Écologie de Pseudomonas syringae dans un bassin versant (Vers un modèle de transfert)

Caractériser la dissémination des bio-agresseurs est un enjeu majeur pour la gestion et la prédiction des maladies en santé des plantes. Face aux limites des approches usuelles en pathologie végétale, une nouvelle vision a été proposée abordant les paradigmes d histoire de vie des agents phytopathogènes en dehors des limites du système hôte-pathogène. Parmi ces agents phytopathogènes, les études sur P.syringae sont celles qui ont contribuées le plus à ce nouveau courant de pensée et dont on connaît le mieux l histoire de vie en relation avec ses réservoirs non hôtes . L espèce est détectée dans de nombreux compartiments du cycle de l eau, des précipitations jusqu aux rivières et eaux d irrigation, en passant par les plantes sauvages et le manteau neigeux. L ensemble de ces observations ont soulevé de nouvelles questions sur la manière dont P. syringae se dissémine au travers de ces environnements et sur les processus impactant sur la dynamique des populations à l échelle d un bassin versant. Ces recherches se sont donc intéressées à ses processus dans des précipitations jusqu aux cours d eau alpins dans l optique d acquérir des données pour la modélisation des flux de P. syringae. Elles ont mis en évidence les populations résidentes de la litière et la survie sa survie dans le sol, processus jamais identifiés à l histoire de vie de P. syringae. Elles ont également caractérisé (i) les conditions propices à son transport via les précipitations, (ii) le rôle du manteau neigeux comme réservoir et protecteur des populations des prairies alpines et (iii) ont mis en évidence la chimie de l eau comme indicateur témoin de la dynamique des populations des les rivières. Ces observations suggérant un transport de P. syringae dans le sol, nous l avons quantifiée à travers des études de terrain et des simulations en laboratoire.Enfin, l ensemble des données de ces recherches couplées à des outils SIG et des modèles météorologiques et hydrologiques ont permis de proposé un modèle sur les flux de P.syringae des habitats naturels vers les agro-systèmes.The characterization of the spread of bio-agressors spread is a major issue for themanagement of plant health and the prediction of disease emergence. Given thelimitations of conventional approaches in plant pathology, a new vision has beenproposed addressing paradigms life history of plant pathogens outside the limits of thecrop host-pathogen system. Among the plant pathogens, studies on P. syringae are thosethat have contributed the most to this new way of thought for which life history inrelation to "non host" reservoirs has been highlighted. The species is found in manycompartments of the water cycle, from precipitation to rivers and irrigation water, wildplants and snowpack. All these observations have raised new questions about how P.syringae spreads through these environments and on the processes impactingpopulation dynamics at the scale of a watershed. This research was therefore interestedin these processes with the objective to acquire data for modeling the tranfer of P.syringae through the watershed. They highlighted the resident populations of litter andtheir survival in the soil, processes never identified in association with the life history ofP. syringae. They also revealed (i) the conditions for transport via precipitations, (ii) therole of snowpack as a reservoir and protector of the populations in alpine meadows and(iii) showed that water chemistry can be used as an indicator of the populationdynamics in headwaters. These observations suggested a transport of P. syringae via thesoil that we subsequently characterized through field studies and laboratorysimulations. Finally, all data from this research combined with GIS tools andmeteorological and hydrological models have permitted us to propose a model of theflux of P. syringae of natural habitats to agricultural systems.AVIGNON-Bib. numérique (840079901) / SudocSudocFranceF

Evidencing the role of plants vs soils in the understanding of 137Cs phyto availability using a coupled experimental and modelling approach

International audience137Cs is a radionuclide with a half-life of 30 years that is commonly found in soils after nuclear fallout due to nuclear incidents or atmospheric nuclear weapon testing. Due to their properties of accumulation and retention, soils are key compartments for the transfer of contaminants such as 137Cs in the trophic chain. Ingestion of contaminated agricultural products being one of the main component of human exposure, it is essential to be able to predict the fate of 137Cs throughout the soil-plant continuum.The contaminant mobility into the soil, its transfer to the plant and its final distribution between all components are generally described by simple models (equilibrium-based, linear distributions). These models are operational but are not able to account for the variability of soils and plants encountered.Bioavailability is function of both soil physico-chemical characteristics, that impact the environmental availability, and plant physiology which determines the uptake rate and accumulation. The aim of this work is to highlight the preponderant factors controlling the 137Cs bioavailability in the soil-solution-plant continuum by using a model that account for both soil and plant characteristics. The proposed mechanistic model is based on thermodynamic reactions describing the interactions of Cs with the different soil reactive components, coupled with a physiological model of root absorption.Series of experiments were conducted to produce a contrasted data set of 137Cs soil to plant transfer. For those experiments, 2 different plants with contrasted Cs uptake capacities (Millet, Mustard) and 3 different soils with varying texture and mineralogy have been studied. Three weeks exposure studies were conducted with the RHIZOtest® which is a normative device to assess the bioavailability of contaminants in soil. They were completed with batch experiments aiming at characterizing the environmental availability of Cs in soils. A large range of 137Cs soil to plant transfer rates was measured for the different soil/pant combinations. For example a contrasted bioavailability of 137Cs was observed, with the same plant accumulating 10% to 40% of total Cs’s stock depending on the soils. We also observed that during the time of the experiment the plant had absorbed most of the estimated environmental available Cs.Modelling those experiments allowed us to highlight the main soil and plant properties that have a great impact on the contaminant mobility. For example, plant physiological factors were the main driver of bioavailability in condition where environmental availability was not limited (e.g. sandy soils), whereas their roles were reduced in soils with high 137Cs sorption capacity. Such a model may help to reduce uncertainties in the prediction of 137Cs transfer to plants in environmental risk assessment, with a great potential to cover a large range of soils and plants

La plateforme de modélisation « VSoil »

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Les avancées de la recherche dans le domaine de la modélisation des interactions sol-arbre

Les outils de modélisation au service de la politique, de la planification et de la gestion forestière ne permettent pas encore une évaluation simultanée de l’impact des changements globaux et de la gestion sur les différentes fonctions écologiques et productives assurées par les écosystèmes forestiers. Nous proposons un état des lieux des modèles disponibles dans les différentes disciplines que sont la dendrométrie, l’écophysiologie et les sciences du sol et comment l’intégration des concepts de ces trois disciplines peut permettre d’élaborer les outils nécessaires au gestionnaire. In fine, ces nouveaux outils devront être suffisamment complets pour répondre à des questions à l’échelle de l’écosystème ; distinguer ce qui relève du processus générique de ce qui reste site-dépendant ; permettre de définir puis simuler des scénarios de gestion variés et innovants en environnement incertain, avec des contraintes de plus en plus fortes ; et être documentés et référencés pour garantir leur pérennité et leur utilisation

Modélisation des transferts d'azote et possibilités d'application grâce à l'utilisation des données de la lysimétrie

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Transport bactérien en milieu poreux (expérimentations et modélisation)

L étude du transport bactérien en milieux poreux est un enjeu important pour la protection des nappes phréatiques contre des contaminations microbiologiques. La pratique d épandage des effluents des stations d épuration est une source de bactéries pathogènes dont le déplacement dans le sol constitue un risque pour la santé publique. Le transport d une bactérie dans un milieu poreux résulte d une compétition entre processus de déplacement, d adhésion et de blocage. Des expériences avec une large gamme de bactéries aux propriétés de surface différentes (composantes de la tension de surface et charges) ont été réalisées pour essayer de relier ces propriétés à leur rétention en milieu poreux. Les résultats montrent que les cinétiques de rétention sont corrélées aux interactions électrostatiques mais qu il ne semble pas y avoir de corrélation entre l énergie libre totale d interaction et la quantité de bactéries retenues. L observation in situ par microscopie confocale du déplacement de cellules d Escherichia coli a mis en évidence le coinçage des cellules bactériennes par des rugosités de surface et les zones de contact entre grains d un milieu poreux. Ces résultats confirment l existence de possibilités de rétention en milieux poreux même en présence de conditions défavorables (énergie libre totale d interaction positive). Des expériences de transport avec Escherichia coli conduites dans des milieux poreux se différentiant par leur porosité et physico-chimie ont été utilisées pour évaluer le poids respectif des phénomènes de transport et d adhésion dans la migration de cellules et pour tester un modèle de transport. La restitution des courbes d élution observées a requis la prise en compte de deux types de détachementsdes cellules retenues. Les cellules retenues par les interactions de faibles intensités (Lifshitz-van der Waals) peuvent se décrocher sous l effet des forces hydrodynamiques ou par des répulsions électrostatiques dont la portée et l intensité augmentent lorsque la force ionique de la solution diminue. Les cellules fortement retenues peuvent aussi se détacher mais à un rythme lent et donnent lieu à de longues traînées. Les résultats ont montré que dans les milieux homogènes le transport bactérien est principalement gouverné par les interactions électrostatiques, alors que dans des milieux présentant une porosité plus compliquée, le transport est moins dépendant des interactions électrostatiques, voire très peu influencé par celles-ci. L étude du transport, dans un sable et dans un sol, d une communauté bactérienne issue d une boue de station d épuration a montré les points suivants: i/ une forte réduction de la diversité microbienne et de la concentration bactérienne; ii/ parmi les espèces transportées se trouvaient des coliformes fécaux; iii/ les bactéries ayant traversé les colonnes sont chargées négativement. Ces résultats confirment le rôle important des interactions électrostatiques sur la migration de bactéries en milieux poreuxThe study of bacterial transport in porous media is an important stake for the protection of ground water resources against microbial contaminations. Disposal of waste water plants effluents is an important source of pathogenic bacteria in the environment whose displacement in the ground may cause health concerns. The transport of a bacterium in a porous matrix is subjected to a competition between displacement, adhesion and blocking processes. Experiences with a broad range of bacteria with variable cellular surface properties revealed that the transport and adhesion behaviour is not identical for all the strains but depended on their respective hydrophobic and electrophoretic cell characteristics. Bacterial adhesion in porous media prevents their transport but is not an irreversible phenomenon. A model of bacterial transport in porous media able to reproduce correctly the experimental observations required to take into account two types of cell detachments: slow and fast. The cells retained by weak interactions (Lifshitz-van der Waals) can be detached by hydrodynamic forces or electrostatic repulsions whose range and intensity increase when the ionic force of a solution decreases. These results showed also that bacterial transport relied heavily on electrostatic interactions. Transport conditions are enhanced by higher electrostatic repulsions between cells and solid surface. In situ observations of Escherichia coli cells moving through pores highlighted the wedging of the bacterial cells by surface roughness and at zones of contact between porous media grains. In homogeneous mediums such as sand bacterial transport is mainly controlled by electrostatic interactions. However in heterogeneous mediums such as a soil hydrodynamics and porosity are more important. In particular for unsaturated soils where filtration of cells by small pores considerably reduces bacterial transport. The study of the fate in sand and soil media of bacterial communities from waste water plant sludge showed that faecal coliforms were among the species able to be transported. The results of this study made it possible to define safety rules related to waste water plants effluents spreading practicesAVIGNON-BU Centrale (840072102) / SudocSudocFranceF