Study and prediction of the impact of anaerobic digestion process parameters on the composition of digestates, and their effect on the structural stability of soils | Étude et prédiction de l’impact des paramètres de digestion anaérobie sur la composition des digestats et leur effet sur la stabilité structurale des sols

English. Demand for renewable energy is driving rapid growth in the agricultural anaerobic digestion (AD) sector. Digestates, by-products from AD, are used as organic fertilisers and soil amendments. Yet, our understanding of the effects of the wide array of digestates produced on soil biological, chemical and physical processes is limited. Our objective was to investigate the impact of digestate application on soil physical health, through study of the aggregate stability (AS), a key indicator of soil resistance to crust formation and erosion. Laboratory testing of digestates from agricultural AD sites revealed that their short-term impact on soil AS may vary considerably. A proposed typology of impact categorises the likely effect of different digestates according to AD process parameters, as an aid to agronomic decision-making and AD plant conception. We determined digestate characteristics linked to changes in soil AS, andconsidered the mechanisms involved, including direct interactions between soil and mineral or organic components, and indirect stimulation of microorganisms by "bioaccessible" organic matter. While the short-term effects of digestate on silt soil AS in field trials were limited compared to climateinduced variations, there were no negative effects. Digestate application may even lead to a very gradual improvement in AS of silt loam soils over time. However, certain mineral-rich digestates can induce transient negative effects on AS in other soil contexts. These findings provide insight into the short-termimpacts of digestate on soil processes leading to aggregate stabilisation. Nevertheless, going forward, an integrated approach accounting for many issues surrounding digestate use in agriculture is required to achieve sustainable soil management.

French. La croissance de la digestion anaérobie en Europe conduit à une production importante de digestats. L'objectif de cette thèse était d'améliorer la compréhension de l'impact de l'application de ces derniers sur la fertilité physique du sol, grâce à l'analyse de la dynamique à court terme de la stabilité des agrégats du sol (SA), un indicateur clé de la résistance structurelle du sol à la formation de la croûte et à l'érosion. Les analyses réalisées sur des digestats prélevés ont montré que leurs impacts à court terme sur la SA du sol peuvent varier considérablement. Une première typologie d'impact a été élaborée, catégorisant l'effet des différents digestats selon les modes de production utilisés. Nous avons également pu identifier des corrélations entre les caractéristiques du digestat et leurs effets sur la SA du sol. Ce qui a permis d’identifier l’implication des mécanismes suivants : i) interactions directes entre le sol et les composants minéraux et organiques du digestat, ii) stimulation indirecte des processus microbiologiques par la matière organique du digestat conduisant à la stabilisation des agrégats. Une expérimentation au champ a montré que, si les effets du digestat sur la SA d’un sol limoneux sont limités par rapport aux variations induites par le climat, leur application peut néanmoins compenser les impacts négatifs transitoires d’un travail du sol. Nos résultats indiquent que l'incorporation de digestat peut même conduire à un impact positif progressif mais global sur la SA des sols limoneux à moyen terme. Cependant, en fonction des propriétés du sol et du contexte agricole, il convient de veiller à évaluer au préalable la qualité des digestats destinés à l'épandage, car certaines caractéristiques telles que des teneurs élevées en minéraux peuvent entraîner des effets négatifs transitoires sur la SA du sol.