Academic literature on the topic 'Carbone organique des sols'

L'effet du réseau bocager sur l'organisation des sols à l'échelle d'un paysage reste mal connu, car la majorité des études ont été menées en deux dimensions, en se limitant souvent à des contextes de talus perpendiculaires à la ligne de plus grande pente. L'extrapolation des résultats ainsi obtenus à l'ensemble du paysage, est de ce fait difficile et conduit à une mésestimation de l'impact du bocage sur les sols.<br />Les objectifs de ce travail étaient de comprendre et de quantifier à l'échelle d'un paysage bocager, l'effet du système talus/haie sur l'organisation des sols et sur les stocks de carbone organique associés, ainsi que de décrire la dynamique des processus spatiaux qui ont conduit aux organisations observées.<br />Pour y parvenir, la démarche adoptée a combiné trois approches complémentaires. Tout d'abord, nous avons conduit une étude de terrain dans un paysage bocager historiquement documenté et offrant des conditions topo-paysagères contrastées avec pour but une caractérisation spatiale de l'effet du réseau bocager qui prenne en compte l'action de l'homme et la nature tridimensionnelle de la couverture pédologique à l'échelle du paysage.<br />Ensuite, nous avons couplé des approches de datation relative (analyse de documents historiques et géométrie des horizons) et absolue (carbone-14, césium-137), complémentaires des approches spatiales, pour dater les sols et analyser la dynamique des processus à l'origine des modifications de leur<br />organisation spatiale.<br />Cette prise en compte de la dimension temporelle était nécessaire pour améliorer notre compréhension des processus de redistribution en sol et nous permettre d'engager une modélisation spatiale et temporelle simulant des évolutions du paysage bocager en fonction de différents scénarii d'occupation des sols.

L'effet du réseau bocager sur l'organisation des sols à l'échelle d'un paysage reste mal connu, car la majortié des études ont été menées en deux dimensions, en se limitant souvent à des contextes de talus perpendiculaires à la ligne de plus grande pente. L'extrapolation des résultats ainsi obtenus à l'ensemble du paysage est de ce fait difficile et conduit à une mésestimation de l'impact du bocage sur les sols. Les objectifs de ce travail étaient de comprendre et de quantifier à l'échelle d'un paysage bocager l'effet du système talus/haie sur l'organisation des sols et sur les stocks de carbone organique associés ainsi que de décrire la dynamique des processus spatiaux qui ont conduit aux organisations observées. Pour y parvenir la démarche adoptée a combiné trois approches complémentaires. Tout d'abord nous avons conduit une étude de terrain dans un paysage bocager historiquement documenté et offrant des conditions topopaysagères contrastées avec pour but une caractérisation spatiale de l'effet du réseau bocager qui prenne en compte l'action de l'homme et la nature tridimensionnelle de la couverture pédologique à l'échelle du paysage. Ensuite nous avons couplé des approches de datation relative (analyse de documents historiques et géométrie des horizons) et absolue (carbone-14, césium-137), complémentaires des approches spatiales pour dater les sols et analyser la dynamique des processus à l'origine des modifications de leur organisation spatiale. Cette prise en compte de la dimension temporelle était nécessaire pour améliorer notre compréhension des processus de redistribution en sol et nous permettre d'engager une modélisation spatiale et temporelle simulant des évolutions du paysage bocager en fonction de différents scénarii d'occupation des sols<br>The effect of hedgerow network on soil organisation at landscape scale is still unclear as most studies have been done in 2D focusing on situations with hedges perpendicular to the steepest slope. Therefore extrapolation at the whole landscape induces a wrong estimation of the hedgerow network effect at the landscape scale. Aims of this study were to understand and quantify at landscape scale, the effect of the hedgerwo network on soil organisation and on asociated soil organic carbon stocks and to desribe the dynamic of spatial processes responsible for these organisations. The adopted strategy has combined three complementary approaches. First a field study was carried out in an hedgerow network landscape historically documented, having contrated topographical and landscape situations. This in order to obtain a spatial caracterisation of hedgerow networks which take into account human activities and three dimensional nature of the pedological covre at landscape scale. We combined relative dating approaches (analysis of historical documents and of soil geometry) and absolute dating technique (14-carbon, 137-Caesium), complementary to the spatial approaches. These techniques allowed us to date the organo-mineral horizons of the soil cover and to analyse the dynamic of processes responsible for modifications of the soil spatial organisation

Thèse de doctorat--Sciences de l'environnement--Rennes--École nationale supérieure d'agronomie de Rennes, 2005.<br>Contient aussi un texte en anglais. Bibliogr. p. 217-228. Résumé en français et en anglais.

Des résultats récents ont montré que les podzols équatoriaux stockent d’importantes quantités de carbone dans leurs horizons Bh profonds. Cette constatation amène deux questions principales : (1) comment et à quel rythme se sont formés ces sols (2) dans quelle mesure le changement climatique pourrait induire une production par ces sols de carbone atmosphérique susceptible d’impacter le système climatique mondial.Dans ce contexte, nous avons réalisé un modèle qui permet de contraindre les flux de carbone à la fois par les stocks observés et leur âge 14C. En situation suffisamment simplifiée, nous avons établi une relation formelle entre l’évolution des stocks et l’âge 14C de celui-ci. Appliqué aux podzols amazoniens, notre modèle a apporté des résultats nouveaux et inattendus. Il a permis de montrer que ce sont les horizons de surface des aires podzolisées les plus hydromorphes qui sont les plus gros contributeurs de MOD transférée vers le réseau hydrographique et la mer. On observe que la formation des Bh n’est possible qu’en envisageant deux compartiments, rapide et lent. Une estimation basse de leur temps de formation permet de différencier des podzols relativement jeunes (temps de formation de l’ordre de 15 103 - 25 103 ans), développés sur des sédiments Holocènes relativement récents, et des podzols âgés (temps de formation de l’ordre de 180 103 - 290 103 ans), développés sur des sédiments plus anciens. Le taux d’accumulation du carbone dans les podzols étudiés varie de 0,54 à 3,17 gC m-2 an-1, ce qui correspond à une séquestration de carbone de l’ordre de 3 1011 gC an-1, faibles à l’échelle annuelle, mais significative aux échelles géologiques.Les expérimentations de percolation en colonne nous ont permis de montrer la réactivité du Bh et la présence, malgré des rapports C/N très élevés (63 en moyenne), d’une activité bactérienne significative qui modifie la nature de la MOD qui le traverse. Cette dernière a la capacité de transporter Al et Fe sous forme de complexes organo-métalliques, complexes susceptibles de migrer à travers des matériaux très kaolinitiques. Ces résultats participent à la compréhension des transferts de MOD d’origine pédologique dans les nappes profondes.Dans l’hypothèse de l’apparition d’un climat à saisons contrastées, nous avons pu montrer qu’une durée sans pluie de 90 jours après disparition de la nappe perchée ne permettrait pas d’atteindre le point d’entrée d’air par assèchement des horizons superficiels. Néanmoins, dans l’hypothèse d’une entrée d’air, l’extrapolation des taux de minéralisation mesurés expérimentalement en conditions oxiques aboutit à une production de C atmosphérique de l’ordre de 2,0 1014 g de CO2 par an, ce qui peut impliquer une rétroaction positive du système climatique mondial<br>Recent results have shown that equatorial podzols store large amounts of carbon in their deep Bh horizons. This leads to two main questions: (1) how and at what kinetics these soils were formed, (2) how climate change could induce atmospheric carbon production that could impact the global climate system.In this context, we have developed a model that allows to constrain carbon fluxes both by the observed C stocks and their 14C age. In a sufficiently simplified situation, we have established a formal relationship between the C stock evolution and its 14C age. Applied to Amazonian podzols, our model has brought new and unexpected results. It has been shown that the surface horizons of the most hydromorphic podzolized areas are the largest contributors of MOD transferred to the hydrographic network then to the sea. It is observed that the formation of Bh is only possible by considering two compartments, fast and slow. The estimate of their formation time (low estimate) allowed to differentiate between relatively young podzols (formation time 15 – 25 ky) developed on relatively recent Holocene sediments and old podzols (formation 180 – 290 ky) developed on older sediments. The carbon accumulation rate in the studied podzols ranges from 0.54 to 3.17 gC m-2 y-1, which corresponds to a carbon sequestration around 3 1011 gC an-1, which is significant at the geological scales.Column percolation experiments allowed us to show the reactivity of the Bh material and the presence, despite very high C/N ratios (63 on average), of a significant bacterial activity which modifies the nature of the MOD which percolates through it. This MOD has the capacity to transport Al and Fe in the form of complex organometallic complexes capable of migrating through very kaolinitic materials. These results contribute to the understanding of the transfers of pedologically formed MOD in the deep aquifers.Under the hypothesis of the appearance of a climate with contrasting seasons, we have been able to show that a 90-day period without rain after the disappearance of the perched water-table would not allow to reach the point of entry of air by drying of superficial horizons. Nevertheless, assuming an air entry, the extrapolation of the experimentally measured mineralization rates under oxic conditions results in a production of atmospheric C around 2.0 1014 g of CO2 per year, which may involve a positive feedback from the global climate system

Ce travail s'inscrit dans la lutte contre les changements climatiques et plus particulièrement la réduction de la concentration en CO2 atmosphérique. L'objectif est de comprendre les mécanismes de stabilisation du carbone dans les horizons profonds des sols. L'influence de la végétation, des minéraux et d'un apport de matière organique anthropique (compost) sur la dynamique du carbone a aussi été étudiée. Quatre sols représentatifs des principaux modes d'occupation (prairie, forêt et culture) ont été caractérisés. Dans les sols sous prairie et sous forêt, les apports de matière organique fraîche étant limités en profondeur, la quantité de matière organique diminue tout en devenant plus réfractaire. Son taux reste cependant élevé ce qui est probablement lié à la forte quantité d'argiles et à la diminution de l'activité biologique. Les différents modes d'occupation influencent la quantité de matière organique mais modifient peu sa qualité. En effet, si les taux de carbone et les quantités de lipides sont plus importants dans les sols cultivés que dans les sols à végétation permanente, l'étude structurale de la matière organique révèle peu de différences. Enfin, l'étude de la matière organique associée aux minéraux a montré un remaniement bactérien plus important dans les fractions granulométriques les plus fines. L'apport de matière organique sur un sol cultivé modifie l'activité biologique et entraîne une amélioration de la stabilité structurale. Le changement de répartition des différentes formes de matière organique associé à la présence de marqueurs moléculaires du compost dans les lipides et les substances humiques montre une incorporation du carbone exogène<br>Carbon dioxide sequestration in plant and carbon storage in soil and biomass could be considered as a complementary solution against the increase in concentration of gases responsible for climate change. The aim of this work is to understand the mechanisms of organic matter stabilization in the deepest horizons of soils. The influence of landuse, minerals and amendment with organic matter (compost) on the carbon dynamic has been studied. Four soils representing different landuses (grassland, forest and arable soil) were characterized. The organic matter decreases in amount with depth and becomes more refractory. The relatively high amount of organic matter in deep horizons is probably related to the strong presence of clays and to the low biological activity. The different vegetations seem to influence strongly the quantity of soil organic carbon while affecting slightly its quality. Indeed, the structural study of organic matter shows weak differences whereas the amount of carbon and lipids are more important in arable soil. The study of organomineral associations revealed that the bacterial contribution is more important in fine fractions. Amendment with organic matter of an arable soil affects the biological activity and improves its structural stability. The distribution of the different forms of organic matter has been modified and the presence of molecules originating from the compost in lipids and humic substances show an incorporation of exogenous carbon

Les systèmes agroforestiers stockent du carbone dans la biomasse des arbres. Cependant leur intérêt ne se limite pas à ce carbone stocké sous forme de bois. En effet, les arbres produisent de grandes quantités de litières, et apportent également du carbone dans les horizons profonds du sol par la mortalité et l’exsudation racinaire. Or, les sols agricoles, ayant de très faibles teneurs en matière organique, ont un potentiel de stockage en carbone bien plus important que les sols forestiers. A ce jour, il n’existe pratiquement pas de travaux permettant d’avoir une estimation de l’impact des arbres agroforestiers sur le carbone du sol. La plupart des études sont en effet menées sur le stockage de carbone dans la biomasse aérienne des arbres. Une étude a ainsi estimé qu’en climat tempéré et pour des densités comprises entre 50 et 100 arbres/ha, le stockage de carbone serait compris entre 1.5 et 4 tC/ha/an, ce qui est très important comparé au potentiel de stockage d’autres systèmes de culture. On se propose donc dans ce travail de contribuer significativement à la connaissance sur les possibilités de stockage de C dans les sols en agroforesterie. Tout d’abord, nous quantifierons les stocks de C dans les parcelles agroforestières et les comparerons aux témoins agricoles. Nous étudierons également l’hétérogénéité spatiale de ces stocks, sous la ligne d’arbres ou sous la culture intercalaire, et ce à différentes profondeurs. Dans un deuxième temps, nous étudierons les entrées de carbone au sol, notamment via la mortalité racinaire des arbres. Puis, nous étudierons les processus liés à la stabilisation de ce carbone dans les horizons profonds du sol. Enfin, nous chercherons à savoir si l’apport de carbone frais dans les horizons du sol ne pourrait pas entraîner une minéralisation d’une partie du carbone stable du sol, phénomène connu sous le nom du priming effect, et qui pourrait jouer un rôle non négligeable dans le bilan de carbone de ces systèmes. La modélisation sera utilisée afin d’estimer le stockage de carbone sur le long terme. L’étude sera menée dans un contexte de système de culture méditerranéen, sur un site expérimental d’exception. L’analyse mécaniste fournira le cadre conceptuel pour la compréhension de la dynamique du C dans d’autres systèmes agroforestiers à l’avenir<br>Agroforestry is a land use type where trees are associated with crops and/or animals within the same field. This agroecosystem could help mitigating climate change, and also contribute to its adaptation. The goal of this thesis was to evaluate the potential of soil organic carbon storage under agroforestry systems. This study was performped at the oldest experimental site in France, a trial supervised by INRA since 1995, but also at farmers' fields. Soil organic carbon stocks were compared between agroforestry and agricultural plots, down to 2 m soil depth. All organic inputs to the soil were quantified (tree roots, leaf litter, crop roots and residues). The stability of additionnal stored carbon was caracterised with soil organic matter fractionation, and soil incubations. A model of soil organic carbon dynamic was described in order to better undrestand this dynamic in agroforestry, especially in deep soil layers. This study revealed the interest and the potential of agroforestry systems in increasing soil organic carbon stocks, with accumulation rates of 0.09 to 0.46 t C ha -1 yr -1. It also reveals the role of tree rows in this storage, and the importance of carbon inputs from root mortality. However, it raises concerns about the stability of this storage

Les sols constituent le premier réservoirterrestre de carbone organique et jouent ainsi un rôleclé pour limiter le réchauffement climatique. Les solsurbains représentent 3% du territoire mondial etl’urbanisation est la première cause de changementd’affectation des sols. L’augmentation rapide dessurfaces artificialisées a entraîné un intérêt croissantquant à la capacité des sols urbains à stocker ducarbone. Les travaux de thèse ont visé à comprendrela contribution des sols urbains au stock global decarbone organique et à proposer une méthodestandardisée pour son suivi. Les recherches ont aussiporté sur l’étude de la stabilité du carbone organiquedes sols urbains et la modélisation de la dynamique dece carbone. Une base de données a été construite àpartir de données disponibles au niveau national, puisde mesures supplémentaires acquises dans trois villes françaises.Le stock de carbone des sols ouverts est similaireentre les villes, et équivalent voire supérieur enprofondeur, à celui des sols forestiers environnants.Ce stock dépend plus particulièrement du mode degestion des espaces verts urbains, et de l’histoire dusite. Ainsi, les sols urbains ouverts sont caractériséspar une forte proportion de matières organiqueslabiles sur 0-44 cm de profondeur. Au contraire, lessols scellés présentent des stocks de carbone trèsfaibles. Ils sont caractérisés par une forte proportionde matières organiques stables dont l’évolution(stockage ou minéralisation) dépend de l’état dedormance microbienne. Un modèle conceptuel de ladynamiq<br>Soils are the largest terrestrial pool oforganic carbon and thus play a key role in mitigatingclimate change. The urban soils account for 3% of theworld’s territory and urbanization is currently theprimary cause of land use change. The increase ofartificial areas have led to a growing interest in theurban soil ability to store organic carbon. This workaimed to understand the contribution of urban soils tothe global organic carbon stock and to propose astandardized method for its monitoring. The researchalso focused on studying the stability of organic carbonin urban soils and modeling its dynamics. A databasewas built using data available at the French territorylevel as well as using additional measurements acquired in three French cities.The organic carbon stock in urban open soils aresimilar between cities, and equivalent, or even higherin depth, than that of surrounding forest soils. Thestock in open soils is particularly dependent upon themanagement methods of the urban green spaces,and on the specific site history. Thus, open urban soilsare characterized by a high proportion of labileorganic matter at 0-44 cm depth. Conversely, sealedsoils have very low carbon stocks. They arecharacterized by a high proportion of stable organicmatter whose evolution (storage or mineralization)depends on the dormant state of the microbialcommunities. A conceptual model of carbon dynamicsfor these two soil types has been developed. Finally,recommendations for optimizing carbon monitoringand urban soil management have been proposed

Comprendre le devenir du carbone organique stable du sol (COS) dans un environnement globalement plus chaud est un défi majeur pour prévoir sur le long terme la concentration en CO2 atmosphérique. Pour cela il apparaît nécessaire de mieux comprendre ce qu'est ce COS stable à l'échelle pluri-décennale et comment sa cinétique de minéralisation est modulée par la température. C'est avec cette ambition que cette thèse se propose (1) d'étudier la sensibilité à la température de la minéralisation du COS stable; (2) d'étudier la réponse à la température de la communauté microbienne qui minéralise le COS et (3) d'établir un lien entre âge et décomposabilité du COSLes échantillons issus de 4 essais de jachère nue ont été utilisés dans cette thèse. Des échantillons prélevés en début de chacun de ces essais et après plusieurs décennies de jachère nue ont été incubés à différentes températures pendant 427 jours. La respiration de ces échantillons a été suivie régulièrement. En fin d'incubation, la structure des communautés microbiennes a été déterminée par pyroséquençage. D'autre part, une datation du COS contenu dans les échantillons de la chrono-séquence de l'essai de jachère nue de Versailles a été réalisée.Les résultats obtenus mettent en évidence une relation générale entre vitesse de décomposition du carbone et sensibilité à la température. Ces travaux ont également mis en lumière une plus grande diversité et une plus grande sensibilité à la température des communautés microbiennes associées au carbone stable. Enfin, cette thèse met en lumière les difficultés rencontrées lors de l'utilisation de la technique de datation de la matière organique du sol par le 14C<br>To understand the fate of stable soil organic carbon (SOC) in a warmer world is a major challenge to be able to predict future atmospheric CO2 concentrations. To do so, it is of prime importance to understand what the stable SOC is exactly and how its mineralization rate is modulated by temperature. This thesis proposed to study (1) the temperature sensitivity of stable SOC mineralization; (2) the response of soil microbial communities to temperature and (3) to establish a link between SOC decomposability and its age. Soil samples from four long term bare fallow experiments were used for work. We incubated soils sampled at the beggining of each experiment and after several decades of bare fallow at different temperatures for 427 days and we regularly monitored soil respiration. At the end of the incubation, soil microbial communities were assessed using pyrosequencing techniques. Finally, we determined the age of soil organic carbon by radiocarbon dating in soil samples from the chrono-sequence located at Versailles, France. The results obtained brought evidence for a general relationship between the mineralization rate of soil organic carbon and its temperature sensitivity. We also found that microbial communities linked to stable organic carbon are more diverse but also more sensitive to a temperature increase. Some bacterial phyla were particularly impacted by the temperature increase and the organic resource rarefaction. Finally, this thesis highlighted the difficulties met with the radiocarbon dating technique

Le but de ce travail est l'investigation structurale de la fraction lipides complexes presente dans les sols. La premiere partie de cette etude a concerne la matiere organique d'une tourbe acide qui tend a s'accumuler, et plus particulierement les lipides macromoleculaires, qui par opposition aux lipides simples ne sont pas directement analysables. Des methodes de degradation par pyrolyse et thermochimiolyse preparatives ont ete mises en oeuvre. Ces techniques rapides d'analyse evitent l'application successive de reactions de degradations chimiques selectives longues. Elles ont confirme le caractere aliphatique des lipides complexes. Elles ont mis en evidence un nombre important de composes constitutifs des macromolecules lipidiques, qui apparaissent formees de biopolymeres (herites de vegetaux ou de bacteries) et de chaines carbonees reticulees par des liaisons ether ou ester, composant ainsi une matrice complexe. Dans une deuxieme partie, la biodegradation de lipides traceurs (hydrocarbure, alcools et triglyceride) a ete suivie dans differents echantillons de sols, afin de mettre en evidence l'incorporation eventuelle de ces lipides ou molecules derivees, dans les lipides macromoleculaires. Parallelement, une etude de terrain a concerne le devenir de graisses presentes dans les effluents d'une industrie agro-alimentaire. La methode de thermochimiolyse analytique a fait apparaitre le transfert rapide, de lipides simples issus de l'effluent ou des molecules additionnees au sol, dans les lipides macromoleculaires. L'arret des epandages montre que cette incorporation est reversible. Ces travaux ont aussi montre que les echanges etaient plus lents entre les lipides simples et les acides humiques. Cette etude a permis de determiner les mecanismes de transformation et les modes d'incorporation, des differents composes xenobiotiques, dans les sols et confirme la necessite d'etudier les fractions complexes lorsqu'on souhaite etablir le bilan du carbone organique.

L'extraction par dioxyde de carbone supercritique est appliquée à la décontamination des sols pollués par des composés organiques. Nous avons abordé trois aspects du processus d'extraction: 1) Le calcul des solubilités des composés organiques dans les fluides supercritiques : nous proposons un modèle thermodynamique qui est basé sur la relation existant entre l'énergie libre de· Helmholtz des composés purs et l'énergie libre d'excès du mélange, à compacité constante. Les composés interviennent dans l'équation d'état du mélange avec des différentes équations d'état. Ce modèle a été appliqué dans le cas des équilibres solide-fluide et liquide-fluide. Une méthode de contribution de groupes a été développée afin de prédire les équilibres dans les mélanges hydrocarbure-dioxyde de carbone. 2) L'équilibre d'adsorption du biphényle dans le sol, en présence de C02 supercritique, a été étudié expérimentalement et représenté par le modèle réticulaire de Bragg Williams. Le modèle adopté permet le calcul de l'adsorption pour un ensemble de données température-pression-composition. 3) Pour l'étude de la cinétique d'extraction nous avons utilisé un sol contaminé artificiellement avec du biphényle. Dans le sol, le polluant est distribué entre une phase condensée et une phase adsorbée. Par conséquent, le modèle de l'extraction contient,un terme pour la cinétique de dissolution et un terme pour la cinétique de désorption. Les paramètres du modèle (constante cinétique de dissolution, coefficient global de transfert de masse sol - fluide, fraction du biphényle précipité présente dans le sol) ont été estimés par ajustement sur les données expérimentales d'extraction<br>Carbon dioxide super critical extraction is applied to the remediation of soils contaminated by organic compounds. We have studied three aspects of the extraction process: 1) The calculation of solubility of organic compounds in super critical fluids. W e proposed a thermodynamic model which is based on the relations existing between the Helmholtz energy of pure components and the excess Helmholtz energy in a mixing process at constant packing fraction. The components may intervene in the equation of state of the mixture with varied equations of state. This model was applied to solid-fluid and liquid-fluid equilibria. A group contribution method was developed for hydrocarbon-carbon dioxide mixtures. 2) The adsorption equilibrium of biphenyl in soil in the presence of super critical carbon dioxide was studied experimentally and represented with the Bragg Williams lattice model. The adapted model allows adsorption calculation for a given set of temperature-pressure-fluid composition 3) For the kinetic study of the extraction, we used a soil artificially contaminated with biphenyl. In the soil, the pollutant is distributed between a precipitated phase and an adsorbed phase. Thus, the extraction model contains a dissolution kinetic term and a desorption kinetic term. The model parameters (the dissolution rate coefficient, the overall mass transfer coefficient between soil particles and the fluid and the fraction of precipitated biphenyl from the total quantity in soil) was estimated by fitting with experimental extraction data