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UNIVERSITÉ DE BOURGOGNE École Doctorale Environnements – Santé UFR Sciences Vie, Terre et Environnement UMR 6282 CNRS/uB Biogéosciences

THÈSE Pour obtenir le grade de Docteur de l’Université de Bourgogne en Sciences de la Terre Spécialité Sciences du sol par JULIEN GUIGUE

Influence des facteurs biotiques et abiotiques sur la dynamique de la matière organique du sol à partir de la caractérisation biogéochimique des matières organiques solubles

Directeur de thèse : JEAN LÉVÊQUE Co-encadrant : OLIVIER MATHIEU

Thèse soutenue publiquement le 8 décembre 2014

Membres du Jury CLAIRE CHENU – Professeur, AgroParisTech STÉPHANE MOUNIER – Maître de Conférence, Université de Toulon PHILIPPE AMIOTTE-SUCHET – Maître de Conférence, Université de Bourgogogne RICHARD BARDGETT – Professeur, University of Manchester PHILIPPE SCHMITT-KOPPLIN – Professeur, Technische Universität München

rapporteur examinateur invité rapporteur examinateur

Remerciements Je vais commencer par dire Merci…

Au ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche. Douce France où l’on peut aller sur les bancs de l’Université sur le tard et sans vraiment savoir pour quelle raison… à part l’envie d’apprendre des choses nouvelles. C’est ce qui me manquait pendant ces quelques années à alterner l’usine, la cuisine, puis l’usine, puis la cuisine, puis l’usine m’a remplacé par un robot et j’ai remplacé l’usine par les amphithéâtres, les bibliothèques, et tout ce qui rythme la vie des étudiants.

Merci ensuite à celles et ceux qui m’ont donné l’envie de continuer. Et sur ce point, la personne que je remercie en premier est Jean Lévêque, mon directeur de thèse, il m’a ouvert sa porte à un moment où peu de gens l’auraient fait… Pour moi cette histoire a vraiment commencé quand cette porte s’est ouverte. Donc voilà le point de départ, c’est certainement une des étapes les plus importantes, et ça a continué sans interruption jusqu’à aujourd’hui. Merci Jean. Merci aussi à Olivier Mathieu, qui s’est très vite retrouvé dans cette aventure. Ta participation a été essentielle. Je suis un affectif et si je suis resté faire cette thèse à Dijon, c’est avant tout pour continuer à bosser avec vous… Le microcode à l’époque, j’y connaissais rien !

Merci évidemment aux membres du jury Sylvie Dousset, Claire Chenu, Richard Bardgett, Philippe Amiotte-Suchet et Philippe Schmitt-Kopplin d’avoir accepté d’évaluer mon travail. Sur le papier ça fait une superbe équipe et je dois avouer que je ressens beucoup de fierté de devoir défendre ma thèse devant vous.

Je remercie également les gens avec qui j’ai pu collaborer au cours de cette thèse. Les portes qui s’ouvrent, c’est important. Je remercie Yves Lucas, pour m’avoir proposer de venir travailler avec son équipe à l’Université de Toulon et pour m’y avoir accueilli chaleureusement. Je remercie également Stéphane Mounier, qui m’a assisté pour la fluorescence. Merci pour l’accueil et la bonne humeur. Merci également à Pierre-Alain, Nicolas, Lionel et Sam, le gang de la rue de Sully. Vous m’avez aidé à sortir des infos des données microbio et ça, c’était pas gagné d’avance. Et merci aussi à Philippe Schmitt-Kopplin, Marianna Lucio et Mourad Harir, qui m’ont accueilli au Helmholtz Zentrum de Munich. Là-bas aussi j’ai découvert, au niveau scientifique, un monde nouveau… et vaste. L’histoire continue…

Je continue en remerciant les gens du quotidien à Dijon, Mathieu Thévenot, en première ligne, car c’est le plus vaillant d’entre eux et en plus il fait une bonne mascotte ! Je ne développerai pas plus sur ton sex-appeal, tu risquerais encore de te sentir gêné. Au plaisir de faire chauffer ton joujou de laboratoire quand il sera prêt. Merci également à Marie-Jeanne Milloux, pour avoir attendu que je finisse cette thèse avant de vous libérer de vos obligations professionnelles. Je vous souhaite que du bonheur pour la suite. Merci aussi à Philippe Amiotte-Suchet, autre élément de l’équipe de géochimistes, j’ai été fier de faire partie de l’équipe avec vous tous. Évidemment je me dois de citer le reste du club des amateurs de café : Thomas, Nicolas, Sébastien, Pierre-Yves… En fait j’ai eu la chance de tomber dans le meilleur couloir de l’Université, malgré que les dames se fassent rares. Merci également à Dudu, pour nous avoir mis, avec Leo, Benjamin et Fabien, un des plus gros carton qui ait du exister sur les camps de terrain. On avait tout compris sur le terrain mais on a bien mérité ce carton. Ça nous a mis un bon coup de pied au c.. c’est juste ce qu’il nous fallait. Merci au passage à Benji pour avoir écrit ces quelques lignes qui ont valu ces cinq points… Et Merci aussi au reste de l’équipe SEDS et aux membres du laboratoire Biogéosciences pour m’avoir accueilli parmi vous.

Protocole oblige, j’ai commencé par les anciens. Au tour des collègues doctorants ! Une mention spéciale pour Christophe, on est pote depuis le premier jour de fac et ça fait 10 ans… Le temps passe vite, t’es presque aussi vieux que moi… vas-y fonce mon gars! Une autre mention spéciale pour Luca, ça fait moins longtemps qu’on se connaît mais on partage jours et nuits depuis des mois. J’apprécie, souvent mais pas tout le temps :o), ce style de tempérament explosif, tous mes potes sont presque aussi chiants que toi. Dans un lointain futur, quand je penserai à mes années de thèse, c’est évident que je penserai à toi. Un bon binôme, capable de ramasser un essaim d’abeilles sans protection quand les vrais apiculteurs détalaient ! La troisième mention spéciale pour Édouard, un temps rookie mais maintenant bel et bien en fin de vie de thésard. Je vais pas faire de blabla, c’est juste un plaisir de te croiser au quotidien. Ya Man ! Voilà, maintenant on va dégager tous les quatre mais je suis content d’être tombé sur vous. Un grand Merci aussi à celles et ceux qui sont arrivés après : Élise, Jess, Axelle (un peu de présence féminine, si rare dans ce monde de géologue) Anthony (vive la bière !) et mon p’tit Titi l’aventurier. L’avenir est à vous.

Si j’ai tenu le coup pendant ces années, un peu éprouvantes quand même, c’est bien sûr aussi grâce aux personnes avec qui je ne travaille pas. Et tout d’abord grâce à ma chérie Hsin-yi. C’est évident que sans toi je n’aurais jamais fait tout ça. Je n’aurai même sûrement pas commencé. Je remercie tout aussi fort ma Maman. Tu nous as donné tout ce que tu pouvais et je ne te remercierai jamais assez. Merci aussi à mon frère Guillaume, ce qu’on est on se le doit aussi l’un l’autre. Un merci aussi pour le Daron, si je vois le monde sous cet angle, c’est sûrement un peu grâce à toi. Et merci bien sûr à toute la famille, je ne suis pas venu souvent ces derniers temps mais je pense à vous... Je m’attends encore à ce que le grand-père me demande quand est-ce que je trouverai un travail… encore étudiant à mon âge, c’est pas possible !

Et puis Merci à tout un tas de gens, qui font que j’avance tous les jours, qui donnent du goût à ma vie. La famille Bettoni, La Chapoline company (bientôt au complet), Les jardiniers de la commune indépendante des Lentillères (Tierra Y Libertad !), La famille Perrot (vivants, joyeux, chaleureux… vous avez été là quand il n’y avait plus grand monde… familialement vôtre !) et mon grand pote Denis ! et mon grand pote Léo ! et mon grand pote Benjamin ! et j’en oublie sûrement…

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你 愛 我 最

Sommaire INTRODUCTION .................................................................................................................. 1

CHAPITRE 1........................................................................................................................... 5 ! "#$%&!'(')(*+,-./(0$&!&#!.,*')"1-#(0$&!

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Définitions et généralités

1.2

Association avec la phase minérale .............................................................................................................7

1.3

Décomposition ...........................................................................................................................................8

5" 67&'8'&9"%'7)+:'*--*"33333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333";" 2.1

Abondance des microorganismes à différentes échelles..............................................................................9

2.2

Action de décomposition .........................................................................................................................10

2.3

Diversité ...................................................................................................................................................10

)'-7'>$2*1"&*7?-'./*1"0*"7$)$7&9)'1$&'+-"0*"2$"%$&'()*"+),$-'./*"0*1"1+213"333333333333"[email protected]" @" A)+:29%$&'./*"*&"+:B*7&'C1"0*"2$"&?(1*"3333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333"!D"

CHAPITRE 2......................................................................................................................... 21 2*1.-,-(3*4!%&!.,*#*2*)&3!%5&6#,-2#(*4!%&!! )-!1-#(7,&!*,+-4(0$&!%&3!3*)3!&6#,-2#(')&!8!)5&-$!

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Sampling design .......................................................................................................................................29

 

2.2

Soils..........................................................................................................................................................29

2.3

Extraction procedures ..............................................................................................................................31

2.4

Preliminary measurements .......................................................................................................................32

2.5

Determination of dissolved organic carbon biodegradability ...................................................................33

2.6

Fluorescence analysis and PARAFAC modelling ....................................................................................34

2.7

Statistical data analysis .............................................................................................................................34

!" #$%&'(%")*+"+,%-&%%,.*"/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////"!0" 3.1

Extraction ratio, pH and SUVA254 ...........................................................................................................35

3.2

Biodegradation experiment ......................................................................................................................39

3.3

Fluorescence analysis ................................................................................................................................43

3.4

Global quality of extracted DOM ............................................................................................................47

1.*-'&%,.*"////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////"23" " CHAPITRE 3......................................................................................................................... 53 !""!#$%!$&'$%()!*+(#,$-'.#,*(!//!$+0*$&'$%,1*'%'#(2/$%!+$3'#(4*!+$2*1'/(50!+6$$ '77*2.8!$7'*$#*'9'1!$(+2#27(50!$:;.$

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