Projet INCA – IN-Field spectroscopy for Carbon Accounting

Projet terminé 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 […]

Projet terminé

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.

La séquestration du carbone dans les sols est un des moyens identifiés pour réduire les gaz à effet de serre de l’atmosphère. Notre objectif est de développer un équipement et une méthode de mesure de la concentration volumique de C dans les sols, utilisant la spectrométrie proche infrarouge et directement applicable au champ.

 

  • Projet  du Programme GESSOL MEEDEM – ADEME  (http://www.gessol.fr/)
  • Date de démarrage : 1er janvier 2011 — (3 ans)
  • Contact : Alexia Gobrecht – Coordination du projet :  Véronique Bellon-Maurel
  • Partenaires: UMR 210 Eco&Sols – INRA/IRD/Montpellier SupAgro; US Infosol – INRA; Australian Centre of Precision Agriculture – University of Sidney.


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, ce qui ajoute un autre avantage environnemental, à savoir l’amélioration de la qualité, notamment biologique, des sols. Pour rémunérer ce service, deux types de contrats peuvent être mis en place (sur pratiques ou sur crédits effectifs), les plus efficaces étant ceux fondés sur les crédits effectivement générés. Ceci suppose que l’on sache mesurer le carbone séquestré de façon précise et peu coûteuse. La fonction que nous étudierons est donc celle de la séquestration de carbone dans le sol, dans le contexte de la comptabilité de crédits carbone proposé par le protocole de Kyoto. Notre objectif est de développer un équipement et une méthode de mesure de la concentration volumique de C dans les sols, utilisant la spectrométrie proche infrarouge et 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. Cela génère plusieurs questions de recherche : (i) comment prédire la concentration volumique (et non pas massique) du carbone ? (ii) comment modéliser les interactions sol / rayonnement infrarouge pour optimiser l’interface optique et améliorer la robustesse de la mesure ? (iii) quelle est la sensibilité de la mesure aux différentes grandeurs d’influence en extérieur (humidité du sol, présence d’éléments grossiers, température…) ? et comment rendre la mesure robuste ?

D’autre part, le point critique de la SPIR – en particulier pour les sols – est l’étalonnage. L’enjeu est de construire la base spectrale la plus exhaustive possible, mais en minimisant les coûteux efforts expérimentaux, en utilisant les pédothèques, telles celle du réseau RMQS (Réseau de mesure de la qualité de sols). Se posent alors les questions de recherche suivantes : (i) en transfert d’étalonnage : peut-on utiliser une base spectrale constituée sur des échantillons séchés et broyés pour l’appliquer sur des échantillons au champ ? (ii) peut-on améliorer la précision et la robustesse de l’étalonnage, et en particulier réduire l’erreur systématique en mettant en œuvre des approches chimiométriques alternatives (non paramétriques) pour l’étalonnage ? Ces différentes questions seront traitées par des approches expérimentales et de modélisation en laboratoire (par ex. pour l’étude de l’interaction rayonnement-matière).

Des bases spectrales seront construites en combinant des données existantes (SpecBio en partie) et des nouvelles acquisitions de spectres et de données (telle la densité apparente). Ces différentes étapes permettront de concevoir un appareillage de terrain, développé sur le modèle du Spectron®, un spectromètre portable bas-coût mis au point par le Cemagref et la société Pellenc pour mesurer la maturité du raisin. Ce prototype sera évalué sur le terrain (France- Tunisie- Australie) dans une démarche de bench-marking (test de performance) avec d’autres équipements concurrents. La démarche complète de mesure du stock de carbone sera simulée pour une exploitation agricole. Ainsi, INCA offrira aux décideurs publics – à une échelle internationale – une étude scientifiquement solide pour le choix d’une stratégie de mesure des stocks de carbone dans les sols.

 

Rôle d’ITAP :

La séquestration du carbone dans les sols est un des moyens identifiés pour réduire les gaz à effet de serre de l’atmosphère. Notre objectif est de développer un équipement et une méthode de mesure de la concentration volumique de C dans les sols, utilisant la spectrométrie proche infrarouge et directement applicable au champ. Les verrous méthodologiques et technologiques qui doivent être levés sont : (i) comment prédire la concentration volumique (et non pas massique) du carbone ? (ii) comment modéliser les interactions sol / rayonnement infrarouge pour optimiser l’interface optique et améliorer la robustesse de la mesure ? (iii) quelle est la sensibilité de la mesure aux différentes grandeurs d’influence en extérieur (humidité du sol, présence d’éléments grossiers, température…) ? et comment rendre la mesure robuste ? Se posent alors des questions de recherche en (i) en transfert d’étalonnage et (ii) sur la précision et la robustesse de l’étalonnage. Ces différentes questions seront traitées par des approches expérimentales et de modélisation en laboratoire. Ces différentes étapes permettront de concevoir un appareillage de terrain qui sera évalué sur le terrain dans une démarche de benchmarking avec d’autres équipements concurrents. La démarche complète de mesure du stock de carbone sera simulée pour une exploitation agricole. Ainsi, INCA offrira aux décideurs publics – à une échelle internationale – une étude scientifiquement solide pour le choix d’une stratégie de mesure des stocks de carbone dans les sols.

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