Laboratoire : IMBE UMR 7263, Équipe Biotechnologies et Biodiversité, Équipe Vulnérabilité des écosystèmes et conservation
Directeur de thèse : Nathalie DUPUY Co-directeurs : Catherine RÉBUFA et Anne-Marie FARNET
email : [email protected]

Profil du/de la candidat(e): il ou elle doit présenter une formation en sciences du sol associée également à un profil d’écologue couplé dans la mesure du possible à de bonnes connaissances naturalistes. Le/la doctorant(e) interviendra à la fois sur les aspects « signature chimique » en tant que proxy permettant de reconstituer l’historique des sites, ce qui nécessitera des bases solides en chimie et biochimie et sur la caractérisation des biodiversités végétales des parcelles étudiées (connaissances naturalistes). Ce projet de thèse alliant des approches de terrain (campagnes d’échantillonnages particulièrement importantes) et d’analyses en laboratoire, le/la doctorante devra montrer des aptitudes liées aux difficultés de l’effort d’échantillonnages et une rigueur pour les analyses chimiques et biochimiques et le traitement des données. Il/elle devra faire preuve d’une organisation rigoureuse dans la programmation de ses activités très variées et s’adapter aux outils divers utilisés (spectroscopie infra rouge, analyses pedologiques et pédoanthracologiques). Bien évidemment, il/elle sera amené(e) à encadrer des étudiants de différents niveaux et disciplines.

Contexte et enjeux
Le sol constitue un compartiment majeur dans le fonctionnement des écosystèmes, siège du turn-over de la matière organique, processus fonctionnel supportant de nombreux services écosystémiques. Il est notamment susceptible, dans un contexte de changement climatique, de participer aux mécanismes d’atténuation de ces modifications majeures en contribuant au stockage du carbone. Ce potentiel dépend de l’influence de multiples facteurs environnementaux (climat, couvert végétal, substratum géologique, topographie…) et de leurs interactions. Parmi eux, l’usage des terres, passé et présent, ainsi que les pratiques associées (pratiques agricoles, sylvicoles…) jouent un rôle central sur le fonctionnement du sol et les propriétés chimiques et microbiologiques qui en découlent (Murty et al., 2002). Mais si l’influence de l’usage des terres (et le changement d’usage) sur la qualité du sol commence à être documentée (Billings, 2006, Mendham et al., 2002, Guggenberg and Zech, 1999) et spatialisée (Sun et al., 2003), peu d’éléments bibliographiques considère l’importance de l’historique des usages sur le fonctionnement actuel du sol. Pour autant, il semble crucial de pouvoir répondre à cette question en reconstruisant la végétation passée- en lien avec l’usage des terres -et son impact sur les structures physico-chimiques du sol puisque celles-ci sont susceptibles de gouverner la productivité et la résilience des écosystèmes face aux nombreux forçages des changements globaux (Lal, 2004). La matière organique du sol présente une grande variété de molécules, résultantes du type d’occupation des sols, des diversités du couvert végétal et de processus successifs de dégradation et de stabilisation. Il a été montré que la signature chimique de la matière organique peut être caractéristique d’un écosystème (Trendel et al., 2010), des assemblages forestiers (Duarte et al., 2013) et de leur âge (Lucas-Borja et al., 2016). Elle constitue donc un proxy particulièrement pertinent à cet égard et cette signature chimique autorise une approche intégrant un pas de temps d’une centaine d’années (Smith et al., 2007) ce qui constitue une échelle temporelle modeste au regard des études paléoenvironnementales intéressant la période de l’Holocène mais tout à fait inédite dans les études pédologiques conventionnelles. Ainsi, l’utilisation de méthodes d’analyses non destructives comme les techniques spectroscopiques (proche et moyen infrarouge, RMN du solide du 13C) permettrait d’appréhender ces signatures et de proposer des modèles prédictifs des usages antérieurs sur la base de la composition chimique de la matière organique des sols. A terme, ce projet permettra donc d’obtenir un outil remarquable, utile dans des champs d’investigation très divers de l’écologie puisqu’il permettra de relier l’histoire du sol avec des proxies ‘actuels’ de biodiversité (comme les diversités du couvert végétal) et de fonctionnement du sol (diversités génétiques et fonctionnelles microbiennes).

Etat de l’art
Des études ont montré que la spectroscopie proche infrarouge de la matière organique du sol peut être utilisée avec succès pour discriminer les sols en fonction de leur couverture végétale, prairie ou forêt (Ertlen et al., 2010, Vyslouzilova et al., 2015), y compris la discrimination entre différents types de feuillus. (Ertlen et al., 2015) et montre qu’une grande partie de l’histoire de la végétation est préservée dans la matière organique.
L’analyse de sols par spectroscopie en moyen infrarouge permet par contre de caractériser plus facilement les structures touchées par les modifications spatiales et temporelles. Des empreintes spectrales de la matière organique dissoute isolée à partir de la litière et de couches superficielles du sol ont été utilisées pour évaluer l’influence de quatre couvertures d’arbres différentes sur leur processus de dégradation (Traversa et al., 2008). Baumann et al, 2016 suggèrent que les amides et les polysaccharides sont particulièrement influencés par la région géographique alors que les principaux polysaccharides ont été affectés par l’utilisation des terres (intensive par rapport à l’étendue).
L’influence du changement d’utilisation des sols a aussi été étudiée à partir de la RMN 13C sur des sols (prélevés entre 0 et 10 cm) dont les résultats ont montré une augmentation de la teneur en O-alkyl (glucides), plus importante sous les pâturages que sous la végétation indigène ou sous des plantations (Mendham et al., 2002).
Des modèles de régression des moindres carrés partiels (PLS) basés sur des données spectrales dans le domaine du visible, proche et moyen infrarouge ont permis de déterminer rapidement, précisément et simultanément plusieurs propriétés (carbone organique total, azote total, les fractions de carbone, teneur en carbonates, la biomasse microbienne,…) dans les sols liées à des couvertures végétales différentes (Tatzber et al., 2002, Knox et al., 2015), ou modifiées par un changement du type d’utilisation agricole (Madhavan et al., 2016).

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