Amélioration de la chronologie des retombées initiales de radionucléides pour reconstruire les taux de redistribution de sol dans les bassins versants agricoles d’Amérique du Sud

Refining fallout radionuclide baseline data to recontruct soil redistribution rates in agricultural catchments of South America

• Auteur / Autrice : Pierre-Alexis Chaboche
• Direction : Olivier Evrard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Météorologie, océanographie, physique de l'environnement
• Date : Soutenance le 21/12/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences du climat et de l'environnement (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1998-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines (1991-....)
• Jury : Président / Présidente : Jérémy Jacob
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christine Alewell, Kristof Van Oost, Olivier Cerdan, Yuri Jacques Agra Bezerra Da Silva
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christine Alewell, Kristof Van Oost

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rio Grande do Sul (Brésil ; État)

Cartographie numérique des sols

Sédiments lacustres

Plutonium

Mots clés libres

Isotopes du plutonium

Érosion des sols

Brésil

Archives sédimentaires

Césium-137 (137Cs)

Cartographie digitale des sols

Plutonium isotopes

Soil erosion

Brazil

Sediment cores

Caesium-137 (137Cs)

Digital soil mapping

Résumé

La Révolution Verte des années 1960 a conduit à une augmentation significative des surfaces cultivées au détriment des écosystèmes naturels en Amérique du Sud. Cette mise en culture a accéléré les processus d’érosion des sols et de transport de particules fines à travers les paysages, menaçant la durabilité des systèmes agricoles et favorisant l’envasement des cours d’eau et des retenues des barrages hydroélectriques. Cependant, très peu de données sont disponibles à l’échelle de ce continent pour quantifier l’impact de ces phénomènes et promouvoir des stratégies de lutte efficaces visant à réduire les pertes en sol. Pour pallier ce manque de quantification, ce projet doctoral a synthétisé toutes les données relatives aux retombées de radionucléides artificiels (137Cs, plutonium) dans les sols, survenues en Amérique du Sud entre 1952 et 1980 suite aux essais nucléaires atmosphériques.Ces substances, qui marquent durablement les sols, permettent en effet d’établir a posteriori des « bilans » d’érosion et de dater les archives sédimentaires. Une spatialisation des inventaires de 137Cs dans les sols à l’échelle du sous-continent est proposée, ainsi qu’une stratégie d’échantillonnage pour améliorer cette carte à l’avenir. Ensuite, le potentiel de l’analyse du rapport isotopique 240Pu/239Pu dans les sols et sédiments pour affiner ces reconstructions temporelles est démontré. Enfin, en guise d’application, une nouvelle approche d’échantillonnage et d’analyse du 137Cs dans 80 profils de sol collectés à travers un bassin versant (800 km²) représentatif d’une région intensément cultivée du Brésil pour la période 1970-2020 est proposée, et ses limites sont discutées.

The Green Revolution of the 1960s led to a significant increase in cultivated land at the expense of natural ecosystems in South America. Consequently, soil erosion processes have rapidly increased, threatening the sustainability of agricultural systems and leading to the siltation of rivers and reservoir siltation. However, only limited information is available at the scale of this continent to quantify the impact of soil erosion and promote effective management strategies to reduce soil losses. To overcome this lack of data, this doctoral project synthesised all the data related to the artificial radionuclide fallout (137Cs, plutonium) in soils of South America between 1952 and 1980 following atmospheric nuclear weapon testing.Fallout radionuclides bound to fine-grained sediment are widely used to date sedimentary sequences and reconstruct soil redistribution rates a posteriori. A spatialization of 137Cs inventories in soils at the sub-continental scale of South America is proposed, as well as a sampling strategy to improve this map in the future. Then, the potential of 240Pu/239Pu atom ratio analyses in soils and sediment to refine these temporal reconstructions is demonstrated. Finally, as an application, a novel approach to sample and analyse 137Cs in 80 soil profiles collected across a representative 800-km² catchment of an intensively cultivated region of Brazil for the period 1970-2020 is proposed, and its limitations are discussed.