La soutenance s'est déroulée le 24 février 2014 à 13h30 dans l’amphithéâtre 7, Faculté des Sciences, Boulevard des Aiguillettes, Vandoeuvre.

Composition du jury :
M. Christophe MOUGEL Directeur de Recherche INRA Rapporteur
M. Pascal SIMONET Directeur de Recherche CNRS Rapporteur
M. Stéphane VUILLEMIER Professeur de l’Université de Strasbourg Rapporteur
M. Eric GELHAYE Professeur de l’Université de Lorraine Examinateur
M. Pierre LEBLOND Professeur de l’Université de Lorraine Examinateur
M. Roland MARMEISSE Directeur de Recherche CNRS Examinateur
M. Lionel MOULIN Chargé de Recherche IRD Examinateur
Mme Pascale FREY-KLETT Directrice de Recherche INRA Invitée
M. Phil OGER Chargé de Recherche CNRS Invité

Résumé
La disponibilité des nutriments est un paramètre fondamental des cycles biogéochimiques qui régit la fertilité d’un sol et le fonctionnement d’un écosystème. Parmi les écosystèmes terrestres, les forêts développées sur sols acides et pauvres en éléments nutritifs de nos régions tempérées sont parmi les écosystèmes les moins amendés par l’Homme, en comparaison des sols agricoles, et qui de plus subissent une exploitation grandissante de la ressource bois. Ces caractéristiques n’empêchent pourtant pas les forêts de croitre. Dans ce contexte, on peut se demander d’ou proviennent les éléments nutritifs nécessaires au maintien de la croissance et de la santé des peuplements forestiers ? En dehors des apports liés aux dépôts atmosphériques et au recyclage des éléments nutritifs contenus dans les racines mortes et les feuilles, les minéraux du sol sont la source majeure de cations nutritifs disponible pour le fonctionnement à long terme de l’écosystème. La libération des nutriments à partir de ces minéraux devient dès lors un processus déterminant pour le bon fonctionnement de l’écosystème forestier.
Cependant, du fait des conditions régnant dans ces sols (pH acide), les minéraux les plus altérables ont été dissouts, ne laissant que des minéraux faiblement altérables tels que les silicates par exemple. La libération des nutriments à partir de ces minéraux devient dès lors un facteur déterminant pour le bon fonctionnement de l’écosystème. Mais comment cette altération minérale s’opère-t-elle ? Quelles sont les contributions relatives des réactions abiotiques et biotiques dans ce processus d’altération ? Si les processus abiotiques sont relativement bien connus, l’action de la composante biotique (arbre, champignon…) et notamment des communautés bactériennes des sols reste peu documentée. L’enjeu actuel est donc de déterminer : i) les acteurs et leurs interactions, ii) leur contribution au processus d’altération minérale et à la fertilité des sols, iii) d’identifier les mécanismes moléculaires impliqués dans le processus d’altération des minéraux et iv) les moteurs de la structuration des ces communautés microbiennes.
Depuis mon recrutement en tant que chargé de recherche en 2005, j’ai combiné une démarche d’écologie microbienne (pasteurienne et métagénomique) afin de décrire la structure taxonomique et fonctionnelle des communautés bactériennes des sols forestiers, une démarche mécanistique visant à identifier et caractériser les mécanismes moléculaires et les déterminants génétiques impliqués dans la capacité à altérer les minéraux, et enfin une approche de biogéochimie. Cette interdisciplinarité a pu se faire du fait de mon recrutement à l’interface entre deux laboratoires du Centre INRA de Nancy (département EFPA), l’UMR IAM et l’UR BEF. La combinaison de ces approches a permis de mettre en évidence qu’un enrichissement de bactéries altérantes s’opérait au niveau du système racinaire des arbres, suggérant que les arbres sélectionnent des auxiliaires microbiens pour assurer leur nutrition. Plusieurs études ont par ailleurs démontré que l’enrichissement de bactéries à fort potentiel d’altération était lié à des conditions de faible disponibilité en cations nutritifs et potentiellement aux besoins nutritifs des arbres. Ces liens entre l’arbre, la disponibilité en cations nutritifs et la structuration des communautés bactériennes des sols ont été confirmés par l’utilisation de méthodes indépendantes de la mise en culture. En effet, les approches basées sur le séquençage de gènes marqueurs ou de l’ADN environnemental ont mis en évidence qu’une sélection de communautés bactériennes spécifiques s’opérait au niveau du système racinaire des arbres, avec l’enrichissement de taxons présentant de fortes homologies avec les séquences des souches bactériennes altérantes isolées des mêmes sites. De manière intéressante, la disponibilité en cations nutritifs est la aussi apparue comme un paramètre fort de structuration, révélant notamment que les minéraux des sols forestiers sont fortement colonisés par des communautés bactériennes, capables d’altérer les minéraux, et que cette sélection varie en fonction de la nature chimique et de l’altérabilité des minéraux.
L’ensemble de ces travaux forme un tout cohérant qui suggère que les communautés bactériennes des sols forestiers jouent un rôle important dans le cycle des nutriments et la nutrition des arbres, en contribuant à libérer des cations nutritifs via l’altération des minéraux du sol. Ce processus semble néanmoins régulé par les conditions de disponibilité en cations nutritifs du milieu.