La difficulté d'estimer avec fiabilité la contribution des cultures de légumineuses au pool azoté du sol est un frein à l'accroissement de l'utilisation de ces cultures en tant qu'alternative aux engrais azotés chimiques. D'une part, il est difficile de prévoir la quantité d'azote (N) fixé en fonction des conditions de culture. D'autre part, il existe une grande incertitude sur la quantité d'azote provenant des parties souterraines et principalement de l'N rhizodéposé. Dans ce contexte, le premier objectif de mon travail de thèse était d'adapter et d'affiner une méthode de marquage utilisant le tracer 15N pour mesurer la quantité d'N rhizodéposé par une culture de pois. Deux méthodes « split-root » et « cotton-wick » ainsi que plusieurs conditions de marquage ont été testées. Les effets de la disponibilité en azote du sol, d'un stress hydrique et des sources d'azote sur ce processus ont également été étudiés chez différentes variétés et lignées isogéniques de pois. L'estimation de la rhizodéposition est influencée par la fréquence de marquage et la concentration de la solution de marquage. Cependant, des résultats fiables ont été obtenus avec les deux méthodes de marquage lorsque les plantes étaient soumises à un marquage continu avec une solution diluée d'urée. Pour des raisons pratiques, la méthode « cotton-wick » a été adaptée pour les expérimentations en conditions de plein champ. La proportion d'azote allouée aux parties souterraines n'était influencée ni par un stress hydrique, ni par la disponibilité en azote du sol ou les sources d'azote. L'N rhizodéposé représentait 90% de l'azote total des parties souterraines. De ce fait, l'azote des parties souterraines devrait être intégré dans le calcul du bilan N après une culture de légumineuse ainsi que pour la prédiction des économies en N pour les cultures suivantes dans les systèmes de cultures basés sur les légumineuses.

L'objectif de notre travail a été étudié le transfert de C dans la plante et vers la rhizosphère de Lolium perenne afin d'expliciter le couplage entre le fonctionnement de la plante et la rhizodéposition.<br />Nous avons d'abord déterminé la contribution du carbone récemment assimilé par la plante à la rhizodéposition. Nous avons ainsi réalisé un double marquage long des parties aériennes des plantes (14CO2 et 13CO2) afin d'estimer la répartition dans la plante et les compartiments rhizosphériques du C récent et le C plus anciennement assimilé. Contrairement à ce qui est admis généralement, le C ancien, probablement issu de la remobilisation de composés de réserve, contribue significativement à la rhizodéposition.<br />Nous avons ensuite évalué sur des dispositifs expérimentaux de terrain l'influence de contraintes subies par les parties aériennes de la plante sur les flux de C récent vers la rhizosphère (augmentation de la concentration en CO2 atmosphérique et défoliation). La disponibilité en azote dans le sol est un facteur déterminant de la réponse des plantes à l'élévation des concentrations en CO2 ou à la défoliation. A l'automne, une diminution de la rhizodéposition de C est observée pour les plantes soumises au doublement de CO2. Les composés organiques libérés par les racines sont minéralisés plus rapidement sous CO2 élevé que sous CO2 ambiant. La défoliation n'induit pas de variations notables de la disponibilité en C dans la rhizosphère, suggérant aucune influence significative de ce facteur sur la rhizodéposition. <br />Les interactions entre les facteurs de l'environnement et de gestion de la parcelle cultivée déterminent le fonctionnement de la plante et modulent les efflux de C à partir des racines, ce qui rend la rhizodéposition difficile à prédire et à modéliser. Il s'avère que les effets nets du doublement de CO2 ou de la défoliation sur la rhizodéposition sont beaucoup moins marqués au champ qu'en conditions contrôlées. Au delà de la contribution quantitative de la rhizodéposition au bilan de C dans le sol, les interactions entre la nature biochimique des rhizodépôts et l'activité biologique des sols nécessitent d'être approfondies.