Modélisation spatiale multi-sources de la teneur en carbone organique du sol d'une petite région agricole francilienne PDF Download

Author: Mounia Zaouche
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Languages : en
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Cette thèse porte sur l'estimation spatiale de la teneur superficielle en carbone organiquedu sol ou teneur en SOC (pour 'Soil Organic Carbon content'), à l'échelle d'une petite région agricolefrancilienne. La variabilité de la teneur en SOC a été identifiée comme étant l'une des principales sourcesd'incertitude de la prédiction des stocks de SOC, dont l'accroissement favorise la fertilité des sols etl'atténuation des émissions de gaz à effet de serre. Nous utilisons des données provenant de sourceshétérogènes décrites selon différentes résolutions spatiales (prélèvements de sol, carte pédologique, imagessatellitaires multispectrales, etc) dans le but de produire d'une part une information spatiale exhaustive,et d'autre part des estimations précises de la teneur en SOC sur la région d'étude ainsi qu'une uneévaluation des incertitudes associées. Plusieurs modèles originaux, dont certains tiennent compte duchangement du support, sont construits et plusieurs approches et méthodes de prédiction sont considérées.Parmi elles, on retrouve des méthodes bayésiennes récentes et performantes permettant non seulementd'inférer des modèles sophistiqués intégrant conjointement des données de résolution spatiale différentemais aussi de traiter des données en grande dimension. Afin d'optimiser la qualité de la prédictiondes modélisations multi-sources, nous proposons également une approche efficace et rapide permettantd'accroître l'influence d'un type de données importantes mais sous-représentées dans l'ensemble de toutesles données initialement intégrées.

Author: Sylvain Pellerin
Publisher: Quae
ISBN: 2759231496
Category : Science
Languages : fr
Pages : 235

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Cet ouvrage fait un état des connaissances sur le stockage de carbone dans les sols et estime le potentiel de stockage additionnel en France métropolitaine. Il recense les pratiques qui permettraient d’accroître la teneur en carbone organique des sols et estime leur coût de mise en œuvre.

Author: Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture
Publisher: Food & Agriculture Org.
ISBN: 9252096817
Category : Technology & Engineering
Languages : fr
Pages : 90

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Cette publication a été lancée lors du colloque international sur le carbone organique du sol (GSOC) qui s’est tenu au siège de la FAO (Rome, 21-23 mars 2017). Pour les preneurs de décisions et les praticiens, il offre une vue d’ensemble sur les principaux faits et informations scientifiques concernant les connaissances actuelles et les lacunes de savoirs sur le carbone organique du sol. Elle met en lumière la manière dont une meilleure information et de bonnes pratiques peuvent être mises en place pour soutenir l’élimination de la faim, l’adaptation et l’atténuation du changement climatique et l’atteinte d’un développement durable global.

Author: Marwa Tifafi
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Languages : fr
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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: Lionel Berthier
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Languages : fr
Pages : 15

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La compréhension de la répartition spatiale du carbone organique (CO) est un enjeu environnemental majeur, en lien notamment avec l’évaluation des stocks de carbone ou le transfert des pesticides dans les sols. La télédétection permet le suivi de phénomènes environnementaux à l’échelon de vastes territoires, par l’intermédiaire des propriétés spectrales de surface, notamment liées à des propriétés de sols : cette étude se propose de relier la réflectance du sol à la teneur en CO et de spatialiser celle-ci à l’aide d’images satellitales SPOT (Système Pour l’Observation de la Terre) au niveau d’un bassin-versant de la Beauce. Trois étapes composent ce travail : i) la teneur en CO est d’abord estimée à l’aide d’une régression des moindres carrés partiels (Partial Least Squares Regression, PLSR, en anglais) calculée sur 153 bandes décrivant 27 spectres de réflectance de terrain dans le domaine visible-proche infrarouge (400-900 nm) ; ii) la teneur en CO est ensuite estimée à l’aide d’une PLSR mise en œuvre sur les 3 bandes spectrales simulées du capteur Haute Résolution Visible (HRV) du satellite SPOT : iii) cette dernière relation est appliquée à une image SPOT radiométriquement corrigée en réflectance, ce qui résulte en une spatialisation de la teneur en CO. Un jeu de 10 sites indépendants est utilisé pour valider ces estimations spatialisées des teneurs en CO. Seuls les spectres mesurés en conditions de terrain, et non ceux de laboratoire, s’avèrent conduire à des modèles applicables aux images. Ainsi, par la PLSR basée sur 153 bandes (400-900 nm) des spectres de terrain, le modèle de prédiction des teneurs en CO est performant, avec une valeur du coefficient de détermination R2 élevée (0,78) et une erreur quadratique moyenne de validation croisée (Root Mean Square Error of cross validation ou RMSECV) faible, de 0,53 g.kg-1. Par la PLSR restreinte à 3 bandes SPOT simulées à partir des spectres de terrain, le modèle de prédiction des teneurs en CO est certes moins performant (R2 = 0,39 ; RMSECV = 1,02 g.kg-1) mais son application est possible : les valeurs prédites sur l’image sont validées par une valeur de RMSE de 1,33 g.kg-1 de CO du sol.

Author: CLAUDY.. JOLIVET
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Languages : fr
Pages : 334

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LE ROLE MAJEUR DES MATIERES ORGANIQUES DANS LES SOLS JUSTIFIE QUE L'ON S'INTERESSE A LEUR EVOLUTION FACE AUX MODIFICATIONS DES MILIEUX NATURELS, EN TERME DE GESTION DURABLE DES RESSOURCES. LA FORET LANDAISE REPRESENTE UN MASSIF FORESTIER DE PREMIERE IMPORTANCE (830 000 HA DE PIN MARITIME), TRES PRODUCTIF DU FAIT DE PRATIQUES DE SYLVICULTURE INTENSIVES. DEPUIS LES ANNEES 50, L'INTRODUCTION DE LA MAISICULTURE EST A L'ORIGINE D'UN CHANGEMENT MAJEUR D'OCCUPATION DU SOL. LA SUPERFICIE CULTIVEE REPRESENTE PRES DE 15 P.CENT DU MASSIF. L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL EST D'EVALUER L'INFLUENCE DE LA COUPE RASE ET DE LA MISE EN CULTURE SUR LES PROPRIETES ORGANIQUES DES SOLS. L'ANALYSE DE LA VARIABILITE SPATIALE DES MATIERES ORGANIQUES DES SOLS A L'ECHELLE DE LA TOPOSEQUENCE PUIS DE LA PARCELLE A PERMIS DE DETERMINER LES PRINCIPAUX FACTEURS (RELIEF ET NAPPE PHREATIQUE) CONTROLANT L'ORGANISATION DES SOLS ET DES STOCKS DE CARBONE, AU SEIN DE PLUSIEURS PEDOPAYSAGES LANDAIS. CES CONNAISSANCES ONT PERMIS D'ETABLIR PLUSIEURS STRATEGIES D'ECHANTILLONNAGE AFIN D'EVALUER LA DYNAMIQUE SPATIO-TEMPORELLE DES MATIERES ORGANIQUES. L'EFFET DE LA COUPE RASE SUR LES TENEURS EN CARBONE ORGANIQUE ET LA BIOMASSE MICROBIENNE A ETE ETUDIE PAR UN SUIVI SAISONNIER IN SITU. L'IMPACT DE LA MISE EN CULTURE SUR LES STOCKS ET LA QUALITE DES MATIERES ORGANIQUES (FRACTIONS GRANULOMETRIQUES ET DENSIMETRIQUES, LIGNINE, SUCRES, BIOMASSE MICROBIENNE) A ETE ANALYSE PAR UNE APPROCHE CHRONOSEQUENTIELLE A POSTERIORI. COUPE RASE ET MISE EN CULTURE SE TRADUISENT PAR UNE MODIFICATION DE LA VARIABILITE SPATIALE ET UNE REDUCTION DES STOCKS DE MATIERES ORGANIQUES DES HORIZONS SUPERFICIELS. L'ENSEMBLE DE CES RESULTATS FOURNIT UN JEU D'INDICATEURS CONVERGENTS POUR PREDIRE L'EVOLUTION QUANTITATIVE ET QUALITATIVE DES MATIERES ORGANIQUES SOUS L'EFFET DE CES CHANGEMENTS D'USAGE. CES INDICATEURS ONT MONTRE L'EXISTENCE DE PROCESSUS DE STABILISATION PHYSIQUE ET CHIMIQUE DES MATIERES ORGANIQUES DANS LES SOLS DES LANDES DE GASCOGNE.

Author: Marine Lacoste
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Languages : fr
Pages : 301

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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: Charles Gauthier
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Languages : fr
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Le réservoir de carbone de sol est un élément clé du cycle global du carbone et donc du système climatique. Les sols et le carbone organique qu'ils contiennent constituent le plus grand réservoir de carbone des écosystèmes terrestres. Ce réservoir est également responsable du stockage d'une grande quantité de carbone prélevé de l'atmosphère par les plantes par la photosynthèse. C'est pourquoi les sols sont considérés comme une stratégie de mitigation viable pour réduire la concentration atmosphérique de CO2 dûe aux émissions globales de CO2 d'origine fossile. Malgré son importance, des incertitudes subsistent quant à la taille du réservoir global de carbone organique de sol et à ses dynamiques. Les modèles de biosphère terrestre sont des outils essentiels pour quantifier et étudier la dynamique du carbone organique de sol. Ces modèles simulent les processus biophysiques et biogéochimiques au sein des écosystèmes et peuvent également simuler le comportement futur du réservoir de carbone organique de sol en utilisant des forçages météorologiques appropriés. Cependant, de grandes incertitudes dans les projections faite par les modèles de biosphère terrestre sur les dynamiques du carbone organique de sol ont été observées, en partie dues au problème de l'équifinalité. Afin d'améliorer notre compréhension de la dynamique du carbone organique de sol, cette recherche visait à optimiser les paramètres du schéma de carbone de sol contenu dans le modèle de schéma canadien de surface terrestre incluant les cycles biogéochimiques (CLASSIC), afin de parvenir à une meilleure représentation de la dynamique du carbone organique de sol. Une analyse de sensibilité globale a été réalisée pour identifier lesquels parmis les 16 paramètres du schéma de carbone de sol, n'affectaient pas la simulation du carbone organique de sol et de la respiration du sol. L'analyse de sensibilité a utilisé trois sites de covariance des turbulences afin de représenter différentes conditions climatiques simulées par le schéma de carbone de sol et d'économiser le coût calculatoire de l'analyse. L'analyse de sensibilité a démontré que certains paramètres du schéma de carbone de sol ne contribuent pas à la variance des simulations du carbone organique de sol et de la respiration du sol. Ce résultat a permis de réduire la dimensionnalité du problème d'optimisation. Ensuite, quatre scénarios d'optimisation ont été élaborés sur la base de l'analyse de sensibilité, chacun utilisant un ensemble de paramètres. Deux fonctions coûts ont été utilisées pour l'optimisation de chacun des scénarios. L'optimisation a également démontré que la fonction coût utilisée avait un impact sur les ensembles de paramètres optimisés. Les ensembles de paramètres obtenus à partir des différents scénarios et fonctions coûts ont été comparés à des ensembles de données indépendants et à des estimations globales du carbone organique de sol à l'aide de métrique tel la racine de l'erreur quadratique moyenne et le bias, afin d'évaluer l'effet des ensembles de paramètres sur les simulations effectuées par le schéma de carbone de sol. Un ensemble de paramètres a surpassé les autres ensembles de paramètres optimisés ainsi que le paramétrage par défaut du modèle. Ce résultat a indiqué que la structure d'optimisation était en mesure de produire un ensemble de paramètres qui simulait des valeurs de carbone organique de sol et de respiration du sol qui étaient plus près des valeurs observées que le modèle CLASSIC par défaut, améliorant la représentation de la dynamique du carbone du sol. Cet ensemble de paramètres optimisés a ensuite été utilisé pour effectuer des simulations futures (2015-2100) de la dynamique du carbone organique de sol afin d'évaluer son impact sur les projections de CLASSIC. Les simulations futures ont montré que l'ensemble de paramètres optimisés simulait une quantité de carbone organique de sol 62 % plus élevée que l'ensemble de paramètres par défaut tout en simulant des flux de respiration du sol similaires. Les simulations futures ont également montré que les ensembles de paramètres optimisés et par défaut prévoyaient que le réservoir de carbone organique de sol demeurerait un puits de carbone net d'ici 2100 avec des sources nettes régionales. Cette étude a amélioré globalement la représentation de la dynamique du carbone organique de sol dans le schéma de carbone de sol de CLASSIC en fournissant un ensemble de paramètres optimisés. Cet ensemble de paramètres devrait permettre d'améliorer notre compréhension de la dynamique du carbone du sol.

Author: Amandine Rémy
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Languages : fr
Pages : 42

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L’évolution des techniques de mesure des propriétés physico-chimiques des sols et l’absence de protocole de description standard a souvent altéré la comparabilité des données pédologiques collectées au cours de différents projets et/ou pour des objectifs différents. Les questions d’harmonisation et de complétion des bases de données sont donc des questions centrales à la mise en commun de données pédologiques. Cette étude vise à étudier (1) la possibilité d’utiliser conjointement des réserves utiles estimées à partir de mesures de granulométrie et de teneur en carbone organique et d’autres estimées à partir de classes de texture estimées au toucher sur le terrain, (2) la construction d’une fonction de passage entre des valeurs de teneurs en carbone obtenues par la méthode Anne et par combustion sèche, (3) la performance de deux approches pour estimer la teneur en carbone organique de certains horizons manquants. Les résultats montrent qu’il est raisonnable de combiner des réserves utiles estimées à partir de classes de texture estimées au toucher avec d’autres estimées à partir de classes de texture réelles dérivées de mesures de granulométrie, mais qu’il est déconseillé de les combiner avec d’autres estimées à partir de mesures de granulométrie et de teneur en carbone. Les résultats indiquent aussi qu’il est possible d’améliorer la relation entre les teneurs en carbone obtenues par les deux méthodes à l’aide de la teneur en azote, des teneurs en fer et aluminium libre, de la densité apparente et de la teneur en eau résiduelle, même si une incertitude non négligeable persiste pour les teneurs élevées en carbone. La forte variabilité de la distribution verticale du carbone limite sa prédiction à partir de la teneur de la couche 0-10cm et des covariables environnementales ici testées, ou à partir de fonctions spline à masse constante.

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ISBN: 9782759231485
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Languages : fr
Pages : 231

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