Towards a new optical system to characterize soils by Visible and Near Infrared Spectroscopy
Vers une nouvelle approche optique pour la caractérisation des sols par spectrométrie visible et proche infrarouge
Résumé
(trad auto)With the objective of reducing the amount of greenhouse gases in the atmosphere, public authorities encourage practices designed to sequester carbon in the soil (reforestation, change in agricultural practices). To assess the real benefits, rapid, accurate and inexpensive analytical tools are needed to accurately account for carbon stocks and their evolution over time. Near infrared spectroscopy is an analytical technology adapted to these specifications but which is still part of the field of soil science research. This thesis focused on the first step of this analytical method: signal formation. Since soils are very complex environments, in terms of chemical composition and physical structure, the spectroscopic signal is negatively impacted by diffusion phenomena. As the conditions of Beer-Lambert's law are no longer met, chemometric models for predicting soil carbon content are less accurate and robust. We offer an original optical system for spectral measurement adapted to highly diffusing media, based on the principle of light polarization. It allows to select the photons that have been less impacted by the scattering phenomenon. This signal is used to calculate an absorbance signal being a good approximation of Beer-Lambert absorbance. This device, called PoLiS, has been experimentally validated on liquid and particulate model media. The PoLiS method was tested on soil samples to predict their organic carbon content. Compared to conventional calibration methods, prediction models perform better with the method developed in this thesis.
Avec l'objectif de réduire de la quantité de gaz à effets de serre dans l'atmosphère, les pouvoirs publics encouragent les pratiques ayant vocation à séquestrer le carbone dans les sols (reforestation, changement de pratiques agricoles). Pour en évaluer les réels bénéfices, des outils analytiques rapides, précis et peu coûteux sont nécessaires pour pouvoir comptabiliser précisément les stocks de carbone et leur évolution dans le temps. La Spectroscopie proche infrarouge est une technologie analytique adaptée à ce cahier des charges mais qui relève encore du domaine de la recherche en science du sol. Cette thèse s'est focalisée sur la première étape de cette méthode analytique: la formation du signal. Les sols étant des milieux très complexes, en termes de composition chimique et de structure physique, le signal spectroscopique est négativement impacté par les phénomènes de diffusion. Les conditions de la loi de Beer-Lambert n'étant plus remplies, les modèles chimiométriques pour prédire la teneur en carbone des sols sont moins précis et robustes. Nous proposons un système optique de mesure spectrale original et adapté aux milieux très diffusants, qui se base sur le principe de polarisation de la lumière. Il permet de sélectionner les photons ayant été moins impactés par le phénomène de diffusion. Ce signal est utilisé pour calculer un signal d'absorbance étant une bonne approximation de l'absorbance de Beer-Lambert. Ce dispositif, appelé PoLiS, a été validé expérimentalement sur des milieux modèles liquides et particulaires. La méthode PoLiS a été testée sur des échantillons de sols pour prédire leur teneur en carbone organique. En comparaison avec les méthodes classiques d'étalonnages, les modèles de prédiction présentent de meilleurs résultats avec la méthode développée dans cette thèse.
Domaines
Sciences de l'environnement
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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