T/ha, l'effet de la cendre de charbon sur le rendement dépendait du type de sol, étant plus affecté dans les sols lessivés comme à Belle Rive que dans les sols moins lessivés de la zone sous humide comme à Pamplemousses. En raison de leur faible teneur en métaux lourds, la vinasse aussi bien que la cendre de charbon n'ont pas d'effet sur la concentration des métaux lourds présents dans la canne à sucre. Pour connaître l'effet de l'épandage de 100 m3/ha de vinasse et de 100 T/ha de cendre de bagasse sur la qualité des eaux souterraines, l'eau percolant après chaque grosse pluie à un mètre de profondeur sous des lysimètres établis sur deux sites avec une pluviométrie différente (1500 mm/an à Réduit et plus de 3500 mm/an à Belle Rive) avait été recueillie et analysée durant la période 2005 à 2008. Les résultats ont montré que la vinasse à 100 m3/ha n'accentuait pas les pertes d'azote sous forme de nitrate. Les métaux lourds les plus mobiles en l'occurrence le cuivre, le zinc et le nickel ont également été retrouvés dans les percolâts mais leurs teneurs restaient bien en dessous des seuils recommandés pour l'eau potable préconisé par l'Organisation Mondiale de la Santé , c'est-à-dire, 1mg Cu/L, 5mg Zn/L et 0.02 mg Ni/L. Les résultats de quenching de fluorescence de la matière organique dissoute de la vinasse et de ses fractions (issues de la dialyse) avec le cuivre ont confirmé une bonne complexation entre cette matière organique dissoute et le cuivre. La cendre de bagasse n'avait pas engendré une présence plus prononcée des métaux lourds et des micropolluants organiques dans les eaux drainant à un mètre de profondeur des lysimètres. La seule différence remarquée entre la vinasse et la cendre de bagasse, était une capacité accrue de cette dernière à mobiliser le nitrate dans le sol. Ainsi suite à l'apport de 100 T/ha de cendre de bagasse, la concentration du nitrate dans les percolâts avait durant la période de novembre 2005 à février 2008 dépassé en de nombreuses occasions à Belle Rive et Réduit respectivement, le seuil de 10 mg N-NO3- /L recommandé pour l'eau potable par l'Organisation Mondiale de la Santé. En conclusion, cette étude a donné des résultats forts intéressants et valables qui indiquent que si l'épandage des fortes doses de vinasse peut être accepté, celle de la cendre de charbon est à éviter puisqu'elle n'est pas sans conséquence nuisible pour les sols ou les cultures et même les eaux souterraines. En effet, les fortes doses de cendre de charbon dans les champs de canne à l'île Maurice, conduiraient à une baisse de production et à une pollution plus accentuée de la nappe souterraine par le nitrate

La qualité globale des eaux continentales (lacs et réservoirs) continue à se détériorer dans de nombreuses régions du Mexique. Le réservoir Cointzio, situé dans la partie sud du Plateau Central Mexicain, sur la ceinture "Trans-Mexicain Volcanique Belt " (TMVB), ne fait pas exception. Ce réservoir tropical turbide est un système monomictique chaud (surface = 6 km2, capacité = 66 Mm3, temps de séjour ~ 1 an). Il est stratégique pour l'approvisionnement en eau potable de la ville de Morelia, capitale de l'état du Michoacán, et pour l'irrigation en aval pendant la saison sèche. Le réservoir est menacé par l'accumulation des sédiments et des nutriments provenant d'eaux non traitées dans le bassin versant amont. La haute teneur en particules d'argile très fines et le manque d'installations de traitement de l'eau conduisent à de graves épisodes d'eutrophisation (jusqu'à 70 µg chl. a L-1) ainsi qu'à des périodes saisonnières de forte turbidité (profondeur de Secchi < 30 cm) et d'anoxie (de Mai à Octobre). Sur la base de mesures intensives de terrain réalisées en 2009 (échantillonnage dans le bassin versant, sédiments déposés, profils verticaux de l'eau, bilan entrées et sorties) nous avons présenté une étude intégrée du fonctionnement hydrodynamique et biogéochimique du réservoir Cointzio. Les profils verticaux de température (T), de concentration en sédiment en suspension (TSS), d'oxygène dissous (DO), de chlorophylle a, de carbone et de nutriments ont été utilisés pour évaluer les cycles internes au réservoir. Pour compléter l'analyse des données de terrain, nous avons examiné la capacité de différents modèles numériques 1DV (Aquasim modèle biogéochimique couplé avec le modèle de mélange k-ε) à (i) reproduire les principaux cycles biogéochimiques dans le réservoir Cointzio et (ii) préciser les scénarios de réduction des éléments nutritifs (P and N) pour limiter l'eutrophisation dans les prochaines décennies. Le modèle k-ε s'est avéré le plus robuste pour reproduire les conditions hydrodynamiques, en particulier la stratification modérée liée à la très grande turbidité et au régime soutenu de vent thermique. Le modèle Aquasim s'est avéré pertinent pour reproduire les principaux cycles de l'oxygène dissous DO, des nutriments et de la chlorophylle a au cours de l'année 2009. Les différentes simulations ont souligné l'impact négatif à long terme du réchauffement climatique. A la fin du siècle (2090), une augmentation de la température de l'air atteignant 4.4° C a été prédite à partir de modèles de circulation mondiale. Couplé avec une année hydrologique sèche, une telle situation pourrait conduire à des conditions anoxiques sévères et à des blooms importants de chlorophylle a (jusqu'à de 94 µg L-1). Diverses simulations ont montré que la réduction drastique de l'apport de nutriments (à 90%) serait nécessaire pour réduire de façon significative les teneurs en chlorophylle a. Si de telles mesures d'atténuation sont adoptées, le pic maximal de chlorophylle a se stabiliserait à 40 µg L-1, au lieu de 94 mg L-1, après une période de cinq ans d'efforts. À notre connaissance, cette étude fournit la première application numérique de modèles k-ε et AQUASIM pour simuler les niveaux d'eutrophisation élevés dans un réservoir tropical très turbide.

La qualité globale des eaux continentales (lacs et réservoirs) continue à se détériorer dans de nombreuses régions du Mexique. Le réservoir Cointzio, situé dans la partie sud du Plateau Central Mexicain, sur la ceinture “Trans-Mexicain Volcanique Belt » (TMVB), ne fait pas exception. Ce réservoir tropical turbide est un système monomictique chaud (surface = 6 km2, capacité = 66 Mm3, temps de séjour ~ 1 an). Il est stratégique pour l'approvisionnement en eau potable de la ville de Morelia, capitale de l'état du Michoacán, et pour l'irrigation en aval pendant la saison sèche. Le réservoir est menacé par l'accumulation des sédiments et des nutriments provenant d'eaux non traitées dans le bassin versant amont. La haute teneur en particules d'argile très fines et le manque d'installations de traitement de l'eau conduisent à de graves épisodes d'eutrophisation (jusqu'à 70 µg chl. a L-1) ainsi qu'à des périodes saisonnières de forte turbidité (profondeur de Secchi < 30 cm) et d'anoxie (de Mai à Octobre). Sur la base de mesures intensives de terrain réalisées en 2009 (échantillonnage dans le bassin versant, sédiments déposés, profils verticaux de l'eau, bilan entrées et sorties) nous avons présenté une étude intégrée du fonctionnement hydrodynamique et biogéochimique du réservoir Cointzio. Les profils verticaux de température (T), de concentration en sédiment en suspension (TSS), d'oxygène dissous (DO), de chlorophylle a, de carbone et de nutriments ont été utilisés pour évaluer les cycles internes au réservoir. Pour compléter l'analyse des données de terrain, nous avons examiné la capacité de différents modèles numériques 1DV (Aquasim modèle biogéochimique couplé avec le modèle de mélange k-ε) à (i) reproduire les principaux cycles biogéochimiques dans le réservoir Cointzio et (ii) préciser les scénarios de réduction des éléments nutritifs (P and N) pour limiter l'eutrophisation dans les prochaines décennies. Le modèle k-ε s'est avéré le plus robuste pour reproduire les conditions hydrodynamiques, en particulier la stratification modérée liée à la très grande turbidité et au régime soutenu de vent thermique. Le modèle Aquasim s'est avéré pertinent pour reproduire les principaux cycles de l'oxygène dissous DO, des nutriments et de la chlorophylle a au cours de l'année 2009. Les différentes simulations ont souligné l'impact négatif à long terme du réchauffement climatique. A la fin du siècle (2090), une augmentation de la température de l'air atteignant 4.4° C a été prédite à partir de modèles de circulation mondiale. Couplé avec une année hydrologique sèche, une telle situation pourrait conduire à des conditions anoxiques sévères et à des blooms importants de chlorophylle a (jusqu'à de 94 µg L-1). Diverses simulations ont montré que la réduction drastique de l'apport de nutriments (à 90%) serait nécessaire pour réduire de façon significative les teneurs en chlorophylle a. Si de telles mesures d'atténuation sont adoptées, le pic maximal de chlorophylle a se stabiliserait à 40 µg L-1, au lieu de 94 mg L-1, après une période de cinq ans d'efforts. À notre connaissance, cette étude fournit la première application numérique de modèles k-ε et AQUASIM pour simuler les niveaux d'eutrophisation élevés dans un réservoir tropical très turbide. / La qualité globale des eaux continentales (lacs et réservoirs) continue à se détériorer dans de nombreuses régions du Mexique. Le réservoir Cointzio, situé dans la partie sud du Plateau Central Mexicain, sur la ceinture “Trans-Mexicain Volcanique Belt » (TMVB), ne fait pas exception. Ce réservoir tropical turbide est un système monomictique chaud (surface = 6 km2, capacité = 66 Mm3, temps de séjour ~ 1 an). Il est stratégique pour l'approvisionnement en eau potable de la ville de Morelia, capitale de l'état du Michoacán, et pour l'irrigation en aval pendant la saison sèche. Le réservoir est menacé par l'accumulation des sédiments et des nutriments provenant d'eaux non traitées dans le bassin versant amont. La haute teneur en particules d'argile très fines et le manque d'installations de traitement de l'eau conduisent à de graves épisodes d'eutrophisation (jusqu'à 70 µg chl. a L-1) ainsi qu'à des périodes saisonnières de forte turbidité (profondeur de Secchi < 30 cm) et d'anoxie (de Mai à Octobre). Sur la base de mesures intensives de terrain réalisées en 2009 (échantillonnage dans le bassin versant, sédiments déposés, profils verticaux de l'eau, bilan entrées et sorties) nous avons présenté une étude intégrée du fonctionnement hydrodynamique et biogéochimique du réservoir Cointzio. Les profils verticaux de température (T), de concentration en sédiment en suspension (TSS), d'oxygène dissous (DO), de chlorophylle a, de carbone et de nutriments ont été utilisés pour évaluer les cycles internes au réservoir. Pour compléter l'analyse des données de terrain, nous avons examiné la capacité de différents modèles numériques 1DV (Aquasim modèle biogéochimique couplé avec le modèle de mélange k-ε) à (i) reproduire les principaux cycles biogéochimiques dans le réservoir Cointzio et (ii) préciser les scénarios de réduction des éléments nutritifs (P and N) pour limiter l'eutrophisation dans les prochaines décennies. Le modèle k-ε s'est avéré le plus robuste pour reproduire les conditions hydrodynamiques, en particulier la stratification modérée liée à la très grande turbidité et au régime soutenu de vent thermique. Le modèle Aquasim s'est avéré pertinent pour reproduire les principaux cycles de l'oxygène dissous DO, des nutriments et de la chlorophylle a au cours de l'année 2009. Les différentes simulations ont souligné l'impact négatif à long terme du réchauffement climatique. A la fin du siècle (2090), une augmentation de la température de l'air atteignant 4.4° C a été prédite à partir de modèles de circulation mondiale. Couplé avec une année hydrologique sèche, une telle situation pourrait conduire à des conditions anoxiques sévères et à des blooms importants de chlorophylle a (jusqu'à de 94 µg L-1). Diverses simulations ont montré que la réduction drastique de l'apport de nutriments (à 90%) serait nécessaire pour réduire de façon significative les teneurs en chlorophylle a. Si de telles mesures d'atténuation sont adoptées, le pic maximal de chlorophylle a se stabiliserait à 40 µg L-1, au lieu de 94 mg L-1, après une période de cinq ans d'efforts. À notre connaissance, cette étude fournit la première application numérique de modèles k-ε et AQUASIM pour simuler les niveaux d'eutrophisation élevés dans un réservoir tropical très turbide.

La micropropagation est une technique efficace pour multiplier rapidement in vitro plusieurs espèces de végétaux. Cependant, les conditions de culture in vitro sont très différentes des conditions naturelles ce qui entraîne, lors du transfert ex vitro, la mortalité de plusieurs plantules. On sait que les conditions de culture in vitro et le saccharose exogène ont un effet majeur sur la photosynthèse et le succès lors de l'acclimatation. Dans cette thèse, nous avons étudié la réponse métabolique des plantules de tomate (Solanum lycopersicum) aux conditions de culture in vitro et à la présence de saccharose dans le milieu de culture. Dans un premier temps, nous avons observé que l'environnement in vitro, comparativement aux conditions ex vitro, entraîne la surexpression de gènes impliqués dans la photosynthèse et l'assimilation de l'azote, la sousexpression des gènes liés à la force des puits et l'induction d'une réponse de stress chez les plantules de tomates. Dans un deuxième temps, nous avons observé que le retrait du saccharose lors du transfert ex vitro stimule à court terme la biosynthèse de l'éthylène et initie une cascade signalétique causant une modification des propriétés de la paroi et une stimulation des gènes de défense. Dans un dernier temps, l'étude de l'impact à long terme du saccharose exogène sur le proteome des plantules à montrer un rôle central de ce facteur dans la régulation de la prolifération cellulaire, la photosynthèse et le mécanisme de défense contre les espèces réactives de l'oxygène. Globalement, la perturbation du métabolisme des espèces réactives de l'oxygène (ROS), de la paroi cellulaire, du système de défense, et du développement et de la division des cellules sont des réponses prédominantes chez les plantules en culture in vitro et lors de l'acclimatation. Ces données ont permis de mieux expliquer le phénotype des plantules in vitro et leur impact sur l'acclimatation devra inévitablement être mesuré dans le futur.

Les plants d'épinette blanche (Picea glauca (Moench) Voss) de fortes dimensions cultivés au Québec présentent fréquemment un développement racinaire insuffi₁sant (taux de rejet -14 %). Deux dispositifs expérimentaux ont été installés en pépinière pour évaluer l'effet des propriétés physico-chimiques de douze différents substrats sur le développement, la nutrition minérale et la capacité photosynthétique des plants. Les meilleures croissances des racines et des parties aériennes ont été observées chez les substrats dont le coefficient de diffusivité relative des gaz variait entre 0,005 et 0,015 [formule, voir le PDF] et dont la masse volumique apparente sèche se situait entre 0,10 et 0,11 g/cm3 . De plus, des relations significatives ont été observées entre la croissance et le pH, la capacité d'échange cationique et la concentration en magnésium, laquelle fut plus élevée dans les substrats qui contenaient de la vermiculite. Les propriétés du substrat ont également eu un effet significatif sur la masse des nouvelles racines produites lors du test de capacité de croissance des racines réalisé en conditions contrôlées.

Pour une culture biologique de tomate de serre, l'enrichissement en oxygène de la solution nutritive, associé à l'utilisation d'agents bénéfiques a eu un effet positif sur le rendement en fruits de classe 1 de la tomate. Les rendements en fruits totaux et vendables les plus importants ont été obtenus chez les plantes inoculées avec Trichoderma harzianum (Rootshield®) et recevant une solution nutritive enrichie en oxygène. Les fruits de ces plantes présentaient également moins de désordres physiologiques en termes de microfendillement et de pourriture apicale. Cependant, la combinaison de l'enrichissement en oxygène de la solution nutritive et des agents bénéfiques n'a eu aucun effet significatif (P<0,05) sur les paramètres de croissance des plantes par rapport aux traitements témoins. Aucun effet marqué de l'oxygène et des agents bénéfiques n'a été observé, non plus, sur l'infection par Pythium ultimun dont la présence, en revanche, a été notée chez tous les traitements.

Cette étude avait pour objectifs principaux d'étudier le fonctionnement minéral d'une plantation d'eucalyptus et d'évaluer les effets du reboisement sur un sol de savane du littoral congolais. Une amélioration des systèmes de culture était également recherchée, afin d'assurer une production soutenue et durable de bois d'eucalyptus dans ces sols. <br />Les cycles biogéochimiques ont été étudiés dans une plantation clonale d'eucalyptus âgée de 6 à 9 ans (fin de la rotation) et dans une savane représentative de l'écosystème originel. Les stocks d'éléments biodisponibles dans les sols des 2 écosystèmes ont été quantifiés et les principaux flux d'éléments minéraux sous forme dissoute ont été mesurés pendant 3 années : apports atmosphériques, pluviolessivats, écoulements de troncs, ruissellements superficiels, transferts sous la litière et à la base des différents horizons pédologiques (jusqu'à 6 m de profondeur). Lors du brûlis de la savane, les restitutions au sol sous forme de cendres ainsi que les transferts dans l'atmosphère ont été quantifiés. La localisation spatiale des racines a également été étudiée dans la plantation ainsi que la dynamique d'incorporation des éléments dans la savane entre 2 brûlis annuels. L'étude de chronoséquences de peuplements couvrant l'ensemble de la rotation de futaie a permis d'aborder les dynamiques (i) d'incorporation d'éléments minéraux dans la biomasse, (ii) de retours au sol avec les litières, ainsi que (iii) de transferts internes dans les arbres. <br />Les résultats montrent que les cycles biogéochimiques dans l'écosystème de savane ont été profondément modifiés par la plantation d'eucalyptus. Le cycle de l'azote a été le plus affecté en raison de l'arrêt des brûlis et de la fixation symbiotique, qui représentent des flux importants en savane. Ce clone d'eucalyptus s'est révélé très bien adapté malgré la pauvreté des sols, en raison en particulier d'un recyclage intense d'éléments nutritifs. Les transferts internes de N, P, K dans la biomasse et les restitutions importantes de N, Ca et Mg avec les litières permettent de limiter la dépendance des arbres vis à vis des réserves du sol en fin de rotation. Les bilans entrées-sorties indiquent néanmoins que les fortes productions de biomasse des eucalyptus ont lieu aux dépens du capital d'azote hérité de la savane et qu'une augmentation importante des apports par fertilisation sera indispensable pour maintenir la production. Des recommandations sylvicoles ont été proposées afin de limiter au maximum les exportations minérales et orienter les futures expérimentations.

L'étude des Particules Exopolymériques Transparentes (TEP) fait l'objet d'une attention grandissante depuis les dix dernières années. Leur source principale est l'exsudation de polysaccharides par le phytoplancton et les bactéries. Ces particules formées de façon abiotique, principalement via la coagulation de matière organique colloïdale, sont fortement impliquées dans les processus biogéochimiques des milieux aquatiques. Nous avons comparé deux techniques de mise en évidence des TEP (« Filter-Transfer-Freeze », et méthode des lames blanches dépolies) et évalué leurs limites et avantages afin d'établir un protocole le plus efficace possible. Dans la suite de ce travail, nous privilégierons la méthode des lames blanches dépolies qui offre de meilleurs résultats en termes de précision et de reproductibilité. Une étude des variations saisonnières des TEP en Méditerranée Nord-Occidentale de février 1999 à février 2000 a été effectuée, en deux sites, l'un côtier, l'autre océanique (programme DYFAMED-JGOFS). Les TEP sont présentes en forte abondance durant la totalité de l'année (de 2x104 à 2x105 TEP ml-1) en zone euphotique. Leur dynamique reflète davantage le statut trophique de l'écosystème plutôt que des différences régionales. Globalement, on observe une augmentation du pool de TEP après la floraison printanière et une persistance de ce pool durant la période estivale. Cette étude in situ a révélé également l'importance de ce pool de matière en tant que réservoir de carbone organique (de 0,6 à 20,5 µmol C l-1 ; jusqu'à 15% du carbone organique total). De plus, ces particules possèdent un rapport molaire C/N largement supérieur au rapport de Redfield (C/N = 21 en moyenne). La formation des TEP serait une voie majeure de transfert du carbone lors de la surconsommation de carbone inorganique dissous (CID) par le phytoplancton en période oligotrophe. Les TEP représentent donc une composante importante dans le cycle du carbone en séquestrant le carbone organique sous forme particulaire. L'effet des conditions trophiques, associées à différentes intensités de turbulence sur la dynamique des TEP a fait l'objet d'un suivi en milieu contrôlé, dans le cadre du projet européen NTAP (Nutrient dynamics mediated through Turbulence And Plankton interactions). Une forte turbulence (1x10-4 cm2 s-3) induit la persistance de ce pool en surface entraînant l'agrégation des particules. Elle favorise également la colonisation bactérienne des TEP. L'hydrodynamisme de l'écosystème influencera donc la formation des TEP ainsi que le devenir de ce pool de matière (accumulation et/ou sédimentation). L'utilisation de la microscopie électronique à transmission couplée à une micro-analyse aux rayons X a permis de déterminer la composition élémentaire (C, N, P, Mg, Ca, Fe, Mn) des TEP en fonction des conditions trophiques du milieu. Les résultats confirment l'importance de ces particules en termes de carbone et leur rôle dans la surconsommation de CID lorsque le milieu est déficient en azote. De plus, les TEP adsorbent du fer et du manganèse (jusqu'à 1,7 nM Mn et 18,7 nM Fe dans un fjord Norvégien) laissant présumer de leur rôle dans le cycle biogéochimique des éléments-traces.

Des 85 000 hectares de terres agricoles à l’île Maurice, prés de 85% est occupé par la canne à sucre, le reste étant composé de maraîchage et des cultures fruitières. Pour assurer sa pérennité et sa viabilité économique à long terme, l’industrie cannière s’appuie dans son programme de réforme sur une revalorisation de ses sous produits en développant une industrie d’éthanol à partir de la mélasse et en utilisant plus efficacement la bagasse durant la période de récolte pour produire l’électricité. Cependant ces deux filières génèrent beaucoup de déchets (400 000 T/an de vinasse durant la distillation d’éthanol, et 40 000 T/an de la cendre de charbon/bagasse durant la production d’énergie électrique), qu’il faudrait valoriser et gérer avec le moins d’effet néfaste possible sur l’environnement. Parmi les moyens disponibles pour la gestion de ces déchets, le recyclage agricole semble être le plus attrayant du point de vue agronomique et également sous l’aspect de protection de l’environnement. Dans ce contexte pour valider cette pratique de recyclage agricole à l’Île Maurice, une étude a été entreprise pour connaître les effets de l’épandage de fortes doses de vinasse et des cendres de bagasse/charbon sur les sols, la culture de la canne à sucre et sur la qualité des ressources en eau. L’analyse de la vinasse et de la cendre de charbon et de bagasse échantillonnées à intervalle régulier de trois mois entre 2005 et 2008 a montré que leur composition chimique est très variable. Néanmoins la caractérisation de la vinasse a confirmé qu’avec sa teneur en K (moyenne de 9.37 g/L), elle est utile principalement comme engrais potassique quoiqu’à un taux de 100 m3/ha son apport en termes d’azote (moyenne de 122 kg N/ha) et en matière organique (8-15% de matière sèche) sera aussi appréciable. Des métaux lourds (Cu, Zn, Ni, Mn, Pb) étaient également présents dans la vinasse mais leurs concentrations étaient négligeables et ne dépassaient souvent pas la limite de détection du spectrophotomètre d’absorption atomique utilisé pour la mesure (5 mg/kg pour le Cu, Zn, Ni, Pb, 10 mg/Kg pour le Mn) A l’opposé de la vinasse qui est acide (pH de 4.5 en moyenne), la cendre de bagasse ou de charbon possède un pH alcalin variant entre 7.5 à 11.5, et peut de ce fait, être utilisée comme amendement pour corriger l’acidité dans les sols. Appliquée à un taux de 100 T/ha, la cendre de charbon représenterait une source importante de potassium (moyenne de 139 kg K/ha) et surtout de phosphore (moyenne de 298 kg P/ha) à la canne à sucre. Contenant très peu de métaux lourds (Cu, Zn, Ni, Mn, Pb et Hg) et en général pas de micropolluants organiques, la cendre de charbon ne risque pas d’accentuer la présence de ces polluants organiques ou inorganiques dans le sol, dans la canne à sucre ou dans la nappe phréatique. Les études au laboratoire ont par contre démontré que la cendre de bagasse/charbon était capable de fortement immobiliser par adsorption, les herbicides atrazine et hexazinone avec des valeurs de Km (coefficients de sorption) de 0.13 pour atrazine et 0.32 pour hexazinone, rendant minime le risque de transfert de ces herbicides vers la nappe souterraine. Les analyses de sol ont confirmé que l’apport de la vinasse baissait le pH (de 5.9 à 5.4 en moyenne), mais cette baisse n’était que temporaire et pas assez significative pour affecter la croissance de la canne. Le pH du sol retournait à sa valeur initiale peu de temps après l’épandage de 100 m3/ha de la vinasse. La cendre de charbon avait eu un effet inverse en augmentant le pH du sol quoique cette hausse ne fût également pas significative pour la culture de la canne. Epandues à 100 m3/ha et à 100 T/ha la vinasse et la cendre de charbon, respectivement, avaient tendance à hausser la salinité du sol qui restait toutefois bien en dessous du seuil de 1700 RS/cm acceptable pour la culture de la canne à sucre. Si la vinasse à 100 m3/ha augmentait le carbone organique dans certains sols, tel ne fut cependant pas le cas pour la cendre de charbon à 100 T/ha. La vinasse comme la cendre de charbon avait un effet positif sur le niveau de calcium et de magnésium échangeables dans le sol. Ainsi à 100 T/ha la cendre de charbon augmentait dans le sol de Pamplemousses le Ca échangeable de 3.40 à 6.61 cmol+/kg après 12 mois, tandis que durant cette même période la vinasse à 100 m3/ha, et malgré sa forte teneur en potassium, portait le Ca échangeable de 1.66 à 1.83 cmol+/kg dans le sol de Union Park. Les essais aux champs établis dans quatre localités avec des doses croissantes de vinasse (25, 50 et 100 m3/ha) ont montré que le rendement de la canne à sucre que ce soit sous forme de canne ou de sucre n’était pas affecté de façon négative par ce déchet. Au contraire les résultats obtenus durant les trois années d’étude, qui ont permis de récolter une canne vierge et deux repousses, ont démontré que la vinasse avait donné un meilleur rendement en canne (moyenne de 84.9 T/ha annuellement pour les quatre sites) que le traitement recevant NPK uniquement sous forme d’engrais minéraux (moyenne de 77.3 T/ha annuellement pour les quatre sites). Puisque tous les traitements avaient reçu le même taux d’azote et de phosphate, ce rendement plus élevé de la vinasse était A part une meilleure nutrition potassique, probablement dû à une amélioration de la qualité du sol grâce aux matières organiques apportées par la vinasse. D’autre part, la cendre de charbon à 100 T/ha était définitivement néfaste à la canne à sucre comme indiqué par le rendement en canne plus faible (moyenne de 67.5 T/ha annuellement pour les quatre sites). A 50 T/ha, l’effet de la cendre de charbon sur le rendement dépendait du type de sol, étant plus affecté dans les sols lessivés comme à Belle Rive que dans les sols moins lessivés de la zone sous humide comme à Pamplemousses. En raison de leur faible teneur en métaux lourds, la vinasse aussi bien que la cendre de charbon n’ont pas d’effet sur la concentration des métaux lourds présents dans la canne à sucre. Pour connaître l’effet de l’épandage de 100 m3/ha de vinasse et de 100 T/ha de cendre de bagasse sur la qualité des eaux souterraines, l’eau percolant après chaque grosse pluie à un mètre de profondeur sous des lysimètres établis sur deux sites avec une pluviométrie différente (1500 mm/an à Réduit et plus de 3500 mm/an à Belle Rive) avait été recueillie et analysée durant la période 2005 à 2008. Les résultats ont montré que la vinasse à 100 m3/ha n’accentuait pas les pertes d’azote sous forme de nitrate. Les métaux lourds les plus mobiles en l’occurrence le cuivre, le zinc et le nickel ont également été retrouvés dans les percolâts mais leurs teneurs restaient bien en dessous des seuils recommandés pour l’eau potable préconisé par l’Organisation Mondiale de la Santé , c'est-à-dire, 1mg Cu/L, 5mg Zn/L et 0.02 mg Ni/L. Les résultats de quenching de fluorescence de la matière organique dissoute de la vinasse et de ses fractions (issues de la dialyse) avec le cuivre ont confirmé une bonne complexation entre cette matière organique dissoute et le cuivre. La cendre de bagasse n’avait pas engendré une présence plus prononcée des métaux lourds et des micropolluants organiques dans les eaux drainant à un mètre de profondeur des lysimètres. La seule différence remarquée entre la vinasse et la cendre de bagasse, était une capacité accrue de cette dernière à mobiliser le nitrate dans le sol. Ainsi suite à l’apport de 100 T/ha de cendre de bagasse, la concentration du nitrate dans les percolâts avait durant la période de novembre 2005 à février 2008 dépassé en de nombreuses occasions à Belle Rive et Réduit respectivement, le seuil de 10 mg N-NO3- /L recommandé pour l’eau potable par l’Organisation Mondiale de la Santé. En conclusion, cette étude a donné des résultats forts intéressants et valables qui indiquent que si l’épandage des fortes doses de vinasse peut être accepté, celle de la cendre de charbon est à éviter puisqu’elle n’est pas sans conséquence nuisible pour les sols ou les cultures et même les eaux souterraines. En effet, les fortes doses de cendre de charbon dans les champs de canne à l’île Maurice, conduiraient à une baisse de production et à une pollution plus accentuée de la nappe souterraine par le nitrate / Of the 85 000 hectares of arable land in Mauritius, sugar cane occupies some 85% of that area, the remainder is made up mostly of vegetables and fruit trees. To ensure its economic viability and long term sustanainability, the sugar cane industry through a reform program is striving to add value to its by-products by producing ethanol from molasses and by optimizing energy production from bagasse during the harvest season. However these two avenues generate considerable wastes (400 000 T/yr of vinasse during ethanol distillation and 40 000 T/yr of coal/bagasse ash during the production of electricity), which have to be judiciously disposed of with a minimum of risk to the environment. Among the disposal means for these wastes, the application of vinasse and coal/bagasse ash to agricultural land is believed to represent the most sensible economic option from both the agronomic and environmental point of view. In this context before recommending elimination of the wastes through disposal on agricultural lands, a study has been conducted to determine the effects of high doses of vinasse and coal/bagasse ash on soil quality, on the sugar cane plant and on groundwater quality. Analyses of vinasse samples collected at regular intervals of three months during 2005 to 2008 showed that its chemical composition was very variable. However these analyses also showed that as vinasse contained on average 9.37 g/L of K, its fertilization value was mostly as a source of potassium. Nevertheless at an application rate of 100 m3/ha vinasse, it can in addition represent a significant source of N (average of 122 kg N/ha) and of organic matter (average of 8-15 % dry matter). Vinasse also contained heavy metals (Cu, Zn, Ni, Mn, Pb) but their concentrations were negligible and were well below the detection limit of the atomic absorption spectrophotometer (5 mg/kg for Cu, Zn, Ni, Pb and 10mg/kg for Mn). As opposed to vinasse which is acidic in nature (an average pH of 4.5), coal or bagasse ash is alkaline with a pH varying between 7.5 and 11.5 and can therefore be used to amend soil acidity. When applied at 100 T/ha coal ash would represent a significant source of potassium (average of 139 kg K/ha) and of phosphorus (average of 298 kg P/ha) to the sugar cane crop. Due to its low contents of heavy metals (Cu, Zn, Ni, Mn, Pb, and Hg) and to the absence of organic micro pollutants, coal ash is unlikely to enhance the levels of these contaminants in the soil, in the sugar cane crop or in the groundwater. Laboratory studies had demonstrated that coal and bagasse ash were able to strongly adsorb the herbicides atrazine and hexazinone with a sorption coefficient (km) of 0.13 for atrazine and 0.32 for hexazinone. They would thereby act to decrease the movement of these herbicides to groundwater. Analyses of the soils at the study sites showed that the application of vinasse lowered soil pH from an average of 5.9 to 5.4, but this decrease was only temporary and was not significant enough to affect sugar cane growth. In fact the soil pH returned to its initial value shortly after the application of the 100 m3/ha vinasse. On the other hand, coal ash raised soil pH but this rise in pH was likewise not significant to crop growth. Vinasse and coal ash applied at the high rates of 100 m3/ha and 100 T/ha respectively raised the electrical conductivity of the soil, but in spite of this increase, the electrical conductivity remained below the threshold value of 1700 RS/cm recommended for sugar cane. Furthermore if an application rate of 100 m3/ha of vinasse did increase the organic carbon content of certain soils, it was not observed with coal ash at 100 T/ha. Both vinasse and coal ash improved the level of exchangeable calcium and magnesium in the soils. Thus, 12 months after its application at 100 T/ha coal ash raised the level of exchangeable calcium from 3.40 to 6.61 cmol+/kg in the soil at Pamplemousses, whereas during that same period with vinasse at 100 m3/ha, the level of exchangeable calcium rose only from 1.66 to 1.83 cmol+/kg at Union Park, despite the high K content of the vinasse. Field trials laid down in four different agroclimatic zones provided evidence that increasing application rates of vinasse (25, 50 and 100 m3/ha) did not affect cane or sugar yield. On the contrary, results obtained during the three year study period which covered a plant cane crop and two ratoons, had shown that vinasse gave a higher cane yield (an average of 84.9 T/ha/yr for the four sites) than NPK fertilizers alone (an average of 77.3 T/ha/yr for the four sites). As all the treatment plots received the same rate of N and P, this increase in cane yield was in all probability due to a better K nutrition as well as to an improvement in soil organic matter status brought about by the vinasse. On the other hand, coal ash at 100 T/ha definitely impaired cane yield (an average of 67.5 T/ha/yr for the four sites). When it was applied at 50 T/ha, the effect of coal ash on yield was dependent on soil type, being more severe in the highly leached soils of the super humid region at Belle Rive, and less damaging in the soils having undergone less leaching in the humid region of Pamplemousses. Additionally because of their low heavy metal concentrations, vinasse as well as coal ash did not increase the heavy metal contents in the sugar cane plant. To determine the effects of spreading 100 m3/ha of vinasse and 100 T/ha of bagasse ash on groundwater quality, lysimeter studies were conducted at two sites differing in rainfall regimes (3500 mm/yr at Belle Rive and 1500 mm/yr at Réduit). Drainage water percolating at one metre depth was collected after each heavy rainfall event. Analyses of the leachates showed that the vinasse at 100 m3/ha did not enhance loss of N in the form of nitrate. If, as expected, the heavy metals (Cu, Ni and Zn) known to be mobile had been detected in drainage water, their concentrations remained well below the drinking water limits proposed by the World Health Organization (1 mg/L for Cu, 5 mg/L for Zn and 0.02 mg/L for Ni). Fluorescence quenching studies of the dissolved organic matter in vinasse and of its dialysis fractions with copper confirmed the formation of complexes of the dissolved organic matter with copper. As expected, bagasse ash did not increase the levels of heavy metals and organic micropollutants in the drainage water. But bagasse ash as opposed to vinasse moved significantly more nitrate into the groundwater. In fact the limit of 10 mg/L N-NO3- recommended by World Health Organization for drinking water, was exceeded on many occasions during the study period of November 2005 to February 2008 at both Belle Rive and Réduit lysimeters. To conclude, this study has provided some pertinent and very valuable data. Whereas the disposal of high rates of vinasse on agricultural land under sugar cane is acceptable, the same cannot be stated for coal ash which must be avoided as it is would represent a hazard to the sugar cane crop and to groundwater. Indeed, high application rates of coal ash to sugar cane fields in Mauritius will eventually lead to a decrease in sugar cane productivity and to an increase in nitrate contamination of groundwater