Evolution des sols à l'échelle du paysage sous des conditions de changements climatique et de structure de paysage PDF Download
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Book Description
Les sols constituent une ressource essentielle, rendant de nombreux services écosystémiques, mais sont soumis à de nombreuses dégradations (érosion, diminutions des teneurs en carbone organique...). En vue d'une meilleure gestion, des outils prédictifs intégrant différentes propriétés du sol sont nécessaires pour évaluer l'impact des activités humaines et des changements globaux sur les sols. L'objectif de la thèse est de développer une démarche de modélisation de l'évolution des sols au sein d'un paysage agricole complexe et sur une durée de quelques décennies, en tenant compte d'évolutions d'occupation des sols et de climat. Deux processus ont été considérés : la redistribution des sols (érosion-dépôt) et la dynamique du carbone organique (C). La zone d'étude considérée est un paysage agricole bocager de 1 000 ha situé au sein de la Zone Atelier Armorique. L'évolution des sols a été modélisée en couplant deux modèles dynamiques spatialement distribués : (i) le modèle LandSoil simule la redistribution des sols par érosion hydrique et aratoire, (ii) le modèle C simule la dynamique du carbone dans la totalité des horizons organo-minéraux, en tenant compte des variations d'épaisseur de sol. Le modèle LandSoil a été calibré pour être utilisé dans le contexte des sols limoneux bretons, à partir de mesures expérimentales disponibles à l'échelle de la parcelle. L'aptitude de LandSoil à modéliser la redistribution des sols aux abords des haies a été évaluée en comparant les résultats de LandSoil à des estimations par le 137Cs. Pour initialiser les entrées sols des deux modèles, des cartographies 3D à haute résolution spatiale (2 m) ont été réalisée par méthodes d'apprentissage. Des simulations de l'évolution des sols ont été réalisées sur la période 2010 - 2100, pour des scénarios croisant des modalités de structure du paysage (occupation du sol et présence de haies) et de climat (climat stationnaire ou changement climatique). La comparaison des scénarios montre que le facteur majeur d'évolution des sols à l'échelle du paysage est l'occupation des sols, suivi du changement climatique puis de la présence de haies. La redistribution des sols conduit à une perte nette de C à l'échelle du paysage, surtout due à la perte nette de sol hors du système. Tous les paysages modélisés montrent une sensibilité au changement climatique, mais avec des amplitudes variables, les paysages les plus homogènes (absence de haies) et cultivées intensivement étant les plus sensibles. La méthode de modélisation mise en place permet de simuler dynamiquement l'évolution couplée de la redistribution des sols et de la dynamique du C à l'échelle du paysage, à haute résolution 3D et sur des temps longs. Son amélioration reposera notamment sur le couplage d'autres processus d'évolution des sols et sur son intégration dans des modèles plus globaux.
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Les sols constituent une ressource essentielle, rendant de nombreux services écosystémiques, mais sont soumis à de nombreuses dégradations (érosion, diminutions des teneurs en carbone organique...). En vue d'une meilleure gestion, des outils prédictifs intégrant différentes propriétés du sol sont nécessaires pour évaluer l'impact des activités humaines et des changements globaux sur les sols. L'objectif de la thèse est de développer une démarche de modélisation de l'évolution des sols au sein d'un paysage agricole complexe et sur une durée de quelques décennies, en tenant compte d'évolutions d'occupation des sols et de climat. Deux processus ont été considérés : la redistribution des sols (érosion-dépôt) et la dynamique du carbone organique (C). La zone d'étude considérée est un paysage agricole bocager de 1 000 ha situé au sein de la Zone Atelier Armorique. L'évolution des sols a été modélisée en couplant deux modèles dynamiques spatialement distribués : (i) le modèle LandSoil simule la redistribution des sols par érosion hydrique et aratoire, (ii) le modèle C simule la dynamique du carbone dans la totalité des horizons organo-minéraux, en tenant compte des variations d'épaisseur de sol. Le modèle LandSoil a été calibré pour être utilisé dans le contexte des sols limoneux bretons, à partir de mesures expérimentales disponibles à l'échelle de la parcelle. L'aptitude de LandSoil à modéliser la redistribution des sols aux abords des haies a été évaluée en comparant les résultats de LandSoil à des estimations par le 137Cs. Pour initialiser les entrées sols des deux modèles, des cartographies 3D à haute résolution spatiale (2 m) ont été réalisée par méthodes d'apprentissage. Des simulations de l'évolution des sols ont été réalisées sur la période 2010 - 2100, pour des scénarios croisant des modalités de structure du paysage (occupation du sol et présence de haies) et de climat (climat stationnaire ou changement climatique). La comparaison des scénarios montre que le facteur majeur d'évolution des sols à l'échelle du paysage est l'occupation des sols, suivi du changement climatique puis de la présence de haies. La redistribution des sols conduit à une perte nette de C à l'échelle du paysage, surtout due à la perte nette de sol hors du système. Tous les paysages modélisés montrent une sensibilité au changement climatique, mais avec des amplitudes variables, les paysages les plus homogènes (absence de haies) et cultivées intensivement étant les plus sensibles. La méthode de modélisation mise en place permet de simuler dynamiquement l'évolution couplée de la redistribution des sols et de la dynamique du C à l'échelle du paysage, à haute résolution 3D et sur des temps longs. Son amélioration reposera notamment sur le couplage d'autres processus d'évolution des sols et sur son intégration dans des modèles plus globaux.
Author: Alfred E. Hartemink Publisher: Springer Science & Business Media ISBN: 3319040847 Category : Nature Languages : en Pages : 503
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Few topics cut across the soil science discipline wider than research on soil carbon. This book contains 48 chapters that focus on novel and exciting aspects of soil carbon research from all over the world. It includes review papers by global leaders in soil carbon research, and the book ends with a list and discussion of global soil carbon research priorities. Chapters are loosely grouped in four sections: § Soil carbon in space and time § Soil carbon properties and processes § Soil use and carbon management § Soil carbon and the environment A wide variety of topics is included: soil carbon modelling, measurement, monitoring, microbial dynamics, soil carbon management and 12 chapters focus on national or regional soil carbon stock assessments. The book provides up-to-date information for researchers interested in soil carbon in relation to climate change and to researchers that are interested in soil carbon for the maintenance of soil quality and fertility. Papers in this book were presented at the IUSS Global Soil C Conference that was held at the University of Wisconsin-Madison, USA.
Author: Jérôme Balesdent Publisher: Editions Quae ISBN: 2759223086 Category : Technology & Engineering Languages : fr Pages : 178
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Les sols sont au cœur d’enjeux importants à l’échelle mondiale. Nourrir la planète implique de maintenir leur fertilité, sans les épuiser. Les sols peuvent également contribuer à la diminution des émissions de Co₂ en constituant des « puits de carbone ». Par ailleurs, ils sont actuellement menacés par plusieurs grands risques, notamment l’érosion, la salinisation, la perte de matières organiques, les pollutions. Loin des discours manichéens actuels, les auteurs de ce livre ont souhaité vulgariser des éléments de connaissances sur la physique, la biologie et l’écologie des sols.
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L'effet du réseau bocager sur l'organisation des sols à l'échelle d'un paysage reste mal connu, car la majortié des études ont été menées en deux dimensions, en se limitant souvent à des contextes de talus perpendiculaires à la ligne de plus grande pente. L'extrapolation des résultats ainsi obtenus à l'ensemble du paysage est de ce fait difficile et conduit à une mésestimation de l'impact du bocage sur les sols. Les objectifs de ce travail étaient de comprendre et de quantifier à l'échelle d'un paysage bocager l'effet du système talus/haie sur l'organisation des sols et sur les stocks de carbone organique associés ainsi que de décrire la dynamique des processus spatiaux qui ont conduit aux organisations observées. Pour y parvenir la démarche adoptée a combiné trois approches complémentaires. Tout d'abord nous avons conduit une étude de terrain dans un paysage bocager historiquement documenté et offrant des conditions topopaysagères contrastées avec pour but une caractérisation spatiale de l'effet du réseau bocager qui prenne en compte l'action de l'homme et la nature tridimensionnelle de la couverture pédologique à l'échelle du paysage. Ensuite nous avons couplé des approches de datation relative (analyse de documents historiques et géométrie des horizons) et absolue (carbone-14, césium-137), complémentaires des approches spatiales pour dater les sols et analyser la dynamique des processus à l'origine des modifications de leur organisation spatiale. Cette prise en compte de la dimension temporelle était nécessaire pour améliorer notre compréhension des processus de redistribution en sol et nous permettre d'engager une modélisation spatiale et temporelle simulant des évolutions du paysage bocager en fonction de différents scénarii d'occupation des sols.
Author: Martine Tabeaud Publisher: Éditions de la Sorbonne ISBN: Category : Science Languages : fr Pages : 148
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Un concept-valise ? Une auberge espagnole ? Un lieu commun médiatique ? Un sujet de société ? Un nouvel objet scientifique ? Une figure de l’angoisse sociale ? Quelle est la part de la réalité et quelle est celle de nos représentations collectives ? Faut-il en attendre des bénéfices ou faudra-t-il en supporter les inconvénients ? À quels coûts et pour qui ? Qu’est-ce donc que le changement ? Qu’est-ce que le changement environnemental en particulier ? Anticiper, agir, réagir, pour ne pas subir...
Author: Antonio Bispo Publisher: Editions Quae ISBN: 2759223922 Category : Colloids Languages : fr Pages : 384
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De la mise en place d’indicateurs pour la planification urbaine à la mesure des stocks de carbone, en passant par les instruments juridiques et économiques pour la protection des sols, cet ouvrage, issu du programme Gessol, synthétise les dernières connaissances biotechniques et sociétales sur le sujet. Il souligne l’importance d’une gestion durable des sols dans les enjeux globaux et identifie les leviers d’actions possibles.
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L'évolution des versants est le résultat de l'action combinée des processus d'altération et de transport sédimentaire. Même si il est généralement admis que l'efficacité de ces processus varie en fonction du climat, la quantification de l'influence climatique sur l'érosion des versants reste encore peu développée aujourd'hui. S'inscrivant dans cette problématique, notre étude est consacrée au développement d'un nouveau modèle numérique d'érosion des versants, ayant pour objectif de mieux représenter, à différentes échelles de temps, les multiples aspects du contrôle climatique sur les processus de transport de sol. Ce modèle numérique permet de simuler l'évolution de l'épaisseur de sol et du relief à l'échelle d'un versant; il repose sur une paramétrisation simple de la production de sol couplée à une paramétrisation multi-processus du transport de sol, qui comprend plusieurs variables en étroite relation avec le climat (débit de ruissellement, épaisseur de couche active). Le calcul de ces variables est réalisé sur base de séries temporelles de précipitation et de température avec l'aide d'un modèle de transfert de chaleur et d'un modèle de bilan hydrologique. Le comportement du modèle a été étudié au travers de quelques exemples génériques et d'analyses de sensibilité. Les résultats obtenus montrent des différences significatives dans la façon dont se comporte chaque processus de transport sous conditions climatiques variables, et également dans la manière dont chaque processus affecte l'érosion globale des versants. Ces résultats mettent ainsi en lumière l'importance de la paramétrisation multi-processus du transport de sol dans la modélisation de la réponse des versants aux changements climatiques. Nous avons également développé une méthode associant le modèle d'érosion de versant à un algorithme d'inversion (Neighbourhood Algorithm). Cette méthode a permis de caractériser de manière quantitative l'évolution des versants ardennais (NE Belgique) lors du dernier cycle glaciaire-interglaciaire, sur base d'un scénario climatique simple et de nombreuses données topographiques et d'épaisseurs de sol. Les résultats de l'inversion produisent des prédictions en accord avec certaines observations sur la morphologie des versants ardennais ainsi qu'avec des taux d'érosion estimés indépendamment sur base de concentrations en isotopes cosmogéniques, même si on montre que la distribution actuelle des épaisseurs de sol ne renferme pas assez d'information pour déterminer entièrement les taux de production et de transport de sol lors des périodes froides et tempérées du dernier cycle climatique. Les résultats de l'inversion suggèrent des taux de transport de sol bien plus élevés lors de la période froide que lors de la période tempérée, produisant une succession de systèmes limités par la production de sol d'une part (période froide), et par le transport de sol d'autre part (période tempérée). Un pic de transport de sol est prédit lors des transitions entre ces périodes. Les résultats laissent également suggérer qu'un équilibre dynamique en terme d'épaisseur de sol a été récemment atteint dans les parties convexes des versants, alors que des sols peu épais observés dans les parties concaves pourraient correspondre à des traces de la distribution des épaisseurs de sol qui prévalait lors de la dernière glaciation.
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Les sols sont la principale composantede l'écosystème terrestre et le plus grand réservoir de carbone organique sur Terre, étant très réactifs aux perturbations humaines et aux changements climatiques. Malgré leur importance dans les réservoirs de carbone, la dynamique du carbone des sols est une source importante d'incertitudes pour les prévisions climatiques futures. Le but de la thèse était d'explorer différents aspects d'études du carbone des sols (mesures expérimentales, modélisation et évaluation de bases de données) à différentes échelles spatiales (de l'échelle d'un profil à l'échelle globale). Nous avons souligné que l'estimation des stocks globaux de carbone du sol est encore assez incertaine.Par conséquent le rôle du carbone des sols dans la dynamique du climat devient l'une des principales incertitudes dans les modèles du système terrestre utilisés pour prédire les changements climatiques futurs. La deuxième partie de la thèse porte sur la présentation d'une nouvelle version du modèle IPSL-Land Surface appelé ORCHIDEE-SOM, intégrant la dynamique du 14C dans le sol. Plusieurs tests effectués supposent que les améliorations du modèle devraient se focaliser davantage sur une paramétrisation dépendante de la profondeur,principalement pour la diffusion, afin d'améliorer la représentation du cycle global du carbone dans les modèles de surface terrestre, contribuant ainsi à contraindre les prédictions futures du réchauffement climatique.
Author: Maya Kheir Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 0
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Ce travail se situe dans un contexte du changement climatique. L'objectif est d'explorer le fonctionnement des communautés microbiennes de litières végétales dépendant des contrastes climatiques (sub-humide vs semi-aride) Nord/Sud de la Méditerranée mais aussi selon le contexte côtier/continental,et d'évaluer leur réponse au stress d'aridification en considérant les effets i) du type de litière (identité de l'espèce végétale et mixité) et ii) de la préexposition au stress intrinsèques des milieux côtiers. Le stress d'aridité a été appliqué en laboratoire (cycles de séchage/réhumectation) et in natura via des transferts de «litter bags» de France vers l'Algérie. Les résultats montrent que la biomasse microbienne et la respiration basale dépendent des traits chimiques de la litière (C/N et lignine/N): lorsque ces ratios augmentent la biomasse microbienne diminue, alors que l'effet sur la respiration dépend des contrastes climatiques. L'effet de la mixité binaire des litières sur les microbes dépend du contexte climatique et de la composition du mélange: certains mélanges semblent limiter le relâchement du carbone par respiration hétérotrophique en contexte aride Algérien. En outre, un fonctionnement microbien particulier des environnements côtiers a été mis en évidence: i) la préexposition aux contraintes côtières a limité l'effet du stress sur les structures cataboliques microbiennes en laboratoire ii) l'expérience in natura a montré que les réponses microbiennes au stress dépendent du contexte (côtier/continental) mais aussi du type de la litière, mettant en valeur une influence de la litière qui dépasse l'échelle locale pour s'imposer même à une large échelle spatiale.
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Le réchauffement climatique est susceptible d’affecter le régime hydrique des sols et leur impact sur la dynamique de la matière organique des sols. Les sols minéraux hydromorphes caractérisés par des alternances de conditions de saturation et de non-saturation en eau sont des lieux de processus biogéochimiques et de régimes d’apport de carbone particuliers et ils jouent un rôle important dans la séquestration du carbone. Toutefois, très peu d’études ont abordé la dynamique de minéralisation du carbone organique (C) dans ces sols et le rôle du régime hydrique. L’objectif général de la thèse est de caractériser l’effet du régime hydrique caractéristique des sols minéraux hydromorphes sur la dynamique de minéralisation du carbone à l’échelle intra-annuelle et dans un contexte agricole. Le versant agricole étudié est l’un des sites de l’Observatoire de Recherche en Environnement AgrHys situé au lieu-dit Kerrolland (Naizin, France). Il présente une juxtaposition de domaine de sols minéraux mal-drainés hydromorphes et d’un domaine de sols bien-drainés avec des régimes hydriques de sol différents. Les effets des durées de saturation et des conditions de saturation transitoires (alternance de conditions de saturation et de non-saturation) caractéristiques des sols minéraux hydromorphes sur la dynamique du carbone (taux de minéralisation, dynamique des émissions de CO2, dynamique du carbone organique et inorganique dissous, dynamique couplée de l’azote) ont été évalués à travers des expérimentations en conditions contrôlées de température et d’humidité. Des mesures in-situ de la respiration hétérotrophe du sol ont été réalisées durant une année, afin de caractériser l’effet des conditions de drainage et d’hydromorphie sur la variabilité spatiale et temporelle de la minéralisation du carbone à l’échelle du versant étudié. En conditions contrôlées, la minéralisation du carbone dans les sols saturés a été deux fois moins élevée qu’en conditions de non-saturation. En conditions de saturation, la dynamique de minéralisation du C, n’a pas été affectée par la durée de saturation, contrairement à la dynamique de minéralisation du C pendant la désaturation. Les conditions de saturation ont favorisé une production et une accumulation de composés organiques labiles dont la minéralisation rapide pendant la désaturation a entraîné des pics d’émissions de CO2, plus la durée de saturation précédente est longue plus le taux de minéralisation pendant la phase de désaturation est élevé. Les conditions de saturation transitoires ont entrainé une augmentation de la quantité totale de C minéralisée, atteignant les mêmes ordres de grandeur que celle des sols maintenus en conditions de non-saturation. In-situ, en fonction des saisons, les efflux de CO2 des sols bien-drainés sont deux à cinq fois plus élevés que ceux des sols minéraux hydromorphes. A l’échelle annuelle, les régimes hydriques des sols minéraux hydromorphes ont induit une réduction de 37 à 41% des émissions de CO2–C par rapport aux sols bien-drainés. Cette étude a permis de comprendre le rôle du régime hydrique dans la dynamique de minéralisation du C des sols minéraux hydromorphes, et ces résultats pourront servir à mieux caractériser le rôle des sols hydromorphes dans la séquestration du C et les émissions des gaz à effet de serre dans un contexte de changements climatiques.
Author: Marine Lacoste
Author: Marine Lacoste
Author: Alfred E. Hartemink
Author: Jérôme Balesdent
Author: Stéphane Follain
Author: Martine Tabeaud
Author: Antonio Bispo
Author: Benoît Bovy
Author: Marwa Tifafi
Author: Maya Kheir
Author: Kwami Emmanuel Tete