Les articles qui composent ce travail ambitionneront tout d'abord la mise en évidence de variables pédologiques susceptibles d'influencer l'existence de couverts herbacés riches en espèces. C'est dans ce cadre que des hautes teneurs en phosphore échangeable du sol se sont avérées fortement préjudiciables à la diversité botanique. Cet effet dépressif peut être joué par unautre élément déjà bien connu à ce sujet : l'azote. Cet élément provient notamment de deux sources naturelles : la fixation symbiotique (rhizobium) par les légumineuses et la minéralisation de la matière organique. De nombreuses études ont mis en évidence une diminution de la fixation symbiotique de l'azote atmosphérique ou de la minéralisation de la matière organique en raison de trop faibles teneurs en phosphore échangeable du sol. Dans cette hypothèse, l'azote assimilable resterait l'élément-clé régissant la diversité botanique dans les couverts herbacés; le phosphore ne jourait qu'un rôle régulateur déterminant les quantités assimilables d'azote. L'analyse des concentrations en nutriments dans les végétaux a permis de mettre en évidence une relation directe entre le phosphore et la diversité botanique. Aucune relation entre l'azote et la diversité botanique n'a été trouvée. Dans ce cas, le phosphore semble infuencer la diversité botanique indépendamment de l'azote. En fonction de ces résultats, une méthode simple permettant de juger du ptentiel de restauration d'un site a été décrite. Cette méthode basée uniquement sur un relevé de la végétation en p lace, permet en outre l'identification des facteurs à changer pour favoriser cett restauration. Le choix d'un site se fera de préférence sur les sites où le potentiel de restauration est élevé. Il se peut toutefois que la restauration doive se faire absolument sur un site qui ne soit pas adapté (teneurs en phosphore échangeable élevées). Dans ce cas, des méthodes visant à réduire les quantités de cet élément dans le sol sont proposées. Les méthodes classiques comme l'étrêpage ou l'utilisation de plantes-pompes s'avérant inefficaces, une méthode originale, adaptée spécifiquement au phosphore, est présentée. Elle fait appel aux oxydes de fer, présents naturellement dans les sols, et fixant les ions phosphates. Enfin, dans la plupart des cas, la restauration d'un couvert herbacé riche en espèces doit se faire par le biais d'un semis. Il est donc imératif de connaître le comportement germinatoire des espèces-cibles. La germination et la survie des plantules de quleques espèces caratéristiques des prairies de fauche a donc été étudiée en fonction du statut hydrique et nutritif (azote, phosphore et potassium) du milieu. Le phosphore et le potassium n'ont pas montré d'influence sur la germination des espèces testées. Par contre, celle-ci s'est vue diminuer en présence de grandes quantités d'azote. Ceci indique que l'influence du phosphore échangeable des sols sur la diversité botanique présentée ci-dessus ne se manifeste pas de manière directe au niveau de la germination des espèces caractéristiques. Cette influence peut toutefois se manifester de manière indirecte par le biais de l'azote.

L'étude des sols argileux fait l'objet de nombreux travaux motivés par leur rôle dans les processus d'érosion, les catastrophes naturelles et l'agriculture de précision. La caractérisation du contenu en argiles gonflantes du sol est aussi nécessaire pour évaluer la traficabilité d’une région ou le risque de retrait-gonflement des sols, responsable d’engendrer des dégâts sur le bâti. En effet, les argiles gonflantes sont des smectites qu'il faut différencier des autres types d'argiles telles que l'illite ou la kaolinite, en milieu tempéré. Les techniques traditionnelles pour réaliser la cartographie des minéraux argileux des sols sont en général couteuses, financièrement et en temps et sont basées sur des campagnes terrain intensives simultanément à des acquisitions photographiques afin de spatialiser l'information qui reste qualitative. La télédétection hyperspectrale est une technique potentiellement intéressante pour obtenir des cartes d'argile plus précises et à moindre coût. Néanmoins, elle est limitée par le fait que (i) les minéraux sont mélangés de manière intime dans les sols avec d’autres composants; mais aussi que (ii) à l’échelle aéroportée, le signal réfléchi au sein d’un pixel (résolution spatiale de l’ordre du mètre) comprend de la végétation en plus du sol nu. Ces phénomènes de mélange, aux échelles microscopique et macroscopique, rendent difficile l’estimation du contenu en argiles minéralogiques. Le développement des drones ainsi que leur possibilité d'embarquer de nouvelles caméras hyperspectrales couvrant l'ensemble du spectre [0,4 - 2,5 µm] avec une haute résolution spatiale (environ 10 cm) et un signal à bruit élevé ouvrent la voie à un inventaire plus précis des argiles.L'objectif de cette thèse est de montrer l'intérêt de l'utilisation de méthodes de démélange sur des données hyperspectrales à très haute résolution spatiale pour estimer le contenu en minéraux argileux du sol, et plus précisément des argiles responsables du retrait-gonflement, les smectites. Dans un premier temps, les méthodes existantes de détection, de caractérisation des différents types d'argile et d'estimation de leur abondance sont présentées. Les potentialités des méthodes de démélange existantes dans la littérature pour l’estimation du contenu en minéraux argileux des sols sont mises en avant. Dans un second temps, les méthodes de démélange sont utilisées sur une base de données d’images hyperspectrale acquises en laboratoire de mélanges contrôlés minéraux contenant des argiles (montmorillonite, illite, kaolinite) et d’autres minéraux présents dans les sols (quartz, calcite). Comme les minéraux sont mélangés de manière intime, des méthodes de démélange, linéaires et non-linéaires sont décrites et comparées. Néanmoins, les algorithmes non-linéaires ont des performances similaires aux algorithmes linéaires. De plus, l’effet de la variabilité des données sur la précision de l’estimation des abondances a pu être réduit en utilisant des prétraitements spectraux. Dans une dernière étape, la comparaison des méthodes de démélange sont étendues à des mesures en environnement extérieur. Cette analyse repose sur une campagne de mesure en extérieur réalisée pour la mesure d'images hyperspectrales acquises depuis une nacelle (12 m de hauteur environ, 1,5 cm de résolution spatiale), et l’acquisition d’échantillons prélevés et analysés par DRX (données quantitatives des abondances des minéraux) pour validation. Cette dernière phase permet d'analyser l'impact d'un sol naturel (composé d'un mélange minéralogique, des matières carbonées telles que la cellulose, et ayant une rugosité de surface…) sur les méthodes de démélange. Les performances obtenues (moins de 15% RMSE sur l’estimation de la montmorillonite) permettent d’ouvrir des perspectives quant à l’application de ces méthodes sur des capteurs embarqués par drone, pour la cartographie de la traficabilité et de l’aléa de retrait-gonflement des sols. / Clayey soils are studied because of the importance of soils in erosion processes, natural disasters and precision agriculture. Mapping of clay mineralogy is essential for surveying and predicting trafficability and ground instability hazards, such as shrink-swelling, in order to cope with damages caused by expansive soils on infrastructures. Clay minerals in temperate zone soils are mainly divided in smectites, which highly contribute to soil swelling, illite and kaolinite. Geotechnical engineering practice for clayey soils mapping are expensive and time-consuming. Indeed, it is based on field and extensive laboratory studies. In addition, spatial distribution of clay is assessed using aerial photographs and low-scale geological maps. Thereby, small heterogeneities in geological features are rarely detected, and spatial information remains qualitative. Hyperspectral remote sensing could be an alternative to conventional methods for clay mapping. However, this method is limited by two facts: (i) soils are an intimate mixture of minerals, and (ii) vegetation is mixed with bare soil within airborne sensors pixels (meter range of spatial resolution). Those mixtures (at microscopic and macroscopic scales) mask clays specific spectral signatures and limit clay mineral quantification. Recent development in UAV offers new possibilities for carrying hyperspectral cameras in the reflective domain [0.4 – 2.5 µm], and obtaining data with higher SNR and resolution (10 cm). These advances open new perspectives for accurate and less expensive clay maps. This PhD thesis aims to present the potentiality of clay mapping in soils using very-high spatial resolution hyperspectral data, and more specifically, to estimate swelling clay minerals (smectite) abundances. First, existing methods of detection, and abundance estimation of clay minerals are presented. Second, unmixing methods are used on a database of hyperspectral images of controlled mixtures with different abundances of clay minerals, (illite, montmorillonite and kaolinite) and other minerals existing in soils (quartz, calcite). Due to the intimate nature of mixtures, linear and non-linear unmixing methods are described and compared. However, linear and nonlinear algorithms exhibit similar performances. Moreover, the accuracy of estimation of abundances of mineral clay increased using spectral preprocessings. Regarding the third step, field measurements are used to assess clay unmixing methods. This study is based on an outdoor experiment which acquired hyperspectral images from a bucket truck (12 m elevation, 1.5 cm ground sampling distance), and a sampling collection analyzed by XRD (quantitative analysis of mineral abundances) for validation. This step analyzed effects of a natural soil, (with organic matter, a larger diversity of mineralogical components and with surface roughness) on unmixing methods tested with laboratory data. Obtained performances (less than 15% RMSE for montmorillonite estimation) allow perspectives to apply these methods on data obtained with UAV sensors, for trafficability or expansive soils mapping purposes.

L'accumulation de métaux toxiques dans le sol est principalement héritée de matériaux parents ou d'éléments résultant de l'activité humaine. Par conséquent, de nouvelles techniques sont en cours d'élaboration pour remédier à ces contaminations dans les sols pollués, telles que la phytoremédiation et la stabilisation in situ. La stabilisation in situ est une technique commune de réduction des effets négatifs des métaux et métalloïdes, tels que As, Cr, Cu, Cd et Zn dans les sols contaminés par l'ajout d'amendements. L'application de matières alcalines telles que les laitiers d'aciéries et un laitier modifié enrichie en phosphates dans le sol constitue un outil prometteur pour la réduction de la mobilité et la biodisponibilité des éléments traces dans les sols contaminés ainsi que pour l'assainissement du sol et l'amélioration de ses propriétés physique, chimique et minéralogique, ainsi que la production végétale.

La dégradation de la qualité physique des sols est un problème couramment rencontré dans les agrosystèmes, comme par exemple dans le cas des systèmes de culture légumiers de plein champ en Bretagne. L'altération de la structure du sol pose à la fois des problèmes d'ordre agronomiques (circulation de l'eau et des gaz, levée des plantules, propagation des agents pathogènes) et environnementaux (érosion et ruissellement de surface). Une méthode possible de remédiation et d'amélioration des situations dégradées est d'utiliser des produits organiques comme amendements. L'effet propre de l'amendement en fonction de ses caractéristiques initiales est encore mal connu.<br />L'objectif de ce travail est d'étudier les relations entre les caractéristiques initiales des matières organiques exogènes et leur effet sur la stabilité structurale du sol, propriété physique du sol définissant la résistance de la structure aux contraintes physiques.<br />Une première partie de cette étude a consisté à établir les relations entre évolution de la stabilité structurale mesurée selon la procédure proposée par Le Bissonnais (1996) et différents agents agrégeants biologiques (polysaccharides extraits à l'eau chaude, longueur d'hyphes, biomasse microbienne) au cours de la décomposition de produits organiques en conditions contrôlées. La stabilité structurale évolue au cours du temps en fonction du test utilisé pour mesurer la stabilité structurale et des produits en cours de décomposition. La concentration en polysaccharides extraits à l'eau chaude est particulièrement corrélée avec la stabilité structurale à l'humectation lente. La longueur des hyphes mycéliens est reliée à la stabilité structurale à l'humectation rapide et à la désagrégation mécanique. Les produits induisant une forte activité biologique de décomposition ont un effet plus important sur la stabilité structurale que les produits se décomposant peu.<br />Dans une deuxième partie, nous mettons en relation les caractéristiques initiales des produits organiques, les dynamiques de décomposition et les évolutions des facteurs agrégeants et de la stabilité structurale. La qualité des matières organiques apportées sont mesurées par différentes méthodes (analyse proximale Van Soest, Pyrolyse GC/MS, attaque enzymatique, C/N, sucres solubles). A partir de cette description, une expression de la stabilité structurale à l'humectation lente a été proposée à partir de la concentration en lignine Van Soest, hémicellulose + cellulose Van Soest et sucres solubles.<br />L'évolution de la stabilité structurale est ensuite mesurée au cours de la décomposition des mêmes produits organiques utilisés au laboratoire, cette fois dans les conditions d'un essai au champ pendant 2 années. La hiérarchie entre les produits est respectée entre le laboratoire et le champ, bien que les effets soient moins importants. On observe aussi des arrières effets importants la seconde année d'étude.<br />Dans la dernière partie de cette étude, nous proposons un modèle de prédiction de la stabilité structurale à l'humectation lente à partir des caractéristiques initiales des produits organiques. Ce modèle prend en compte les facteurs climatiques et la disponibilité de l'azote minéral dans le sol et simule l'effet d'un apport organique sur la stabilité structurale à un pas de temps journalier pour des conditions de plein champ. Il permet de bien décrire les résultats

L'étude de la structure est liée à la nécessité dans laquelle se trouvent les praticiens de créer pour la plante un milieu suffisamment aéré et humide. Comme il est, d'autre part, nécessaire que l'état physique initial du sol, obtenu par le travail des machines aratoires, persiste pendant la durée de la végétation, on est amené à étudier le degré de constance de l'état physique initial ou, autrement dit, la stabilité de la structure. Nous avons divisé cette étude en deux parties, correspondant à : a. La dégradation qui se traduit par l'affaissement du sol sous l'action de l'eau et la diminution de stabilité qui est corrélative à ce phénomène ; b. La régénération qui constitue le phénomène inverse, le sol retournant à un état poreux et retrouvant sa stabilité antérieure. La dégradation de la structure s'effectue d'après les deux mécanismes suivants : 1. L'éclatement des mottes, provoqué par la pénétration de l'eau, sous l'influence des forces capillaires dans les petits pores du sol ; 2. Par l'ensemble des phénomènes caractérisant la dispersion, c'est-à-dire le gonflement et la dispersion proprement dite, ou autrement dit pour la séparation des micelles sous l'influence de leur affinité pour l'eau. En écrivant que ces phénomènes étaient sous la dépendance de la cohésion du sol et de l'affinité du sol pour l'eau, nous avons pu montrer que la condition d'éclatement peut s'exprimer par la formule : r C + Cl < 2 A où: r est le diamètre des plus gros capillaires du sol ; C est la cohésion apparente de la terre (ensemble argile et sable) ; A est l'affinité du sol pour l'eau ; Cl est la cohésion de l'eau ; et que la condition de dispersion peut s'exprimer par la formule : Cs + Cz < 2 A où Cs est une valeur s'appliquant à l'argile seule. Nous sommes donc amenés à considérer deux cohésions Cs, la cohésion réelle qui est la plus élevé et représente la cohésion propre de l'argile, C qui est la cohésion apparente dont la valeur dépend de la liaison du sable et de l'argile, et de l'homogénéité de leur assemblage. En comparant les deux conditions de destruction, on admet aisément que l'éclatement doit se produire pour des valeurs de A qui ne produisent pas encore la dispersion. D'autre part, l'éclatement ne doit jouer vraisemblablement que pour des particules assez grosses, de l'ordre de grandeur du 1/10e de millimètre, à l'intérieur desquelles il existe des pores suffisamment gros pour que l'on puisse considérer que les phénomènes capillaires suivent les lois normales de la capillarité et des fissures créant des zones de moindre résistance. Les expériences que nous avons réalisés permettent de conclure que les facteurs envisagés jouent bien le rôle qui leur est attribué. On peut également relier à ces résultats les constatations de la pratique agricole. Par exemple, les matières humiques provenant de l'apport de fumier ou d'engrais verts, une fois fixées par l'argile et séchées, vont communiquer à cette dernière une hystérésis d'humectation qui conférera aux particules terreuses une grande stabilité. Par contre, Na produit l'effet inverse en augmentant l'affinité sol-eau. La teneur en argile d'une terre et l'augmentation de sa cohésion par pétrissage sont des agents de stabilisation. Nous avons montré ensuite que la formation de mottes cohérentes qui constitue l'une des phases de la régénération ne pouvait se produire que si les colloïdes étaient desséchés après avoir atteint un état d'hydratation minimum ou avoir été malaxés, ce qui facilite le contact entre les micelles argileuses en les orientant. La nature des liaisons assurant la cohésion des micelles argileuses et le mécanisme de la pectisation sont encore mal connus. Ce sont ces liaisons qui conditionnent la résistance à la dispersion et qui sont mesurées par la valeur Cs. Ayant ainsi étudié la dégradation et la régénération des éléments de la structure, nous avons étudié l'évolution de la stabilité de deux terres. L'une était un limon saturé par Ca et l'autre un limon ayant reçu des quantités importantes de nitrate de soude. Les résultats qui portent sur sept années d'observation ont permis l'établissement de courbes reliant l'humidité du sol au moment du prélèvement à la stabilité de la fraction grossière. Ce sont soit une ellipse (témoin) soit un cercle (parcelle ayant reçu du nitrate de soude). L'analyse de ces résultats montre que l'augmentation de stabilité résulte de la compression spontanée du sol en place due à la contraction produite par la dessiccation. Dans le cas d'une terre ayant fixé Na et ayant acquis de ce fait une tendance accrue à l'hydratation, on observe en plus une régénération partielle due à l'hydratation. Ces constatations nous amènent à dire que le problème de la structure est fonction à la fois des propriétés physico-chimiques du sol et des conditions de climat auquel ce sol est soumis. On peut remarquer d'autre part que les facteurs que nous avons mis en évidence sont justement ceux qui servent à classer les types de sol en pédologie. Or, l'une des caractéristiques les plus marquantes pour un type pédologique est la forme même des mottes de terre. C'est cette forme qui conditionne l'architecture du sol (le pédologue dit " structure "). L'identité de ces facteurs n'est pas un accident. La structure que nous avons examinée du point de vue de l'évolution est aussi celle que le pédologue envisage du point de vue systématique et l'on peut espérer qu"un jour viendra où l'on pourra expliquer l'un par l'autre. ' En définitive, ce premier essai d'explication de la stabilité de la structure et de son évolution à l'aide de données physico-chimiques montre que l'on peut arriver à représenter le mécanisme des phénomènes à l'aide de quelques variables seulement. Dans notre esprit, il constitue beaucoup plus un plan d'étude du phénomène qu'une théorie définitive des faits.

Les sols des régions de montagne sont confrontés à de fortes modifications climatiques et d'usages qui les rendent particulièrement sensibles à trois menaces : l'érosion, la perte de matière organique et de biodiversité. Cette thèse aborde la question de la qualité des sols sous l'angle de processus clés (décomposition et agrégation de la matière organique) au sein de différents compartiments de la partie superficielle du sol vivant (épipédon). Ces processus clés interviennent dans l'intensité des services rendus par les sols comme la séquestration de carbone, la fertilité des sols et le maintien de leur activité biologique. Parmi les indicateurs utilisés dans l'évaluation de la qualité des sols, nous avons choisi de tester des indicateurs simples et composites reliés aux processus clés de deux types d'écosystèmes subissant de fortes contraintes environnementales. Deux sites d'étude situés dans les massifs du Dévoluy (Isère) et des Maures (Var) ont été utilisés. Tous deux sont marqués par un fort gradient de végétation induit par des contraintes naturelles (sols à permafrost pour le site du Dévoluy) ou anthropiques (incendies pour le site des Maures). Dans ce travail, nous formulons trois hypothèses : (i) il existe au niveau des sols une signature originale des modifications environnementales influençant le fonctionnement des écosystèmes forestiers ; (ii) cette signature est liée à la qualité des sols et recouvre une partie biologique largement sous estimée ; (iii) la réflectance du sol résume cette signature et permet sa caractérisation dans des conditions contrastées. Les résultats de la thèse démontrent que les contraintes liées au pédoclimat et aux incendies induisent de fortes modifications des variables décrivant les processus de décomposition et d'agrégation dans les sols. Le compartiment biologique du sol (microflore ou microfaune) est particulièrement affecté par ces contraintes, révélant des modifications dans les processus liés aux chaînes trophiques des sols (voies préférentielles de décomposition et d'agrégation biologique, nitrification et dénitrification potentielles). La spectroscopie proche infrarouge se révèle être un outil pertinent pour rendre compte des modifications de qualité physico-chimiques mais aussi biologiques des sols soumis à de fortes contraintes.

L'effet du réseau bocager sur l'organisation des sols à l'échelle d'un paysage reste mal connu, car la majorité des études ont été menées en deux dimensions, en se limitant souvent à des contextes de talus perpendiculaires à la ligne de plus grande pente. L'extrapolation des résultats ainsi obtenus à l'ensemble du paysage, est de ce fait difficile et conduit à une mésestimation de l'impact du bocage sur les sols.<br />Les objectifs de ce travail étaient de comprendre et de quantifier à l'échelle d'un paysage bocager, l'effet du système talus/haie sur l'organisation des sols et sur les stocks de carbone organique associés, ainsi que de décrire la dynamique des processus spatiaux qui ont conduit aux organisations observées.<br />Pour y parvenir, la démarche adoptée a combiné trois approches complémentaires. Tout d'abord, nous avons conduit une étude de terrain dans un paysage bocager historiquement documenté et offrant des conditions topo-paysagères contrastées avec pour but une caractérisation spatiale de l'effet du réseau bocager qui prenne en compte l'action de l'homme et la nature tridimensionnelle de la couverture pédologique à l'échelle du paysage.<br />Ensuite, nous avons couplé des approches de datation relative (analyse de documents historiques et géométrie des horizons) et absolue (carbone-14, césium-137), complémentaires des approches spatiales, pour dater les sols et analyser la dynamique des processus à l'origine des modifications de leur<br />organisation spatiale.<br />Cette prise en compte de la dimension temporelle était nécessaire pour améliorer notre compréhension des processus de redistribution en sol et nous permettre d'engager une modélisation spatiale et temporelle simulant des évolutions du paysage bocager en fonction de différents scénarii d'occupation des sols.

Depuis les débuts de nos recherches nous travaillons sur le concept de terroir, sur un essai d'une réflexion géographique à travers la viticulture. Voilà pourquoi nous nous sommes intéressés à l'évolution de ce concept, à la fois dans les domaines de la recherche concernés et dans notre parcours de géographe, pour essayer de cerner un concept bicéphale entre nature et culture. Nous avons insisté à propos de la confusion qui est souvent entretenue avec le sol ou le substrat dans l'application du concept à la viticulture. Pour nous, le terroir doit être assumé sous tous les angles, et nous avons étudié comment deux approches, deux écoles s'ignorent aux sujet des terroirs viticoles alors que nous penchons pour une synthèse, une approche intégré du concept pour mieux le cerner et mieux modéliser le réel pour répondre aux demandes des viticulteurs. La justification du terroir arrive parfois à postériori, dans une logique déterministe ou alors de communication sans garde fou. Nous envisageons le terroir comme possibilité, comme potentiel, comme un concept applicable, de l'agro terroir jusqu'au marketing visant le consommateur. Nous avons approché le concept d'abord par des biais environnementaux avec une étude et une cartographie à grande échelle appliquées à deux grands vignobles à l'échelle du Sud-Ouest viticole, Cahors et Bergerac. Cartographier des terroirs nous a mené à vérifier par l'expérience la corrélation de ceux-ci avec la qualité du vin. Nous avons alors confronté notre vision du terroir viticole au Nouveau Monde avec l'Afrique du Sud. Nous avons analysé un système d'appellations viticoles complexe et sous-utilisé avec deux centres historiques, patrimoniaux, qui concourent à l'image des vins sud africains et un poids important de la coopération dans la diffusion de la vitiviniculture et l'amélioration de la qualité. Le terroir est mobilisé en Afrique du Sud de l'agro-terroir jusqu'à la représentation et l'instrumentalisation, notamment dans des tentatives de " déracialisation " du vin face aux défis post apartheid. Ces stratégies différenciées de marketings allant jusqu'à la fabrique des terroirs nous ont amenés à prolonger nos réflexions encore plus pour comprendre comment passait-on encore plus du cultural au culturel, à travers un vignoble artificialisé à haute dose, celui de Banyuls Collioure dans les Pyrénées orientales françaises. Il s'est d'abord agi d'analyser les enjeux autour d'un territoire patrimonialisé, partagé (écartelé ?) entre activités balnéaires, viticulture et paysages emblématiques. Qu'était-ce qu'un terroir viticole dans le contexte de Banyuls ? Nous sommes passés alors du terroir au paysage pour comprendre leur utilisation et leur évolution depuis le début du XIXème siècle jusqu'à nos jours à travers quatre exemples de bassin-versant. Fort de savoir comment avaient évolué les paysages viticoles, nous avons pu étudier comment la communication et le marketing frappaient l'imaginaire en inventant, en rêvant l'histoire du vignoble. Parfois classique, restant dans des domaines très historiques ou agro géologiques, la communication à propos des terroirs en arrive jusqu'à dissoudre le concept dans la poussée actuelle de l'architecture iconoclaste de certains domaines à travers le monde viticole.

Le cycle du carbone (C) est, depuis la révolution industrielle, déstabilisé par l’introduction dans l’atmosphère de C autrefois fossilisé. Certaines mesures de mitigation prometteuses impliquent la séquestration accrue du CO2 atmosphérique dans les sols via le développement du réseau racinaire des arbres. Ce projet de recherche visait à : 1) quantifier la biomasse racinaire ligneuse produite annuellement par unité de surface par le Salix miyabeana cultivé en régie intensive à courtes rotations, 2) doser la concentration en C et en N des racines de saule en fonction de leur profondeur et de leur diamètre et 3) déterminer l’influence des propriétés pédoclimatiques du milieu sur la séquestration du carbone organique (Corg) par les racines. Pour y arriver, six souches de saules ont été excavées à partir de huit sites (n=48) et neuf carottes de recolonisation ont été implantées à cinq sites (n=45) pour évaluer la productivité racinaire fine. Les échantillons séchés ont été pesés pour quantifier la biomasse racinaire produite, et ont été analysés pour le C et le N. La productivité en biomasse racinaire ligneuse du saule en plantation pour tout le réseau d'échantillonnage varie de 0,7 – 1,8 Mg/ha/an. La proportion de C dans la biomasse racinaire s’étend de 31,3% à 50,4% et sa variance dans les tissus est expliquée par le diamètre racinaire et par les conditions environnementales des sites de provenance. Les conditions climatiques constituent la principale influence sur la production de biomasse racinaire. La variance de la biomasse racinaire est significativement contrôlée (p :0,004) par la quantité de précipitation de l’été et de l’année qui contrôlent ensemble 83,4 % du r2 ajusté. La précipitation de l’été est inversement liée à la productivité racinaire puisque les protéines expansines des racines sont stimulées par les carences hydriques du sol. La production de racines fines des plantations (1,2 à 2,4 Mg/ha/an) est, elle, plus fortement contrôlée par les conditions pédologiques du site qui expliquent 36,5% de la variance de productivité des racines fines contre 37,5% de la variance expliquée par les facteurs pédoclimatiques. Le P et le N du sol ont des rôles prépondérants sur la production de racines fines. Une disponibilité en P accrue dans le sol stimule la biomasse racinaire fine alors qu’une quantité supérieure de N dans le sol limite la croissance racinaire tout en favorisant la croissance des parties aériennes de la plante. Ce projet a permis d’améliorer notre compréhension des conditions pédologiques et climatiques qui engendrent, au Québec méridional, une productivité et une séquestration en Corg accrue dans le réseau racinaire du saule. / The carbon cycle has gone through notable changes since the industrial revolution, with the introduction of once fossilized C into the atmosphere. A number of promising mitigation solutions have been explored, including enhanced sequestration of atmospheric CO2 into soils by promoting the development of shrub trees’ root system. This research aims at: 1) quantifying total root biomass produced per unit surface per year from the short rotation coppice (SRC) of shrub willow (Salix Miyabeana), 2) obtaining the C and N concentration of roots according to diameter and depth and 3) determining the influence of pedoclimatic properties on underground C productivity. In order to achieve these goals, six willow trunks were excavated by hand from eight sites (n=45) and nine ingrowth cores were installed at five sites (n=45) to evaluate fine root productivity. The dried samples were weighted to quantify their total biomass and analyzed, for C and N content. Measured coarse root productivity at the sites varies from 0.7 to 1.8 Mg/ha/an. The C stock in the coarse root biomass varies (31.26% - 50.35%) and its variance is mainly explained by root diameter and the environmental caracteristics of the site of origin. Climatic constraints are the main influence over coarse root biomass production. Its variance is controlled (significant p: 0.004) by yearly and summer precipitations, controlling together 83.4% of the adjusted r2. Summer precipitation is negatively correlated to coarse root growth because the expansin protein content and activity within the roots is stimulated in dry environments. Fine root productivity (1.2 to 2.4 Mg/ha/year) is, however, controlled by a mix of climatic constraints and pedological constraints. There is 36.5% of the variance that is attributable to the pedological constraints and 37.5% of the variance explained by pedoclimatic constraints. The soil P and N contents have critical roles in the determination of fine root productivity. A large soil P stock stimulates fine root growth, whereas a large soil N stock limits the growth of the roots and stimulate aboveground biomass growth. This research allowed a better understanding of the conditions leading to enhanced productivity for willow SRC in the southern region of Quebec.

Le développement des aires urbaines induit une amplification des enjeux environnementaux (e.g. qualité de l’air, îlot de chaleur urbain, inondation). Pour apporter une réponse à ces défis, la fabrique urbaine intègre progressivement les fonctions assurées par les écosystèmes urbains. Cependant, cette considération semble négliger les services écosystémiques rendus par la composante « sol » des aires urbaines. À ce titre, l’objectif du doctorat est d’appréhender les apports d’une prise en compte avancée des potentialités des sols urbains dans la planification territoriale et l’urbanisme opérationnel. Une enquête nationale auprès d’acteurs de la planification territoriale et des entretiens individuels avec des professionnels de l’urbanisme opérationnel ont été menés. Il en ressort que ces acteurs ont commencé à développer une considération systémique des sols urbains, dépassant leur vision initiale du sol comme simple surface foncière. Afin de formaliser la manière de prendre en compte les potentialités des sols urbains, des campagnes d’échantillonnage de sols ont été réalisées sur 10 sites de projets localisés au sein de trois aires urbaines aux contextes pédoclimatiques différents (Métropole du Grand Nancy, Métropole d’Aix-Marseille Provence, Nantes Métropole). Une description de profils de sols et leur caractérisation physico-chimique ont permis d’appréhender leur état et de mener une étude comparative de leur qualité. Il s’avère que près de la moitié des sols urbains étudiés n’étaient pas des sols fortement anthropisés (e.g. Anthrosols, Technosols) et étaient analogues à des sols agricoles voisins. Ils présentaient une très grande hétérogénéité de leurs propriétés, rendant complexe leur appréhension par les acteurs de la fabrique urbaine. Les données pédologiques ont alors été intégrées dans un outil d’aide à la décision, afin de les traduire en capacité des sols à assurer des fonctions et rendre des services écosystémiques. Il s’est avéré que les sols fortement anthropisés pouvaient présenter des niveaux de services écosystémiques équivalents, voire supérieurs, à ceux fournis par certains sols agricoles, pouvant répondre aux enjeux environnementaux, sociaux voire économiques des aires urbaines. L’intégration de ces informations lors de différentes étapes de mise en œuvre d’un projet urbain peut contribuer à améliorer la durabilité des aires urbaines, en optimisant l’usage des sols urbains et en préservant les plus multifonctionnels d’entre eux / Urban areas, in addition to global environmental issues, concentrate major local environmental concerns such as air quality, urban heat island and flood mitigation. To tackle those issues, every land surface should be considered as a potential supplier of ecosystem services. However, the urban soils contribution remains poorly assessed up to now. As a result, there is a strong lack of consideration by urban planning of the services that urban soils could provide. So, the main goal of this PhD is to propose a methodology that facilitates an advanced integration of urban soils potentials in urban planning. A national survey and some individual interviews with actors of urban planning were conducted. These actors have progressively developed a systemic consideration of urban soils, and do not yet consider them only as land surfaces. Then, soil sampling campaigns were carried out on 10 urban projects, located in three urban areas with contrasted pedoclimatic contexts (Métropole du Grand Nancy, Métropole Aix-Marseille Provence, Nantes Métropole). The description of the pedological pits and the physico-chemical characterization of soil samples led us to conduct a comparative study of their quality. It appears that 49% of the studied soils were not highly anthropized soils (e.g. Anthrosols, Technosols) and presented bio-physico-chemical properties which were similar to surrounding agricultural soils. The results also showed that the highly anthropized soils presented a high variation of their properties. The results of the physico-chemical characterization had been feed into a decision support tool. This DSS could evaluate the capacity of an urban soil to provide some fonctions and ecosystem services. It appears that the highly anthropized soils were able to provide levels of ecosystem services that were equivalent to, or even higher, than those provided by agricultural soils. In result, it has been demonstrated that urban soils could provide some ecosystem services in order to answer to environmental, social and economic challenges. So, the consideration of the potential of soils in an urban project could contribute to improve sustainability of cities, by optimizing the uses of urban soils and preserving the most multifunctional