Sélection et dispersion des nutriments et des communautés microbiennes par l’érosion éolienne des sols dans les paysages du Sahel

Au Sahel, – la région semi-aride au sud du Sahara - l'ampleur de la dégradation des terres qui y est induite par l'érosion du sol sous l’effet du vent est largement méconnue. A l’échelle locale (champs cultivés, zones de pâture), l’essentiel de la masse de sédiments ainsi transportés est redistribué au sein du paysage. Les zones de dépôt sont alors enrichies en nutriments conduisant à la formation d’îlots de fertilités.

Les quelques travaux existants montrent que le flux horizontal de sédiments éoliens (constitué de particules relativement grossières, se déplaçant près de la surface) est enrichi en nutriments par rapport au sol superficiel mais à ce jour aucune paramétrisation générique n’a pu être développée faute de jeux de mesures suffisamment complets. De plus, les informations sur les communautés microbiennes que contient ce flux horizontal sont presque inexistantes. Or, les micro-organismes contenus dans ces flux éoliens jouent un rôle dans le cycle biogéochimique des nutriments et la dynamique du carbone, impactant potentiellement la fertilité des sols et la dispersion de gènes d'intérêt (pathogènes et résistants).

Dans l’état de l’art actuel, les modèles globaux (type Earth System Models) ont besoin de développements afin d’intégrer ces transferts de fertilité ainsi que la dispersion de communautés microbiennes à grande échelle spatiale. A terme, le travail de cette thèse pourra contribuer à de tels développements.

L’objectif général de la thèse est de comprendre comment l’érosion éolienne sélectionne et disperse les nutriments (azote et phosphore notamment), le carbone organique (Corg), et les communautés microbiennes du sol à l’échelle de la parcelle agricole et du paysage, en région sahélienne. Les principaux objectifs sont les suivants:

(i) Quantifier le fractionnement des teneurs en nutriments/Corg, entre le sol source et le flux horizontal, de sédiments éoliens, et caractériser la possible sélection des communautés microbiennes qu’il engendre, en considérant l'habitat et la structure des communautés microbiennes,

(ii) Etablir des relations entre ce fractionnement en nutriments/Corg et en communautés microbiennes et les caractéristiques météorologiques des évènements érosifs et pédologiques des sols sources,

(iii) Déterminer s’il y a colonisation effective du sol par certaines populations microbiennes transportées au sein du paysage, dans les zones de dépôts des sédiments transportés par le flux horizontal.

Le travail sera organisé en trois temps, en caractérisant de façon la plus exhaustive possible (physique, chimique, biologique) les types de sédiments suivants :

(i) le sol source (parcelles cultivées, parcelles pastorales, éventuellement jachères),

(ii) le flux horizontal,

(iii) les sédiments éoliens redéposés localement.

On pourra ainsi:

- quantifier le fractionnement des nutriments et explorer les relations statistiques entre d’une part les teneurs en nutriments et d’autre part les caractéristiques météorologiques des évènements érosifs et pédologiques des sols sources (vitesse de vent, durée de l’évènement, teneur en argile et sable, tailles des grains…),

- décrire la sélection des communautés microbiennes (bactéries, champignons, éventuellement archées), leur dispersion, leur possible colonisation et les phénomènes de coalescences microbiennes au sein du paysage, en se focalisant sur celles ayant un rôle primordial sur les cycles biogéochimiques (cycles de l’azote, du phosphore…)

- détecter de possibles liens entre la présence et la dynamique (au cours des saisons) de ces communautés microbiennes et des teneurs en nutriments.

Les analyses élémentaires et isotopiques (XRF, EA-IRMS), ainsi que les analyses physiques (DRX, MEB, granulométrie) et microbiologiques (qPCR, metabarcoding, profils métaboliques) seront effectuées en interne (à iEES-Paris) et sur les plateformes disponibles à l’UPEC et SU (OSU EFLUVE, OSU ECETERRA).  Ces analyses seront effectuées en grande partie par le/la doctorant.e.

OBJECTIFS | L’objectif général de la thèse est de comprendre comment l’érosion éolienne sélectionne et disperse les nutriments (azote et phosphore notamment), le carbone organique (C_org)  et les communautés microbiennes du sol à l’échelle de la parcelle agricole et du paysage, en région sahélienne. Les principaux objectifs sont les suivants :

(i) Quantifier le fractionnement des teneurs en nutriments (N, P, ...) et C_org entre le sol source et le flux horizontal de sédiments éoliens, et caractériser la possible sélection des communautés microbiennes qu’il engendre, en considérant l’habitat et la structure des communautés microbiennes,

(ii) Etablir des relations (voire des pramétrisations) entre ces fractionnements en nutriments/C_org et en communautés microbiennes, et les caractéristiques météorologiques des évènements érosifs et pédologiques du sol source,

(iii) Déterminer s’il y a une colonisation effective du sol par certaines communautés microbiennes transportées au sein du paysage, dans les zones de dépôts des sédiments déplacés par le flux horizontal.

Conditions scientifiques matérielles (conditions de sécurité spécifiques) et financières du projet de recherche | Plusieurs dizaines d’échantillons analysables sont déjà disponibles dont une quinzaine déjà analysés pour leurs teneurs en nutriments. Ces échantillons ont été prélevés de 2019 à 2026, dans le cadre de projets de recherche (LEFE/EC2CO ENCAS 2019-2021, ANR JCJC LANDWIND 2022-2026, EC2CO COROSSOL 2024-2025, PI : C. Pierre ; DSCA Impaters 2023-2025, PI : JL Rajot) et d’une collaboration avec le projet ANR NitroAfrica (2023-2026, PI : C. Delon). Les autres échantillons analysables sont en cours d’analyse sur les crédits restant de ces projets. JL Rajot termine son affectation à Dakar en juillet 2026, ce qui lui permettra de superviser la fin des analyses demandées, puis d’être sur place à Paris pour participer en présentiel au-coencadrement, avec T. Lerch et C. Pierre.

Ouverture internationale | La participation du/de la doctorant.e à une conférence ou un colloque chaque année sera possible grâce aux financements interne du laboratoire (crédits du département, crédits d’équipe, appels internes). Eventuellement, une mission au Sénégal sur les terrains de prélèvements pourra être envisagée si des financements supplémentaires sont obtenus.

Collaborations envisagées | intégration au réseau AMMA-Catch (OZCAR).

Titulaire d’un M2 en sciences de l’environnement ou microbiologie ou domaine similaire. Appétence pour le travail de laboratoire. Rigueur et autonomie. Bon niveau en anglais scientifique, écrit et parlé.