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Des « empreintes pédologiques » dans les bassins versants et les archives naturelles

Le lundi 7 novembre 2011 à 14h dans l’amphithéâtre du Pôle Montagne de l’Université de Savoie (Bourget du Lac)

Soutenance d’ HDR de Jérôme POULENARD

devant un jury composé de :

  • KELLER Catherine - Université de Marseille II (Rapporteur)
  • VALENTIN Christian - IRD (Rapporteur)
  • VIERS Jérôme - Université de Toulouse (Rapporteur)
  • EGLI Markus - Université de Zurich (Examinateur)
  • DORIOZ Jean-Marcel - INRA (Examinateur)
  • FAIVRE Pierre - Université de Savoie (Examinateur)

- Voir le plan (PDF - 276 ko)

Résumé :

La couverture pédologique est la source d’émission d’un ensemble de substances (minérales et organiques) transférées par les flux hydriques sous forme dissoute et/ou particulaire dans les bassins versants. La quantité et la qualité des composés exportés ainsi varient selon le type, le mode d’usage et la position des sols dont ils sont issus. Or, à l’exutoire des bassins versants, on ignore, dans la plupart des cas, les compartiments de la couverture pédologique desquels proviennent ces produits. Une stratégie d’étude, particulièrement développée lors de la dernière décade, consiste à rechercher des empreintes de sols (« soil fingerprint ») dans les produits exportés dans un bassin versant. Une empreinte de sol pouvant être définie comme toutes propriétés ou constituants susceptibles de révéler l’origine pédologique de la charge dissoute ou particulaire.

L’utilisation de ces « empreintes pédologiques » doit permettre le repérage, à l’échelle des bassins versants, des sols qui contribuent aux flux de matières exportées (zones sources contributives), véritable « point chaud » de la couverture pédologique. Le rôle de certains modes d’occupation des sols dans l’émission de substances particulaires et solubles pourrait ainsi être précisé. Ce repérage des zones et des sols actifs a un intérêt évident pour les problématiques de gestion des transferts de polluants, en particulier dans le cadre de pollutions diffuses. De plus, dans un certain nombre de contextes, les matériaux issus des sols sont piégés dans des archives naturelles (sédiments lacustres, spéléothems, sols colluviaux…). L’identification de l’origine pédologique précise de ces produits dans les archives doit alors permettre de reconstituer l’histoire des sols des bassins versants. Or, si de considérables progrès ont été faits ces dernières décennies sur la compréhension de l’évolution du climat et de la couverture végétale au cours de l’holocène, force est de constater que l’histoire des sols reste largement méconnue. Cette méconnaissance de la manière dont les sols ont réagi, dans le passé, à des modifications des facteurs externes (climat, végétation, usage..) constitue un handicap pour prévoir la réaction de la couverture pédologique aux changements actuels.

Pour pouvoir être utilisé comme un traceur pédologique, une « empreinte de sols » doit posséder un certain nombre de propriétés spécifiques. Ces dernières doivent ainsi être :

  • discriminantes des principaux types de sols, d’horizons ou d’usages des sols,
  • stables au cours du transfert dans les sols et dans le réseau hydrographique
  • reconnaissables dans un mélange de sources diverses
  • conservatives et lisibles dans les eaux et dans des archives environnementales stratigraphiquement organisées et datables (stalagmites, sédiments lacustres, colluvions).

À partir de cet ensemble de conditions, deux types d’empreintes peuvent être cherchées :

  • des constituants (organiques et/ou minéraux) qui répondent aux exigences précédentes. On est alors naturellement conduit à éliminer les constituants ubiquistes majoritaires (argiles, minéraux primaires, substances humiques..) qui ne sont pas suffisamment discriminants et à privilégier des constituants secondaires éventuellement mineurs mais discriminants et stables. On a alors des « pédotraceurs ». Dans le cadre de nos travaux, deux approches ont été développées pour les pédotraceurs organiques : un suivi des radicaux libres (semi-quinones) par Résonance Paramagnétique Electronique (dans les phases particulaires et solubles), un suivi de molécules cibles (HAP…). Pour la phase minérale, nos travaux nous ont conduits à tester l’utilisation du groupe des terres rares (Rare Earth Element : REE), les formes du fer et de l’aluminium et la spéciation du P particulaire.
  • des « propriétés » caractéristiques pouvant être utilisées comme des signatures. Il s’agit alors de repérer une signature (par exemple spectroscopique) globale et de l’utiliser comme une empreinte sans en chercher la signification directe. Dans ce cadre il importe absolument de vérifier si les critères précédemment décrits sont respectés. On a alors des « pédosignatures ». Nous avons cherché à utiliser en ce sens, le spectre de reflectance diffuse moyen infra-rouge (DRIFT). En effet, l’absorbance dans l’IR est reliée à la présence de groupements fonctionnels organiques et minéraux dont les natures et les rapports d’intensité relative peuvent être considérés comme des empreintes. Cette signature présente donc l’avantage d’être globale et simple à repérer. Pour la phase organique proprement dite nous avons testé l’utilisation de la fluorescence 3D comme signature des matières organiques solubles exportées des sols.

Dans le cadre des opérations de recherches menées depuis une dizaine d’années, l’utilisation de ces empreintes pédologiques a permis :

  • d’établir des bilans de l’origine (surface de sols pâturés versus sols de berges ; sols se développant sur différents types de sols, roches) des matières en suspension dans des BV à l’échelle annuelle (BV rural de l’Albenche, Savoie ; BV de Cointzio, Mexique) et à l’échelle de crues (BV de la Galabre, Alpes du Sud)
  • de préciser l’origine et les modes de transfert de matières organiques dissoutes dans des eaux superficielles (BV du Mercube, Haute-Savoie) et dans les eaux d’infiltration des systèmes karstiques (Plateau du Revard, Savoie).
  • d’étudier des traits pédologiques anciens, archivés dans des sédiments lacustres, des spéléothems et/ou des sols colluviaux. Nos travaux nous ont ainsi conduits à constituer des modèles d’évolution des sols à partir d’enregistrements sédimentaires (Lac du thyl et du Lou, Savoie ; Lac d’Anterne, Haute-Savoie). Ils nous ont permis de définir, pour les sols de l’étage sub-alpin des Alpes du Nord, un Optimum Pédologique Holocène (globalement entre 8000 et 5000 ans BP) brutalement interrompu par une « crise pédologique d’anthropisation » avec une phase érosive majeure et un retour à des états peu évolués de la couverture pédologique. Reprenant le concept de « bio-rhexistasie » d’Erhart (1956), nous proposons d’appeler « anthropostasie » cette nouvelle phase de l’histoire des sols, correspondant à une crise érosive directement sous la dépendance des activités humaines.

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