Le carbone organique, déterminant majeur des propriétés des sols, est très sensible à l'usage que les humains font des terres. Des chercheurs de l’UMR Eco&sols ont développé une expertise reconnue internationalement dans la quantification du carbone du sol par une technologie à haut débit et à bas coût qui va simplifier le travail des scientifiques.

Le carbone organique du sol est à la croisée d'enjeux majeurs. Il constitue le plus grand réservoir de carbone des écosystèmes terrestres. C’est donc un compartiment essentiel des cycles des gaz à effet de serre et un déterminant majeur de la fertilité des sols. Par ailleurs, il est très sensible au type d’utilisation : forêt, culture, prairie, etc. Caractériser précisément le rôle et l'évolution des sols dans le contexte des changements globaux requiert des mesures nombreuses, à bas coût, que ne permettent pas les méthodes analytiques usuelles.

Sarclage après semis de mil dans un parc à Faidherbia albida au Sénégal (observatoire de Niakhar)

© IRD - Josiane Seghieri

La spectroscopie infrarouge : une méthode abordable et efficace

Le défi d'une quantification rapide et peu coûteuse du carbone du sol peut être relevé grâce à la spectroscopie infrarouge. Mais comment fonctionne cette technologie ? « Le rayonnement infrarouge réfléchi par un échantillon contient de l'information sur cet échantillon. Celle-ci peut être extraite par étalonnage ou calibration, explique Bernard Barthès, pédologue à l’UMR Eco&Sols. Cet étalonnage exprime une propriété d'intérêt de l'échantillon (par exemple son humidité) en fonction de son spectre infrarouge et permet ensuite de prédire la propriété considérée sur de nouveaux échantillons à partir de leur spectre ». Cette approche, utilisée en routine dans l’agro-industrie, s'avère fiable pour caractériser les sols, en particulier leur teneur en carbone. Il faut savoir que les spectromètres couvrent le proche infrarouge (longueurs d'ondes comprises entre 0,8 et 2,5 µm) ou le moyen infrarouge (2,5-25 µm), rarement les deux. Sur la base de travaux réalisés surtout en milieu tempéré, la littérature scientifique crédite le moyen infrarouge de meilleures prédictions des propriétés des sols. Mais les travaux de l'IRD montrent une quantification plus précise du carbone organique des sols tropicaux avec le proche infrarouge, ceci du fait de leur richesse en oxydes.

Profil de sol, Cameroun

© IRD - Tiphaine Chevallier

Des étalonnages à large échelle grâce aux collections

Pour pratiquer ces calibrations, il est préférable de disposer d’échantillons en grand nombre. Plus large est la palette d’échantillons, meilleur sera l’étalonnage et donc la prédiction. Les travaux d’Eco&Sols s’appuient sur sa riche pédothèque de sols tropicaux, constituée depuis plusieurs décennies, mais également sur d’autres collections accessibles notamment au Conservatoire des sols de l’INRAE à Orléans. Conservés dans les laboratoires après analyses, ces échantillons permettent de constituer rapidement des bases d'étalonnage des propriétés analysées. Les étalonnages sont ensuite utilisés pour prédire ces mêmes propriétés sur tous les échantillons similaires à ceux d’étalonnage. Des étalonnages de la teneur en carbone du sol deviennent ainsi disponibles à des échelles régionales voire nationales, en fonction de la disponibilité des collections. Les travaux de l’IRD s’attachent en particulier à améliorer les étalonnages utilisant de grosses collections d’échantillons (notamment en recourant à des échantillons d’étalonnage spectralement voisins des échantillons cibles).

Acquisition de spectre proche infrarouge sur carotte de sol, au champ

© IRD - Rémi Cardinael

Une caractérisation utilisable sur le terrain

La spectroscopie infrarouge peut également être mise en œuvre sur le terrain, supprimant ainsi la nécessité de ramener et préparer les échantillons au laboratoire (séchage, tamisage). Cette technologie procure aux pédologues la possibilité de caractériser de très nombreux échantillons directement sur site, par exemple pour appréhender finement la variabilité spatiale (agriculture de précision). Les travaux d’Eco&Sols ont notamment permis d’optimiser l’acquisition des spectres sur le terrain (nature de l’échantillon, conditions d’humidité). « Il faut toutefois veiller à construire les étalonnages correspondants avec des spectres d'échantillons tels qu'ils se présentent sur le terrain, précise Bernard Barthès. Impossible d'utiliser dans ce cas les collections de sols secs tamisés ».  Cela requiert des campagnes de prélèvements et d'analyses spécifiques. De ce fait, si les étalonnages de terrain sont plus commodes à appliquer que ceux en laboratoire, leur construction est plus laborieuse. Ce qui explique une disponibilité actuelle encore limitée.

 

Publications : 

Barthès B.G., Chotte J.L., 2020. Infrared spectroscopy approaches support soil organic carbon estimations to evaluate land degradation. Land Degradation & Development. doi:10.1002/ldr.3718

Barthès B.G., Kouakoua E., Coll P., Clairotte M., Moulin P., Saby N.P.A., Le Cadre E., Etayo A., Chevallier T. 2020. Improvement in spectral library-based quantification of soil properties using representative spiking and local calibration - the case of soil inorganic carbon prediction by mid-infrared spectroscopy. Geoderma 369: 114272. doi:10.1016/j.geoderma.2020.114272
 

Aller plus loin :

 

Contact science : Bernard Barthès, UMR Eco&Sols, bernard.barthes@ird.fr
 

Contacts communication : Fabienne Doumenge, Julie Sansoulet communication.occitanie@ird.fr