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Soilµ3D - Propriétés émergentes des fonctions microbiennes dans les sols

Un projet sélectionné par l’Agence nationale de la recherche

Image tridimensionnelle 3D d'un cube de sol réalisée à la microtomographie X (échelle 10:1) © Wilfred Otten, Simbios
Mis à jour le 23/09/2015
Publié le 22/09/2015

La réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) représente un défi majeur auquel doit faire face l'agriculture aujourd'hui.

Les modèles décrivant le cycle du carbone et de l'azote dans les sols (RothC, Century, CERES…) permettent d’évaluer l’effet des propriétés du sol, du climat et des pratiques agricoles sur des émissions de GES mais ils ignorent les processus microscopiques du sol. Afin que ces modèles fournissent des prévisions plus précises et robustes, la représentation mécaniste des processus à petite échelle se révèle essentielle

Le projet Soilµ3D – Propriétés émergentes des fonctions microbiennes dans les sols : Identification de descripteurs spatiaux de la structure du sol à partir de modélisations 3D à l'échelle des habitats microbiens, a pour ambition d’utiliser les modèles de simulation de la dégradation microbienne de la matière organique à l'échelle des micro-habitats à l'aide d’images 3D du sol pour porter les hétérogénéités identifiées à l'échelle des micro-habitats aux échelles du profil de sol.

Coordonné par Patricia Garnier, UMR Écologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes (Inra, AgroParisTech), Soilµ3D a été sélectionné dans le cadre de l’appel à projets générique - Gestion sobre des ressources et adaptation au changement climatique de l’Agence nationale de la recherche. Les résultats ont été publiés le 24 juillet 2015.

Soilµ3D, trois objectifs en lien avec le changement climatique

Le projet Soilµ3D a pour objectif de

  • développer de nouveaux descripteurs de l’hétérogénéité 3D du sol à l’échelle des pores qui expliquent les flux mesurés à l'échelle supérieure centimétrique ;
  • utiliser des modèles 3D pour faire un lien entre l'hétérogénéité visualisée à l’échelle microscopiques et les flux mesurés à l’échelle macroscopiques ;
  • développer de nouveaux modèles décrivant ces micro-hétérogénéités et les porter dans les modèles développés à l’échelle du champ.

Soilµ3D est structuré en cinq ensembles de taches (WP).

La réalisation de scénarios, à partir des modèles du projet MEPSOM, permettra de définir de nouvelles stratégies expérimentales pour mesurer les émissions de CO2 et N2O dans différentes microenvironnements (WP1). Les échantillons prélevés sur différentes parcelles agricoles permettront de produire les images 3D, dans les pores du sol, de la distribution de l’eau, des matières organiques et des micro-organismes (WP2). Les descripteurs de l’hétérogénéité seront calculés à partir de ces images. Des modèles 3D développés à l'échelle des pores, feront le lien entre la visualisation 3D microscopiques et les flux mesurés aux échelles macroscopiques. Des scénarios de simulations explorant les conditions contrastées de micro-environnements seront réalisés à partir de ces modèles  (WP3). Les corrélations entre les descripteurs, établis à l'échelle des pores et les flux de gaz, simulés à l'échelle centimétrique serviront de base pour produire des fonctions ou des modèles simples qui feront passer les informations des hétérogénéités microscopiques jusqu’au profil du sol (WP4). Enfin, WP 5 proposera d’améliorer les modèles mis en œuvre à l'échelle du champ et de les tester avec des données de terrain.

 

Soilµ3D, en pratique

D’une durée de quatre ans (2016-2020), Soilµ3D rassemble les compétences de huit partenaires français et européens

  • UMR Ecologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes (Inra, AgroParisTech)
  • UMR Institut d’Ecologie et des sciences de l’environnement de Paris (Univ. Pierre et Marie Curie, CNRS, Inra, IRD, Univ. Paris Diderot, Univ. Paris Est Créteil Val-de-Marne)
  • UMR Mathématiques, informatique et statistique pour l'environnement et l'agronomie (Inra, Montpellier SupAgro)
  • UR Science du sol, Inra Angers-Nantes Val de Loire
  • UMR Modélisation mathématique et informatique des systèmes complexes, Paris(IRD, Univ. Cady Ayyad, Univ. Cheikh Anta Diop, Univ. Pierre et Marie Curie, Univ. des Sciences et techniques de Hanoi, Univ. Yaoundé 1)
  •  UMR GeoSciences, (CNRS, Univ. Rennes)
  • UMR Jacques Louis lions (CNRS, Univ. Pierre et Marie Curie)
  • Simbios Centre, University of Abertay, Dundee (UK)

 

Grâce à des technologies avancées, ce projet permettra d’améliorer nos connaissances et aussi les modèles de prédiction des émissions de gaz à effet de serre.  Ces modèles serviront à l’identification de scénarios qui permettent à l’agriculture de limiter les émissions de gaz à effet de serre et de séquestrer d’avantage de carbone.