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Dernière mise à jour : Mai 2018

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UMR ECOSYS - Ecologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes

RL2. Physique et physico-chimie des interactions sol-plante-atmosphère

La deuxième ligne de recherche porte sur les interactions des sols et de la végétation avec les composés chimiques et les agents pathogènes présents dans l’atmosphère, afin de (1) quantifier l’impact des activités agricoles sur le forçage radiatif, la pollution atmosphérique et la propagation des maladies des plantes, et (2) de contribuer au développement et à l’évaluation. des pratiques de gestion innovantes. Nos sujets d'études sont les contaminants de l'air, les gaz à effet de serre et les agents pathogènes. Les composés azotés ont été les plus étudiés au cours de la dernière période (ammoniac - NH3, oxyde nitreux - N2O, oxydes d’azote - NOx), ainsi que les pesticides, l’ozone (O3) et depuis 2 ans les COV et tout récemment les aérosols organiques secondaires (SOA).

Nos travaux sont axés sur la découverte des facteurs environnementaux et biophysiques des composés réactifs, des GES et de l’échange d’agents pathogènes dans le système sol-végétation-atmosphère. Il considère explicitement l'hétérogénéité spatiale de l'écosystème, que ce soit verticalement (pour les échanges de gaz à l'état de traces et d'énergie) ou horizontalement (pour les agents pathogènes, l'ammoniac et les pesticides). Nous développons des modèles et des méthodes pour quantifier les transferts d'énergie et de masse, les réactions d'adsorption-désorption de composés réactifs, le lessivage d'agents pathogènes et l'impact des gouttelettes de pluie, ainsi que le transport atmosphérique sur le terrain jusqu'à l'échelle du paysage. Les facteurs pris en compte incluent les conditions environnementales ainsi que le fonctionnement biologique : activité microbienne du sol, flux d’azote et de carbone ; fonctionnement stomatique des plantes, métabolisme de l’azote et détoxification. Les échelles spatiales vont des agrégats de sol ou des organes de plantes à de multiples champs. Les échelles temporelles vont de l’infra-heure à plusieurs années. Une spécificité de notre approche est de décrire explicitement la structure du couvert et le microclimat ainsi que les interactions thermodynamiques à la surface des feuilles et du sol. Au cours de la dernière période, nous avons contribué à mieux comprendre :

  • Interactions de gaz traces réactifs avec les sols et les plantes. Cette composante s’est concentrée sur des processus en grande partie inconnus, en particulier concernant l’ozone, les gaz azotés et les pesticides. De manière notable, nous avons constaté que l’humidité à la surface du sol était un facteur déterminant dans bon nombre de ces processus. Nous avons en effet montré que l’absorption d’ozone à la surface du sol était le plus grand puits d’ozone dans les systèmes de culture blé-maïs, elle était favorisée par les sols secs (Stella et al., 2013), mais augmentait également par la réaction avec le NO émis suite à l’épandage de lisier (Vuolo et al. ., 2017) ; Nous avons également constaté que les émissions d'ammoniac consécutives à l'application de lisier étaient principalement dues au transfert de lisier et d'eau dans la couche supérieure du sol (Personne et al., 2015) ; De même, la volatilisation des pesticides à partir de sols secs s'est avérée être inférieure à celle des sols humides, ce qui s'explique par l'adsorption de gaz sur le sol (Garcia et al. 2014) ; En ce qui concerne les processus à la surface des plantes, nous avons montré que la pénétration dans les feuilles de pesticides systémiques et de leurs formulations était essentielle pour rendre compte de la modélisation de la volatilisation des feuilles (Lichiheb et al., 2016) ; nous avons en outre montré que les dépôts d'O3 étaient amplifiés sur les feuilles de blé sénescentes humides, potentiellement en raison d'interactions avec l'ascorbate qui fuyait (Potier et al., 2015; 2017); Tuzet et al. (2018) ont en outre démontré que l'état de l'eau était essentiel pour l'impact des dépôts de composés réactifs sur le fonctionnement de la plante ;
  • Interactions fonction structure. Dans cette composante, nos recherches ont principalement montré le rôle essentiel de la structure 3D des plantes dans le contrôle des transferts de particules biotiques et de lumière. Nous avons en effet montré que les représentations dynamiques 3D du couvert végétal (Abichou et al., 2016, 2018) constituaient un outil utile pour évaluer l'interception de particules (Gigot et al., 2014b) ou le signal perçu par un lidar ou des caméras (Liu et al., 2017 ) L'intégration de ces connaissances dans les modèles de transfert a démontré que le mélange de cultivars sensibles et résistants pouvait modérer la dispersion des agents pathogènes par les éclaboussures de pluie (Gigot et al., 2014a; Vidal et al., 2018);
  • Échanges surface-atmosphère de gaz réactifs à l'état de traces. Dans cette composante, nous avons développé des méthodes de pointe pour quantifier les émissions de GES et de contaminants afin d’identifier les pratiques de gestion à faibles émissions. En particulier, une méthode de dispersion atmosphérique inverse à l'échelle locale a été développée pour déduire les émissions d'ammoniac (Loubet et al., 2018). Cette méthode et d'autres campagnes de flux de NH3 ont permis d'améliorer la modélisation de l'échange de surface de NH3 afin d'identifier les meilleures pratiques de gestion (Hafner et al., 2018). Du côté des GES, il a été démontré que les digestats bruts émettaient de grandes quantités de N2O par rapport aux compostés (Askri et al., 2016), tandis que nous avons montré que réduire la fertilisation à N du blé dans un contexte méditerranéen diminuait les émissions tout en maintenant le rendement des cultures (Volpi et al., 2018) ; En ce qui concerne les pesticides, la volatilisation s'est révélée être une source non négligeable de charge atmosphérique (Bedos et al., 2017), ce qui pourrait contribuer à un dépôt important dans les cours d'eau (Bedos et al., 2017). Enfin, au cours de la période actuelle, nous avons développé une nouvelle méthodologie pour caractériser les échanges de COV provenant du sol et des plantes, ce qui a permis de montrer qu'un large spectre de COV était émis par les microbes du sol (Abis et al., 2018), tandis que les émissions de blé et de colza étaient dominées par le méthanol (Gonzaga et al., 2017).