Biogeochemical cycle of boron in a forest ecosystem : the case study of Montiers beechstand

L’objectif de cette thèse est d’établir et comprendre le cycle biogéochimique du bore et de ses isotopes au sein d’un écosystème forestier. Dans ce contexte, beaucoup de questions subsistent à propos du cycle biogéochimique du bore dans les écosystèmes terrestres, à savoir : • Quelles sont les sources majeures de bore dans les écosystèmes forestiers ? • Quelles sont les types de transfert entre les différents compartiments de l’environnement ? • Quels mécanismes contrôlent ces échanges ? Pour établir ce cycle, nous allons quantifier les différents stocks (végétation, sol) et flux (apports atmosphériques dissous et particulaires, pluviolessivats, ruissellements de tronc, litières, profils de sol et drainage) de bore dans le site atelier de l’OPE situé dans la forêt domaniale de Montiers-Sur-Saulx (Meuse). Il est important de noter que nous utiliserons les isotopes du bore (11B et 10B) afin de comprendre la dynamique de son cycle biogéochimique ainsi que les échelles de temps des échanges ayant lieu entre les différents compartiments environnementaux. Au final, cette thèse se divise en quatre parties distinctes : 1. Une première partie de développement analytique, visant à la mise en place, l’extraction, la purification et la mesure du bore et de ses isotopes au sein des matrices végétales. 2. Une seconde partie focalisée sur les origines et mécanismes qui contrôlent les apports atmosphériques dissous et particulaires sur le site atelier de Montiers. 3. La troisième partie vise à établir les différents transferts de bore dans le système sol plante sur deux sols distincts : un rendisol, basique ainsi qu’un alocrisol, acide. Le but de cette démarche est d’évaluer dans un premier temps l’influence des composantes du cycle biogéochimique sur les transferts de bore puis, dans un second temps, d’évaluer l’influence des propriétés d’un sol sur la dynamique du cycle biogéochimique d’un écosystème. 4. La dernière partie vise à établir un modèle d'évolution du bore et de ses isotopes dans le système sol-plante. Ce modèle est principalement basé sur les observations réalisées durant l'année 2012This thesis aims at establishing and understanding the biogeochemical cycle of boron and its isotopes within a forest ecosystem. In that context, many questions remain concerning the dynamics of boron within terrestrial ecosystems: • What are the major sources of boron? • What type of transfer occurs between the compartments of the environment? • What mechanisms are controlling those transfers? In order to establish this biogeochemical cycle, we quantified the different stocks (vegetation, humus and soil) and fluxes (atmospheric dust and dissolved deposition, throughfalls, stemfloxs, litterfall and drainage) of boron in the study site of Montiers. The use of boron isotopes will give us insight concerning the mechanisms controlling the dynamics of boron. This thesis is divided in 4 main parts: 1. The first part aims at establishing a new method of extraction, purification and measurement of boron and its isotopes within vegetation samples. 2. The second part focuses on the sources and mechanisms controlling boron within atmospheric dust and dissolved deposition on the study site of Montiers. 3. The third part aims at establishing the stocks and fluxes of boron on two distinct soils: a rendisoil (basic pH) and an alocrisoil (acid pH). The goal is to determine the influence of different soil properties on boron dynamics within its biogeochemical cycle. 4. The last part aims at establishing a model of boron and boron isotopes dynamics in the soil plant system. This model is mainly based of the measurement made in 201