UPThèses

La connaissance des principales sources diffuses de sédiments permettrait d'améliorer l'utilisation des ressources publiques investies dans les stratégies de gestion des sols. Les méthodes de traçage (fingerprinting) conventionnelles basées sur la composition géochimique sont laborieuses et nécessitent une préparation importante des échantillons. Cette étude visait à rechercher les sources de sédiments dans des bassins versants agricoles du Rio Grande do Sul (sud du Brésil) et d'évaluer l'utilisation des outils spectroscopiques comme technique alternative. La superficie des bassins versants étudiés est comprise entre 0,80 et 2027 km². Les sources de sédiments correspondent aux terres cultivées, aux prairies, aux chemins agricoles et aux berges des cours d'eau. L'échantillonnage des sédiments est basé sur des préleveurs automatiques pour un suivi temporel, des prélèvements de sédiments fins du lit de la rivière, et lors d'événements de pluvieux. La concentration totale des traceurs géochimiques a été mesurée dans les échantillons de sédiments et de sols. Les mesures spectrales ont été faites dans la gamme ultraviolet-visible, proche infrarouge et infrarouge moyen pour le bassin versant d'Arvorezinha. Les deux méthodes, classiques et spectroscopiques, permettent de discriminer et de fournir la contribution des sources de sédiments. L'information spectrale peut être aussi précise que les traceurs géochimiques. En outre, la combinaison de paramètres de couleur dérivés du spectre dans le visible avec traceurs géochimiques était une façon rapide et peu coûteuse pour améliorer la discrimination entre les sources et la précision des prédictions. La contribution des sources de sédiments démontrent que d'autres facteurs que proportion de l'utilisation des terres, comme la distribution de terres agricoles, les forêts et les chemins agricoles dans le paysage, jouent un rôle important dans la production de sédiments. Forêt riparienne semble être un facteur clé de l'érosion des berges des cours d'eau. L'érosion due aux chemins agricoles semble être fortement liée échelle d'observation et dépend du nombre de points ou les routes traversent le réseau hydrographique. Les terres cultivées, même lorsque cultivées sans labour (semis direct), sont encore la principale source de sédiments dans les bassins versants agricoles dans le sud du Brésil. La quantité de sédiment produite par les terres cultivées et par unité de surface qui atteint efficacement le réseau de drainage variait de 0,06 à 3,95 tonnes ha-1 an-1. Ces variations sont partiellement liées au relief et à la pente, mais elles sont essentiellement influencées par l'utilisation des terres et la gestion des sols. La quantité de sédiments provenant des terres cultivées est encore trop élevée pour des zones de faible érosivité et cultivées sans labour du sol, comme le bassin versant de Conceição (1, tonnes ha-1 an-1). Ceci, indique que des efforts supplémentaires sont encore nécessaires pour réduire l'érosion du sol. Par conséquent, il est urgent de mieux planifier l'utilisation et l'occupation des terres dans ces bassins versants, dans la mesure où les systèmes de gestion des sols utilisés par les agriculteurs sont encore inefficaces pour réduire le ruissellement et l'érosion dans les zones cultivées dans le sud du Brésil.

La perspective d'une augmentation de la population mondiale implique que la production alimentaire soit améliorée et mieux répartie dans le monde. Une alternative durable pour atteindre une production alimentaire élevée est une utilisation efficace des surfaces déjà cultivées. Le phosphore (P) est un élément nutritif essentiel à la production végétale dont les réserves naturelles sont menacées d'épuisement dans les prochaines décennies. L'utilisation adéquate de ce nutriment est donc nécessaire pour assurer la durabilité de l'agriculture et de l'environnement. Ainsi, ce travail s'inscrit dans le scénario d'augmentation de l'efficacité des engrais et de la production agricole et de maintien de l'équilibre dynamique des nutriments en visant la durabilité des systèmes agricoles, la sécurité alimentaire et la réduction du changement climatique. Par conséquent, l'objectif principal de ces travaux était d'établir une stratégie plus efficace de fertilisation au P pour augmenter la production de fourrage, le maintien de la communauté végétale et l'utilisation efficace du P. De même, nous avons testé l'effet des systèmes de gestion du sol sur la disponibilité et l'épuisement du P dans le sol et sa stœchiométrie avec le carbone et l'azote. Pour atteindre nos objectifs, nous avons analysé deux expériences de long terme. La première a été établie en 1997 dans une prairie naturelle du biome de la Pampa dans l’état du Rio Grande do Sul au Brésil. Le sol du site expérimental est un sol avec de faibles stocks de P total et disponible. Sur ce site, l’effet de différentes sources de P a été testé sur la production de matière sèche, l'efficacité de l'utilisation du P par les plantes et les changements botaniques. Le second site, établi en 2005, est situé sur le site expérimental de l’ORE ACBB de l’INRAe de Lusignan en France. Le sol du site expérimental présentait des stocks élevés de P total et disponible en raison d'une fertilisation historique avant l'expérience. Aucune fertilisation P n’a été réalisée depuis l’installation du site expérimental. Sur ce site, l'effet à long terme de deux systèmes de gestion (culture permanente et prairie permanente) a été mesuré par l'exportation de P, l'épuisement des stocks totaux de P, C et N du sol, le suivi de la disponibilité du P et les changements dans la stœchiométrie C:N:P du sol. La dynamique du P dans la biomasse microbienne du sol et les modifications du couplage P, C et N dans la taille des agrégats du sol ont également été suivies. Nous avons conclu que l'utilisation de sources de P soluble (comme le superphosphate simple et triple) associée au chaulage est une meilleure stratégie pour améliorer la production de matière sèche et l'efficacité d'utilisation du P dans les prairies de la Pampa. Ces engrais ont entraîné un léger changement dans la richesse des espèces ; cependant, il y a eu un plus grand renouvellement des espèces, principalement dans les groupes de graminées et de plantes fourragères et dans la contribution des légumineuses à la production de fourrage. Pour maintenir le rendement en matière sèche, un apport régulier de phosphore, ne dépassant pas trois ans, est nécessaire. L'utilisation de phosphates naturels (roches phosphatées) n'a pas permis d'améliorer la fertilité et la production de matière sèche de manière satisfaisante en raison de leur non-dissolution à long terme (plus de six ans). D'autre part, les prairies permanentes ont entraîné un plus grand épuisement des stocks totaux et P-labile en comparaison des cultures permanentes. De même, les prairies permanentes ont favorisé une transformation du P inorganique en P organique dans le pool le plus labile, accompagnant l'augmentation des stocks de C et de N dans le sol. La technique RMN 31P a permis d'observer que les prairies permanentes avaient un effet plus significatif sur la réduction de l'α-glycérophosphate et l'augmentation du myo-IHP et de l'adénosine monophosphate que les terres cultivées permanentes.

Le sud du Brésil est une région agricole qui connait une forte croissance de sa production tant au niveau céréalier qu'animal. L'intensification des pratiques agricoles ainsi que l'urbanisation grandissante dans cette région génèrent également une forte pression anthropique pour les milieux aquatiques et les sols. Le présent travail vise à mieux comprendre l'impact lié à l'utilisation puis au rejet de composés pharmaceutiques (humain ou vétérinaire) sur les rivières et les sols à travers l'exemple du bassin versant du Rio Guaporé. L'étude des sols a montré une contamination par les composés pharmaceutiques dans les zones agricoles, où l'épandage de lisiers apparait comme une source importante de contamination et de gènes de résistance aux antibiotiques. Les molécules détectées varient selon le type d'exploitation des sols et les épandages effectués. L'érosion importante que subissent les sols de cette région et leur lessivage par les pluies peuvent favoriser ensuite le transport de ces contaminants vers les milieux aquatiques. L'étude des milieux aquatiques, à travers le biofilm épilithique et les POCIS, ont permis de montrer que les zones de plus forte production agricole sont les plus contaminées. Une forte contamination par les zones urbaines a été cependant aussi mise en évidence. Ces résultats sont à mettre en relation avec l'absence de réseaux d'assainissement urbains dans cette région. La nature et l'ampleur de la contamination sont influencés par les variations saisonnières. L'utilisation de la sucralose et de la carbamazépine comme traceurs de l'activité anthropique s'est avérée prometteuse de même que l'usage des biofilms et des POCIS comme échantillonneurs.