Proposition de sujet de thèse pour la rentrée universitaire 2026
Titre de la thèse : Impact du changement climatique sur le continuum plante-sol et les cycles biogéochimiques du carbone et de l’azote
Encadrement de la thèse :
Samuel Abiven, Professeur à l’Ecole Normale Supérieure, Laboratoire de géologie (LGENS/CNRS), Ecole Normale Supérieure, 24 rue Lhomond, 75005 Paris ; abiven@geologie.ens.fr
Audrey Niboyet, Maître de Conférences à AgroParisTech, Institut d’Ecologie et des Sciences de l’Environnement de Paris, IEES-Paris, Sorbonne Université, 4 place Jussieu, 75005 Paris ; audrey.niboyet@agroparistech.fr
Contexte scientifique et objectifs de la thèse :
Comprendre comment les écosystèmes terrestres répondent au changement climatique, mais aussi comment les écosystèmes terrestres influencent le changement climatique via les rétroactions qu’ils exercent sur le climat constitue l’un des enjeux centraux de l’écologie.
L’étude des effets du changement climatique a longtemps été centrée sur les différentes composantes écosystémiques – les communautés végétales, les communautés microbiennes du sol, le sol – en négligeant les interactions plante-microbiome-sol au sein des écosystèmes. De plus, les études sur le changement climatique n’ont souvent manipulé qu’un voire deux facteurs du changement climatique (e.g., l’augmentation de la teneur en CO2 atmosphérique, la température) en négligeant l’évolution simultanée de multiples composantes du climat. Or, pour évaluer, comprendre et prédire la réponse des écosystèmes terrestres au changement climatique, il est nécessaire à la fois d’appréhender la dynamique des systèmes écologiques dans leur ensemble, mais aussi de reproduire les climats futurs en manipulant simultanément l’ensemble des paramètres climatiques. Ceci est désormais rendu possible grâce au développement de chambres de simulation climatique de nouvelle génération – les Ecotrons – qui sont des unités expérimentales permettant de contrôler avec précision une multitude de paramètres climatiques (composition en gaz atmosphérique, température de l’air et du sol, humidité, etc.). C’est le cas en particulier de l’Ecotron Ile de France qui est l’un des rares sites au monde permettant de simuler des scénarios climatiques complexes et au sein duquel les expérimentations en lien avec la présente thèse se dérouleront.
La thèse s’inscrit dans le projet EcoSoilChange – Unearthing the impact of climate change : Investigating the responses of plant-microbiome-soil ecosystems to future climates. Ce projet est financé par l’Agence Nationale de la Recherche (durée : 48 mois, avril 2026-mars 2030, porteur du projet : S. Abiven). La thèse bénéficie d’un financement dans le cadre de ce projet (salaire et fonctionnement).
L’objectif de la thèse est d’étudier les effets des propriétés du sol, des conditions climatiques et des évènements climatiques extrêmes sur le fonctionnement des écosystèmes et les cycles biogéochimiques du carbone et l’azote, et d’appréhender le rôle des écosystèmes terrestres dans les rétroactions sur le climat.
La thèse s’articule autour de trois axes principaux :
Le premier axe vise à déterminer comment les caractéristiques du sol façonnent les interactions plante-microbiome-sol et les fonctions écosystémiques liées aux cycles du carbone et de l’azote. Une première expérimentation sera conduite in natura sur 8 sols couvrant une combinatoire entre trois paramètres déterminants du fonctionnement des sols – le pH, la teneur en matière organique et la teneur en argiles – chacun à deux niveaux, un niveau faible et un niveau élevé – ce qui permettra d’évaluer les effets d’interaction entre ces trois paramètres sur le fonctionnement des cycles du carbone et de l’azote.
Le deuxième axe a pour objectif d’étudier comment les conditions climatiques actuelles et celles prévues pour la fin du siècle (scénario à fortes émissions SSP3-7.0) influencent la dynamique et les interactions au sein du continuum plante-microbiome-sol et les fonctions écosystémiques liées aux cycles du carbone et de l’azote. Une deuxième expérimentation sera conduite dans les Ecotrons sur 3 sols, sélectionnés à l’issue de la première expérimentation, qui seront placés soit sous conditions climatiques actuelles soit sous conditions climatiques simulées de manière à reproduire les projections climatiques du scénario SSP3-7.0.
Le troisième axe vise à examiner les effets d’évènements climatiques extrêmes (vagues de chaleur, sécheresse, précipitations intenses) et de leur fréquence sur le fonctionnement des écosystèmes terrestres, et à appréhender leur résistance et résilience vis-à-vis de ces perturbations. Une troisième expérimentation sera conduite sur un sol sélectionné à partir des deux premières expérimentations qui sera soumis à ces trois types d’évènements climatiques extrêmes, et en modulant la fréquence de ces évènements climatiques extrêmes (1, 2 à 3 perturbations successives) dans les Ecotrons sous conditions climatiques actuelles.
Les différentes expérimentations s’appuieront sur une méthodologie commune : la même espèce végétale modèle sera utilisée, Arabidopsis thaliana, sa large répartition mondiale et sa sensibilité à différents facteurs écologiques font de cette espèce pionnière une espèce sentinelle des effets du changements climatique ; les communautés microbiennes du sol seront les communautés microbiennes natives des différents sols utilisés et sélectionnés pour les expérimentations. De plus, les mêmes processus analytiques seront déployés pour appréhender la réponse du système plante-sol et des cycles biogéochimiques du C et de l’N.
Spécifiquement, une combinatoire d’approches sera utilisée pour évaluer les effets des conditions étudiées dans les trois expérimentations sur le système plante-sol et les cycles biogéochimiques du C et de l’N. Un suivi à la fois dynamique et quantitatif sera réalisé, et comprendra des mesures de flux (photosynthèse, respiration, émissions de CH4 et de N2O), des mesures sur les différents compartiments (biomasse aérienne et racinaire, traits aériens et racinaires, biomasse microbienne, teneurs en C et N du système plante-sol, dynamique des nutriments N et P), et des approches de biogéochimie isotopique (13C, 15N).
Environnement de travail : La thèse sera encadrée par Samuel Abiven et Audrey Niboyet, et se fera en étroite collaboration avec deux autres chercheurs mobilisés dans le projet ANR EcoSoilChange, Nicolas Rascovan (Institut Pasteur) et Leandro Quadrana (Institut des Sciences des Plantes). La thèse se réalisera également en étroite interaction avec deux post-doctorants qui seront recrutés sur le projet EcoSoilChange, l’un qui travaillera sur les communautés microbiennes des sols et l’autre qui travaillera sur la génomique des plantes dans les trois expérimentations. L’étudiant en thèse bénéficiera en outre de l’accompagnement et de l’expertise de toute l’équipe technique qui gravite autour de l’Ecotron IdF.
Localisation de la thèse : Les expérimentations en lien avec la thèse se dérouleront au CEREEP – ECOTRON IDF, 78 rue du château, 77140 Saint-Pierre-lès-Nemours. Le doctorant sera de plus amené à se rendre régulièrement au Laboratoire de géologie de l’Ecole Normale Supérieure, 24 rue Lhomond, 75005 Paris et à l’Institut d’Ecologie et des Sciences de l’Environnement de Paris à Sorbonne Université, 4 place Jussieu, 75005 Paris, laboratoires des deux encarants de la thèse. Différentes missions pourront être prévues au cours de la thèse, e.g., en lien avec la présentation des résultats obtenus dans des congrès internationaux.
Formations et compétences recherchées :
Master 2 recherche en écologie / biogéosciences.
Connaissances souhaitées en écologie fonctionnelle, biogéochimie, écologie végétale, écologie des sols.
Maîtrise de l’analyse statistique des données (logiciel R) et des outils de recherche bibliographique. Bonnes capacités rédactionnelles et de synthèse en français et en anglais. Autonomie, rigueur scientifique, goût pour l’expérimentation, le travail en laboratoire et le travail en équipe.
Si vous souhaitez candidater, merci d’envoyer votre curriculum vitae et une lettre de motivation à abiven@geologie.ens.fr et audrey.niboyet@agroparistech.fr
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