Understand and use the estimation of soil organic carbon persistence by Rock-Eval® thermal analysis
Comprendre et utiliser l'estimation de la stabilité du carbone organique du sol par l'analyse thermique Rock-Eval®
Résumé
Soils store twice the amount of carbon that is found in atmosphere and vegetation combined. They act as a buffer between solid earth and atmosphere and exercise a major control on the atmospheric concentration of CO2 through the release or sink of greenhouse gases. Organic carbon in soils in the form of organic matter is essential to soil health and fertility, to nutrient availability and water quality. The performance of the most valuable tool at our disposal for understanding and predicting the evolution of this reservoir, soil organic carbon (SOC) dynamics models, is currently limited by a missing key: the ability to estimate the proportion of SOC that will remain unchanged over projection-relevant timescales. This important amount of carbon present in soils for centuries or millennia, and therefore considered “stable”, can vary greatly from one location to another. The goal of my thesis was to explore a new approach based on thermal analysis and machine learning, to characterise SOC, estimate the proportion of “stable” carbon in soil samples, and use this information to improve the accuracy of SOC dynamics models. In a second step, I focused on the thermal analysis technique in the heart of this approach to understand better the important information it offers, based on model laboratory experiments. Finally, the main results of my thesis consist of a complete and validated operational approach improving the accuracy of SOC models with a clear and significant value for “climate-smart” soil management, while the experimental part offers new insights into the working principle, limitations and possibilities of the thermal analysis technique at the heart of this approach.
A la croisée de la terre solide et de l'atmosphère, les sols forment le plus grand réservoir terrestre de carbone organique, contenant deux fois plus de carbone que l'atmosphère et la végétation réunies, et constituant un contrôle majeur sur le flux des gaz à effet de serre. En outre, le carbone organique des sols (COS) est essentiel pour leur santé et fertilité, ainsi que pour la qualité de l'eau. La précision de l'outil le plus précieux dont nous disposons pour prédire l'évolution de ce réservoir, les modèles de dynamique du COS, est limitée par notre capacité à estimer la proportion du COS qui persistera sur le long terme. Cette quantité importante de carbone présente dans les sols depuis des siècles ou des millénaires, considérée comme « stable », peut varier fortement d'un endroit à l'autre. L'ambition de ma thèse était d’explorer une nouvelle approche basée sur l'analyse thermique et l’apprentissage automatique, pour caractériser le COS, estimer la proportion du carbone « stable » dans les échantillons de sol et ensuite utiliser cette nouvelle information pour améliorer la précision des modèles de dynamique du COS. Dans un deuxième temps, je me suis concentrée sur la technique de l'analyse thermique pour comprendre mieux les informations qu'elle offre, à la base des expériences modèles en laboratoire. Enfin, les résultats principaux de ma thèse consistent en une approche opérationnelle améliorant la précision des modèles du COS avec une valeur claire et significative pour une gestion « intelligente » des sols et, en des nouveaux aperçus sur le principe de fonctionnement, les limites et les possibilités de la technique d'analyse thermique au cœur de cette approche.
Mots clés
Domaines
Sciences agricoles| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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