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Composition du jury 
M. Thomas Drouet ; Pr.,Université libre de Bruxelles ; Rapporteur
M. Laurent Augusto ; D.R., INRA Bordeaux ; Rapporteur
Mme Sylvie Dousset ; Pr., Université de Lorraine ; Examinatrice
Mme. Isabelle Técher ; M.C.F., Université de Nîmes ; Examinatrice
Mme Noemie Pousse ; Ingénieure R&D, ONF ; Examinatrice
Mme Anne Poszwa ; M.C.F., Université de Lorraine ; Co-directrice de thèse
M. Jacques Ranger ; D.R., INRA Nancy ; Directeur de thèse
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Résumé
Deux écosystèmes forestiers lorrains (Clermont-en-Argonne CA et Azerailles AZ) développés sur des sols polycycliques ont un fonctionnement complexe du fait de la présence de deux matériaux différents au sein du profil de sol conduisant à une rupture texturale brutale. Ces sols possèdent de plus des stocks de calcium (Ca) et magnésium (Mg) échangeables faibles dans la couche de limon de surface (pauvreté plus importante à CA qu’à AZ) et très élevés dans l’argile profonde (quantités similaires entre le sites). La différence de fertilité de surface entre les sites peut s’expliquer en partie par une agrégation meilleure à AZ qu’à CA (où les agrégats dominants sont pauvres en matières organiques et argiles). Le sol de CA retient moins bien le Ca et le Mg que celui d’AZ, malgré des apports atmosphériques plus importants et une minéralisation rapide des litières. La richesse des horizons profonds en Ca et Mg échangeables sur les deux sites n! e peut s’expliquer par les entrées classiques seules (dépôts atmosphériques et altération des minéraux). La mesure des variations isotopiques naturelles de Sr, Ca et Mg a permis la mise en évidence du rôle d’une nappe souterraine sur chacun des sites. Celle-ci alimente régulièrement la CEC des horizons profonds du sol par simple échange d’ions en période hivernale. Les arbres ont mis en place une stratégie de prélèvement dans les horizons profonds pour pallier la pauvreté relative de surface. Cependant, les conséquences d’une fertilité limitée en Mg dans les horizons de surface se traduisent par une translocation interne significative de Mg avant la sénescence à CA.
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Abstract
Two forest ecosystems in Lorraine, France (Clermont-en-Argonne CA and Azerailles AZ) developed on polycyclic soils, have a complex functioning due to the presence of two different materials within the soil profile, leading to an abrupt change in soil texture. Moreover, they have low exchangeable Ca and Mg stocks in the loamy soil upper layers (CA loamy horizons are poorest than AZ ones), and very large stocks in deep clayey layers. This lower fertility in CA upper soil horizons can be partly explained by a weaker aggregation than in AZ (with aggregates poor in organic matter and clays). Then, at CA, nutrients are less retained in loamy horizons than in AZ ones, despite higher atmospheric inputs and more rapid mineralization of litter. At both site, the high contents of Ca and Mg in deep soil layers cannot be explained by the two conventional inputs i.e. atmospheric deposition and mineral weathering. A third unexpected source was identify using Sr, Ca and Mg isotopes, i.e. a ! mineralized groundwater. This source allows the Ca and Mg supply of deep clay layers CEC by simple ion exchange when water invades the subsoil during the winter period. Trees have developed a deep uptake strategy into these Ca and Mg rich clay layers, to overcome the relative poverty of the upper soil layers. However, at CA, the consequence of a Mg limitation in the upper soil layers is visible through a Mg internal translocation before leaf senescence.