Interactions sol - vers de terre et dynamique du mercure en Guyane française

Le mercure suscite beaucoup d'attention de par les conséquences sanitaires et environnementales qu'il engendre. Son impact est particulièrement important dans la région amazonienne et en particulier en Guyane française où les teneurs en mercure sont naturellement élevées dans les sols, et s'ajoutent celles liées aux activités d'orpaillage. Si l'impact du mercure dans les milieux aquatiques a été largement étudié, peu d'études ont évalué son impact dans les milieux terrestres, où il est préférentiellement stocké. Dans ce contexte, les interactions entre les vers de terre, organismes ingénieurs des sols, et le mercure ont été étudiées dans des sols tropicaux, avec comme objectifs : i) d'évaluer l'abondance et la diversité des vers de terre in situ en lien avec le mercure, ii) d'évaluer expérimentalement la résistance au mercure d'une espèce de ver tropical présente sur le site d'étude et iii) d'évaluer l'impact en microcosmes de l'activité des vers de terre sur la mobilité et la répartition du mercure dans les sols. Ces objectifs ont été appréhendés au travers de trois volets, avec comme matériel d'étude des sols naturels (oxisols et sols hydromorphes) et des vers de terre tropicaux provenant d'un site orpaillé, situé dans les environs de Cacao, en Guyane française. Dans le premier volet, un échantillonnage standardisé des vers de terre (TSBF), a permis de proposer des espèces putatives (ou MOTUs) à partir de méthodologies de délimitation basées sur le barcode ADN. Ces MOTUs ont ensuite été identifiés morphologiquement, parmi lesquels Pontoscolex corethrurus, une espèce pantropicale considérée comme pérégrine. De plus, les caractéristiques des sols et les teneurs en mercure ont été déterminés afin de tenter d'expliquer la distribution des vers sur le site étudié. P. corethrurus se retrouve exclusivement dans l'oxisol, qui contient les concentrations les plus élevées de mercure total. Le second volet de ce travail a été consacré à l'étude de l'impact du mercure sur l'espèce tropicale P. corethrurus, à travers une approche écotoxicologique où le vers de terre a été exposé à différentes concentrations de mercure dans un oxisol dopé au laboratoire (HgCl2). Les résultats obtenus ont confirmé la résistance de cette espèce à des concentrations de mercure allant jusqu'à 20 g g-1 de sol et ont révélé sa forte capacité bioaccumulatrice. Les résultats précédemment décrits ont ouvert la voie à un troisième volet où deux études en microcosmes se sont attachées à étudier l'impact des vers de terre sur la mobilité et la disponibilité du mercure (a) dans des conditions proches de celles rencontrées en conditions naturelles (fond géochimique), et (b) en présence d'une forte concentration pouvant être rencontrée sur les sites orpaillés (20 g Hg g-1 de sol). Les résultats obtenus ont montré que les vers de terre agissent sur la mobilité du mercure directement par modifications physico-chimiques des sols (augmentation du pH et COD) et indirectement par stimulation des communautés bactériennes totales du sol. En conclusion, notre étude a montré que (1) P. corethrurus est une espèce résistante au mercure de par sa présence sur notre site d'étude et les résultats du test écotoxicologique mené au laboratoire, ce qui confirme l'idée d'un modèle tropical pour ce type d'étude ; (2) la bioaccumulation du mercure mesurée chez les vers de terre est importante et pourrait ainsi être responsable de l'entrée du mercure dans la chaîne terrestre trophique ; et (3) les vers de terre jouent un rôle dans la mobilité du mercure, modifiant sa partition dans les sols et diminuant les conséquences environnementales liées à sa biodisponibilitéMercury is of major concern because of health and environmental problems that they cause. This toxic pollutant is particularly prevalent in tropical Amazonian regions and in French Guiana where soils are naturally rich in mercury and past and present gold mining activities occurred. While many studies have shown the impact of mercury in aquatic environments, to our knowledge only a few have focused on terrestrial ecosystems, where mercury is predominantly found. This doctoral research examined the interactions between earthworms, which are soil engineers, and mercury in a tropical soil from French Guiana. The objectives of the research were to: i) evaluate in situ earthworm diversity and distribution in soils related to mercury concentrations, ii) evaluate experimentally the impact of mercury on a tropical earthworm species present in our study site, and iii) evaluate the impact of earthworms on mercury mobility and availability in different soils. In order to achieve these objectives, three studies were conducted using natural tropical soils (oxisols and hydromorphic soils) and tropical earthworms sampled in a small catchment basin located near Cacao, in French Guiana. In the first part, earthworms were collected in the field using the standard TSBF method, and species delimitation was done based on DNA barcoding. Putative species were then morphologically identified, among them Pontoscolex corethrurus, a pantropical and peregrine species. Furthermore, soil characteristics and mercury concentrations were determined, and a first attempt was made to explain earthworm distribution in the field. P. corethrurus was found only in the oxisol, which contained highest mercury concentrations in the field. In the second part, an ecotoxicological study was done using a natural tropical soil in order to assess the impact of mercury on the identified tropical species: P. corethrurus. The results showed that P. corethrurus can resist up to high mercury concentrations ; it was not affected until 20 g Hg g-1 soil and showed high capacity of Hg bioaccumulation. These results were used for the third part of the thesis. In the last part, two studies were conducted in controlled conditions in order to assess the impact of earthworms on mercury mobility and availability in soils. For these studies, conditions near natural conditions and also a high mercury concentration were applied to the soil (20 g Hg g-1 soil). Results showed the impact of earthworm on mercury mobility and availability through different mechanisms: directly, through soil modifications (increase of soil pH and DOC), and indirectly, through stimulation of the soil microbial population. Furthermore, results confirmed the high capacity of earthworms for mercury bioaccumulation. In conclusion, we showed that (1) P. corethrurus is resistant to mercury, due to its presence in our field contaminated site and the results of the toxicity test done in the laboratory, thus confirming the use of a tropical species for these studies ; (2) mercury bioaccumulation measured in earthworms is important and thus could be responsible for its entry and biomagnification in the terrestrial food chain ; and (3) earthworms affect mercury mobility modifying its fractioning in soils and decreasing its availabilityPARIS-EST-Université (770839901) / SudocSudocFranceF

Etude de l'impact des termitières sur la production d'une culture de mil au Sénégal

Les termites, extrêmement abondants dans les zones subsahariennes, constituent un modèle particulièrement intéressant et original pour approfondir l'étude de la gestion des agro-systèmes tropicaux. Néanmoins, l'interprétation de l'impact agricole bénéfique des termites n'est pas encore nettement clarifié Afin d'étudier cet impact sur une culture de mil (Pennisetum glaucum), nous avons sélectionné deux milieux: milieu paysan et station et deux espèces de termites à régime trophique différent: une espèce champignonniste (M subhyalinus) et une espèce humivore (C. oculatus). En milieu paysan, nous avons observé pour les plants de mil situées sur les parcelles ayant en leur centre une termitière morte et vivante, sur un rayon de 7m autour du nid, une avancée phénologique d'au moins 7 jours. Nos analyses montrent que cette avancée phénologique est due à deux facteurs: richesse en eau et richesse minérale. Conséquemment, les épis ont profité des assimilats présents dans les brins et ainsi le remplissage des graines a été plus important et les graines plus grosses sont plus abondantes que dans les essais sur sol témoin. En station, l'apport de morceaux de murailles concassés très riches en éléments fertilisants se traduit également par une avancée phénologique du mil cultivé sur les parcelles amendées. Ainsi, le développement du système aérien est favorisé sur ces parcelles. Une augmentation spectaculaire du poids grains mesuré sur les pieds situés sur parcelles enrichies en termitières a été observée et ce sur les deux hivernages. A la lumière de ces travaux, il apparaît qu'il est souhaitable en milieu paysan de préserver les nids de M. subhyalinus afin de pouvoir bénéficier chaque année sur un rayon d'au moins 7m autour du nid d'un meilleur rendement sans effort pour le fermier. En revanche, concernant l'utilisation des nids de C. oculatus, leur impact in situ étant fort faible, seul leur épandage a un effet positif sur les rendements...PARIS12-CRETEIL BU Multidisc. (940282102) / SudocSudocFranceF

Rôle de deux ingénieurs de l'écosystème (le termite Cornitermes sp. et l'annélide Andiodrilus pachoensis sur le fonctionnement du sol dans le Sud-est amazonien)

En Amazonie, la transformation de la forêt en pâturage par l agriculture familiale modifie les propriétés physico-chimiques des sols argileux et se manifeste aussi par une mutation des populations d invertébrés qualifiés d ingénieur du sol et donc des structures biogéniques de surface produites. L objectif de cette étude est de mettre en évidence le rôle de deux espèces ingénieurs du Nord-est brésilien: l annélide Andiodrilus pachoensis et le termite Cornitermes sp. dans le fonctionnement du sol et d établir une typologie globale des structures biogéniques produites par les organismes ingénieurs. Les Latosols des parcelles sont caractérisés par un horizon de surface argilo-sableux. Dans les forêts, l horizon 0-10 cm est organique humifère relativement homogène alors que dans les pâturages, soumis à la culture sur brûlis, il est tassé et hétérogène en raison de la structure localement lamellaire entre les touffes de Brachiaria brisantha ainsi que de la distribution en taches de la matière organique et de l hydromorphie. Les termitières épigées dans les pâturages atteignent une densité de 38 nids/ha alors qu aucun édifice n a été observé sous forêt. La distribution spatiale des termitières est hétérogène mais reliée au type de sol. Les propriétés physico-chimiques de ces structures termitiques mettent en évidence la forte stabilité structurale et la résistance au brûlis annuel des termitières. Leur destruction par les paysans, suscite un effet local immédiatement positif, puis négatif en assurant la destruction de la réserve de matière organique du feuilleté interne et une formation de pseudo-sables (pectisation des argiles) et d hématites assurant une augmentation de le stabilité structurale de la muraille. La densité des turricules d Andiodrilus p. est apparue plus faible dans les pâturages (42/ha) que dans les forêts (176/ha). Leurs distributions spatiales y sont agrégées aux larges échelles (>15m) ; alors qu en forêt, elles sont très hétérogènes entre les parcelles. La texture des turricules est argilo-sableuse et leur stabilité structurale est supérieure à celle des horizons témoins. Malgré la pectisation des argiles et la formation d hématite, aucun effet de la culture sur brûlis sur la stabilité structurale ou les concentrations en cations des turricules n a été révélé. Différentes typologies des structures biogéniques ont été établies à partir de l étude de leur matière organique (NIRS), ou encore de leur porosité par analyses micromorphologiques. Les différentes typologies obtenues soulignent l importance d accumuler des données spécifiques à chaque espèce clés des sols afin de définir des groupes fonctionnels pertinents en vue de modéliser le fonctionnement du sol.In Amazonia, transformation of forest to pasture by family agriculture alters physical and chemical properties of clayey soil and is also reflected by changes in soil engineers populations, , and thus in their own-making biogenic structures. The aim of this study was to determine the impacts on soil functions of two soil engineer species of the Brazilian north-east Amazonia: the earthworm Andiodrilus pachoensis and the termite Cornitermes sp. as well as to establish a global typology of biogenic structure produced by the engineers. Study fields were characterised by latosols with a clayey-sandy superficial layer. In forest, the 0-10 cm layer was organic and homogeneous whereas in slash and burned pastures it was compact and heterogeneous because of locally lamellar structure between Brachiaria brisantha clumps and the spot distribution of organic matter and hydromorphy. In pastures, Cornitermes mounds density was of 38 nests per ha while in forest, no mound was found. Their spatial distribution was heterogeneous but significantly linked to the type of soil. Physical and chemical properties of these structures showed a great structural stability and resistance to annual slash and burned culture. The farming destruction of termite mounds creates an immediate positive effect but, in a second time, a negative effect, when organic matter stocked in the internal foliated part has been totally burnt and structural stability of the mounds wall has been increased by pseudo-sand and hematite making. Andiodrilus pachoensis casts density was significantly lower in pastures and their distribution was clumped at the large scale (> 15 cm) whereas in forest spatial analyses showed that the cast distribution varied highly between plots: from random to clumped or inhibited. Earthworm casts density was not significantly correlated with tuft density and their production was independent to B. brisantha tufts presence in pastures or litter quantity in forests. Texture of casts was clayey sandy like soil superficial layer and its structural stability was greater than the surface soil one. When they were burnt, casts took a reddish colour, evidence of clay pectisation and hematite making but their structural stability and cations concentration did no change. Various biogenic structures typologies were established from organic matter study (NIRS) or porosity estimation (micromorphologic analysis). Results underline the necessity to gather specifics data on soil keystone species in order to define significant functional group for modelling of global soil functions.PARIS12-CRETEIL BU Multidisc. (940282102) / SudocSudocFranceF

COLMATAGE BIO-PHYSICO-CHIMIQUE DES SYSTEMES DRAINANTS DE CENTRES DE STOCKAGE DE DECHETS MENAGERS (APPROCHE DES MECANISMES ET DES CONSEQUENCES HYDRAULIQUES)

LA FORMATION DU COLMATAGE BIO-PHYSICO-CHIMIQUE DES SYSTEMES DRAINANTS DE CENTRES DE STOCKAGE DE DECHETS MENAGERS REPOSE VRAISEMBLABLEMENT SUR 3 MECANISMES : L'ADHESION BACTERIENNE, LA FORMATION DE PRECIPITES ET LA FILTRATION-SEDIMENTATION DE PARTICULES. LE TRAVAIL A CHERCHE A COMPRENDRE LES 2 PREMIERS MECANISMES ET A ESTIMER LES CONSEQUENCES HYDRAULIQUES DU COLMATAGE. DEUX TYPES D'EXPERIENCES ONT ETE MENEES EN LABORATOIRE : LA REPRODUCTION DU COLMATAGE SUR PILOTE ET DES ESSAIS DE MATERIAUX (GRANULAT, GEOTEXTILE, GEOMEMBRANE) AVEC DES LIXIVIATS SYNTHETIQUES ET REELS STAGNANTS OU CIRCULANT. LES EFFICACITES DE 4 ENZYMES POUR DETACHER LES BACTERIES ONT ETE COMPAREES. LA FORCE IONIQUE DES LIXIVIATS EST APPARUE COMME UN FACTEUR IMPORTANT DE L'ADHESION BACTERIENNE. SON AUGMENTATION REDUIT L'INTENSITE DE L'ADHERENCE REVERSIBLE DES BACTERIES ET AUGMENTE A LONG TERME L'INTENSITE DE L'ADHESION IRREVERSIBLE. LA PRESENCE OU L'ABSENCE DE GEOTEXTILE EN AMONT DES GRANULATS AGIT SUR L'INTENSITE DE L'ADHESION DES BACTERIES AUX GRANULATS. LES CONDITIONS PH ET REDOX D'APPARITION DU COLMATAGE ET LES PRECIPITES FORMES ONT ETE OBSERVES. LA QUANTITE DE DEPOTS CARBONATES PARAIT TRES CORRELEE A LA TENEUR EN CA ET FE DES LIXIVIATS ET PEU CORRELEE A CELLE EN CARBONATES DISSOUS. LA SIMULATION GEOCHIMIQUE CONFIRME LA LIMITATION DU COLMATAGE PAR LA TENEUR EN METAUX DISSOUS ET PERMET DE DISCUTER LE ROLE DES BACTERIES DANS LE COLMATAGE. SON UTILISATION POUR PREDIRE LES RISQUES DE COLMATAGE SUR SITE ET DIAGNOSTIQUER SA FORMATION EST ABORDEE. LE FONCTIONNEMENT HYDRAULIQUE DU SYSTEME DRAINANT A ETE MODELISE GRACE A LA LOI D'ECOULEMENT NON-DARCIENNE DE IZBASH, INTRODUITE DANS LE MODELE SIDRA. L'UTILISATION DE RESULTATS DU COLMATAGE ARTIFICIEL DE MATERIAUX DRAINANTS A PERMIS DE PREDIRE PAR SIDRA L'INFLUENCE D'UN COLMATAGE PROGRESSIF SUR LE FONCTIONNEMENT HYDRAULIQUE. ALORS QUE LES DEBITS APPARAISSENT TRES PEU AFFECTES PAR LE COLMATAGE, LES HAUTEURS DE LIXIVIATS LE SONT RAPIDEMENT ET FORTEMENT.PARIS12-CRETEIL BU Multidisc. (940282102) / SudocSudocFranceF

Gestion de la fertilité des sols et rôle du troupeau dans les systèmes coton-céréales-élevage au Mali-Sud (savoirs techniques locaux et pratiques d'intégration agriculture élevage)

Dans la zone Mali-Sud, l'augmentation démographique, le développement de la culture cotonnière et, parallèlement, des systèmes d'élevage ont entraîné une augmentation des surfaces cultivées, une réduction du temps de mise en jachère et un passage progressif à la culture continue. L'espace pastoral est réduit aux terres pas encore mises en culture. Dans un contexte climatique, économique et institutionnel difficile, on cherche à faire évoluer les pratiques de gestion de la fertilité des sols et d'alimentation des animaux pour renforcer les systèmes de production et ne pas hypothéquer leur durabilité. De nouvelles postures de recherche visent à transformer les situations, produire des connaissances et renforcer l'implication des acteurs. Les références élaborées par la recherche doivent être compréhensibles par l'ensemble des acteurs et prendre en compte les savoirs techniques locaux des praticiens. Cette prise en compte dans l'analyse des pratiques de gestion de la fertilité des sols permet-elle de produire des connaissances nouvelles sur les pratiques, de formuler des propositions techniques ou d'améliorer les relations recherche-vulgarisation-paysans ? Nous proposons de tester un cadre d'analyse des pratiques de gestion de fertilité des sols en nous basant sur une caractérisation préalable des savoirs techniques locaux. Ce travail est mené auprès de paysans de deux villages du Mali-Sud. La lecture des relations savoirs-pratiques permet d'apprécier la pertinence des savoirs techniques locaux, d'enrichir la description des pratiques agricoles et d'évaluer l'intérêt de cette approche pour les sciences agronomiques et pour le développement agricoleSoil fertility management and herd role in the cotton-cereals-livestock systems in south Mali, technical local knowledge and crop-livestock farming practices. In the south Mali, population growth, joint development of cotton-crop and breeding system furthered the extension of cultivated lands, furthered the development of letting fallow land for a short-lived and the extension of lands cultivated in a continuous way. The pastoral lands are limited to the none cultivated areas. In a difficult context made off climatic hazard, economic crises and institutional uncertainty, the evolution of soil fertility practices and pastoral practices is looked up to enhance the farming systems and not mortgage their sustainability. New scientific approaches aim at changing the crop and breeding systems, at producing new knowledges and at reinforcing the farmer s involvement. The technical references developed must be understandable by the farmers and the researchers and must integrate their local technical knowledges. Does the consideration of local technical knowledges in the soil fertility practices analysis enable to produce new knowledges on the practices, to elaborate technical proposals or improve the relations between researchers and farmers? We suggest to test a scientific approach to investigate soil fertility practices with the support of the characterization of the local technical knowledges. This work is performed with farmers of two villages of the South Mali. Analysis of knowledges and practices relations allows to appreciate the relevance of the local technical knowledges, allows to improve farming practices description and to assess the interest of this research method for agricultural sciences and the agricultural developmentPARIS-EST-Université (770839901) / SudocSudocFranceF

Évaluation de la biodisponibilité des métaux dans l'eau de surface et les sédiments de la rivière Al-Ghadir (Mont-Liban)

Le cycle biogéochimique des métaux traces a été fortement accéléré par les activités anthropiques qui ont entraîné une contamination des eaux et des sédiments des rivières. A la suite de leurs émissions, la majorité des métaux traces se trouvent sous forme particulaire qui se transportent par ruissellement et se retrouvent en milieu fluvial où elles sédimentent et dont une partie est susceptible d'être solubilisée vers la colonne d'eau suite aux modifications des conditions physico-chimiques du milieu et sous l'action des microorganismes autochtones et pouvant après interagir avec la chaîne alimentaire et présenter un danger potentiel de toxicité pour l'homme et pour les autres organismes vivants. Dans cette étude, nous avons choisit de travailler sur le site de la rivière Al-Ghadir qui présente un cas exceptionnel et original des pollutions où la hauteur de sédiments, comprenant plusieurs types de polluants, est plus qu'un mètre. L'objectif de cette thèse était de comprendre et d'évaluer le rôle du compartiment microbien dans les sédiments de la rivière Al-Ghadir, qui est la source la plus polluante de la méditerranéen, sur la mobilité des métaux et leurs effets sur les eaux souterraines. Cette étude était réalisée en deux séries d'expériences (Batch et colonne du sol) semblables aux situations se trouvant dans la rivière. Une caractérisation physico-chimique et chimique des sites d'étude a été effectuée comme première étape afin ensuite de débuter l'approche expérimentale qui a permis d'isoler les processus physico-chimiques de ceux qui sont imputables à l'activité microbiologique. Dans les expériences menées en réacteurs fermés (batchs), nous avons montré que les activités microbiennes sont corrélées aux fortes dissolutions des métaux, en particulier du Fe, Mn, Pb, Cu et Zn. Le fer semble apparaître comme l'élément le plus solubilisé et sa solubilisation était corrélée à celle d'autres métaux traces laissant supposer que ces métaux sont associés aux oxydes de fer. Cette hypothèse a été confirmée par les extractions séquentielles indiquant la présence de bactéries ferri-réductrices qui, lors de la fermentation du glucose et la production d'acides organiques, ont réduit les oxydes de fer. Ces derniers ont entraîné la dissolution des métaux traces et une modification des populations bactériennes qui ont été détectés par l'étude microbiologique et génétique après cinq jours d'incubation. L'effet des bactéries sur la mobilisation des métaux a été ensuite étudié selon des expériences portant sur l'étude hydrodynamique du transfert des métaux en colonnes de sédiments et dans des conditions proches à celles du terrain. Nous avons montré que (i): les métaux étudiés ne sont pas lixiviés dans les mêmes ordres et en règle générale montrent l'ordre suivant (en g/l): Fe>Mn>Cd>Zn>Cu>Pb>=Cr ; (ii) les métaux vont se reprécipiter sur les phases néoformées après que le système regagne l'équilibre. Les études du profil de distribution des métaux dans les colonnes ont mis en évidence que les métaux ont été lixiviés des sédiments durant l'incubation de façon homogène. Cette répartition dépend de la hauteur du sédiment: la ré-distribution est maximale à la surface des sédiments (0-10 cm), alors qu'à une profondeur située entre 10 et 25 cm elle est nulle. Ce phénomène est expliqué par le fait que les métaux après avoir été solubilisés et passés en solution, ils seraient réadsorbés sur les phases électrochimiques négatives, néoformées et colloïdales ce qui explique la diminution de la concentration des métaux dans le lixiviat obtenu en laboratoire et permet de penser que ce mécanisme de piégeage des métaux dans la colonne limite la migration de ces derniers vers les eaux souterraines, tant que la capacité d'adsorption des colloïdes présents n'est pas atteinte et que le système soit en équilibreThe biogeochemical cycle of trace metals was greatly accelerated by human activities that have led to the contamination of water and river sediments. Following their emissions, the majority of trace metals exist in particulate form which can be transported by runoff and end up in rivers where they settle and where a portion can be dissolved into the water column in response to changes in the physico-chemical conditions of the site and under the action of indigenous microorganisms which later can interact with the food chain and pose a potential danger of toxicity to humans and other living organisms. In this study, we have chosen to work on Al-Ghadir River which represents an exceptional and an original case of pollution where the height of sediments, including several types of pollutants, is more than one meter. The aim of this work was to understand and to evaluate the role of the microbial compartment in the sediments of the Al-Ghadir River, which is the most polluting source to the Mediterranean, on the mobility of metals and their effects on underground water. This study was realized in two series of experiments (batch and soil column) with situations similar to those found in the river. A physico-chemical and chemical characterization of the studied sites was conducted as a first step to begin, after that, with the experimental approach which was used to isolate the physico-chemical processes from those which are attributable to microbiological activity. In the experiments conducted in closed reactors (batch), results obtained showed that the microbial activities are correlated with the strong dissolution of metals, especially for Fe, Mn, Pb, Cu and Zn. Iron appeared the most solubilized element and its solubilisation was correlated with the other trace metals suggesting that these metals are associated to iron oxides. This hypothesis was confirmed by sequential extraction procedure indicating the presence of iron-reducing bacteria, which, during the fermentation of glucose and the production of organic acids, reduced iron oxides. These later have led to the dissolution of trace metals and to a change in the bacterial populations which were detected after five days of incubation by the microbiological and the genetic studies. The effect of the bacteria on the mobilization of metals in sediments was then studied in hydrodynamic columns, under conditions similar to those in the field. Results obtained showed that: (i) Studied metals are not leached in the same order and showed the following order (in g/l): Fe > Mn > Cd > Zn > Cu > Pb >= Cr; (ii) Metals will reprecipitate on the neoformed phases after the system returns to equilibrium. Studies of the distribution profile of metals in columns showed that metals were leached homogenously from the sediments during incubation. This distribution was shown to depend on the height of the sediment where the re-distribution was shown at its maximum at the surface of the column sediments (0-10 cm) and became null at a depth between 10 and 25 cm. This phenomenon is explained by the fact that the metals after being dissolved and passed into solution, were then readsorbed to the negative electrochemical, neoformed and colloidal sediment phases which explains the decrease in the concentration of metals in the leachate obtained in the laboratory and suggests that the mechanism of trapping of metals in the column limits the migration of these later to underground water, as the adsorption capacity of present colloïds is not reached and the system is at equilibriumPARIS-EST-Université (770839901) / SudocSudocFranceF

L'importance agricole des termitières épigées dans le nord du Cameroun (l'exemple des nids de Macrotermes subhyalinus et d'Odontotermes magdalenae)

Cette étude vise à décrire les caractéristiques agropédologiques des nids de M. subhyalinus et d'O. magdalenae et à déterminer leur importance dans deux agrosystèmes du nord du Cameroun. Elle montre que les propriétés pédologiques des nids font de ces stations un élément indépendant du découpage du parcellaire et de la conduite des itinéraires techniques. Dans les sols ferrugineux de piémont, les nids de Macrotermes génèrent de véritables îlots de fertilité desquels sont dégagées des productions substantielles en céréale. En redistribuant des argiles 2/1 en surface du sol, ils augmentent la CEC et les teneurs en cations échangeables, tout en favorisant la structuration des horizons superficiels. Dans les vertisols, les nids d'Odontotermes détruits se singularisent par une forte macroporosité qui leurs confère un comportement hydrique et mécanique spécifique. L'hétérogénéité ainsi créée est valorisée pour réduire la durée des pépinières de muskuwaari et étaler les chantiers de repiquage.This work aims to describe the agropedologic characteristics of the mounds built by M. subhyalinus and O. magdalenae and to specify their role in two farming systems of the north of Cameroon. It shows that the singular pedological properties of the nests put these stations as an area independent of the field pattern and the crop managment. On an arenitic alfisol, the mounds of Macrotermes create true islands of fertility from which substantial productions of cereals are obtained. By redistribuiting 2/1 clays on the soil surface, they increase the CEC and the contents of exchangeable cations, while promoting structuring processes. On a vertisol, the mounds of Odontotermes, after their pulling-down, are made conspicuous by a strong macroporosity which confer theni specific water retention and particular mechanical behavior. Heterogeneity thus created s used to reduce the time required for seedbeds of muskuwaari and to lenghten the operations of the transplanting of sorghum.PARIS12-CRETEIL BU Multidisc. (940282102) / SudocSudocFranceF

Étude des interactions entre sols-mercure-composante microbiologique en Guyane française

Les teneurs élevées en mercure des sols Guyanais suscitent beaucoup d attention de par les conséquences écotoxicologiques qui en découlent. Dans cet écosystème tropical particulier, notre recherche a eu pour objectifs i) d évaluer l importance des oxydes de fer dans la fixation du mercure ii) d étudier l impact des processus biogéochimiques dans la remobilisation de ce métal et iii) d évaluer l impact de ce mercure mobile sur le fonctionnement et la diversité génétique des communautés microbiennes du sol. Afin d atteindre ces objectifs deux volets ont été abordés, avec comme matériel d étude des sols naturels provenant d une toposéquence proche d un ancien site orpaillé, situé dans les environs du village de Cacao, et des sols jamais orpaillés de la forêt de Patagai. Dans le premier volet, les résultats obtenus ont montré que les quantités de mercure dans les sols étudiés diminuent le long de la toposéquence, des oxisols aux sols hydromorphes, de même que les teneurs en fer et ceci en étroite relation avec les conditions réductrices et les mouvements probables des nappes d eau. Les analyses pédologiques combinées à des extractions chimiques sélectives des formes d oxydes de fer ont permis de montrer l importance de ces derniers et de leurs propriétés cristallochimiques dans la fixation du mercure. Ces résultats ont logiquement ouvert la voie à une étude microbiologique, visant à évaluer la capacité des bactéries ferri-réductrices à mobiliser le mercure, dans des conditions physico-chimiques réductrices proches de celles rencontrées en conditions naturelles. Menée en microcosme au laboratoire et en présence d une source de carbone facilement biodégradable, cette étude a mis en évidence une redistribution du mercure parallèlement à l activité ferri-réductrice bactérienne. Le rôle méthylateur de ces bactéries expliquerait les fortes concentrations de methylmercure (MeHg) rapportées dans les sols inondés de notre site d étude. Le second volet de ce travail a été consacré à l impact d un apport du mercure sur les communautés microbiennes telluriques. Ce volet a été abordé à travers une approche multiscalaire combinant chimie, microbiologie, enzymologie et biologie moléculaire. Les résultats obtenus ont confirmé que l effet du mercure dépend des teneurs appliquées. Alors que la densité microbienne ne semble pas modifiée, les diversités spécifiques, fonctionnelles ainsi que les cinétiques de minéralisation de carbone sont rapidement influencées par des fortes concentrations en mercure (20 g/g de sol). D autre part, si l application du mercure a montré une modification irréversible à long terme de la structure génétique des communautés microbiennes, un phénomène de résilience a été rapidement constaté au niveau de la minéralisation du carbone et de la diversité fonctionnelle. Un travail complémentaire a permis de mettre en place une méthode d évaluation multidimensionnelle de la résilience des communautés microbiennes à un stress environnementalGuyanese soils contain high concentrations of mercury due to high geological background concentrations and locally to past gold-mining. The dynamics of this mercury is actually a major environmental and health preoccupation. In this particular ecosystem, the objectives of this thesis were to determine i) the importance of iron oxides in mercury distribution in soils, ii) the impact of microbial ferrireducing bacteria on the remobilisation of this toxic heavy metal, and iii) the impact of mercury pollution on the activity and genetic structure of soil microbial communities. This was assessed through two approaches, the first using soils sampled along a natural ferrallitic toposequence of a catchment basin, partly gold-mined up to 1950, near the village of Cacao. And the second using soils sampled from the forest of Patagai that records no past gold mining. Our results showed that the quantities of mercury decreased along the toposequence along with total iron contents, from the well drained oxisols to the hydromorphic talwegs. This happened in close relation to reductive conditions and watershed dynamics. The soil analyses combined to chemical extractions of amorphous and crystalline iron forms revealed the importance of the latter in mercury adsorption. These results logically brought us to study the impact of microbial activity, and more precisely bacterial iron reduction, on the remobilisation of mercury in these soils. This was carried out in reductive conditions similar to those encountered in natural conditions. In presence of available carbon, these experiments showed that ferri-reducing activity could solubilise significant quantities of iron, thus simultaneously mobilizing mercury. However, we did not detect an increase in dissolved mercury, presumably because it was re precipitated as HgS. Never the less, we observed variations in the amount of mercury associated to iron oxides during incubation. The second part of this work studied the impact of mercury on soil microbial communities. We approached this through a multidisciplinary study including chemistry, microbiology and molecular biology. Results confirmed that the effect of mercury depends on the concentration of Hg applied. While microbial biomass and numbers did not seem to be affected, the genetic structure as well as the functional diversity and carbon mineralisation were rapidly affected by high mercury concentrations (20 g g-1 of soil). More over, we observed a rapid resilience in carbon mineralisation and functional diversity whereas genetic structure was durably modified. Complementary work enabled us to set up a multidimensional method to evaluate microbial community s resistance and resilience to an environmental stressPARIS-EST-Université (770839901) / SudocSudocFranceF

Mercury mobilization by chemical and microbial iron oxide reduction in soils of French Guyana

Iron oxy(hydr)oxides (oxides) are important mercury sinks in tropical oxisols and the geochemistry of these two elements are thus closely entwined. We hypothesized that bacterial Fe-oxide reduction in anoxic conditions could be a significant mechanism for mobilizing associated Hg. Iron oxide and mercury solubilisation in presence of two chemical reducers (ascorbate and dithionite, dissolving amorphous and amorphous plus well crystallized Fe-oxides, respectively) was compared to their solubilisation in presence of autochthonous ferri-reducing bacteria. This work was carried out on two soil profiles from a small catchment basin in French Guyana, an oxisol (O) from a well drained slope and a water-saturated hydromorphic soil (H). The chemical reductions showed that in the oxisol 20 and 48% of total Hg (HgT) was associated to amorphous and well crystallized iron oxides, respectively. However, in the hydromorphic soil, no Hg seemed to be associated to amorphous iron oxides while the well crystallized fraction contained less than 9% of HgT. Chemical Fe-oxide reduction showed that Hg solubility was correlated to Fe reduction in the oxisol, demonstrating a relationship between the geochemistry of these two metals. During bacterial growth, while bacterial iron reduction solubilised up to 3.2 mg Fe g-1 soil in the oxisol sample, HgT remained unchanged. No mercury was detected in the culture medium either. However, chemical analysis showed a decrease of the amounts of Hg associated to amorphous and well crystallized Fe-oxides after 14 days of incubation, underlining the potential for iron-reducing bacteria to modify mercury distribution in soil

Effects of mercury on soil microbial communities in tropical soils of French Guyana

In gold mining regions, the risk of soil pollution by mercury is a major environmental hazard, especially in tropical areas where soil microflora plays a major part in soil functioning, major bio-geochemical cycles and carbon turn-over. The impact of mercury pollution on soil microflora should thus be carefully assessed in such environments while taking into consideration the specificities of tropical soils. The aim of this study was to compare the effects of mercury (0, 1 and 20 mg of inorganic mercury per gram of soil) on the functional diversity and genetic structure of microbial communities in a tropical soil. We investigated the effects of mercury on tropical soil microflora using soil microcosms spiked with mercury and incubated at 28 8C for 1 month. Microcosm flora, its biomass and its activity, as well as its functional and genetic structure, were followed by cultural methods, measures of respiration, ECOLOG plates, and DGGE (denaturing gel gradient electrophoresis), respectively. Fate of total and bioavailable mercury was estimated by CVAFS (cold vapor atomic fluorescence spectrometry). Results obtained for the microcosms enriched with only 1 mg g_1 mercury were indistinguishable from controls. Conversely, in the presence of high mercury contents (20 mg g(1), an immediate effect was measured on soil respiration, functional diversity (ECOLOG plates) and genetic structure (DGGE), although no significant effect was observed on plate counts or microbial biomass. In addition, whereas microbial activities (respiration and functional diversity) rapidly regained control values, a lasting effect of the high mercury concentration was observed on the genetic structure of the soil microbial community. These modifications took place during the first week of incubation when total mercury concentration was declining and bioavailable mercury was at its highest. This multiple approach study is one of the first attempts at investigating the effects of mercury on soil microbial communities in tropical soils. Our results demonstrate that in the tropical soil under study, mercury affects the soil microbial communities in a different manner than was previously reported in temperate soils. Furthermore, mercury toxicity on soil microbes may be modulated by typical tropical soil characteristics