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Propriétés physico-chimiques d’un sol amendé en biochar

Réalisé par : Alicia BLANC

Prof HES responsable du travail de diplôme et superviseur : Pascal BOIVIN

Genève, Novembre 2013

hepia


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Déclaration

« Ce travail de diplôme est réalisé dans le cadre de l’examen de thèse de bachelor, en

vue de l’obtention du titre de Bachelor HES en Agronomie de hepia, hes-so//Genève.

L’étudiant assume la responsabilité du travail et accepte, le cas échéant, la clause de

confidentialité. Par contre, les conclusions et les recommandations qu’il y formule, sans

préjuger de leur valeur, n’engagent ni les responsabilités de l’auteur, ni celle du Prof.

HES responsable ni celle du superviseur, des experts et de hepia. »

« J’atteste avoir réalisé seule le présent travail, sans avoir utilisé des sources autres

que celles citées dans la bibliographie. »

Fait à Lullier, le 15 Novembre 2013

Alicia BLANC


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Remerciements

Je remercie sincèrement toutes les personnes ayant contribuées de près ou de loin à

l’élaboration de cette étude, plus particulièrement :

Pascal Boivin pour sa patience dans ses explications, sa disponibilité et son perpétuel

optimisme ;

Fred pour tout le temps consacré avec pédagogie à m’orienter, me conseiller, me

former aux analyses hydro-structurales et pour les tuyaux sur excel ;

Jaques Fuchs et Jean-Luc Tschabold du FIBL pour la mise en place de l’essai à

Cocagne, ainsi que Claude Mudry, responsable du jardin de Cocagne pour l’accès à

ses parcelles et son accueil chaleureux à chaque venue ;

Hans-Peter Schmidt pour la mise en place des essais à Ayent, pour l’accès à ses

parcelles et son accueil chaleureux à chaque venue dans le Valais ;

Aline et François pour leur disponibilité et leur aide lors des analyses en laboratoire ;

Alice et Michel Amez-Droz pour leurs explications pour les observations en

microscopie électronique à balayage ;

Nicole Chavaz pour ses précieux conseils dans les analyses statistiques ;

Toute l’équipe Sols de l’hepia et plus particulièrement Véronique Guiné, Lionel

Chabbey, Antoine Sauty, Sandrine Meyer et Karine Gondret pour leurs conseils ;

Mes collègues de volée d’Agronomie, plus particulièrement Edwige et Yaëlle pour

m’avoir aidée avec leurs bras musclés à creuser les profils à Cocagne ;

Fanny pour la relecture ;

Olivier pour son soutien !


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Résumé

La découverte des terra preta, sol très fertile composé en partie de biochar, a

déclenché beaucoup de recherches ces dernières décennies. Le biochar, composé

carboné très hétérogène en fonction du matériel de base et du processus de

fabrication, est principalement étudié pour sa fertilité chimique et pour la séquestration

du carbone dans les sols. L’impact sur les propriétés hydro-structurales des sols n’est

pas autant documenté. Le but de cette étude est d’évaluer les propriétés physico-

chimiques des sols après amendement avec du biochar, et d’identifier le devenir du

biochar dans les sols.

Une parcelle maraîchère au jardin de Cocagne (GE) a été mise en place en 2011 avec

3 variantes (biochar + compost, témoin, compost). Deux ans après, 30 échantillons

non-remaniés par variante ont été analysés à travers les courbes de retrait et de

désorption, la CEC, la teneur en carbone organique et la texture du sol. D’autres

échantillons de cette parcelle et de parcelles amendées en biochar à Ayent (VS) ont

été observés en Microcopie électronique à balayage (MEB).

Les résultats de cette étude montrent les limites de l’essai mis en place à Cocagne. De

plus, peu de corrélations entre les propriétés physico-chimiques et les teneurs en

carbone organique et argile ont pu être établies. Les observations microscopiques ont

montré qu’après séjour dans les sols, le biochar est majoritairement lié aux particules

du sol.

La principale conclusion est que le sol amendé au biochar ne montre pas de différence

significative avec le témoin sur l’ensemble des propriétés physico-chimiques du sol

analysées, dans les conditions de cette expérience.

Mots-clés : Biochar, sol, carbone organique, propriétés physico-chimiques, MEB


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Abstract

The discovery of terra preta, fertile soil composed partly of biochar, attracted a lot of

interest and research. Biochar is a very heterogeneous carbon compound according to

the material base and the manufacturing process. It’s mainly studied for its chemical

fertility and carbon sequestration in soils. So far, the impact of biochar on the hydro-

structural properties of soil is not much investigated. The purpose of this study is to

evaluate the physico-chemical properties of soil after amendment with biochar, and to

identify its evolution in soils.

In the Cocagne’s garden (GE, Suisse), a trial in a field has been set up in 2011 with 3

treatments (biochar + compost, control, compost). Two years later, 30 non-altered

samples per treatment were analyzed by means of shrinkage and retention curves,

CEC, organic carbon content and texture of soil. Samples of this field and fields from

Ayent (VS, Suisse) were also examined using Scanning Microcopy Electronic (SEM).

The results of this study show the limits of the trial implemented in Cocagne. Moreover,

few correlations between physico-chemical properties and organic carbon and clay

contents could be established. The microscopic observations showed that after stay in

soils, biochar is predominantly bound to soil particles.

In conclusion, this study doesn’t show any significant contribution of biochar to the

physico-chemical properties of soil under these experimental conditions.

Key words : biochar, soil, organic carbon, physico-chemical properties, SEM


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Zusammenfassung

terra preta sind sehr fruchtbaren Boden, die teilweise aus Biokohle zusammengestellt

sind, diese Entdeckung löste viele Forschungen über diesem Thema diese letzten

Jahrzehnte aus. Die Biokohle, die sehr heterogene Kohlenstoffzusammensetzung je

nach dem Grundmaterial und dem Prozess der Herstellung, wird hauptsächlich für ihre

chemische Fruchtbarkeit und für ihre CO2-Sequestrierung in den Böden studiert. Ihre

Wirkung auf dem hydrostrukturellen Eigenschaften der Böden ist noch wenig

dokumentiert. Das Ziel von diesem Studium ist die hydrostrukturellen Eigenschaften

der Böden einzuschätzen nach Eingliederung von Biokohle und identifizierung von ihre

Entwicklung in den Böden.

Eine Gemüsebauparzelle würde vom Betrieb « Jardin de Cocagne » (GE) im Jahre

2011 mit 3 Varianten (Biokohle + Kompost, Zeugenversuch, Kompost) eingerichtet

geworden. Zwei Jahre nach sind 30 nicht umgearbeiteten Proben pro Variante durch

die Schrumpf- und Desorptionskurven, das CEC, den Gehalt an organischem

Kohlenstoff und die Beschaffenheit, analysiert geworden. Andere Proben von dieser

Parzelle und von Parzellen mit Biokohleeingliederung in Ayent (VS) sind duch das

Rasterelektronenmikroskop (REM) beobachtet geworden.

Die Ergebnisse von diesem Studium zeigen die Grenzen des Versuches im Betrieb

« Jardin de Cocagne ». Weiterhin wenige Zusammenhangen zwischen den

physikochemischen Eigenschaften, den organischen Kohlenstoffsgehalten und dem

Ton könnten festgelegt werden. Die mikroskopischen Beobachtungen haben gezeigt

dass, die Biokohle mehrheitlich mit den Partikeln des Bodens verbunden nach einem

Aufenthalt im Boden sind.

Endlich die Biokohle eingegliederten Boden zeigen keinen bezeichnenden Unterschied

mit dem Zeugenversuch auf der Gesamtheit der physikochemischen Eigenschaften

des Bodens, die, in den Bedingungen für diese Erfahrung analysiert sind.

Schlüsselwörter : Biokohle, Boden, organischer Kohlenstoff, physikochemischen

Eigenschaften, Rasterelektronenmikroskop (REM)


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Table des matières

Déclaration.......................................................................................................... i Remerciements ................................................................................................. ii Résumé ............................................................................................................. iii Abstract ............................................................................................................ iv

Zusammenfassung ........................................................................................... v

Table des matières ........................................................................................... vi Liste des Tableaux ........................................................................................... ix

Liste des Figures .............................................................................................. ix

Liste des abréviations ...................................................................................... 1

Introduction ....................................................................................................... 2

1. Recherches bibliographiques .................................................................... 3

1.1 Terminologie ............................................................................................. 3 1.2 Dynamique du carbone dans les sols ..................................................... 5

1.2.1 Dynamique du réservoir de carbone ................................................ 5 1.2.2 Stabilité et associations organo-minérales ....................................... 6 1.2.3 Structure du sol ................................................................................ 6 1.2.4 Corrélations carbone organique et propriétés physiques du sol ....... 7 1.2.5 Conclusion ....................................................................................... 8

1.3 Les terra preta ou Anthropogenic Dark Earths (ADE) ............................ 8 1.3.1 Origine ............................................................................................. 8 1.3.2 Les éléments formateurs ............................................................... 10 1.3.3 Propriétés ...................................................................................... 11 1.3.4 Conclusion ..................................................................................... 12

1.4 Biochar .................................................................................................... 13 1.4.1 Biochar : production, marché ......................................................... 13 1.4.2 Propriétés ...................................................................................... 14 1.4.3 Compost et biochar ........................................................................ 17 1.4.4 Effets du biochar dans les sols ...................................................... 18 1.4.5 Conclusion ..................................................................................... 23

2. Objectif et hypothèses ............................................................................. 25

2.1 Propriétés hydro-structurales et chimiques ......................................... 25 2.2 Devenir du biochar dans les sols .......................................................... 27

3. Matériels et méthodes .............................................................................. 28

3.1 Parcelles d’étude .................................................................................... 28 3.1.1 Jardin de Cocagne, FIBL ............................................................... 28 3.1.2 Ayent : Institut Delinat .................................................................... 30

3.2 Echantillonnage ...................................................................................... 31 3.2.1 Pour les analyses physico-chimiques ............................................ 31


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3.2.2 Pour les observations en Microscopie Electronique à Balayage (MEB) ............................................................................................ 33

3.3 Vérification préliminaire des zones traitées ......................................... 33 3.4 Propriétés hydro-structurales ................................................................ 34

3.4.1 Courbe de retrait ............................................................................ 34 3.4.2 Courbe de désorption .................................................................... 37

3.5 Propriétés physico-chimiques ............................................................... 37 3.6 Morphologie du biochar au contact du sol ........................................... 38 3.7 Analyses statistiques ............................................................................. 38

3.7.1 Test de Normalité .......................................................................... 38 3.7.2 Tests statistiques de comparaison ................................................. 38 3.7.3 Régression .................................................................................... 39

3.8 Bilan du plan expérimental .................................................................... 39

4. Résultats et discussions .......................................................................... 41

4.1 Validité de la parcelle étudiée ................................................................ 41 4.1.1 Vérification préliminaire des zones traitées de la parcelle de

Cocagne ........................................................................................ 41 4.1.2 Effet de la pente sur le taux d’argile ............................................... 42

4.2 Matière organique : analyse préliminaire .............................................. 44 4.3 Analyses des courbes de retrait et de désorption ............................... 45

4.3.1 Les courbes de retrait .................................................................... 45 4.3.2 Les courbes de désorption ............................................................. 48

4.4 Influence du carbone organique et de l’argile ...................................... 49 4.4.1 Corrélations avec le carbone organique ......................................... 52 4.4.2 Corrélations avec l’argile ................................................................ 55

4.5 Comparaisons des propriétés physico-chimiques............................... 56 4.5.1 Matière organique .......................................................................... 57 4.5.2 CEC ............................................................................................... 58 4.5.3 Teneur en eau à -10 mbar ............................................................. 59 4.5.4 Densité apparente à -10 mbar ....................................................... 60 4.5.5 Capacité de gonflement totale ....................................................... 61 4.5.6 Teneur en eau à -100 mbar ........................................................... 61 4.5.7 Volume des pores de rayon entre 3 et 15 µm ................................ 62

4.6 Comparaisons aux scénarios proposés ............................................... 63 4.6.1 CEC ............................................................................................... 63 4.6.2 Densité apparente à sec ................................................................ 64 4.6.3 Densité apparente au point AE ...................................................... 65 4.6.4 Densité apparente à -10 mbar ....................................................... 65 4.6.5 Volume poral structural au point AE ............................................... 66 4.6.6 Volume poral structural à -10 mbar ................................................ 66

4.7 Evaluation du potentiel physico-chimique de la parcelle étudiée ....... 67 4.7.1 Propriétés chimiques ..................................................................... 68 4.7.2 Propriétés Hydro-structurales ........................................................ 70

4.8 Morphologie du biochar au contact du sol ........................................... 72 4.8.1 Biochar pur .................................................................................... 73 4.8.2 Bois ............................................................................................... 73 4.8.3 Biochar composté avant amendement ........................................... 74


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4.8.4 Ayent parcelle maraîchère ............................................................. 75 4.8.5 Ayent parcelle viticole .................................................................... 76 4.8.6 Cocagne ........................................................................................ 77

4.9 Discussion globale ................................................................................. 79

Conclusion et perspectives............................................................................ 81

Bibliographie ................................................................................................... 83

Annexe 1 Descriptions des profils de Cocagne ........................................... 87

Annexe 2 Plan de parcelle d’Ayent ................................................................ 93

Annexe 3 Analyse d’extraction et quantitative de Biochar.......................... 94

Annexe 4 Test statistique pour la vérification des zones traitées ............ 103

Annexe 5 Comparaisons des propriétés hydro-structurales .................... 105

Annexe 6 Tests statistiques ......................................................................... 106

Annexe 7 Comparaisons aux scénarios proposés .................................... 117

Annexe 8 Evaluation du potentiel structural du sol de Cocagne .............. 119


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Liste des Tableaux

Tableau 1 : Les différents essais des parcelles d'Ayent ................................... 31

Tableau 2 : Matière organique de biochar pur en fonction de la méthode utilisée ......................................................................................................................... 44

Tableau 3 : Régressions multiples pour chaque paramètre étudié en fonction du carbone organique (Corg) et de l’argile pour chaque variante. P-valeur : vert foncé < 0.05, vert clair < 0.10. R2 : coefficient de corrélation > 30 % en gras. . 51

Tableau 4 : Comparatif des sols de la haie et de la parcelle d’étude de Cocagne ......................................................................................................................... 68

Tableau 5 : Environnement des profils ............................................................. 87

Tableau 6 : Classes de taille du biochar avant et après passage au bain ultrason ............................................................................................................ 95

Tableau 7 : Proportions flottante ou non de biochar ......................................... 95

Tableau 8 : Mélange terre / biochar ................................................................. 95

Tableau 9 : Proportions récupérées après ultrason ......................................... 96

Tableau 10 : Particules récupérées après tamisage ........................................ 96

Tableau 11 : Particules de biochar après Calgon et tamisage ......................... 99

Tableau 12 : Particules de biochar après centrifugation .................................. 99

Tableau 13 : Résultats test à l'eau oxygénée et au Calgon ........................... 100

Tableau 14 : Résultats des tests statistiques pour différents paramètres ...... 105

Liste des Figures

Figure 1 : Continuum de combustion qui décrit les différentes formes de black carbone trouvées dans l'environnement, adaptée selon Schimmelpfennig & Glaser, 2012 modifié .......................................................................................... 4

Figure 2 : Equilibre et dynamique du réservoir du carbone (Lal, 2010) .............. 5

Figure 3 : Profils : Ferralsol typique à gauche, et terra preta à droite (Glaser & Birk, 2011) .......................................................................................................... 9

Figure 4 : Éléments constituants des terra preta et leurs interactions dans le sol (Glaser & Birk, 2011) ........................................................................................ 10

Figure 5 : Métanalyse sur les effets d'un amendement en biochar sur les rendements des cultures. Les barres indiquent les intervalles de confiance à 95 %, les nombres à droite des barres le taux de biochar amendé (t.ha-1), les deux colonnes de droite le nombre de répétitions et le nombre d'expériences (Verheijen et al., 2009) ..................................................................................... 20


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Figure 6 : Images en microscopie électronique (SEM) de deux surfaces de biochar après séjour de 3 mois dans un ferrosol. Spectre (EDS) des régions fléchées (a) CM biochar : biochar de fumier de poule, (b) PS biochar : biochar de déchets de papeterie (Lin et al., 2012) ........................................................ 20

Figure 7 : Les différents scénarios proposés de l’effet du biochar sur les propriétés physico-chimiques du sol ................................................................ 26

Figure 8 : Profil 2 caractéristique d'un Calcosol à pseudogley ......................... 30

Figure 9 : Plan d'échantillonnage de la parcelle de Cocagne ........................... 32

Figure 10 : Prélèvement d’échantillons non-remaniés ..................................... 33

Figure 11 : Mesure de volume par la méthode de la pochette plastique. ......... 35

Figure 12 : Dispositif de mesure des courbes de retrait et de désorption ........ 35

Figure 13 : Exemple de modélisation de la courbe de retrait avec les phases et les points caractéristiques. Courbe en haut du graphique : courbe de retrait. Droite en pointillée : droite de saturation en eau. MS : Maximum Swelling, capacité de gonflement maximum du plasma. ML : Macroporosity Limit, point de vidange de la porosité structurale. AE : Air Entry, point d’entrée d’air dans le plasma. KStr : retrait structural. KBs : retrait basique. KR : retrait résiduel. W : teneur en eau en g.g-1 et V : volume spécifique en cm3.g-1. (Lamy, 2009) ....... 36

Figure 14 : Plan expérimental .......................................................................... 40

Figure 15 : Nombre de biochar par échantillon en fonction des variantes (à gauche). Pourcentage massique de biochar par échantillon en fonction des variantes (à droite). Les barres d’erreur correspondent aux écart-types. ......... 41

Figure 16 : Teneur en argiles en fonction de la ligne de pente (moyenne des teneurs en argile par ligne de pente avec écart-type) ...................................... 42

Figure 17 : Teneur en argile en fonction des trois variantes étudiées. P-valeur = 0.016. (Barres d’erreur : intervalles de confiance à 95%) ................................ 43

Figure 18 : Teneur en air à -10 mbar calculé avec exposant 3 en fonction de l’exposant déterminé ........................................................................................ 45

Figure 19 : Teneur en air à -10 mbar avec exposant déterminé en fonction de l’exposant déterminé ........................................................................................ 46

Figure 20 : Courbe de retrait type .................................................................... 47

Figure 21 : Courbes de retrait classées par variante ........................................ 48

Figure 22 : Courbes de désorption classées par variante ................................ 49

Figure 23 : Carbone organique en fonction de la teneur en argiles .................. 50

Figure 24 : Teneur en eau à -10 mbar en fonction du carbone organique (à gauche), teneur en air à -10 mbar en fonction du carbone organique (à droite). ......................................................................................................................... 53

Figure 25 : Teneur en eau à -100 mbar (à gauche) et à -500 mbar (à droite) en fonction du carbone organique ......................................................................... 53

Figure 26 : Volume des pores de rayon 3-15 µm en fonction du carbone organique ......................................................................................................... 54


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Figure 27 : Teneur en eau ou volume porale plasmique au point AE en fonction de la teneur en carbone organique. ................................................................. 54

Figure 28 : Teneur en eau au point AE (à gauche) et volume poral structural au point AE (à droite) en fonction du taux d’argile pour la variante témoin. Cercle rouge : valeur imposant la corrélation .............................................................. 55

Figure 29 : Densité apparente au point AE en fonction de la teneur en argiles 56

Figure 30 : Pourcentage de matière organique en fonction des variantes. Barres d’erreur : intervalles de confiance à 95%. Lettres : test de Tukey à 5%. p-valeur = 0.021 ............................................................................................................. 57

Figure 31 : CEC en fonction des variantes. Barres d’erreur = intervalles de confiance à 95%. Lettres : différences statistiquement significatives (Test de Tukey, p = 0.021) ............................................................................................. 58

Figure 32 : Teneur en eau à -10 mbar en fonction des variantes. Barres d’erreur = intervalles de confiance à 95%. Lettres : différences statistiquement significatives (Test de Tukey) ANOVA : p = 0.011 ........................................... 59

Figure 33 : Densité apparente à -10 mbar en fonction des variantes. Barres d’erreur = intervalles de confiance à 95%. Lettres : différences statistiquement significatives (Test de Tukey) ANOVA : p = 0.04. ............................................ 60

Figure 34 : Capacité de gonflement totale en fonction des variantes. Barres d’erreur = intervalles de confiance à 95%. Lettres : différences statistiquement significatives (Test de Tukey) ANOVA : p = 0.04. ............................................ 61

Figure 35 : Teneur en eau à -100 mbar en fonction des variantes. Barres d’erreur = intervalles de confiance à 95%. Lettres : différences statistiquement significatives (Test de Tukey) ANOVA : p = 0.0.011 ........................................ 61

Figure 36 : Volume des pores de rayon 3-15 µm en fonction des variantes. Barres d’erreur = intervalles de confiance à 95%. Lettres : différences statistiquement significatives (Test de Tukey) ANOVA : p = 0.0.018 ............... 62

Figure 37 : CEC en fonction du carbone organique ......................................... 63

Figure 38 : Densité apparente à sec en fonction du carbone organique .......... 64

Figure 39 : Densité apparente au point AE en fonction du carbone organique 65

Figure 40 : Densité apparente à -10 mbar en fonction du carbone organique . 65

Figure 41 : Volume structural au point AE en fonction du carbone organique . 66

Figure 42 : Volume structural à -10 mbar en fonction du carbone organique ... 66

Figure 43 : Carbone organique en fonction de la teneur en argiles pour les sols de la parcelle d’étude et celui de la haie .......................................................... 69

Figure 44 : CEC en fonction du carbone organique pour le sol de la parcelle étudiée à Cocagne et le sol de la haie. ............................................................ 69

Figure 45 : Courbes de retrait du sol de la haie comparées à celle d’un échantillon type de la parcelle d'étude ............................................................. 70

Figure 46 : Densité apparente à sec en fonction du carbone organique pour le sol de la parcelle étudiée à Cocagne et le sol de la haie. ................................ 71

Figure 47 : Volume structural au point AE en fonction du carbone organique pour le sol de la parcelle étudiée à Cocagne et le sol de la haie...................... 72


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Figure 48 : Image MEB, biochar pur issu de la production de la Coulette. ....... 73

Figure 49 : Images MEB, bois brut ................................................................... 73

Figure 50 : Image MEB, biochar composté avant amendement ...................... 74

Figure 51 : Image MEB, biochar composté avant amendement ...................... 74

Figure 52 : Image MEB, échantillon parcelle maraîchère d'Ayent .................... 75



Figure 55 : Image MEB, échantillon parcelle viticole d'Ayent ........................... 76

Figure 56 : Image MEB, échantillon parcelle de Cocagne ............................... 77

Figure 57 : Image MEB, échantillon parcelle de Cocagne ............................... 78

Figure 58 : Localisation des profils dans la pente ............................................ 87

Figure 59 : Profil 1 (source personnelle) .......................................................... 88



Figure 62 : Comparaison des 3 profils (de gauche à droite : 1-2-3) ................. 92

Figure 63 : Proportions récupérées après tamisage. Les 3 échantillons supérieurs représentent la partie flottante, les 3 échantillons en bas de l’image représentent la proportion qui coule. De gauche à droite, les classes de taille du plus gros au plus petit (>2 mm, 1-2 mm, 0.5-1 mm). ........................................ 97

Figure 64 : Proportions récupérées après tamisage à 2 mm. A gauche partie flottante, à droite portion du fond (source personnelle) .................................... 97

Figure 65 : Biochar recouvert de terre (loupe binoculaire grossissement X 7.5), (source personnelle) ........................................................................................ 98

Figure 66 : Proportions récupérées 1-2 mm. A gauche partie flottante, à droite portion du fond (source personnelle) ................................................................ 98

Figure 67 : Proportions récupérées 0.5-1 mm. A gauche partie flottante, à droite portion du fond (source personnelle) ................................................................ 98

Figure 68 : Proportions récupérées après Calgon et tamisage à 50 µm. A gauche particules > 50 µm, à droite particules < 50 µm ................................... 99

Figure 69 : Proportions récupérées après centrifugation. A gauche particules flottantes, à droite particules du culot ............................................................. 100

Figure 70 : Biochars après eau oxygénée et Calgon ..................................... 101


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Liste des abréviations

µm : Micro-mètre

ADE : Amazonian Dark Earths ou Anthropogenics Dark Earths

Al : Aluminium

BC : Black carbon

C : Carbone

Corg : Carbone organique

CaCO3 : Carbonate de calcium

cm3 : centimètre cube

CO2 : Dioxyde de carbone

Fe : Fer

FIBL : Institut de recherche de l'agriculture biologique (Forschungsinstitut für

Biologischen Landbau)

g : gramme

ha : hectare

hepia : Haute école du paysage, d’ingénierie et d’architecture de Genève

mbar : millibar

MO : Matière organique

p : p-valeur

R2 : coefficient de corrélation

SOM : Matière organique du sol

TOC : Carbone organique total

t : tonne


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Introduction

Le sol se forme et évolue très lentement. Il est le support des cultures, mais a

également un grand rôle dans les grands cycles naturels. Actuellement, la

conservation de la fertilité des sols cultivables est un enjeu qui devient primordial pour

nourrir de manière satisfaisante la population mondiale. La matière organique est un

des facteurs clé de la fertilité des sols. Pendant des décennies, les sols ont été

délaissés et donc appauvris en matière organique, ce qui les fragilise, et les rend plus

sensibles aux dégradations. Environ 45 % des sols Européens sont pauvres à très

pauvres en matière organique (Trouche et De La Bouëre, 2011).

La découverte des terra preta en Amazonie, sols formés à l’époque précolombienne,

pourrait donner espoir de cultiver en préservant nos sols de manière durable, voire de

cultiver des sols peu fertiles. Ces sols, de réputation très riche en matière organique et

stable, contiennent du biochar, élément qui pourrait être à l’origine de ces

caractéristiques.

Dans cette étude, une première partie de recherches bibliographiques documente la

formation des terra preta, puis les caractéristiques du biochar et ses effets sur les sols.

Cette étude tente d’évaluer les propriétés physico-chimiques des sols après

amendement avec du biochar dans le but de déterminer s’il est envisageable de

l’introduire dans les pratiques culturales actuelles ; et d’identifier le devenir du biochar

dans les sols.

« La Terre... Combien sommes-nous à comprendre cette glèbe

silencieuse que nous foulons toute notre vie ? Pourtant, c'est elle qui

nous nourrit, elle à qui nous devons la vie et devrons irrévocablement

la survie »

Pierre Rabhi


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1. Recherches bibliographiques

1.1 Terminologie Pour commencer, il est important de définir certains termes français et anglais

(Lehmann & Joseph, 2009; Sohi et al., 2009) :

• Biochar :

Le biochar est un produit carboné issus de matériaux végétaux (bois, déchets verts

etc.) ayant subi une combustion sous concentration limitée en oxygène, généralement

appelée pyrolyse. Le biochar est un terme utilisé essentiellement pour les sols en

agriculture. Certains auteurs l’appellent « Agrichar ».

• Charcoal :

Ce terme anglophone est très employé dans les articles scientifiques. Il désigne un

charbon végétal issu d'une combustion incomplète, comme le biochar ; mais se

caractérise, en plus de son usage traditionnel comme amendement dans les sols, par

un emploi comme carburant pour chauffer ou cuisiner.

• Coal ou charbon fossile :

Le charbon fossile comme son nom l'indique désigne le charbon issu de procédés

géologiques. Il est issu de gisements de charbon datant principalement du Carbonifère

(-300 Ma).

• Char :

Ce terme anglophone caractérise en général des résidus carbonés issus de feux de

végétation.

• Charbon actif :

Le charbon actif désigne un matériau pyrolysé, comme une substance de type biochar,

ayant subi une activation, définie comme une étape qui permet d'augmenter son

pouvoir adsorbant. Cette activation peut être physique (vapeur, température élevée),

ou chimique (acides). Ce produit est caractérisé par une forte capacité de rétention. Il

est très utilisé dans de nombreux domaines tels qu'en filtration (eau, air...), chimie,

industrie, médecine etc.

• Black carbon :


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Le « black carbon » est un terme générique qui comprend l'ensemble des composés

carbonés : char, charcoal, coal, suie, graphite, biochar etc. Ce terme inclut tous les

résidus riches en carbone issus de feux ou d'échauffement.

• Bois torréfié :

Cet élément est défini car il fait partie des processus de pyrolyse mais à faible

température. Il peut être un précurseur du charbon de bois. C'est en quelque sorte un

bois séché et condensé (dépolymérisation). Il est surtout utilisé comme combustible

pour le chauffage, privilégié au bois de coupe car aisément transportable.

La Figure 1 illustre les différents produits carbonés en fonction de la température de

fabrication. La taille des particules, la réactivité et le ratio O/C tendent à diminuer avec

l’augmentation de température de fabrication.

Figure 1 : Continuum de combustion qui décrit les différentes formes de black carbone trouvées dans l'environnement, adaptée selon Schimmelpfennig & Glaser,

2012 modifié


BLANC Alicia 5

• terra preta ou Amazonian Dark Earths (ADE) : sol d'origine anthropique de

couleur très noire hautement fertile du fait de teneurs en carbone élevées.

• Terra preta ® : Mélange de déchets organiques et de biochar mis à composter

ensemble (mélange de l'Institut Delinat et de La Coulette).

1.2 Dynamique du carbone dans les sols Avant de s’intéresser à la formation des terra preta et à l’utilisation des biochars dans

les sols, il est important de comprendre la dynamique du carbone dans les sols car

tous deux y sont impliqués. Dans cette partie, le rôle du carbone organique dans les

sols sera détaillé.

1.2.1 Dynamique du réservoir de carbone

L'équilibre dynamique du réservoir de carbone des sols dépend des gains et des

pertes en carbone (Figure 2). Les gains découlent des résidus de cultures, des

amendements organiques (compost, fumier, biochar) et des dépôts de composés

carbonés apportés par le vent et l'eau. Ces apports de carbone au sol peuvent être

stabilisés par la formation d'agrégats (agrégation), par transformation d'un composé

organique simple en complexe humique (humification), par transfert du carbone dans

le sous-sol (illuviation), et par transformation en substances résistantes à la

décomposition (récalcitrance).

Les pertes de carbone du sol sont causées par des suppressions physiques (pâturage,

récolte, feux), décomposition ou minéralisation, et lessivage de composés carbonés

dissous. (Lal, 2010)

Figure 2 : Equilibre et dynamique du réservoir du carbone (Lal, 2010)


BLANC Alicia 6

1.2.2 Stabilité et associations organo-minérales

La stabilité de la matière organique peut être liée à différents mécanismes (Jastrow &

Miller, 1997) :

• la récalcitrance : des molécules évoluées grosses et stables, extrêmement

résistantes aux attaques microbiennes ;

• les interactions organo-minérales : des complexes argilo-humiques

difficilement dégradables ;

• la disponibilité : certains composés organiques piégés dans des petits pores

(<1 µm) des particules argileuses inaccessibles aux micro-organismes de

décomposition.

De plus, les associations organo-minérales apparaissent à différentes échelles

spatiales. En fonction de la nature et des localisations spatiales au niveau des

agrégats des associations organo-minérales, le temps de turn-over diffère. Plus ces

associations sont séquestrées physiquement et chimiquement, plus le temps de turn-

over est élevé (jusqu'à 1000-3000 ans). (Jastrow & Miller, 1997)

1.2.3 Structure du sol

La structure du sol correspond à un arrangement spatial des constituants solides du

sol (minéraux et/ou organiques), variant à court terme (Gobat et al., 2003).

La structure du sol a une influence majeure sur les capacités du sol à supporter le

développement des racines ; à recevoir, stocker et diffuser l'eau, l’air, le carbone et les

nutriments ; ainsi qu'à résister à l'érosion et aux dispersions anthropiques de produits

chimiques.

Les principaux facteurs influençant la structure du sol sont la texture, le type d'argile

minéralogique, la composition des ions échangeables, et la teneur en carbone

organique. Ce dernier point est le facteur le plus important dans cette étude, même si

tous ces facteurs sont interdépendants. Des facteurs externes peuvent également

interagir comme bien entendu l’action mécanique de l’homme.

La structure peut être améliorée par le carbone organique. L’influence du carbone

organique dépend de propriétés telles que les caractéristiques des pores de ces

matériaux et leur capacité à absorber l'eau et à retenir l’air ; leur capacité à renforcer

les zones de ruptures entre les particules primaires du sol ou les structures


BLANC Alicia 7

secondaires (micro-agrégats) comme rôle de ciment ; et leur persistance (récalcitrance

ou protection contre les attaques microbiennes). (Kay, 1997)

La porosité est un élément important dans la structure du sol puisqu'elle détermine les

vides, donc les zones d'échanges eau / air / nutriments.

Deux systèmes poraux se distinguent (Brewer, 1964) :

• la porosité structurale : elle est liée à l’assemblage des différents continuums

du plasma et des particules supérieures à 50 µm imbriqués dans le squelette.

Elle est constituée des vides lacunaires, des vides structuraux d’assemblage

entre agrégats et des pores formés par les fentes de retrait (argiles qui

s'assèchent) et par l'activité biologique (galeries de vers de terre, racines).

• la porosité plasmique : elle est liée aux matériaux colloïdaux (argiles et

matières organiques) de diamètre généralement inférieur à 15 µm. Cette

porosité est spécifiquement fine et réactive : elle a une capacité de gonflement

et de retrait variable et fonction des précipitations.

La stabilité structurale est la capacité du sol à maintenir un arrangement donné contre

une perturbation externe. D’où la notion de la stabilité hydro-structurale, qui est la

capacité de la structure à résister aux forces internes de retrait dues au potentiel de

l’eau lors du dessèchement (Schäffer et al., 2008).

1.2.4 Corrélations carbone organique et propriétés physiques du sol

Tout d’abord, il est important de comprendre que le carbone organique est

physiquement complexé et protégé par l’argile, d’où le résultat d’une bonne corrélation

positive entre les deux constituants. Dexter et al., (2008) ont observé une limite de

complexation aux abords de 1 :10, soit 1 g de Corg se complexant avec 10 g d'argile.

En deçà de cette limite le carbone organique a une forte influence linéaire et positive

sur les propriétés physiques ; mais au-delà nettement moins et il n’est pas protégé.

Concernant les propriétés physiques du sol, elles sont corrélées majoritairement avec

la teneur en carbone organique. En effet, l'augmentation du carbone organique dans

les sols augmente la stabilité structurale, le volume spécifique, la rétention hydrique,

l’aération et les porosités (Kay, 1997; Boivin et al., 2009).


BLANC Alicia 8

1.2.5 Conclusion

La matière organique des sols est en équilibre dynamique avec des gains et des pertes

permanents liés aux aléas climatiques, aux pratiques culturales, aux minéraux du sol

etc. La stabilité de la matière organique permet d’augmenter ce stock dans les sols.

Cette stabilité est liée à ses composés récalcitrants, à sa complexation avec les

minéraux argileux, et à son intégration dans les agrégats. Il est connu que

l'augmentation du carbone organique dans les sols entraîne une amélioration de la

majorité des propriétés physiques du sol telles que la stabilité, la rétention hydrique et

la porosité. L’amélioration de ces propriétés accentue la résistance du sol aux

différentes dégradations (compaction, intempéries, techniques culturales inappropriées

etc.). Selon Atkinson et al., (2010), le biochar, élément carboné et réputé pour sa

stabilité pourrait améliorer les propriétés physiques du sol, comme décrit dans ce

chapitre sur la matière organique. C’est sur cette hypothèse que cette étude va

s’orienter.

1.3 Les terra preta ou Anthropogenic Dark Earths (ADE) Les nombreuses recherches actuelles effectuées sur le biochar dans les sols vient en

grande partie des terra preta. C’est pourquoi, il est important de mieux comprendre leur

origine. Les terra preta ou Anthropogenic Dark Earths (ADE) sont des sols noirs

d'origine anthropique de réputation très fertiles essentiellement découverts en régions

tropicales. Ces régions bénéficient de conditions climatiques humides et chaudes, très

favorable à une minéralisation rapide du carbone organique. De façon remarquable,

ces terra preta sont généralement riches en matière organique et en nutriments alors

que ce n’est pas le cas des sols environnants dans les régions où ils ont été

découverts.

1.3.1 Origine

La majorité des sites de terra preta ont été découverts en Amazonie centrale, et dans

la région d'Upper Xingu au Brésil. Il y a d’autres sites dans des régions amazoniennes

du Pérou, de la Colombie, au sud du Venezuela, et dans les Guyanes. Cela

représenterait 10 % des surfaces de l'Amazonie soit la taille de la France, avec des

zones allant de l'hectare à plusieurs kilomètres carrés (Glaser et al., 2002). En Afrique,

il a été découvert des sols similaires au Benin, au Liberia et dans les savanes de

l'Afrique du Sud. Les recherches se sont orientées essentiellement dans les régions

d'Amérique latine, mais peu en Afrique (Fairhead & Leach, 2009).


BLANC Alicia 9

Les terra preta ont été formées de manière anthropique sur des Ferralsols et des

Acrisols principalement (Glaser & Birk, 2011) qui sont des sols caractérisés par une

faible fertilité. Le nom d'Anthropogenic Dark Earths (ADE) leur a été donné pour leur

couleur noire très caractéristique et les débris de céramiques signes d'une activité

humaine (Figure 3). La majorité des sols dans ces régions sont très altérés par les

conditions climatiques : fortes précipitations (~ 2000 mm.an-1 en 7 à 10 mois),

températures élevées (~ 24-27°C en moyenne).

Selon les lieux et les auteurs de publications, les dates de formation des terra preta

sont très variables. Glaser & Birk, (2011) indiquent pour deux régions différentes des

dates variant entre 60 et 1640, et entre 500 avant J.C. et 1500. Selon Rebellato et al.,

(2009), la première période de formation des Anthropogenic Dark Earths (ADE) en

Amazonie Centrale serait d'environ 1000 ans avant J.C. à 1000 après.

Après les années 1500-1600, la formation des ADE a généralement cessé. En 1542,

les premiers conquistadors Européens, Francisco de Orellana et son équipage ont

navigué sur le tiers inférieur de l'Amazone et ont décrit plusieurs grandes peuplades

présentes. Mais d'autres explorateurs retournés sur les lieux plus tard, n'ont trouvé

aucun signe de ces larges cités indigènes (Mann, 2002). L'hypothèse d'une maladie

contagieuse apportée par les conquistadors n'est pas à écarter.

Les premières notes sur le sujet des terra preta datent des années 1870. Le fort intérêt

pour ces sols a augmenté à partir des années 1970. Les recherches subissent un

important essor, avec une multiplication par 5 du nombre de publications entre les

Figure 3 : Profils : Ferralsol typique à gauche, et terra preta à droite (Glaser & Birk, 2011)


BLANC Alicia 10

années 1970 et 2000 (Woods & Denevan, 2009). Beaucoup de personnes

s'intéressent à ces sols afin de comprendre leur formation et leur fertilité, mais aussi

pour la séquestration du carbone dans les sols.

1.3.2 Les éléments formateurs

Les principaux composants des terra preta seraient : la biomasse des plantes, les os

de mammifères et les arrêtes de poissons, les cendres, le biochar ou charbon

domestique, et les excréments humains. D’après la Figure 4, le black carbon (biochar)

s’intègre dans le pool de la matière organique stable du sol qui elle-même augmente la

CEC (Capacité d’Echange Cationique) et l’activité des micro-organismes. La matière

organique stable s’intègre dans un cycle fermé avec de nombreuses interactions avec

la matière organique labile qui est issue des déchets animaux et végétaux. La

formation d’origine anthropique des terra preta s'est vraisemblablement faite grâce à la

combinaison entre des modifications non-intentionnelles des sols et des amendements

intentionnels pour améliorer les potagers (Glaser & Birk, 2011). Il est important de

noter que le biochar n'est certainement pas le seul matériel d'origine anthropique à

l'origine de la fertilité de ces sols.

Finalement, les composants formateurs des terra preta sont des déchets organiques

utilisés comme amendement dans les sols. Ce processus permet une fermeture

complète des cycles, gage de fertilité, puisqu’aucun élément n'est exporté.

Figure 4 : Éléments constituants des terra preta et leurs interactions dans le sol (Glaser & Birk, 2011)


BLANC Alicia 11

1.3.3 Propriétés

1.3.3.1 Matière organique

Les terra preta contiennent des taux élevés de matière organique (MO) labile (instable)

et stable, leur attribuant cette couleur si noire. Ce qui est surprenant pour des sols

exposés à des conditions climatiques favorisant le lessivage et un turn-over rapide de

la matière organique. A une profondeur de 0-30 cm, les terra preta contiennent environ

2,7 (+/- 0,5) fois plus de stock de carbone organique que les sols environnants

(climaciques) (Glaser et al., 2001). D'autres sources mentionnent des taux de carbone

organique de 9% dans les terra preta alors que les taux des sols alentours seraient de

0,5 % (Atkinson et al., 2010).

1.3.3.2 Stabilité de la matière organique

Les terra preta ont un stock plus élevé de MO stable par rapport aux sols alentours, ce

qui s'explique par un taux élevé de MO total. La formation d'un grand stock d'humus

stable à l'intérieur de ces sols est probablement la clé de leur productivité. Les sols de

ces régions amazoniennes sont riches en kaolinite, cette argile a un faible potentiel de

complexation avec la MO. Par contre, les oxydes de Fe et Al adsorbent fortement le

carbone organique. Etant présents dans les ADE et dans les sols formateurs (qui eux

ne sont pas aussi stables), ils ne peuvent pas être les principaux éléments

contributeurs de cette grande stabilité de la MO pour les terra preta.

Des analyses ont montré que les terra preta sont riches en structures aromatiques

condensées et que les acides humiques dans ces sols contiennent davantage de

structures aromatiques étant plus condensées que dans les sols référents. Les résidus

carbonés issus d'une combustion incomplète de matière organique contribuent à ces

structures. Ces structures aromatiques condensées sont appelées « black carbon ».

Cinq sites en Amazonie centrale contiennent en moyenne 50 tonnes de biochar par

hectare par mètre de profondeur, soit un enrichissement d'un facteur de 70 par rapport

aux sols adjacents. Ce carbone pyrogénique serait un facteur clé du maintien des

niveaux élevés de la MO et de disponibilité des nutriments. Il serait issu de la

production de charbon dans les foyers. Cet élément est caractérisé comme stable, il

persiste dans l'environnement pendant des siècles grâce à sa récalcitrance chimique

et biologique due à sa chaîne polyaromatique (Glaser et al., 2003). Il a été trouvé sous

forme de particules non protégées, piégées physiquement, et sous forme oxydée,

pouvant être complexé avec les minéraux du sol (Glaser et al., 2000).


BLANC Alicia 12

1.3.3.3 pH

Les Ferralsols, Acrisols et Arenosols ont une grande acidité, environ pH = 4 ; ceux-ci

libèrent de nombreux ions Aluminium (Al) échangeables, toxiques pour les plantes. Les

terra preta sont moins acides, pH de 5,2 à 6,4. Les plantes poussant sur ces sols

n'auraient plus de problème de toxicité à l'Aluminium car il n'est plus bio-disponible

pour un pH supérieur à 5, ce qui augmenterait la productivité (Glaser & Birk, 2011).

1.3.3.4 Capacité d’Échange Cationique (CEC)

La Capacité d'Echange Cationique correspond au nombre de cations pouvant être

adsorbés par le sol, disponibles pour la nutrition des plantes. Elle est dépendante des

teneurs en argile et matière organique, électriquement négatives.

La kaolinite, prédominante dans les sols d'Amazonie centrale, a une faible CEC, de 1 à

10 cmolc.kg -1. De plus, avec les conditions climatiques de ces régions favorisant la

minéralisation de la matière organique (MO), les sols d'Amazonie ont des taux très

faibles en MO. Ceci explique que ces sols ont une faible CEC. Alors que les terra

preta, riches en MO, donnent une CEC mesurée à l'acétate d'ammonium (pH = 7) de

13-25 cmolc.kg-1 (Glaser & Birk, 2011). Liang et al., (2006) confirment ces données

avec des mesures de CEC au chlorure de baryum dans les terra preta allant jusqu'à

21,3 cmolc.kg. -1. Ces fortes CEC ne sont pas représentatives de ces sols acides, il est

donc préférable de mesurer la CEC effective, au pH du sol. Certaines analyses ont

montré des CEC effectives de 2.00 à 7.93 cmolc.kg -1, ce qui paraît faible, même si ces

CEC sont environ 2 à 3 fois plus élevées que dans les Oxisols environnants (Glaser et

al., 2002). La quantité ainsi que la qualité de la MO influence la CEC. Des analyses

révèlent que les MO dans les terra preta contiennent des taux élevés en groupes

carboxyliques (-COOH) et phénoliques (-OH) (Glaser & Birk, 2011).

1.3.4 Conclusion

La découverte des terra preta montre qu'à des époques où les hautes technologies

étaient inexistantes, il était possible par des moyens simples de fermeture des cycles

de rendre fertiles ou de maintenir une fertilité des sols. Cette découverte est

essentiellement faite dans des régions tropicales où la majorité des sols sont dégradés

par les conditions climatiques. Les recherches actuelles s'orientent vers une

extrapolation sur des sols en conditions tempérées. En effet, son utilisation pourrait

être intéressante dans le cadre : (i) du recyclage de la matière organique, (ii) de lutte

contre les pertes de MO, et (iii) du changement climatique. Il est important de noter que

les éléments formateurs de ces sols sont des déchets organiques et des biochars.


BLANC Alicia 13

Beaucoup d'articles traitent de l'effet du biochar seul, mais il est certainement important

de s'intéresser à l'interaction entre ces déchets et le biochar.

1.4 Biochar Cette partie détaille les différentes utilisations du biochar, ses propriétés, son

interaction avec le compost et son utilisation dans les sols.

Les études doivent réellement montrer les effets positifs d'un amendement en biochar

sur les sols pour que l'utilisation soit rentable pour les agriculteurs ; l'enjeu n'étant pas

de généraliser l'usage du biochar sur tous les sols avec de grandes quantités (risque

de conflits d'usages). De plus, pour le moment, ses effets et ses caractéristiques sont

peu définis, ainsi que l'échelle de temps où il est efficace.

1.4.1 Biochar : production, marché

En 2003, il a été reporté que le plus grand producteur de biochar était le Japon avec

15000 t.an-1 (Sohi et al., 2010).

En Suisse, la compostière « La Coulette », située dans le canton de Vaud, est le

premier producteur de charbon végétal. Leur biochar est issu majoritairement de

déchets forestiers. Leur production permet d'acheter du biochar en petite quantité à

partir de 30L à 35 CHF jusqu'à des quantités non limitées en mètre cube, soit 239

CHF.m-3. Ils vendent également un mélange compost/biochar, nommé Terra preta ®,

en référence à la terra preta d'Amazonie très fertile mais n'étant pas identique puisque

que c'est un amendement fabriqué. Pour l'achat de compost, le prix est de 12 à 36

CHF.m-3 en fonction des quantités et des qualités commandées.

Depuis le 1er janvier 2012, une certification européenne sur le biochar est mise en

place avec des lignes directrices pour introduire un contrôle dans la fabrication, l'usage

et pour définir des qualités standards (Schmidt et al., 2012).

Les applications du biochar ont des intérêts divers (Lehmann & Joseph, 2009) :

• environnemental : séquestration du carbone, réduction des gaz à effets de

serre tels que le CO2 (sujet de recherche porteur par l'engouement actuel sur

l'environnement mais à approfondir) ;

• gestion des déchets : le processus de pyrolyse réduit le volume de déchets et

permet la génération de sous-produits intéressants, actuellement les déchets

verts, forestiers, les déchets issus de papeterie sont valorisés, les boues


BLANC Alicia 14

d'épuration pourraient être également valorisées (malheureusement, elles

contiennent de nombreux métaux lourds et sont interdits en Suisse depuis

2005) ;

• production d'énergie par l'utilisation de la chaleur produite pendant la pyrolyse ;

• amélioration de la qualité des sols : c'est un point essentiel de cette étude, il

sera détaillé plus loin.

De plus, des études sont en cours sur les éventuelles propriétés des biochars à

adsorber des métaux lourds et/ou des substances chimiques nocifs pour

l'environnement.

Le processus de fabrication du biochar, la pyrolyse, est un procédé où les molécules

organiques de la biomasse végétale sont cassées dans des conditions de température

située entre 350°C et 1000°C, avec un niveau faible d'oxygène (< 2%). Environ 50 %

du carbone contenu dans les matériaux de base est retenu par le processus de

pyrolyse ; néanmoins, ce taux peut varier en fonction des conditions de pyrolyse

(Atkinson et al., 2010). Selon les températures de pyrolyse, les composés organiques

sont plus ou moins dégradés. L'hémicellulose se dégrade entre 200-260°C, la cellulose

entre 240-350°C, et la lignine entre 280-500°C. Les proportions de ces composés

influenceraient le degré de réactivité ainsi que la structure physique des biochars

(Downie et al., 2009).

Il est important de noter la possibilité durant le processus de fabrication du biochar de

former des Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP), substances très toxiques

(Hilber et al., 2012).

1.4.2 Propriétés

Les propriétés des biochars dépendent essentiellement des matériaux de base et des

processus de fabrication (température, oxygène, pression, durée...). De ce fait, la

diversité des biochars produits est colossale.

1.4.2.1 Ratios H/C, O/C

Les ratios H/C et O/C sont utilisés comme indicateurs du degré de carbonisation et de

la composition chimique du biochar. Plus la température de combustion augmente,

plus le ratio H/C diminue du fait de la formation de structures carbonées insaturées

Baldock & Smernik, (2002); Schimmelpfennig & Glaser, (2012) recommandent d'utiliser


BLANC Alicia 15

des biochars aux différents seuils : ratio O/C < 0,4 ; ratio H/C < 0,6. Le respect de ces

ratios permet d'avoir une structure aromatique condensée, donc plus stable.

1.4.2.2 Surface spécifique

Les surfaces spécifiques ont une influence importante pour les fonctions du sol telles

que les échanges d'éléments nutritifs, de l'eau et/ou de l'air. Ces fonctions sont

essentielles à la fertilité des sols.

Dans un sol, les sables ont une surface spécifique de 0,01 à 0,1 m2.g-1, tandis que

celles des argiles s'étend de 5 m2.g-1 pour la kaolinite à 750 m2.g-1 pour la

montmorillonite. Les surfaces spécifiques des biochars sont généralement plus

grandes que celles des sables et comparables voire plus grandes que celles des

argiles (Downie et al., 2009). D'après des analyses récentes faites à Zürich par l'équipe

d'ABIVEN S., les surfaces spécifiques sont très variables selon le type de biochar. Les

valeurs s'étendent d'environ 2 à 300 m2.g-1 (communication personnelle V. Guiné,

projet SMACC). D'autres auteurs donnent des valeurs de 5,8 à 61,6 m2.g-1 (Brewer et

al., 2011).

Schimmelpfennig & Glaser, (2012) recommandent d'utiliser des biochars ayant une

surface spécifique supérieure à 100 m2.g-1.

1.4.2.3 Porosité

Trois niveaux de porosité sont répertoriés pour les biochars :

• La microporosité en relation directe avec la surface spécifique. En effet, plus la

structure du biochar tend vers une structure graphitique, plus les espaces inter-

feuillets sont étroits et plus la surface spécifique augmente par gramme de sol.

Les micropores, de taille inférieure à 2 nm, contribuent à la plus grande part

des surfaces des biochars, et sont responsables de la haute capacité

d'adsorption des molécules de petites dimensions (Downie et al., 2009). Les

micropores à la surface des biochars peuvent être créés par la perte d'éléments

volatils tels que CO2, H2O, et CO (Schimmelpfennig & Glaser, 2012). Certains

auteurs définissent une porosité des biochars encore plus fine : la nanoporosité

de taille inférieure à 0,9 nm (Atkinson et al., 2010).

• La mésoporosité correspond aux pores compris entre 2 et 50 nm, elle joue un

rôle important dans les processus d'adsorption liquide/solide.


BLANC Alicia 16

• La macroporosité correspond aux pores supérieurs à 50 nm; ce sont les

transporteurs principaux de molécules adsorbées vers les mésopores et les

micropores.

En fonction des températures de pyrolyse, la recondensation de composés volatiles

organiques sur le charbon peut bloquer ces pores et le potentiel d'adsorption des

biochars (Atkinson et al., 2010).

1.4.2.4 Densité

La densité apparente est liée directement à la porosité. En effet, plus il y a de vides

dans un biochar, plus la densité apparente sera faible. Les relevés maximaux de

densité réelle pour des biochars sont entre 2 et 2,1 g.cm-3, la densité du graphite est de

2,25 g.cm-3. La densité réelle augmenterait en fonction de la température de pyrolyse.

Mais les valeurs moyennes de densité réelle se situeraient entre 1,5 et 1,7 g.cm-3. Les

densités apparentes par contre sont en moyenne de 0,30 à 0,43 g.cm-3 (Downie et al.,

2009). Ce qui signifie que le biochar est un matériau très poreux avec 79 à 85 % de

porosité.

1.4.2.5 pH

En général, le biochar utilisé pour un amendement des sols aura un pH supérieur à 7,

alcalin. Mais il peut être produit avec des pH allant de 4 à 12 (Chan & Xu, 2009). La

moyenne du pH des biochars se situerait à 8,1 (Verheijen et al., 2009).

1.4.2.6 Nutriments

Le biochar n'est pas forcément caractérisé pour son apport en éléments nutritifs et

dans cette étude, cet intérêt ne sera pas détaillé. Néanmoins selon Chan & Xu, (2009),

les fourchettes de teneurs de certains éléments de différents biochars sont données :

carbone (C) = 172 à 905 g.kg-1, azote (N) = 1,7 à 78,2 g.kg-1, phosphore (P) = 0,2 à 73

g.kg-1, potassium (K) = 1 à 58 g.kg-1. Les variations des teneurs peuvent être attribuées

aux matériaux de base utilisés et aux conditions de pyrolyse. Par exemple, un biochar

d'origine animale aura de plus grandes teneurs en phosphore qu'un biochar d'origine

végétale. Par ailleurs, si le biochar utilisé a un rapport C/N élevé, il risque d'entraîner

une « faim » d'azote qui correspond à une déficience azotée pour les plantes.

1.4.2.7 CEC (Capacité d'Echanges Cationiques)

Les récentes analyses de différents types de biochar faites au laboratoire des sols de

hepia donnent des CEC effectives de 5,2 à 46 cmolc.kg-1. Ces valeurs sont

dépendantes à la fois du précurseur et de la taille des biochars. D'autres auteurs


BLANC Alicia 17

donnent des valeurs comprises entre 29.2 et 51.1 cmolc.kg−1 (mesures faites à l'acétate

d'ammonium). Les valeurs de CEC tendent à diminuer en fonction des températures

de pyrolyse (Song & Guo, 2012). Ces valeurs de CEC sont variables de par le

matériau d'origine et de la méthode de mesure utilisée. Les CEC effectives faites avec

de la cobaltihexamine sont malheureusement peu pratiquées, elles donnent des

indications au pH du composant, contrairement aux mesures faites à l'acétate

d'ammonium qui mesure une CEC à un pH établi.

1.4.3 Compost et biochar

Les terra preta constituées de nombreux éléments tels que déchets organiques et

charbon, suggèrent qu'il est possible que tous ces éléments aient subi un compostage

commun. Il est intéressant de comprendre en quoi cette étape peut changer les

propriétés du biochar en tant que tel et en terme d'impact comme amendement pour

les sols. De plus, les deux sites d'essai étudiés sont amendés par un mélange

biochar/compost.

Le compostage est un processus exothermique d'oxydation biologique qui permet de

valoriser les déchets organiques en décomposant la matière organique en un produit

stabilisé utilisable comme amendement agricole.

Avec addition de biochar, selon certaines études, des effets bénéfiques sur le compost

seraient plausibles. L'ajout de biochar (2 % du poids sec total) augmente la

température du compost d'environ 10°C durant la phase thermophile et la durée de

cette phase (Jindo et al., 2012). Cette augmentation est confirmée par une autre étude

faite par Steiner et al., (2010) avec un ajout de 20 % de biochar.

Le compost avec biochar présente de faibles teneurs en composés carbonés labiles

(instables), solubles dans l'eau, contrairement au compost seul présentant deux fois

plus de ces composés pendant la phase thermophile. Cette faible concentration

pourrait être en lien avec les températures plus élevées, signe d'une intense

dégradation de cette fraction et/ou de l'adsorption de ces composés par le biochar

(Jindo et al., 2012).

Par ailleurs, le compost avec biochar subit une perte de poids moindre au cours du

compostage, du fait de la présence de composés récalcitrants dans le biochar (Jindo et

al., 2012).

La présence de biochar n'a par contre pas d'effet relatif sur les taux de macro et

micronutriments (Jindo et al., 2012). Dans certains cas, l'ajout de biochar au compost


BLANC Alicia 18

diminuerait les teneurs en éléments nutritifs du fait d'une dilution avec le biochar

contenant de faibles quantités de ces éléments nutritifs (Steiner et al., 2010).

1.4.4 Effets du biochar dans les sols

L'incorporation de biochar peut influencer la structure, la texture, la porosité, les tailles

des particules, et la densité du sol, modifiant la teneur en air et en oxygène, la capacité

de rétention en eau et en nutriments (Atkinson et al., 2010).

Selon plusieurs études, le biochar améliorerait la fertilité des sols et donc les

rendements des cultures, comme décrit dans les recherches sur les terra preta. Cet

effet « fertilisant » s'expliquerait d’une part par une stimulation de la vie microbienne

avec pour conséquences une augmentation de la disponibilité en éléments nutritifs

pour les plantes, et d’autre part par la taille des surfaces spécifiques des biochars qui

augmenterait la rétention hydrique et la capacité d'échanges cationiques (Steinbeiss et

al., 2009).

Les effets imputés au biochar sur le sol dépendent du type de sol, du climat, du couvert

végétal, de l'itinéraire technique, et parfois de l’expérimentation conduite.

Cette partie recueille des résultats d'études faites dans des conditions données. En

aucun cas, il n'est possible de faire une généralisation de ces études à tous les types

de sols.

Cette partie s'orientera vers les effets sur la dynamique carbone du sol et les

propriétés physiques qui en découlent.

1.4.4.1 Les études antécédentes

Dans les recherches relatives aux effets du biochar sur les sols, environ 80 articles ont

été trouvés dont la moitié sont des expériences de terrain, en pleine terre, l'autre moitié

étant des expériences dites « hors-sol » : soit d'incubation de sols seuls en conditions

contrôlées, soit des expériences avec des pots et des plantes en serre. Pour la suite

des recherches, seules les expériences au champ seront prises en compte. Ce choix a

été fait dans l’optique de répondre à l'agronome dont l’intérêt est d'observer ce qu'il se

passe en plein champ. Les études « hors-sol » peuvent apporter des éléments précis

sur certains mécanismes mais négligent certaines interactions présentes dans le sol.

De plus, les études dites de terrain sont en général faites sur de plus longues périodes

(1 à 2 ans en moyenne) que celles « hors-sol » (quelques mois).


BLANC Alicia 19

Remarque générale : dans ce recueil d'articles, peu comparent le biochar à un

amendement organique (compost, fumier...), et seulement 5 considèrent un mélange

biochar-composé organique.

1.4.4.2 Application au sol

Selon Chan & Xu, (2009), il n'y a pas d'optimum dans le taux d'application de biochar

au champs. En effet, les propriétés de chaque biochar sont variables. L'idéal serait

d'établir un taux pour chaque type de sol et pour chaque espèce végétale. Néanmoins,

si le biochar se comporte comme du carbone organique, selon Dexter et al., (2008), au

maximum 10 % de la teneur en argile du sol peut se complexer. Cette notion est

importante pour comprendre les différentes expériences en plein champ. La

connaissance des terra preta donne un taux de 50 t.ha-1.m-1, soit un amendement de

15 t.ha-1 sur une profondeur de 30 cm.

1.4.4.3 Rendement

La figure ci-dessous (Figure 5) montre une méta-analyse, soit un regroupement de

différentes expériences. Elle illustre l'effet d'un amendement de biochar dans le sol sur

le rendement des cultures, groupé par taux. La tendance générale montre une légère

augmentation de rendement avec des taux de biochar croissants. Néanmoins, aucune

différence significative n'est montrée. Pour certains taux et pour certaines expériences,

cette figure montre une réduction de rendement.

Il est donc difficile de conclure sur l'effet « fertilisant » du biochar.


BLANC Alicia 20

Dans une étude sur deux saisons, Lentz & Ippolito, (2012) notent que le biochar n'a

pas d'effet sur le rendement et sur la concentration en nutriments dans l'ensilage du

maïs en première année. En deuxième année, les rendements ont diminué, ainsi que

la concentration en azote total et en soufre dans l'ensilage. Cet effet est visible sur un

sol calcaire, où le biochar n'a montré aucune influence sur le pH et sur la disponibilité

en nutriments.

1.4.4.4 Morphologie

Figure 6 : Images en microscopie électronique (SEM) de deux surfaces de biochar après séjour de 3 mois dans un ferrosol. Spectre (EDS) des régions fléchées (a) CM biochar : biochar de fumier de poule, (b) PS biochar : biochar de déchets de papeterie (Lin et al.,

2012)

Figure 5 : Métanalyse sur les effets d'un amendement en biochar sur les rendements des cultures. Les barres indiquent les intervalles de confiance à 95 %, les nombres à droite des barres le taux de biochar amendé (t.ha-1), les deux colonnes de droite le nombre de

répétitions et le nombre d'expériences (Verheijen et al., 2009)


BLANC Alicia 21

Dans une étude en plein champ (Lin et al., 2012), dans un ferrosol, avec amendement

de deux biochars (issus de fumier de poule et de déchets de papeterie) à 10 t.ha-1, 3

mois après amendement, il est observable que la phase minérale du sol s’incorpore en

surface des biochars (Figure 6) et qu’il y a une teneur élevée en Aluminium à l’interface

entre le biochar et la phase minérale montrant un rôle de liaison de l’aluminium.

1.4.4.5 Densité

Le biochar a une faible densité apparente, donc un amendement du sol avec 100 t.ha-1

de biochar avec une densité apparente de 0,4 g.cm-3 peut diminuer la densité

apparente d'un sol à 1,3 g.cm-3 de 0,1 g.cm-3 (Verheijen et al., 2009). Cet effet est non

négligeable, néanmoins, il concerne un apport élevé et n'est qu'un effet de « dilution »

du sol compacté, qui reste tel. Par contre, si les particules du biochar sont très fines,

elles pourraient occuper les pores du sol, auquel cas, la densité apparente serait plus

élevée. Ces notions sont très mécaniques. En effet, les liaisons chimiques, les

interactions avec les minéraux peuvent également interagir.

1.4.4.6 CEC

Dans l'étude de Liu et al., (2012), les sols amendés avec biochar et compost (5,10, 20

t.ha-1 de biochar et 32,5 t.ha-1 de compost) ne montrent pas une CEC plus élevée de

manière significative que les sols amendés au compost seul (32,5 t.ha-1) sachant que

les CEC respectives pour le biochar et le compost sont de 87.5 et 110.5 cmolc.kg-1.

L'expérience de Belyaeva & Haynes, (2012) confirme également que le biochar

n'augmente pas plus la CEC qu'un amendement organique. Cependant, les terra preta

composées de déchets organiques et de charbon type biochar ont des CEC plus

élevées que les sols environnants non amendés. La question se pose donc de savoir si

cette augmentation est liée au biochar seul, ou plutôt aux déchets organiques.

1.4.4.7 Carbone organique total (TOC)

La mesure du carbone organique total permet d'observer son évolution et ses

dégradations suivant différents amendements dans les sols. Le type de biochar a une

réelle influence sur les pertes en carbone organique des sols (Steinbeiss et al., 2009).

Dans une étude faite sur deux années de végétation dans un sol contenant 20 %

d'argiles et 1,8 % de carbone (Lentz & Ippolito, 2012), le carbone organique total

(TOC) augmente de manière significative (1,4 fois plus, soit 0,4 % de TOC de plus)

avec un amendement de biochar de 22,4 t.ha-1 (0,5 % de C sur 20 cm, avec un biochar

contenant 662 g.kg-1 de carbone) par rapport au témoin sans amendement (0,8 % de

TOC). Ces résultats paraissent relativement cohérents avec la dose apportée. Cette


BLANC Alicia 22

augmentation est d'autant plus importante lorsque le biochar est mélangé avec du

fumier (42 t.ha-1). L'ordre d'augmentation du TOC dans le sol amendé est : biochar +

fumier > biochar > fumier > témoin. Dans cette étude le biochar contient 2,5 fois plus

de carbone que le fumier. Cette augmentation est notable sur les 6 premiers mois

après amendements. Ensuite, pour toutes les variantes, le carbone organique diminue.

Cette perte est plus importante pour le fumier (12,4%), ensuite pour le biochar (10,7%),

puis pour le biochar + fumier (7%), et le témoin (7%). Ces résultats montrent que le

biochar est légèrement plus récalcitrant que le fumier, et qu’il interagit avec le fumier

pour diminuer ses pertes en carbone organique. Les pertes sont identiques au témoin

avec un stock de carbone plus élevé, ce qui pourrait laisser croire à une protection de

la matière organique.

1.4.4.8 Dynamique du carbone

Le black carbon (BC) est la fraction carbonée la plus ancienne trouvée dans les sols,

mais il peut subir des transformations pendant son temps de séjour dans les sols.

Brodowski et al., (2005) citent deux mécanismes de dégradation du BC : la

biodégradation par les micro-organismes, et la dégradation abiotique en présence

d'oxygène. De plus, le BC disparaît graduellement en se minéralisant en CO2, en étant

lessivé ou érodé, ses particules sont aussi chimiquement altérées par les interactions

avec les autres composants non-BC (Nguyen et al., 2009). Le taux de C qui subsiste

dans les sols dépend essentiellement du type de biochar et non du type de sols ou de

l'interaction avec le sol, selon une expérience faite en incubation avec des sols arable

et forestier (Steinbeiss et al., 2009). Les études courtes sur le thème du temps de

résidence du carbone paraissent inappropriées puisque la cinétique est d'abord rapide,

puis lente. Ainsi, dans une étude sur 4 mois, le temps de résidence était estimé entre 4

et 29 ans seulement (Steinbeiss et al., 2009). La plupart des études estiment ce temps

de résidence plus long. En général, la moyenne du temps de résidence du biochar est

estimée de l'ordre du millénaire (Kuzyakov et al., 2009).

Le « priming effect » est défini comme une accélération du processus de dégradation

du carbone dans les sols par un ajout de matériau carboné facilement décomposable.

Plusieurs mécanismes peuvent être impliqués : changement de pH, modifications de la

porosité, des structures d'habitat des micro-organismes, ou de la disponibilité en

nutriments (Verheijen et al., 2009).

Selon une étude à 4 mois d'incubation, le biochar augmente les pertes de carbone. Ce

qui signifie que le turn-over du carbone organique est plus rapide (Steinbeiss et al.,

2009). Néanmoins, cette étude n'a été faite que sur 4 mois, et ne peut pas être


BLANC Alicia 23

généralisée sur un temps de l'ordre de l'année, voire de la décennie ; mais cela

correspondrait à la mise en évidence d'un « priming effet ». De plus, la part de

composés bio disponibles ou labiles apportés avec le biochar - et donc susceptibles de

se dégrader rapidement, est rarement précisée. Elle est très variable, et l’origine de la

MO dégradée n’est pas précisée.

Il est important de noter que ce n'est pas l'apport de carbone en tant que tel qui est

important pour la fertilité des sols, mais plutôt la décomposition de la matière organique

qui influe sur la vie du sol et les nutriments nécessaires aux agroécosystèmes. Ainsi, la

matière organique doit être décomposée pour atteindre son objectif final et être utile

dans les sols. Il est important de voir si le biochar peut se comporter comme un

élément « bien décomposé » qui pourrait changer la dynamique du sol avec les

propriétés qui en découlent.

1.4.4.9 Rétention hydrique

La rétention en eau du sol est liée à la distribution et à la connectivité des pores, qui

sont régulées par la taille des particules, combinée aux caractéristiques structurales,

et à la teneur en matière organique.

L'eau peut être retenue par des forces capillaires liées à la porosité des biochars, ce

qui favorise la rétention hydrique. Glaser et al., (2002) reportent que des Anthrosols

riches en biochar ont une capacité au champ de 18 % plus grande que les sols

adjacents (témoins). Liu et al., (2012) confirment ce fait en comparant compost et

biochar/compost. L'application de biochar/compost a un effet plus positif sur la

disponibilité en eau qu'un compost seul.

1.4.5 Conclusion

Le biochar est un composé riche en carbone organique. Ses propriétés sont très

variables indépendamment des matériaux de base utilisés et des processus de

fabrication. Découverts dans les terra preta, il paraissait être l'élément « magique » qui

allait rendre fertiles tous les sols de la planète et par là même régler les problèmes liés

au changement climatique et en particulier à la teneur en CO2 atmosphérique.

Actuellement, les recherches bibliographiques effectuées ne permettent pas de

confirmer ni d'infirmer cet effet fertilisant. La majorité des études testent le biochar

seul, et lorsqu'il est comparé à des amendements organiques, il ne se distingue pas

significativement. L'effet sur le compostage semble majoritairement positif. De ce fait, il

semble que les futures recherches devraient s'orienter d'avantage vers des mélanges


BLANC Alicia 24

biochar/déchets organiques compostés. De plus, les effets du biochar sur la fertilité

physique du sol telle que la rétention hydrique et autres, semblent avoir été peu

étudiés.


BLANC Alicia 25

2. Objectif et hypothèses Suite à ces recherches bibliographiques, les objectifs de cette étude sont d’évaluer :

1. si le biochar a un effet fertilisant intéressant sur les propriétés hydro-

structurales et chimiques des sols en vue de déterminer s'il est envisageable de

l'introduire dans les pratiques culturales actuelles. (Détails au paragraphe 2.1)

2. le devenir du biochar dans les sols : dégradations, contact biochar-sol. (Détails

au paragraphe 2.2)

3. le potentiel physico-chimique de la parcelle d’étude de Cocagne.

2.1 Propriétés hydro-structurales et chimiques Dans les recherches bibliographiques, peu d'expériences ont été effectuées sur l'effet

du biochar sur la fertilité physique du sol telle que la rétention hydrique, la teneur en

air, ou la stabilité structurale. C’est l’objectif principal de ce travail. L’approche retenue

part de l’hypothèse que l’ajout de biochar peut modifier la relation entre les propriétés

physiques et le carbone organique du sol.

Un amendement à 10 t.ha-1 de biochar sur 20 cm correspond environ à un ajout de

0.4 % de MO, soit 0,23 % de carbone organique total dans le sol, ce taux n'est pas

négligeable. Selon Boivin et al., (2009), par exemple, une augmentation de 0,2 % de

carbone organique entraîne une élévation de la porosité structurale au point de la limite

de retrait d'environ 0,05 cm3.g-1 pour un Vertisol. Un effet avec 10 t.ha-1 de biochar sur

les propriétés du sol peut donc être espéré. Dans ce travail, on fait l’hypothèse que

l’examen de la relation entre les propriétés physiques du sol et sa teneur en carbone

organique permettra de mettre en évidence la nature de l’interaction entre le sol et le

biochar.

En s'appuyant, par exemple sur la forte corrélation linéaire et positive entre le carbone

organique et les propriétés physiques du sol, différents scénarios de mise en évidence

des effets du biochar seraient possibles :

n°1 sur Figure 7 : davantage de carbone organique mais les propriétés sont identiques

au témoin (même pente mais ordonnée à l'origine différente). Le biochar agit en dehors

du pool organique. Ce qui signifie que le biochar agit uniquement comme un

constituant du squelette du sol. C’est-à-dire que le seul effet observé sera l’apparition

de porosité structurale (vides lacunaires) de contact plasma-squelette, et

éventuellement de la part de rétention en eau due à la micro porosité des biochars.


BLANC Alicia 26

• n°2 sur Figure 7: avec plus de carbone organique (ajout de biochar), les

propriétés suivent la même droite de corrélation que le témoin, mais sont

augmentées (pente et ordonnée à l'origine conservées). Le biochar a un effet

similaire à la matière organique.

• n°3 sur Figure 7 : à un même taux de carbone organique, les propriétés sont

améliorées (pente et/ou ordonnée à l'origine changées). Le biochar a un effet

positif supérieur au carbone organique sur les propriétés physiques du sol. Il y

a comme une synergie entre les effets du biochar et ceux de la matière

organique dans le sol.

La Figure 7 compare les différents scénarios possibles à un témoin qui peut être :

soit aucun amendement, soit un amendement organique tel que du compost. Les

différentes droites 1, 2, et 3 décrivant les différents scénarios sont illustrées

parallèlement à la droite témoin pour simplifier. Notons que les changements peuvent

être observés sur les ordonnées à l'origine, et/ou sur les pentes.

Figure 7 : Les différents scénarios proposés de l’effet du biochar sur les propriétés physico-chimiques du sol


BLANC Alicia 27

2.2 Devenir du biochar dans les sols Si des analyses de minéralisation ont eu lieu, peu d’observations morphologiques du

devenir du biochar dans les sols ont été réalisées. La morphologie et les propriétés de

surface du biochar sont susceptibles d’évoluer dans les sols. Des observations en

Microscopie Electronique à Balayage (MEB) peuvent donner des informations de

l’évolution ou du caractère stable des biochars, ainsi que du contact entre le biochar et

les particules de sol.

Les questions posées dans cette étude sont :

• Le biochar change-t-il certaines propriétés physico-chimiques du sol ?

• Le biochar change-t-il les corrélations entre propriétés physico-chimiques et

carbone organique ?

• La morphologie ou les propriétés de surface du biochar évoluent-t-elles

dans les sols ?

• Quel est l’état structural de la parcelle de Cocagne ?


BLANC Alicia 28

3. Matériels et méthodes

3.1 Parcelles d’étude Une étude en pots pour répondre aux questions posées paraît inappropriée. En pot,

certains mécanismes liés au sol tels que les interactions avec l'ensemble de

l'écosystème, les bioturbations, les lessivages et érosions liés aux précipitations ne

peuvent pas agir. Pour connaître les interactions du biochar avec les sols, une étude

en plein champ, sur le long terme paraît plus appropriée. Les parcelles étudiées ont été

amendées en 2011. Ces parcelles se répartissent en deux sites très différents : à

Ayent (VS), avec des parcelles viticoles et maraîchères et à Cocagne (GE) avec une

parcelle maraîchère.

3.1.1 Jardin de Cocagne, FIBL

Le jardin de Cocagne est situé dans le Canton de Genève, sur la commune de

Sézegnin-Athenaz. Le responsable est M. Claude Mudry. L’essai Biochar sur une

parcelle du jardin de Cocagne a débuté en 2011 en collaboration avec le FIBL.

D'après la station météorologique de Bernex (“Données météorologiques,

Agrometeo”), les précipitations de 2012 ont été beaucoup plus importantes qu'en 2011

(1016 mm en 2012 comparé à 630 mm en 2011). Les températures annuelles

moyennes sont de 11-12°C. La parcelle est orientée Est/Nord-Est. Les variantes sont

disposées perpendiculaires à la pente et s'arrêtent à la rupture de pente (Figure 9).

Depuis 4 ans, le sol de cette parcelle n'est plus labouré. Pour travailler son sol, Claude

Mudry utilise un actisol, outil qui ne retourne pas les horizons mais qui ameublit le sol,

et une roto bêche (10 cm de profondeur).

Le jardin de Cocagne se situe sur une moraine. D’après les analyses effectuées en

2011 (Tschabold, 2011), le taux de MO initial est d'environ 2,4 % pour la variante

témoin, soit 1,4 % de carbone organique, pour un taux d’argiles moyen de 32 % sur

l’ensemble de la parcelle (analyses effectuées en 2013, plus précises qu’en 2011). Ce

sol est sous-saturé en carbone organique. En effet, avec un taux d'argiles à 32 %, le

taux de carbone organique devrait s'élever à 10 % de la teneur en argile soit 3,2 %

(Dexter et al., 2008), ou 5.6 % de MO pour que toute la matière organique soit

complexée à l’argile. Ainsi, cette parcelle paraît intéressante à étudier car le sol est

sous-saturé en carbone organique, ce qui laisse présager un potentiel d'amélioration

des propriétés physiques du sol.


BLANC Alicia 29

L’essai partage la parcelle en 3 variantes, correspondant à 2 amendements différents,

respectivement compost et biochar provenant de La Coulette (Swiss-Biochar). Les

amendements ont été incorporés dans les 10 premiers centimètres (Figure 9) :

• Le compost d'origine de la Coulette avec essentiellement des déchets verts, les

déchets ligneux sont surtout utilisés pour l'énergie. Il a été apporté à une dose

de 3,3 t.ha-1 de matière sèche.

• Le mélange compost + biochar a été fait avec un compost mûr ; les deux ont

été mis à humecter pendant quinze jours. L'amendement biochar est de 10

t.ha-1 de matière sèche et compost à 3,3 t.ha-1 de matière sèche. C'est un

amendement moyen par rapport aux autres études effectuées.

• Témoin : sans amendement.

En 2012, 1,2 t de compost ont été apportés sur l'ensemble de la parcelle (1200 m2),

soit l'équivalent de 10 t.ha-1. Chaque année, les mêmes légumes sont cultivés sur les 3

variantes.

Les analyses de 2011 étaient la teneur en Nmin, les rendements, une analyse de sol

standard (argile, MO, pH, CaCO3, P, K, Ca, Mg), l'activité biologique (ATP,

respiration...). Ces analyses après une année ne montrent pas de grandes distinctions

entre les trois variantes (analyses effectuées sur des échantillons composites par

variante) (Tschabold, 2011).

Les avantages de cette parcelle sont la sous-saturation en carbone organique, son

taux d'argiles élevé facilitant les échantillonnages et les mesures. De plus, les

variantes sont intéressantes car le biochar a été mélangé au compost et que l'on

compare cet amendement à un compost seul. Les points négatifs de cet essai sont la

fraîcheur des amendements (2 ans) pour un essai sur le long terme, l’apport de

compost en 2012 sur l’entier de la parcelle qui peut sous-évaluer l’effet compost,

aucune caractérisation du biochar amendé, la légère pente et le fait que l’essai n’est

pas randomisé.

L'observation de trois profils sur la parcelle traitée mais à des endroits différents dans

la pente montre que le sol est caractérisé comme Calcosol à pseudogley (Association

française pour l’étude du sol AFES, 2009) (Figure 8). Chaque profil a des horizons

semblables, confirmant qu’il n’y aura certainement pas d’influence de la pédologie pour

le traitement des résultats. Pour la description des trois profils se référer à l’Annexe 1.


BLANC Alicia 30

Figure 8 : Profil 2 caractéristique d'un Calcosol à pseudogley

Nous allons étudier cette parcelle pour les propriétés hydro-structurales du sol et pour

des observations morphologiques du biochar dans le sol.

3.1.2 Ayent : Institut Delinat Le site d'Ayent se situe dans le Valais (CH) à une altitude comprise entre 796 et 822

m.

Les données climatiques d'Uvrier (“Données météorologiques | Agrometeo,”) localisé

en plaine mais à proximité d'Ayent donnent des températures moyennes annuelles de

10,7°C. Les précipitations annuelles sont autour de 500 mm pour les années 2011 et

2012.

L'Institut Delinat a mis en place plusieurs essais avec du biochar sur des parcelles

viticoles et maraîchères dont deux sont étudiés (Tableau 1)


BLANC Alicia 31

Tableau 1 : Les différents essais des parcelles d'Ayent

Deux parcelles ont été étudiées dans ce travail de diplôme pour étudier le contact

biochar-sol :

• une parcelle en vigne : Georgette. Cette parcelle mesure 897 m2, elle est

cultivée en Pinot noir. Les premiers amendements ont eu lieu en 2011 avec

quatre variantes différentes et cinq répétitions pour chacune (Annexe 2 : plan

de la parcelle). Après analyse d’un échantillon sur la parcelle dans la variante

biochar pur, ce sol a 15.2 % d’argiles et 1.9 % de matière organique.

• une parcelle maraîchère amendée en 2011 avec 6 variantes différentes de 4

répétitions (Tableau 1). Après analyse d’un échantillon sur la parcelle dans la

variante biochar pur, ce sol a 27.2 % d’argiles et 9.0 % de matière organique.

Pour tous les essais, les amendements ont été incorporés en surface, avec un travail

du sol à une profondeur d'environ 5 cm.

3.2 Echantillonnage

3.2.1 Pour les analyses physico-chimiques

Pour les analyses physico-chimiques, 30 échantillons non-remaniés par variante dans

la parcelle du Jardin de Cocagne ont été prélevés le 19 mars 2013 avant un apport de

compost et le travail du sol. Le dernier travail du sol a été effectué l’année précédente.

Huit échantillons au niveau d’une haie située à proximité de la parcelle ont été

prélevés, ceci dans le but de déterminer le potentiel physico-chimique du sol cultivé. La

Figure 9 montre le plan d’échantillonnage.

Parcelle Variante Dose d'amendement

Viticulture Georgette 2011

compost

Témoin sans amendement

Maraîchère 1 2011

compost

Témoin sans amendement

Type de culture

Année du premier amendement

72 m3.ha-1

biochar pur 30 m3.ha-1

Terra preta ® 102 m3.ha-1 (avec 20 % de biochar)

72 m3.ha-1

biochar pur 30 m3.ha-1

Terra preta ® 102 m3.ha-1 (avec 20 % de biochar)Terra preta ® + engrais organique 102 m3.ha-1 (avec 20 % de biochar)compost + biochar 102 m3.ha-1


BLANC Alicia 32

Figure 9 : Plan d'échantillonnage de la parcelle de Cocagne


BLANC Alicia 33

Le prélèvement des échantillons est décrit par la Figure 10. La profondeur de

prélèvement est de 0-10 cm à l'aide d'un cylindre de volume de 150 cm3. Ensuite, tous

les échantillons ont été placés en chambre froide (5 °C) avant d’être analysés.

Figure 10 : Prélèvement d’échantillons non-remaniés

3.2.2 Pour les observations en Microscopie Electronique à Balayage (MEB)

Pour les observations de biochar au contact du sol, des mottes à raison de une par

variante ont été prélevées dans la parcelle de Cocagne pour la variante biochar +

compost, dans la parcelle d’Ayent vigne (Georgette) pour la variante biochar pur, et

dans la parcelle maraîchère d’Ayent pour la variante biochar pur.

3.3 Vérification préliminaire des zones traitées L’objectif est de vérifier si les zones traitées de l’essai mis en place au jardin de

Cocagne sont significativement différentes entre elles. En effet, dans certains

échantillons témoins, des biochars ont pu être observés.

Pour quantifier au mieux les biochars dans les échantillons sans pour autant les

détruire pour les analyses de laboratoire, la méthode utilisée est un émiettage grossier

manuel. Les biochars de taille supérieure à 2 mm sont dénombrés et pesés pour

chaque échantillon.

18 échantillons de chaque variante (biochar + compost, témoin, compost) ont été

analysés.

Une autre méthode d’extraction des biochars dans les sols a été testée par tamisage,

décantation etc. Le détail des tests se situe en Annexe 3. En voici le résumé :


BLANC Alicia 34

Ce test n’a pas abouti puisque la méthode d’extraction était destructive. En effet, elle

aurait pu être utilisée sur une moitié d’échantillon avant broyage et analyses

chimiques. Néanmoins, l’homogénéité et la quantité d’un échantillon pour les analyses

chimiques n’auraient certainement pas été suffisantes dans ce cas.

3.4 Propriétés hydro-structurales Les propriétés hydro structurales du sol sont déterminées par modélisation des

courbes de retrait (Braudeau, 1988) et de désorption.

3.4.1 Courbe de retrait

La courbe de retrait représente les variations du volume spécifique d'un sol (cm3.g-1) en

fonction de la teneur en eau (Haines, 1923). Pour déterminer cette courbe, l'échantillon

de sol doit être au préalable saturé en eau sur une table à succion à environ -10 mbar.

Ensuite, l'échantillon est placé et mis à sécher sur une balance pour mesurer les

pertes en eau. Un palpeur LVDT mesure la hauteur de l'échantillon de sol au

micromètre près au fil du temps, mesure extrapolée afin d’en calculer les pertes

volumiques. Le volume est mesuré par la méthode de la poche plastique en début et

en fin d'analyse (Boivin et al., 1990) (Figure 11). Ainsi, les pertes en eau et de hauteur

de l'échantillon de sol peuvent être mesurées lors d'un séchage à l'air de plusieurs

jours (en moyenne 5 jours), avec des enregistrements des mesures toutes les 5

• Environ 50 % des particules de biochar mesurent entre 200 µm et 2 mm, et 35 % ont une taille supérieure à 2 mm

• Le bain ultrason ne semble pas avoir d’effet très marqué pour l’extraction des biochars.

• Le passage dans l’eau paraît être un premier moyen de partager les biochars par flottaison. Néanmoins, dans les particules flottantes, beaucoup de matière organique ne peut se dissocier des biochars.

• La méthode de tamisage à l’eau permettrait de détacher les particules du sol des biochars et d’extraire les proportions supérieures à 500 µm avec toujours une surestimation liée à des particules restantes dans les tamis.

• L’utilisation de Calgon pour disperser les argiles permet de faciliter le tamisage et le détachement des particules du biochar du sol.

• La centrifugation pourrait être une alternative pour les particules fines de biochars, sachant que de nombreuses particules de biochar coulent.

• L’eau oxygénée permet la destruction de la matière organique sans trop détruire les biochars (environ 96% résistants).


BLANC Alicia 35

minutes, soit 1000 à 1300 points de mesure. Le

schéma du dispositif est décrit à la Figure 12.

Sous hypothèse d’isotropie du retrait (Boivin,

2007), les variations de hauteur mesurées

permettent de calculer les variations de volume

selon la formule :

𝑉 = 𝑉𝑓 ∗ � 𝐻𝐻𝑓�3

où l’exposant 3 correspond au « geometric

factor » en cas d’isotropie, Vf le volume final, Hf

la hauteur finale, V le volume au cours du

temps, H la hauteur au cours du temps.

Le fait de mesurer le volume initial et le volume final permet de vérifier si l’exposant est

bien égal à 3. Dans les analyses de ce travail, le geometric factor est égal en moyenne

à 3,5. Cette valeur est légèrement supérieure, mais relativement proche de celle

décrite dans les articles. Une explication possible à cette surévaluation de l’exposant

est un léger tassement lors du prélèvement vu les conditions humides.

Figure 12 : Dispositif de mesure des courbes de retrait et de désorption

Les données sont traitées selon le modèle XP (Braudeau et al., 1999) grâce au logiciel

Hydre développé par P. Boivin.

La Figure 13 illustre un exemple de toutes les informations observables du traitement

de la courbe de retrait grâce au modèle de retrait XP :

Figure 11 : Mesure de volume par la méthode de la pochette plastique.


BLANC Alicia 36

Figure 13 : Exemple de modélisation de la courbe de retrait avec les phases et les points caractéristiques. Courbe en haut du graphique : courbe de retrait. Droite en pointillée : droite de saturation en eau. MS : Maximum Swelling, capacité de gonflement maximum

du plasma. ML : Macroporosity Limit, point de vidange de la porosité structurale. AE : Air Entry, point d’entrée d’air dans le plasma. KStr : retrait structural. KBs : retrait basique.

KR : retrait résiduel. W : teneur en eau en g.g-1 et V : volume spécifique en cm3.g-1. (Lamy, 2009 modifié)

La courbe de retrait permet ainsi de déterminer différents paramètres tels que la

densité apparente du sol à toute teneur en eau, la stabilité hydro-structurale, les

volumes de la porosité plasmique et structurale, la capacité en air à une teneur en eau

déterminée (Boivin et al., 2009).

La densité apparente est déterminée selon la formule :

𝑑𝑎 = 𝑚− 𝑚𝑐𝑎𝑖𝑙𝑙𝑜𝑢𝑥

𝑉 − (𝑚𝑐𝑎𝑖𝑙𝑙𝑜𝑢𝑥𝑑𝑐𝑎𝑖𝑙𝑙𝑜𝑢𝑥

)

Où m masse de l’échantillon, V volume de l’échantillon, mcailloux masse des cailloux,

dcailloux densité apparente des cailloux : 2.65 g.cm-3.

A travers ces différents paramètres mesurés par la courbe de retrait, des corrélations

avec le carbone organique peuvent être effectuées. En effet, de nombreuses

propriétés physiques sont corrélées positivement au carbone organique (Boivin et al.,

2009).


BLANC Alicia 37

3.4.2 Courbe de désorption

La courbe de désorption donne une idée du volume occupé par les différentes tailles

de pores. Pour déterminer l'évolution du potentiel matriciel, un microtensiomètre est

placé au contact de l'échantillon au cours de la mesure de la courbe de retrait (Figure

12). Comme pour la courbe de retrait, des mesures du potentiel matriciel sont relevées

toutes les 5 min en fonction de la teneur en eau.

Selon la loi de Jurin-Laplace, le potentiel matriciel mesuré peut être converti en

diamètre de pores cylindriques avec la relation simplifiée :

𝑟 = 0.15ℎ

r : rayon de pores en cm, h : potentiel matriciel en cm H2O ou mbar.

De cette manière à chaque potentiel matriciel, il est possible de déterminer quelle taille

de pores est occupée, et ainsi évaluer le réseau poral quantitativement (volume) et

qualitativement (taille des pores).

3.5 Propriétés physico-chimiques Le carbone organique total de chaque variante donne une indication sur la

dynamique du carbone dans les sols puisqu'il quantifie cet élément à un moment

donné, dans un échantillon donné par rapport à un amendement effectué. Cette

mesure se fait selon la méthode de Walkley et Black, par oxydation du carbone

organique au dichromate de potassium, (Protocole : AFNOR X 31-109). Des analyses

de matière organique par calcination sont effectuées sur des échantillons de biochar

pur. La calcination se fait dans un four à calcination 30 minutes à 500°C, puis 6h à

600°C.

L'analyse granulométrique permet de connaître la texture du sol (sable, silt, argile).

Cette mesure se fait par tamisage pour la proportion de sables et par sédimentation

pour les silts et les argiles à l'aide de la pipette Robinson (Protocole : NF X 31-107).

La Capacité d’Echange Cationique (CEC) donne une indication sur la fertilité

chimique du sol, elle représente la capacité du sol à retenir les cations. La CEC

effective est mesurée au chlorure de cobaltihexamine (Ciesielski & Sterckeman, 1997)

pour chaque échantillon.


BLANC Alicia 38

Le pH eau se mesure sur une suspension de sol 1/2.5 : 20 g de sol dans 50 ml d’eau

distillée pendant 18 h, avec un pH-mètre (691 pH Meter Metrohm). Cette analyse a été

effectuée sur quelques échantillons pour avoir une idée du pH de la parcelle étudiée.

3.6 Morphologie du biochar au contact du sol La Microscopie Electronique à Balayage est une méthode d’observation d’éléments

très petits en 3 dimensions, avec un grand pouvoir de résolution (x100 à x1 000). Pour

ces observations, le microscope électronique à balayage (MEB) Zeiss® 1455VP à

canon à électron à filament de tungstène situé à hepia Genève est utilisé.

Les principes généraux de la MEB consistent en un faisceau d’électrons balayant la

surface de l’échantillon à analyser qui, en réponse, réémet d’autres électrons. Ces

électrons sont ensuite détectés sur une plaque photoluminescente pour les faire

apparaître en pixel à l’écran. Les parties les plus denses sont représentées en plus

claires.

Avant observation, chaque échantillon est fragmenté soigneusement, puis séché

(105°C). Seule une fraction d’environ 0.5-1 cm3 peut être observée. Ce segment de sol

est généralement choisi avec un petit fragment de biochar visible. Quelques analyses

chimiques complémentaires peuvent permettre de comparer les différents éléments

observés. Elles sont effectuées par l’appareil EDX Xmax d’Oxford Institut.

3.7 Analyses statistiques

3.7.1 Test de Normalité

Les tests de vérification de la Normalité pour effectuer des tests statistiques

paramétriques sont les observations de l’histogramme des valeurs résiduelles et de la

droite de Henry.

3.7.2 Tests statistiques de comparaison

Dans le cas où la normalité est respectée, les trois variantes étudiées sont comparées

par une ANOVA. Si la p-valeur est inférieure à 0.05, l’hypothèse nulle que les

distributions suivent la même loi normale, soit que les moyennes des variantes sont

égales, est rejetée. Pour comparer les variantes entre elles, le test de Tukey à 5 % est

utilisé.

Dans le cas où la normalité n’est pas respectée, le test non-paramétrique de Kruskal-

Wallis est utilisé pour comparer les variantes. Si la p-valeur est inférieur à 0.05,


BLANC Alicia 39

l’hypothèse nulle que les variantes sont égales est rejetée. Pour comparer les

variantes entre elles, le test de Dunn est utilisé.

3.7.3 Régression

Avec la régression linéaire multiple, on utilise deux variables explicatives (carbone

organique et argile) pour expliquer ou prédire une variable réponse. Elles permettent

ainsi de déterminer si les deux composantes « carbone organique » et « argiles » ont

une influence sur les propriétés hydro-structurales et chimiques. Ainsi, si la p-valeur est

inférieur à 0.05, cela signifie qu’une relation existe entre la composante et la propriété

testée du sol. Le coefficient de détermination (R2) indique dans quelle mesure les

points des données suivent la droite. Pour comparer les relations propriétés hydro-

structurales / carbone organique comme décrit dans les scénarios proposés (2), des

régressions linéaires entre les paramètres et la teneur en carbone organique pour

chaque variante sont établies et comparées statistiquement (droite et ordonnée à

l’origine) selon le modèle :

y = a1 + b1 . x pour la variante biochar + compost

y = a2 . G + b2 . x pour une des deux variantes Témoin

Le modèle global s’écrit : y = a1 + a2 . G + b1 .x + b2 .G.x

où G est une variable qui prend la valeur 0 pour la variante biochar + compost et 1

pour un des groupes Témoin.

Ce qui donne :

y = a1 + b1 . x pour la variante biochar + compost

y = (a1 + a2) + (b1 + b2 )x pour une des deux variantes Témoin

3.8 Bilan du plan expérimental La Figure 14 fait le bilan des matériels et méthodes, et des objectifs à atteindre.


BLANC Alicia 40

Figure 14 : Plan expérimental


BLANC Alicia 41

4. Résultats et discussions Cette partie détaille :

1) la validité de la parcelle (traitement biochar et teneur en argile) ;

2) le comparatif de deux méthodes d’analyse de matière organique sur des

biochars purs ;

3) le traitement des courbes de retrait et de désorption ;

4) les corrélations entre les propriétés physico-chimiques et le carbone organique

ou l’argile ;

5) les comparaisons des propriétés physico-chimiques par rapport aux variantes ;

6) les comparaisons par rapport aux scénarios proposés en hypothèse du

comportement du biochar dans les sols ;

7) la morphologie du biochar par des observations en MEB.

4.1 Validité de la parcelle étudiée

4.1.1 Vérification préliminaire des zones traitées de la parcelle de Cocagne

Les résultats sont présentés en nombre de biochar par échantillon et en pourcentage

massique de biochar dans l’échantillon. D’après les diagrammes de probabilité situés

en Annexe 4, les données ne suivent pas une courbe normale. Le test non-

paramétrique de Kruskal-Wallis est utilisé. L’objectif est d’observer si les échantillons

des variantes témoin et compost ont significativement moins de biochar que dans la

variante traitée biochar + compost, la comparaison multiple de Dunn est utilisée. Les

résultats statistiques sont détaillés en Annexe 4.

Figure 15 : Nombre de biochar par échantillon en fonction des variantes (à gauche). Pourcentage massique de biochar par échantillon en fonction des variantes (à droite).

Les barres d’erreur correspondent aux écart-types.


BLANC Alicia 42

En comparant les trois variantes en termes de nombre et de pourcentage massique de

biochar contenu dans les échantillons, la variante biochar + compost a une quantité

statistiquement significative supérieure de biochars aux deux autres variantes. D’après

cette analyse, on peut conclure que les variantes compost et témoin sont

significativement différentes de la zone traitée au biochar + compost.

4.1.2 Effet de la pente sur le taux d’argile

Les différentes variations du taux d’argile sur la parcelle ne sont à priori pas

influencées par les traitements mais peuvent l’être par la pédologie du site. Pour

compléter la description de la parcelle, avant de comparer les différentes variantes, le

taux d’argile en fonction de la pente et des variantes est étudié. En effet, la teneur en

argile d’un sol influe les propriétés physico-chimiques et donc le traitement des

résultats.

Figure 16 : Teneur en argiles en fonction de la ligne de pente (moyenne des teneurs en argile par ligne de pente avec écart-type)

Les analyses physico-chimiques comparant les trois variantes ne seront

certainement pas biaisées. En effet, les quelques biochars retrouvés dans les

variantes « Témoin » ont certainement peu d’influence. La pente de la parcelle, le

travail du sol effectué perpendiculairement aux traitements expliquent

certainement l’apport de biochars dans les deux variantes non amendées en

biochar.

Biochar + compost

Témoin


BLANC Alicia 43

Les teneurs en argile de la parcelle varient de 25.3 % à 35.0 % pour une moyenne de

32.1 %. L’erreur liée à la méthode de cette analyse est forte avec une erreur standard

de +/- 2 %.

D’après la Figure 16, il semble qu’il y ait un léger gradient d’argile du haut vers le bas

de la parcelle avec les teneurs les plus élevées en lignes 6 et 8. La corrélation entre le

taux d’argile et la ligne de pente est relativement faible (R2 = 0.2984) mais cependant

significative, avec une pente de 0.1118. Les différences en teneur en argile en fonction

des lignes de pente ne sont pas statistiquement significatives (ANOVA : p-valeur =

0.173 en Annexe 6).

Figure 17 : Teneur en argiles en fonction des trois variantes étudiées. P-valeur = 0.016. (Barres d’erreur : intervalles de confiance à 95%)

La teneur en argiles est statistiquement différente entre les variantes biochar +

compost et témoin (ANOVA en Annexe 6). Les moyennes de teneur en argiles sont

de 32.7 % pour le témoin et de 31.3 % pour biochar + compost. Cette différence, d’un

point de vue agronomique et en terme d’impact sur les propriétés physico-chimiques

des sols paraît faible. Il faut souligner que le coefficient de variation pour la variante

témoin est beaucoup plus faible que pour la variante biochar + compost (4.99 contre

7.46).

Ces analyses montrent qu’il peut y avoir une légère influence de l’argile sur les

résultats de comparaison entres les variantes. Néanmoins, les régressions pour

chaque paramètre permettront de confirmer ou pas cette observation. Pour l’analyse

des résultats, il est important de garder à l’esprit que la variante témoin est celle

avec la teneur en argile la plus élevée.


BLANC Alicia 44

4.2 Matière organique : analyse préliminaire Des analyses préliminaires de matière organique sur des biochars purs issus de débris

de bois et d’un sac issu de la production de La Coulette (Swissbiochar) ont été

réalisées pour comparer la méthode d’analyse au dichromate de potassium et la

méthode par calcination. En effet, la méthode au dichromate de potassium est une

analyse standard pour la matière organique des sols, or le biochar peut réagir

différemment de par sa stabilité.

Tableau 2 : Matière organique de biochar pur en fonction de la méthode utilisée

D’après le Tableau 2, la méthode par calcination détecte environ 70 % de matière

organique dans un biochar pur alors que la méthode au dichromate de potassium

seulement 6 %, soit si la calcination détecte 100 % du carbone organique, alors le

dichromate de potassium décèle 8.6 %. De plus, le dichromate de potassium réagit

plus avec les fines particules de biochars. Ceci est certainement lié à la surface

d’attaque beaucoup plus grande pour les particules fines que pour les grosses. Au

contraire, par la méthode de calcination, les particules les plus grosses ont un taux de

matière organique plus élevé que les particules fines. En effet, les particules de grande

taille étaient certainement de grosses tailles également avant la pyrolyse (processus

de fabrication du biochar), donc moins dégradées pendant le processus.

La méthode d’analyse de matière organique au dichromate de potassium détecte

seulement au maximum 10 % de la matière organique contenue dans un biochar. Les

analyses de matière organique sont donc biaisées pour les échantillons contenant du

biochar. Néanmoins, l’analyse par calcination sur un sol carbonaté comme celui de la

parcelle étudiée au jardin de Cocagne surestimerait le taux de matière organique par

transformation des carbonates de Calcium. Un traitement pour détruire les CaCO3

avant calcination serait donc nécessaire. Faute de temps, le test n’a pas pu être

effectué.

MO % (au dichromate) MO % (calcination) Biochar > 2mm 2.5 89.6Biochar 0.5-1 mm 5.1 78.0Biochar 50-250 um 10.9 57.3Biochar débris de bois 6.9 69.9Swissbiochar 5.4 70.5

La méthode au dichromate de potassium a été retenue, nécessaire également pour

les calculs de granulométrie, en prenant en compte les remarques précédentes.


BLANC Alicia 45

4.3 Analyses des courbes de retrait et de désorption

4.3.1 Les courbes de retrait

Tout d’abord, des vérifications concernant l’isotropie du retrait et l’analyse des courbes

de retrait sont détaillées pour ensuite comparer les différents paramètres.

4.3.1.1 Isotropie

Les mesures de volume à -10 mbar et à sec permettent de vérifier le « geometric

factor » de 3. Comme dit au paragraphe 3.4.1, cet exposant se révèle supérieur. Le

présent paragraphe fait des vérifications pour évaluer l’influence sur l’interprétation des

résultats. Le coefficient de variation pour la mesure de volume est de 3 % (Boivin,

2007), ce qui est faible et montre que l’exposant déterminé est très significatif.

La Figure 18 présente les corrélations entre les teneurs en air à -10 mbar calculées

avec l’exposant 3 et les exposants déterminés par la mesure du volume de l’échantillon

à -10 mbar et à sec. Les coefficients de corrélation R2 se situent entre 0.22 et 0.62 en

fonction des variantes. Ces corrélations soulèvent des questions sur l’isotropie. En

effet, si l’exposant était réellement égal à 3, aucune corrélation ne devrait exister. Il est

important de noter pour la suite de l’interprétation des résultats que les corrélations

pour les trois variantes ne sont pas statistiquement différentes.

Figure 18 : Teneur en air à -10 mbar calculé avec exposant 3 en fonction de l’exposant déterminé

La Figure 19 présente cette fois-ci les corrélations entre teneur en air à -10 mbar

calculé avec l’exposant déterminé et l’exposant déterminé. Pour les variantes témoin et

compost, aucune corrélation n’est démontrée. Cependant, pour la variante biochar +

compost une légère corrélation existe. Ce qui signifie que pour la variante biochar +


BLANC Alicia 46

compost, les échantillons avec un exposant déterminé élevé ont des teneurs en air à -

10 mbar, calculées avec exposant 3, sous-estimées.

Figure 19 : Teneur en air à -10 mbar avec exposant déterminé en fonction de l’exposant

déterminé

4.3.1.2 Traitement des courbes de retrait

Après le traitement des courbes de retrait, quelques remarques sont à soulever :

• Les points MS et ML sont généralement peu marqués et donc difficiles à

modéliser. En effet, contrairement au modèle XP, la majorité des courbes ne

présentaient aucun domaine curviligne en fin de courbe (Figure 20). La porosité

structurale est très faible.

Toutes ces corrélations montrent qu’il y a une faible anisotropie, pouvant être liée

aux conditions de forte humidité d’échantillonnage (léger tassement vertical). Elles

soulèvent d’autres questions sur l’isotropie, pas plus approfondies dans cette étude.

Ainsi, l’exposant 3 sera conservé pour le traitement des données, dans cette étude.


BLANC Alicia 47

Figure 20 : Courbe de retrait type

• Certaines courbes touchent la droite de saturation au point W-10mbar, ce qui

signifie que certains échantillons ont des teneurs en air à -10 mbar très faibles,

autrement dit que le volume des pores de taille supérieure à 150 microns est

quasi-nul. Cet effet est amplifié avec l’exposant 3, mais également vrai avec

l’exposant déterminé. Ces sols ont pour la plupart (Figure 21) très peu de

porosité structurale et très peu d’air jusqu’à 20-25 % de teneur en eau. Ce sont

des sols à engorgement temporaire (comme vu dans les descriptions de profil).

Il serait important d’améliorer leur structure.

• La courbe de l’échantillon BC-01 située au-dessus de toutes les autres courbes

a la teneur en matière organique la plus élevée.

• Les échantillons BC-09 et C-09 n’ont pas été analysés car ils étaient mal ré

humectés ; ainsi que les échantillons T-06 et C-11 à cause de trous et de

fissures.


BLANC Alicia 48

Figure 21 : Courbes de retrait classées par variante

D’après la Figure 21, les courbes de retrait des différentes variantes paraissent

entremêlées. Il y a une très forte hétérogénéité dans les volumes à saturation et les

teneurs en eau. Cette hétérogénéité semble bien plus grande que ne laissent présager

la teneur en argile ou celle en carbone organique. Ce sol a certainement été compacté.

L’analyse détaillée des différents points et pentes caractéristiques permettra de

comparer au mieux les trois variantes.

4.3.2 Les courbes de désorption

Après le traitement des courbes de désorption, quelques remarques sont à soulever :

• En général, le potentiel matriciel montait très vite et les premières valeurs sont

parfois faussées par le temps d’équilibrage entre le potentiel matriciel du sol et

le tensiomètre. Sur l’ensemble des courbes de potentiel matriciel observées, le

potentiel matriciel est à l’équilibre avec le sol entre -50 et -100 mbar.

• Certaines courbes s’arrêtent vers -600 mbar. Pour faire une analyse

comparative globale, les résultats sont traités jusqu’à - 500 mbar.

• Les échantillons BC-09, C-09, C-10, C-11, C-12, C-14, C-17, C-20, C-22, T-06

et T-22 ne sont pas traitées car la mesure du potentiel matriciel n’a pas

fonctionné.


BLANC Alicia 49

Figure 22 : Courbes de désorption classées par variante

Le premier aperçu des courbes de désorption montre une grande hétérogénéité. La

majorité des courbes de la variante compost se situe sur la gauche du graphique, avec

les teneurs en eau les plus faibles. Les résultats seront détaillés par la suite en prenant

les teneurs en eau à -100 mbar et à -500 mbar, ainsi que le volume poral entre 3 et 15

µm.

4.4 Influence du carbone organique et de l’argile Le carbone organique est en général corrélé positivement à l’argile (Dexter et al.,

2008). Dans cette étude, une très faible corrélation non significative va dans ce sens

pour la variante témoin. C’est la seule corrélation positive trouvée pour toutes les

variantes. Une seule faible corrélation (R2 = 0.25) significative a été trouvée pour la

variante biochar + compost mais celle-ci est négative (Figure 23), ce qui est étonnant

et difficilement explicable. Ces mauvaises corrélations peuvent s’expliquer par de

faibles variances en carbone organique et en argile parmi la totalité des échantillons de

la parcelle, ce qui ne permet certainement pas de couvrir les variations liées aux

méthodes d’analyse. En effet, l’écart-type des teneurs en argile est proche de l’erreur

standard d’analyse. La variance peut être liée aux protocoles de mesure (prise

d’échantillon, conditions changeantes) et au mode d’apport (manuel).


BLANC Alicia 50

Figure 23 : Carbone organique en fonction de la teneur en argiles

Sachant que le carbone organique et l’argile sont des composantes qui influent sur les

propriétés physico-chimiques (Boivin et al., 2009), des régressions multiples (Tableau

3) établissent les relations qui pourront découler sur l’interprétation des résultats.


BLANC Alicia 51

Tableau 3 : Régressions multiples pour chaque paramètre étudié en fonction du carbone organique (Corg) et de l’argile pour chaque variante. P-valeur : vert foncé < 0.05, vert clair

< 0.10. R2 : coefficient de corrélation > 30 % en gras.

Paramètres Variantes p-valeur Corg p-valeur Argile R2

Biochar + compost 0.001 0.552 43.0Témoin 0.679 0.856 0.7Compost 0.003 0.164 29.0Biochar + compost 0.021 0.777 23.0Témoin 0.449 0.531 4.9Compost 0.34 0.102 10.9Biochar + compost 0.507 0.914 4.0Témoin 0.139 0.032 18.8Compost 0.986 0.313 4.5Biochar + compost 0.025 0.487 32.0Témoin 0.103 0.042 18.6Compost 0.001 0.012 37.3Biochar + compost 0.036 0.627 26.6Témoin 0.344 0.904 3.5Compost 0.049 0.046 20.6Biochar + compost 0.028 0.967 24.0Témoin 0.075 0.759 11.7Compost 0.013 0.094 23.9Biochar + compost 0.766 0.31 4.4Témoin 0.453 0.197 10.5Compost 0.405 0.796 2.8Biochar + compost 0.864 0.9 0.1Témoin 0.478 0.828 2.6Compost 0.964 0.926 0.0Biochar + compost 0.294 0.677 9.5Témoin 0.881 0.174 7.1Compost 0.394 0.93 3.1Biochar + compost 0.527 0.691 4.7Témoin 0.974 0.174 7.4Compost 0.543 0.329 4.1Biochar + compost 0.051 0.729 10.2Témoin 0.086 0.072 17.0Compost 0.018 0.413 20.1Biochar + compost 0.057 0.608 23.8Témoin 0.007 0.005 34.9Compost 0.021 0.346 19.4Biochar + compost 0.815 0.489 4.0Témoin 0.141 0.201 11.0Compost 0.027 0.783 18.7Biochar + compost 0.009 0.479 25.8Témoin 0.848 0.7 1.0Compost 0.849 0.213 12.4Biochar + compost 0.034 0.403 21.9Témoin 0.716 0.793 0.7Compost 0.372 0.242 23.6Biochar + compost 0.037 0.201 45.1Témoin 0.2 0.849 6.8Compost 0.404 0.851 7.7

Da -10 mbar (Densité apparente à -10 mbar)

W-100 mbar (Teneur en eau à -100 mbar)


V3-15 µm (volume des pores de rayon 3-15

µm)

CEC (Capacité d'Echange cationique)


WAE (Teneur en eau au point AE)

Da sec (Densité apparente à sec)

Da AE (Densité apparente au point AE)

Air -10 mbar (Teneur en air à -10 mbar)

Sc Totale (Capacité de gonflement totale)

Sc Plasma (Capacité de gonflement du

plasma)

KBs (pente de retrait basique)

Vp -10 mbar (volume poral du plasma à -10 mbar)

VStr-10 mbar (volume poral structural à -10

mbar)

VStr AE (volume poral structural au point AE)


BLANC Alicia 52

Dans cette étude, très peu de relations entre les paramètres physico-chimiques et le

carbone organique et l’argile sont établies. Lorsque qu’il y a une corrélation, le

coefficient R2 est relativement faible, le maximum trouvé est de 45 %. D’autres études

ont montré de meilleures corrélations (Boivin et al., 2009). Cependant, de nouveau,

ces mauvaises corrélations peuvent être expliquées par de faibles variances en

carbone organique et en argile. En effet, la majorité des relations trouvées entre les

propriétés physico-chimiques et le carbone organique sont pour la variante biochar +

compost qui est celle qui a le plus de variance en carbone organique.

4.4.1 Corrélations avec le carbone organique

Dans quatre cas sur cinq, la variante témoin ne montre pas de corrélations. Une

explication possible à toutes ces non-corrélations peut être l’amendement en compost

de 2012. En effet, cet amendement correspondrait à une augmentation de 0.4 % de

carbone organique, non négligeable par rapport à la valeur moyenne de la parcelle en

carbone organique de 1.62 %. Cet apport conséquent pourrait brouiller les valeurs en

carbone organique. De plus, la variante témoin est celle avec la teneur en argile la plus

élevée, donc plus apte à capter du carbone organique. De ce fait, dans cette variante,

le sol est d’autant plus sous-saturé en carbone organique. Le peu de corrélations est

une situation atypique au regard de la littérature.

Seuls 5 propriétés physico-chimiques sont corrélées avec le carbone organique pour

au moins deux variantes : CEC, Da à sec, Da au point AE, Da à -10 mbar, Vstr au point

AE, Vstr à -10 mbar. Pour ces cinq propriétés physico-chimiques, il sera possible de

comparer la variante biochar + compost à une des deux autres variantes comme dans

les scénarios proposés (voir 4.6). Pour 5 propriétés hydro-structurales (teneur en eau à

-10 mbar, -100 mbar et -500 mbar, teneur en air à -10 mbar et volume des pores de

rayon 3-15 µm), une des trois variantes laisse entrevoir une corrélation. Celles-ci sont

détaillées dans cette partie.


BLANC Alicia 53

Figure 24 : Teneur en eau à -10 mbar en fonction du carbone organique (à gauche), teneur en air à -10 mbar en fonction du carbone organique (à droite).

Pour la variante biochar + compost, la teneur en eau à -10 mbar est corrélée

positivement avec la teneur en carbone organique (Figure 24). Pour la variante

compost, la teneur en air à -10 mbar est corrélée positivement avec la teneur en

carbone organique.

Figure 25 : Teneur en eau à -100 mbar (à gauche) et à -500 mbar (à droite) en fonction du

carbone organique


BLANC Alicia 54

Figure 26 : Volume des pores de rayon 3-15 µm en fonction du carbone organique

Les teneurs en eau à -100 et -500 mbar, ainsi que le volume des pores de rayon 3-15

µm pour la variante biochar + compost sont corrélées positivement au carbone

organique.

En effet, le carbone organique tend à augmenter les porosités structurales et

plasmiques (Schäffer et al., 2008), ce qui explique ces corrélations.

Figure 27 : Teneur en eau ou volume porale plasmique au point AE en fonction de la teneur en carbone organique.

La Figure 27 ne montre aucune corrélation entre le volume poral plasmique au point

AE et le carbone organique. En effet, même dans l’étude de Schäffer et al., (2008),

aucune corrélation n’est trouvée au point SL, très proche.


BLANC Alicia 55

4.4.2 Corrélations avec l’argile

L’argile est corrélée à quatre propriétés physico-chimiques : teneur en eau au point AE,

Da sec, Da au point AE, Vstr au point AE. Chaque corrélation est détaillée dans ce

paragraphe.

Figure 28 : Teneur en eau au point AE (à gauche) et volume poral structural au point AE (à droite) en fonction du taux d’argile pour la variante témoin. Cercle rouge : valeur

imposant la corrélation

La Figure 28 (à gauche) montre la corrélation positive trouvée entre la teneur en eau

au point AE et le taux d’argile pour la variante témoin. Cette corrélation est discutable

puisqu’elle est finalement imposée par un seul point vers 28 % d’argiles (cercle rouge).

Néanmoins, dans l’étude de Schäffer et al.,(2008), la porosité plasmique au point SL

est corrélée positivement à la teneur en argiles. La faible corrélation trouvée ici entre la

teneur en eau au point AE, correspondant au volume poral du plasma au point AE, et

la teneur en argiles va dans le même sens que l’étude citée. (Le point AE, point proche

du point SL). L’explication à cette corrélation est que l’argile est le constituant principal

du plasma du sol. Dans la Figure 28 de droite, même si un point vers 28 % d’argile

impose la corrélation et que le coefficient de corrélation est relativement faible, une

tendance se dessine. En effet, le volume poral structural diminue avec la teneur en

argile, ce que confirme l’étude de Schäffer et al., (2008).


BLANC Alicia 56

Figure 29 : Densité apparente au point AE en fonction de la teneur en argiles

D’après la Figure 29, la corrélation entre la densité apparente au point AE et la teneur

en argiles est très faible, voire inexistante, avec un coefficient de corrélation de 0.0707.

Selon l’étude de Schäffer et al., (2008), la densité apparente augmente avec la teneur

en argiles. Les autres corrélations trouvées entre la densité apparente à sec et la

teneur en argile ne sont pas illustrées ici. En effet, elles sont également induites par

des points à faible teneur en argile et ont des tendances contraires entre les variantes.

4.5 Comparaisons des propriétés physico-chimiques Dans cette partie, les différentes variantes de la parcelle de Cocagne sont comparées

à travers les propriétés hydro-structurales (paramètres des courbes de retrait et de

désorption) et les propriétés chimiques (CEC, MO). Un tableau récapitulatif des

moyennes et écart-types des différents paramètres, avec les tests statistiques permet

de comparer les variantes (Annexe 5). Seuls les paramètres ayant des différences

significatives entre les trois variantes sont détaillés dans cette partie.

Pour conclure sur l’ensemble de ces corrélations, il est important de noter que très

peu de corrélations entre les propriétés physico-chimiques et le carbone

organique et l’argile ont été trouvées dans cette étude. Ceci est certainement causé

par les faibles variances de la parcelle. Le témoin ne rentre pas dans le cadre

conventionnel puisqu’il montre peu de corrélations et celle-ci sont très fragiles. La

suite de l’interprétation des résultats nécessite de prendre en considération ces

remarques essentielles.


BLANC Alicia 57

4.5.1 Matière organique

L’analyse statistique se situe en Annexe 6.

Figure 30 : Pourcentage de matière organique en fonction des variantes. Barres d’erreur :

intervalles de confiance à 95%. Lettres : test de Tukey à 5%. p-valeur = 0.021

La parcelle a un taux moyen de matière organique de 2.8 %. Les résultats de MO pour

les trois variantes montrent des différences significatives statistiquement. En effet, la

variante biochar + compost a le taux le plus élevé, suivi du témoin (non statistiquement

différent) et de la variante compost avec le taux le plus faible et statistiquement

différent de la variante biochar + compost. On peut noter que ce gradient suit la ligne

de pente avec la variante compost en bas de pente.

La différence de matière organique entre les variantes biochar + compost et compost

est de 0.17 %. L’ajout de biochar correspond à une augmentation d’environ 0.4 % de

MO dans le sol. Mais comme dit précédemment (4.2), la méthode de mesure de la

matière organique sous-estime la quantité de MO pour la variante biochar + compost,

ce qui correspondrait finalement à un surplus de 0.04 % de MO pour la variante

biochar + compost par rapport à la variante compost. Dans ce cas, la différence de

0.17 % de MO est largement supérieure à celle estimée. Elle n’est donc pas liée au

seul apport de biochar. Il aurait été intéressant de pouvoir comparer ses valeurs en

matière organique à un état initial de la parcelle avant tout amendement, ce qui aurait

été plus juste.


BLANC Alicia 58

4.5.2 CEC

Figure 31 : CEC en fonction des variantes. Barres d’erreur = intervalles de confiance à

95%. Lettres : différences statistiquement significatives (Test de Tukey, p = 0.021)

La CEC moyenne de la parcelle est de 18.6 cmolc.kg -1.

D’après le test de Tukey, les trois variantes sont statistiquement différentes. La

variante biochar + compost a une CEC plus élevée que les variantes témoin et

compost. Néanmoins, il est étonnant que la CEC de la variante témoin soit

significativement plus élevée que celle de la variante compost. En effet, en général,

l’apport de compost augmente le taux de matière organique qui a elle-même un effet

positif sur la CEC. Comme un amendement en compost a eu lieu sur toute la parcelle

en 2012, la CEC de la variante témoin aurait pu être équivalente à celle de la variante

compost, mais pas significativement supérieure. Une explication peut être les teneurs

en MO et en argile, comme vu précédemment, qui sont légèrement plus élevées dans

la variante témoin que compost.

Entre les variantes biochar + compost et témoin, la différence de CEC est de 0.5

cmolc.kg-1. Comme la variante biochar + compost a un taux d’argile moins élevé que la

variante témoin, l’explication de cette augmentation est certainement l’apport de

matière organique (biochar). D’après les récentes analyses effectuées au Laboratoire

des sols et substrats de hepia, sur des biochars d’origine de la Coulette, la CEC d’un

biochar pur avant amendement est en moyenne de 23 cmolc.kg-1. Un apport de 10

t.ha-1 correspondrait à une élévation de la CEC de 0.03 cmolc.kg-1. La différence

trouvée est largement supérieure à celle estimée. Ainsi, cette différence significative ne

peut être expliquée par le seul apport de biochar. Comme la teneur en argile n’est pas

non plus une explication, il est difficile de démontrer un autre effet pour cette

augmentation.


BLANC Alicia 59

4.5.3 Teneur en eau à -10 mbar

Figure 32 : Teneur en eau à -10 mbar en fonction des variantes. Barres d’erreur = intervalles de confiance à 95%. Lettres : différences statistiquement significatives (Test

de Tukey) ANOVA : p = 0.011

La teneur en eau à -10 mbar moyenne de la parcelle est de 0.29 g.g-1, ce qui signifie

qu’à -10 mbar, l’eau occupe presque un tiers de la masse du sol.

La Figure 32 décrit les teneurs en eau à -10 mbar des différentes variantes. On

constate que les teneurs en eau des variantes biochar + compost et témoin sont

significativement supérieures à la variante compost. Sachant que plus la teneur en

carbone organique augmente, plus la teneur en eau du sol augmente, la faible teneur

en eau à -10 mbar de la variante compost peut s’expliquer ainsi. Cependant, la

variante biochar + compost ne se distingue pas de la variante témoin. Il est donc

difficile de conclure à un effet du biochar sur la teneur en eau à -10 mbar.


BLANC Alicia 60

4.5.4 Densité apparente à -10 mbar

Figure 33 : Densité apparente à -10 mbar en fonction des variantes. Barres d’erreur = intervalles de confiance à 95%. Lettres : différences statistiquement significatives (Test

de Tukey) ANOVA : p = 0.04.

La densité apparente à -10 mbar moyenne de la parcelle est de 1.44 g.cm-3.

Etonnamment la variante témoin a la densité apparente à -10 mbar la plus faible. En

effet, c’est dans cette variante que l’amendement en matière organique a été le plus

faible. Néanmoins, comme dit précédemment, sa teneur en matière organique n’est

pas significativement différente des deux autres variantes. C’est également cette

variante qui présente la teneur en air à -10 mbar la plus élevée (non statistiquement

différente).

En tout cas, la variante biochar + compost ne se distingue pas des deux autres

variantes pour ce paramètre.


BLANC Alicia 61

4.5.5 Capacité de gonflement totale

Figure 34 : Capacité de gonflement totale en fonction des variantes. Barres d’erreur = intervalles de confiance à 95%. Lettres : différences statistiquement significatives (Test

de Tukey) ANOVA : p = 0.04.

La capacité de gonflement totale moyenne de la parcelle est de 12.2 %.

Sachant que la variante témoin a une teneur en argile relativement élevée par rapport

aux deux autres variantes, sa capacité de gonflement totale supérieure en résulte.

4.5.6 Teneur en eau à -100 mbar

Figure 35 : Teneur en eau à -100 mbar en fonction des variantes. Barres d’erreur = intervalles de confiance à 95%. Lettres : différences statistiquement significatives (Test

de Tukey) ANOVA : p = 0.0.011

La teneur en eau à -100 mbar moyenne de la parcelle est de 0.278 g.g-1. A partir de la

teneur en eau à -10 mbar, il est possible de calculer le volume des pores de rayon


BLANC Alicia 62

compris entre 15 et 150 µm qui est de 0.014 cm3.g-1. Ce sol n’a donc pas un grand

volume de pores grossiers.

La Figure 32 décrit les teneurs en eau à -100 mbar des différentes variantes. Le

constat est que la teneur en eau de la variante biochar + compost est significativement

supérieure à la variante compost. Cependant, la variante biochar + compost ne se

distingue pas de la variante témoin. Il est donc difficile de conclure à un effet du

biochar sur la teneur en eau à -100 mbar.

4.5.7 Volume des pores de rayon entre 3 et 15 µm

Figure 36 : Volume des pores de rayon 3-15 µm en fonction des variantes. Barres d’erreur = intervalles de confiance à 95%. Lettres : différences statistiquement

significatives (Test de Tukey) ANOVA : p = 0.0.018

Le volume des pores de rayon 3 à 15 µm est en moyenne sur la parcelle de 0.03

cm3.g-1. Ces pores structuraux fins et plasmiques occupent deux fois plus de place que

les pores de 15-150 µm. Ce sol a une porosité plasmique plus importante que la

structurale.

Comme pour la teneur en eau à -100 mbar, les différences entre les variantes sont

identiques. La variante biochar + compost ne se distingue pas de la variante témoin. Il

est donc difficile de conclure à un effet du biochar sur le volume des pores de rayon 3-

15 µm.


BLANC Alicia 63

4.6 Comparaisons aux scénarios proposés Dans cette partie, les corrélations entre les différents paramètres des propriétés hydro-

structurales et chimiques et le carbone organique sont vérifiées et comparées entre les

3 variantes. Ceci dans le but de comparer ces corrélations aux scénarios proposés

(2.1). Les analyses statistiques se situent à l’Annexe 7.

4.6.1 CEC

Figure 37 : CEC en fonction du carbone organique

D’après ces résultats, pour le témoin, aucune corrélation entre la CEC et le carbone

organique n’a été trouvée. Pour les variantes biochar + compost et compost, une

corrélation existe avec des coefficients R2 de 0.42 et 0.23 respectivement. En effet,

plus la teneur en carbone organique augmente, plus la CEC augmente. Sur la Figure

La variante biochar + compost est significativement supérieure au témoin pour la

CEC, mais cette différence ne s’explique pas que par un apport supérieur de

carbone organique. Pour toutes les autres propriétés hydro-structurales testées,

aucune différence avec le témoin n’a été trouvée.

La variante compost ne montre pas un meilleur comportement par rapport au

témoin. Cette constatation est étonnante car il a été prouvé à mainte reprise l’effet

positif du compost.

Finalement, les différences rencontrées suivent en général la ligne de pente. C’est

pourquoi, il est difficile de conclure à effet notable du biochar.


BLANC Alicia 64

37, il semble que la droite de régression de la variante biochar + compost se situe au-

dessus de la droite de la variante compost. Cependant, d’après l’analyse statistique, ni

la pente, ni l’ordonnée à l’origine ne sont significativement différentes.

4.6.2 Densité apparente à sec

Figure 38 : Densité apparente à sec en fonction du carbone organique

D’après la Figure 38, la densité apparente à sec est corrélée négativement au carbone

organique. La corrélation pour la variante témoin est inexistante. Pour la variante

biochar + compost, le coefficient de corrélation s’élève à 30 %, certainement liée à une

plus grande variance. Les droites de corrélations entre biochar + compost et compost

ne se distinguent ni par leur pente, ni par leur ordonnée à l’origine.


BLANC Alicia 65

4.6.3 Densité apparente au point AE

Figure 39 : Densité apparente au point AE en fonction du carbone organique

Comme pour la densité apparente à sec, les corrélations pour la densité apparente au

point AE vont dans le même sens. Les droites de corrélations entre biochar + compost

et compost ne se distinguent ni par leur droite, ni par leur ordonnée à l’origine.

4.6.4 Densité apparente à -10 mbar

Figure 40 : Densité apparente à -10 mbar en fonction du carbone organique

La Figure 40 montre que plus la teneur en carbone organique augmente, plus la

densité apparente diminue. La variante biochar + compost est plus étalée à cause de

certaines teneurs en matière organique plus élevées. Pour les trois variantes, les

relations convergent (pas de différence significative entre les pentes et les ordonnées à

l’origine).


BLANC Alicia 66

4.6.5 Volume poral structural au point AE

Figure 41 : Volume structural au point AE en fonction du carbone organique

La Figure 41 montre que le volume structural au point AE augmente relativement à la

teneur en carbone organique, ce qui est confirmé par l’étude de (Boivin et al., 2009).

Comme pour la densité apparente à -10 mbar, la variante biochar + compost est plus

étalée du fait de teneurs en matière organique plus élevées que les deux autres

variantes. Pour les trois variantes, les relations vont dans le même sens (pas de

différence significative entre les pentes et les ordonnées à l’origine).

4.6.6 Volume poral structural à -10 mbar

Figure 42 : Volume structural à -10 mbar en fonction du carbone organique

La Figure 42 montre que le volume structural à -10 mbar augmente conjointement à la

teneur en carbone organique, comme pour la Figure 41. Pour les trois variantes, les


BLANC Alicia 67

relations convergent (pas de différence significative entre les pentes et les ordonnées à

l’origine).

Pour tous les autres paramètres hydro-structuraux, aucune corrélation n’a pu être

établie comme montré au précédent paragraphe 4.2.

4.7 Evaluation du potentiel physico-chimique de la parcelle étudiée

Pour évaluer le potentiel physico-chimique du sol de la parcelle de Cocagne, des

échantillons ont été prélevés au pied d’une haie proche de la parcelle et cinq d’entre

eux ont été analysés. Au pied d’une haie, le sol ne subit aucun travail, ni exportation de

végétaux ; il est représentatif de ce qu’il se passe en forêt (où les sols ont les

meilleures propriétés). En d’autre terme, ce sol correspond à un témoin positif. Sur les

cinq échantillons analysés, un seul (101) ne sera pas traité pour les propriétés

physiques car il a été mal ré-humecté.

Le Tableau 4 présente les moyennes et les écart-types des différentes propriétés

physico-chimiques des deux sols. La majorité de ces propriétés sont meilleures dans le

sol de la haie, montrant le potentiel physico-chimique de la parcelle d’étude. Seule la

capacité de gonflement totale n’est pas supérieure à celle de la parcelle étudiée. En

effet, la capacité de gonflement est fortement liée à la teneur en argile, non

statistiquement différente entre les deux sols.

En revenant aux scénarios de départ, il est difficile de démontrer un quelconque

comportement du biochar dans les sols. Aucune différence significative entre les

corrélations des différentes variantes n’est démontrée. D’après les scénarios

proposés (2.1) et la sous-estimation dans la mesure du carbone organique, cette

étude a permis, dans le meilleur des cas, de montrer qu’il est susceptible que le

biochar agisse comme un amendement organique et/ou un grain squelette.


BLANC Alicia 68

Tableau 4 : Comparatif des sols de la haie et de la parcelle d’étude de Cocagne

4.7.1 Propriétés chimiques

4.7.1.1 Carbone organique

Pour un taux d’argile quasi-identique (test t : p = 0.091), le sol de la haie a un taux de

carbone organique moyen de 3.9 %, comparé à 1.6 % pour la parcelle d’étude. D’après

Dexter et al., (2008), le carbone organique se complexe à l’argile jusqu’au seuil de 10

% du taux d’argile. Donc, le sol de la haie voit son argile complètement complexée au

carbone organique, 3.9 % étant supérieur à 3.4 % (= 10 % de 34 % du taux d’argiles).

Variable Sols Moyenne Ecart-typeHaie 3.9 1.0Parcelle d'étude 1.6 0.1Haie 27.6 4.5Parcelle d'étude 18.6 0.6Haie 34.0 1.9Parcelle d'étude 32.1 1.9Haie 0.042 0.011Parcelle d'étude 0.031 0.007Haie 0.171 0.026Parcelle d'étude 0.218 0.020Haie 0.404 0.105Parcelle d'étude 0.292 0.023Haie 1.06 0.11Parcelle d'étude 1.64 0.05Haie 1.03 0.12Parcelle d'étude 1.54 0.04Haie 0.95 0.14Parcelle d'étude 1.44 0.05Haie 12.03 5.11Parcelle d'étude 12.21 2.47Haie 0.429 0.138Parcelle d'étude 0.634 0.137Haie 0.288 0.112Parcelle d'étude 0.024 0.015Haie 0.441 0.086Parcelle d'étude 0.057 0.019Haie 0.350 0.111Parcelle d'étude 0.046 0.021Haie 0.129 0.015Parcelle d'étude 0.176 0.014Haie 0.341 0.095Parcelle d'étude 0.269 0.024

Corg (%)

CEC (cmolc.kg-1)

Argiles (%)

Wsec (g.g-1)

WAE (g.g-1)

W-10mbar (g.g-1)

DaSec (g.cm-3)

DaAE (g.cm-3)

Da-10mbar (g.cm-3)

SC Tot (%)

VpSec (cm3.g-1)

Vp-10mbar (cm3.g-1)

K bs

Air-10mbar

VstrSec (cm3.g-1)

Vstr-10mbar (cm3.g-1)


BLANC Alicia 69

Ainsi, le potentiel du sol de la haie est à son maximum en connaissant la relation entre

les propriétés physico-chimiques qui s’améliorent en fonction du carbone organique.

Figure 43 : Carbone organique en fonction de la teneur en argiles pour les sols de la parcelle d’étude et celui de la haie

Aucune corrélation significative entre les teneurs en argiles et en carbone organique

n’a été démontrée pour le sol de la haie car le taux de saturation est atteint (Annexe 8).

Par contre, une corrélation existe pour la parcelle d’étude, mais celle-ci est négative et

le coefficient de corrélation est faible (R2 = 11.6 %) (Figure 43). Ainsi, le sol de la

parcelle d’étude, comme dit au paragraphe 2, a le potentiel d’augmenter sa teneur en

carbone organique dans le but d’améliorer les propriétés physiques.

4.7.1.2 CEC

Figure 44 : CEC en fonction du carbone organique pour le sol de la parcelle étudiée à Cocagne et le sol de la haie.


BLANC Alicia 70

La CEC moyenne du sol de la haie est de 27.6 cmolc.kg-1, alors que celle du sol de la

parcelle d’étude est de 18.6 cmolc.kg-1, soit un facteur de 1.5 de possibilité

d’amélioration.

Comme vu précédemment, la CEC est fortement corrélée positivement au carbone

organique. Sur la Figure 44, la corrélation du sol de la haie est située en haut à droite

de celle pour la parcelle de Cocagne, montrant vers quoi peut tendre la parcelle

d’étude. Cependant, les analyses statistiques (Annexe 8) montrent que les pentes et

les ordonnées à l’origine sont différentes.

4.7.2 Propriétés Hydro-structurales

Figure 45 : Courbes de retrait du sol de la haie comparées à celle d’un échantillon type de la parcelle d'étude

Les courbes de retrait de la Figure 45 montrent que le sol de la haie a une porosité

nettement supérieure à celui de la parcelle d’étude. En effet, comme vu dans le

Tableau 4, les teneurs en eau à -10 mbar, au point AE et à sec, ainsi que les volumes

poraux structuraux et plasmiques à -10 mbar sont supérieurs, et la pente du retrait

basique est plus faible dans le sol de la haie que dans celui de la parcelle étudiée.


BLANC Alicia 71

4.7.2.1 Densité apparente

Figure 46 : Densité apparente à sec en fonction du carbone organique pour le sol de la parcelle étudiée à Cocagne et le sol de la haie.

Les densités apparentes à sec et à -10 mbar sont nettement plus faibles pour le sol de

la haie que pour le sol de la parcelle étudiée. En effet, pour le sol de la haie, la densité

apparente à sec est en moyenne égale à 1.06 g.cm-3 contre 1.63 g.cm-3 pour la parcelle

d’étude ; et la densité apparente à -10 mbar est en moyenne égale à 0.95 g.cm-

3 contre 1.44 g.cm-3. La relation entre densité apparente à sec (Da sec) et carbone

organique (Corg) pour les deux sols se trouve à la Figure 46. Le fait qu’il y ait plus de

carbone organique dans le sol de la haie influe positivement sur la densité apparente

(qui diminue). Les pentes des droites de corrélation ne sont pas significativement

différentes. Ainsi, le carbone organique agit de la même manière sur la densité

apparente à sec de ces deux sols. Par contre, les ordonnées à l’origine sont

significativement différentes, ce qui montre que le sol de la parcelle d’étude aurait été

compacté. (Les analyses statistiques se trouvent en Annexe 8.)


BLANC Alicia 72

Figure 47 : Volume structural au point AE en fonction du carbone organique pour le sol de la parcelle étudiée à Cocagne et le sol de la haie.

D’après la Figure 47, le volume poral structural au point AE est nettement plus faible

pour la parcelle étudiée que pour le sol de la haie. Dans les deux sols, une corrélation

positive existe entre cette propriété hydro-structurale et la teneur en carbone

organique. Néanmoins, les pentes sont statistiquement différentes, bien que les

ordonnées à l’origine ne les soient pas.

4.8 Morphologie du biochar au contact du sol Les différentes images effectuées au Microscope Electronique à Balayage (MEB)

permettent de visualiser les différents contacts biochar-sol dans plusieurs sols.

Egalement, des échantillons de biochar pur issu de la production de la Coulette ainsi

que du bois brut sont observés afin d’effectuer un comparatif, ainsi que des biochars

mis à composter avant amendement.

Le sol de la haie, de par des variances plus grandes, montre de meilleures

corrélations entre les propriétés physico-chimiques et le carbone organique.

A la vue des analyses effectuées sur le sol de la haie, le sol de la parcelle étudiée a

un potentiel physico-chimique qui pourrait nettement améliorer la fertilité du sol.


BLANC Alicia 73

4.8.1 Biochar pur

Figure 48 : Image MEB, biochar pur issu de la production de la Coulette.

Sur la Figure 48, l’image de gauche (a), montre la structure rectiligne très propre du

biochar. L’image de droite (b) montre une structure en « nid d’abeille » avec des pores

de taille de 10 µm environ. Ces structures en « nid d’abeille » étaient visibles à de

nombreux endroits à la surface du biochar. Ces images serviront de témoin pour

l’observation des biochars après séjour dans les sols.

4.8.2 Bois

Figure 49 : Images MEB, bois brut

La Figure 49 montre un morceau de bois brut. Cet échantillon a été observé dans le

but de comparer la morphologie d’un débris de bois et d’un biochar. Les deux images

(a et b) montrent une structure non rectiligne, moins nette que celle d’un biochar. En

effet, il aurait été possible de se tromper dans l’interprétation des images suivantes s’il

s’était avéré que le bois non pyrolysé avait la même morphologie.

a b

a b


BLANC Alicia 74

4.8.3 Biochar composté avant amendement

Figure 50 : Image MEB, biochar composté avant amendement

La Figure 50 montre un biochar composté (originaire d’Ayent) mais n’ayant pas

séjourné dans un sol. Sa structure aux nombreux pores est nettement visible. De

nombreuses particules de matière organique et de sol sont imbriquées dans ces pores.

Figure 51 : Image MEB, biochar composté avant amendement

La Figure 51 montre la surface d’un biochar avec des particules de sol et de matière

organique accolées. A cette surface, il semble qu’une racine de diamètre de 10 µm se

soit développée.


BLANC Alicia 75

4.8.4 Ayent parcelle maraîchère

Figure 52 : Image MEB, échantillon parcelle maraîchère d'Ayent

La Figure 52 illustre la structure d’un biochar retrouvé dans une parcelle de culture

maraîchère à Ayent. Des pores d’une taille d’environ de 10 µm sont visibles. Ce

biochar présente une structure non dégradée.


La Figure 53 montre la présence d’un biochar au contact du sol. Il semble adhérer aux

particules supérieures du sol. Les filaments visibles sont des hyphes de champignons.

Ils sont visiblement en contact avec le sol, mais également avec le biochar. Si tel est

le cas, cette image montre une certaine interaction entre le biochar et la biologie du

sol.

Biochar

Hyphe

Sol


BLANC Alicia 76


La Figure 54 illustre un biochar de grande taille, plus de 100 µm d’épaisseur et au

moins 1 mm de large. La porosité est très bien découpée, mais certains pores

paraissent bouchés par des particules de sol. La structure de surface en strie ne paraît

pas dégradée. En haut de l’image, une fente de retrait des argiles semble séparer le

sol et le biochar. Une partie du sol est tout de même restée liée au biochar. La

grosseur de ce dernier lui confère un comportement rigide tel qu’un élément de

squelette du sol.

4.8.5 Ayent parcelle viticole

Figure 55 : Image MEB, échantillon parcelle viticole d'Ayent


BLANC Alicia 77

La Figure 55, issue d’un échantillon de la parcelle viticole d’Ayent, montre une

structure de biochar partiellement dégradée où l’on peut encore distinguer des pores et

sa structure rectiligne. A sa surface, un hyphe de champignon semble être en contact

avec le biochar. Si tel est le cas, cette image conforte le concept d’interaction entre le

biochar et la biologie du sol observée à la Figure 53 (échantillon de la parcelle

maraîchère d’Ayent).

4.8.6 Cocagne

Figure 56 : Image MEB, échantillon parcelle de Cocagne

La Figure 56 montre une surface de biochar très dégradée d’un échantillon de sol de la

parcelle de Cocagne. Il est possible d’imaginer des morceaux de biochar se détachant

de la structure primaire. Ce biochar semble être recouvert de particules de sol

argileuses et limoneuses qui évoquent la forme des illites.


BLANC Alicia 78

Figure 57 : Image MEB, échantillon parcelle de Cocagne

La Figure 57 illustre un fragment de biochar partiellement dégradé avec des morceaux

désolidarisés et une autre partie à la structure rectiligne encore visible et peu

dégradée. Les particules de sol semblent accolées au biochar. Les deux ensembles

biochar/sol paraissent très liés. Dans cet échantillon, aucune fente de retrait n’a été

observée. Il y a cependant légèrement plus d’argiles que dans la parcelle maraîchère

d’Ayent (32 % comparé à 27 %), ce qui serait favorable au retrait.

L’ensemble de ces images donnent un premier aperçu du comportement du biochar

dans les sols. A première vue, en fonction du type de biochar et/ou de sol, le biochar

peut conserver sa structure quasi-intacte ou être plus dégradée.

Par rapport à un biochar pur, le biochar ayant séjourné dans le sol garde toujours

une partie de sa structure rectiligne et semble être très lié aux particules fines du sol.

Cependant, dans un cas, il a été observé une fente de retrait au contact du biochar.

Ce qui laisserait penser à un comportement type grain de squelette.

Sur quelques images, des hyphes ou des racines se joignent à la surface du biochar.

Une interaction biologie-biochar serait à approfondir.

En aucun cas, il n’est possible de généraliser les observations à toute la parcelle et à

tous les sols.


BLANC Alicia 79

4.9 Discussion globale Dans cette étude, peu de corrélations entre les propriétés physico-chimiques et le carbone organique ou l’argile ont été obtenues dans toutes les variantes. De façon

plus remarquable dans le témoin, ce qui implique une interprétation des résultats

atypique au regard de la littérature. L’hypothèse de travail envisageait de travailler sur

ces corrélations. De fait, peu de propriétés physico-chimiques ont pu être étudiées

pour comparer les variantes entre elles. Ces faibles corrélations sont certainement

liées aux faibles variances des teneurs en carbone organique et en argiles ne

couvrant pas les variations liées aux méthodes d’analyse. Ceci est renforcé par un

certain désordre entre les propriétés, attribuable à l’amendement en compost de 2012.

Pour l’évaluation de la parcelle d’étude par rapport au sol de la haie, les relations

entre les propriétés physico-chimiques et le carbone organique apparaissent.

L’étendue des variables est cette fois-ci significative par rapport aux erreurs standards

de mesure. Ainsi, il a été possible de montrer les possibilités d’amélioration de la

parcelle étudiée. En effet, toutes les propriétés physico-chimiques sont meilleures dans

le sol de la haie, fortement corrélées à sa teneur en carbone organique. Ainsi, il serait

envisageable d’améliorer les capacités hydro-structurales de la parcelle par des

amendements réguliers de matière organique, ce qui est actuellement effectué. De

plus, Claude Mudry, responsable du Jardin de Cocagne, a mis en place ces dernières

années un travail du sol beaucoup plus superficiel (10 cm de profondeur) que le labour

dans ce but-ci.

Concernant la comparaison entre les traitements, le compost n’a pas montré

d’amélioration par rapport au témoin. En effet, l’apport de compost en 2012 a

certainement atténué la variante témoin en tant que variante sans aucun apport. De

plus, la variante compost a la teneur la plus faible en matière organique. Pour l’étude

d’un éventuel effet biochar, pour toutes les propriétés physico-chimiques étudiées,

seule une différence significative au niveau de la CEC a été décelée entre témoin et

biochar + compost. Néanmoins, cette augmentation n’est pas seulement causée par

l’apport de biochar. Un autre facteur est susceptible d’intervenir dans cet

accroissement, non élucidé dans cette étude.

Concernant les scénarios hypothétiques du rôle du biochar dans les sols, dans les cas

où des corrélations avec le carbone organique ont pu être établies, aucune différence

n’est montrée entre les variantes. Ainsi, le biochar paraît agir comme un élément du

squelette du sol. En effet, suite à ces travaux, il est encore difficile de montrer le rôle

précis que le biochar peut avoir.


BLANC Alicia 80

Dans cette étude, la morphologie du biochar dans les sols est diverse : plus ou moins

altérée ; très liée aux particules de sol ou dans certains cas se comportant comme un

grain de squelette à travers le retrait des argiles ; parfois en interaction avec la

biologie. Ces différences morphologiques dépendent du type de sol amendé et

certainement du type de biochar.


BLANC Alicia 81

Conclusion et perspectives

Cette étude a montré les limites de l’essai mis en place à Cocagne. Dans les

conditions de cette expérience, il n’a pas été démontré d’effet remarquable du biochar

sur les propriétés physico-chimiques des sols. Une remarque importante à mettre en

exergue est le manque de recul temporel de ces expériences, au vu de la formation

des terra preta d’Amazonie qui s’étend sur plusieurs générations, tandis que cette

étude a été effectuée seulement 2 ans après un amendement. Ce travail pourrait être

considéré comme un état initial de l’essai mis en place à Cocagne.

Posant le bilan de cette étude, les points négatifs à soulever pour améliorer une

prochaine expérience sont :

• Les contraintes liées à l’essai : la pente de la parcelle, l’amendement en

compost sur l’intégralité de la parcelle en 2012, la non-randomisation, le travail

du sol perpendiculaire aux traitements. Il aurait été préférable de mettre la

variante biochar + compost en bas de pente.

• L’absence d’échantillon de biochar avant amendement permettant une

caractérisation physico-chimique et granulométrique.

• L’échantillonnage en sol détrempé, mais ceci est lié aux aléas climatiques du

printemps.

• La faible expérience en manipulation, même si toutes les analyses ont été

effectuées de manière consciencieuse et le nombre d’échantillons peut être

trop élevé pour le temps imparti ne laissant pas assez de temps pour une

analyse profonde des résultats.

A l’opposé, les points positifs à retenir de cette étude sont :

• L’évaluation des possibilités de pouvoir continuer sur le long terme l’essai mis

en place à Cocagne en 2011. Optimiser les résultats en commençant un nouvel

essai dans de meilleures conditions : avec un état initial, une randomisation,

plus de variantes.

• La situation de cet essai favorable aux interactions recherche-production. En

effet, l’essai a été mis en place chez un producteur. Les venues pour les prises

d’échantillon ou autres permettent d’échanger avec un professionnel du terrain

et d’interagir.

• L’évaluation du potentiel de fertilité physico-chimique de la parcelle.

• Le soulèvement de questions sur l’isotropie qui pourraient être résolues par un

léger tassement lors de l’échantillonnage


BLANC Alicia 82

• Les observations en microscopie électronique à balayage montrant le potentiel

remarquable de cette méthode et laissant entrevoir des informations

importantes sur le devenir du biochar dans les sols.

Les résultats de cette étude amènent de nouvelles perspectives qui mériteraient

d’être étudiées telles que :

• Trouver une analyse de matière organique adaptée à des sols amendés en

biochar. Certaines études se sont penchées sur cette problématique

(Schmidt et al., 2001; Manning & Lopez-Capel, 2009) mais elles montrent

une grande variation dans les mesures selon la méthode utilisée ;

• Comparer les propriétés hydro-structurales de différents sols amendés en

biochar (à Ayent ?) ;

• Trouver une possibilité de mettre en place un essai sur le long terme

(pourquoi pas à Lullier ?) avec différentes doses et répétitions d’apport de

biochar ;

• Effectuer des images MEB pour comparer les images actuelles à des sols

amendés en Terra preta ®, ainsi que d’autres sols amendés en biochar et à

différentes dates après amendements.

• Utiliser d’autres techniques de préparation avant observation au MEB.

D’autres études proposent de nettoyer les biochars avant observation (Lin et

al., 2012). Dans le cas de cette étude, il semble qu’un nettoyage aurait

dispersé les particules de sol. Néanmoins, selon Fratesi et al.,

(2004), l'utilisation de plusieurs technique de préparation des échantillons est

recommandée afin d'éviter les biais.

« Ce n'est pas la destination mais la route qui compte. »

Proverbe gitan


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Annexe 1

Descriptions des profils de Cocagne

Description de l'environnement des profils

Tableau 5 : Environnement des profils

Calcosol à pseudogley Commune : Sézegnin Précipitation annuelle : 1005 mm

Jardins de Cocagne Ensoleillement : 1828 h/an

Date d'ouverture : 15/03/2013 Coordonnées : 46,15° N / 6,001° E

Date d'observation : 21/03/2013 Altitude : 414 m

Observateur : Alicia Blanc Orientation : est

Géologie : Moraine (type voir sondage géologique)

Végétation : prairie

Météo : Pluies antécédentes 30 mm entre le 17/03/2013 et le 20/03/2013. Le 21/03/2013, ensoleillé avec quelques nuages, 10-12°C

Relief pente principale : convexe

Pierrosité de surface : 3-5 % graviers à cailloux

Nappe perchée temporaire

Figure 58 : Localisation des profils dans la pente


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Description profil 1

Figure 59 : Profil 1 (source personnelle)

LAca 1 : 0-12 cm Horizon marqué par une couleur brune, et une activité racinaire élevée. Teneur vive en calcaire. Teneur élevée en racines de toute dimension de forme normale et d'orientation quelconque. Taux d'argiles > 30 %. 7 % d'éléments grossiers. Activité biologique marquée par de nombreux vers de terre et quelques coléoptères. Structure fine polyédrique anguleuse. Cohésion ferme. Couleur 2,5Y 4/4, test HCl ++, pH 7 Transition diffuse : certainement marquée par le travail du sol à cette profondeur LAca 2 : 12-25 cm Horizon marqué par une couleur brune, et une activité racinaire élevée. Teneur vive en calcaire. Teneur élevée en racines de toute dimension de forme normale et d'orientation quelconque. Taux d'argiles > 30 %. 7 % d'éléments grossiers. Activité biologique marquée par de nombreux vers de terre et quelques coléoptères. Structure fine polyédrique anguleuse. Cohésion moins ferme que dans Ap2. Couleur 2,5Y 4/4, test HCl ++, pH 7 Transition diffuse Sca : 25-45 cm Horizon marqué par une couleur légèrement plus claire que les horizons Ap, beaucoup d'éléments grossiers et quelques tâches de rouille. Teneur vive en calcaire. Teneur modérée en racines avec une majorité de dimension < 5 mm, de forme normale et d'orientation quelconque. Taux d'argiles > 30 %. 20 % d'éléments grossiers de majoritairement 2-5 cm (cailloux). Activité biologique plus faible avec présence de quelques vers de terre. Structure polyédrique anguleuse à grumeleuse. Cohésion meuble. Couleur 2,5Y 5/6, test HCl ++, pH 7 Transition peu nette Scag : 45-60 et + cm (fin de profil creusé) Horizon plus clair, très humide. Teneur vive en calcaire. Teneur faible en racines, quelques racines < 5 mm. Taux d'argiles > 30 %. 5 % d'éléments grossiers de majoritairement 2-15 cm (cailloux et pierres). Structure grumeleuse à polyédrique subanguleuse. Cohésion plastique. Peu perméable. Couleur 2,5Y 6/4, test HCl ++, pH 7-8


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Ce profil se caractérise par des horizons LA de surface. Ces horizons sont caractérisés comme organo-

minéraux avec une vie biologique assez prononcée. De plus, il est caractérisé comme calcaire par sa forte

réaction au HCl 3,7 %. Le pH est d'environ 7-8. La cohésion plus ferme que dans les horizons sous-

jacents est certainement signe d'un travail du sol. Avant, le sol était labouré, désormais, le travail est

superficiel à environ 10 cm de profondeur. Toutes ces caractéristiques sont favorables à la dénomination

de ces horizons comme LA, horizons labourés (Association française pour l’étude du sol AFES, 2009).

L'horizon Sca est caractérisé comme calcaire avec une structure fine polyédrique anguleuse à

grumeleuse. Quelques tâches de rouille indiquent la présence de fer oxydé. Dans ce profil, cet horizon a

une bonne structure, encore favorable au développement racinaire.

L'horizon Scag est calcaire avec une structure polyédrique à grumeleuse. De plus, il est marqué par des

traits de redistribution de fer avec une couleur plus clair que les autres horizons (Association française

pour l’étude du sol AFES, 2009).

Par l'enchaînement de ces horizons, ce sol peut être référencé comme CALCOSOL à pseudogley (ou

réductique).

Ce sol en période de forte pluviométrie, est vite saturé en eau. Néanmoins, sa structure est favorable au

développement racinaire.


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Figure 60 : Profil 2 (source personnelle) LAca : 0-22 cm Horizon marqué par une couleur brune, et une activité racinaire élevée. Teneur vive en calcaire. Teneur élevée en racines de toute dimension de forme normale et d'orientation quelconque. Taux d'argiles > 30 %. 10 % d'éléments grossiers. Activité biologique marquée par de nombreux vers de terre et quelques coléoptères. Structure polyédrique anguleuse. Cohésion ferme. Couleur 2,5Y 4/4, test HCl ++, pH 7-8 Transition diffuse Sca : 22-42 cm Horizon marqué par une couleur légèrement plus claire que l'horizon LAca, beaucoup d'éléments grossiers et quelques tâches de rouille. Teneur vive en calcaire. Teneur modérée en racines avec une majorité de dimension < 5 mm, de forme normale et d'orientation quelconque. Taux d'argiles > 30 %. 25 % d'éléments grossiers de majoritairement 2-5 cm (cailloux). Activité biologique plus faible avec présence de quelques vers de terre. Structure polyédrique anguleuse à grumeleuse. Cohésion meuble. Couleur 2,5Y 5/6, test HCl ++, pH 7-8 Transition peu nette Scag : 42-60 et + cm (fin de profil creusé) Horizon très clair, très humide. Teneur vive en calcaire. Teneur faible en racines, quelques racines < 5 mm. Taux d'argiles > 30 %. 15 % d'éléments grossiers de majoritairement 2-15 cm (cailloux et pierres). Structure grumeleuse à polyédrique subanguleuse. Cohésion plastique. Peu perméable. Couleur 2,5Y 6/4, test HCl ++, pH 7-8 Ce profil a quasiment les mêmes caractéristiques que le profil 1. Le profil 2 se distingue du profil 1 seulement par un taux d'éléments grossiers plus élevé et par la présence d'hydromorphie plus haut dans la séquence.


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LAca : 0-20 cm Horizon marqué par une couleur brune, et une activité racinaire élevée. Teneur vive en calcaire. Teneur élevée en racines de toute dimension de forme normale et d'orientation quelconque. Taux d'argiles > 30 %. 10 % d'éléments grossiers. Activité biologique marquée par de nombreux vers de terre, quelques coléoptères et une galerie de rongeurs. Structure polyédrique anguleuse. Cohésion ferme. Couleur 2,5Y 4/4, test HCl ++, pH 7-8 Transition diffuse Sca : 20-35 cm Horizon marqué par une couleur légèrement plus claire que l'horizon LAca, beaucoup d'éléments grossiers et quelques tâches de rouille. Teneur vive en calcaire. Teneur modérée en racines avec une majorité de dimension < 5 mm, de forme normale et d'orientation quelconque. Taux d'argiles > 30 %. 15 % d'éléments grossiers de majoritairement 2-5 cm (cailloux). Activité biologique plus faible avec présence de quelques vers de terre. Structure polyédrique anguleuse à grumeleuse. Cohésion meuble. Couleur 10YR 5/4, test HCl ++, pH 7-8 Transition peu nette Scag : 35-60 et + cm (fin de profil creusé) Horizon très clair, très humide. Teneur vive en calcaire. Teneur faible en racines, quelques racines < 5 mm. Taux d'argiles > 30 %. 7 % d'éléments grossiers de majoritairement 2-15 cm (cailloux et pierres). Structure grumeleuse à polyédrique subanguleuse. Cohésion plastique. Peu perméable. Couleur 2,5Y 6/4, test HCl ++, pH 8 Ce profil a quasiment les mêmes caractéristiques que les profils 1 et 2 avec des signes d'hydromorphie plus en hauteur dans la séquence. La couleur de l'horizon Sca n'est pas tout à fait identique à celle des horizons Sca des deux autres profils.

Figure 61 : Profil 3 (source personnelle)


BLANC Alicia 92

Comparaison des 3 profils

L'observation des trois profils sur la parcelle traitée mais à des endroits différents dans la pente confirme que le sol est caractérisé comme Calcosol à pseudogley. Chaque profil a des horizons semblables. Néanmoins, plus on avance vers la rupture de pente, plus le sommet des horizons Sca et Scag sont hauts. Cette observation est signe d'une nappe perchée. La parcelle étudiée a des traitements perpendiculaires à la pente, c'est pourquoi, il est intéressant de connaître s'il y a une différence notable entre les zones traitées dans le sens de la pente. La Figure 62 compare les 3 profils les uns à côté des autres. Après observation comparative, il paraît clair que ces profils n'ont pas de différence qui pourrait influencer sur les traitements. Il est vrai que le profil 3 est plus hydromorphe car l'horizon Scag est légèrement plus haut (35 cm) que dans les autres profils. Mais cette observation est basse dans le profil et pourrait avoir aucune influence sur les traitements situés à une profondeur de 10 cm.

Figure 62 : Comparaison des 3 profils (de gauche à droite : 1-2-3)


BLANC Alicia 93

Annexe 2

Plan de parcelle d’Ayent


BLANC Alicia 94

Annexe 3

Analyse d’extraction et quantitative de Biochar

Objectifs Les objectifs de mettre en place une analyse d’extraction pour quantifier le biochar contenu dans les

échantillons de sol analysés sont :

• de déterminer si un échantillon contenant plus de biochar qu’un autre a des propriétés différentes

• de déterminer si la quantité de biochar retrouvée dans les échantillons est représentative de la

quantité apportée.

Terre seule / Ultrason

L’objectif de cette manipulation est de déterminer le temps nécessaire dans le bain ultrason pour défaire

les agrégats de sol ; ceci dans le but futur d’utiliser les ultrasons pour extraire les particules de biochar du

sol.

Manipulations

Pesée de 200,05g sec de terre argileuse, mis dans un bécher avec 500 ml d'eau distillée. Ce mélange a

été immergé dans le bain ultrason pendant plusieurs durées.

Observations

Au contact de l'eau, les agrégats se défont rapidement, un brouillard brun se forme avec au fond une pâte

gleyeuse.

Après 1 min au bain, ultrason, quelques agrégats de 0,5 cm sont toujours observables, mais la majorité

sont bien défaits, des éléments de matière organique flottent en surface.

Après 2 min, moins d'agrégats observables mais présence de beaucoup d'éléments au fond du bécher.

Après 3 min, aucune différence avec 2 min.

Après 10 min, observation identique.

Conclusion

Le temps adéquat pour les prochaines manipulations sera de 3 minutes, à adapter en fonction des

observations.

Biochar seul / Ultrason

L’objectif de cette manipulation est d’observer les éventuels fractionnements du biochar au passage dans

le bain ultrason.

Manipulations

Pesée de 100 g de biochar sec.

Cette quantité a été tamisée à 2 mm, 200 µm, 50µm et 20 µm. Le tamisage a été effectué pour une

oscillation de 0,5 pendant 60 minutes.

100 g de biochar ont été immergés dans un bécher avec 1,5 L d'eau distillée et mis au bain ultrason

pendant 3 minutes.

La partie supérieure, flottante, des particules de biochar a été prélevée. La partie centrale, le brouillard, a

été prélevée séparément. La partie au fond du bécher a été prélevée séparément des deux autres.


BLANC Alicia 95

Ces trois parties distinctes récupérées ont été mises à l'étuve à 105°C pour évaporer l'eau et récupérer les

différentes parties de biochar sec. Néanmoins, les particules centrales, représentant que 4,91g (ou%), ont

été rassemblées avec les particules de surface pour la suite.

Les parties supérieure et inférieure ont été tamisées séparément dans les mêmes conditions que

précédemment.

Résultats

Tableau 6 : Classes de taille du biochar avant et après passage au bain ultrason

Le Tableau 6 montre qu’une fine proportion s’est dégradée. Par exemple pour la classe supérieure à 2

mm, seulement 4 % ont été fractionnés.

Tableau 7 : Proportions flottante ou non de biochar

Le Tableau 7 illustre que 68% du biochar flotte pour l’échantillon analysé. Il est probable que des biochars

au contact du sol n’auraient pas les mêmes propriétés de flottaison.

Conclusion

Le passage au bain ultrason et le tamisage à sec ne semble pas beaucoup fractionner les biochars. A

noter qu’ici, les biochars utilisés n’ont pas séjourné dans les sols.

Biochar + terre

Les objectifs de cette manipulation sont d’évaluer une méthode d’extraction des particules de biochar d’un

sol, ceci en connaissant les quantités et proportions du biochar ajoutées dans un sol.

Manipulations

Tableau 8 : Mélange terre / biochar

Le tableau ci-dessus indique les différentes proportions du mélange terre + biochar. La concentration

finale est d'environ 0,75 %, soit celle des sols amendés à Cocagne.

Taille des particules > 2mm 2000-200 µm 200-50 µm 50-20 µm < 20 µm TotalTare 1 (g) 102.29 105.04 104.95 105.31 104.3masse sèche + tare 1 (g) 137.82 151.95 115.78 110.39 106.67masse sèche avant ultrason (g) 35.53 46.91 10.83 5.08 2.37 100.72Tare 2 (g) 104.95 104.3 102.29 105.31 105.05masse sèche surface + tare 2 (g) 133.48 137.22 104.8 108.59 106.05masse sèche surface (g) 28.53 32.92 2.51 3.28 1 68.24masse sèche fond + tare 2 (g) 107.97 119.55 111.54 108.2 106.7masse sèche fond (g) 3.02 15.25 9.25 2.89 1.65 32.06masse sèche après ultrason (g) 31.55 48.17 11.76 6.17 2.65 100.3

partie surface milieu fond Totaltare (g) 615.16 689.83 608masse sèche + tare (g) 678.41 694.74 640.26

masse sèche (g) 63.25 4.91 32.26 100.4268.16

Taille des particules > 2mm 0,5-1 mm 20-50 µmBiochar sec ajouté (g) 0.495 0.499 0.497Terre argileuse sec (g) 199.63


BLANC Alicia 96

Ultrason

Le mélange a été humidifié, puis mélangé de manière homogène. Ce mélange a été mis à sécher.

Le mélange a été immergé dans un bécher contenant 500 ml d'eau distillée et passé au bain ultrason

pendant 3 minutes.

Les éléments de surface ont été récupérés, ainsi que ceux au fond. Chaque partie a été passée au tamis

de 20 µm, puis mise à l'étuve à 105°C.

Il a été difficile de séparer au mieux les éléments biochar de la terre. Une partie a certainement été

perdue.

Tableau 9 : Proportions récupérées après ultrason

Au total, il a été récupéré 40.34 g dont 2.89 g en surface et 37.45 g au fond. La partie au fond est

mélangée à de nombreux limons, celle en surface également mais avec des quantités plus faibles.

Malheureusement, la partie la plus dense a été jetée.

Tamisage

Après séchage, chaque partie a été tamisée à l'eau. Les tamis utilisés étaient 2 mm, 1 mm, 500 µm, 200

µm, 125 µm, 50 µm et 20 µm.

Les éléments inférieurs à 500 µm étaient difficiles à récupérer, bien mélangés aux particules de terre.

Tous ces éléments ont été regroupés et une partie a été passée à la centrifugeuse. Néanmoins, à la sortie

de la centrifugeuse peu d'éléments ont été observés en surface.

Tableau 10 : Particules récupérées après tamisage

partie surface (PS) fond (PF)tare (g) 615.16 608masse sèche + tare (g) 618.05 645.45masse sèche (g) 2.89 37.45total 40.34

Taille des particules > 2mm 2000-1000 µm 1000-500 µm < 500 um total

Tare (g) 1.885 1.874 1.888 615.16masse sèche + tare (g) 2.304 1.971 2.036 617.1

masse sèche (g) 0.419 0.097 0.148 1.94 2.604Tare (g) 1.874 1.888 1.877 608masse sèche + tare (g) 2.022 2.007 2.425 620.25

masse sèche (g) 0.148 0.119 0.548 12.25 13.065total 0.567 0.216 0.696 14.19 15.669

PS

PF


BLANC Alicia 97

Figure 63 : Proportions récupérées après tamisage. Les 3 échantillons supérieurs

représentent la partie flottante, les 3 échantillons en bas de l’image représentent la proportion qui coule. De gauche à droite, les classes de taille du plus gros au plus petit

(>2 mm, 1-2 mm, 0.5-1 mm). Dans les proportions récupérées, celles supérieures à 2 mm sont légèrement surestimées. Après

observation, quelques résidus de racines sont observables (Figure 64) et les biochars sont légèrement

recouverts de terre (Figure 65).

Figure 64 : Proportions récupérées après tamisage à 2 mm. A gauche partie flottante, à droite portion du fond (source personnelle)


BLANC Alicia 98

Figure 65 : Biochar recouvert de terre (loupe binoculaire grossissement X 7.5), (source personnelle) La quantité située entre 2 et 1 mm est relativement faible. Néanmoins, il est dénombré environ 0.2 g. Cette

proportion peut venir de résidus de terre et de biochar qui se sont dégradés lors de la manipulation (Figure

66).

Figure 66 : Proportions récupérées 1-2 mm. A gauche partie flottante, à droite portion du fond (source personnelle)

La proportion située entre 500 µm et 1 mm est d’environ 0.2 g supérieure à la dose mise dans le mélange

d'origine. D'après les observations, de nombreux éléments de terre sont mélangés au biochar. A l’œil, il

est possible de dénombrer environ 50 % d'éléments autre que du biochar (Figure 67).

Figure 67 : Proportions récupérées 0.5-1 mm. A gauche partie flottante, à droite portion du fond (source personnelle)


BLANC Alicia 99

Les éléments de biochar inférieurs à 500 µm sont difficilement observables. Le mélange avec le sol est

flou.

Calgon et centrifugation

L’utilisation du Calgon permet de disperser les argiles. Dans nos tests, le but est de détacher les argiles

des biochars pour mieux les extraire.

Les éléments inférieurs à 500 µm ont été mélangés avec 20 ml de Calgon, 500 ml d’eau distillée et

quelques gouttes NaOH 10 M. Après agitation, le tout a été passé au tamis 50 µm. Les proportions

supérieures et inférieures à 50 µm ont été séchées séparément.

Tableau 11 : Particules de biochar après Calgon et tamisage

Le Tableau 11 illustre que seuls 2.07 g ont été récupérés après dispersion des argiles avec du Calgon et

passage au tamis 50 µm. il ne devrait rien y avoir (sauf fractionnés) – donc il y a une « pollution »

minérale.

Figure 68 : Proportions récupérées après Calgon et tamisage à 50 µm. A gauche particules > 50 µm, à droite particules < 50 µm

Pollution minérale essai de séparation par centrifugation. La proportion récupérée supérieure à 50 µm

a été centrifugée 5 min à 4000 tours.min-1.

Tableau 12 : Particules de biochar après centrifugation

partie >50 um <50 ummasse sèche (g) 2.07 11.2total 13.27

partie surface (PS) fond (PF)tare (g) 615.16 600.2masse sèche + tare (g) 615.26 602.17masse sèche (g) 0.1 1.97total 2.07


BLANC Alicia 100

Le Tableau 11 montre que seuls 0.1 g de biochar et particules organiques ont pu être récupérés en

surnageant après centrifugation. Le surnageant est négligeable.

Le reste est en culot. Dans le culot, des particules de biochar et de matière organique sont visibles. Le

culot était homogène.

Figure 69 : Proportions récupérées après centrifugation. A gauche particules flottantes, à droite particules du culot Biochar / eau oxygénée / Calgon

L’objectif de ce test est d’évaluer si l’eau oxygénée utilisée habituellement pour détruire la matière

organique a également un effet destructeur sur le biochar. Si le biochar n’est pas ou peu dégradé par l’eau

oxygénée, elle pourrait être utilisée pour l’extraction du biochar dans les sols.

Manipulation

5 g de biochar de toute taille granulométrique sont placés dans une éprouvette de 500 ml. 100 ml d’eau

déminéralisée sont ajoutés, ainsi que 50 ml d’eau oxygénée. L’eau oxygénée est ajoutée en trois fois

étalées dans une journée (3 x 17 ml). Le lendemain, l’échantillon est chauffé pendant 2h30. Ensuite, 20 ml

de Calgon ont été ajoutés avec trois gouttes de NaOH 10 M pour ajuster le pH vers 9 (milieu alcalin évitant

la précipitation).

Résultats et discussions

Tableau 13 : Résultats test à l'eau oxygénée et au Calgon

Le Tableau 13 montre que le biochar est résistant à l’eau oxygénée et au Calgon car les pertes sont de

4% sur cet échantillon. Au séchage, on observe un vernis. Ce vernis peut être de la MO dissoute si H2O2

a enlevé la MO fraîche, c’est de la MO des biochars dissoute au Calgon ou de la MO partiellement

attaquée par H2O2 (pas de dégazage).

Masse sèche biochar (g) 5.064Tare (g) 611.45MS récupérée + tare (g) 618.69Masse résiduelle du Calgon (g) 2.388MS récupérée (g) 4.852% de pertes de biochar (g) 4.19


BLANC Alicia 101

Remarque : la masse du vernis est incorporée dans le résultat, mais la masse résiduelle du Calgon est

soustraite.

Figure 70 : Biochars après eau oxygénée et Calgon L’utilisation de l’eau oxygénée pourrait être utilisée pour détruire la matière organique dans les

échantillons sans risquer de compromettre les biochars.

Conclusion

A la vue de ces observations :

Perspectives

Suite à toutes ces observations faites après ces premières manipulations, un nouveau protocole amélioré

peut être établi. Les manipulations pour le tester sont détaillées par la suite.

Mélange

Refaire un test mélange terre/biochar :

100 g de sol sec (type argileux), 0.25 g biochar > 2 mm, 0.25 g biochar 0.5-1 mm, 0.25 g 50-250 µm

(classes des plus majoritaires d’après le paragraphe Biochar seul et le projet SMACC).

Mélanger dans un cylindre en humidifiant

• Le bain ultrason ne semble pas avoir d’effet très marqué pour l’extraction des biochars.

• Le passage dans l’eau paraît être un premier moyen de partager les biochars par flottaison. Néanmoins, dans les particules flottantes, beaucoup de matière organique ne peuvent pas se dissocier des biochars.

• La méthode de tamisage à l’eau permettrait de détacher les particules du sol des biochars et d’extraire les proportions supérieures à 500 µm avec toujours une surestimation liée à des particules restantes dans les tamis.

• L’utilisation de Calgon pour disperser les argiles permet de faciliter le tamisage et le détachement des particules du biochar du sol.

• La centrifugation pourrait être une alternative pour les particules fines de biochars, sachant que de nombreuses particules de biochar coulent.

• L’eau oxygénée permet la destruction de la matière organique sans trop détruire les biochars (environ 96% résistants).


BLANC Alicia 102

Laisser sécher

Ré-humecter

Laisser sécher

Destruction matière organique

100 ml d’eau déminéralisée sont ajoutés, ainsi que 50 ml d’eau oxygénée. L’eau oxygénée est ajoutée en

trois fois étalées dans une journée (3 x 17 ml). La quantité d’eau oxygénée pourra évoluer en fonction de

la destruction de la matière organique (apparition de mousse).

Sédimentation

Bien mélanger

Laisser décanter une nuit

Récupérer les éléments en surface, et ceux au fond.

Tamisage

Passer aux tamis à 500 µm et 50 µm pour récupérer les éléments les plus grossiers.

Dispersion des argiles

Les particules de taille 50-500 µm sont récupérées et mélangées avec du Calgon pour disperser les

argiles, puis passées à la centrifugeuse. (Voir s’il est possible de passer toutes les particules au Calgon.)

Protocole Calgon : 20g terre + 20 ml Calgon + 500 ml eau déminéralisée + quelques gouttes NaOH 10M

(pH doit être alcalin)


BLANC Alicia 103

Annexe 4

Test statistique pour la vérification des zones traitées

Test de normalité

806040200-20

99

95

90

80

70

60504030

20

10

5

1

Nombre

Pour

cent

age

Moyenne 12.5EcTyp 16.38N 54RJ 0.936Valeur de P <0.010

Diag. probab. de NombreNormale

0.250.200.150.100.050.00-0.05-0.10

99

95

90

80

70

60504030

20

10

5

1

% (M/M)

Pour

cent

age

Moyenne 0.04838EcTyp 0.06328N 54RJ 0.939Valeur de P <0.010

Diag. probab. de % (M/M)Normale

D’après les diagrammes de probabilité ci-dessus, les données ne suivent pas une courbe normale. En effet, pour les 2 diagrammes la p-valeur est inférieure au seuil de 5%. De plus, les données ne suivent pas la droite.

Test de Kruskal-Wallis, suivi de Dunn pour le nombre de biochar par échantillon

Test de Kruskal-Wallis sur Nombre Rang Variante N Médiane moyen Z Biochar + compost 18 3.15000E+01 45.4 5.91 Compost 18 0.000000000 13.1 -4.76 Témoin 18 3.500000000 24.0 -1.15 Global 54 27.5 B H = 39.27 DL = 2 P = 0.000 H = 40.85 DL = 2 P = 0.000 (ajusté pour les nombres de même grandeur) D’après la p-valeur (< 0,05), les variantes sont globalement différentes. Pour effectuer une comparaison multiple, le test de Dunn est le plus approprié : 5 %/2 = 2.5% z = 2.24 (2 : nb de comparaisons)

z . �𝑁(𝑁+1)12

( 1𝑛𝑖

+ 1𝑛𝑗

) = 2.24 . �54∗5512

( 118

+ 118

) = 5.24


BLANC Alicia 104

�𝑅1 − 𝑅2� = 45.4 - 13.1 = 32.3 > 5.24 �𝑅1 − 𝑅3� = 45.4 – 24.0 = 21.4 > 5.24 �𝑅3 − 𝑅2� = 24.0 – 13.1 = 10.9 > 5.24 Où R1 : rang moyen Compost + biochar R2 : rang moyen Compost R3 : rang moyen Témoin D’après les comparaisons ci-dessus entre les variantes, le nombre de biochars présents est significativement plus élevé dans la variante biochar + compost que dans les variantes compost et témoin. La variante témoin a également significativement plus de biochars que dans la variante compost.

Test de Kruskal-Wallis, suivi de Dunn pour le % (M/M) de biochar par échantillon

Test de Kruskal-Wallis sur % (M/M) Rang Variante N Médiane moyen Z Biochar + compost 18 0.108085874 44.6 5.63 Compost 18 0.000000000 12.9 -4.84 Témoin 18 0.012257835 25.1 -0.80 Global 54 27.5 B H = 37.17 DL = 2 P = 0.000 H = 38.59 DL = 2 P = 0.000 (ajusté pour les nombres de même grandeur) D’après la p-valeur (< 0,05), les variantes sont globalement différentes. Pour effectuer une comparaison multiple, le test de Dunn est le plus approprié : 5 %/2 = 2.5% z = 2.24 (2 : nb de comparaisons)

z . �𝑁(𝑁+1)12

( 1𝑛𝑖

+ 1𝑛𝑗

) = 2.24 . �54∗5512

( 118

+ 118

) = 5.24

�𝑅1 − 𝑅2� = 44.6 - 12.9 = 31.7 > 5.24 �𝑅1 − 𝑅3� = 44.6 – 25.1 = 19.5 > 5.24 �𝑅3 − 𝑅2� = 25.1 – 12.9 = 12.2 > 5.24 Où R1 : rang moyen Compost + biochar R2 : rang moyen Compost R3 : rang moyen Témoin D’après les comparaisons ci-dessus entre les variantes, le pourcentage (M/M) de biochars présents est significativement plus élevé dans la variante Biochar + compost que dans les variantes Compost et Témoin. La variante témoin a également significativement plus de biochars que dans la variante compost.


BLANC Alicia 105

Annexe 5 Comparaisons des propriétés hydro-structurales

Tableau 14 : Résultats des tests statistiques pour différents paramètres

Oui (O)/Non (N) p-valeur Ecart-type Ecart-type Ecart-typeMO (Matière organique) % O 0.021 2.88 a 0.32 2.78 ab 0.19 2.71 b 0.17CEC (Capacité d'Echange Cationique) cmolc.kg-1 O 0.001 19.05 a 0.59 18.55 b 0.50 18.14 c 0.50

W-10 mbar (Teneur en eau à -10

mbar) g.g-1O 0.011 0.2974 a 0.0254 0.2962 a 0.0199 0.2813 b 0.0196

Da sec (Densité apparente à

sec) g.cm-3N 0.297 1.635 0.063 1.634 0.032 1.646 0.036

Da AE (Densité apparente au

point AE) g.cm-3O 0.442 1.544 0.053 1.535 0.031 1.550 0.047

Da -10 mbar (Densité apparente à -

10 mbar) g.cm-3O 0.04 1.443 ab 0.056 1.429 b 0.043 1.463 a 0.048

WAE (Teneur en eau au point

AE) g.g-1O 0.634 0.2182 0.0179 0.2203 0.0196 0.2152 0.0228

Sc Totale (Capacité de gonflement totale) %

O 0.038 12.14 ab 2.28 13.06 a 2.17 11.40 b 2.17

Sc Plasma (Capacité de gonflement du plasma) %

O 0.506 52.93 10.83 54.78 12.36 51.50 8.12

KBs (pente de retrait basique) O 0.223 0.5997 0.1233 0.6609 0.1379 0.6406 0.1451

Vp -10 mbar (volume poral du

plasma à -10 mbar) cm3.g-1O 0.074 0.2708 0.0243 0.2755 0.0244 0.2619 0.0228

Vp AE (volume poral du plasma

au point AE) cm3.g-1O 0.634 0.2182 0.0179 0.2203 0.0196 0.2152 0.0228

VStr-10 mbar (volume poral

structurale à -10 mbar) cm3.g-1O 0.92 0.0461 0.0227 0.0473 0.0230 0.0450 0.0181

VStr AE (volume poral

structurale au point AE) cm3.g-1 N 0.875 0.0531 0.0185 0.0542 0.0170 0.0533 0.0165

Air -10 mbar (Tneur en air à -10

mbar) cm3.g-1O 0.16 0.0195 0.0126 0.0267 0.0151 0.0255 0.0173

Moyenne Moyenne Moyenne

NormalitéANOVA ou

Kruskal-Wallis

Variantes

Biochar + compost Témoin Compost


BLANC Alicia 106

Annexe 6

Tests statistiques

Effet de la pente sur l’argile

ANOVA à un facteur contrôlé : Argiles (A %) en fonction de Ligne de pente

Somme des Source DL carrés CM F P Ligne de pente 14 68.88 4.92 1.40 0.173 Erreur 73 255.69 3.50 Total 87 324.56 S = 1.872 R carré = 21.22 % R carré (ajust) = 6.11 %

ANOVA à un facteur contrôlé : Argiles (A %) en fonction de Variante

Somme des Source DL carrés CM F P Variante 2 30.11 15.06 4.35 0.016 Erreur 85 294.45 3.46 Total 87 324.56 S = 1.861 R carré = 9.28 % R carré (ajust) = 7.14 % Niveau N Moyenne EcTyp Biochar + compost 30 31.286 2.333 Compost 29 32.313 1.629 Témoin 29 32.656 1.491 Limites de confiance = 95 % distinctes pour la moyenne en fonction de l'écart type regroupé Niveau ---+---------+---------+---------+------ Biochar + compost (---------*---------) Compost (---------*--------) Témoin (---------*--------) ---+---------+---------+---------+------ 30.80 31.50 32.20 32.90 Ecart type regroupé = 1.861 Informations de groupement avec la méthode de Tukey Variante N Moyenne Groupement Témoin 29 32.656 A Compost 29 32.313 A B Biochar + compost 30 31.286 B


BLANC Alicia 107

MO

Test de Normalité

0.80.60.40.20.0-0.2-0.4-0.6-0.8

99.9

99

9590

80706050403020

10

5

1

0.1

Valeur résiduelle

Pour

cent

age

Droite de Henry(réponse : MO %)

A la vue de la droite de Henry, les données peuvent être considérées comme suivant une courbe normale.

ANOVA à un facteur contrôlé : MO % en fonction de Variante

Somme des Source DL carrés CM F P Variante 2 0.4592 0.2296 4.05 0.021 Erreur 85 4.8182 0.0567 Total 87 5.2774 S = 0.2381 R carré = 8.70 % R carré (ajust) = 6.55 % Niveau N Moyenne EcTyp Biochar + compost 30 2.8847 0.3237 Compost 29 2.7092 0.1699 Témoin 29 2.7826 0.1862 Limites de confiance = 95 % distinctes pour la moyenne en fonction de l'écart type regroupé Niveau --------+---------+---------+---------+- Biochar + compost (-------*--------) Compost (--------*--------) Témoin (--------*--------) --------+---------+---------+---------+- 2.70 2.80 2.90 3.00 Ecart type regroupé = 0.2381 Informations de groupement avec la méthode de Tukey Variante N Moyenne Groupement Biochar + compost 30 2.8847 A Témoin 29 2.7826 A B Compost 29 2.7092 B Les moyennes ne partageant aucune lettre sont sensiblement différentes. Intervalles de confiance simultanés de Tukey = 95 % Toutes les comparaisons deux à deux sur les niveaux de Variante Niveau de confiance individuel = 98.06 % Variante = Biochar + compost soustrait de : Variante Inférieur Centré Supérieur Compost -0.3233 -0.1755 -0.0278 Témoin -0.2499 -0.1021 0.0456


BLANC Alicia 108

Variante --+---------+---------+---------+------- Compost (---------*---------) Témoin (---------*---------) --+---------+---------+---------+------- -0.30 -0.15 0.00 0.15 Variante = Compost soustrait de : Variante Inférieur Centré Supérieur Témoin -0.0756 0.0734 0.2224 Variante --+---------+---------+---------+------- Témoin (---------*---------) --+---------+---------+---------+------- -0.30 -0.15 0.00 0.15

CEC

Test de Normalité

2120191817

99.9

99

9590

80706050403020

10

5

1

0.1

CEC (cmolc.kg-1)

Pour

cent

age

Moyenne 18.58EcTyp 0.6420N 90RJ 0.994Valeur de P >0.100

Diag. probab. de CEC (cmolc.kg-1)Normale

Selon la droite de Henry et le test de Normalité Ryan-Joiner, les données suivent une courbe de normalité.

ANOVA à un facteur contrôlé : CEC (cmolc.kg-1) en fonction de Variante

Somme des Source DL carrés CM F P Variante 2 12.099 6.049 21.06 0.000 Erreur 85 24.411 0.287 Total 87 36.510 S = 0.5359 R carré = 33.14 % R carré (ajust) = 31.57 % Niveau N Moyenne EcTyp Biochar + compost 30 19.045 0.585 Compost 29 18.141 0.511 Témoin 29 18.549 0.506 Limites de confiance = 95 % distinctes pour la moyenne en fonction de l'écart type regroupé Niveau -------+---------+---------+---------+-- Biochar + compost (----*-----) Compost (----*-----) Témoin (-----*-----) -------+---------+---------+---------+-- 18.20 18.55 18.90 19.25 Ecart type regroupé = 0.536 Informations de groupement avec la méthode de Tukey Variante N Moyenne Groupement


BLANC Alicia 109

Biochar + compost 30 19.0448 A Témoin 29 18.5488 B Compost 29 18.1410 C Les moyennes ne partageant aucune lettre sont sensiblement différentes. Intervalles de confiance simultanés de Tukey = 95 % Toutes les comparaisons deux à deux sur les niveaux de Variante Niveau de confiance individuel = 98.06 % Variante = Biochar + compost soustrait de : Variante Inférieur Centré Supérieur Compost -1.2364 -0.9039 -0.5713 Témoin -0.8285 -0.4960 -0.1634 Variante -----+---------+---------+---------+---- Compost (------*------) Témoin (------*------) -----+---------+---------+---------+---- -1.00 -0.50 0.00 0.50 Variante = Compost soustrait de : Variante Inférieur Centré Supérieur Témoin 0.0725 0.4079 0.7432 Variante -----+---------+---------+---------+---- Témoin (------*------) -----+---------+---------+---------+---- -1.00 -0.50 0.00 0.50

Teneur en eau à -10 mbar

Test normalité

0.380.360.340.320.300.280.260.240.22

99.9

99

9590

80706050403020

10

5

1

0.1

W-10mbar

Pour

cent

age


Diag. probab. de W-10mbarNormale

ANOVA à un facteur contrôlé : W-10mbar en fonction de Variante

Somme des Source DL carrés CM F P Variante 2 0.004534 0.002267 4.76 0.011 Erreur 83 0.039561 0.000477 Total 85 0.044095 S = 0.02183 R carré = 10.28 % R carré (ajust) = 8.12 % Niveau N Moyenne EcTyp Biochar + compost 29 0.29737 0.02540 Compost 28 0.28131 0.01959 Témoin 29 0.29616 0.01994


BLANC Alicia 110

Limites de confiance = 95 % distinctes pour la moyenne en fonction de l'écart type regroupé Niveau -------+---------+---------+---------+-- Biochar + compost (-------*-------) Compost (-------*--------) Témoin (-------*-------) -------+---------+---------+---------+-- 0.280 0.290 0.300 0.310 Ecart type regroupé = 0.02183 Informations de groupement avec la méthode de Tukey Variante N Moyenne Groupement Biochar + compost 29 0.29737 A Témoin 29 0.29616 A Compost 28 0.28131 B Les moyennes ne partageant aucune lettre sont sensiblement différentes. Intervalles de confiance simultanés de Tukey = 95 % Toutes les comparaisons deux à deux sur les niveaux de Variante Niveau de confiance individuel = 98.09 % Variante = Biochar + compost soustrait de : Variante Inférieur Centré Supérieur Compost -0.02989 -0.01606 -0.00224 Témoin -0.01491 -0.00121 0.01249 Variante +---------+---------+---------+--------- Compost (--------*---------) Témoin (--------*--------) +---------+---------+---------+--------- -0.030 -0.015 0.000 0.015 Variante = Compost soustrait de : Variante Inférieur Centré Supérieur Témoin 0.00103 0.01485 0.02868 Variante +---------+---------+---------+--------- Témoin (--------*--------) +---------+---------+---------+--------- -0.030 -0.015 0.000 0.015

Densité apparente à -10 mbar

Test normalité

1.601.551.501.451.401.351.30

99.9

99

9590

80706050403020

10

5

1

0.1

Da-10mbar

Pour

cent

age


Diag. probab. de Da-10mbarNormale


BLANC Alicia 111

ANOVA à un facteur contrôlé : Da-10mbar en fonction de Variante

Somme des Source DL carrés CM F P Variante 2 0.01644 0.00822 3.34 0.040 Erreur 83 0.20398 0.00246 Total 85 0.22042 S = 0.04957 R carré = 7.46 % R carré (ajust) = 5.23 % Niveau N Moyenne EcTyp Biochar + compost 29 1.4425 0.0562 Compost 28 1.4631 0.0483 Témoin 29 1.4294 0.0433 Limites de confiance = 95 % distinctes pour la moyenne en fonction de l'écart type regroupé Niveau ----+---------+---------+---------+----- Biochar + compost (--------*--------) Compost (---------*--------) Témoin (--------*--------) ----+---------+---------+---------+----- 1.420 1.440 1.460 1.480 Ecart type regroupé = 0.0496 Informations de groupement avec la méthode de Tukey Variante N Moyenne Groupement Compost 28 1.46314 A Biochar + compost 29 1.44254 A B Témoin 29 1.42940 B Les moyennes ne partageant aucune lettre sont sensiblement différentes. Intervalles de confiance simultanés de Tukey = 95 % Toutes les comparaisons deux à deux sur les niveaux de Variante Niveau de confiance individuel = 98.09 % Variante = Biochar + compost soustrait de : Variante Inférieur Centré Supérieur Compost -0.01079 0.02060 0.05199 Témoin -0.04425 -0.01313 0.01798 Variante ---------+---------+---------+---------+ Compost (--------*--------) Témoin (--------*--------) ---------+---------+---------+---------+ -0.035 0.000 0.035 0.070 Variante = Compost soustrait de : Variante Inférieur Centré Supérieur Témoin -0.06513 -0.03374 -0.00234 Variante ---------+---------+---------+---------+ Témoin (--------*--------) ---------+---------+---------+---------+ -0.035 0.000 0.035 0.070


BLANC Alicia 112

Capacité de gonflement totale

Normalité

20.017.515.012.510.07.55.0

99.9

99

9590

80706050403020

10

5

1

0.1

SC Tot

Pour

cent

age


Diag. probab. de SC TotNormale

ANOVA à un facteur contrôlé : SC Tot en fonction de Variante

Somme des Source DL carrés CM F P Variante 2 39.39 19.70 3.41 0.038 Erreur 83 479.38 5.78 Total 85 518.77 S = 2.403 R carré = 7.59 % R carré (ajust) = 5.37 % Niveau N Moyenne EcTyp Biochar + compost 29 12.138 2.278 Compost 28 11.400 2.166 Témoin 29 13.058 2.722 Limites de confiance = 95 % distinctes pour la moyenne en fonction de l'écart type regroupé Niveau -----+---------+---------+---------+---- Biochar + compost (-------*--------) Compost (--------*--------) Témoin (--------*-------) -----+---------+---------+---------+---- 11.0 12.0 13.0 14.0 Ecart type regroupé = 2.403 Informations de groupement avec la méthode de Tukey Variante N Moyenne Groupement Témoin 29 13.058 A Biochar + compost 29 12.138 A B Compost 28 11.400 B Les moyennes ne partageant aucune lettre sont sensiblement différentes. Intervalles de confiance simultanés de Tukey = 95 % Toutes les comparaisons deux à deux sur les niveaux de Variante Niveau de confiance individuel = 98.09 % Variante = Biochar + compost soustrait de : Variante Inférieur Centré Supérieur Compost -2.260 -0.738 0.784 Témoin -0.588 0.920 2.429


BLANC Alicia 113

Variante +---------+---------+---------+--------- Compost (--------*---------) Témoin (---------*--------) +---------+---------+---------+--------- -3.2 -1.6 0.0 1.6 Variante = Compost soustrait de : Variante Inférieur Centré Supérieur Témoin 0.137 1.658 3.180 Variante +---------+---------+---------+--------- Témoin (--------*---------) +---------+---------+---------+--------- -3.2 -1.6 0.0 1.6


Normalité

0.0500.0250.000-0.025-0.050

99.9

99

9590

80706050403020

10

5

1

0.1

Valeur résiduelle

Pour

cent

age

Droite de Henry(réponse : W-100 mbar)

ANOVA à un facteur contrôlé : W-100 mbar en fonction de Variante

Somme des Source DL carrés CM F P Variante 2 0.003269 0.001634 4.77 0.011 Erreur 75 0.025681 0.000342 Total 77 0.028950 S = 0.01850 R carré = 11.29 % R carré (ajust) = 8.92 % Niveau N Moyenne EcTyp Biochar + compost 29 0.28312 0.02209 Compost 21 0.26716 0.01353 Témoin 28 0.27944 0.01759 Limites de confiance = 95 % distinctes pour la moyenne en fonction de l'écart type regroupé Niveau ------+---------+---------+---------+--- Biochar + compost (--------*-------) Compost (---------*---------) Témoin (-------*--------) ------+---------+---------+---------+--- 0.2640 0.2720 0.2800 0.2880 Ecart type regroupé = 0.01850 Informations de groupement avec la méthode de Tukey


BLANC Alicia 114

Variante N Moyenne Groupement Biochar + compost 29 0.28312 A Témoin 28 0.27944 A B Compost 21 0.26716 B Les moyennes ne partageant aucune lettre sont sensiblement différentes. Intervalles de confiance simultanés de Tukey = 95 % Toutes les comparaisons deux à deux sur les niveaux de Variante Niveau de confiance individuel = 98.06 % Variante = Biochar + compost soustrait de : Variante Inférieur Centré Supérieur Compost -0.02864 -0.01597 -0.00329 Témoin -0.01541 -0.00369 0.00803 Variante ---------+---------+---------+---------+ Compost (-------*--------) Témoin (-------*------) ---------+---------+---------+---------+ -0.015 0.000 0.015 0.030 Variante = Compost soustrait de : Variante Inférieur Centré Supérieur Témoin -0.00049 0.01228 0.02505 Variante ---------+---------+---------+---------+ Témoin (-------*--------) ---------+---------+---------+---------+ -0.015 0.000 0.015 0.030


Normalité

0.0500.0250.000-0.025-0.050

99.9

99

9590

80706050403020

10

5

1

0.1

Valeur résiduelle

Pour

cent

age

Droite de Henry(réponse : W-500 mbar)

ANOVA à un facteur contrôlé : W-500 mbar en fonction de Variante

Somme des Source DL carrés CM F P Variante 2 0.001403 0.000702 2.70 0.075 Erreur 66 0.017139 0.000260 Total 68 0.018542 S = 0.01611 R carré = 7.57 % R carré (ajust) = 4.77 % Niveau N Moyenne EcTyp Biochar + compost 23 0.25058 0.01816 Compost 19 0.24009 0.01242 Témoin 27 0.24979 0.01653


BLANC Alicia 115

Volume poral 3-15 µm

Normalité

0.020.010.00-0.01-0.02

99.9

99

9590

80706050403020

10

5

1

0.1

Valeur résiduelle

Pour

cent

age

Droite de Henry(réponse : V 3-15 µm)

ANOVA à un facteur contrôlé : V 3-15 µm en fonction de Variante

Somme des Source DL carrés CM F P Variante 2 0.0002841 0.0001420 4.28 0.018 Erreur 66 0.0021921 0.0000332 Total 68 0.0024762 S = 0.005763 R carré = 11.47 % R carré (ajust) = 8.79 % Niveau N Moyenne EcTyp Biochar + compost 23 0.032837 0.006692 Compost 19 0.028117 0.004603 Témoin 27 0.028919 0.005634 Limites de confiance = 95 % distinctes pour la moyenne en fonction de l'écart type regroupé Niveau --------+---------+---------+---------+- Biochar + compost (--------*---------) Compost (---------*----------) Témoin (--------*--------) --------+---------+---------+---------+- 0.0275 0.0300 0.0325 0.0350 Ecart type regroupé = 0.005763 Informations de groupement avec la méthode de Tukey Variante N Moyenne Groupement Biochar + compost 23 0.032837 A Témoin 27 0.028919 A B Compost 19 0.028117 B Les moyennes ne partageant aucune lettre sont sensiblement différentes. Intervalles de confiance simultanés de Tukey = 95 % Toutes les comparaisons deux à deux sur les niveaux de Variante Niveau de confiance individuel = 98.06 % Variante = Biochar + compost soustrait de : Variante Inférieur Centré Supérieur Compost -0.009003 -0.004720 -0.000437 Témoin -0.007839 -0.003919 0.000001 Variante ------+---------+---------+---------+--- Compost (------------*-----------) Témoin (----------*----------) ------+---------+---------+---------+---


BLANC Alicia 116

-0.0070 -0.0035 -0.0000 0.0035 Variante = Compost soustrait de : Variante Inférieur Centré Supérieur Témoin -0.003335 0.000801 0.004938 Variante ------+---------+---------+---------+--- Témoin (-----------*-----------) ------+---------+---------+---------+--- -0.0070 -0.0035 -0.0000 0.0035


BLANC Alicia 117

Annexe 7

Comparaisons aux scénarios proposés

CEC

Analyse de régression générale : CEC (cmolc.kg-1) en fonction de Corg %_1; C; T

Equation de régression CEC (cmolc.kg-1)_1 = 15.6679 + 2.01934 Corg %_1 - 1.44806 C + 3.44983 T + 0.477816 Corg %_1*C - 2.36443 Corg %_1*T Coefficients Terme Coeff Coef ErT T P Constante 15.6679 0.78401 19.9844 0.000 Corg %_1 2.0193 0.46599 4.3334 0.000 C -1.4481 1.61888 -0.8945 0.374 T 3.4498 1.53908 2.2415 0.028 Corg %_1*C 0.4778 1.01275 0.4718 0.638 Corg %_1*T -2.3644 0.94149 -2.5114 0.014

Densité apparente à sec

Analyse de régression générale : DaSec en fonction de Corg %; T; C

Equation de régression DaSec = 1.96579 - 0.196487 Corg % - 0.232863 T - 0.0768485 C + 0.134892 Corg %*T + 0.0416963 Corg %*C 86 cas utilisés, 2 cas contiennent des valeurs manquantes Coefficients Terme Coeff Coef ErT T P Constante 1.96579 0.074032 26.5533 0.000 Corg % -0.19649 0.043687 -4.4976 0.000 T -0.23286 0.136678 -1.7037 0.092 C -0.07685 0.143189 -0.5367 0.593 Corg %*T 0.13489 0.083426 1.6169 0.110 Corg %*C 0.04170 0.089295 0.4669 0.642 Récapitulatif du modèle S = 0.0405886 R carré = 24.90 % R carré (ajust) = 20.20 % SomCar-ErrPrév = 0.157429 R carré (prév) = 10.29 %

Densité apparente au point AE

Analyse de régression générale : DaAE en fonction de Corg %; T; C

Equation de régression DaAE = 1.80278 - 0.153725 Corg % - 0.181268 T - 0.0649033 C + 0.0999103 Corg %*T + 0.0339605 Corg %*C 86 cas utilisés, 2 cas contiennent des valeurs manquantes Coefficients Terme Coeff Coef ErT T P Constante 1.80278 0.076151 23.6736 0.000 Corg % -0.15373 0.044938 -3.4208 0.001


BLANC Alicia 118

T -0.18127 0.140591 -1.2893 0.201 C -0.06490 0.147289 -0.4407 0.661 Corg %*T 0.09991 0.085814 1.1643 0.248 Corg %*C 0.03396 0.091852 0.3697 0.713 Récapitulatif du modèle S = 0.0417506 R carré = 16.98 % R carré (ajust) = 11.79 % SomCar-ErrPrév = 0.163687 R carré (prév) = 2.54 %

Volume poral structural à -10 mbar

Analyse de régression générale : Vstr-10mbar en fonction de Corg %; T; C

Equation de régression Vstr-10mbar = -0.0416355 + 0.0520521 Corg % + 0.0067368 T - 0.0332803 C - 0.00109192 Corg %*T + 0.0242795 Corg %*C 86 cas utilisés, 2 cas contiennent des valeurs manquantes Coefficients Terme Coeff Coef ErT T P Constante -0.0416355 0.0372126 -1.11885 0.267 Corg % 0.0520521 0.0219597 2.37034 0.020 T 0.0067368 0.0687021 0.09806 0.922 C -0.0332803 0.0719750 -0.46239 0.645 Corg %*T -0.0010919 0.0419344 -0.02604 0.979 Corg %*C 0.0242795 0.0448849 0.54093 0.590 Récapitulatif du modèle S = 0.0204021 R carré = 12.70 % R carré (ajust) = 7.25 % SomCar-ErrPrév = 0.0390403 R carré (prév) = -2.35 %

Teneur en air à -10 mbar

Analyse de régression générale : Air-10mbar en fonction de Corg %; T; C

Equation de régression Air-10mbar = 0.00156579 + 0.0106611 Corg % - 0.0256973 T - 0.0920336 C + 0.0208404 Corg %*T + 0.0631961 Corg %*C 86 cas utilisés, 2 cas contiennent des valeurs manquantes Coefficients Terme Coeff Coef ErT T P Constante 0.0015658 0.0265459 0.05898 0.953 Corg % 0.0106611 0.0156652 0.68056 0.498 T -0.0256973 0.0490093 -0.52434 0.601 C -0.0920336 0.0513440 -1.79249 0.077 Corg %*T 0.0208404 0.0299143 0.69667 0.488 Corg %*C 0.0631961 0.0320190 1.97370 0.052 Récapitulatif du modèle S = 0.0145540 R carré = 13.99 % R carré (ajust) = 8.61 % SomCar-ErrPrév = 0.0202603 R carré (prév) = -2.84 %

p-valeur < 0.05 pour T seule corrélation Faibles R2 . Pas de différence significative entre les droites et OO.


BLANC Alicia 119

Annexe 8

Evaluation du potentiel structural du sol de Cocagne

Carbone organique

Résultats pour : parcelle d’étude

Analyse de régression : Corg % en fonction de Argiles (A %)

L'équation de régression est Corg % = 2.44 - 0.0255 Argiles (A %) Prédicteur Coeff Coef ErT T P Constante 2.4378 0.2404 10.14 0.000 Argiles (A %) -0.025518 0.007481 -3.41 0.001 S = 0.134778 R carré = 11.9 % R carré (ajust) = 10.9 %

Résultats pour : haie seule

Analyse de régression : Corg % en fonction de Argiles (A %)

L'équation de régression est Corg % = - 5.86 + 0.286 Argiles (A %) Prédicteur Coeff Coef ErT T P Constante -5.864 8.892 -0.66 0.557 Argiles (A %) 0.2862 0.2611 1.10 0.353

Analyse de régression générale : CEC (cmolc.k en fonction de Corg %; parcelle

Equation de régression CEC (cmolc.kg-1) = 14.9519 + 2.24181 Corg % - 3.5654 parcelle + 1.95161 Corg %*parcelle Coefficients Terme Coeff Coef ErT T P Constante 14.9519 0.80182 18.6473 0.000 Corg % 2.2418 0.49309 4.5465 0.000 parcelle -3.5654 1.53199 -2.3273 0.022 Corg %*parcelle 1.9516 0.59259 3.2934 0.001 Récapitulatif du modèle S = 0.657511 R carré = 92.21 % R carré (ajust) = 91.95 % SomCar-ErrPrév = 58.2187 R carré (prév) = 88.47 %

Analyse de régression générale : DaSec en fonction de Corg %; parcelle Equation de régression DaSec = 1.88143 - 0.149981 Corg % - 0.310917 parcelle + 0.00638458 Corg %*parcelle 90 cas utilisés, 5 cas contiennent des valeurs manquantes Coefficients Terme Coeff Coef ErT T P Constante 1.88143 0.051321 36.6598 0.000 Corg % -0.14998 0.031491 -4.7627 0.000


BLANC Alicia 120

parcelle -0.31092 0.124405 -2.4992 0.014 Corg %*parcelle 0.00638 0.044627 0.1431 0.887 Récapitulatif du modèle S = 0.0405065 R carré = 90.40 % R carré (ajust) = 90.07 % SomCar-ErrPrév = 0.162107 R carré (prév) = 88.97 %

Analyse de régression générale : VstrAE en fonction de Corg %; parcelle Equation de régression VstrAE = -0.0235258 + 0.0474516 Corg % - 0.0253557 parcelle + 0.0889625 Corg %*parcelle 90 cas utilisés, 5 cas contiennent des valeurs manquantes Coefficients Terme Coeff Coef ErT T P Constante -0.0235258 0.0206449 -1.13955 0.258 Corg % 0.0474516 0.0126678 3.74585 0.000 parcelle -0.0253557 0.0500439 -0.50667 0.614 Corg %*parcelle 0.0889625 0.0179522 4.95553 0.000 Récapitulatif du modèle S = 0.0162945 R carré = 96.23 % R carré (ajust) = 96.09 % SomCar-ErrPrév = 0.0286254 R carré (prév) = 95.27 %

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Propriétés physico-chimiques d’un sol amendé en biocharhepia.hesge.ch/fileadmin/instituts/inTNE/2014/cogebio/Propriétés... · Propriétés physico-chimiques d’un sol amendé