Stocker du C dans les sols : dynamique des matières organiques en interaction avec les nanophases du sol

Jamoteau Floriane. 2023. Stocker du C dans les sols : dynamique des matières organiques en interaction avec les nanophases du sol. Aix-en-Provence : Université Aix-Marseille, 259 p. Thèse de doctorat : Géosciences : Université Aix-Marseille

Encadrement : Basile-Doelsch, Isabelle ; Legros, Samuel

Résumé : Maintenir le taux de matières organiques des sols - et donc de C - est un enjeu pour la sécurité alimentaire et le climat. La stabilisation du C des sols est principalement assurée par l'association entre matières organiques et phases minérales. Cette association peut être réalisée par un mécanisme quantitativement important de coprécipitation qui lie les composés organiques avec des éléments issus de l'altération minérale (principalement Fe, Si, Al). Les coprécipités, ayant des éléments inorganiques amorphes, sont nommées nanoCLICs (Nanosized Coprecipitates of inorganic oLIgomers with organiCs). La caractérisation des mécanismes contrôlant la dynamique de formation, le maintien ou la déstabilisation des nanoCLICs est incomplète à ce jour. Ainsi, l'objectif de cette thèse est de caractériser ces mécanismes dans les situations de stockage et de déstockage de C, en couplant des approches de chimiométrie (IR, DRX), isotopie (13C/12C), microscopie électronique (MEB-FEG-EDX, STEM-EDX et MET-EELS), spectroscopie X (STXM) et respirométrie. Dans le cas d'une transition forêt-culture d'un andosol, les résultats montrent que les nanoCLICs sont déstructurés, expliquant une fraction importante de la perte en C. A l'inverse, en situation de gain de C (dans un andosol), l'apport de fertilisants organiques ne semble pas promouvoir la coprécipitation de nanoCLICs. L'imagerie aux échelles fines montrent que la nature et la structure des nanoCLICs est caractérisée par un mélange aux proportions variables de C, Al, Si (et Fe dans une moindre mesure) jusqu'aux résolutions de 10 nm. Les interactions aux échelles moléculaires sont assurées par des liaisons covalentes entre des cations métalliques et des fonctions organiques ainsi que par piégeage de molécules. Enfin, les nanoCLICs mis en interaction avec le vivant montrent que le C y est majoritairement protégé de la minéralisation microbienne, mais la simulation d'injection d'exsudats racinaires tend à le déstabiliser.

Résumé (autre langue) : Maintaining organic matter content in soils - and hence C content - is essential to global food security and to mitigating the effects of climate change. Soil C stabilization is mainly provided by the association between organic matter and mineral phases. This association can be achieved by a quantitatively important mechanism of co-precipitation that binds organic compounds with elements derived from mineral weathering (mainly Fe, Si, Al). The coprecipitates, having amorphous inorganic elements, are named nanoCLICs (Nanosized Coprecipitates of inorganic oLIgomers with organiCs). The characterization of the mechanisms controlling the dynamics of formation, maintenance, or destabilization of nanoCLICs is incomplete to date. Thus, the objective of this thesis is to characterize these mechanisms in a context of C storage and destabilization, by coupling chemometrics (IR, DRX), isotopy (13C/12C), electron microscopy (SEM-FEG-EDX, STEM-EDX and MET-EELS), X-ray spectroscopy (STXM) and respirometry approaches. In the case of a forest-to-crop transition in an andosol, the results show that the nanoCLICs are disrupted, explaining a significant part of the C loss. Conversely, in a C gain situation (in an andosol), organic fertilizer input does not appear to promote coprecipitation of nanoCLICs. Fine scale imaging shows that the nature and structure of nanoCLICs is characterized by a mixture of variable proportions of C, Al, Si (and Fe to a lesser extent) down to 10 nm resolutions. Interactions at molecular scales are ensured by covalent bonds between metal cations and organic functions as well as by molecular trapping. Finally, nanoCLICs interacting with living organisms show that C is mostly protected from microbial mineralization, but the simulation of root exudates additions tends to destabilize it.

Mots-clés Agrovoc : carbone organique du sol, séquestration du carbone, matière organique du sol

Classification Agris : P33 - Chimie et physique du sol

Agences de financement hors UE : Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement, Région Sud, Agence Nationale de la Recherche

Projets sur financement : (FRA) Interactions organo-minerales : mécanismes à nano-échelle pour le stockage du carbone dans les sols

Auteurs et affiliations

• Jamoteau Floriane, CIRAD-PERSYST-UPR Recyclage et risque (FRA)

Source : Cirad-Agritrop (https://agritrop.cirad.fr/608467/)

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