La spectroscopie infrarouge : une approche innovante pour la caractérisation des interactions fer-carbone dans les sols en zone de pergélisol : Cas d’étude en Sibérie (Batagay et Yukechi) et au Canada (Peel Plateau et Cape Bounty)

Details

Supervisors

Opfergelt, Sophie

Faculty

Faculté des bioingénieurs

Degree label

Master [120] : bioingénieur en sciences agronomiques, à finalité spécialisée

Abstract

Dans les régions arctiques, le réchauffement climatique se produit environ quatre fois plus vite que la moyenne mondiale. Ce réchauffement accélère le dégel du pergélisol et la libération du carbone qui y est stocké depuis des millénaires. Ce carbone devient ainsi disponible pour les micro-organismes, qui peuvent le transformer en gaz à effet de serre. Cette transformation amplifie à son tour le réchauffement climatique et le dégel du pergélisol, formant une boucle de rétroaction positive connue sous le nom de rétroaction climat-carbone-pergélisol. Une partie de ce carbone peut toutefois être stabilisée par des interactions avec la phase minérale du sol. Caractériser ces interactions fer-carbone est essentiel pour améliorer les scénarios de futures émissions de gaz à effet de serre liées au dégel du pergélisol. Cependant, la méthode actuellement utilisée, basée sur des extractions chimiques sélectives, bien que fiable, reste coûteuse, chronophage et difficilement applicable à grande échelle. Ce mémoire vise donc à évaluer le potentiel de la spectroscopie dans le moyen infrarouge (MIR), couplée à un modèle de régression des moindres carrés partiels (PLSR), comme méthode alternative plus rapide, non destructive et applicable à plus grande échelle. L'étude repose sur 172 échantillons provenant de quatre sites de pergélisol présentant des reliefs thermokarstiques (Batagay et Yukechi en Sibérie, Peel Plateau et Cape Bounty au Canada), en combinant des données de référence issues d'extractions sélectives et un nouveau jeu de spectres MIR acquis dans le cadre de ce travail. La robustesse des modèles a été évaluée par validation croisée de type Monte Carlo. Les résultats montrent que le fer total, le carbone organique total (COT) et le carbone lié aux complexes organo-métalliques (CP) sont prédits avec des performances satisfaisantes et robustes (R² entre 0,797 et 0,814), tandis que les fractions de fer réactif prises individuellement présentent des performances plus faibles et plus variables selon les sites (R² entre 0,558 et 0,695). À l'échelle des quatre sites, les interactions fer-carbone stabilisent en moyenne 39 % du COT, les complexes organo-métalliques constituant le mécanisme dominant. Ce travail confirme ainsi le potentiel de la spectroscopie MIR pour la caractérisation des principales variables fer-carbone du pergélisol, en particulier le fer total, le COT et le CP, tout en soulignant les limites actuelles des modèles pour la prédiction des fractions de fer les plus spécifiques, ainsi que leur capacité de généralisation à de nouveaux sites.