Étude des effets du climat, des propriétés des sols et de leur gestion sur la stabilisation des matières organiques dans les sols

Unité d’accueil : UMR FARE, campus de l’université de Reims Champagne-Ardennes
Sites des centres d’accueil : https://fare.nancy.hub.inrae.fr/

Contexte et enjeux du stage

Le potentiel d’accumulation de matières organiques dans les sols joue un rôle majeur dans la régulation du cycle du carbone à l’échelle planétaire. Les résidus organiques provenant des racines, des résidus de cultures, ou d’amendements y sont décomposés principalement par des microorganismes qui les convertissent en matières organiques stockées dans les sols sous diverses formes, et en CO₂ relâché vers l’atmosphère. Les matières organiques des sols (MOS) constituent un réservoir concentrant plus de carbone que la biomasse terrestre et l’atmosphère réunis. Outre ce potentiel d’atténuation du réchauffement climatique par stockage de carbone, les matières organiques confèrent aux sols de nombreux services écosystémiques essentiels (production de la biomasse, régulation du cycle de l’eau, soutien de la biodiversité, …) et une meilleure résilience.

Dans le cadre du projet de recherche CANETE qui rassemble 15 laboratoires en France, les sols de 9 sites expérimentaux de longue durée permettent d’étudier les facteurs qui régissent la stabilité des matières organiques dans les sols, à savoir leur résistance à la décomposition. Les rôles des propriétés pédologiques, des pratiques de gestion de la production végétale et du climat ont déjà été mis en évidence. Les minéraux du sol peuvent réduire l’accessibilité des MOS pour les décomposeurs en formant des liaisons chimiques [1] ou des barrières physiques (i.e. agrégats) [2]. L’usage des sols et la fertilisation azotée sont des pratiques de gestion qui impactent le cycle du carbone, directement en régulant les quantités de matières apportées au sol [3], et indirectement, car l’azote est une ressource essentielle à l’activité des microorganismes [4]. Enfin, le climat [5] influence les propriétés du sol à long terme, la végétation à moyen terme, mais également la température et l’humidité à court terme, et donc les conditions d’activité des microorganismes du sol. Les diversités pédologiques, de gestion (forêts, prairies et grandes cultures avec différentes modalités de fertilisation azotée) et climatique des sites du projet CANETE permettent de préciser les effets relatifs de ces différents facteurs de contrôle de la stabilisation des matières organiques dans les sols.

Une des méthodes employées pour estimer la contribution des différents processus (protections chimique, physique, physico-chimique) à la stabilisation des matières organiques dans les sols est leur fractionnement granulo-densimétrique [6]. Les particules du sol sont séparées selon des critères de taille et de densité. Les matières organiques sont ainsi isolées en groupes homogènes et fonctionnellement distincts, appelés fractions. Chaque fraction présente des processus de stabilisation et une stabilité moyenne spécifiques. La représentativité et la comparabilité des résultats produits par l’application de cette méthode à la diversité des sols du projet CANETE doivent permettre de clarifier le rôle des différents facteurs sur la stabilisation des MOS dans des contextes divers.

Problématique et objectifs du projet

L’objectif principal de ce stage est d’étudier l’impact des facteurs pédoclimatiques et de gestion des sols sur les processus de stabilisation des MOS, pour une diversité d’écosystèmes (grandes cultures, forêts, prairies). Pour cela, un protocole de fractionnement uniforme sera développé et appliqué à une large gamme de types de sols, issus des 9 sites expérimentaux répartis en France métropolitaine.

A l’aide de l’analyse des données climatiques, de propriété et d’usage des sols et des résultats de leur fractionnement, ce stage propose de répondre aux questions suivantes : (Q1) Quelles variables pédologiques et de gestion impactent la stabilité des matières organiques dans les sols ? (Q2) Ces effets sont-ils modulés par des variables climatiques ? Les objectifs opérationnels du stage seront les suivants :

O1 : recherche bibliographique et rédaction d’une synthèse sur les facteurs pédoclimatiques et de gestion contrôlant la stabilisation des MOS.

O2 : isolement de matières organiques fonctionnellement distinctes par application d’un protocole de fractionnement aux sols du projet.

O3 : synthétiser des indicateurs descriptifs des effets du climat pouvant influencer la stabilisation des MO dans les sols des différents sites.

O4 : traitement des données et analyses statistiques permettant de répondre aux questions de recherche.

O5 : présentation régulière de l’avancement du travail de stage à l’équipe du projet CANETE et au laboratoire et rédaction du rapport de stage

Ce travail s’inscrit dans le cadre du travail d’un doctorant, Pierre Verjans, et pourrait légèrement évoluer selon l’avancée de son travail et la date du début du stage. Le travail de fractionnement sera réalisé en équipe. Le stage, encadré par Pierre Verjans et Guillaume Humbert (chercheur à l’UMR FARE), se fera en collaboration avec l’équipe d’encadrement du doctorant : Gwenaëlle Lashermes (Chercheure à l’UMR FARE), également coordinatrice du projet CANETE, et Julien Fouché (enseignant-chercheur à l’UMR LISAH de Montpellier).

Références

[1] : Jilling, A., Grandy, A.S., Daly, A.B., Hestrin, R., Possinger, A., Abramoff, R., Annis, M., Cates, A.M., Dynarski, K., Georgiou, K., Heckman, K., Keiluweit, M., Lang, A.K., Phillips, R.P., Rocci, K., Shabtai, I.A., Sokol, N.W., Whalen, E.D., 2025. Evidence for the existence and ecological relevance of fast-cycling mineral-associated organic matter. Commun Earth Environ 6, 690. https://doi.org/10.1038/s43247-025-02681-8

[2] : Wasner, D., Abramoff, R., Griepentrog, M., Venegas, E.Z., Boeckx, P., Doetterl, S., 2024. The Role of Climate, Mineralogy and Stable Aggregates for Soil Organic Carbon Dynamics Along a Geoclimatic Gradient. Global Biogeochemical Cycles 38, e2023GB007934. https://doi.org/10.1029/2023GB007934

[3] : Smith, P. (2008). Land use change and soil organic carbon dynamics. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 81(2), 169–178. https://doi.org/10.1007/s10705-007-9138-y

[4] : Cotrufo, M.F., Lavallee, J., 2022. Soil organic matter formation, persistence, and functioning: A synthesis of current understanding to inform its conservation and regeneration, in: Advances in Agronomy. Elsevier, pp. 1–66. https://doi.org/10.1016/bs.agron.2021.11.002

[5] : Schroeder, J., König, A., Poeplau, C., Bölscher, T., Meurer, K.H.E., Toleikienė, M., Hanegraaf, M., Meisner, A., Hakl, J., Keiblinger, K.M., Chabbi, A., Suhadolc, M., Govednik, A., Inselsbacher, E., Knicker, H., Gismero Rodríguez, L., Herrmann, A.M., 2025. The Effect of Crop Diversification and Season on Microbial Carbon Use Efficiency Across a European Pedoclimatic Gradient. European J Soil Science 76, e70078. https://doi.org/10.1111/ejss.70078

[6] : Poeplau, C., Don, A., Six, J., Kaiser, M., Benbi, D., Chenu, C., Cotrufo, M.F., Derrien, D., Gioacchini, P., Grand, S., Gregorich, E., Griepentrog, M., Gunina, A., Haddix, M., Kuzyakov, Y., Kühnel, A., Macdonald, L.M., Soong, J., Trigalet, S., Vermeire, M.-L., Rovira, P., Van Wesemael, B., Wiesmeier, M., Yeasmin, S., Yevdokimov, I., Nieder, R., 2018. Isolating organic carbon fractions with varying turnover rates in temperate agricultural soils – A comprehensive method comparison. Soil Biology and Biochemistry 125, 10–26. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2018.06.025

Profil attendu

• Etudiante en master 2e année ou élève ingénieur·e en géologie, agronomie, science du sol, sciences de l’environnement, géographie physique, biogéochimie de l’environnement
• Présenter un intérêt pour le fonctionnement des sols et les fonctions (i.e., services) qu’ils remplissent
• Présenter un intérêt pour le travail au laboratoire et pour la démarche scientifique

Compétences attendues

• Connaissance en sciences du sol et cycle du carbone des sols
• Capacité de synthèse
• Rigueur dans le suivi d’un protocole de laboratoire
• Rigueur dans l’analyse et la restitution des données
• Savoir se questionner
• Savoir travailler en équipe (partage d’idées, présentation des résultats, discussion des problèmes, recherche de solutions)
• Bonne maîtrise lue de l’anglais