Introduction

3.1.1 Rôle dans le cycle du carbone

Les carbonisats représentent une quantité non négligeable de carbone sur Terre. La quantité produite annuellement est estimée par des méthodes indirectes. De ce fait, les stocks ou les flux de carbonisats varient selon les auteurs. En 1980, la production a été évaluée à 500-1700 Tg/an avec une valeur moyenne autour de 1100 Tg/an (Seiler et Crutzen, 1980). Puis en 1990, Crutzen et Andreae (1990) ont réévalué cette valeur à 50 à 270 Tg/an. Les dernières approximations du taux de formation annuel de BC calculées par Kuhlbusch (1995) à partir du rapport carbonisat /CO2 sont de 50-270Tg/an, pour la combustion de biomasse, et

12-24 Tg/an issus de combustibles fossiles. Le flux annuel dans les sédiments est de 1 à 20g.m2.an-1 (Gustafsson et Gschwend, 1998) ; ainsi, d’après Masiello et Druffel (1998), les carbonisats représentent de 4 à 22% du pool total de carbone organique dissous dans les océans. Dans les sols, les carbonisats peuvent constituer une part importante du carbone organique total. Schmidt et al. (2001b) ont observé une contribution de 45% au carbone

carbone important. Cependant, un problème capital quant à l’estimation du stock de carbone sous forme de carbonisats, aussi bien dans les sédiments que dans les sols, est l’absence de méthode standardisée d’isolement des carbonisats. En effet, comme les carbonisats forment un continuum allant de produits partiellement carbonisés aux carbonisats présentant une structure en « oignon ». La quantité de carbonisats varie considérablement selon le protocole d’isolement utilisé. On distingue généralement 3 catégories de méthodes de quantification des carbonisats:

- des méthodes thermiques (Cachier et al., 1989; Gustafsson et al., 2001)

- des méthodes chimiques (Wolbach et Anders, 1989; Verardo, 1997; Glaser et al., 1998; Elias et al., 2001)

- des méthodes optiques

Schmidt et al. (2001a) ont comparé les résultats obtenus par plusieurs méthodes qui différent aussi bien par les pré-traitements appliqués que par la méthode de quantification.

De plus, les carbonisats constituent un stock de carbone extrêmement stable (CF partie A 4.1), et selon Kuhlbush et Crutzen (1995), plus le rapport H/C des carbonisats est faible, plus ils sont résistants aux dégradations à la fois chimiques et biologiques. Les principaux mécanismes impliqués dans la dégradation des carbonisats dans la nature sont photo- chimiques et radicalaires d’une part et la dégradation microbienne d’autre part. Cette dernière a été mise en évidence par Potter (1908) puis par Shneour (1966) mais elle reste très lente.

3.1.2 Rôle dans le bilan radiatif terrestre et le climat

Les carbonisats présents dans l’atmosphère influent sur le bilan radiatif terrestre car, par leurs propriétés d’absorption des radiations mais aussi de dispersion de l’énergie solaire, ils ont un effet sur les radiations atmosphériques (Robinson et Roberts, 1998; Im. J.-S., 2001). La concentration des carbonisats dans l’atmosphère est estimée entre 200 et 800 ng.m-3 dans les régions rurales de l’hémisphère nord et de 10 ng.m-3 au-dessus des océans (Clarke et al., 1984). Ces aérosols peuvent donc jouer un rôle sur le climat. Selon Clarke et al. ( 1984), par l’accroissement de leur concentration dans l’atmosphère, l’absorption de l’énergie solaire augmenterait et provoquerait un réchauffement de la terre. Jacobson (2001) ajoute que les

pensent qu’en servant de noyaux de condensation des nuages, les carbonisats augmentent la couverture nuageuse et modifient la répartition des pluies et l’énergie reçue au sol.

3.1.3 Interaction avec les polluants

Les carbonisats sont des composés très réactifs. Cette réactivité est liée à la présence de fonctions oxygénées à leur surface. En effet, si on considère une suie provenant de la combustion d’hexane comme modèle, la moitié de la surface des particules de carbone porte de nombreuses fonctions oxygénées comme des groupements alcools, phénols, carbonyls, carboxyliques, esters, éthers (Smith et Chughtai, 1995). De plus, ils présentent des pores de l’ordre de quelques dizaines de nanomètres et donc une grande surface spécifique. Ces deux facteurs sont responsables de leurs propriétés d’adsorption (Goldberg, 1985). Rockne et al. (2000) a corrélé le rapport atomique C/H et le volume ou l’aire des micropores: en considérant la surface représentée par les pores des suies, ces pores pourraient représenter un important dépôt de contaminants hydrophobes dans l’environnement.

Gustafsson et Gschwend (1997) ont mis en évidence une distribution spatiale des les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) davantage liée à des interactions avec des suies qu’avec la matière organique. La sorption étant un processus clé contrôlant le devenir des polluants organiques dans l’environnement, les carbonisats jouent donc un rôle environnemental important par leurs capacités de sorption associées à une grande stabilité. Par ce phénomène, la dégradation des polluants peut être limitée et les carbonisats peuvent influencer la biodisponibilité de composés organiques comme les HAPs (Gustafsson et Gschwend, 1997), les dérivés de pesticides, ou encore ceux proches des PCBs (Accardi-Dey et Gschwend, 2002; Bucheli et Gustafsson, 2003).

3.1.4 Rôle des carbonisats dans la formation de la MOS

Skjemstad et al. (1996) ont émis l’hypothèse que selon leur abondance, et de par leur structure chimique, les carbonisats puissent augmenter l’aromaticité de la matière organique

D’après Haumaier et Zech (1995) et Shindo et al. (2004), l’oxydation des matériaux les moins carbonisés des charbons, associée à une hydratation et/ou une oxydation de la suie et des matériaux davantage carbonisés font des carbonisats une source possible d’acides humiques du sol.

3.1.5 Les carbonisats dans le sols de Cestas

En raison de leur rôle dans le cycle du carbone, leur contribution à la MOS et leur interaction avec les polluants, il est essentiel de pouvoir quantifier les carbonisats dans le sol. Lors de l’étude de la composition de MOR à des hydrolyses acides et basiques d’un sol des Landes et d’un sol du Congo, Poirier et al. (2000; 2002) ont observé qu’une partie de cette MOR était constituée de carbonisats.

Le degré de dégradation ainsi que l’âge moyen de la MOS augmentent des fractions grossières aux fractions fines. Cette augmentation de l’âge moyen des particules fines pourrait être liée à une localisation préférentielle des carbonisats dans ces fractions.

Dans cette étude, la MOR des deux sols de Cestas (avant et après mise en culture) et de leurs différentes fractions granulométriques ont été isolées, quantifiées puis analysées par RMN 13C à l’état solide. Puis, à partir de cette MOR, les carbonisats ont été isolés par thermooxydation. Dans les fractions granulométriques, les carbonisats ont alors été quantifiés puis observés en microscopie électronique à transmission à haute résolution.