Caractérisations du carbone organique et inorganique dans les sols calcaires

Characterizations of organic and inorganic carbon in calcareous soils

• Auteur / Autrice : Joséphine Hazera
• Direction : Tiphaine Chevallier
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : EFSA-Sciences Agronomiques
• Date : Inscription en doctorat le 01/12/2021
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : EcoSols - Ecologie fonctionnelle et biochimie des sols

Mots clés

Mots clés libres

Science du sol

Analyse thermique

Séquestration de C

Précipitation des carbonates

Mesure Notification et Vérification

Soil science

Thermal analysis

C sequestration

Carbonate precipitation

Mesuring Reporting and Verification

Résumé

Le stock de Carbone Organique du Sol (COS) est aujourd'hui très étudié puisque son maintien voire son augmentation est essentiel à la fertilité des sols et participe à l'atténuation du changement climatique en stockant du carbone (C) à plus ou moins long terme. La dynamique et la stabilité de ce COS à court terme (< 50 ans) sont en partie influencées par celles du Carbone Inorganique du Sol (CIS) généralement considéré comme stable et inerte. A l'échelle de la planète, ce dernier représente un tiers du C total du sol et est constitué de carbonates géogéniques (primaires) provenant du substratum calcaire et/ou de carbonates pédogéniques (secondaires) précipités dans le sol. La littérature scientifique a montré que le COS et CIS interagissent. Les processus de dissolution/précipitation de ces carbonates jouent sur la stabilité du COS et donc sur sa séquestration. Néanmoins, les difficultés analytiques pour étudier séparément COS et CIS ont découragé les études de COS dans les sols calcaires qui occupent pourtant un tiers de la surface terrestre avec des teneurs en CIS pouvant être 2 à 10 fois plus élevées que celles en COS. Les stocks de C et leur dynamique dans les sols calcaires sont donc mal caractérisés. Pourtant quelques analyses isotopiques ont montré que le CO2 émis par ces sols provient à la fois du COS et du CIS et que les interactions COS/CIS semblent être influencées par les conditions pédoclimatiques. Ce travail de thèse vise donc à quantifier et caractériser les pools de COS et de CIS dans des sols calcaires et ce, dans différents contextes afin de déterminer les facteurs environnementaux et les processus qui contrôlent la stabilisation et le stockage de C dans ces sols. L'analyse thermique Rock-Eval® (RE), développée par l'IFPEN dans les années 70, est un outil de référence standard dans l'exploration pétrolière. Ces 20 dernières années, il est de plus en plus fréquemment utilisé en science du sol afin de quantifier et de caractériser le COS. Néanmoins, jusqu'à aujourd'hui, aucune application n'a été développée pour étudier le CIS alors que la technologie RE est capable de mesurer les flux de CO et de CO2 émis par la décomposition thermique des carbonates. Pour lever le verrou technique lié à l'étude des deux formes du C du sol, l'analyse thermique RE sera donc utilisée et couplée à des approches géochimiques (pétrographique et isotopique) permettant de caractériser et quantifier les carbonates primaires et secondaires de sols carbonatés. Cette caractérisation dans différents contextes pédoclimatiques permettra d'identifier les facteurs environnementaux et les processus qui contrôlent les interactions COS/CIS et leur dynamique dans les sols calcaires.

Nowadays, the Soil Organic Carbon (SOC) stock is widely studied since its maintaining or even its increase is essential for soils fertility and contributes to climate change mitigation by storing carbon (C) at more or less long term. The dynamic and stability of SOC at short term (< 50 years) are partly influenced by the Soil Inorganic Carbon (SIC) usually considered as stable and inert. Globally, SIC accounts for a third of the soil total C and is composed of geogenic carbonates (primary) originated from limestone substratum and/or pedogenic carbonates (secondary) precipitated in soil. Scientific literature showed that SIC and SOC interact. The dissolution/precipitation processes of these carbonates contribute to the stability and thus the sequestration of the SOC. However, analytical difficulties to study SOC and SIC separately have discouraged SOC studies in calcareous soils while they occupy one third of the land surface and can have SIC content two to ten times higher than SOC content. The C stocks and their dynamics in these soils are thus poorly characterized. However, some isotopic analyses showed that CO2 emitted from these soils to the atmosphere comes from both SOC and SIC and that SOC/SIC interactions seem to be influenced by pedoclimatic conditions. Therefore, this PhD work aims at quantifying and characterizing SOC and SIC pools in calcareous soils in several contexts. It aims at identifying the environmental factors and the processes which regulate the C stability and storage in these soils. The Rock-Eval® (RE) thermal analysis, developed at IFPEN in the 70's, is a standard benchmark tool in oil exploration. It has been more and more frequently used during the last 20 years in soil science to quantify and characterize SOC. However, until now, no use has been developed to study SIC while the RE technology can measure CO and CO2 fluxes released by the carbonates' thermal decomposition. To remove the obstacle related to the study of these two soil C pools, the RE thermal analysis will be used and linked to geochemical (petrographic and isotopic) approaches which provide characterization and quantification of primary and secondary soil carbonates. This characterization in several pedoclimatic conditions will contribute to identify environmental factors and processes which regulate SOC/SIC interactions and their dynamics in calcareous soils.