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Projets financés

INCA

Spectroscopie proche infrarouge in-situ pour la comptabilité carbone : Développement d’un spectromètre portable à bas coût et d’outils chimiométriques pour déterminer le stock de carbone du sol directement au champ
Responsable Scientifique: 

Véronique Bellon-Maurel

Organisme: 
UMR ITAP Cemagref-Montpellier Supagro
Partenaires: 

UMR 210 Eco&Sols - INRA/IRD/Montpellier SupAgro; US Infosol - INRA; Australian Centre of Precision Agriculture

Résumé: 

 

Dans l’objectif de limiter le changement climatique dû à l’accroissement de la teneur de l’atmosphère en gaz à effet de serre, le protocole de Kyoto prévoit de mettre en place une bourse du carbone, permettant de rémunérer les organismes qui stockeraient le carbone. Une des principales voies de stockage est la séquestration dans le sol.

 

Le frein principal demeure alors le coût de comptabilisation des stocks de carbone : coût des campagnes d’échantillonnage et coût analytique, permettant de vérifier le stockage de carbone additionnel. Ceci suppose que l’on sache mesurer le carbone séquestré de façon précise et peu coûteuse. L’objectif du projet INCA, est de développer un dispositif optique spécifiquement adapté à la quantification des stocks de carbones dans les sols, utilisant la spectrométrie proche infrarouge et, à terme, directement applicable au champ.

Bien qu’employée depuis des décennies en analyse de routine en agro-alimentaire, la spectrométrie proche infrarouge (SPIR) relève toujours de la recherche dans le domaine des sols. Si la quantification de différents constituants ou certaines fonctions (teneur pondérale en carbone organique et inorganique, en azote, capacité d’échange cationique, granulométrie…) a fait l’objet de nombreuses publications, plusieurs verrous méthodologiques et technologiques doivent être levés pour en faire une méthode d’analyse de routine pour la comptabilité des crédits C. D’une part, la spectrométrie doit être mise en œuvre au champ, pour éviter les coûts générés par l’extraction/ préparation d’échantillons et permettre de répéter les mesures. D’autre part, le point critique de la SPIR – en particulier pour les sols - est l’étalonnage. Cela génère plusieurs questions de recherche : (i) quelle architecture optique permet d’optimiser la qualité des spectres mesurés in-situ ? (ii) quelle est la sensibilité de la mesure aux différentes grandeurs d’influence en extérieur (humidité, présence d’éléments grossiers, température etc.) ? Comment rendre la mesure robuste ? (iii) comment évaluer la qualité de la mesure ?

 

C’est avec l’objectif d’apporter des réponses à ces questions que s’est constitué le consortium scientifique pluridisciplinaire du projet INCA regroupant spécialistes d’instrumentation de SPIR et pédologues spécialistes du carbone.

 

Les travaux de recherche ont porté à la fois sur les deux leviers possibles pour améliorer la qualité de la mesure du carbone des sols :

  1. L’amélioration de la qualité de la mesure spectrale : un système optique appelé PoLiS et adapté à la mesure de sols a été développé, reposant sur le principe de polarisation de la lumière et permettant de s’affranchir en partie des effets de diffusion de la lumière par les particules du sol. En conséquence, les spectres mesurés sont moins dépendant de la taille de particules (i.e. du type de préparation des échantillons), ce qui est un pré-requis à toute mesure in-situ.
  2. L’étalonnage : le potentiel des différentes des méthodes d’étalonnages a été analysé et comparé. Les différents traitements ont été faits à partir de la base de données spectrale comprenant plus de 2000 échantillons représentatifs du territoire métropolitain, associées à la teneur en carbone. Il en résulte que les méthodes locales sont les plus pertinentes lorsque l’on dispose de bases de données conséquentes, ce qui est le cas au niveau national.

En termes de résultats, INCA livre une nouvelle méthode de mesure de l’absorbance chimique de milieux diffusants, qui peut s’appliquer aussi bien aux sols que sur d’autres milieux. Cette méthode n’est, pour l’instant, qu’encore une méthode de laboratoire mais la faisabilité technologique de réaliser un capteur piéton ou embarqué est avérée.

 

Associée à cette méthode de mesure, INCA a produit un indicateur de qualité des spectres, lui aussi générique.

Enfin, INCA a défini les stratégies les plus pertinentes en terme d’étalonnages, tout en insistant sur l’importance d’acquérir, en amont un signal de haute qualité.

 

Lien vers le site de l'UMR

Durée du projet: 
3 ans
Etat d'avancement: 
Terminé
Subvention: 
202 000 €
Les articles scientifiques et thèses :
 
  • Gobrecht A., Bendoula R., Roger J.M., Bellon-Maurel V. 2015. Combining linear polarization spectroscopy and the Representative Layer Theory to measure the Beer–Lambert law absorbance of highly scattering materials.. Analytica chimica acta, 853, 486-494.
  • Gobrecht A., Bendoula R., Roger J.M., Bellon-Maurel V. 2015. Improvement of soil carbon content prediction by reducing multiscattering using polarized light spectroscopy. Soil & Tillage Research.
  • Bendoula R., Gobrecht A., Moulin B., Roger J.M., Bellon-Maurel V. 2015. Improvement of the chemical content prediction of a model powder system by reducing multiple scattering using polarized light spectroscopy. Applied Spectroscopy, Volume 69, Issue 1, Pages 10A-24A and 1-165 (January), pp. 95-102(8).
  • Gobrecht A., Roger J.M., Bellon-Maurel V. 2014. Major issues of diffuse reflectance NIR Spectroscopy in the specific context of soil carbon content estimation: a review. Chapter 4 In: Donald L. Sparks, Editor(s), Advances in Agronomy, Academic Press, volume 123, 145-175 pp..
  • Cambou A., Cardinael R., Kouakoua E., Villeneuve M., Durand C., Barthès B. 2016. Prediction of soil organic carbon stock using visible and near infrared reflectance spectroscopy (VNIRS) in the field. Geoderma 261 (2016) 151–159.
  • Minasny B., McBratney A.B., Bellon-Maurel V., Roger J.M., Gobrecht A., Ferrand L., Joalland S. 2011. Removing the effect of soil moisture from NIR diffuse reflectance spectra for the prediction of soil organic carbon . Geoderma 167-168, 118-124pp. .
  • Gobrecht A. 2014. Une nouvelle approche optique pour améliorer la caractérisation des sols par spectrométrie visible et proche infrarouge.. Thèse Irstea, UMR ITAP.
Fichier(s) attaché(s)Mise à jourTaille
INCA_Synthese_FINAL.pdf02/04/2015794.58 Ko
INCA_Rapport_FINALcompressed.pdf07/05/20153.24 Mo
INCA-GOBRECHT-Fiche Projet.pdf28/01/2016361.84 Ko