Etude des conséquences de la digestion anaérobie du maïs sur ses caractéristiques amendantes : devenir des matières organiques, stockage du carbone, vie microbienne, capacité d’adsorption et stabilité structurale de l’horizon de surface de Luvisols cultivés

Study of the consequences of anaerobic digestion of maize on its amending characteristics : fate of organic matter, carbon storage, microbial life, adsorption capacity and structural stability of the surface horizon of cultivated Luvisols

• Auteur / Autrice : Robin Beghin
• Direction : Didier Kleiber, Javier David Scheiner
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Développement des Plantes
• Date : Soutenance le 30/06/2020
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT en cotutelle avec 059872098
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences écologiques, vétérinaires, agronomiques et bioingénieries (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physiologie, Pathologie et Génétique Végétales (Toulouse ; 2016-....)
• Jury : Président / Présidente : Dominique Patureau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Didier Kleiber, Javier David Scheiner, Frédéric Guérin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Tiphaine Chevallier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Maïs

Méthanisation

Synthèse organique

Mots clés libres

Digestion anaérobie

Matières organiques

Effets « priming »

Stabilité structurale

Complexe adsorbant

Pyrolyse Rock Eval

Anaerobic digestion

Organic matter

Priming effects

Structural stability

Ion exchange capacity

Rock Eval pyrolysis

Résumé

La filière biogaz est en développement en France et dans plusieurs pays Européen. En conséquence, une part croissante des produits organiques sont digérés en milieu anaérobie avant d’être valorisés agronomiquement. Les effets de la digestion des produits organiques sur leurs propriétés amendantes restent méconnues. Les propriétés amendantes des produits organiques apportés représentent un enjeu important pour la fertilité des Luvisols étudiés qui sont particulièrement dépendants d’une bonne teneur et des flux en matières organiques afin de maintenir leurs qualités chimiques, physiques et biologiques. Ainsi, l’objectif de cette étude est d’évaluer les conséquences des modifications des caractéristiques de produits organiques lors de la digestion anaérobie sur : la vie microbienne, le stockage de carbone, le devenir des matières organiques, la stabilité des agrégats et la capacité d’adsorption de l’horizon de surface de Luvisols cultivés. Durant les incubations, réalisées au champ et en conditions contrôlées, la biodégradation des matières organiques apportées et endogènes par les micro-organismes ont été suivies par la mesure de la production du dioxyde de carbone (CO2) des sols amendés et non amendés puis son traçage grâce aux différences naturelles de l’abondance en isotope du carbone 13 (13C) entre les plantes en C4 et en C3. Ces mesures ont permis de déterminer dans quelles proportions le stockage de C dans les sols induit par l’apport d’un produit organique est induit par la stabilité des matières organiques apportées et par les effets « priming ». A l’issue des incubations, l’analyse de la structure taxonomique des communautés microbiennes actives à partir des composés membranaires phospholipidiques microbiens extraits des sols a été mise en relation avec les effets « priming » observés. Les mesures des teneurs en azote (N) et en phosphore (P) dissous, de la stabilité structurale des agrégats et de la Capacité d’Echange en Cations (CEC) ont permis d’étudier les conséquences agronomiques de l’apport des produits organiques. Ce travail a permis de mieux appréhender la valeur agronomique des digestats de méthanisation en lien avec le devenir des matières organiques dans les sols et de formuler quelques préconisations concernant leur valorisation. Il a également permis de tester l’analyse par pyrolyse Rock Eval des matières organiques apportées et des sols amendés afin d’évaluer la stabilité potentielle des matières organiques apportées et les conséquences de leurs apports sur les caractéristiques des matières organiques des sols.

The biogas sector is developing in France and in several European countries. As a result, agrowing proportion of organic products are digested in an anaerobic environment before being used for agricultural purposes. The effects of the anaerobic digestion of organic products on their amending properties remain unclear. The amending properties of the organic products brought in represent an important issue for the fertility of the Luvisols studied, which are particularly dependent on a good content and flow of organic matter in order to maintain their chemical, physical and biological qualities. Thus, the objective of this study is to evaluate the consequences of the modifications of the characteristics of organic products during anaerobic digestion on: microbial life, carbon storage, fate of organic matter, stability of aggregates and adsorption capacity of the surface horizon of cultivated Luvisols. During incubations, carried out in the field and under controlled conditions, the biodegradation of brought and endogenous organic matter by the microorganisms was followed by measuring the production of carbon dioxide (CO2) from amended and unamended soils and then tracing it through natural differences in the abundance of the carbon 13 isotope (13C) between C4 and C3 plants. These measurements determined the extent to which C storage in soils induced by the input of an organic product is induced by the stability of the organic matter input and by priming effects. At the end of the incubations, the analysis of the taxonomic structure of the active microbial communities from the microbial phospholipid membrane compounds extracted from the soils was related to the observed priming effects. Measurements of dissolved nitrogen (N) and phosphorus (P) content, stability of aggregates and Cation Exchange Capacity (CEC) made it possible to study the agronomic consequences of the input of organic products. This work provided a better understanding of the agronomic value of digestates in relation to the fate of organic matter in soils and made it possible to formulate some recommendations concerning their use. It also made it possible to test the Rock Eval pyrolysis analysis of organic matter input and amended soils in order to assess the potential stability of the organic matter input and the consequences of their input on the characteristics of soil organic matter