Spéciation, mécanismes d’acquisition de la composition chimique des solutions du sol et modélisation des cycles biogéochimiques
HDR Soutenue le 5 novembre 2008 à l'Université de Montpellier II
Document HDR
Les travaux présentés pour cette HDR s'intéressent à l’identification et à la modélisation des mécanismes et processus contrôlant la composition chimique de l’eau du sol. Les situations étudiées ont été celles de sols forestiers acides sous climat tempéré, situés en moyenne montagne (Rhône, Nièvre). Les éléments chimiques qui ont été particulièrement étudiés de ce fait sont l’aluminium (Al) et le silicium (Si). Le carbone organique dissout (COD) a également été l’objet de travaux, en particulier sa fonction de complexation des cations (Al3+) et dans une moindre mesure son influence sur la cinétique d’altération (Si). Les originalités de ces travaux de recherche se situent dans :
• l’utilisation d’une démarche de modélisation « mono-processus », qui s’est manifestée par l’utilisation de modèles géochimiques et d’une modélisation de la dynamique de l’eau et a notamment abouti à préciser les mécanismes et processus contrôlant les dynamiques de Al, Si et de l’eau dans le sol
• l’amélioration et/ou le développement de techniques expérimentales permettant une étude plus fine du fonctionnement du système, en particulier concernant les interactions entre Al et la matière organique du sol (via les extractions CuCl2), les effets du temps de résidence de l’eau (i.e. taille des pores) sur les processus contrôlant Al (via les mesures de spéciation aluminique) et la qualité et la quantité du COD (via la spectrophotométrie d’absorbance)
• la réalisation de développements numériques pour la mise à niveau d’un modèle de transport-réactif (MIN3P). Leur priorité a été dictée par les résultats des modélisations « mono-processus » et ceux de premières modélisations couplées de la concentration de Si dans les eaux capillaires du sol.
Ce travail a fourni un premier modèle permettant la résolution couplée des processus de transfert (eau, solutés, gaz), des processus géochimiques (spéciation, adsorption, dissolution/précipitation etc.) et d’un certain nombre de processus biologiques (absorption racinaire, transpiration, transformation microbiologiques) dans le temps et l’espace (1-D à 3-D).
Pour les années à venir, mes travaux d’encadrement et de recherche auront pour objectifs: (i) d’améliorer la manière dont les processus biologiques sont pris en compte dans le modèle, en se focalisant sur l’étude des interactions sol-plante dans la rhizosphère en relation avec les cycle du phosphore, de l’azote et du carbone ; (ii) de rendre disponible cet outil au plus grand nombre, par la réalisation de formations, de cours, appuyés par le développement d’une interface homme-machine voire d’une véritable plate-forme de modélisation.