Quantifier le carbone organique du sol par spectroscopie infrarouge

Résumé :

Résumé

Le carbone organique du sol (COS) est un pilier des services écosystémiques rendus par les
sols. Cependant, quantifier le COS, notamment en termes de stock (kgC.m-2 pour une couche
de sol), ou caractériser les fractions qui le composent, pour mieux comprendre sa dynamique,
sont souvent fastidieux et/ou coûteux. Cet article propose une vue d’ensemble présentant
l’intérêt de la spectroscopie infrarouge (IR) pour quantifier à haut débit et faible coût le COS et
ses fractions.
De nombreux travaux montrent que la spectroscopie IR permet de quantifier précisément la
concentration en COS (gC.kg-1). Dans cette approche, un modèle statistique est construit sur
un jeu d’échantillons d’étalonnage pour exprimer la concentration en COS (dosée de manière
conventionnelle) en fonction du spectre; puis ce modèle est appliqué au spectre de nouveaux
échantillons pour prédire leur concentration en COS. En général le domaine moyen IR (MIR,
2500-25000 nm) permet de meilleures prédictions pour les sols des régions tempérées lorsque
les spectres sont acquis sur matériau finement broyé (< 0,2 mm), tandis que le domaine proche
IR (PIR, 800-2500 nm) permet de meilleures prédictions pour les sols des régions chaudes ou
lorsque les spectres sont acquis sur matériau plus grossièrement préparé (< 2 mm) ou sur le
terrain. En effet, les spectres peuvent être acquis en conditions de laboratoire (sur sol sec < 2
ou < 0,2 mm), mais également sur le terrain (sur carottes, sol émietté, etc.). La spectroscopie de
terrain élimine les étapes de conditionnement, transport et préparation des échantillons (sauf
pour l’étalonnage), mais produit des prédictions moins précises en général, du fait notamment de l’humidité variable entre échantillons. De plus, la construction d’étalonnages avec des spectres de terrain requiert jusqu’à présent des campagnes spécifiques de prélèvement et d’analyse de sol; elle est donc beaucoup plus lourde qu’avec des spectres de laboratoire, car des collections d’échantillons secs < 2 mm déjà analysés sont souvent accessibles, sur lesquels il suffit d’acquérir des spectres pour construire des étalonnages.
Des travaux récents montrent que la spectroscopie IR permet également de prédire le stock de COS, sans avoir à déterminer la densité apparente (sauf pour les étalonnages). Les prédictions sont souvent plus précises à partir de spectres de sol sec < 2 mm qu’à partir de spectres de terrain, sauf quand la teneur en éléments grossiers (> 2 mm) est élevée et varie entre échantillons. Enfin, la distribution du COS entre ses différentes fractions, par exemple granulométriques, peut être prédite à partir du spectre IR du sol total. La spectroscopie IR permet ainsi de faciliter la caractérisation du COS, et de valoriser les analyses conventionnelles réalisées sur certains échantillons en les utilisant pour des prédictions sur d’autres échantillons.

Mots-clés

Matière organique du sol, stock de carbone du sol, proche infrarouge, moyen infrarouge, régressions multivariées.