Proposition de stage-thèse cirad réunion 2017





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date de publication04.07.2017
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Proposition de stage-thèse CIRAD Réunion 2017
Intitulé du sujet de stage

Devenir de fertilisants azotés en plantation de canne-à-sucre à la Réunion : Contribution à la croissance des cannes et aux stocks d’azote du sol
Intitulé de la thèse à suivre

Effet de l’apport de Produits Résiduaires Organiques sur le cycle de N dans les sols en plantation de canne-à-sucre à la Réunion
Teaser

Une équipe dynamique, multidisciplinaire, transcontinentale mais de taille humaine, œuvrant à la croisée de deux enjeux cruciaux pour l’humanité : le recyclage des déchets et le développement durable de l’agriculture, vous propose d’étudier les avantages agronomiques et les risques environnementaux associés à l’utilisation de Produits Résiduaires Organiques en plantation de canne-à-sucre à la Réunion. Nous cherchons un étudiant fortement intéressé par la recherche appliquée autour de ces thématiques et décidé à poursuivre son stage de fin d’étude avec une thèse, un financement solide et confortable étant déjà acquis par l’équipe.

Contexte

Malgré les efforts entrepris pour une meilleure gestion des déchets, en cohérence avec les objectifs du Grenelle de l’environnement, la production annuelle de déchets à la Réunion a été évaluée à 546 kg / habitant à l’horizon 2020 (INDDIGO/SOGREAH, 2010). La problématique générale du traitement des déchets est dans ce contexte insulaire exacerbée par la difficulté d’exporter alors qu’une forte démographie (+1,2%/an) laisse présager une amplification de la production domestique. Le Plan d’Elimination des Déchets Ménagers et Assimilés de La Réunion table à terme sur le recyclage de 50% des déchets dont près de la moitié dans le cadre d’une valorisation organique (compostage et méthanisation). Ces chiffres ne prennent pas en compte les réseaux collectifs d’assainissement de l’eau dont la production annuelle en boues de station d’épuration s’élèverait à 50-66 kg / habitant / an en 2020. Enfin, deux sources majeures de déchets organiques sont les secteurs agricoles (ex. lisiers) et agro-industriels (ex. écumes de sucrerie, vinasses des distilleries, cendres de bagasse) dont l’écoulement est conditionné par l’accès à des surfaces épandables réduites.

En parallèle, le besoin du secteur agricole en fertilisation organique commence à se faire ressentir. La majorité des exploitations agricoles réunionnaises sont de petite dimension économique (55%) et l’utilisation des PRO en substitution de la fertilisation minérale présente un intérêt économique via les économies d’engrais. L’utilisation des PRO a en outre un double intérêt environnemental : 1) en réduisant la contribution des engrais de synthèse aux transferts d’éléments minéraux vers les eaux (NO3-) et l’atmosphère (CO2, NH3, N2O) ; et 2), en évitant les émissions de gaz à effet de serre (GES) liées à la production des engrais minéraux et à leur transport sur de longues distances (parfois d’un continent à un autre), les PRO étant généralement épandus près de leur lieu d’origine. Une valorisation agricole des produits résiduaires organiques à la Réunion permettrait donc de favoriser la durabilité écoenvironnementale des exploitations agricoles tout en limitant l’impact environnemental à l’échelle globale. Favoriser l’émergence et le développement d’une économie circulaire est un défi majeur pour l’avenir et représente à ce titre un pilier central de la transition agroécologique à l’échelle territoriale.
Objectifs

Depuis 2013, un dispositif expérimental au champ, de longue durée et fortement instrumenté, appartenant au réseau national SOERE-PRO (Système d’observation et d’expérimentation au long terme pour la recherche en environnement sur les impacts environnementaux du recyclage de produits résiduaires organiques (PRO) sur les écosystèmes cultivés), a été installé à la Réunion afin d’étudier le recyclage agricole des produits résiduaires organiques. Ce dispositif, financé par le Cirad, l’Europe, l’Etat et Véolia-Eau, étudie la valorisation des boues de station d’épuration au même titre que du lisier de porc et du fumier avicole en regard de pratiques conventionnelles de fertilisation (urée, phosphate naturel, potasse et chaux).
Ce type d’expérimentation offre l’opportunité de boucler les cycles biogéochimiques d’éléments grâce à un suivi pluriannuel des stocks et des flux à l’échelle de la parcelle. L’azote fait l’objet d’une attention particulière en tant que nutriment primordial pour la productivité végétale. Cet élément joue un rôle central dans la fertilité des agrosystèmes, à la fois en tant que source minérale directement assimilable par les plantes, et en tant que constituant de la matière organique des sols. Cet élément est également au centre de forts enjeux environnementaux: le réchauffement climatique via les émissions de N2O et la volatilisation de NH3, la contamination de l’hydrosphère via le lessivage de NO3 et les dépôts de NH3. La quantification de ces flux consécutivement à l’apport de différents PRO au champ est un pré-requis à l’évaluation agro-environnementale de telles pratiques. Dans la plupart des agrosystèmes, les sources d’azote sont cependant multiples et il apparait difficile de différencier les contributions respectives d’apport de fertilisants conventionnels, de PRO, de décomposition de litières végétales, de résidus racinaires ou de la matière organique des sols, d’apport atmosphérique et de fixation biologique. Une solution est le recours à l’isotopie stable, l’enrichissement en 15N de divers matériaux permet en effet de tracer l’azote d’une source enrichie vers les différents compartiments de l’agrosystème.
Etant donné le contexte et en considérant l’état de l’art qui précède, l’objectif central de la thèse sera de déterminer la contribution de l’apport de PRO au cycle de l’azote en plantation de canne-à-sucre à la Réunion.
Cet objectif sera sous-tendu par trois questions de recherche auxquelles la thèse amènera des éléments de réponse :

  • Quels sont les contributions respectives des différentes sources de N de l’agrosystème à la nutrition des plantes ? Autrement dit, quelle est l’impact de l’apport de PRO sur la productivité cannière ?

  • Quel est l’impact environnemental à court-terme de telles pratiques (production de gaz à effet de serre, pertes de nitrates en profondeur) ?

  • L’apport de PRO est-il susceptible d’impacter la durabilité de ces agrosystèmes en modifiant les stocks de matière organique du sol ?


L’objectif du stage de fin d’étude sera dans un premier temps de répondre à ces questions pour une parcelle de canne-à-sucre ayant reçu une fertilisation conventionnelle sans apport de PRO.
Démarche proposée

Tache 1. Recouvrement 15N dans l’agrosystème

Lors de la campagne de fertilisation suivant la coupe annuelle de novembre 2016, de l’urée enrichie en 15N sera apportée sur différentes placettes en quantité identique au N apporté sur le reste de la parcelle. Un traçage du marqueur isotopique sera alors réalisé à différentes dates de prélèvement dans le sol et les plantes : t1 après 2-3 mois (fin de saison des pluies et début du stage), t2 après 6-7 mois (fin de stage) et t3 après 12 mois (fin de cycle annuel, début de thèse). Un bilan complet de recouvrement de 15N permettra d’évaluer l’efficience d’utilisation du fertilisant par les cultures et le reliquat encore disponible dans le sol. Ce stage offre l’opportunité d’éprouver la méthodologie qui sera ensuite utilisée en routine tout au long de la thèse. Il s’agira en particulier de mettre en place une méthode d’estimation non destructive de la biomasse aérienne de canne à sucre (relations allométriques) et de concentration isotopique de ce compartiment (feuille représentative de l’enrichissement isotopique général), de déterminer la distance maximale de prélèvement du traceur par les plants de canne à sucre (gradient horizontal) et de transfert dans le sol (gradient vertical).
Tache 2. Production de Produits Résiduaires Organiques enrichis en isotope 15N de l‘azote

En prévision de la thèse, l’étudiant contribuera à la production innovante de PRO enrichis en 15N. Il s’agit ad minus de produire des litières aériennes (paillis) et racinaires de canne-à-sucre en hydroponie qui serviront à étudier les contributions respectives du paillis et des résidus racinaires à la croissance des plantes et aux stocks de N du sol. Dans le même but, l’étudiant testera la production de lisier porcin et/ou de fumier avicole enrichis à partir de maïs marqué en 15N. Enfin, la production de boues d’épuration enrichies en 15N sera envisagée en étroite collaboration avec Veolia-eau Réunion.
Déroulement du stage

L’étudiant travaillera en étroite collaboration avec Antoine Versini sous la direction de Laurent Thuriès. Le stage se déroulera principalement à la Réunion mais une partie des analyses en fin de stage pourraient être réalisés en métropole. L’étudiant sera ainsi accueilli au sein de l’unité de recherche Recyclage et risque à la station de la Bretagne à Saint-Denis de la Réunion. Le stage aura lieu entre janvier et septembre 2017 en fonction de la disponibilité de l’étudiant. Celui-ci recevra une gratification de 550 euros mensuels et son billet d’avion pour la Réunion sera entièrement pris en charge par l’unité. Le stagiaire aura alors l’opportunité de poursuivre en thèse s’il fait preuve de rigueur et de motivation, et que ses travaux se sont montrés à la hauteur des attentes. Il bénéficiera d’une bourse de thèse CIFRE le rémunérant à hauteur de 1600 euros nets par mois (sans prime et 13ème mois).
Candidature

Pour tout complément d’information, vous pouvez contacter Antoine Versini par mail (antoine.versini@cirad.fr) ou téléphone (02 62 52 82 01).

Les candidatures sont à adresser à Antoine Versini (antoine.versini@cirad.fr), Laurent Thuriès (laurent.thuries@cirad.fr) et Jean-Marie Paillat (jean-marie.paillat@cirad.fr) par email.
Références

Agreste DAAF La Réunion, juillet 2015. Enquête sur la structure des exploitations agricoles en 2013. Ministère de l’Agriculture, de l’Agroalimentaire et de la Forêt – Service de la Statistique et de la Prospective. Agreste Analyses n°95.

International Sugar Organization, Sugar Year Book 2015

INDDIGO/SOGREAH, septembre 2010. Conseil Général de La Réunion – Projet de Plan Révisé d’Elimination des Déchets Ménagers et Assimilés du département de La Réunion

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