L’ensemble des connaissances rassemblées dans cette synthèse bibliographique a permis la mise en évidence de plusieurs faits. Tout d’abord, la minéralisation des matières organiques du sol dépend (entre autres) de l’accessibilité des microorganismes aux substrats. Si on considère la détritusphere, les facteurs identifiés sont : la localisation initiale des matières organiques et des microorganismes dans la détritusphère mais aussi l’organisation du réseau poral du sol et son degré de remplissage par l’eau. D’autre part, la structure de la communauté microbienne peut avoir un impact sur la dégradation de la matière organique du sol selon ses capacités d’exploration du milieu et de dégradation propres.
Les conditions d’incubation dans les études sur la détritusphère sont variées mais aucune d’entre elle n’a encore étudié les effets d’une faible teneur en eau (pF>3) sur la
biodégradation. Egalement, ces études ne permettent pas de bénéficier d’une approche à plusieurs échelles allant du µm au cm ou au-delà. Cela permettrait pourtant d’améliorer la précision des modèles utilisés pour la prédiction du devenir du carbone dans l’environnement. On sait notamment qu’il existe un certain volume de sol impliqué dans la minéralisation d’un substrat organique mais il n’y a pas pour le moment de relation simple entre ce volume et la minéralisation. Rendre compte de cette relation volume-minéralisation serait utile notamment pour estimer l’échelle à laquelle se déroulent les processus de biodégradation et cibler les descripteurs de cette relation afin de mieux atteindre les objectifs fixés pour une modélisation plus précise du devenir du carbone du sol.
Ce travail de thèse avait donc pour objectif d’évaluer l’impact de la teneur en eau du sol sur le fonctionnement de la détritusphère. Ainsi un suivi de l’évolution spatio-temporelle de résidus végétaux, des microorganismes et de leur activité a été réalisé sur des échelles allant du µm au cm.
Pour répondre à cet objectif, nous avons développé une approche expérimentale en microcosmes de sol dans lesquels nous avons appliqué 3 différents potentiels matriciels avec apports de substrats organiques marqués, complexes et localisés. L’activité et le devenir des microorganismes ainsi que du carbone ont été suivi via des mesures de minéralisation et des
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analyses élémentaires, isotopiques et biologiques. La localisation des microorganismes et de leur activité a également été suivie et visualisée par microscopie à fluorescence et par nanoSIMS (figure 5).
Différentes échelles spatiales ont été explorées. Une partie du travail a été réalisée sur des systèmes de taille centimétriques à millimétriques puis une autre partie a été effectuée à une échelle millimétrique à micrométrique afin de mettre en relation les phénomènes observés à l’échelle du cosme et ceux observés à micro-échelle (figure 5).
Figure 5 - Schéma récapitulatif des différentes mesures effectuées sur les cosmes à échelle centimétrique, à
échelle millimétrique et micrométrique
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Question 1 : Quel est l’impact du potentiel matriciel et en particulier en conditions de sol sec sur la biodégradation de résidus végétaux localisés ?
Question 1: What is the impact of the matric potential and particularly under dry soil conditions on the biodegradation of localized plant residues?
Cette question sera traitée dans le Chapitre 3 – Evolution spatio-temporelle de hot-spots de detritusphere à différentes teneurs en eau du sol
Question 2 : Quels volumes de sol et quelles communautés microbiennes sont impliqués dans la détritusphère et comment sont-ils modulés par la teneur en eau ?
Question 2: What volumes of soil and what microbial communities are involved in the detritusphere and how are they modulated by water content?
Cette question sera traitée dans le Chapitre 3 – Evolution spatio-temporelle de hot-spots de detritusphere à différentes teneur en eau du sol
Question 3: Quel est l’impact du potentiel matriciel sur le priming effect après apport de résidus végétaux au sol ?
Question 3: What is the impact of the matric potential on the priming effect after adding plant residues to the soil?
Cette question sera traitée dans le Chapitre 4 – Priming effect induit par la biodégradation d’un résidu végétal à différents potentiel matriciels
Question 4: Quelles méthodes pour visualiser les microorganismes et leurs activités dans des hot spots de type détritusphere?
Question 4: Which methods to visualize microorganisms and their activities in detritusphere hot-spots?
Cette question sera traitée dans le Chapitre 5 – Méthodes et limites pour visualiser les microorganismes et leurs activités dans les habitats microbiens du sol
Question 5 : Quel est l’impact du potentiel matriciel sur la répartition des microorganismes dans le sol ?
Question 5: What is the impact of the matric potential on the distribution of microorganisms in the soil?
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Cette question sera traitée dans le Chapitre 6 – Evolution spatio-temporelle des microorganismes totaux et actifs à une échelle µm à mm dans la détritusphère
Question 6 : Quels sont les sites de biodégradation de la matière organique dans le sol ?
Question 6: Where are the sites of biodegradation of organic matter in the soil?
Cette question sera traitée dans le Chapitre 6 – Evolution spatio-temporelle des microorganismes totaux et actifs à une échelle µm à mm dans la détritusphère
Cette thèse s'inscrit dans le projet « Soilµ3D – Propriétés émergentes des fonctions microbiennes dans les sols : Identification de descripteurs spatiaux de la structure du sol à partir de modélisations 3D à l'échelle des habitats microbiens ». Il a pour ambition de modéliser la biodégradation des matières organiques par les microorganismes du sol à l’échelle des micro-habitats et cela en trois dimensions afin de répondre aux besoins actuels de la recherche.