Les régions tropicales sub-arides à semi-arides, qui englobent une large part du cheptel bovin mondial, sont concernées par l'accroissement durable de la productivité des bovins. Pendant la saison sèche, qui peut durer 9 mois, les troupeaux exploitent librement les végétations spontanées des parcours et les résidus de cultures. Partant d'observations sur les activités des animaux sur parcours, l'ingestion et les circuits en territoire sahélo-soudanien, nous avons construit un modèle orienté troupeau qui simule ces comportements spatiaux (circuits) et alimentaires (activités et vitesses d'ingestion). Notre démarche a consisté à intégrer successivement les éléments nécessaires et suffisants pour représenter ces comportements. L'heuristique des règles de choix des agents Troupeaux combine des éléments d'observations directes et de théories éthologiques : facteurs liés à la ressource fourragère (nature des couverts, biomasses) et autres facteurs abiotiques (attractions vers le point d'eau et le parc de nuit) ou traditionnels (pratiques de l'éleveur). L'intégration des processus d'ingestion à court terme s'appuie sur nos résultats originaux qui relient les biomasses disponibles aux vitesses d'ingestion, pour faire émerger des quantités ingérées. Ces relations s'inscrivent dans le cadre théorique de la Réponse fonctionnelle. Le couplage de l'étude des circuits quotidiens avec la prévision de l'ingestion a permis des calibrages de règles de choix des agents représentatives des comportements observés. Malgré la parcimonie de notre démarche, nous avons veillé à une représentation des phénomènes biologiques qui assure la portabilité de ce modèle à d'autres systèmes d'élevage sur parcours semi-arides, sous conditions d'ajustement de paramètres. Enfin, cette thèse propose une méthodologie originale pour représenter les prélèvements alimentaires spatialisés des bovins sur parcours tropicaux dans un objectif d'intensification écologique / Arid and sub-arid areas, where are located most of the world's cattle, are concerned by a sustainable improvement of their productivity. During the dry season, that can last 9 months, herds range free on territories made of spontaneous plants and crop residues from cultivated areas. From observations of animal activities, intake rates and daily circuits on a sahelo-sudanian territory, we built a herd-oriented model which simulates spatial behavior (circuits) and feed intake (spatialized intake). Our approach consisted in introducing successively the very necessary information that realistically represents animal behaviors. The heuristic rules of herds'choices are a combination of our observations and ethological theories: i.e. factors linked to pastoral resources (cover types, biomass) and other abiotic factors (attraction to watering point and to night park) or to human decisions (breeder's practices). Integration of short-term intake process is based on relationships established between intake rate and available biomass of each cover type in order to emerge daily intakes. Altogether, the implemented equations are within the theoretical frame of the Functional response. The coupling of daily simulated circuits with prevision of intake, allowed calibration of agents Herds decision rules that fit observed behaviors. Although parsimonious, our approach kept the necessary representation of biological phenomena in order to ensure a model transportability to other semi-arid rangeland systems, if parameters are adjusted. Finally, this thesis proposes an original methodology to simulate spatialized feed uptakes by free-ranging cattle in the tropics, with ecological production improvement as a goal.

La fusariose est une des maladies les plus importantes altérant le blé en Bourgogne. L'espèce fongique Fusarium graminearum est l'un des agents principaux de la maladie. L'interaction hôte-pathogène peut entrainer la production de mycotoxines toxiques pour l'homme et l'animal.La seule alternative pour prévenir le développement de la maladie est de contrôler l'inoculum primaire dans son habitat naturel : les adventices, le sol et les résidus de culture. En raison de la tendance à la réduction du travail du sol, une attention particulière doit être portée au rôle des résidus de culture dans la survie et le développement de F. graminearum. Dans ce travail de thèse, deux approches ont été choisies pour mieux comprendre le développement saprotrophe du champignon et ses conséquences. La première, à travers un essai en champ dans le contexte pédoclimatique Bourguignon, avait pour but de définir la part relative des différentes sources d'inoculum dans le développement de la fusariose et l'accumulation des mycotoxines dans les grains. Cet essai devait en outre permettre de déterminer si des indicateurs précoces du développement de la maladie sur épi et de l'accumulation de mycotoxines pouvaient être identifiés. La seconde, à travers un essai en microcosmes, avait pour but de suivre le développement de F. graminearum dans le sol et les résidus.Ce travail a permis de souligner l'importance de la gestion des résidus de culture dans le développement de la fusariose du blé. Favoriser une décomposition biologique rapide des résidus de culture et/ou introduire des cultures intermédiaires assainissantes constituent des perspectives de recherche sur lesquelles doivent porter nos efforts

L'objectif de la thèse est de caractériser des populations bactériennes susceptibles de dégrader la lignine des résidus de culture afin d'optimiser la biodisponibilité du compartiment holocellulosique. L'originalité du sujet réside dans la recherche de bactéries ligninolytiques en utilisant des approches combinant à la fois de l'isolement de souches, des techniques de biologie moléculaire et de la mise en œuvre de ces micro-organismes à l'échelle de réacteur pilote, dans le cadre de prétraitements des résidus de culture. Les travaux de recherche ont été réalisés pour mettre en évidence et identifier des micro-organismes potentiellement intéressants et caractériser leurs systèmes enzymatiques susceptibles d'intervenir dans la dégradation de la lignine. Suite à l'isolement de plusieurs souches d'intérêts et à la mise en place de réacteurs, des expérimentations ont été réalisées afin de suivre l'effet des prétraitements biologiques sur la dégradation de la biomasse et notamment par l'étude des transformations biochimiques, de l'accessibilité à la cellulose ainsi que de l'évolution des communautés microbiennes. Les résultats de ces travaux ont montré que la communauté endogène joue un rôle primordial dans la biodégradation de la paille de colza. Bien que l'inoculation de bactéries exogènes ait eu peu d'influence, il est possible d'améliorer l'accessibilité à cellulose par un mélange de lignine et des sels minéraux permettant d'enrichir la communauté endogène active. Cette thèse s'articule autour de plusieurs analyses multi-échelles et complémentaires permettant de développer un prétraitement biologique de résidu de culture, d'améliorer sa mise en œuvre et son utilisation pour la digestion anaérobie par voie sèche ou la production de bioéthanol. / The aim of the PhD project is to characterize bacterial populations potentially capable of degrading lignin within crop residues to optimize the bioavailability of holocellulose compartment to be valorized by anaerobic digestion. The originality of the subject lies in finding ligninolytic bacteria using approaches combining the isolation of strains and technique of molecular biology, and the application of these microorganisms on a reactor scale, as part of pretreatment of crop residues. Firstly, research work was carried out to find and identify potentially interesting micro-organisms and characterize their specific enzyme systems. Secondly, studies have been conducted on the application of micro-organisms isolated for a biological pretreatment of rape straw. Pretreatments were carried out in a series of laboratory reactors dedicated to follow the effect in real time. A method allowing the quantification of the cellulose accessibility for cellulases in substrate was established. In parallel, high-throughput sequencing analysis was performed to monitor and/or characterize the bacterial and archaeal communities in the reactors. The results obtained have shown that the main factor influencing the degradation of the straw was not the presence of ligninolytic strains which could not influence the development of endogenous community, but the supply of some nutrients included in a mixture with lignin and mineral salts which could enrich a particularly active community. The data obtained in the thesis allowed to capitalize knowledge on the biodegradation of lignocellulosic biomass. This prospective study allowed the consideration of using the biological pretreatments developed at the upstream of biogas and biofuel sectors.

Fusarium graminearum est un champignon pathogène des plantes, responsable de la fusariose de l'épi (plus connue sous le nom de Fusarium Head Blight : FHB) sur céréales, notamment sur le blé et le maïs. En interaction avec la plante, le champignon produit des mycotoxines, parmi lesquellse le déoxynivalénol (DON), dont la finalité pour le champignon producteur est méconnue mais qui sont toxiques pour les humains et les animaux. Ainsi la qualité des grains contribue fortement aux pertes de rendement observées et les résidus contaminés restent au champ. Une première revue bibliographique (Leplat et al 2012) a mis en évidence l'importance des résidus de culture (habitat écologique) pour la survie saprophyte du champignon, pour sa reproduction sexuée et pour l'établissement de l'inoculum primaire susceptible d'infecter la prochaine culture. Une seconde revue bibliographique a souligné les lacunes en ce qui concerne le rôle que les mycotoxines pourraient jouer dans la survie de F. graminearum dans un cet habitat. L'objectif principal de cette thèse était donc de vérifier si la présence de mycotoxines dans les résidus de récolte donne un avantage compétitif à F. graminearum vis-à-vis des composantes biotiques du sol et des résidus et notamment les champignons, les bactéries, les protozoaires, les nématodes et les vers de terre. L'impact du DON sur ces différentes communautés a été évalué dans des résidus de maïs et de blé, au champ et en microcosmes, en condition de labour et de travail superficiel du sol. Le développement de la maladie et ses conséquences sur le rendement ont été observés dans l'expérience de terrain à l'Unité Expérimentale de l'INRA de Dijon.Au cours de cette étude, la survie et les dynamiques de développement de la souche modèle d'étude F. graminearum MIAE00376 et des communautés fongiques et bactériennes ont été mesurées en utilisant la réaction de polymérisation en chaîne en temps réel (Q-PCR) ainsi que par comptage sur boîtes. Dans le même temps, l'évolution des structures des communautés microbiennes a été déterminée par analyse du polymorphisme de longueur des fragments de restriction terminaux (T-RFLP). Les nématodes et les vers de terre ont été quantifiés par extraction et observations à l'œil ou a la loupe binoculaire. Le DON introduit dans le sol et les résidus a été extrait et quantifié au cours du temps par chromatographie liquide haute performance (CLHP). Des dynamiques de population de la souche MIAE00376 associée à différents microorganismes isolés de paille en décomposition et sélectionnés pour leur résistance au DON, à des bactéries fixatrice d'azote et à des Fusarium sp. appartenant au complexe fongique du FHB ont été mesurées en microcosmes de paille en présence ou non de DONLes résultats suggèrent que le DON dans les résidus de culture a une incidence sur les composantes biotiques du sol, mais l'impact dépend des communautés et de la localisation des résidus (en surface ou incorporés dans le sol). La biomasse moléculaire montre que les densités bactériennes et fongiques ont été significativement affectées par la présence de DON. La présence de DON a joué un rôle significatif sur la structure des communautés bactériennes et protozoaires, plus faible sur les communautés fongiques et nul sur les nématodes voire positif sur les vers de terre.Il est conclu que le DON est rapidement inaccessible en profondeur et un peu moins rapidement en surface (immobilisation ou dégradation), qu'il ne confère pas d'avantage compétitif au champignon producteur et que la gestion de l'habitat privilégié que constituent les résidus de culture pour F. graminearum peut être envisagée par le travail du sol en favorisant la décomposition rapide des résidus, par le labour ou l'utilisation d'organismes décomposeurs indigènes ou introduits. / Fusarium graminearum is a plant pathogenic fungus, causing devastating disease “Fusarium head blight” (FHB) in cereals including wheat and maize. It also contaminates the grains with mycotoxins including deoxynivalenol (DON) which are toxic to human and animals. This disease has resulted in the serious losses in grain yield and quality. We established through a first bibliographic review that during off season fungus survives saprophytically on the crop residues (ecological habitat) and serves as primary inoculum for the next season crop. However, we noticed also that the literature was poor about the role mycotoxins could play in the establishment of F. graminearum in such a habitat. The main aim of this thesis was therefore to test whether the presence of mycotoxins in the crop residues gives an advantage to F. graminearum to survive and develop a primary inoculum in the presence of the whole soil biota including fungi, bacteria, protozoa, nematodes and earthworms. We studied the impact of DON on the soil communities in the field as well as in microcosms, in wheat as well as in maize residues under tillage and no-tillage conditions. The disease development and the yield were noted in the field experiment. Some DON resistant active fungal decomposers and nitrogen fixing bacteria were picked and the dynamics of F. graminearum was observed by accelerating decomposition of crop residue in their presence, in the presence or absence of DON.During this study, the dynamic and survival of F. graminearum and total fungal and bacterial communities were examined by using quantitative real time polymerase chain reaction (qPCR) as well as by plate counting. At the same time, the structures of microbial communities were determined by using terminal restriction fragment length polymorphism analysis (T-RFLP). The DON resistance of isolated fungal decomposers and nitrogen fixers was tested by using minimal inhibitory concentration test (MIC). Nematodes and earthworms were quantified through binocular observations. The fate of DON was determined by quantifying the mycotoxin by high performance liquid chromatography (HPLC).The results suggested that DON in crop residues showed an impact on the biotic components of the soil but the impact depended on the communities and on the location of the residues (on surface or incorporated in the soil). The molecular biomass shows that the fungal and bacterial densities were significantly affected by the presence of DON. The presence of DON played significant role on the structure of bacterial and protozoan community while the nematodes and fungal communities remained unaffected. MIC results showed that the susceptibility of some competitive fungal strains towards DON was dependent on the dose of mycotoxin. The earthworms (Lumbricus terrestris) were not affected by the presence of mycotoxin. The degradation of DON in the residues was dependent on the time, the location of residues and the soil biota. The quantification of F. graminearum suggested that the presence of DON gave no advantage in the survival and development of primary inoculum during the decomposition of crop residues in the soil. We conclude that fungal decomposers can be selected on their enzymatic potential towards organic matter more than on the DON resistance to increase the degradation of the straw left at the surface and limit the subsequent development of F. graminearum.

La gestion des déchets constitue un problème majeur au niveau mondial. En agriculture, le retour au sol des résidus de culture est une pratique courante et constitue une opportunité intéressante pour maintenir la fertilité du sol et/ou pour stocker du carbone. La décomposition des matières végétales dans le sol est influencée par plusieurs facteurs (tels que la composition microbienne, la nature et qualité des matières végétales), et a pour acteurs principaux les microorganismes telluriques. Au-delà du retour au sol, d’autres voies de valorisation de la matière végétale non récoltée peuvent être envisagées, telle que sa transformation pour des usages non alimentaires. Dans le domaine du bâtiment, l’intérêt de l’utilisation de matériaux biosourcés (destinés à l’isolation thermique) est croissant et encouragé par les pouvoirs publics dans la construction ou la rénovation. Toutefois, à notre connaissance, la question de la gestion de la fin de vie de ces matériaux après déconstruction des bâtiments n’est pas encore abordée. Afin de mieux comprendre le retour aux sols agricoles de matières végétales de natures diversifiées (paille de blé, paille de colza et tiges de tournesol), nous avons combiné différentes caractérisations biochimiques/physicochimiques tels que le fractionnement biochimique, l’analyse thermogravimétrique et la spectroscopie infra rouge, avec l’étude de la dynamique microbienne (abondance, diversité, fonction), complétées du suivi de minéralisation du carbone et de l’azote durant 3 mois d’incubation, en microcosmes. La minéralisation des résidus de grandes cultures est principalement régie par des microbiodiversités initialement différentes, issues de la prairie permanente ou la grande culture, et dans une moindre mesure par leur qualité biochimique. Quant à la dynamique microbienne, elle est impactée par ces deux types de sols et la nature de apports. Dans le cas de coproduits contrastés de la tige de tournesol (moelle et écorce), la minéralisation du C est principalement dictée par leur qualité initiale. Concernant la mise en oeuvre d’un matériau biosourcé à base de moelle de tige de tournesol, elle semble favoriser sa minéralisation dans le sol. Le retour au sol de ce type de matériau pourrait donc constituer un moyen intéressant de gestion de sa fin de vie. / Waste management is a major problem worldwide. In agriculture, the return of crop residues to the soil is a common practice and represents an interesting opportunity to maintain soil fertility and / or to store carbon. The decomposition of plant materials in soils is influenced by several factors (such as microbial composition, plant material’s nature and quality), and soil microorganisms are its main actors. Moreover, other ways of valorization of non-harvested plant materials are possible, such as their transformation for non-food applications. In the building industry, the interest in using biobased materials (for thermal insulation) is growing and encouraged by the public authorities in construction or renovation projects. However, to our knowledge, the issue of management of these materials end-of-life is not yet addressed, after deconstructing the buildings. In order to better understand different crop residues (wheat straw, rapeseed straw and sunflower stems) decomposition in agricultural soils, we have combined different biochemical / physicochemical characterizations such as biochemical fractionation, thermogravimetric analysis and infrared spectroscopy, with microbial dynamics monitoring (abundance, diversity, function), supplemented by carbon and nitrogen mineralization measures during 3 months incubation in microcosms. Crop residues mineralization is mainly governed by initially different microbiodiversities (derived from permanent grassland or conventional cropping system), and to a lesser extent by their biochemical quality. However, microbial dynamics are influenced by both, types of soils and nature of inputs. As for the sunflower stem coproducts (pith and bark), C mineralization is mainly dictated by their initial quality. Concerning the manufacturing process of a sunflower pith biobased material, it seems to favor its mineralization in soil. The return of this type of material to soil could thus constitute an interesting means of managing its end-of-life.

A l'échelle de l'agro-écosystème, la productivité primaire est sous la dépendance du recyclage des matières organiques du sol (MOS) par l'action des organismes indigènes décomposeurs, qui minéralisent les composés organiques libérant ainsi les nutriments nécessaires à la croissance végétale. A une échelle plus globale, le recyclage des MOS détermine les flux de carbone entre le sol et l'atmosphère, avec des conséquences majeures sur la qualité de l'environnement et les changements globaux. Malgré le rôle central des microorganismes indigènes dans ces processus, la composante microbienne est encore mal connue et souvent considérée comme une boîte noire en termes de diversité et de fonctionnalité. Par conséquent, pour mieux comprendre et prédire l'évolution des MOS et donc les flux de carbone (C) dans les agro-écosystèmes, il est nécessaire de mieux connaitre les populations et les mécanismes microbiens impliqués dans leur dégradation et transformation. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse était de progresser dans la connaissance de la réponse des communautés microbiennes telluriques à l'apport de résidus de culture. Cette réponse des communautés microbiennes a été abordée en termes de (i) succession des populations impliquées dans les processus de dégradation de ces MOF (matières organiques fraîches), (ii) lien avec leur fonction de dégradation et répercussion sur la dynamique des matières organiques, et (iii) rôle dans les processus de stockage/déstockage du carbone via les processus de " priming effect ". Différents paramètres pouvant moduler la dégradation des résidus et la dynamique des communautés ont été pris en compte : modalité d'apport des résidus (pratiques culturales), qualité biochimique des résidus (différentes espèces végétales), et température. La stratégie globale de recherche développée repose sur des expérimentations de terrain et au laboratoire impliquant différentes échelles spatiales (du microcosme de sol à la parcelle agronomique) et temporelles (du temps de génération microbien aux cycles culturaux). La réponse des communautés microbiennes à l'apport de résidus a été évaluée par l'utilisation de méthodes moléculaires permettant de caractériser sans a priori la diversité des microorganismes du sol (empreintes moléculaires, clonage/séquençage, séquençage haut débit). En parallèle, un suivi quantitatif et qualitatif de la matière organique du sol, par des méthodes de biochimie ou de spectroscopie, a été réalisé afin d'établir le lien entre la dynamique des communautés microbiennes et le devenir de la matière organique dans le sol. Les deux premiers chapitres du manuscrit portent sur des expérimentations réalisées au terrain (conditions naturelles) afin d'évaluer l'influence de la localisation des résidus (résidus de blé incorporés vs. laissés en surface ; site expérimentale INRA Mons) d'une part et d'autre part de la qualité biochimique des résidus (résidus de blé, colza et luzerne incorporés, site expérimentale INRA Epoisses) sur la dynamique des communautés microbiennes du sol. Les résultats obtenus mettent en évidence une forte influence de la localisation comme de la qualité biochimique des résidus sur les successions de populations microbiennes induites suite à l'apport. Des populations/groupes microbiens stimulés spécifiquement dans chaque modalité ont été identifiés. Les résultats de diversité ont été mis en regard des dynamiques de décomposition des résidus, afin de faire le lien entre les successions de populations et l'évolution des ressources trophiques. La troisième partie du travail correspond à une expérimentation en conditions contrôlées (microcosmes de sol) nous permettant de coupler des outils moléculaires et isotopiques (ADN-SIP) pour cibler spécifiquement les populations microbiennes activement impliquées dans la dégradation des résidus de culture - etc

La fusariose est une des maladies les plus importantes altérant le blé en Bourgogne. L’espèce fongique Fusarium graminearum est l’un des agents principaux de la maladie. L’interaction hôte-pathogène peut entrainer la production de mycotoxines toxiques pour l’homme et l’animal.La seule alternative pour prévenir le développement de la maladie est de contrôler l’inoculum primaire dans son habitat naturel : les adventices, le sol et les résidus de culture. En raison de la tendance à la réduction du travail du sol, une attention particulière doit être portée au rôle des résidus de culture dans la survie et le développement de F. graminearum. Dans ce travail de thèse, deux approches ont été choisies pour mieux comprendre le développement saprotrophe du champignon et ses conséquences. La première, à travers un essai en champ dans le contexte pédoclimatique Bourguignon, avait pour but de définir la part relative des différentes sources d’inoculum dans le développement de la fusariose et l’accumulation des mycotoxines dans les grains. Cet essai devait en outre permettre de déterminer si des indicateurs précoces du développement de la maladie sur épi et de l’accumulation de mycotoxines pouvaient être identifiés. La seconde, à travers un essai en microcosmes, avait pour but de suivre le développement de F. graminearum dans le sol et les résidus.Ce travail a permis de souligner l’importance de la gestion des résidus de culture dans le développement de la fusariose du blé. Favoriser une décomposition biologique rapide des résidus de culture et/ou introduire des cultures intermédiaires assainissantes constituent des perspectives de recherche sur lesquelles doivent porter nos efforts / Fusarium Head Blight (FHB), mainly caused by the fungal species Fusarium graminearum, is one of the most important disease altering wheat crops in Burgundy. Moreover the plant-pathogen interaction leads to the production of mycotoxins potentially toxic for humans and animals.The only alternative to date to prevent the development of the disease is to control the saprotrophic development of F. graminearum in its natural habitat, i.e. weeds, soil and crops residues. Due to the trend of reduced tillage, special attention should be paid to the role of crop residues in the survival and development of F. graminearum.Two approaches were chosen to better understand the saprotrophic development of F. graminearum and its consequences towards FHB. i) The first through a field experiment in the Burgundian pedoclimatic context aimed at defining the relative importance of the different sources of inoculum in the development of FHB and the accumulation of mycotoxins in grains. The field experiment was also to determine whether early indicators of disease development on ears and accumulation of mycotoxins could be identified. ii) The second, through test microcosms, was to follow the development of F. graminearum in the soil and crop residues.This work highlighted the importance of crop residues management in the development of FHB and gave new understanding about the survival of the fungus on these residues. Improve the biological decomposition of crop residues at the soil surface or/and using suppressive intermediate crops could be the next prospective to investigate to limit the soil inoculum potential of saprotrophic F. graminearum

Pendant plusieurs siècles, le sol a été labouré pour contrôler le développement des mauvaises herbes, incorporer des résidus de culture et préparer le sol avant le semis. Après le développement des herbicides la nécessité de labourer a été posée et des systèmes de travail du sol réduit ont été introduits. Ces systèmes de travail du sol réduit ont deux caractéristiques : (i) le sol n'est plus labouré et, (ii) le sol est toujours complètement ou partiellement couvert avec des résidus de culture. Le passage du labour profond au semis-direct (un système de travail du sol réduit) induit des modifications dans la structure du sol et la localisation de la matière organique du sol (MOS) et des résidus de culture. Ceci entraîne des modifications dans le climat du sol (température et humidité) et certaines propriétés biologiques, chimiques et physiques du sol. La combinaison de toutes ces modifications a une influence importante sur les transformations de l'azote et du carbone dans le sol. Les objectifs de notre étude ont été de (i) quantifier les différences des stocks et de flux de carbone et de l'azote entre différents systèmes de travail du sol différenciés depuis 32 années dans un sol limoneux de grande culture du bassin Parisien et, (ii) expliciter les effets du climat du sol, de la structure et des propriétés biologiques et physiques du sol sur les différences de fonctionnement des cycles du carbone et de l'azote du sol. Cette étude a été essentiellement focalisée sur les variables qui ont un impact agronomique ou environnemental : carbone et azote organique du sol, dynamique de l'azote minéral du sol et les émissions de CO2 et N2O. Deux systèmes de travail du sol ont été étudiés : le labour (CT) et le semis-direct (NT). Ces systèmes de travail du sol ont été suivis sur des parcelles en rotation maïs-blé du site expérimental de Boigneville (91) en France. NT présente des stocks de carbone 5 à 15 % plus importants et des stocks d'azote 3 à 10% supérieurs à ceux mesurés pour CT, mais ces différences n'ont pas toujours été statistiquement significatives. Les concentrations de C et N diminuent avec la profondeur en NT alors qu'elles sont distribuées de façon homogène dans la couche labourée en CT. La différence de stock d'azote organique associé aux argiles et limons et la différence de stock d'azote associé à la matière organique particulaire (MOP) ont chacune expliqué 50 % de la différence de stock d'azote total entre les deux systèmes. 66 % de la différence du stock de carbone total du sol ont été explicités par la différence de stock de carbone présent dans la MOP (58 %) et les résidus de culture (8 %). Le carbone et l'azote additionnel dans NT se situe dans des agrégats. Nos résultats suggèrent que les stocks de C et N plus importants pour NT peuvent être attribués à (i) la formation de macroagrégats plus prononcée dans la couche 0-5 cm due à l'activité microbienne et aux stocks de MOS plus importants et, (ii) la meilleure protection de la MOS dans la couche 5-20 cm due à une porosité du sol plus faible et à l'absence de la destruction de la structure du sol par le travail du sol ou le climat. Les modalités de travail du sol n'ont pratiquement pas eu d'influence sur les dynamiques de l'eau et de nitrates dans le profil (0-120 cm) du sol. L'interprétation des données avec le modèle LIXIM a permis de calculer des vitesses de minéralisation comparables pour les 2 systèmes que celles-ci soient calculées avec une échelle de temps exprimée en jours calendaires ou en jours normalisés (à une température et une humidité du sol de référence). Ces résultats montrent que la fourniture d'azote minéral par le sol est similaire dans les différents systèmes de travail du sol étudiés à Boigneville. Par ailleurs, les émissions de N2O ont eu tendance à être plus élevées pour NT que pour CT. Les émissions de CO2 en absence de couvert végétal ont pu être plus importantes pour l'un ou l'autre des systèmes de travail du sol en fonction des conditions climatiques et de la localisation des résidus de culture. Le cumul des quantités de CO2 émis par NT a été significativement plus important que pour CT. Au cours d'une seconde partie du travail, nous avons cherché à montrer si les différences de stocks et de flux de C et N entre les différentes modalités de travail du sol étaient le résultat des modifications des conditions climatiques, de la localisation et des quantités de SOM et résidus de culture ou des propriétés biologiques ou physiques du sol. D'abord, nos résultats ont montré que la minéralisation potentielle du C et N en conditions contrôlées n'a pas été moins importante pour NT comparé à CT. Par ailleurs, la protection physique de la MOS contre la minéralisation du C et N a été évaluée par incubation d'échantillons de sol dont les structures entre 50 µm et 12.5 mm ont été progressivement détruites. Quatre zones structurales ont été considérées : zones avec une structure poreuse ou compacte pour CT et horizons 0-5 et 5-20 cm pour NT. Les résultats indiquent que la destruction de la structure de l'horizon 0-5 cm de NT induit une faible augmentation de la minéralisation de l'azote et pas d'augmentation pour la minéralisation du carbone. La protection de la MOS est en réalité la plus importante pour la couche 5-20 cm du NT. Ensuite, les différences de décomposition de la MOS entre CT et NT au champ ont été influencées par des différences de la température et de l'humidité du sol. Toutefois ces différences ont été souvent faibles et les conditions n'ont pas été systématiquement plus favorables pour la décomposition dans l'un ou l'autre des systèmes de travail du sol. Néanmoins, la distribution et la quantité de pluie et l'évaporation d'eau ont eu une influence importante sur la dynamique des flux de CO2. Les pluies induisent une réhumectation rapide des résidus de surface qui entraîne une augmentation importante des flux de CO2 pour NT par rapport à CT. Après les pluies, la teneur en eau des résidus de surface diminue rapidement ce qui limite sérieusement leur décomposition entraînant des émissions plus faibles pour NT comparé à CT. Finalement, les flux de C et N ont été simulés avec le modèle PASTIS. Les simulations ont montré que la quantité cumulée plus importante de CO2 émise par NT a résulté d'une décomposition plus importante des résidus de culture et pas d'une différence de décomposition des MOS. En réalité, la plus grande quantité des résidus de culture accumulée à la surface du sol dans NT fait plus que compenser la plus faible vitesse de décomposition des résidus en surface pour NT comparé avec la situation de résidus enfouis pour CT. En définitive, c'est la teneur en eau du mulch de résidus qui contrôle le plus l'amplitude de la différence de vitesse de décomposition des résidus entre CT et NT.

A l’échelle de l’agro-écosystème, la productivité primaire est sous la dépendance du recyclage des matières organiques du sol (MOS) par l’action des organismes indigènes décomposeurs, qui minéralisent les composés organiques libérant ainsi les nutriments nécessaires à la croissance végétale. A une échelle plus globale, le recyclage des MOS détermine les flux de carbone entre le sol et l’atmosphère, avec des conséquences majeures sur la qualité de l’environnement et les changements globaux. Malgré le rôle central des microorganismes indigènes dans ces processus, la composante microbienne est encore mal connue et souvent considérée comme une boîte noire en termes de diversité et de fonctionnalité. Par conséquent, pour mieux comprendre et prédire l’évolution des MOS et donc les flux de carbone (C) dans les agro-écosystèmes, il est nécessaire de mieux connaitre les populations et les mécanismes microbiens impliqués dans leur dégradation et transformation. Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse était de progresser dans la connaissance de la réponse des communautés microbiennes telluriques à l’apport de résidus de culture. Cette réponse des communautés microbiennes a été abordée en termes de (i) succession des populations impliquées dans les processus de dégradation de ces MOF (matières organiques fraîches), (ii) lien avec leur fonction de dégradation et répercussion sur la dynamique des matières organiques, et (iii) rôle dans les processus de stockage/déstockage du carbone via les processus de « priming effect ». Différents paramètres pouvant moduler la dégradation des résidus et la dynamique des communautés ont été pris en compte : modalité d’apport des résidus (pratiques culturales), qualité biochimique des résidus (différentes espèces végétales), et température. La stratégie globale de recherche développée repose sur des expérimentations de terrain et au laboratoire impliquant différentes échelles spatiales (du microcosme de sol à la parcelle agronomique) et temporelles (du temps de génération microbien aux cycles culturaux). La réponse des communautés microbiennes à l’apport de résidus a été évaluée par l’utilisation de méthodes moléculaires permettant de caractériser sans a priori la diversité des microorganismes du sol (empreintes moléculaires, clonage/séquençage, séquençage haut débit). En parallèle, un suivi quantitatif et qualitatif de la matière organique du sol, par des méthodes de biochimie ou de spectroscopie, a été réalisé afin d’établir le lien entre la dynamique des communautés microbiennes et le devenir de la matière organique dans le sol. Les deux premiers chapitres du manuscrit portent sur des expérimentations réalisées au terrain (conditions naturelles) afin d’évaluer l’influence de la localisation des résidus (résidus de blé incorporés vs. laissés en surface ; site expérimentale INRA Mons) d’une part et d’autre part de la qualité biochimique des résidus (résidus de blé, colza et luzerne incorporés, site expérimentale INRA Epoisses) sur la dynamique des communautés microbiennes du sol. Les résultats obtenus mettent en évidence une forte influence de la localisation comme de la qualité biochimique des résidus sur les successions de populations microbiennes induites suite à l’apport. Des populations/groupes microbiens stimulés spécifiquement dans chaque modalité ont été identifiés. Les résultats de diversité ont été mis en regard des dynamiques de décomposition des résidus, afin de faire le lien entre les successions de populations et l’évolution des ressources trophiques. La troisième partie du travail correspond à une expérimentation en conditions contrôlées (microcosmes de sol) nous permettant de coupler des outils moléculaires et isotopiques (ADN-SIP) pour cibler spécifiquement les populations microbiennes activement impliquées dans la dégradation des résidus de culture - etc / The effect of the location of wheat residues (soil surface vs. incorporated in soil) on their decomposition and on soil bacterial communities was investigated by the means of a field experiment. Bacterial-Automated Ribosomal Intergenic Spacer Analysis (B-ARISA) of DNA extracts from residues, detritusphere (soil adjacent to residues), and bulk soil evidenced that residues constitute the zone of maximal changes in bacterial composition. However, the location of the residues influenced greatly their decomposition and the dynamics of the colonizing bacterial communities. Sequencing of 16S rRNA gene in DNA extracts from the residues at the early, middle, and late stages of degradation confirmed the difference of composition of the bacterial community according to the location. Bacteria belonging to the -subgroup of proteobacteria were stimulated when residues were incorporated whereas the -subgroup was stimulated when residues were left at the soil surface. Moreover, Actinobacteria were more represented when residues were left at the soil surface. According to the ecological attributes of the populations identified, our results suggested that climatic fluctuations at the soil surface select populations harboring enhanced catabolic and/or survival capacities whereas residues characteristics likely constitute the main determinant of the composition of the bacterial community colonizing incorporated residues. Microbial communities are of major importance in the decomposition of soil organic matter. However, the identities and dynamics of the populations involved are still poorly documented. We investigated, in a eleven-month field experiment, how the initial biochemical quality of crop residues could lead to specific decomposition patterns, linking biochemical changes undergone by the crop residues to the respiration, biomass and genetic structure of the soil microbial communities. Wheat, alfalfa and rape residues were incorporated into the 0-15 cm layer of the soil of field plots by tilling. Biochemical changes in the residues occurring during degradation were assessed by near infrared spectroscopy (NIRS). Qualitative modifications in the genetic structure of the bacterial communities were determined by Bacterial-Automated Ribosomal Intergenic Spacer Analysis (B-ARISA). Bacterial diversity in the three crop residues at early and late stages of decomposition process was further analyzed from a molecular inventory of the 16S rDNA. The decomposition of plant residues in croplands was shown to involve specific biochemical characteristics and microbial communities dynamics which were clearly related to the quality of the organic inputs. Decay stage and seasonal shifts occurred by replacement of copiotrophic populations/bacterial groups such as proteobacteria successful on younger residues with those successful on more extensively decayed material such as Actinobacteria. However, relative abundance of proteobacteria depended greatly on the composition of the residues, with a gradient observed from alfalfa to wheat, suggesting that this bacterial group may represent a good indicator of crop residues degradability and modifications during the decomposition process...