Flux d'azote dans une culture pérenne à vocation énergétique, Miscanthus x giganteus : étude expérimentale et éléments de modélisation

Using dedicated plants in order to produce bioenergy is often presented as one of the solutions in order to limit global warming and to contribute to replacing fossil energy. The use of biofuels will be acceptable only if it allows reducing negative impacts of agriculture on a global (GHG emissions) and a local (nitrate leaching, water consumption) scale. Energy crops have to answer to these requirements in allying high yields per hectare, in order to limit food and non food productions competition. We decided to quantify the role of Miscanthus x giganteus storage organs in nitrogen nutrition of the crop and to analyse internal nitrogen cycle in the crop during this Phd work, with the aim of modelling these processes on the long term. The experimental approach was done on a three year experiment, crossing two nitrogen fertilisation rates and two harvest dates. In a first part, we show that aboveground biomass production and nitrogen content in belowground organs were different between treatments. Belowground biomass nitrogen stocks play a key role on nitrogen and carbon accumulation in aboveground organs during plant growth during the subsequent year of growth. We determined strong linear relationships between nitrogen fluxes and nitrogen accumulated in source organs during nitrogen remobilisation in spring and autumn. In a second part, we show that differences in aboveground biomass production were mainly due to differences of belowground biomass nitrogen stocks before regrowth due to their effect on radiation use efficiency (RUE) of the crop. In a third part, we underline the low nitrogen fertiliser recovery in the crop thanks to 15N tracing. We also show that rhizomes absorbed nitrogen during nitrogen remobilisation in spring. M. giganteus is able to maintain a conservative nitrogen cycle: the amount of remobilised nitrogen in autumn and spring are in the same order of magnitude. Finally, we draw some conclusions on knowledge and questions on the role of nitrogen remobilisation in nitrogen nutrition of M. giganteus. This plays a key role, via spring and autumn remobilisation processes that have direct impacts on biomass production by the crop. Taking into account belowground biomass nitrogen stocks is essential in order to succeed in an operational model which allows us to simulate the biomass production by the crop and the nitrogen balance on the long term.

L’utilisation de plantes dédiées pour la production d’énergie est souvent présentée comme l’une des solutions pour limiter le réchauffement climatique et contribuer au remplacement des énergies fossiles. La production de biocarburants sera durable si elle contribue à réduire les impacts négatifs de l’agriculture au niveau global (émissions de GES), mais aussi local (lessivage des nitrates, consommation en eau). Les cultures énergétiques doivent satisfaire ces exigences tout en alliant un rendement élevé à l’hectare, afin de limiter la concurrence entre productions alimentaires et non alimentaires. Nous avons orienté la thèse vers la quantification du rôle des organes de réserve de Miscanthus x giganteus dans la nutrition azotée de la plante et l’analyse du cycle interne de l’azote dans la culture, en vue d’une modélisation fonctionnelle de ces processus à long terme. L’approche expérimentale s’appuie sur un essai de longue durée de 3 ans, croisant 2 doses d’azote et 2 dates de coupe. Dans une première partie, nous montrons que les traitements ont différencié la production de biomasse aérienne et la teneur en azote des rhizomes. Les réserves souterraines jouent sur l’accumulation d’azote et de carbone dans les parties aériennes au cours de la croissance le printemps suivant. Il existe des relations linéaires étroites entre les flux d’azote et l’état des organes source d’azote lors des phases de remobilisation de l’azote au printemps et à l’automne. Dans une deuxième partie, nous montrons que ce sont principalement les réserves en azote des parties souterraines avant le redémarrage de la culture qui expliquent les différences de production de biomasse en affectant l’efficience de bioconversion des rayonnements (RUE). Dans une troisième partie, nous mettons en évidence la faible proportion de recouvrement dans la plante de l’azote apporté par la fertilisation, grâce à un traçage au 15N de l’azote apporté. Nous montrons également que le rhizome absorbe en même temps qu’il remobilise. M. giganteus est capable de maintenir un cycle de l’azote conservatif : la quantité d’azote remobilisée à l’automne est du même ordre de grandeur que l’azote remobilisé au printemps. Enfin, nous concluons sur les acquis et questions sur le rôle de la mise en réserve de l’azote dans la nutrition azotée de M. giganteus. Ce rôle est primordial, via les processus de remobilisation et de mise en réserve de l’azote. Il a un impact direct sur la production de biomasse par la culture. Prendre en compte les réserves azotées des organes souterrains est indispensable pour aboutir à une modélisation opérationnelle qui permette de simuler la production de biomasse par la culture et les bilans d’azote sur le long terme.