Soutenance mémoire
Le sol : une ressource naturelle menacée
Définition
Le sol est un milieu vivant et dynamique qui permet l’existence de la vie végétale et animale. Il est essentiel à la vie de l’homme en tant que source de nourriture et de matières premières (Charte européenne des sols, 1976). Le sol, plus précisément la couverture de sol, est défini par la FAO (1999) en tant que corps naturel continu ayant trois dimensions dans l’espace et une dans le temps, et qui est caractérisée par trois traits principaux : (i) elle est formée de constituants minéraux et organiques et comprend les phases solide, liquide et gazeuse ; (ii) les constituants sont organisés en structures spécifiques dont l’étude facilite la perception des propriétés physiques, chimiques et biologiques et permet la compréhension du passé et du présent du sol, ainsi que la prédiction de son futur et ; (iii) elle est en constante évolution.
Fonctions
En tant que ressources naturelles, le sol procure plusieurs bénéfices appelés « services écosystémiques » à l’homme. Selon le Millenium Ecosystem Assessment (MEA) en 2005, ces services sont organisés en quatre grande catégories distinctes qui correspondent : i) aux services d’approvisionnement, ii) aux services apparentés à la régulation, iii) aux services culturels et iv) aux services de support ou d’auto-entretien. Ces services sont considérés comme l’ensemble des propriétés des écosystèmes permettant de produire le bien-être de l’homme ou de la nature (Fisher and Turner, 2008 ; Amiaud and Carrère, 2012).
Les services d’approvisionnement sont ceux qui procurent aux humains l’alimentation ; de l’énergie et du matériel de construction (Tobias, 2013). Pour le sol, ces services concernent la fourniture :
– des produits destinés à l’alimentation humaine et les animaux d’élevage (Carvalho et al., 2010) ;
– des fibres destinées à la production de textiles à l’exemple du coton ou du lin (Estur, 2006) ;
– des matériaux bruts nécessaires pour la construction comme les briques (Canakci et al., 2016) ;
– du support physique dans les activités d’agriculture, d’élevage et de construction (Majidzadeh et al., 2017).
L’importance des services d’approvisionnement assurés par les sols est évidemment considérable, il apparaît notamment que plus de 90 % des besoins nutritionnels de la population humaine (97 % des calories et 93 % des protéines) en forte croissance sont couverts par des produits végétaux ou animaux fournis directement ou indirectement par les sols (FAO, 2013). La nécessité de préserver et d’accroître ces services sera donc bien un enjeu majeur du vingtet-unième siècle (Walter et al., 2015) .
Les services de régulation sont ceux qui maintiennent les processus essentiels permettant la vie sur terre : la régulation du climat, le maintien de la qualité de l’air et la régulation de l’écoulement d’eau (Tobias, 2013). Les sols constituent un compartiment essentiel des grands cycles biogéochimiques des éléments (C, N, O, P, K, Cu, Zn). En particulier pour le C, le sol représente le plus grand réservoir de C de la biosphère continentale contenant environ deux fois le stock de C atmosphérique avec 1550 Gigatonnes (1550 x 10¹⁵g) sur 30 cm de profondeur, et trois fois le stock de C contenu dans la végétation (Anderson-Teixeira et al., 2009 ; Lal, 2004, 2008). Une augmentation des stocks de carbone organique des sols (SOCs) peut jouer un rôle significatif dans la limitation des émissions nettes de GES vers l’atmosphère et ainsi atténuer le changement climatique, améliorer la qualité de l’air avec un avantage supplémentaire à travers l’amélioration des structures et des propriétés des sols (Al-Kaisi et al., 2017 ; Lal, 2016). Le sol constitue également un lieu de stockage, de transformation et de transfert des nutriments ou encore des polluants venant des activités anthropiques (Smith et al., 2013). Il est aussi un lieu d’habitat d’organismes vivants telluriques micro (bactéries, actinomycètes, champignons) et macrofaune (nématodes, lombrics) qui jouent un rôle essentiel dans l’ensemble des processus biogéochimiques des sols notamment le C et le N (Yang et al., 2016). Le sol est aussi un élément essentiel dans le cycle de l’eau via son rôle de régulation en quantité et en qualité des transferts d’eau entre l’atmosphère, les nappes souterraines et les cours d’eau. Il assure une fonction de réserve en eau pour les plantes et les organismes du sol (Walter et al., 2015).
Les services culturels sont ceux qui sont essentiels pour le bien-être humain, c’est à dire, leur santé physique et psychologique (Tobias, 2013). Pour les sols, ces services sont généralement lié à l’esthétique des paysages, les différences de couleurs de la surface des sols, ou encore les végétations au-dessus (Waltert and Schläpfer, 2010). Il y a aussi l’aspect de l’histoire et de la mémoire de l’homme à travers ses activités dans le temps (Kibblewhite et al., 2015).
Les services de support ou d’auto-entretien regroupent l’ensemble des fonctions pour le maintien des autres services écosystémiques (Tobias, 2013) . Pour le sol, les services considérés sont alors, le cycle de l’eau, le cycle des nutriments, la production primaire (production de biomasse) et la formation des sols (Dominati et al., 2010). Ces services mettent en jeu l’aptitude des sols à assurer, dans le temps et pour les générations futures les services attendus par l’humanité tant dans la pédogenèse que la résistance et/ou la résilience du sol à maintenir ou à recouvrir un fonctionnement de générateur de services malgré les pressions s’exerçant sur lui entre autre : contamination par des polluants, compaction de la structure, érosion, salinisation, modification du régime hydrique par le changement climatique (Walter et al., 2015).
Menaces sur les fonctions des sols
Pour la communauté mondiale, le sol est confronté à plusieurs menaces qui doivent être contrôlées face à la croissance démographique mondiale et au changement climatique (changements globaux) : l’érosion, la diminution de la teneur en matières organiques (MO), la contamination locale et diffuse, l’imperméabilisation, le tassement, la diminution de la biodiversité, la salinisation, les inondations et les glissements de terrain (Schwilch et al., 2016). La dégradation des sols est provoquée et/ou exacerbée par les activités humaines inadaptées telles que les pratiques agricoles et forestières inadéquates, les activités industrielles, le tourisme, l’expansion urbaine et industrielle et les grands travaux de constructions (Panagos et al., 2012). Ces activités « nuisibles » empêchent les sols de jouer leurs rôles variés au service de l’homme et des écosystèmes. Cela a pour conséquence des pertes de la fertilité des sols, de C et de biodiversité, une diminution de la capacité de rétention de l’eau, une perturbation des cycles des gaz et des nutriments et une réduction de la dégradation des contaminants (Paleari, 2017).
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre 1 : Cadre conceptuel de la thèse
1. Contexte scientifique
1.1. Le sol : une ressource naturelle menacée
1.1.1. Définition
1.1.2. Fonctions
1.1.3. Menaces sur les fonctions des sols
1.2. Le carbone des sols au cœur des négociations internationales : l’initiative 4 pour 1000
1.3. L’azote et le phosphore des sols : éléments indispensables en réponses aux différents enjeux internationaux
1.3.1. L’azote
1.3.2. Le phosphore
1.4. Dégradation des sols malgaches à la suite de la déforestation et des mauvaises pratiques agricoles
1.5. La cartographie numérique des sols
1.5.1. Importance de la cartographie des sols
1.5.2. Concept de la cartographie numérique des sols
1.5.3. Les enjeux de la cartographie numérique des sols à Madagascar
1.5.3.1. Parcours de la recherche sur les sols
1.5.3.2. Une base de données nationale produit des études des sols
1.5.3.3. Cartographie des stocks de carbone organique des sols
2. Problématiques scientifiques
2.1. Besoin de produire des cartes d’occupations des sols pour une meilleure cartographie numérique des sols
2.2. Nécessité de mettre à jour la distribution spatiale des stocks de carbone du sol à l’échelle nationale
2.3. Importance de l’établissement d’autres cartes thématiques du sol : l’azote et le phosphore
3. Objectifs et hypothèses de recherche
Chapitre 2 : Cartographie de l’occupation des sols malagasy
1. Présentation du chapitre
1.1. Contextes
1.2. Problématiques scientifiques
1.3. Démarches
1.4. Résumé
2. High resolution land-use classification toward more accurate digital land-use mapping of malagasy soils
2.1. Abstract
2.2. Introduction
2.3. Material and methods
2.3.1. Study area
2.3.2. Image database
2.3.3. Choice of soil-mapping oriented land-use class
2.3.4. Choice of the classification method
2.3.5. Classification on SPOT 5 image
2.3.6. Classification on Landsat 8 image
2.3.7. Classification evaluation
2.4. Results
2.4.1. Accuracy assessment of classification of SPOT 5 image
2.4.2. Accuracy assessment of classification of Landsat 8 image
2.4.3. Comparison between Landsat 8 and SPOT 5 image classifier
2.5. Discussion
2.5.1. Landsat 8 image classification
2.5.2. SPOT 5 image classification
2.5.3. Map comparison
2.6. Conclusion
3. Conclusion partielle du chapitre
Chapitre 3 : Vers une amélioration de la carte des stocks de carbone des sols à l’échelle nationale
1. Présentation du chapitre
1.1. Contextes
1.2. Problématiques scientifiques
1.3. Démarches
1.4. Résumé
2. Mapping soil organic carbon on national scale: towards an improved and updated map of Madagascar
2.1. Abstract
2.2. Introduction
2.3. Materials and methods
2.3.1. Study area
2.3.2. Soil organic carbon stock database
2.3.3. Calculation of soil organic carbon stocks
2.3.4. Collection and harmonization of spatially-explicit covariates
2.3.4.1. National soil map
2.3.4.2. Land-use and land cover
2.3.4.3. Climate
2.3.4.4. Topography
2.3.4.5. Other soil and vegetation dataset
2.3.5. Soil organic carbon modelling
2.3.6. Model Evaluation
2.3.7. Relative importance of variables
2.3.8. Verification of the accuracy of the map
2.4. Results
2.4.1. Spatial model
2.4.2. Digital soil organic carbon stocks maps and their variability
2.4.3. Comparison with existing soil organic carbon stocks map
2.5. Discussion
Conclusion générale
