Stage M2 en biogéochimie du sol

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Présentation INRAE

L’Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement (INRAE) est un établissement public de recherche rassemblant une communauté de travail de 12 000 personnes, avec 272 unités de recherche, de service et expérimentales, implantées dans 18 centres sur toute la France. INRAE se positionne parmi les tout premiers leaders mondiaux en sciences agricoles et alimentaires, en sciences du végétal et de l’animal. Ses recherches visent à construire des solutions pour des agricultures multi-performantes, une alimentation de qualité et une gestion durable des ressources et des écosystèmes.

Environnement de travail, missions et activités

Contexte :

Les sols sont des régulateurs essentiels du cycle global du carbone (C) et représentent le plus grand réservoir de carbone terrestre. De légères variations de ces stocks peuvent avoir un impact majeur sur les concentrations atmosphériques de CO₂, soulignant l’importance de maintenir, voire d’augmenter, les stocks de carbone organique du sol (COS), comme le promeut l’initiative internationale 4 pour 1000.

Dans les agroécosystèmes tempérés, le changement climatique entraîne une augmentation de la fréquence et de l’intensité des épisodes de sécheresse et de fortes précipitations, provoquant des cycles accentués de dessiccation et de réhumectation des sols (DWC). Un pic de minéralisation du carbone est observé lors de la réhumectation d’un sol sec. Cet effet, appelé effet Birch, peut représenter jusqu’à 10 % du bilan net annuel d’échanges de carbone lors d’un seul épisode de réhumectation (Xu et al., 2004 ; Li et al., 2004).

Cependant, l’amplitude de cette réponse varie fortement selon les sols et les conditions expérimentales, suggérant une forte influence des propriétés du sol, des pratiques de gestion, et des méthodologies employées. De plus, les effets à long terme de ces DWC sur les stocks de carbone du sol restent encore mal compris.

Deux mécanismes principaux sont proposés pour expliquer l’effet Birch :

1. Un mécanisme biotique, lié à la réponse microbienne au stress hydrique : lors de la dessication, les micro-organismes ajustent leur potentiel osmotique interne pour éviter la plasmolyse. Lors de la réhumectation, ils doivent se débarrasser rapidement des osmolytes intracellulaires accumulés, au risque de lyse cellulaire. Cette libération rapide de substrats, combinée à la mortalité microbienne liée au stress hydrique, explique en partie les pics de minéralisation observés  (Schimel et al., 2007 ; Warren, 2016).
2. Un mécanisme abiotique, résultant de la déprotection physique de la matière organique piégée dans les agrégats du sol : la réhumectation peut provoquer la rupture des agrégats (phénomène de slaking), exposant ainsi du carbone organique auparavant non accessible aux micro-organismes du sol à la décomposition microbienne (Denef et al., 2001 ; Xiang et al., 2008 ; Cosentino et al., 2006).

Ces deux processus ont des conséquences à long terme sur la stabilité du carbone du sol différentes : le mécanisme biotique tend à épuiser le carbone labile, tandis que le mécanisme abiotique peut déstabiliser le carbone physiquement protégé considéré plus stable (Schimel et al., 2011).

Hiérarchiser ces deux contributions est donc crucial pour mieux comprendre comment les cycles de dessication-réhumectation influencent la stabilité du carbone du sol, et en particulier, comment elles sont modulées par les caractéristiques du sol et les pratiques agricoles. Or peu d’études ont testé expérimentalement l’influence de la déprotection physique de la matière organique sur l'effet Birch (Navarro-García et al., 2012).

Objectifs du stage

Ce stage vise à quantifier la part du CO₂ issue du mécanisme abiotique de l’effet Birch pour différents types de sols et contextes de gestion agricole. Pour répondre à ces objectifs, nous proposons de mettre en place une approche expérimentale en conditions de laboratoire qui permettra de comparer l'effet Birch (par des suivis de dynamiques de minéralisation) dans des sols structurés ou plus ou moins déstructurés par tamisage (0.5 et 2 mm), soumis à plusieurs cycles de dessication-réhumectation ; l'hypothèse sous-jacente étant que la déstructuration des sols par tamisage permet de libérer du C protégé physiquement dans les agrégats et augmente les contacts entre C et microorganismes, favorisant ainsi la minéralisation du C.  

Dans le cadre de ce stage, vous serez plus particulièrement en charge de :

• Réaliser les expérimentations : prélèvement et préparation d’échantillons de sol, mesures de courbes de rétention en eau, mesure de la minéralisation du carbone organique (chromatographie phase gazeuse), mesures biologiques (biomasse microbienne)
• Traiter les données et les interpréter
• Evaluer, pour différentes textures et gestions de sol, la contribution de la déprotection physique de la matière organique sur la minéralisation observée lors de la réhumectation de sols secs.
• Communiquer sur les travaux dans le cadre de réunions au sein du laboratoire

Laboratoire d'accueil : 
UMR INRAE-AgroParisTech "Écologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes" (EcoSys), située sur le campus d’Agro Paris-Saclay (Palaiseau, France).

Encadrement :
Thomas Mongin (doctorant, INRAE),  Timo Plaçais (doctorant, INRAE), Claire Chenu (Professeure AgroParisTech)

Références bibliographiques (sélection)

• Birch, H.F. (1958). The effect of soil drying on humus decomposition and nitrogen availability. Plant and Soil, 10(1), 9–31.
• Xu, L., Baldocchi, D.D., & Tang, J. (2004). How soil moisture, rain pulses, and growth alter the response of ecosystem respiration to temperature. Global Biogeochemical Cycles, 18(4).
• Schimel, J., Balser, T.C., & Wallenstein, M. (2007). Microbial stress-response physiology and its implications for ecosystem function. Ecology, 88(6), 1386–1394.
• Denef, K. et al. (2001). Importance of macroaggregate dynamics in controlling soil carbon stabilization: short-term effects of physical disturbance induced by dry–wet cycles. Soil Biology and Biochemistry, 33(15), 2145–2153.
• Cosentino, D., Chenu, C., & Le Bissonnais, Y. (2006). Aggregate stability and microbial community dynamics under drying–wetting cycles in a silt loam soil. Soil Biology and Biochemistry, 38(8), 2053–2062.
• Navarro-García, F., Casermeiro, M.Á., & Schimel, J.P. (2012). When structure means conservation: effect of aggregate structure in controlling microbial responses to rewetting events. Soil Biology and Biochemistry, 44(1), 1–8.

Formations et compétences recherchées

• Étudiant-e de Master 2 (ou équivalent) en sciences du sol, écologie, agronomie ou environnement.
• Intérêt pour l’écologie du sol et les cycles biogéochimiques.
• Expérience pratique en expérimentations de laboratoire souhaitée.
• Bonnes compétences de communication, maîtrise de l’anglais scientifique (oral et écrit).
• Autonomie, rigueur, sens de l’organisation et capacité à travailler en équipe.
• Compétences en analyse de données (Excel, R/Python) appréciées.

Votre qualité de vie à INRAE

En rejoignant INRAE, vous bénéficiez (selon le type de contrat et sa durée) :

-  jusqu'à 30 jours de congés + 15 RTT par an (pour un temps plein)
- d'un soutien à la parentalité : CESU garde d'enfants, prestations pour les loisirs ;
- de dispositifs de développement des compétences : formation, conseil en orientation professionnelle ;
- d'un accompagnement social : conseil et écoute, aides et prêts sociaux ;
- de prestations vacances et loisirs : chèque-vacances, hébergements à tarif préférentiel ;
- d'activités sportives et culturelles ;
- d'une restauration collective.

Modalités pour postuler

J'envoie mon CV et ma lettre de motivation