Thèse : Cécile Grapeloup

Directeur de thèse : Lucilla BENEDETTI

Résumé de la thèse : Le chlore est un élément hydrophile considéré comme peu retenu dans les sols. Il présente plusieurs isotopes dont le 36Cl.Ce dernier possède une origine cosmogénique naturel considérée constante dans le temps et une anthropogénique principalement liée aux essais nucléaires des années 50’ à 70’ dont les flux étaient de trois ordres de grandeur supérieur au flux naturel. Une petite fraction du Cl apporté au sol est retenue dans la matière organique. Cependant l’importance de cette rétention, les facteurs la déterminant et la durée de cette rétention étaient peu connus au début de cette thèse. Par une analyse de 130 échantillons du Réseau de mesure de la qualité des sols français (RMQS) nous avons mis en évidence que les flux entrants en Cl et 36Cl déterminent à l’ordre 1 la formation des stocks de Cl et 36Cl dans les sols. En s’affranchissant de ces apports par une normalisation des stocks par les flux nous montrons que les stocks de Corg des sols étaient responsables à l’ordre 2 de la formation des stocks de Cl et 36Cl. A cette échelle aucun impact du mode d’occupation des sols sur la formation des stocks de Cl et 36Cl n’a été mis en évidence. Nous avons alors recherché à mettre en évidence cet impact à travers l’analyse de sols appariés (forêt-prairie ou forêt-culture) pour trois types de sols au fonctionnement contrasté (cambisol, luvisol, podzol). Cette approche a montré en agriculture : 1- des contaminations non systématiques en Cl probablement due à des fertilisations potassiques; 2- une perte de 36Cl sans doute par érosion ; 3- une diminution de la migration du 36Cl dans le podzol due à une réduction des processus de podzolisation du fait du chaulage (augmentant le pH du sol). En utilisant le marquage des sols par le flux de 36Cl des essais nucléaires, nous avons déterminé les taux et temps de rétention du 36Cl. Nous montrons que le taux de rétention est faible, inférieur à 5%. Il diminue exponentiellement avec la profondeur (à l’exception du podzol) et varie selon le type de sol (entre 0,5% en surface pour le podzol et 4,5% pour le cambisol). Nous montrons que cette variabilité est liée au carbone organique et que les temps de rétention du 36Cl correspondent aux âges du carbone organique estimé par les isotopes stables du carbone (δ13C). Ces âges plus jeunes que ceux obtenus par la datation au 14C sont représentatifs de la fraction du carbone organique dynamique des sols. Cette méthode pourrait être utilisée pour des sols pour lesquels l’approche de datation par les isotopes stables du carbone (pas de changement de végétation C3/C4 daté) n’est pas possible. Ce temps de rétention semble varier selon le type de sols, le podzol présentant des temps de rétention beaucoup plus longs pour des taux de rétention beaucoup plus faibles. L’application du modèle à tous les sols forestiers du RMQS permettrait de confirmer cette observation.

Thesis resume : Chlorine is a hydrophilic element considered poorly retained in soils. It has several isotopes including 36Cl. The latter has a natural cosmogenic origin considered constant over time and an anthropogenic origin mainly related to nuclear tests from the 50’s to the 70’s whose fluxes were three orders of magnitude higher than the natural flux. A small fraction of the Cl brought to the soil is retained in the organic matter. However, the importance of this retention, the factors determining it and the duration of this retention were little known at the beginning of this thesis. Through an analysis of 130 samples from the French Soil Quality Measurement Network (RMQS), we have shown that Cl and 36Cl influxes determine the formation of Cl and 36Cl stocks in soils to the order of 1. By normalizing the stocks by the fluxes, we show that the stocks of Corg in the soils were responsible for the formation of the Cl and 36Cl stocks at order 2. At this scale, no impact of the land use mode on the formation of Cl and 36Cl stocks has been demonstrated. We then sought to highlight this impact through the analysis of paired soils (forest-grassland or forest-crop) for three types of soil with contrasting functioning (cambisol, luvisol, podzol). This approach showed in agriculture: 1- non-systematic Cl contamination probably due to potassium fertilization; 2- a loss of 36Cl probably by erosion; 3- a decrease of 36Cl migration in podzol due to a reduction of podzolization processes because of liming (increasing the soil pH). Using soil labeling by 36Cl flux from nuclear tests, we determined 36Cl retention rates and times. We show that the retention rate is low, less than 5%. It decreases exponentially with depth (except for podzol) and varies with soil type (between 0.5% at the surface for podzol and 4.5% for cambisol). We show that this variability is related to organic carbon and that 36Cl retention times correspond to organic carbon ages estimated by stable carbon isotopes (δ13C). These younger ages than those obtained by 14C dating are representative of the dynamic organic carbon fraction of soils. This method could be used for soils for which the stable carbon isotope dating approach (no dated C3/C4 vegetation change) is not possible. This retention time seems to vary according to soil type, with podzol showing much longer retention times for much lower retention rates. Application of the model to all RMQS forest soils would confirm this observation.