Les biomarqueurs moléculaires dans les sols…

Les biomarqueurs moléculaires dans les sols et leur potentiel en tant qu’archives paléoenvironnementales.

Claire Bastien1, Stefano Bernasconi2, Jean-Michel Trendel1, Pierre Adam1, Philippe Schaeffer1, Damien Ertlen3, Merle Gierga2, Dominique Schwartz3

1 : Laboratoire de Biogéochimie Moléculaire, UMR 7177 CNRS, Université de Strasbourg, ECPM, 25 rue Becquerel F-67200 Strasbourg.
2 : Geologisches Institut, ETH Zürich, Sonneggstrasse 5, 8092 Zürich.
3 : Laboratoire Image Ville Environnement, Université de Strasbourg, 3 rue de l’Argonne F-67083 Strasbourg cedex.

Résumé :
Cette étude qui s’inscrit dans le programme GESSOL, financé par l’ADEME, présente deux objectifs. Le premier consiste à caractériser le couvert végétal contribuant ou ayant contribué à la matière organique (m.o.) de différents sols ou horizons de sols grâce à l’analyse par chromatographie gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC-MS) des signatures lipidiques (marqueurs moléculaires) provenant d’essences végétales et préservées dans les sols. Le second quant à lui est de tenter d’appréhender les mécanismes de translocation de la m.o. des sols en déterminant les temps moyens de résidence (TMR) des marqueurs lipidiques grâce à la datation au 14C (AMS) de fractions chromatographiques et/ou de composés individuels. Cette approche devrait permettre d’établir si la signature lipidique dans les horizons profonds caractérise la contribution d’une végétation ancienne, ou alors est partiellement ou totalement perturbée par des apports organiques plus récents issus du sol de surface. Pour cela, une série de quatre profils de sols préalablement sélectionnés a été analysée. Le premier sol (quatre niveaux de profondeur de 0 à 60 cm analysés) est situé dans la forêt de l’Elmerforst (67). La présence de cette forêt, actuellement du type chênaie-hêtraie, est attestée par les archives historiques depuis le XIIIème siècle.
Les profils lipidiques obtenus pour les quatre échantillons de ce profil de sol sont similaires d’un point de vue qualitatif, et sont dominés par la friedeline (présente de manière très importante dans l’écorce et les racines de chêne) et des séries de composés linéaires (n-alcanes, n-acides, n-alcools). Cette similitude entre les échantillons pourrait être cohérente avec l’hypothèse d’une excellente préservation de la m.o. tout au long du profil de sol, cette dernière étant en effet issue d’une couverture végétale ayant peu évolué au cours du temps. Néanmoins, il peut aussi être envisagé que la signature moléculaire observée dans le cas des échantillons profonds ne corresponde pas à celle de la m.o. initialement présente, mais résulte pour l’essentiel d’apports organiques récents dans les sols (apports racinaires, m.o. de surface entraînée par bioturbation ou lessivage, ….). Afin de trancher entre ces deux possibilités, nous avons fait appel à la datation au 14C de composés individuels, ici la friedeline et le n-heptacosane (n-C27), isolés à partir des quatre extraits organiques. Les valeurs obtenues pour ces deux composés comme pour les extraits lipidiques totaux obtenus à partir de l’échantillon de surface (EFE1) et de l’échantillon le plus profond (EFE4) sont modernes (post-bombe, > 1950). Il apparaît donc que la signature lipidique observée dans ce profil de sol caractérise essentiellement la contribution d’une matière organique récente, celle-ci étant à la fois constituée d’apports d’origine racinaire et/ou écorce (friedeline) et foliaire (n-C27). Ces résultats sont en opposition avec ceux obtenus concernant la datation de la m.o. totale de l’échantillon de sol le plus profond (EFE4; 1400 BP), ce qui tend à montrer que la m.o. dans cet horizon de sol est hétérogène et constituée à la fois d’un “pool“ de m.o. ancienne et réfractaire de nature non lipidique et d’un “pool“ labile, comprenant (entre autres) l’extrait lipidique.
Ces premiers résultats mettent en avant la difficulté à trouver des biomarqueurs fiables et exploitables dans le cas d’horizons de sols profonds. Ces marqueurs lipidiques sont en revanche intéressants en terme de dynamique des matières organiques parce qu’ils indiquent que même des composants qui sont en général considérés comme résistants à la biodégradation présentent, dans ce cas tout au moins, un TMR relativement court. Les lipides représentant moins de 10 % de la m.o. de ce sol, il est nécessaire de comparer les TMR de la m.o. totale avec ceux de la fraction résiduelle hors lipides et de l’ensemble des lipides (travaux en cours). Par ailleurs, la présence de biomarqueurs avec un âge 14C moderne en profondeur indique un transport vertical important de ces composants jusqu’à des profondeurs considérables dans le profil du sol. Des analyses complémentaires et indispensables sont en cours sur d’autres sols et d’autres fractions organiques afin de mieux cerner les mécanismes de translocation de la m.o.

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