Letteratura scientifica selezionata sul tema "Sols – Teneur en dioxyde de carbone"

La matière organique (MO) est un élément important de la fertilité des sols cultivés. Les mesures de réflectance ont déjàété utilisées avec succès pour prédire la teneur en carbone organique (CO) des sols agricoles, soit au laboratoire surdes échantillons de sols séchés, soit directement au champ à l'aide de spectro-radiomètres de terrain ou grâce à desimages satellitaires. Cette étude propose une méthode de prédiction spatialisée du CO des sols, à partir d'imageriedrone. Une parcelle agricole de 13 ha « la Grande Borne », située dans la plaine de Versailles (78), a été suivie en avril2013, peu avant le semis alors qu'elle était encore en sol nu. Le drone AIRINOV® utilisé était équipé de la caméramultispectrale quadri-bande multiSPEC 4C® (550nm, 660nm, 735 nm et 790 nm) et évoluait à une altitude de 150 m.Vingt-trois placettes de contrôle au sol, réparties dans la parcelle, ont été délimitées par des cibles géolocaliséescentimétriquement par DGPS et ont fait l'objet de mesures synchrones au vol drone : mesures spectrales de terrain(ASD FieldSpec 3®), mesures de rugosité par une méthode photogrammétrique, prélèvements d'échantillons de solpour analyse de la composition chimique et de la teneur en eau. Les images obtenues d'une résolution de 15cm ont étégéoréférencées avec une précision infra-pixellaire. Les spectres de terrain ont été agrégés sur les bandes spectrales de2la multiSPEC® 4C afin de valider par régression linéaire la qualité des données de réflectance du drone. Les Robtenus, entre 0,8 et 0,9 selon les bandes, ainsi que l'erreur comprise entre 1 et 3% en réflectance, ont montrés lafiabilité du capteur multiSPEC 4C®. La teneur en CO a ensuite été estimée par régression des moindres carrés partiels(PLSR) à partir des mesures spectrales sur les 23 placettes. L'erreur quadratique moyenne de validation croisée(RMSECV) par la méthode LOO (Leave One Out) était de 1,97 g de CO par kg de sol. Un second modèle intégrant lacorrection des effets de l'humidité et de la rugosité sur la réflectance, a permis d'améliorer la qualité de la prédiction de18% avec une RMSECV de 1,61 g/kg. Le modèle a enfin été spatialisé sous SIG et comparé à de simples interpolationsspatiales des analyses de sol.

L’agriculture climato-intelligente (Climate Smart Agriculture) vise à lutter contre le changement climatique et à s’y adapter tout en combattant l’insécurité alimentaire. À Madagascar, différentes pratiques agricoles ont été testées depuis une vingtaine d’années par des organisations non gouvernementales et des institutions de recherche afin d’accroître les rendements, maintenir la fertilité des sols et augmenter les revenus des ménages. Ces pratiques sont l’agriculture de conservation, l’agroforesterie et l’utilisation d’intrants ou d’amendements organiques comme le compost ou le fumier. Cette étude a pour objet de documenter les impacts de quelques pratiques d’agriculture climato-intelligente sur le stockage du carbone dans le sol. Les résultats montrent que le stock de carbone des sols varie fortement d’une pratique à l’autre. Pour l’agriculture de conservation, la différence de stock varie de 0 à 1,82 Mg C ha−1 an−1par rapport à la pratique traditionnelle (labour et exportation des résidus). Pour l’agroforesterie, la différence de stock entre des systèmes rizicoles sous girofliers et des pratiques de riziculture sur brûlis est de 0,68 Mg C ha−1 an−1. L’utilisation d’apports organiques comme le fumier, le compost ou les déchets urbains a induit des augmentations de carbone du sol de 0,16, 0,81 et 0,42 Mg C ha−1 an−1, mais les effets de ces apports organiques ne sont pas significatifs du fait de la très grande variabilité inter-parcellaire des stocks mesurés. Les pratiques d’agriculture climato-intelligente permettent ainsi d’augmenter la teneur en carbone du sol et ont donc des potentiels d’atténuation du changement climatique, mais ce potentiel est très variable selon la pratique considérée. Un éventuel impact à l’échelle du pays dépendra de l’étendue de l’adoption de ces différentes pratiques.

Les systèmes agricoles basés sur des matériaux à haute énergie d'entrée (matières fossiles) tels que les engrais chimiques et les pesticides peuvent endommager les propriétés du sol et finiront par réduire la productivité du sol à l'avenir. On pense que les systèmes agricoles alternatifs qui utilisent une faible énergie d'entrée (faible apport d'énergie) peuvent maintenir la fertilité des sols et la durabilité environnementale tout en maintenant ou en augmentant la productivité des sols. Les systèmes d'agriculture biologique privilégient l'utilisation de matières organiques et le recyclage des déchets. Cette recherche révèle comment des changements ont eu lieu dans les propriétés physiques et chimiques des sols qui ont pratiqué plusieurs fois des systèmes d'agriculture biologique. L'étude utilise une méthode d'échantillonnage sur les terres des agriculteurs qui a été étudiée pour traiter les systèmes d'agriculture biologique et non biologique. Deux échantillons de sol ont été prélevés à 2 endroits différents pour représenter les systèmes d'agriculture biologique et 4 échantillons de sol ont été prélevés à 4 endroits différents représentant des systèmes d'agriculture non biologique. L'échantillonnage du sol a été effectué à une profondeur de 20 cm. Les résultats ont montré des différences significatives dans les propriétés chimiques du sol (CEC, pH H2O, P disponible, K disponible, N total, teneur en carbone, acide humique et fulfat) entre le sol avec des systèmes agricoles biologiques et inorganiques qui ont montré de meilleures valeurs dans le système agricole biologique

Les écosystèmes forestiers jouent un grand rôle face au réchauffement climatique grâce aux réservoirs importants de carbone organique (C) de leurs compartiments (aérien, racinaire, litière et sol). En ce qui concerne l'utilisation des terres, les changements d'affectation des terres et la foresterie, des mesures précises des stocks de C dans ces compartiments sont recommandées. Dans ce sens, la capacité de fixation de C des taillis d'eucalyptus (20 à 111 ans) des Hautes Terres centrales malgaches dans ces compartiments a été étudiée, en comparaison avec d'autres modes d'usage des terres (pseudo-steppe, rotation culture/jachère). Des mesures destructives de biomasses et des prélèvements de sols ont été effectués, suivis par le développement d'équations allométriques et des analyses en laboratoire (détermination de la teneur en carbone, étude isotopique). Tous âges confondus, la pratique de taillis d'eucalyptus présente le plus grand stock de C (150,8 ± 25,3 Mg C/ha face à 112 ± 15 et 72,3 ± 9,9 Mg C/hapour la pseudo-steppe et la rotation culture/jachère respectivement). Pour tous les modes d'usage, c'est le compartiment sol qui constitue le principal réservoir de C avec 56% pour l'eucalyptus et plus de 96 % pour les autres modes. Mais ce sont essentiellement la souche et les racines lignifiées qui rendent ces plantations d'eucalyptus plus efficaces que les autres modes d'usage (44 Mg C/ha pour l'eucalyptus face à 2 Mg C/ha) en termes de stockage de C. D'après l'étude isotopique, le C dérivé de l'eucalyptus dans le sol ne domine toutefois qu'en surface, probablement en raison de la gestion en taillis. Cependant, d'autres facteurs, à part la durée de plantation, comme l'altitude et la morphopédologie sont à considérer pour comprendre la dynamique des stocks de C mesurés. (Résumé d'auteur)

De nos jours, la carence en fertilité des sols est un problème très répandu dans la plupart des pays subsahariens. G. sepium a été testé en association avec le cotonnier, le maïs et le sorgho afin de développer les meilleures pratiques dans deux stations de recherche et en milieu paysan dans les zones soudaniennes et soudano-guinéenne du Mali. L'objectif de cette étude était de développer, avec les producteurs participants, une technologie agro-forestière basée sur le Gliricidia sepium dans le système de culture en couloir. Le dispositif expérimental utilisé a été le Split plot à quatre répétitions. Le pH, le carbone organique du sol et l'azote ont été analysé dans des échantillons de sol de 0 à 20 cm de profondeur prélevés en 2016 au début de l'expérience et en 2018. Les rendements grains moyens de coton, de maïs et de sorgho associés au G. sepium étaient respectivement de 812, 1457 et 1377 kg.ha-1, alors qu'ils étaient significativement plus faibles sans G. sepium, avec 623, 1014 et 807 kg.ha-1 respectivement. Pendant la troisième année suivant la plantation de G. sepium, la teneur en carbone organique et en azote total du sol a augmenté de 5% dans les sols situés entre les allées. Le G. sepium en association avec les cultures a le potentiel d'améliorer leurs rendements et le sol.Mots clés : Carbone organique, azote, rendements, zones soudanienne et soudano-guinéenne, Mali English Title: Evaluation of Gliricidia sepium (Jacq.) Kunth ex. Walp effect on soil fertility, yields of cotton, maize and sorghum Nowdays, soil fertility deficiency is a widespread issue in most Sub-Saharian countries specially where the application of less input is the common agricultural practices. Thus the legume plant, G. sepium was established with cotton, maize and sorghum to develop best practices for increasing crop yield and soil fertility at two research stations and farming environment in the Sudanian and Sudano-Guinean zones of Mali. The objective of this study was to develop an agroforestry technology with farmers based on Gliricidia sepium in alley cropping system. The experimental design was Split plot with four replications. Soil pH, soil organic carbon and nitrogen were analyzed from 0-20 cm deep soil samples taken in 2016 at the beginning of the experiment and in 2018. Mean grain yields of cotton, maize and sorghum associated with G. sepium were 812, 1457 and 1377 kg.ha-1, respectively, while they were significantly lower without G. sepium with 623, 1014 and 807 kg.ha-1 as respectively cotton, maize and sorghum yield. In the third year after planting G. sepium, the soil organic carbon and total nitrogen content increased by 5% between the alleys. G. sepium in association with crops has the potential to improve crop yields and soil fertility.Keywords: Gliricidia sepium, organic carbon, nitrogen, yields, Mali.

D’après une étude menée par Institut Togolais de la Recherche Agronomiques en 2018, 300 mille tonnes de tiges de cotonniers sont produites au Togo mais ne sont pas valorisées. Ces résidus agricoles constituent un encombrement pour les espaces cultivables et voire un risque environnemental lorsqu’ils sont brûlés. L’objectif de ce travail était de valoriser les tiges de cotonniers en les transformant en biochar pour l’amendement des sols cultivables. Le biochar obtenu dans ce travail est élaboré en mettant les tiges de coton dans un réacteur artisanal pendant 3 heures. L’échantillon a été constitué en rendant en poudre le biochar élaboré. Les paramètres physicochimiques permettant d’apprécier la qualité du matériau élaboré ont été déterminés avec des méthodes normées. Les résultats révèlent la teneur en matière organique de 82% et 47,67% en carbone organique. Le pH obtenu était basique dans l’ordre de 10,14. Ce paramètre permettra de corrigé le pH des sols acides. L’analyse au spectrophotomètre d’absorption atomique a permis de trouver les teneurs suivantes : l’azote 1324,25 mg/kg ; le potassium 1054,05 mg/kg ; le magnésium 892,87 mg/kg ; le calcium 2647,64 mg/kg et l’azote 622,47 mg/kg. La présence de ces éléments dans le biochar servira d’apport minéraux au plantes. On note la présence de quelques éléments traces métalliques dans le biochar tels que Cu (1,54 ± 0,33 mg/kg) ; Ni (0,16 ± 0,28 mg/kg) ; Pb (0,34 ± 0,20 mg/kg) et Fe (128,79 ± 17,31 mg/kg). Les teneurs des éléments traces métalliques étaient inférieurs aux normes en vigueur. En se basant sur les paramètres analytiques, le biochar élaboré présente de bonnes caractéristiques pour un amendement dans les sols agricoles. English title: Artisanal production of biochar from Togo cotton stems : analysis of its quality for use in organic soil improvers According to a study conducted by the Togolese Institute of Agronomic Research in 2018, 300 thousand tons of cotton stems are produced in Togo but are not valorized. These agricultural residues constitute a congestion for cultivable areas and even an environmental risk when burned. The aim of this work is to valorize cotton stems by into biochar that could be used in agriculture for soils improvement. The biochar obtained in this work was made after carbonization in a homemade reactor for 3 hours. The sample was formed by powdering the biochar prepared. The physico-chemical parameters for assessing the quality of the material developed were determined using standardized methods. The results reveal the organic matter content of 82% and 47.67% organic carbon. The pH obtained was alkaline in the order of 10.14. Analysis with an atomic absorption spectrophotometer revealed the following contents: nitrogen 1324.25 mg/kg; potassium 1054.05 mg/kg; magnesium 892.87 mg/kg; calcium 2647.64 mg/kg and nitrogen 622.47 mg/kg. We noticed the presence of some metallic trace elements in biochar such as Cu (1.54 ± 0.33 mg / kg); Ni (0.16 ± 0.28 mg/kg); Pb (0.34 ± 0.20 mg/kg) and Fe (128.79 ± 17.31 mg/kg). The contents of metallic trace elements were lower than the standards in values. The prepared biochar has good characteristics for improvement of soils.

Description du sujet. Cet article traite de l’amélioration de la productivité des sols sableux de Kinshasa (RDC) par le recours aux intrants locaux en complément à la fertilisation minérale. Objectifs. Évaluer l’effet d’un apport de charbon de bois broyé (biochar) et de feuilles de Tithonia diversifolia sur les propriétés du sol et la performance de la culture de maïs. Méthode. Cinq traitements et un témoin : T0 (Témoin), T1 (N120 P141 K134), T2 ([N60 P71 K67] + 30 t·ha-1 biochar), T3 ([N60 P71 K67] + 8 t·ha-1 T. diversifolia), T4 ([N120 P141 K134] + 30 t·ha-1 biochar), T5 (N160 P188 K179) ont été répétés quatre fois dans un dispositif en blocs complets randomisés. Des analyses physiques et chimiques ont été effectuées sur le sol, les feuilles de T. diversifolia et la biomasse du maïs. Résultats. Le biochar et les feuilles de T. diversifolia combinés à l’engrais minéral ont augmenté la teneur en carbone, en potassium et la CEC du sol ainsi que le rendement en grains, les exportations et le coefficient apparent d’utilisation des éléments minéraux par la culture de maïs. Les traitements au biochar ont réduit l’acidité et la saturation en aluminium et augmenté la disponibilité du phosphore du sol. Au regard de l’indice d’acceptabilité, les T3 (IA = 3,06), T4 (IA = 2,92) et T2 (IA = 2,14) peuvent être acceptés facilement par les agriculteurs. Conclusions. Il est possible d’améliorer la productivité des sols sableux de Kinshasa par l’usage du biochar et de feuilles de T. diversifolia en complément à la fertilisation minérale.

Description du sujet. La concentration en nitrate dans la moitié des masses d’eau souterraine de la région wallonne (Belgique) a justifié le classement de celles-ci en zone vulnérable, en application de la Directive Nitrates (DN). Cette zone vulnérable présente une diversité de contextes agro-pédologiques. Ainsi, le contenu en azote des sols agricoles peut localement varier d’un facteur 4. Objectifs. L’étude consiste à établir si la teneur en carbone organique total (COT) d’un sol constitue un facteur de risque significatif quant à la lixiviation du nitrate vers les eaux souterraines. Méthode. L’article s’appuie sur des mesures COT et de reliquat d’azote nitrique dans le sol en début de période de lixiviation (APL – Azote Potentiellement Lessivable), réalisées en 2012 dans 1 500 parcelles lors d’un contrôle organisé en application du Programme de Gestion Durable de l’Azote, transposition de la DN en région wallonne. Résultats. L’examen des résultats illustre d’une part que l’APL est positivement corrélé au COT et que les parcelles qualifiées de « non conformes » présentent une concentration moyenne en COT significativement supérieure aux autres résultats. Conclusions. L’APL étant un indicateur environnemental du risque de lixiviation du nitrate, il apparait que le contenu COT est généralement de nature à constituer un risque de contamination des eaux souterraines par le nitrate. Il convient dès lors d’une part, d’améliorer la prise en compte de ce paramètre dans les conseils de fertilisation azotée et, d’autre part, dans le cas de récolte estivale, de gérer au mieux le sol par une mise en place efficiente de cultures pièges à nitrate.

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
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 de recherche s'inscrit dans le prolongement de différentes études conduites notamment dans le cadre du pilote de Capture Transport et Stockage du CO₂ (pilote Total CCS, Lacq- Rousse, France) relatives au suivi des mécanismes de transfert des gaz (CO₂ et CH₄) dans les compartiments Géosphère/Biosphère/Atmosphère. De ces études, il était ressorti que l'évolution de la fraction molaire de CO₂ (χc) dans le sous-sol karstique du plateau du Jurançon était négativement corrélée aux battements de la nappe phréatique située à -45m via des mécanismes de dissolution/dégazage. Cependant, il n'est pas encore clair si cette relation existe dans l'écosystème forestier, qui représente importante de l'échange de CO₂ atmosphérique. Dans ce contexte, cette thèse se concentre sur la surveillance des échanges gazeux et de leurs processus de transport au sein de la zone critique, entre le sous-sol (-6 m), le sol (-1 m) et le couvert végétal (+50m). Nous avons développé et mis en place un système de surveillance géochimique in situ en puits dédiés pour le suivi continu de la fraction molaire de CO₂ dans le sous-sol et le sol couplé à un système de surveillance micrométéorologique utilisant une tour de flux préétablie dans l'écosystème forestier (Montiers, Région Lorraine, France). Au cours des périodes d'étude allant de Juin 2018 à Décembre 2020, l'écosystème a agi comme un puits de carbone net avec une moyenne annuelle des paramètres d’échange d'écosystème net (NEE), de productivité primaire brute (GPP) et de respiration de l'écosystème (Reco) de -453±122 gC m-2y-1, -1468 ±109 gC m-2y-1, et 1052 ±88 gC m-2y-1 respectivement. L’échange de carbone, les données météorologiques et les facteurs environnementaux durant les épisodes de sécheresse ont été comparés aux données de référence à long terme enregistrées durant les années allant de 2014 à 2017. Contrairement à certaines recherches précédentes où les paramètres NEE et Reco ont diminué parallèlement pendant les épisodes de sécheresse, les données enregistrées sur site ont montré que le paramètre Reco est plus sensible à la sécheresse que le paramètre NEE, ce qui a entraîné une augmentation significative de l'échange net au sein de l'écosystème. Ainsi, durant les périodes de sécheresses d’été et d’automne (2018-2019), le paramètre de respiration de l’écosystème (Reco) a diminué de 20 %, et 26 % par rapport aux années de référence (2014-2017). Les traitement statistique des données comparées sous-sol/sol/couvert végétal, montre des preuves empiriques solides que la turbulence du vent, mesurée au travers du paramètre de vitesse de frottement (u*) joue un rôle important dans la variabilité des concentrations de CO₂ dans les sols même jusqu’à des profondeurs de -6m, ce qui n’avait jamais été établi. Nous supposons que cela pourrait être dû aux effets de pompage de la pression qui diminue la fraction molaire de CO₂ dans le sol lors de fortes turbulences et augmente le stock age du CO₂ dans les sols profonds lors de faibles turbulences. Cette étude a aussi démontre le rôle de l’hydrométrie du sol sur ces processus d’échanges. En effet, en périodes humides, la perméabilité est considérablement réduite ce qui diminue la diffusion et l'advection moléculaires. Cette étude a également révélé une forte influence biotique sur la production de CO₂. Les valeurs de δ¹³CCO₂ dans le sous-sol de notre site peuvent être attribuées à la respiration et à la décomposition des plantes en C3. Ces origines biologiques du CO₂ du sol entraine très probablement des augmentations de la densité de l'air ce qui conduit à faire migrer le CO₂ stocké vers les couches plus profondes du sol par le biais d’un mécanisme de percolation gravitationnelle. La relation des gaz du sous-sol souligne également que les composants biogéniques dominent les origines et le processus de contrôle du CO₂ du sous-sol alors que le processus géochimique joue un rôle insignifiant
This study is a continuation of our previous geochemical monitoring finding at the injection wells of Rousse 1 ( Total CCS pilot, Lacq- Rousse, France) where it was identified that the soil CO₂ mole fraction (χc) evolution in subsoil was negatively correlated with the level of the water table and the CO₂ sources were attributed to the CO₂-rich aquifers. However, it is still unclear whether this relationship exists in the forest ecosystem, representing a significant proportion of the CO₂ atmospheric budget. For this reason, this thesis focuses on monitoring the gas exchange and its main driver of the transport process between soil (-1 m), subsoil (-6 m), and biosphere. We developed and implemented an in-situ geochemical monitoring system for continuous monitoring of CO₂ mole fraction in the subsoil coupled with a micrometeorological monitoring system using a pre-established flux tower in the forest Ecosystem (Montiers, Lorraine Region, France). This soil gas measurement infrastructure combining borehole measurement with micrometeorological measurement offers great possibilities for long-term in-situ and continuous gas monitoring to derive the vertical distribution of CO₂. Thus, this infrastructure allowed the observation of the temporal dynamics in soil-gas CO₂ research. During the study periods, the ecosystem acted as a net carbon sink with a mean annual NEE, GPP, and Reco of -453±122 gC m-2y-1, -1468 ±109 gC m-2y-1, and 1052 ±88 gC m-2y-1 consecutively. The Carbon exchange, climate, and environmental drivers during the drought episodes were compared with long-term reference data recorded from 2014 to 2017. In contrast with some previous research where GPP and Reco parallelly decreased during the drought episodes, our site showed Reco is more sensitive to drought than GPP, resulting in a significant increase in Net Ecosystem exchange. Reco decreased by 20%, and 26% were found in Summer and Autumn (2018-2019) relative to the ref erence years (2014-2017). This study shows strong empirical shreds of evidence that wind turbulence plays a significant role in driving the deep soil CO₂ concentration. We hypothesize that this could be due to pressure pumping effects where it decreases the CO₂ molar fraction in the soil during high turbulence and increasing the CO₂ storage in deep soil during low turbulence. This study also demonstrates that permeability significantly reduced during wet periods diminishing molecular diffusion and advection. This study also revealed a strong biotic influence on CO₂ production. The δ¹³CCO₂ values in our site subsoil can be attributed to respiration and decomposition of the C3 plants. These biological origins of soil CO₂ are highly likely increases air density resulting in gravitational percolation that leads the CO₂ stored in a deeper layer of soil. The relationship of subsoil gases also emphasizes that biogenic components dominate the origins and controlling process of subsoil CO₂ while the geochemical process plays an insignificant role

Dans le contexte actuel des enjeux environnementaux, des stratégies innovantes d’amendement organique peuvent être utilisées afin d’améliorer les propriétés agronomiques du sol, tout en augmentant la séquestration du carbone (C) dans le sol. La combinaison de biochar hautement stable avec du compost, matériau riche en nutriments et contenant du C labile, pourrait être une de ces stratégies, dans un contexte d’économie circulaire. L’objectif de la thèse était d’étudier l’existence d’interactions entre biochar et compost et le cas échéant, de déterminer les mécanismes responsables de leurs effets sur la dynamique du C et de l’azote, ainsi que sur les plantes, à différentes échelles de temps. Pour ce faire, nous avons réalisé des expériences au laboratoire et au champ et analysé les stabilités thermiques et biologiques. La stabilité thermique du biochar a été affectée par les interactions biochar-compost, survenant dès leur mélange. L’altération artificielle a induit des changements sur la stabilité biologique des deux composants. Dans les conditions au champ, les processus induits par les interactions biochar-compost n’ont pas impacté significativement la dynamique du C des mélanges, contrairement à leurs effets sur la friabilité du biochar et la dynamique de l’azote. En conclusion, les interactions entre biochar et compost peuvent se produire à différentes échelles de temps et affecter significativement les propriétés des matériaux ainsi que leur performance en tant qu’amendement organique
In the context of global challenge, innovative organic amendment strategies could be used to improve soil agronomic properties in addition to increasing carbon (C) sequestration in soil. The combination of highly stable biochar with compost, a nutrient-rich material containing labile C, may be a solution to improve C sequestration while enhancing soil fertility in the context of a circular economy. Aim of the thesis was to examine if there are biochar-compost interactions and if yes, what are the mechanisms determining their effect on C and nitrogen (N) dynamics and plant growth, at different time scales. To this end we used laboratory and field experiments and analyzed for biological and thermal stability. The thermal stability of biochar was affected by biocharcompost interactions, which may already occur during their blending. Artificial weathering influenced the biological stability of both materials. Under field conditions, these processes did not significantly influence the carbon dynamics of the mixture, while biochar friability and N dynamics were affected by biochar-compost interactions. We conclude that biochar and compost interactions may occur at different time scales and affect their material properties and performance as soil amendment

Ce travail vise à évaluer les performances de matériaux à base de silice et à rationaliser leur synthèse en fonction des propriétés d’adsorption recherchées (capacité et/ou sélectivité) en combinant des approches expérimentales et la modélisation de dynamique moléculaire. Ces matériaux devaient idéalement présenter une capacité d’adsorption CO2 mais également une sélectivité CO2 /CH4 élevées. Les différentes étapes de ce travail ont été :- la synthèse et la fonctionnalisation des matériaux de silice,- leur caractérisation texturale et chimique,- la détermination des capacités d’adsorption du CO2, de leur sélectivité CO2/CH 4 ,- les caractérisations par différentes techniques spectroscopiques et microscopiques des échantillons pour essayer de localiser l’adsorption du CO2 et mesurer sa mobilité,- l’identification microscopique par modélisation moléculaire des facteurs physico-chimiques influant sur l’adsorption préférentielle du CO2 et sa diffusivité dans le matériau hôte ainsi que sur le rôle du caractère hydrophile/hydrophobe du matériau de silice par le biais de sa fonctionnalisation.Ces objectifs ont nécessité la préparation de matériaux à surfaces spécifiques élevées par le biais d’un procédé sol-gel simple. Ces matériaux ont été modifiés afin d’obtenir un taux de fonctionnalisation par des groupements -CH3 suffisant pour modifier le caractère hydrophile du matériaux tout en conservant une surface spécifique suffisante. L’influence de la taille des pores a également été sondée.Les capacités d’adsorption des gaz sous pression ont été réalisées pour les gaz purs mais également sur des mélanges CO2/CH4 dans différentes proportions. La sélectivité CH 4 /CO 2 , souvent estimée à partir des isothermes des corps purs et/ou la méthode IAST, a dans ce cas été déterminée à partir de la mesure directe des isothermes des mélanges de gaz. Il est apparu que l’eau joue un rôle crucial sur les capacité et sélectivités d’adsorption. Ce paramètre est l’un de ceux qui a été étudié à travers les simulations de dynamiques moléculaires. L’influence de l’introduction de groupements hydrophobes a également été exploré.Les résultats obtenus par dynamique moléculaire sont dans l’ensemble en bon accord avec les données expérimentales. Ces deux approches parallèles expérience/théorie ont mis en évidence la sélectivité de l’un des matériaux pour des applications où l’effluent gazeux est peu chargé en CO 2
This work aims to evaluate the performance of silica-based materials and to rationalize their synthesis according to their desired adsorption properties (capacity and/or selectivity) by combining experimental approaches and the management of the molecular animal. These materials are ideally suited for CO2 adsorption capacity but also CO2/ CH4 selectivity. The different stages of this work were:- the synthesis and functionalization of the silica materials,- their textural and chemical characterization,- the determination of CO2 adsorption capacities, of their CO2/ CH4 selectivity.- the characterizations by various spectroscopic and microscopic techniques of tests to try to locate the adsorption of CO2 and to measure its mobility,- microscopic identification by the factor of physic-Factors influence the preferential adsorption of CO2 and its diffusivity in the role of hydrophilic / hydrophobic character in silica by functional.These objectives required the preparation of high specific surface materials through a simple sol-gel process. These materials have been modified in order to obtain a degree of functionalization with -CH3 groups sufficient to modify the hydrophilic nature of the material while maintaining a sufficient specific surface area. The influence of pore size was also probed.The adsorption capacities of the gases under pressure were carried out for pure gases but also on CO2/ CH4 mixtures in different proportions. The CH4/ CO2 selectivity, often estimated from the pure body isotherms and / or the IAST method, was in this case determined from the direct measurement of the isotherms of the gas mixtures. It has become apparent that water plays a crucial role in adsorption capacity and selectivity. This parameter is one of those studied through molecular dynamics simulations. The influence of the introduction of hydrophobic groups has also been explored.The results obtained by molecular dynamics are on the whole in good agreement with the experimental data. These two parallel experience / theory approaches have highlighted the selectivity of one of the materials for applications where the gaseous effluent is little loaded with CO2

Les associations organo-minérales jouent un rôle prépondérant dans la séquestration à long terme des matières organiques des sols forestiers, mais les contributions des différents types d’association organo-minérale à la stabilisation, ainsi que les processus microbiens qui en sont responsables, restent mal connus. Pour y remédier, des techniques de traçage isotopique ont été combinées à la séparation densitométrique séquentielle des associations organo-minérales. Ces dernières ont été investiguées in et ex situ, à différentes échelles spatiales (macroscopique, submicrométrique et moléculaire) et temporelles (de 8 heures à 12 ans).Quatre types d’association organo-minérale ont été distingués : les débris végétaux associés à quelques rares minéraux, les agrégats végétaux, les agrégats microbiens et les grains minéraux. Le traçage isotopique du carbone et de l’azote dérivés des litières de feuilles a mis en évidence, à l’échelle de la décennie, des transferts entre les différentes associations organo-minérales. Tous deux entrent dans le sol sous forme de fragments végétaux, puis migrent progressivement vers les agrégats végétaux et microbiens. Les agrégats apparaissent pertinents pour la stabilisation du carbone et de l’azote à l’échelle décennale. Une petite fraction du carbone et de l’azote apparaît rapidement stabilisée dans les grains minéraux denses. Nos observations du devenir du 15N indiquent que l’activité des microorganismes du sol est responsable de ces transferts. Les fragments de feuilles colonisés par les microorganismes sont progressivement incorporés dans les agrégats végétaux. A mesure que la décomposition se poursuit, les agrégats végétaux se disloquent pour former des agrégats plus stables, plus pauvres en matières organiques, plus enrichis en produits microbiens et plus compacts : les agrégats microbiens. La stabilisation microbienne a été étudiée aux échelles macroscopique, submicrométrique et moléculaire, principalement par NanoSIMS et LC-IRMS. Elle opère (i) directement par immobilisation dans les cellules microbiennes et (ii) indirectement via une abondante production de métabolites extracellulaires. La calibration des C/N obtenus par NanoSIMS a permis de déterminer qu’ils sont stabilisés dans les associations organo-minérales sans contrôle apparent de la chimie des matières organiques. L’incorporation du 13C dans les sucres aminés, biomarqueurs des biomasses bactériennes et fongiques, indique que les microorganismes vivants croissent où la ressource se trouve. Ils s’accumulent dans les agrégats microbiens via les processus de transfert précédemment évoqués. Ce travail souligne l’importance des agrégats pour la séquestration du carbone et de l’azote dérivés des litières à l’échelle de la décennie. Il met également en évidence le rôle des microorganismes dans les transferts et la stabilisation du carbone et de l’azote dérivés des feuilles au sein d’associations organo-minérales
Organo-mineral associations play a key role in the long-term sequestration of organic matter in forest soils. However, knowledge about the contribution of the different types of organo-mineral associations and the microbial processes involved in soil organic matter stabilisation is scant. To solve it, stable isotope techniques have been combined with the sequential density fractionation of organo-mineral associations. Isolated fractions were investigated in field and in lab, at different temporal (from 8 hours to 12 years) and spatial scales (macro-, submicron- and molecular scales).Four types of organo-mineral associations were distinguished: plant debris with little mineral attached, plant aggregates, microbial aggregates and mineral grains. Isotopically labeled beech leaf litters were tracked at a decadal time-scale to reveal transfers in between organo-mineral associations. Both litter-derived carbon and nitrogen entered the soil as plant fragments to progressively pass through plant and microbial aggregates. Aggregates appeared particularly meaningful for the stabilisation of litter-derived carbon and nitrogen at a decadal time-scale. Little of the litter-derived carbon and nitrogen was found quickly stabilized to mineral grains. Microbial activities appeared as a major controlling factor for the evolvement of organo-mineral associations, responsive for the transfers of litter-derived carbon and nitrogen. Indeed, plant debris colonized by microorganisms are progressively trapped into plant aggregates. As decomposition proceeds, plant aggregates disrupt into denser microbial aggregates. These aggregates are loaded with lesser organic matter, but enriched in stable microbial materials.Stabilisation by soil microorganisms has been studied at the macro-, submicronand molecular- scales, using mostly NanoSIMS and LC-IRMS. Microbial stabilization operated (i) directly through immobilization in microbial cells and, (ii) indirectly through large production of extracellular microbial products. By calibrating the NanoSIMS for accurate C/N ratios, extracellular microbial products have been shown to be stabilized onto organo-mineral associations without apparent control of the mineral-attached organic matter chemistry. The incorporation of 13C tracers into amino sugars, biomarkers of bacterial and fungal biomasses, revealed that living microorganisms grow where the resource is, but accumulate in microbial aggregates. Microbial biomasses moved from plant debris to microbial aggregates, likely along with the transfers of decaying litter residues as described above.This work points aggregates as meaningful organo-mineral associations for the sequestration of litter-derived carbon and nitrogen at the decadal time-scale. It also revealed the role of microorganisms in the transfers and stabilization of litterderived carbon and nitrogen within organo-mineral associations

Ces travaux apportent une contribution supplémentaire sur l’étude de la capture postcombustion du CO2 par les techniques membranaires. L’étude du comportement perméamétrique de copolymères commerciaux Pebax® ainsi que l’analyse de membranes composites par modélisation des procédés de séparation gazeuse y sont présentées. L’objectif du travail était de modifier de façon simple le meilleur Pebax® en vue de la séparation CO2/N2. Il était ensuite envisagé de réaliser une membrane composite constituée d’une couche fine de Pebax® reposant sur un support poreux et d’analyser les performances de cette membrane dans le cas d’une capture du CO2 d’un point de vue plus industriel. Le mélange du Pebax® 1657 avec du polyéthylène glycol donne PCO2=127,9 Barrers et alphaCO2/N2=79,9. Les simulations numériques basées sur un séparateur crossflow montrent que les procédés membranaires pourraient être utilisés dans la capture du CO2 sous certaines conditions de concentration en CO2, de température et de pression
The present work brings an other point of view concerning the CO2 separation from flue gases by using membrane technology. The study of the permeation properties of the commercial copolymers Pebax® as well as the analysis of the gas separation performances of composite membranes by means of mathematical modelling are presented. The aim was to modified the best Pebax® grade with a simple technique to improve the material properties for CO2/N2 separation. Composite membranes made of a thin layer of Pebax® supported by a porous substrate were next designed and analysed. Potential performances concerning CO2 postcombustion capture were calculated. The blend of Pebax® 1657 with polyethylene glycol gives PCO2 = 127. 9 Barrers and alphaCO2/N2 = 79. 9. Modellings based on a crossflow permeator showed that the membrane process could be competitive for CO2 postcombustion capture under certain operating conditions (CO2 concentration, pressure and temperature)

La caractérisation des particularités des boues de station d'épuration des eaux et la problématique agro-économique et environnementale liée à leur élimination, ont constitué les motivations principales de ce travail. La première partie de ce travail est destinée à mesurer la qualité du carbone des boues, à évaluer sa vitesse de dégradation et à établir des relations entre la qualité de la matière organique et sa dégradation afin d'expliquer et de prévoir le comportement du carbone des boues dans deux sols fréquemment répandus dans la région du Midi-Pyrénées. Dans une seconde partie, la vitesse de minéralisation de l'azote des boues a été déterminée, ainsi que son potentiel de volatilisation. Afin de conclure l'étude sur le carbone et l'azote, l'effet de la taille des particules sur la dynamique de dégradation a été évalué. [. . . ]

De la paille de ble mature marquee au 14c et au n15 a ete incubee durant deux ans, a temperature et humidite controlees, dans deux types de sol. Sur la moitie de chaque type de sol, douze cultures successives de ble ont ete realisees, pendant que l'autre moitie a ete maintenue sans plante dans les memes conditions. Durant les stades initiaux de decomposition rapide du materiel vegetal, la presence de racines a legerement reduit la mineralisation du carbone. Par contre, durant les stades ulterieurs, lorsque le materiel labile avait disparu, la presence de racines a provoque un surcroit de mineralisation du carbone marque et du carbone natif du sol. La dynamique de la biomasse microbienne est caracterisee par un developpement rapide en reponse a l'existence de substrats facilement mineralisables. Durant les stades de forte activite biologique du sol, la presence de plantes a ralenti provisoirement l'evolution de la biomasse microbienne. Apres epuisement du substrat labile, la biomasse microbienne en absence de plante a ete diminuee d'un facteur de 3 a 4, tandis que, en presence de plantes, les composes rhizodeposes lui permettent de se maintenir a un niveau eleve. Cette biomasse rhizospherique a provoque la mineralisation des composes humifies relativement stables du sol. Ainsi, un surcroit de mobilisation de n d'origine native du sol a ete constate dans le sol avec plantes par rapport au sol nu

Le travail a porte sur l'etude de l'effet de la qualite biochimique et de la teneur en azote des residus issus de cultures de colza sur les flux de carbone et d'azote impliques au cours de leur decomposition dans le sol. L'etude a tout d'abord permis d'evaluer la pertinence de methodes proximales (fractionnement van soest, pyroanalyse a programmation de temperature) et spectroscopiques (infrarouge a transformee de fourier, rmn) pour definir la composition biochimique des residus ou suivre son evolution au cours de la decomposition dans le sol. Des relations statistiques ont ensuite ete etablies entre le devenir du carbone et de l'azote de differents residus de cultures (plantes entieres ou des organes issus de colza, luzerne, pois, soja, orge, ble et mais) et leurs caracteristiques biochimiques (teneurs en azote organique, carbone soluble a l'eau a 20\c et polyphenols solubles ; fractions composes solubles, cellulose, hemicelluloses et lignine definies par la methode van soest). L'influence de la qualite et celle de la teneur en azote des residus vegetaux sur ces flux nets d'azote ont ete explicitees par la quantification des processus bruts d'organisation et de mineralisation de l'azote en utilisant un marquage isotopique des residus au carbone 13 et a l'azote 15. Enfin, la decomposition de residus de colza a ete etudiee au champ au moyen de 2 dispositifs experimentaux (parcelles et cylindres remplis de sol remanie implantes dans le sol) en utilisant une approche couplee des dynamiques du carbone et de l'azote.

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
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