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Soil is a critical natural resource and the most biologically active compartment of the biosphere. Soils support global agriculture and forestry and they host hydrological processes largely controlling the recharge of the world's groundwater resources. Soil structure or architecture, referring to the binding and arrangement of soil constituents, is an important trait that supports a wide array of soil hydro-ecological functions. Despite its importance, soil structure remains difficult to define and characterize particularly at scales relevant to field applications. Typically, soil structure characterization relies on laboratory measurements on core samples or on episodic small scale field measurements, offering limited perspectives on the spatial and temporal variations of soil structure. The motivation of this thesis rests on the need for characterization techniques that provide soil structure information at relevant spatial scales (e.g., for applications in agricultural operation and management) and can guide strategies to maintain favorable soil structure. Thus, the main objective of this thesis is to evaluate the potential of harnessing geophysical methods to fill the scale-gap in characterization of soil structure and to propose a way forward in using geophysical methods to characterize soil structure directly (via impact of soil pores, transport and mechanical properties on geophysical signals), and indirectly by measurement of surrogate variables (wetness, rates of drainage). First, we identify the geophysical methods that hold the largest potential for characterizing soil structure-related mechanical and hydraulic states. For this, we chose the seismic method for its unmatched sensitivity to the soil mechanical traits and the Direct Current (DC)-resistivity method for its robustness and known sensitivity to the soil water content and pore network characteristics. We present advances on integrative frameworks combining field monitoring and physically-based modeling of seismic and geoelectrical signatures that enable interpretation of measured signals in terms of soil structure. These frameworks were tested at the Soil Structure Observatory (SSO) experimental field site, located in the vicinity of Zürich, Switzerland. The SSO is a long-term experiment designed to study the evolution of soil properties following a compaction event in the spring of 2014. We monitored geophysical data at the SSO focusing on four experimental plots: non-compacted and compacted bare soil and non-compacted and compacted ley. We developed a new pedophysical model to interpret macroscopic seismic properties in terms of soil structure. Based on soil rheology models, our pedophysical model captures subtle soil mechanical signatures by accounting for soil plastic deformation during compaction events. This pedophysical model is used to interpret P-wave velocities monitored in the spring and summer of 2019. The monitored P-wave velocities carried a strong imprint of soil compaction and were roughly 30% higher for compacted soils than for non-compacted soils. The P-wave velocities were well predicted using the contact area between aggregates as the main characterizing feature differentiating soil structure. The model inferred contact areas between aggregates that are 2.9 times larger for compacted than for non-compacted soils. We monitored DC-resistivity data in the spring and summer of 2018. In order to interpret these data, we developed a modeling scheme that combines a new pedophysical model of soil electrical properties and a one-dimensional water flow and heat transfer model. This framework includes a soil-structure specific evaporation model. Raw DC-resistivity data revealed that soil compaction leads to a persistent decrease in soil electrical resistivity (~15%). These differences are well reproduced by our proposed pedophysical model by invoking a reduction of macroporosity and its connectivity by the compaction event. Time-Domain Reflectometry (TDR) and DC-resistivity data revealed that compacted soils (both bare soil and ley) are typically drier (i.e., present greater water losses) than non-compacted soils. To explain this, we invoke differences in evaporation properties to qualitatively reproduce differences in water storage between compacted and non-compacted soils. The monitored seismic and geoelectrical data suggest that soil properties have not yet recovered from compaction. The research reported here is a first step for harnessing geophysical methods to address a long standing challenge of soil structure quantification to inform agronomic activities, diagnose chronic soil degradation (compaction) and help calibrate Land Surface models that rely on currently incomplete soil information. Most importantly, the thesis provides a blueprint for future integration of geophysics and soil research through combined monitoring and modeling., Le sol est une ressource naturelle essentielle et le compartiment biologique le plus actif de la biosphère. Les sols sont les supports de l'agriculture et de la sylviculture, et ils abritent des processus hydrologiques qui contrôlent en grande partie la recharge des eaux souterraines. La structure ou l'architecture du sol, c'est-à-dire, la liaison et la disposition des constituants du sol entre eux, est un paramètre important pour les fonctions hydro-écologiques du sol. Malgré son importance, la structure du sol reste difficile à caractériser, en particulier à des échelles pertinentes pour les applications sur le terrain. Typiquement, la caractérisation de la structure du sol est faite à partir de mesures en laboratoire sur des échantillons de sol ou de mesures ponctuelles épisodiques, ce qui offre des perspectives limitées sur les variations spatiales et temporelles de la structure du sol. La motivation de cette thèse repose sur le besoin en techniques de caractérisation pour fournir des informations sur la structure du sol à des échelles spatiales pertinentes pour l'exploitation agricole et pour guider des stratégies de maintien de structure de sol favorable. Ainsi, l'objectif principal de cette thèse est d'évaluer le potentiel de l'utilisation des méthodes géophysiques pour la caractérisation de la structure du sol, soit directement (via l'impact des pores du sol, du transport et des propriétés mécaniques sur les signaux géophysiques), soit indirectement par la mesure de variables de substitution (humidité, taux de drainage). Premièrement, nous avons identifié les méthodes géophysiques qui présentent le plus grand potentiel pour caractériser les états mécaniques et hydrauliques liés à la structure du sol. Pour cela, nous avons choisi la méthode sismique pour sa sensibilité inégale aux caractéristiques mécaniques du sol et la méthode de résistivité en courant continu pour sa robustesse et sa sensibilité connue à la teneur en eau du sol et aux caractéristiques du réseau poreux. Nous présentons des avancées sur les approches intégratives combinant le suivi de données sur le terrain et la modélisation physique des signatures sismiques et géoélectriques qui permettent l'interprétation des signaux mesurés en termes de structure du sol. Ces systèmes ont été testés sur le site expérimental du Soil Structure Observatory (SSO), situé à proximité de Zurich, Suisse. Le SSO est un site d’études expérimentales sur le long terme conçu pour étudier l'évolution des propriétés du sol après un événement de compactage qui a eu lieu au printemps 2014. Nous avons collecté des données géophysiques au SSO en nous concentrant sur quatre parcelles expérimentales: sol nu non compacté et compacté, sol herbeux non compacté et compacté. Nous avons développé un nouveau modèle pédophysique pour interpréter les propriétés sismiques macroscopiques en termes de structure du sol. Basé sur des modèles de rhéologie du sol, notre modèle pédophysique capture les signatures mécaniques subtiles du sol en tenant compte de la déformation plastique du sol lors des événements de compactage. Ce modèle pédophysique est utilisé pour interpréter les vitesses des ondes P mesurées durant le printemps et l'été 2019. Les vitesses de l'onde P observées portaient une forte empreinte dûe au compactage du sol et étaient environ 30 % plus élevées pour les sols compactés que pour les sols non compactés. Les vitesses de l'onde P ont été bien prédites en utilisant la zone de contact entre les agrégats comme principale caractéristique pour identifier les structures du sol. Le modèle a inféré des zones de contact entre les agrégats qui sont 2,9 fois plus grandes pour les sols compactés que pour les sols non compactés, ce qui indique que les sols ne se sont pas rétabli suite au compactage. Nous avons collecté les données de résistivité au cours du printemps et de l'été 2018. Afin d'interpréter ces données, nous avons développé une approche de modélisation qui combine un nouveau modèle pédophysique de propriétés électriques du sol avec un modèle unidimensionnel d'écoulement d'eau et de transfert de chaleur. Cette approche comprend un modèle d'évaporation spécifique à la structure du sol. Les données brutes de résistivité ont révélé que le compactage du sol entraîne une diminution persistante de la résistivité électrique du sol (~15 %). Ces différences sont bien reproduites par notre modèle pédophysique en invoquant une réduction de la macroporosité et de sa connectivité par le compactage. Les données de réflectométrie temporelle (TDR) et de résistivité ont révélé que les sols compactés (sol nu et sol herbeux) sont généralement plus secs (i.e., ils présentent des pertes d'eau plus importantes) que les sols non compactés. Pour expliquer cela, nous invoquons des différences de propriétés d'évaporation pour reproduire qualitativement les différences de stockage de l'eau entre les sols compactés et non compactés. Ce travail de recherche est une première étape dans l’utilisation des méthodes géophysiques pour relever le défi de longue date qu’est la quantification de la structure du sol, pour pouvoir apporter des informations pour la recherche en agronomie, diagnostiquer la dégradation chronique du sol (compactage) et aider à calibrer les modèles de surface terrestre (Land Surface Model, LSM) qui reposent sur des informations incomplètes. La thèse fournit également un plan pour l'intégration future de la géophysique et de la recherche pédologique grâce au suivi des données combiné à la modélisation.

Soil plays a major role in the hydrological processes at the land surface. Water movement in the soil, evaporation, and transpiration processes are all strongly controlled by soil hydraulic properties. These properties are therefore important in estimating soil water fluxes.The objective of this thesis is to improve the representation of soil hydraulic properties in the ORCHIDEE (ORganizing Carbon and Hydrology in Dynamic EcosystEms) model, which describes land surface processes in the IPSL (Institut Pierre Simon Laplace) climate model, and is therefore a land surface model (LSM).Soil hydraulic properties are defined by both texture, which is the size-class sorting of the soil particles, and the structure, which is the arrangement of soil particles and pores. However, in ORCHIDEE, as in many other LSMs, these properties are inferred from a soil texture map, through pedotransfer functions. In the first part of this thesis, we investigate the impact of soil texture on the simulated soil water fluxes and storage at different scales, using several soil texture maps, to evaluate the model response to the different texture classes. This part shows that although the model exhibits a physically based response to soil texture, the choice of the soil texture map is not crucial in simulating water budgets at the global scale (Tafasca et al., 2020, HESS).Due to its important role in determining soil properties, the impact of the soil structure on hydrological processes is explored. Soils of the same texture can have different structures, leading to different hydrological behaviors. This is particularly conspicuous for clay soils, which can show a large variability in structure due to swelling clays and non-swelling clays, and which are usually put together in the same soil class despite their contrasted hydrological behavior. In the second part of this thesis, we suggest a soil mapping and pedotransfer functions which differentiate these two clay types. Moreover, one of the major controls of soil structure is organic matter, which highly influences soil porosity and all the soil hydraulic properties. Different global scale approaches are tested to account for the influence of organic matter in the ORCHIDEE model. Introducing the effect of soil structure in ORCHIDEE results in a more realistic representation of soils as well as an improvement of the simulated evapotranspiration flux.; Les sols jouent un rôle important dans le fonctionnement des processus hydrologiques à la surface de la Terre. La dynamique de l’eau dans le sol, l’évaporation ainsi que la transpiration des plantes sont tous des processus fortement contrôlés par les propriétés hydrauliques des sols. Ces dernières sont donc essentielles dans l’estimation des flux hydrologiques de surface. L’objectif de cette thèse est d’améliorer la représentation des propriétés hydrologiques des sols dans le modèle ORCHIDEE (ORganizing Carbon and Hydrology in Dynamic EcosystEms), qui décrit les surfaces continentales dans le modèle de climat de l’IPSL (Institut Pierre Simon Laplace), et qui fait donc partie des modèles de surface continentales (land surface models, ou LSMs). Les propriétés du sol sont déterminées par la granulométrie de la terre fine, dite texture, et par sa structure, qui caractérise l’assemblage de ses constituants et des pores. Mais dans ORCHIDEE comme dans beaucoup des LSMs, la représentation des sols est simplifiée : les propriétés du sol sont déduites à partir d’une carte de texture par des fonctions de pedo-transfert. La première partie de cette thèse présente l’effet de différentes cartes de textures sur les flux hydrologiques simulés, à différentes échelles, pour évaluer la réponse du modèle aux différentes textures. Cette partie démontre que, si l’influence de la texture sur les flux simulés est bien rendue par le modèle, le choix de la carte de texture joue peu sur les bilans d’eau simulés à grande échelle (Tafasca et al., 2020, HESS). Du fait de son rôle avéré dans le fonctionnement hydrologique des sols, l’influence de la structure sur les processus hydrologiques est explorée en deuxième partie. La variabilité de la structure au sein d’une même texture de sol amène à des comportements hydrologiques différents. C’est particulièrement le cas des argiles, qui sont habituellement regroupées dans une même classe texturale, malgré une structure et des comportements hydrologiques contrastés entre les argiles gonflantes (Vertisols des zones tempérées) et non gonflantes (Oxisols des zones tropicales). Cette thèse propose ainsi une cartographie et des fonctions de pédo-transfert enrichies pour distinguer ces deux types d’argiles. Par ailleurs, un contrôle majeur de la structure est la teneur en matière organique du sol, qui influence fortement la porosité et l’ensemble des propriétés hydrauliques du sol. Plusieurs approches plus globales ont été testées pour tenir compte de cette influence dans le modèle ORCHIDEE. Une conclusion majeure de cette thèse est que la prise en compte de la structure permet une représentation plus réaliste des sols ainsi qu’une amélioration de l’évapotranspiration simulée dans le modèle ORCHIDEE.

The assessment of soil health is becoming an important societal issue, particularly in the context of the agroecological transition. However, the concept of soil health does not reach consensus within the scientific community. The most shared definition is based on the ability of soil to function (Karlen et al., 1997) and to provide ecosystem services. However, most current methods focus on stock measurements (C, N, microbial biomass, etc.) and rarely include a true measurement of functions driven by soil biota. When they exist, the functions measured are performed on soil which has previously been sieved and dried, rather reflecting a potential level of the function than the reality in the field. To overcome these methodological limitations, a new framework based on functional evaluation of soil health is proposed using an integrative approach, considering the links between physicochemical properties and the biological activity of soils. This method, namely Biofunctool®, incorporates nine rapid and low-cost field indi-cators to evaluate three main soil functions: carbon transformation, nutrient cycling, structure maintenance. The capacity of all the indicators to assess the impact of land management on soil health has been validated on various tropical and pedoclimatic contexts. A quality index integrating the indicators was constructed to synthesize the overall impact of land management on soil health. The final objective is that Biofunctool® could be used by non-experts. In this study, we illustrate this approach with two examples of soil health measurement carried out in tropical environments (Thailand) within (i) cultural associations (legumes, cassava) in rubber plantations (Hevea brasiliensis) (ii) monocultures of Hevea of different ages in various pedoclimatic contexts. The advantages and limitations of Biofunctool® are discussed and ways to improve the tools are exposed. Biofunctool® may allow a better understanding of the impact of agricultural practices on soil functions provided by soil biodiversity and could be in the future included in larger environmental assessment frameworks, L'évaluation de la santé des sols devient un enjeu sociétal important, notamment dans le cadre de la transition agroécologique. Cependant, la notion de santé des sols et les moyens pour la mesurer ne font pas consensus au sein de la communauté scientifique. La définition la plus partagée est celle basée sur sa capacité à fonctionner (Karlen et al., 1997) et à fournir des services écosystémiques. Pourtant, les méthodes actuelles sont basées principalement sur des indicateurs de stocks (C, N, biomasse microbienne etc.) et n'intègrent pas, ou très peu, d'indicateurs fonctionnels basés sur le rôle des organismes du sol. Lorsqu'elles existent, les mesures fonctionnelles sont effectuées majoritairement en conditions de laboratoire sur des sols secs et tamisés limitant notre capacité à prendre en compte la réalité de la fonction sur le terrain. Pour pallier ces limites méthodologiques, une nouvelle méthode d'évaluation fonctionnelle de la santé des sols est proposée selon une approche intégrative prenant en compte les liens entre les propriétés physico-chimiques et l'activité biologique des sols. Cette méthode intitulée Biofunctool (R) intègre neuf indicateurs de terrain, rapides et de faibles coûts, permettant d'évaluer trois fonctions principales du sol : la dynamique du carbone, le cycle des nutriments et le maintien de la structure du sol. La capacité de l'ensemble des indicateurs à évaluer l'impact de la gestion des terres sur la santé des sols a été validée sur de nombreux terrains (> 600 points) principalement tropicaux et dans des contextes pédoclimatiques divers. Un index de qualité intégrant les indicateurs a été construit afin de synthétiser l'impact global de la gestion des terres sur la santé du sol. L'objectif est que Biofunctool (R) puisse être utilisé par des utilisateurs non spécialisés. Nous illustrons cette approche par deux exemples de mesure de la santé des sols effectués en milieu tropical (Thaïlande) au sein (i) d'associations culturales (légumineuses, manioc) dans des plantations d'hévéa (Hevea brasiliensis) (ii) de monoculture d'hévéa de différents âges dans divers contextes pédoclimatiques. Les avantages et limites de l'approche sont discutés et des voies d'amélioration de l'outil sont exposées. Biofunctool (R) devrait permettre de mieux appréhender l'impact des pratiques agricoles sur les fonctions du sol associées à la biodiversité et pourrait servir de base pour intégrer la santé des sols dans les analyses environnementales.

International audience; The attention paid to soil structure is growing in relation to the evolution and diversification of tillage systems and the move towards to more agro-ecological systems. Visual methods have been widely used to evaluate and make a diagnosis of soil structure in field conditions. In this issue we review the main methods and look at their strengths and limitations. The methods are divided into two main groups according to the sampling methods: the methods based on the description of the vertical face of a soil profile and the "spade" methods based on the description of soil blocks extracted from the plot. The different methods use the same type of criteria to evaluate the soil structure: the analysis of the voids of the soil through an evaluation of the visible porosity visible and the organization of the solid fraction (shape, the size distribution, the degree of cohesion of clods, proportion of fine aggregates ... However how to evaluate the soil structure is very different between methods. The “profil cultural” method favours a spatial analysis of the soil structure to infer on its genesis whereas the "spade" methods assign an overall score to evaluate the soil structure quality. The review shows there are several reliable visual methods, but the differences in the way to evaluate soil structure and in the implementation of the methods mean that the choice of methods must be made according to the objectives pursued and the users.; L’attention portée à la structure du sol connaît actuellement un regain d’intérêt, en relation avec l’évolution et la diversification des pratiques de travail du sol et la conception de systèmes de culture plus agro-écologiques. Les méthodes visuelles ont largement été utilisées pour évaluer et porter au champ un diagnostic sur la structure du sol. Dans ce numéro, nous passons en revue les principales méthodes et regardons leurs atouts et limites. Les méthodes se différencient en deux grands groupes suivant les modalités d’échantillonnage des volumes de sols observés : les méthodes basées sur la description de la face d’observation d’un profil de sol comme le profil cultural et les méthodes « bêche » basées sur la description de blocs de sol extraits de la parcelle. Elles utilisent toutes les mêmes types de critères pour observer l’état structural : l’analyse des vides du sol à travers une évaluation de la porosité visible à l’œil et l’organisation de la fraction solide (forme, distribution des tailles, le degré de cohésion des mottes, importance de la terre fine…). Cependant, la procédure d’évaluation de la structure est très différente suivant les méthodes. Le profil cultural privilégie une analyse spatiale de l’état structural pour inférer sur sa genèse alors que les méthodes « bêche » conduisent à une note globale de la qualité de la structure du sol. Cette revue montre que nous disposons de plusieurs méthodes fiables, qui peuvent être choisies en fonction des objectifs poursuivis et de leur plus ou moins grande facilité de mise en œuvre.

International audience; The positive effect of earthworms on soil processes and plant growth has been extensively documented. The capacity of earthworms to decompose organic matter has been attributed to the microbial communities that inhabit their digestive track or the structures they build, which in turn contribute to make up the drilosphere, a hotspot for microbial activity. However, how earthworms modify the structure of soil microbial communities and how these changes affect soil microbial processes is still unclear. Do earthworms reduce microbial abundance and activity because they feed on microorganisms or do they select and stimulate specific microbial groups? We hypothesise that “the effect of earthworms on nutrient cycling and plant growth is not only a direct effect but is mainly mediated indirectly, via modifications of the microbial community.” The objective of this review is to synthesize the existing literature concerning the influence of earthworms on the structure and function of soil microbial communities, as well as to understand how earthworm-induced changes in the soil microbiota would in turn impact soil processes, particularly those occurring in the rhizosphere and involved in plant growth and health. Recent reports have shown that specific bacterial groups consistently increase in soils where earthworms are present, regardless of the earthworm functional group. The extent of this increase seems to be dependent upon the type of substrate under study. Our synthesis also reveals that endogeic and anecic earthworms regularly induce an increase in soil nutrients, whilst this positive effect is not as evident in the presence of epigeic earthworms. The effect of earthworms on nutrient cycling has been further investigated with microbial functional genes, although existing reports largely focus on nitrogen cycling. Earthworms seem to enhance denitrification, most likely through the increase in organic compounds due to organic matter decomposition. By enhancing soil nutrient availability, earthworms indirectly promote plant growth, which has also been attributed to the induction of signal molecules. However, no experiment to date has been able to prove a direct causal relationship between specific signal molecules, earthworms and plant growth promotion. Finally, we propose a framework for earthworm-microbiota interactions and recommend further research.

Les sols agricoles représentent près de 66 % des émissions anthropiques de protoxyde d’azote (N2O), 3ème gaz responsable de l’effet de serre additionnel. La variabilité des émissions mesurées au champ est élevée. La structure du sol impacte à la fois la production et le transport du N2O dans le profil de sol. L’objectif de cette thèse était de comprendre le rôle de l’état structural du sol sur la variabilité spatiale des émissions de N2O. La démarche utilisée associe deux types d’expérimentations en laboratoire - à l’échelle d’un bac de 0,3 m² x 0,1 m et sur une maquette de parcelle agricole de 10 m² x 0,3 m en sol nu - à un travail de modélisation intégrant des processus physiques, chimiques et biologiques dans le profil de sol et le ruissellement, le tout à une résolution temporelle fine. Ce travail a mis en évidence une hiérarchie entre les processus de production et de transport, qui évolue avec le temps et les conditions environnementales : dans des conditions favorables à la dénitrification, la production de N2O augmente avec la masse volumique en lien avec une augmentation de la part de porosité remplie d’eau, jusqu’à une certaine limite. Le modèle déterministe a montré que la dynamique de la pluie et du ruissellement associé modifie l’intensité et la dynamique des émissions de N2O, celles-ci étant plus tardives dans les zones avales recevant du ruissellement. Enfin, ce travail a confirmé la complexité du déterminisme des émissions de N2O et a permis de souligner l’intérêt de caractériser la structure du sol et les émissions à une haute résolution spatiale pour améliorer la qualité des modèles prédictifs., Agricultural soils account for 66 % of anthropogenic nitrous oxide emissions (N2O), the 3rd greenhouse gas emitted from anthropogenic activities. N2O emissions variability measured in-situ is quite high. Soil structure affects both N2O production processes and N2O movements through the soil profile. The main goal of this work was to understand the part of soil structure in soil N2O spatial variability. Two kinds of laboratory experiments were designed: rainfall experiments on soil trays of 0.3 m² x 0.1 m and on a 10 m² x 0.3 m box with a slope. A modelling approach with a short time step was combined, involving representation of physical, chemical and biological soil processes as well as a representation of surface runoff. This work highlighted a hierarchy between N2O production and N2O transportation processes, which evolve with time and environmental conditions: under conditions that favor denitrification, N2O production increases with soil bulk density due to an increase in the water-filled pore space, until a threshold limit. The deterministic modelling approach showed that rainfall dynamic and resulting runoff affect soil N2O emissions, those emissions occurring later downslope. Finally, this work highlighted the complexity of soil N2O emissions determinism and we pointed out that the description of soil structure at a high spatial resolution would be useful to improve modelling quality.

As a response to the worldwide challenge raised by soil degradation, Conservation Agriculture (CA) was proposed to help restoring the three main soil functions, i.e. carbon transformation, nutrient cycling and structure maintenance. However, there is still a lack of integrative studies that assess the overall impact of CA on soil health. To fill the gap, Biofunctooll (R), a set of in-field indicators, was developed to monitor changes in soil biological functioning. In this study, Biofunctool (R) was used to assess the impact of a conventional tillage (CT) and three CA annual-based cropping systems on soil health on a Cambodian Oxisol. Eight indicators related to the three soil functions were monitored and integrated into a Soil Quality index (SQI), i.e. the Biofunctool (R) Index. Overall, we found that soil health was twice higher under the CA treatments than under CT treatment. Although it was similar in the three CA treatments, the contribution of each soil function to the soil health diverged. An analysis of soil carbon dynamics also showed that CA support short-term soil organic carbon stabilization compared to CT. This study demonstrates that Biofunctool (R) is a robust, relevant, time-and cost-effective in-field assessment tool that can be used in multiple ways including cropping system management, capacity building of local stakeholders, and policy dialogue.

Introduction. Residues of previous crops provide a valuable amount of organic matter that can be used either to restore soil fertility or for external use. A better understanding of the impact of crop residue management on the soil-water-plant system is needed in order to manage agricultural land sustainably. This review focuses on soil physical aspects related to crop residue management, and specifically on the link between soil structure and hydraulic properties and its impact on crop production.Literature. Conservation practices, including crop residue retention and non-conventional tillage, can enhance soil health by improving aggregate stability. In this case, water infiltration is facilitated, resulting in an increase in plant water availability. Conservation practices, however, do not systematically lead to higher water availability for the plant. The influence of crop residue management on crop production is still unclear; in some cases, crop production is enhanced by residue retention, but in others crop residues can reduce crop yield. Conclusions. In this review we discuss the diverse and contrasting effects of crop residue management on soil physical properties and crop production under a temperate climate. The review highlights the importance of environmental factors such as soil type and local climatic conditions, highlighting the need to perform field studies on crop residue management and relate them to specific pedo-climatic contexts., Gestion des résidus de cultures dans les systèmes de grandes cultures sous climat tempéré. Partie 2 : Propriétés physiques du sol et production agricole (synthèse bibliographique)Introduction. Les résidus de récolte représentent une quantité non négligeable de matière organique qui peut être valorisée soit pour restaurer la fertilité du sol ou pour des usages externes. Une meilleure compréhension de l’impact de la gestion des résidus sur le système eau-sol-plante est nécessaire afin de gérer les terres agricoles de manière durable. Dans cet article, nous nous concentrons sur la physique du sol liée à la gestion des résidus de culture et plus particulièrement sur le lien entre la structure du sol et les propriétés hydrauliques du sol ainsi que son impact sur la production agricole.Littérature. Les pratiques d\'agriculture de conservation, incluant la rétention des résidus de culture et un travail du sol réduit, peuvent améliorer divers aspects qui caractérisent un sol de qualité tels que l’amélioration de la stabilité des agrégats et de la structure du sol. Concernant les propriétés hydrologiques du sol, l’infiltration de l’eau dans le sol peut être améliorée, résultant en une diminution du ruissellement de surface et une plus grande disponibilité de l’eau pour la plante. L\'influence de la gestion des résidus sur la production agricole n’est pas clairement définie : dans certains cas, la production agricole est améliorée par la rétention tandis que dans d’autres études, la rétention des résidus peut être la cause de rendements moindres. Conclusions. Dans cette revue bibliographique, nous montrons les effets divers et variés de la gestion des résidus de culture sur les propriétés physiques du sol ainsi que sur la production agricole sous climat tempéré. Cette revue met en évidence l’importance des facteurs environnementaux tels que le type de sol et les conditions climatiques locales, démontrant l’intérêt de réaliser ce type d’étude sur la gestion des résidus dans un contexte pédo-climatique spécifique.

We report observations of acoustic emissions (AE) from growing plant roots and burrowing earthworms in soil, as a noninvasive method for monitoring biophysical processes that modify soil structure. AE emanating from earthworm and plants root activity were linked with time-lapse imaging in glass cells. Acoustic waveguides where installed in soil columns to monitor root growth in real time (mimicking field application). The cumulative AE events were in correlation with earthworm burrow lengths and with root growth. The number of AE events recorded from the soil columns with growing maize roots were several orders of magnitude larger than AE emanating from bare soil under similar conditions. The results suggest that AE monitoring may offer a window into largely unobservable dynamics of soil biomechanical processes such as root growth or patterns of earthworm activity - both important soil structure forming processes.

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Fine sediments naturally accumulate upstream of hydropower facilities. For technical or environmental reasons, they occasionally have to be dredged and land managed. Using dredged sediment to construct fertile soils and set up green spaces or rehabilitate degraded land is one the ways dredged sediment can be valorized. This use of sediment as an alternative soil-building material helps preserve the topsoil resource, but its agronomical value and environmental safety first has to be demonstrated. We used an experimental approach (a 3-month greenhouse trial and a 24-month in situ lysimeter test) to assess the physical, chemical, and biological parameters of soil fertility from 6 sediments that were either pure or mixed with 40 % (v:v) of green waste compost.The results showed that sediment aggregation capacity is a key factor of their fertility. The monitoring of vegetation cover development on the constructed soil demonstrated that all six sediments could support vegetation. High organic matter (OM) content sediments (> 30 g kg-1) are suitable to grow plants with potentially high water and nutrient requirements. Low OM content sediments (< 30 g kg-1) appear to be more suitable for use in restoration operations where plant requirements are generally lower. This work leads to the proposal of environmental and agronomical criteria for directing sediments towards soil construction and propose adapted uses.; Les sédiments fins qui s’accumulent naturellement en amont des ouvrages hydroélectriques sont parfois amenées à être gérés à terre, pour des raisons techniques ou environnementales. L’une des voies de valorisation envisagée pour les gérer est la construction de sols fertiles pour l’aménagement d’espaces végétalisés ou encore pour la réhabilitation de zones dégradées. Cet usage des sédiments en tant que matériaux alternatifs pour construire des sols contribue à préserver la ressource en terre végétale et nécessite de prouver la valeur agronomique et l’innocuité environnementale des sédiments. Une approche expérimentale (essai sous serre de 3 mois et essai in situ en bacs lysimétriques de 24 mois) a permis d’évaluer les composantes physiques, chimiques et biologiques de la fertilité de sols construits à partir de 6 sédiments, seuls ou mélangés avec 40 % (v:v) de compost de déchets verts.Les résultats de l’étude ont mis en évidence que la capacité d’agrégation des sédiments est un facteur clé de leur fertilité. Le suivi du développement de la couverture végétale des sols construits a démontré la capacité de tous les sédiments étudiés à être support de végétation. Les sédiments riches en matière organique (MO) (>30 g kg-1) sont adaptés aux végétaux des espaces végétalisés ayant potentiellement des exigences hydriques et trophiques élevées. Les sédiments pauvres en MO (

Fine sediments naturally accumulate upstream of hydropower facilities. For technical or environmental reasons, they occasionally have to be dredged and land managed. Using dredged sediment to construct fertile soils and set up green spaces or rehabilitate degraded land is one the ways dredged sediment can be valorized. This use of sediment as an alternative soil-building material helps preserve the topsoil resource, but its agronomical value and environmental safety first has to be demonstrated. We used an experimental approach (a 3-month greenhouse trial and a 24-month in situ lysimeter test) to assess the physical, chemical, and biological parameters of soil fertility from 6 sediments that were either pure or mixed with 40 % (v:v) of green waste compost.The results showed that sediment aggregation capacity is a key factor of their fertility. The monitoring of vegetation cover development on the constructed soil demonstrated that all six sediments could support vegetation. High organic matter (OM) content sediments (> 30 g kg-1) are suitable to grow plants with potentially high water and nutrient requirements. Low OM content sediments (< 30 g kg-1) appear to be more suitable for use in restoration operations where plant requirements are generally lower. This work leads to the proposal of environmental and agronomical criteria for directing sediments towards soil construction and propose adapted uses.; Les sédiments fins qui s’accumulent naturellement en amont des ouvrages hydroélectriques sont parfois amenées à être gérés à terre, pour des raisons techniques ou environnementales. L’une des voies de valorisation envisagée pour les gérer est la construction de sols fertiles pour l’aménagement d’espaces végétalisés ou encore pour la réhabilitation de zones dégradées. Cet usage des sédiments en tant que matériaux alternatifs pour construire des sols contribue à préserver la ressource en terre végétale et nécessite de prouver la valeur agronomique et l’innocuité environnementale des sédiments. Une approche expérimentale (essai sous serre de 3 mois et essai in situ en bacs lysimétriques de 24 mois) a permis d’évaluer les composantes physiques, chimiques et biologiques de la fertilité de sols construits à partir de 6 sédiments, seuls ou mélangés avec 40 % (v:v) de compost de déchets verts.Les résultats de l’étude ont mis en évidence que la capacité d’agrégation des sédiments est un facteur clé de leur fertilité. Le suivi du développement de la couverture végétale des sols construits a démontré la capacité de tous les sédiments étudiés à être support de végétation. Les sédiments riches en matière organique (MO) (>30 g kg-1) sont adaptés aux végétaux des espaces végétalisés ayant potentiellement des exigences hydriques et trophiques élevées. Les sédiments pauvres en MO (

Soil is one of the essential components supporting the functioning of the ecosystem. It is the support of primary production; an habitat for biodiversity, and it fulfills many ecological processes. Human activities, including intensive agricultural practices, have led to impaired the soil causing a sharp decline in their biodiversity. In response to these effects, new agricultural practices have been developed to preserve the soils and the ecosystem services they provide. These so-called innovative practices rely mainly on the reduction of tillage, integrated management of crop residues, the installation of permanent plant cover or the introduction of legumes into crop rotations. It is in this context of changes in agricultural practices that this thesis topic lays. This thesis aims to better understand the effects of the adoption of these innovative management practices on (i) the diversity of the macro and mesofauna communities soil and (ii) soil functioning in terms of organic carbon storage (basic food source), soil structure and pore size distribution (living environment). During the different chapters of this work, we highlighted three actions related to innovative agricultural practices combining in situ and ex situ experimental approaches. The aim of the first action was to study the combined effect of the introduction of legume (faba bean) and the reduction of tillage on the endogenous compartment. To answer this question, we developed an empirical experimental design made with the combination of situations encountered on farms. Our results showed that theinteraction between the two innovative practices did not result in a significant increase in the diversity of soil fauna. Microbial functions and the dynamics of carbon (C) and nitrogen (N) also do not seem to be affected by these practices. It turns out that the beneficial effects of these innovative practices cannot be considered without taking into account how they are implemented at the scale of crop rotations and technical itineraries. This allowed us to promote a second action whose objective was to follow, under the same pedoclimatic conditions and the same technical itineraries, the long-term effect (four years) of five different management regimes on the communities of soil fauna. Treatments included combinations of different crops, different rates of nitrogen fertilization, incorporation or removal of crop residues and different plowing intensities. The results showed that the reduction of tillage intensity favored the diversity of Collembola and its functional groups by improving habitatconditions through the increase of microbial carbon biomass (trophic source). In addition, the other components of management, namely the "reduction of nitrogen inputs" and the "restitution / export of crop residues", had no effect on springtails (abundance and wealth), in particular on those living in the soil, whether hemi or euedaphic. However, this study demonstrates that the dissimilarity in the composition of Collembola assemblages increases with the temporal differentiation of agricultural practices, and tillage was the main factor responsible for this trajectory.; Le sol est une des composantes essentielles au soutien du fonctionnement de l’écosystème. Il est lesupport de la production primaire, un habitat pour la diversité biologique et remplit de nombreux processus écologiques. Les activités anthropiques, et parmi elles, les pratiques agricoles intensives, ont conduit à des déséquilibres au sein du sol causant un fort déclin de leur biodiversité. En réponse à ces effets, de nouvelles pratiques agricoles ont été développées pour préserver les sols et les services écosystémiques qu’ils fournissent. Ces pratiques dites innovantes s’appuient principalement sur la réduction du travail du sol, une gestion intégrée des résidus de culture, l’installation d’un couvert végétal permanent ou encore l’introduction de légumineuses dans les rotations de culture. C’est dans ce contexte de mutation des pratiques agricoles que s’inscrit ce sujet de thèse qui vise à mieux comprendre les effets de l’adoption de ces gestions innovantes sur (i) la diversité des communautés de la macro- et de la mésofaune du sol et (ii) sur le fonctionnement du sol en termes de stockage ducarbone organique (source de nourriture de base), de structure du sol et de distribution de la taille des pores (milieu de vie). Au cours des différents chapitres de ce travail, nous avons mis en évidence trois actions liées à des pratiques agricoles innovantes combinant des approches expérimentales in et ex situ. L’objectif de la première action visait à étudier l’effet combiné de l’introduction de légumineuse (féverole) et de la réduction du travail du sol sur le compartiment endogé. Pour y répondre, nous avons développé une conception expérimentale empirique faite avec la combinaison des situations rencontrées dans les fermes. Nos résultats ont montré que l’interaction entre les deux pratiques innovantes n’a pas entrainé d'augmentation significative de la diversité de la faune du sol. Les fonctions microbiennes ainsi que la dynamique du carbone (C) et de l’azote (N) ne semblent pas non plus être affectées par ces pratiques. Il s’avère que les effets bénéfiques de ces pratiques innovantes ne peuvent être envisagés sans prendre en compte la manière dont elles sont mises en oeuvre à l’échelle des rotations culturales et des itinéraires techniques. Cela nous a permis de valoriser une seconde action dont l’objectif était de suivre dans les mêmes conditions pédoclimatiques et mêmes itinéraires techniques, l'effet à long terme (quatre ans) de cinq régimes de gestion différents sur les communautés de faune du sol. Les traitements comprenaient des combinaisons de différentes cultures (annuelles, vivaces), de différents taux de fertilisation azotée (ajout d'azote, azote réduit),incorporation ou élimination de résidus de culture et différentes intensités de labour (labour vs. travail superficiel). Les résultats ont montré que la réduction de l’intensité du travail du sol a favorisé la diversité des collemboles et ses groupes fonctionnels grâce à l’amélioration des conditions de l’habitat à travers l’augmentation de la biomasse microbienne de carbone (source trophique). Par ailleurs, les autres composantes de la gestion, soit la « réduction des apports d’azote » et la « restitution / exportation des résidus de culture», n’ont pas eu d’effet sur les collemboles (abondance et richesse), notamment sur ceux vivants dans le sol, qu'ils soient hémi ou euédaphiques. Toutefois, cette étude démontre que la dissemblance dans la composition des assemblages de collemboles augmente avec la différenciation temporelle des pratiques agricoles et le travail du sol est le premier facteur responsable de cette trajectoire. Cette assertion a donné lieu à une troisième action dont l’objectif était de suivre sur une saison de végétation la conversion de la perturbation mécanique résultant du travail du sol sur la résistance et résilience fonctionnelle des assemblages biotiques édaphiques.

Le developpement de l'agriculture sur les iles Loyaute (Nouvelle-Caledonie) conduit a l'utilisation plus intensive de materiel agricole qui est susceptible de modifier les caracteristiques physiques et structurales des sols et d'avoir une incidence sur l'enracinement des cultures. Quatre situations ont ete etudiees : une jachere, une graminee perenne, deux cultures de mais, l'une soumise a un travail classique, l'autre a un travail minimum. Dans chaque cas, une description morphologique, des mesures penetrometriques et des comptages racinaires ont ete realises sur un profil de sol. Les caracterisations des profils culturaux realises dans ces differentes conditions culturales montrent : une modification importante de l'etat structural, notamment dans l'horizon de surface, a la suite de la mise en culture, que le type de travail du sol n'a toutefois pas eu une incidence majeure sur la compacite du sol et l'enracinement des plantes cultivees, et que la diminution de la densite racinaire avec la profondeur ne semble pas liee a l'existence d'horizons compacts ou de zones compactees par le travail du sol. Toutefois, l'effet negatif du travail "leger" sur la croissance du mais reste a expliquer. (Resume d'auteur)

Dynamical in situ observation of biological and climatic structuring factors involved in pedogenesis has not previously been possible in a way that would consider the early stages of pedogenesis. If studies have explored the effect of pedogenetic factors on soil structure, none have succeeded in ranking them in view of the intensity of their effects. We propose a novel approach for describing the aggregation process for a constructed Technosol obtained from a process of pedological engineering.We focus on agents including plants, macrofauna, and water, and we use (i) a dynamic in situ observation and (ii) the quantification of the evolution of selected descriptors of pores and aggregates. They are quantified from high-resolution images obtained with the SoilinsightA (R) device. Associating those images with each other, movies of interactions between soil and organisms over a 14-month non-destructive soil evolution experiment are made.Agents influencing aggregation-plant roots, earthworms, and water-can be ranked according to their impact on soil structure. During the studied period of evolution, wetting-drying cycles are the first to operate. The intensity of their action on soil structure is dominant at the very first stages of pedogenesis. Despite this ranking of agents, over the long term, plants and earthworms have a more intense effect on soil structure than wetting-drying cycles.The method applied to observe and quantify soil structure dynamics is thus proposed as a helpful approach to modeling other processes involved in soil functioning and evolution in relation to their ability to fulfill ecosystem services.

L'unité BIOEMCO est devenue IEES en janvier 2014.; International audience; These last twenty years have seen the development of an abundant literature on the influence of soil macrofauna on soil structure. Amongst these organisms, earthworms, termites and ants are considered to play a key role in regulating the physical, chemical and microbiological properties of soils. Due to these influential impacts, soil ecologists consider these soil macro-invertebrates as 'soil engineers' and their diversity and abundance are nowadays considered as relevant bioindicators of soil quality by many scientists and policy makers. Despite this abundant literature, the soil engineering concept remains a 'preach to the choir' and bioturbation only perceived as important for soil ecologists. We discussed in this article the main mechanisms by which soil engineers impact soil structure and proposed to classify soil engineers with respect to their capacity to produce biostructures and modify them. We underlined the lack of studies considering biostructure dynamics and presented recent techniques in this purpose. We discussed why soil engineering concept is mainly considered by soil ecologists and call for a better collaboration between soil ecologists and soil physicists. Finally, we summarized main challenges and questions that need to be answered to integrate soil engineers activities in soil structure studies.

Article en open access; Surface crusts, formed by raindrop impact, degrade the soil surface structure causing changes in porosity. An experiment was conducted with the objective of evaluating the influence of the formation of a crusting layer on the porosity (percentage of area, shape and size) of a Haplic Acrisol under three tillage systems, and simulated rainfall. The tillage systems were: conventional tillage (CT), reduced tillage (RT) and no-tillage (NT). Each tillage system was submitted to different levels of simulated rainfall (0, 27, 54 and 80 mm) at an intensity of 80 mm·h−1. Undisturbed soil samples were collected and resin impregnated for image analysis in two layers: layer 1 (0–1 cm) and layer 2 (1–2 cm). Image analysis was used to obtain the pore area percentage, pore shape and size. The degradation of the soil surface and change in porosity, caused by rainfall, occurred differently in the tillage systems. In the CT and RT systems, the most pronounced pore changes caused by rainfall occurred in layer 1, but in the NT system, this change occurred in layer 2. The rainfall caused change of pore area percentage in the CT and RT systems, with reduction of complex and an increase of rounded pores. The NT system showed greater occurrence of the rounded pores (vesicles), originated by processes of wetting below the residue cover, and by alternating periods of wetting and drying. In this study, the changes in porosity were attributed to two main factors: (1) to the effect of the raindrop directly on the soil surface (for CT and RT tillage systems) and (2) water transfer processes in the soil surface (for NT systems).

Our knowledge of the rhizosphere bacterial communities in deep soils and the role of Eucalyptus and Acacia on the structure of these communities remains very limited. In this study, we targeted the bacterial community along a depth profile (0 to 800 cm) and compared community structure in monospecific or mixed plantations of Acacia mangium and Eucalyptus grandis. We applied quantitative PCR (qPCR) and sequence the V6 region of the 16S rRNA gene to characterize composition of bacterial communities. We identified a decrease in bacterial abundance with soil depth, and differences in community patterns between monospecific and mixed cultivations. Sequence analysis indicated a prevalent effect of soil depth on bacterial communities in the mixed plant cultivation system, and a remarkable differentiation of bacterial communities in areas solely cultivated with Eucalyptus. The groups most influenced by soil depth were Proteobacteria and Acidobacteria (more frequent in samples between 0 and 300 cm). The predominant bacterial groups differentially displayed in the monospecific stands of Eucalyptus were Firmicutes and Proteobacteria. Our results suggest that the addition of an N2-fixing tree in a monospecific cultivation system modulates bacterial community composition even at a great depth. We conclude that co-cultivation systems may represent a key strategy to improve soil resources and to establish more sustainable cultivation of Eucalyptus in Brazil.

EABIOMEAGROSUP; De par leur structure tridimensionnelle, leur large gamme de porosité, la diversité de leurs caractéristiques physicochimiques et des conditions microclimatiques, les sols abritent un nombre considérable, parfois inestimable d'organismes. Au sein des agroécosystèmes, les enjeux sont de comprendre les relations entre la plante cultivée et son environnement biophysique incluant les interactions biologiques et les effets de la biodiversité des organismes des sols. L’impact de la faune du sol sur la production primaire peut être vu au travers de leur effet sur les fonctions de (i) recyclage des nutriments, (ii) entretien de la stabilité/structure du sol, (iii) contrôle des bioagresseurs et (iv) support de biodiversité. Ces fonctions écosystémiques sont respectivement associées du point de vue des plantes à (i) leur nutrition, (ii) le milieu physique dans lequel les plantes se développent, (iii) leur santé et (iv) les interactions entre plantes. L’effet de la faune du sol sur chaque fonction peut être expliqué par de nombreux processus et mécanismes qui impliquent l’ensemble des organismes des sols. Ces différents processus sont détaillés dans ce chapitre.

We use molecular dynamics simulations to investigate the effects of root bending stiffness and packing fraction on the path followed by a growing root in 2D packings of grains representing a soil. The root is modeled as a chain of elements that can grow in length and change their direction depending on the forces exerted by soil grains. We show that the root shape is mainly controlled by the bending stiffness of its apex. At low stiffness, the root randomly explores the pore space whereas at sufficiently high stiffness, of the order of soil hardness multiplied by mean grain size, the root follows a straight path across the soil. Between these two limits, the root shape can be characterized by the standard deviation of its re-directions at the scale of soil grains. We find that this shape parameter varies as a power-law function of the normalized bending stiffness.

Past applications of chlordecone, a persistent organochlorine pesticide, have resulted in diffuse pollution of agricultural soils, and these have become sources of contamination of cultivated crops as well as terrestrial and marine ecosystems. Chlordecone is a very stable and recalcitrant molecule, mainly present in the solid phase, and has a strong affinity for organic matter. To prevent consumer and ecosystem exposure, factors that influence chlordecone migration in the environment need to be evaluated. In this study, we measured the impact of incorporating compost on chlordecone sequestration in andosols as a possible way to reduce plant contamination. We first characterized the transfer of chlordecone from soil to plants (radish, cucumber, and lettuce). Two months after incorporation of the compost, soil-plant transfers were reduced by a factor of 1.9-15 depending on the crop. Our results showed that adding compost modified the fractal microstructure of allophane clays thus favoring chlordecone retention in andosols. The complex structure of allophane and the associated low accessibility are important characteristics governing the fate of chlordecone. These results support our proposal for an alternative strategy that is quite the opposite of total soil decontamination: chlordecone sequestration.

International audience; In tropical regions, earthworm casts can be globular or granular, depending on the earthworm species that produced them. Although the effects of globular casts on soil erosion have been extensively studied, less is known regarding the effects of granular casts. This study aimed to investigate how granular casts produced by Metaphire posthuma affect soil erosion. To recreate the patchy accumulation of aggregates in the field, small piles of earthworm casts (CAST) or non-ingested soil (NIS) were placed on a layer of bare soil in microcosms. Rainfall simulations were then carried out to measure the fragmentation dynamics of the different types of aggregates, soil detachment and water runoff quantity and quality (NH4+ and NO3- content, pH and conductivity). Our results clearly show that CAST aggregates are more prone to water-disintegration than NIS aggregates. As a consequence, M. posthuma activity significantly contributes to a decrease in soil roughness and an increase in soil detachment. The quantity of water runoff collected after the rainfall simulation was similar between both types of aggregates but higher NO3- concentrations were found with CAST than with NIS aggregates. In conclusion, this study suggests that due to production of granular labile casts at the soil surface, M. posthuma has a detrimental effect on soil roughness and detachment, and NO3- leaching. More studies are now required to determine if our results are general attributes of granular casts. (C) 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.

Constructed Technosols are mixtures of technogenic materials used to create a new soil dedicated to growing plants. Constructed Technosols provide an opportunity to recycle and optimally use urban waste, and are an alternative to the use of agricultural soils for producing urban soils.This work is assessing in particular the influence of the OM levels and interactions with earthworms and plants on the physical properties of Constructed Technosols.The materials used to build our Technosols are compost and excavated deep horizons. In a first experiment, we tested the influence of OM rates on hydrostructural properties of Technosols, realizing 6 mixtures of increasing volume proportions of compost (0 to 50%). The shrinkage and retention curves show that the hydrostructural properties of Technosols are similar to those of natural soils. Increasing the amount of organic material is accompanied with a positive effect on micro and macro porosity, as well as on the water available for plants.Secondly, these mixtures were incubated in a growth chamber with or without earthworms (Aporrectodea caliginosa) and with or without plants (Lolium perenne). After 5 month of experiment, we measured hydrostructural properties, aggregation, and distribution of carbon in each fraction. The presence of plants and / or earthworms explains 19% of the variance of hydrostructural properties of the soil, and compost dose affects 14%. The interaction between organisms and compost further explains the variance (40%) than the effects of these individual factors. Compost and plants play a positive role in the available water by acting on both macroporosity and microporosity, while earthworms play a positive role only on the latter. Furthermore, the proportion of aggregates >3 mm is more important in the treatments control and earthworms, while the proportion of aggregates, Pour répondre à la demande sociétale et aux contraintes environnementales, la création de Technosols à partir de déchets organiques et minéraux est une alternative à l’importation de sols agricoles fertiles au profit des espaces urbanisés. Si le rôle de la matière organique (MO) et des organismes est reconnu sur la fertilité des sols naturels, il reste peu connu en ce qui concerne les Technosols. Ce travail de thèse s’intéresse en particulier à l’influence du taux de MO et des interactions avec les vers de terre et les plantes sur les propriétés physiques et hydriques des Technosols construits. Les matériaux utilisés pour construire nos Technosols sont le compost de déchets verts et des remblais d’horizons profonds excavés. Dans une première expérience, nous avons testé l’influence du taux de MO sur les propriétés hydrostructurales des Technosols, en réalisant 6 mélanges contenant des proportions volumiques croissantes de compost (de 0 à 50 %). Les courbes de retrait et de rétention montrent que les propriétés hydrostructurales des Technosols sont similaires à celles de sols naturels et proches de celles de sols argileux, alors que nos Technosols n’en contiennent qu’une très faible quantité (2 %). L’augmentation de la quantité de matière organique s’accompagne d’effets positifs sur la micro et la macro porosité, ainsi que sur l’eau disponible pour les plantes. Dans un deuxième temps, ces différents mélanges ont été incubés en chambre de culture avec ou sans vers de terre (Aporrectodea caliginosa) et avec ou sans plantes (Lolium perenne). Après 5 mois d’expérience, nous avons mesurés les propriétés hydrostructurales, l’agrégation, et la distribution du carbone dans chaque fraction. La présence de plantes et/ou vers explique 19 % de la variance des propriétés hydrostructurales du sol, et la dose de compost influe à 14 %. L‘interaction entre organismes et compost explique davantage la variance (40 %) que les effets de ces facteurs isolés. Le compost et les plantes jouent un rôle positif sur l’eau disponible en agissant à la fois sur la macroporosité et sur la microporosité, alors que les vers jouent un rôle positif uniquement sur cette dernière. Par ailleurs, la proportion d’agrégats > 3 mm est plus importante dans les traitements sans organisme (témoin) et avec des vers de terre, tandis que la proportion d’agrégats < 3 mm est plus importante en présence de plantes, indépendamment de la présence de vers de terre. Les organismes ont un effet plus fort sur la stabilité structurale (77 %) que le compost (4 %). Tous ont un effet positif sur la quantité de Corg dans les différentes fractions d’agrégats. Enfin, la minéralisation du Corg augmente en présence de vers ou de compost, mais diminue en présence de plantes. Nos résultats démontrent l’intérêt de valoriser des matériaux urbains tels que les horizons profonds excavés et le compost de déchets verts pour construire des Technosols. Une synthèse des résultats nous permet de conseiller une teneur volumique en compost comprise entre 20 et 30 % pour obtenir des propriétés structurales intéressantes, sans trop alourdir le coût induit par le compost et maximiser les volumes d’horizons excavés ainsi utilisés. Constatant l’effet positif des vers de terre, des plantes et des interactions plantes-vers de terre sur la porosité, la stabilité structurale et le stockage de carbone, il semble opportun de favoriser la présence des organismes.