Soutenance de thèse de Kevin POTARD



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Le jeudi 21 décembre 2017 à 14h30, salle de conférences de l'OSUR, bâtiment 14b, Campus de Beaulieu, UR1

Le jeudi 21 décembre 2017 à 14h30, salle de conférences de l'OSUR, bâtiment 14b, Campus de Beaulieu, UR1

Les émissions de Composés Organiques Volatils (COVs) par les sols dans les paysages agricoles. Identification des sources et incidences sur la qualité de l’air

Résumé :
Les composés Organiques Volatils (COVs) sont des gaz carbonés rares, émis en faible  concentration depuis les surfaces continentale et marine vers l’atmosphère.  Très réactifs, ces composés sont impliqués dans la chimie atmosphérique et sont au cœur de nombreuses problématiques environnementales actuelles telles que le changement climatique lié aux gaz à effet de serre, la qualité de l’air et les rétroactions sur le fonctionnement des écosystèmes. Les couverts végétaux terrestres étaient jusqu’alors identifiés comme les sources principales de COVs d’origine biogénique. Mais, de récentes études suggèrent que les sols pourraient constituer des sources majeures de COVs. Or dans les paysages anthropisés agricoles, les sols sont l’objet d’usages et de gestions divers et variés et sont susceptibles de modifier qualitativement et quantitativement les patrons d’émissions de COVs. Paradoxalement, les sols d’agrosystèmes ont fait l’objet de peu d’inventaires de leurs émissions de COVs (par comparaison au NOx et CH4). La rareté des connaissances sur la contribution des sols d’agrosystèmes dans les émissions de COVs a motivé ce travail de thèse dans lequel trois objectifs ont été poursuivis : i) inventorier les spectres et quantifier les flux de COVs émis par les sols dans les paysages agricoles, ii) déterminer le rôle des microorganismes du sol dans les émissions et iii) identifier les déterminants abiotiques régulant les émissions de COVs par les sols. Une première partie du travail a consisté à analyser les dynamiques temporelles d’émissions de COVs sur le terrain, dans  deux sites observatoires représentatifs du paysage agricole Breton : le site EFELE (SOERE-PRO) comprenant des sols cultivés soumis à des pratiques de fertilisation contrastées (4 régimes différents), et la Zone Atelier Armorique (ZAAr) comprenant des prairies permanentes fertilisées et des prairies humides caractérisées par un faible degré d’anthropisation. La deuxième partie du travail a été menée en laboratoire pour expliciter et compléter les observations de terrain, deux séries d’expérimentations en laboratoire ont été réalisées permettant de manipuler, i) la source de carbone organique du sol via l’apport de différentes molécules modèles, ii)  les communautés microbiennes par la transplantation de  communautés microbiennes naturelles dans trois sols distincts.
Cette étude aura permis de générer des avancées techniques et de produire des résultats entièrement novateurs concernant à la fois la caractérisation des spectres et la quantification des flux de COVs biogéniques émis par les sols. Ainsi, nous montrons, en laboratoire et sur le terrain, qu’un sol émet une quarantaine de masses dont seules quelques-unes (1 à 4 masses) sont dominantes. Ces spectres de COVs sont par ailleurs spécifiques des usages des sols (culture vs prairie) et des pratiques de fertilisation. Nous montrons aussi : i) qu’il existe une temporalité des émissions de COVs par les sols allant de 22 à 157 µg de COVs par m2 h-1, la période hivernale étant la moins émissive et que ii) s’ajoute le fait que certaines pratiques de fertilisation, comme l’apport de lisier de porc, induisent un flux de méthanol pouvant atteindre  jusqu’à 10 fois celui  qui est observé par les sols amendés avec du digestat de lisier de porc.
Concernant, le rôle des microorganismes du sol dans la production de COVs, nous démontrons que le spectre de COVs n’est pas représentatif de la diversité phylogénétique de la communauté du sol mais plutôt de l’activité métabolique des microorganismes actifs. S’agissant de l’exploration des déterminants abiotiques susceptibles de réguler les émissions, nos résultats suggèrent que l’ajout de molécules organiques au sol, induit un changement rapide dans le spectre de COVs émis par le sol, allant de quelques heures à quelques jours après apport. Cette modification est dépendante du degré de polymérisation de la molécule apportée. Ainsi l’acétate induit la production de 1-butanol, tandis que c’est principalement la production de 2-butanone qui est stimulée lors de l’apport de cellulose ou de lignine. Pour conclure, l’approche intégrative et interdisciplinaire mise en œuvre dans ce travail de thèse  a permis d’accroitre les connaissances sur les émissions de COVs biogéniques par les sols. L’ensemble des recherches suggère que les émissions de COVs par les sols ne sont pas négligeables. Leur position clé en termes d’enjeux (chimiques, écologiques, agronomiques, sanitaires) requiert de leur porter davantage  intérêt et de les prendre en compte dans les scénarii futurs des changements globaux (climatiques et usages de terres) notamment en regard des pratiques émergentes de gestion des sols en lien avec la transition écologique amorcée en agriculture. De même, La prise en compte des émissions de COVs dans les cycles biogéochimiques du Carbone et celui associé de l’azote pour mieux appréhender le fonctionnement des écosystèmes est également discuté dans ce document.

Jury :
Christophe GUIMBAUD Professeur d’université – LPC2E / rapporteur
Tiphaine CHEVALLIER Chargée de Recherche – IRD / rapporteur
Alexandre TOMAS Professeur d’université – Mines DOUAI / examinateur
Dominique WOLBERT Professeur d’université – ENSCR / examinateur
Laurence GALSOMIES  Ingénieur de recherche - ADEME / examinateur
Françoise BINET Directrice de Recherche - ECOBIO / directrice de thèse
Jean-Luc LE GARREC Maitre de conférence – IPR / co-directeur de thèse
Cécile MONARD Chargée de recherche – ECOBIO / co-directrice de thèse

Contact : Kevin POTARD





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