Doctorante                                      INRA, Centre de Nancy,             Biogéochimie des Écosystèmes Forestiers             Route d'Amance, 54280 Champenoux, France                             emeline.lequy@nancy.inra.fr

    Titre de la thèse :

    Dépôts atmosphériques particulaires sur les écosystèmes forestiers de la moitié nord de la France : influence sur les cycles biogéochimiques

    Encadrement de la thèse :

    Marie-Pierre TURPAULT (INRA-BEF) directeur de thèse

    Description de la thèse :

    Les forêts tempérées sont des écosystèmes à faibles intrants. Ils     sont établis sur des sols acides et/ou pauvres et ne sont pas, ou rarement, fertilisés. Les     seules entrées de nutriments dans l’écosystème sont les dépôts     atmosphériques et l’altération des minéraux du sol en éléments     nutritifs (Ca, Mg, K, Na et P essentiellement). Les pertes de nutriments pour l’écosystème     forestier sont les eaux de drainage et l’exportation de biomasse. Cette dernière partie est     actuellement très importante pour satisfaire les besoins en bois de la France. L’écosystème     présente des carences en nutriments : toutes les sources potentielles de nutriments sont cruciales.

    Figure 1: les cycles biogéochimiques des écosystèmes forestiers

    Or, en France, seuls les dépôts dissous, c’est-à-dire les ions dans l’eau     de pluie, sont étudiés, notamment par l’ONF. Pourtant les dépôts     atmosphériques contiennent une fraction particulaire minérale, c’est-à-dire     solide et cristallisée. Ces particules ont deux grandes origines possibles : le transport de     longue distance, comme les poussières issues des zones arides ou désertiques, ou encore     les cendres volcaniques, et les particules de sol local remobilisées par l’érosion     et les activités humaines, notamment agricoles. Les poussières sahariennes sont la principale     source de particules atmosphériques. Elles représentent une importante quantité et     influencent aussi bien les écosystèmes aquatiques (fertilisation des océans et du     phytoplancton, réduction de l’acidité dans les lacs (Rogora et al., 2004; McTainsh     and Strong, 2007)) que les écosystèmes terrestres (formation de sols loessiques (Stuut et     al., 2009)). En outre, des études espagnoles et américaines montrent une contribution de     ces DAP aux cycles biogéochimiques des écosystèmes forestiers et à la     nutrition des arbres en Espagne, à Porto Rico et dans le bassin Amazonien. L’effet des     DAP étant avéré pour les forêts tropicales, il reste à le     déterminer au niveau des forêts tempérées.    
    Le but de cette thèse est de caractériser les dépôts atmosphériques     particulaires (DAP) et de déterminer leur influence sur les cycles biogéochimiques et     la nutrition des écosystèmes forestiers en milieu tempéré. La     hêtraie sur sol acide est le type d’écosystème choisi pour sa     représentativité des écosystèmes forestiers du Nord Est de la     France. Deux grands objectifs sont établis :

    
•         Quantifier et caractériser le dépôt atmosphérique particulaire en milieu forestier ,    
    
•         Etudier le devenir des dépôts dans les cycles biogéochimiques des écosystèmes forestiers.    

            Figure 2 : description des objectifs, matériels et méthodes de la thèse    

    Un dispositif de captage spécifique a été mis en place au Nord-Est de la France     au niveau de l’OPE de Meuse Haute-Marne (55) et des stations ORE de Breuil-Chenue (58),     Fougères(35) et Hesse (54). Les DAP sont échantillonnés grâce à ce     dispositif à la fois hors couvert forestier (en clairière ou sur une tour à flux)     et sous le couvert forestier (pluviolessivats et ruissellement de tronc). Le taux de dépôt     calculé avec les données actuelles se situe entre 10 et 30 kg/ha/an. Les analyses de     granulométrie et de minéralogie donnent les résultats suivants : les DAP     présentent une granulométrie polydispersée avec une dominance de la partie     argilo-limoneuse pour laquelle le diamètre moyen est de 5 µm, ce qui est congruent avec la     littérautre(Guerzoni et al., 1997). Le cortège minéralogique semble homogène     au cours de l’année sur les sites expérimentaux : quartz, fledspaths alcalins et     potassiques, biotite et autres phyllosilicates en cours de détermination.

    Mots clés :

        taux de dépôt, métrologie, compartimentation du dépôt, minéralogie, effet canopée ; flux d’éléments atmosphériques, disponibilité des nutriments ; sylviculture durable.

    Publications récentes :

    LEQUY E., CONIL S., TURPAULT M.-P. 2012., Impacts of Aeolian dust deposition on European forests sustainability: A review. 267, 240-252.

    Résumé de thèse :

    Quantifier la totalité des apports atmosphériques, notamment particulaires, est nécessaire pour mieux     comprendre les cycles biogéochimiques en vue d’une gestion durable des écosystèmes forestiers.     En effet, l’intensification des récoltes de bois-énergie induit une pression nutritive     supplémentaire sur les forêts.    
    Le but de ce travail est de combler les lacunes concernant le dépôt atmosphérique     particulaire (taux de dépôt, composition minéralogique et chimique), ainsi que     d’étudier son influence sur les cycles biogéochimiques forestiers. Pour ce faire,     un échantillonnage de 2 ans a été mis en place dans 4 hêtraies de la     moitié Nord de la France. Un développement métrologique a été     nécessaire pour concevoir les capteurs hors et sous canopée et pour séparer     les particules de la phase dissoute puis compartimenter le dépôt particulaire en     fonction du modèle conceptuel organo-minéral établi dans cette étude.     Les résultats obtenus valident ce modèle et montrent (i) un taux de dépôt     annuel de 19±3 kg.ha-1.an-1 de minéraux peu solubles témoignant d’origines     diverses, (ii) des flux de nutriments inférieurs à ceux des dépôts     dissous et de l’altération des minéraux du sol mais qui contribuent à     améliorer la fertilité des forêts, (iii) un captage supplémentaire     induit par la canopée et (iv) une dissolution des particules minérales lors de leur     transport atmosphérique qui enrichit les précipitations en nutriments.    
    Un échantillonnage optimisé sur le long terme est indispensable pour confirmer     et préciser les tendances observées, en particulier concernant les épisodes     de très fort dépôt particulaire et  le dépôt sous     la canopée.

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