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National audience; Le pois (Pisum sativum) possède la capacité de fixer l’azote atmosphérique via une symbiose avec des bactéries du sol, au sein de structures racinaires appelées nodosités, permettant ainsi de s’affranchir de l’apport d’engrais azotés pour sa culture. Cependant, la fixation symbiotique de l’azote est un processus très sensible au stress hydrique qui l’affecte négativement. Bien que la capacité d’une plante à récupérer après un stress hydrique puisse être déterminante pour sa survie et l’élaboration de son rendement, les mécanismes enclenchés lors de cette phase restent peu connus. Afin d’évaluer la capacité du pois à récupérer après un stress hydrique, notamment en termes de reprise de croissance et d’acquisition d’azote, et d’identifier les processus écophysiologiques sous-jacents à cette récupération, deux génotypes contrastés pour leur architecture racinaire et pour leur capacité à récupérer après un stress hydrique ont été sélectionnés. Ils ont été cultivés au sein de la plateforme de phénotypage à haut-débit 4PMI de Dijon et ont subi un stress hydrique suivi d’une période de ré-arrosage durant lesquelles une cinétique de prélèvements a été réalisée. Les processus écophysiologiques impliqués dans la récupération après le stress et en lien avec les flux d’eau, de carbone et d’azote au sein de la plante ont été analysés en utilisant un cadre d’analyse de type structure-fonction. L’efficacité des deux stratégies de récupération ainsi que les mécanismes associés ont ainsi pu être caractérisés et seront présentés.

One of the challenges in crop modelling is to understand and be able to reproduce heterogeneities in crop development at intra-plot scale in order to better predict the yield. The aim of this work was to suggest a method for spatializing the input data of crop models, in particular the water stock accessible to plants, in order to reproduce the differences in crop development within a subwatershed. This work was carried out in 3 main steps: (1) adaptationof the STICS crop model to the local context, (2) spatialization of the inputs by the spatial correlation method (SCORPAN-like method) and (3) evaluation of the simulated spatialization with STICS model. Prior to spatialization step, it was necessary to identify the determinants of vegetation heterogeneities observed within the experimental subwatershed. A preliminary study led to delimit the situations that could be reproduced by the model and to identify variables that could be spatialized as well as to define an optimal strategy to spatialize the inputs. Based on this, a methodological work was established to evaluate and parameterize the model without spatialization (local approach) in a context of soils with vertisolic properties. Particularity of local soils properties underlined the need to define a new domain of model validity. Moreover, the protocol used to measure water holding capacity, implied a needful and important step that was to determine the propagation of measurement uncertainty in the model. Finally, thanks to statistical spatialization of measurements, STICS model was used on 8 x 8 m meshes to simulate vegetation development on the whole studied subwatershed.; Un défi de la modélisation des cultures est de comprendre et de reproduire les hétérogénéités de développement de la végétation à l'échelle du pédon afin de prédire le rendement. Le but de ce travail est de proposer une méthode de spatialisation des modèles de culture par la spatialisation des données d'entrée, notamment de la réserve utile, pour reproduire les hétérogénéités observées au sein d'un petit sous-bassin versant. Ce travail a été mené en 3 étapes : (1) calage du modèle STICS au contexte local (2) spatialisation des entrées du modèle par une méthode dérivée desapproches SCORPAN et (3) évaluation des simulations spatialisées avec STICS. Préalablement à la spatialisation des données d'entrée du modèle STICS, il était nécessaire d'identifier quels étaient les déterminants des hétérogénéités de végétation observéesau sein du sous-bassin versant expérimental étudié. Pour cela un travail préliminaire a conduit à délimiter les situations pouvant être reproduites par le modèle et les variables pouvant être spatialisées ainsi que de définir une stratégie optimale pour spatialiser les entrées. Sur cette base, une méthodologie de travail a pu être définie pour évaluer et paramétrer le modèle sans spatialisation (approche locale) dans un contexte de sols ayant des propriétés vertiques. Cette particularité des sols locaux nécessite d'établir un nouveau domaine de validité du modèle, compte tenu des hypothèses indispensables (processus considérés comme négligeables) pour simuler dans ce contexte. Par ailleurs, le protocole utilisé pour déterminer la réserve utile a nécessité d'établir la manière dont l'incertitude de la mesure se propageait dans le modèle. Ainsi, grâce à ce travail de spatialisation statistique des mesures, le modèle STICS a pu être utilisé sur des mailles de 8 x 8 m pour simuler le développement de végétation sur tout le sous-bassin versant étudié.

Plant roots play an important role in the growth and development of plants, and it is well known that the mechanical interactions between a growing root and the surrounding soil can have a major impact on root growth and consequently on plant biomass production. These mechanical interactions are one of numerous factors that explain the variability of root architecture, including genetics, environment and developmental instability. But this factor has often been under-estimated. I hypothesize that the heterogeneous structure of soil at the particle scale, demonstrated by the broad distribution of forces, can significantly influence root growth trajectories. This thesis aims at determining how grains in granular soils are reorganized under the action of growing roots, and in return how the resulting forces acting on root tips modify their development, including the kinematics of their trajectories, in order to develop a general biophysical law of root-soil mechanical interactions. I developed a 2D numerical model of root growth in a granular medium using a Discrete Element Model (DEM). The model is able to compute grain-grain and root-grain contact forces within a granular medium. The root system is modelled using chains of connected spheroline elements. The orientation of root growth at every growth step is determined by the dynamics of the whole root under the action of its internal elastic forces and reaction forces exerted by the grains, which are the mechanical interactions that control numerical growth in the model.Parametric studies were carried out in order to (i) estimate the influence of granular structure (grain diameter distribution, cohesion, volume fraction) and root mechanical properties (root bending stiffness) on the axial force signal acting on the root tip, and on the root trajectories and (ii) define general physical laws that can be used further to analyze experimental data. The distribution curves of computed root tip-grain forces normalized by the mean force during a given period of growth were characterized by a decreasing power law for forces below the mean force, and an exponential fall-off for forces above the mean force, thus reflecting the broad distribution of forces inside the granular material. An analysis of the standard deviation of the local deformations of root trajectories resulted in two different regimes with regard root stiffness. In the first regime, soil controlled the root deformation and in the second, the root trajectory was straighter and displaced more significantly the surrounding grains during growth.; Les racines des plantes jouent un rôle important dans la croissance et le développement des plantes, et il est bien connu que les interactions mécaniques entre une croissance racinaire et le sol environnant peuvent avoir un impact majeur sur la croissance des racines et par conséquent sur la production de biomasse végétale. Ces interactions mécaniques sont l'un des nombreux facteurs qui peuvent expliquent la variabilité de l'architecture des racines, y compris les facteurs génétiques, environnementaux et l'instabilité du développement. Mais ce facteur a souvent été sous-estimé. Nous supposons que la structure hétérogène du sol à l'échelle des grains, démontrée par la large répartition des forces, peut influencer d'une manière significative sur les trajectoires de croissance des racines. Ce travail de thèse vise à déterminer comment les grains dans les sols granulaires se réorganisent sous l'action de la croissance des racines, et en retour, comment les forces résultantes agissant sur les apex des racines modifient leur développement, y compris la cinématique de leurs trajectoires. Nous avons développé un modèle numérique 2D de la croissance des racines dans un milieu granulaire en utilisant la méthode des éléments discrets (DEM). Le modèle est capable de calculer les forces de contacts grain-grain et racine-grain dans un milieu granulaire. Le système racinaire est modélisé en utilisant des chaînes d'éléments de spheroline connectés. L'orientation de la croissance des racines, à chaque étape de croissance est déterminée par la dynamique de la racine entière sous l'action des forces élastiques internes et des forces de réaction exercées par les grains, ces sont les interactions mécaniques qui contrôlent la croissance numérique dans le modèle.Des études paramétriques ont été réalisées afin (i) d'estimer l'influence de la structure granulaire (distribution de grains de diamètre, la cohésion, la fraction volumique ...) et les propriétés mécaniques des racines (la rigidité à la flexion) sur le signal de force axiale agissant sur la pointe de la racine, et sur les trajectoires et (ii) de définir les lois physiques générales qui peuvent être utilisées en outre pour analyser des données expérimentales. Les courbes de distribution des forces axiales calculées normalisées par leurs moyens au cours d'une période donnée de la croissance, sont caractérisées par une loi de puissance décroissante pour les forces en dessous de la force moyenne, et une décroissance exponentielle pour les forces ci-dessus de la force moyenne, reflétant ainsi la large répartition des forces à l'intérieur d'un matériau granulaire. Une analyse de l'écart-type des déformations locales des trajectoires des racines, résulte deux régimes en fonction la rigidité de la racine. Une première lorsque le sol contrôle les déformations des racines, et une deuxième lorsque la racine est trop rigide, et se déplace plus les grains environnants durant la croissance.

National audience; La fluorescence X est une technique permettant de déterminer la composition élémentaire d’un échantillon. En travaillant avec un faisceau de rayon X focalisé et en déplaçant l’échantillon par rapport au faisceau, des cartographies de fluorescence X peuvent être enregistrées. La ligne "LUCIA" (Ligne Utilisée pour la Caractérisation par Imagerie et Absorption [1], [2]) au synchrotron SOLEIL permet de réaliser ces d’expériences de micro-fluorescence (μXRF) dans le domaine des rayons X dits "tendres" (0.8-8 kev, informations au seuil K des éléments du Na au Fe et au seuil L du Ni au Ga ainsi qu'au seuil M des terres rares et des actinides). Afin d’enregistrer cartes élémentaires de µXRF, l’énergie des rayons X est sélectionnée en accord avec les éléments que l’on souhaite cartographier et le faisceau de rayons X, focalisé à 3 x 3 µm², est envoyé sur un échantillon hétérogènes placé sur une platine de translation x-z. Les informations obtenues permettent de déterminer la localisation des éléments, leur abondance relative, ainsi que les autres éléments auxquels ils sont éventuellement associés. La station de mesure est équipée d’un cryostat permettant de travailler aux températures de l’azote ou de l’hélium liquide. Ce dispositif est particulièrement intéressant pour les échantillons biologiques car il présente l’avantage d’éviter la détérioration de l’échantillon sous irradiation du faisceau de rayons X et de pouvoir analyser des coupes fines (15-30 µm) de tissus animaux ou végétaux préparées en cryo-microtomie sans aucun traitement chimique ni marquage préalable. Le mode d’acquisition en « FlyScan », récemment implémenté sur la ligne LUCIA, permet un gain de temps considérable par rapport au mode précédent d’acquisition en point par point. Il devient ainsi possible d’augmenter le nombre d’échantillons cartographiés pour obtenir des répétitions. Sur la ligne LUCIA, la cartographie µXRF peut être combinée à des expériences de micro-absorption X (µXAS) afin d’obtenir des informations sur l'environnement local des éléments analysés (état d’oxydation, coordinence, géométrie locale). Des points d'intérêt sont sélectionnés en fonction de la distribution des éléments obtenue sur une carte de µXRF préalablement enregistrée et un spectre XAS est collecté. Dans le domaine de la biologie, différents types d’application sont possibles comme la détermination de la distribution et de l’état d’oxydation des éléments métalliques dans des tissus ou cellules (nanoparticules, cations, complexes,…). L’analyse des éléments plus légers tels que le Cl, le S ou le P est particulièrement adaptée sur cette ligne. Deux exemples d’application en lien avec l’assimilation du P par les plantes sont présentés : le premier concerne des racines et nodules de légumineuses et le second des racines de pin mycorhizées. [1] Vantelon et al. 2016. The LUCIA beamline at SOLEIL. J. Synchrotron Radiat., 23, 635–640. [2] www.synchrotron-soleil.fr/Recherche/LignesLumiere/LUCIA/

leguminous plant, can fix atmospheric nitrogen through symbiosis with symbiotic bacteria of the genus Rhizobium. Yet the sensitivity of symbiotic N fixation to biotics and abiotics stresses leads to a significant yield and protein rate variability compared with cereals. A better understanding of C and N partitioning between roots and shoots according to the mode of N nutrition seems necessary to identify levers of yield stabilisation. In this context, the model PeaNod developed within INRA Dijon Ecophysiology team combines an architectural model of pea with an source-sink approach. The main objective of this work was to study the impact of competition between nodules and roots on roots architecture. The major hypotheses are : (1) competition between nodules and roots via rate of C satisfaction (2) nodules are initiated on apical meristems according to plant N status. To thid end, the model was simplified then parametrized according to several stages: (1) study of architectural distribution of root biomass (2) study of biomass repartition between roots and nodules (3) study of nodule initiation according to N status. Then, results of simulations were compared with experimental data obtained under greenhouse and in hydroponic conditions with pea genotype Baccara. Our results showed that formulated hypotheses allow to simulate biomass repartition between nodules and roots and in particular oscillations of laterals density and length along taproot. These phenomena had been observed but never compared to experimental data. These oscillations translate impact of carbon competition on speed growth modification of roots meristems and thus on elongation and initiation of new roots meristems. However, the model doesn’t allow us to simulate suitably kinetics of nodules initiation and thus their position on roots system. The model requires more adjustments of formalisms and parameters. Eventually, PeaNod model will allow us to test scenarios of nodulation by varying speed of nodules growth and fixation specific activity. It will be also interesting to confront the model with other sets data like hypernodulating mutants., Les légumineuses, et notamment le pois de printemps (Pisum sativum), ont la particularité de pouvoir fixer l’azote atmosphérique du sol via la symbiose avec des bactéries symbiotiques du genre Rhizobium. Cependant, la sensibilité de la fixation symbiotique de l’azote aux stress biotiques et abiotiques induit une variabilité importante du rendement et du taux de protéine du pois par rapport aux céréales. Une meilleure compréhension du partitionnement des assimilats entre racine et partie aérienne en relation avec les modes de nutrition azoté semble nécessaire pour identifier les leviers de stabilisation du rendement. Dans ce cadre, le modèle PeaNod développé au sein de l’équipe Ecophysiologie de l’INRA de Dijon, associe un modèle architectural du pois à une approche source-puits. L’objectif principal de cette étude était d’étudier l’impact de la compétition entre nodosités et racines sur l’architecture racinaire. Les hypothèses majeures sont : (1) la compétition entre nodosités et racines se fait via le taux de satisfaction en assimilats carbonés, (2) les nodosités sont initiées sur les pointes racinaires en croissance en fonction du statut azoté de la plante. Pour cela, le modèle a été simplifié puis paramétré selon plusieurs étapes : (1) étude de la répartition architecturé de la biomasse racinaire, (2) étude de la répartition de la biomasse entre racines et nodosités et (3) étude de l’initiation des nodosités selon le statut azoté. Les résultats des simulations ont ensuite été comparés à des données expérimentales obtenues sous serre et en conditions hydroponiques sur le génotype Baccara du pois. Nos résultats ont montré que les hypothèses formulées permettent de simuler la répartition de la biomasse entre nodosité et racines et notamment les oscillations de la densité et de la longueur des latérales le long du pivot, phénomènes qui avaient été observés mais jamais confrontés à des données expérimentales. Ces oscillations traduisent ainsi l’impact de la compétition pour le carbone sur la modification de la vitesse de croissance des pointes racinaires et donc sur l’élongation et l’initiation de nouvelles pointes racinaires. Cependant, le modèle ne permet pas pour l’instant de simuler convenablement la cinétique d’apparition des nodosités et donc leur positionnement au sein du système racinaire. Le modèle nécessite donc encore un ajustement des formalismes et des paramètres choisis. À terme, le modèle PeaNod permettra de tester des scénarios de nodulation en faisant varier la vitesse de croissance des nodosités et l’activité spécifique de fixation. Il sera aussi intéressant de confronter le modèle à d’autres jeux de données comme les mutants hypernodulants.

The influence of agricultural practice on the diversity of Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF, Glomeromycota) continues to be an important research question as these mutualistic symbionts are known to improve plant growth and soil quality. To this day, studies of community diversity in AMF have exclusively been based on nuclear ribosomal gene regions, such as the small and large subunits and the ITS region. In the Glomeromycota, these regions show high intra-organism polymorphism, which can seriously complicate interpretation of diversity data. We chose the rpb1 gene as an alternative marker as this putative single-copy gene has been shown to be monomorphic within fungal isolates but shows an excellent barcode gap between species. It has also been widely used for phylogenetic studies in other fungal groups. We designed a glomeromycotan-specific PCR primer set for 454 sequencing of a region of this gene, and established a new reference dataset comprising all major AMF lineages. Using this novel molecular tool, we analyzed the influence of tillage regimes on AMF root communities in a field experiment in Switzerland. The PCR primers showed a high specificity for glomeromycotan sequences. We found evidence of significant shifts of the AMF communities caused by soil management and for increased patchiness among non-tilled plots. Tillage effects on different AMF taxa are more complex than previously thought and provide indications about their ability to adapt to agricultural management practices and their life history strategies. The high resolving power of high-throughput sequencing highlights the need for quantitative measurements to efficiently detect these effects.

Climate change raises concerns about temporal and spatial water availability in many grape growing countries. The rapidly increasing world population and the scarcity of suitable land for agricultural food production, together with a changing climate, will increase competition with grape-producing areas for the use of land and resources. Consequently, other practices that can potentially improve water management of vineyards and water acquisition by grapevines need to be considered. Aside from canopy systems and their management, the choice of plant material is a key issue. Therefore, in the present work, the role of different rootstocks, regarding their tolerance to drought, was investigated for their potential effects on i) water uptake, ii) water transport and iii) shoot water use, using a combination of ecophysiological, modelling and transcriptomic approaches. Experiments were conducted under controlled conditions to decipher short and long term responses to drought of different rootstocks grafted with the same scion. An ecophysiological model was used to investigate the roles of rootstock genotypes in the control of stomatal aperture. Long-term steady state water-deficit conditions were used to examine the responses of i) whole plant growth, root anatomy and hydraulic properties and ii) transcriptome remodelling in the roots.Our model showed that rootstock affect stomatal aperture of the grafted scion via coordinated processes between root traits, hydraulic signals and chemical signals. Stomatal conductance, transpiration rate and leaf-specific hydraulic conductance were higher and better maintained under well-watered and moderate water-deficit conditions in the drought-tolerant genotype (110 Richter) compared to the drought-sensitive one (Vitis riparia cv. Gloire de Montpellier). We identified several genotype-specific parameters which play important roles, like root-related parameters, in the control of stomatal regulation. Additionally, root system architecture and root hydraulic properties are important constitutive traits identified between rootstocks.Long-term water-deficit induced genotype adaptive responses in the roots were evaluated. The drought-tolerant genotype exhibited a substantial shift in root tips xylem conduit diameter under moderate water-deficit while the drought-sensitive genotype did not respond. Transcriptomic analysis identified genotype-specific transcripts that are regulated by water-deficit levels. The comparison between stress levels and genotypes identified 24 significant genes in “treatment×genotype” interactions, most of them were involved in lipid metabolism and cell wall processes. These genes displayed genotype-specific water-deficit response curves. Protection against drought-induced oxidative damage was found to be an important mechanisms induced by the drought-tolerant rootstock, while the drought-sensitive one responds to water-deficit by modification of cell wall properties., Dans le contexte du changement climatique, les prédictions réalisées mettent en évidence une altération de la disponibilité en eau dans de nombreuses régions viticoles ; ce qui, conjointement à l’augmentation de la population mondiale et la diminution des terres agricoles, va accroître la compétition pour l’utilisation des ressources hydriques. Par conséquent, améliorer l'adaptation à la sécheresse de la vigne est un des enjeux majeurs des prochaines années. Pour cela, une adaptation des pratiques culturales peut être proposée, en particulier le choix pertinent du matériel végétal et notamment du porte-greffe.Dans ce travail, le rôle du porte-greffe vis-à-vis de la réponse de la vigne greffée à la contrainte hydrique a été étudié, en utilisant des approches écophysiologiques, moléculaires et de modélisation. Des expériences ont été réalisées en conditions contrôlées afin d’étudier l’effet du déficit hydrique à court et long terme sur les réponses de différents porte-greffes greffés avec le même scion.Le modèle écophysiologique a démontré que les porte-greffes affectent l'ouverture stomatique du greffon par des processus coordonnés incluant les caractéristiques racinaires, les signaux hydrauliques et les signaux chimiques lors d’un déficit hydrique à court terme. La conductance stomatique, le taux de transpiration et la conductance hydraulique des feuilles ont été plus élevés en conditions irriguées et de stress hydriques modérés chez le génotype résistant à la sécheresse (110 Richter) par rapport au génotype sensible à la sécheresse (Vitis riparia cv. Gloire de Montpellier). Nous avons identifié plusieurs paramètres génétiques impliqués dans le contrôle de la régulation stomatique. Des différences d’architecture racinaire et de conductivité hydraulique des racines ont été identifiées entre les porte-greffes.Le déficit hydrique à long terme a entrainé des réponses adaptatives différentes entre les porte-greffes. Le génotype tolérant la sécheresse a induit une modification du diamètre des vaisseaux du xylème de la partie apicale de la racine en réponse au déficit hydrique modéré tandis que le génotype sensible n'a pas présenté de différence par rapport au contrôle. L’analyse transcriptomique des racines a identifié des gènes spécifiques aux différents génotypes, qui sont régulés en fonction du niveau de déficit hydrique. La comparaison entre les niveaux de stress et les génotypes a identifié 24 gènes intervenant dans l’interaction « traitement × génotype ». Ces gènes sont majoritairement impliqués dans le métabolisme des lipides et de la paroi cellulaire. Des courbes de réponse au déficit hydrique spécifiques aux différents génotypes ont été observées. La protection contre les dommages liés aux stress oxydatifs induits par le stress hydrique semble être un mécanisme important chez le porte-greffe résistant à la sécheresse. Le génotype sensible semble répondre au déficit hydrique par une modification des propriétés de la paroi cellulaire de la racine.

International audience; Les marnes noires du Jurassique couvrent de vastes surfaces dans les Alpes françaises du Sud. Partout où elles affleurent, elles sont sujettes à une érosion intense à l'origine de problèmes de sédimentation dans les cours d'eau et d'envasement dans les réservoirs hydro-électriques. Dans les badlands de Draix (Alpes de Haute-Provence), les vitesses d'érosion obtenues par différentes méthodes de mesure atteignent 5 à 10 mm/a. Dans cette étude, les mesures d'érosion quantifiées au moyen d'une approche dendrogéomorphologique sont validées par comparaison avec celles issues du suivi micrométrique d'un réseau de 47 tiges métalliques. Trente-neuf racines de Pinus sylvestris L. déchaussées ont été échantillonnées dans le bassin-versant du Moulin (8 ha) et l'impact de la dénudation sur les variations anatomiques des cernes annuels de croissance a été mesuré. L'année de déchaussement a pu être déterminée via l'étude de la diminution très rapide, de l'ordre de 60%, de la surface du lumen des trachéides. Les vitesses d'érosion mesurées au moyen de la dendrogéomorphologie atteignent en moyenne 5 mm/an et montrent une corrélation significative [r²(d)=0,39] mais non exclusive avec la pente locale. Elles concordent avec celles obtenues à partir de mesures micrométriques (5,7 mm/a en moyenne) et par cubages réalisés à l'exutoire du bassin-versant (4,7 mm/a). Dés lors, cette approche offre des perspectives particulièrement intéressantes pour quantifier et spatialiser rapidement les vitesses d'érosion moyennes sur plusieurs décennies, dans des bassins versants non instrumentés.

For obvious agronomic and environmental reasons, being able to design and implement agro-ecosystems in which crops have optimal access to resources is of pivotal importance to all stakeholders involved in agricultural production. Intensification techniques such as agro-forestry or the introduction of inter-crops aim to increase land productivity while conserving geochemical cycles, to ensure the sustainability of agro-ecosystems through an optimized use of environmental resources (light, water and nutrients). In theory, there are many ways of achieving such a goal, but in practice, below-ground interactions between plants are complex and difficult to measure, so that progress with the development of sustainable agro-ecosystems has been slow and remains modest. In this context, the objective of this work was to assess the effects of inter-crops on the growth of young rubber trees, based on a detailed analysis of below-ground interactions between the associated plants. The dynamics of below-ground interactions has been studied in rhizoboxes, at both the scale of individual roots and that of the whole root system, using detailed numerical descriptions of root architecture. Such an approach resulted in the design of an innovative method for the analysis of the entire root system dynamics, namely, the analysis of growth trajectories. In the case of the maize-rubber tree association, the experiments in rhizoboxes showed that the below-ground interactions between these two plants can induce changes in root growth, at both the individual root and the whole root system levels. However, such a coordination of rooting patterns could not be confirmed in the case of the cassava-rubber tree and groundnut-rubber tree associations. Not unexpectedly, field experiments provided a rather complex picture of the underground interactions between rubber trees and inter-crops. However, initial results obtained using 'root traps' in a cowpea-rubber tree treatment indicated that these two plants were unlikely to have a marked underground competitive behavior relative to each other. Results of field experiments also indicated that, in general, rubber trees seem to 'invest' in 'expensive roots' of low specific root length, presumably to confer some degree of durability to these organs, while inter-crops favoured the allocation of assimilates to 'cheaper' roots, i.e. roots of much higher specific length, probably in response to a 'fast growth imperative' (an hypothesis supported by the root elongation rate values measured during the rhizobox experiments). Finally, to the possible exception of cassava, inter-crops were found to have no significant impact on the development of young rubber trees, as evidenced by measured changes in tree circumference, height and leaf development. This result is consistent with results from the rhizobox experiments which also showed no inhibitory effect of inter-crops on the above-ground development of rubber trees. Although the work presented in this report does not allow, in itself, to conclude firmly on the issue of the functional complementarity between plants grown in association in inter-cropping systems, they provide preliminary answers to this complex issue together with methods to obtain such answers. Overall, this work therefore represents a contribution to the design of sustainable agro-ecosystems which are becoming increasingly needed in the context of a growing global demand for food and raw materials. In addition, some of the results generated by this work open up prospects for future research for the development of sustainable agro-ecosystems., Pour d'évidentes raisons agronomiques et environnementales, être en mesure de concevoir et mettre en place des systèmes de culture dans lesquels les plantes accèdent aux ressources de manière optimale revêt une importance cruciale pour tous les intervenants impliqués dans la production agricole. Les techniques d'intensification telles que la mise en place de cultures d'inter-rang et l'agro-foresterie visent à accroître la productivité globale des terres tout en assurant la durabilité des agro-écosystèmes, via une optimisation de l'utilisation des ressources environnementales (lumière, eau et nutriments) par les plantes et une préservation des cycles géochimiques. En théorie, les moyens d'atteindre ces objectifs sont nombreux mais en pratique, les interactions souterraines sont complexes et difficiles à mesurer, de sorte que les progrès réalisés dans la conception d'agro-écosystèmes améliorés et durables demeurent modestes. Dans ce contexte, l'objectif de ce travail a été d'évaluer, au travers de mesures racinaires detaillées en rhizotron et au champ, les effets des cultures d'inter-rang sur la croissance des jeunes hévéas. La dynamique des interactions souterraines a été étudiée, tant au niveau de la racine individuelle qu'à celui du système racinaire entier, sur la base, notamment, de descriptions numériques détaillées. Une telle approche a permis de proposer, en outre, une voie novatrice pour l'analyse de la dynamique racinaire à l'echelle du systeme racinaire entier, à savoir l'analyse des trajectoires de croissance. Dans le cas de l'association maïs-hévéa, les expérimentations en rhizotron ont permis de mettre en evidence que les interactions souterraines entre ces deux plantes peuvent induire des modifications de la croissance de leurs racines, à la fois à l'échelle de la racine individuelle et à celle du système racinaire entier. Toutefois, une telle coordination des dynamiques racinaires des plantes associées n'a pas pu être confirmée dans le cas des traitements manioc-hévéa et arachide- hévéa. Les expérimentations au terrain ont fourni, de manière assez prévisible, une image complexe des interactions souterraines entre hévéa et cultures d'inter-rang. Toutefois, un premier résultat obtenu par le biais de la mise en place de 'pièges à racines' dans un traitement niébé-hévéa, a été de montrer que ces deux plantes n'avaient pas un comportement compétitif marqué l'une vis-à-vis de l'autre. Il est également apparu que les hévéas paraissent 'investir' dans des racines 'coûteuses', car de faible longueur spécifique, probablement pour assurer une certaine durabilité de ces organes, tandis que les cultures d'inter-rang favorisent l'allocation des assimilâts vers des racines de longueur spécifique élevée, de construction moins 'coûteuses', probablement en réponse a un impératif de croissance plus rapide (suggéré par les taux d'élongation racinaire mesurés au cours des expérimentations en rhizotron). Enfin, excepté le cas du manioc, l'introduction de cultures d'inter-rang telles que le maïs et l'arachide n'a pas eu d'impact significatif sur le développement des jeunes hévéas, comme en attestent l'évolution de leur circonférence, hauteur et développement foliaire. Ce résultat de terrain est compatible avec les résultats des expérimentations en rhizotron qui n'ont démontré aucun effet inhibiteur des cultures d'inter-rang sur le développement de la partie aérienne des hévéas. Bien que les travaux présentés dans ce rapport, ne permettent pas, à eux seuls de conclure de manière définitive sur la façon dont les espèces cultivées en association peuvent se compléter mutuellement sur le plan fonctionnel, ils apportent des éléments de réponse préliminaires à cette question complexe ainsi que des méthodes permettant de les obtenir. Au total, ce travail représente donc une contribution à la conception des agro-écosystèmes durables qui deviennent de plus en plus indispensables dans le contexte d'une demande mondiale croissante en produits alimentaires et matières premières. En outre, certains des résultats obtenus dans le cadre de cette thèse ouvrent des perspectives pour des recherches plus approfondies, avec une finalité agronomique appliquée.

Diplôme : Dr. d'Université; Depuis quelques années, les racines suscitent un nouvel intérêt dans les problématiques environnementales liées à la dynamique du carbone dans les agro-écosystèmes, en raison notamment de leur contribution, à la mort ou à la récolte de la plante, au stockage du C des sols. Pour mieux comprendre le rôle de la qualité chimique des racines sur le processus de décomposition, nous avons tiré profit de la variabilité génétique de la composante pariétale des cellules de maïs, permettant de travailler sur une gamme de composition chimique généralement impossible à obtenir sur un même organe d’une même espèce végétale. Notre étude a porté sur seize racines de variétés hybrides de maïs ainsi que celles de maïs mutants brown-midrib, dont les parties aériennes ont été caractérisées dans le cadre d’études sur la digestibilité des fourrages. Les variations de la composition chimique des racines trouvées ont porté principalement sur la teneur et la composition des polymères pariétaux (polysaccharides et lignines). Elles se sont traduites par des cinétiques bien différenciées de minéralisation du C au cours de leur décomposition dans le sol. L’analyse approfondie de la qualité chimique des 16 racines et le suivi approfondi de son évolution au cours de la décomposition pour 4 génotypes contrastés ont montré le rôle du C soluble sur le court terme, de la fraction lignine sur le long terme, et ont souligné le rôle de l’organisation des parois cellulaires sur la décomposition. En particulier, la prise en compte de l’acide p-coumarique estérifié améliore la prédiction des taux de minéralisation du C à long terme. La question de la nature et de l’origine de l’azote organique des racines a été étudiée en combinant caractérisation chimique et microscopie. Nous avons observé la présence de microorganismes colonisateurs présents avant décomposition des racines dans les sols, ayant modifié la composition chimique des racines (diminution des polysaccharides pariétaux, augmentation de la teneur en azote) et diminué la biodégradabilité intrinsèque des racines colonisées. L’adaptation de la thioacidolyse sur une matrice sol a permis de mettre en évidence des biomarqueurs de la structure non condensée des lignines des racines après 800 jours de décomposition dans le sol et permet d’envisager l’étude de la relation entre qualité des matières organiques entrant et qualité de la matière organique stabilisée. Les cinétiques de minéralisation du C des racines ont été simulées avec le modèle RothC afin de tester et améliorer le formalisme représentant la qualité des résidus végétaux (compartiment facilement décomposable DPM et un compartiment plus récalcitrant RPM). Nous avons démontré qu’une valeur moyenne et standard du rapport DPM/RPM n’était pas adaptée, même pour un type unique de résidus (les racines de maïs), et avons proposé une paramétrisation de ce rapport à partir des caractéristiques chimiques identifiées dans notre étude.