A 300-year record of sedimentation in a small tilled catena in Hungary based on δ13C, δ15N, and C/N distribution

Purpose Soil erosion is one of the most serious hazards that endanger sustainable food production. Moreover, it has marked effects on soil organic carbon (SOC) with direct links to global warming. At the same time, soil organic matter (SOM) changes in composition and space could influence these processes. The aim of this study was to predict soil erosion and sedimentation volume and dynamics on a typical hilly cropland area of Hungary due to forest clearance in the early eighteenth century. Materials and methods Horizontal soil samples were taken along two parallel intensively cultivated complex convex-concave slopes from the eroded upper parts at mid-slope positions and from sedimentation in toe-slopes. Samples were measured for SOC, total nitrogen (TN) content, and SOMcompounds (δ13C, δ15N, and photometric indexes). They were compared to the horizons of an in situ non-eroded profile under continuous forest. On the depositional profile cores, soil depth prior to sedimentation was calculated by the determination of sediment thickness. Results and discussion Peaks of SOC in the sedimentation profiles indicated thicker initial profiles, while peaks in C/N ratio and δ13C distribution showed the original surface to be ~ 20 cm lower. Peaks of SOC were presumed to be the results of deposition of SOC-enriched soil from the upper slope transported by selective erosion of finer particles (silts and clays). Therefore, changes in δ13C values due to tillage and delivery would fingerprint the original surface much better under the sedimentation scenario than SOC content. Distribution of δ13C also suggests that the main sedimentation phase occurred immediately after forest clearance and before the start of intense cultivation with maize. Conclusions This highlights the role of relief in sheet erosion intensity compared to intensive cultivation. Patterns of δ13C indicate the original soil surface, even in profiles deposited as sediment centuries ago. The δ13C and C/N decrease in buried in situ profiles had the same tendency as recent forest soil, indicating constant SOM quality distribution after burial. Accordingly, microbiological activity, root uptake, and metabolism have not been effective enough to modify initial soil properties

Les étalons de rayonnement dans l'ultraviolet

Après avoir défini les caractéristiques d'une source étalon, nous décrivons les principales sources utilisées. Pour chaque source nous précisons la méthode d'excitation, la loi de rayonnement et le domaine d'application ainsi que la précision. Nous expliquons tout d'abord les sources émettant un spectre de raies (méthode des coïncidences, excitation par impact électronique, rapport de branchement, raies saturées) puis les sources émettant un spectre continu (arc hydrogène, rayonnement synchrotron, rayonnement Cerenkov). Enfin, nous mentionnons les sources de transfert les plus utilisées

Image analysis of soil thin sections for a non-destructive quantification of aggregation in the early stages of pedogenesis

International audienceOne major challenge facing soil micromorphology is the direct quantification of aggregation. This study proposes a generic protocol to quantify aggregation properties directly in undisturbed soil samples by image analysis of soil thin sections. We worked on a constructed Technosol proposed as an experimental model with controlled characteristics. Two sampling campaigns were conducted in 2008 and 2010 on an in situ plot, where 24 undisturbed soil samples were collected each year. Thin sections were prepared, scanned to generate images and processed using the protocol developed. Aggregates from 50 to 2000 m equivalent diameters were monitored. Six aggregate properties were quantified: number, area, perimeter, eccentricity, shape and equivalent diameter. A synthetic mean index of aggregation (MIA(ia)) was calculated from image analysis. We confirmed that aggregation is closely related to porosity, as highlighted by the MIAia. Three aggregate properties: number, area and shape were selected as the indicators most representative of aggregation evolution during the early stages of pedogenesis. In further developments, direct (image analysis) and indirect (stability tests) methods for the quantification of aggregation could be proposed as complementary ways of describing and quantifying total quantities of stable macroaggregates in soils.L'un des défis de la micromorphologie en sciences du sol est de pouvoir quantifier globalement et de manière directe l'agrégation. Cette étude propose un protocole générique de quantification directe des paramètres d'agrégation par analyse d'images de lames minces d'échantillons de sols non perturbés. Nous avons travaillé sur un Technosol construit proposé comme un modèle expérimental présentant des caractéristiques connues. Deux campagnes d'échantillonnage ont été conduites en 2008 et 2010 sur une parcelle expérimentale in situ, au cours desquelles 24 échantillons non perturbés de Technosols ont été collectés chaque année. Des lames minces ont été réalisées, scannées et les images obtenues ont été analysées à l'aide du protocole spécifiquement développé. Les agrégats de diamètres compris entre 50 et 2000 µm ont été suivis au cours du temps. Pour cela six paramètres ont été quantifiés : nombre, surface, périmètre, excentricité, forme et diamètre équivalent. Un indice synthétique : Indice Moyen d'Agrégation en analyse d'image (IMAai) a été calculé. Nous avons confirmé que l'agrégation est étroitement corrélée à la porosité, cette relation étant plus marquée en utilisant l'IMAai. Trois paramètres descriptifs des agrégats sont sélectionnés comme indicateurs de l'évolution de l'agrégation dans les stades précoces de la pédogenèse. Des perspectives de développement résident dans l'utilisation complémentaire de méthodes directes (analyse d'images) et indirectes (tests de stabilité) de quantification de l'agrégation pour décrire et quantifier l'ensemble des macroagrégats et leur fraction stable dans les sols

Éclateur 120 kV faible inductance sous pression d'hexafluorure de soufre

A three electrode type spark gap working in sulphur hexafluoride is described. Its characteristics are : operating voltage from 60 to 120 kV, maximum current 150 kA, inductance 30 nH, jitter 15 ns. The spark gap is used in the assembling of a 24 kJ-I20 kV capacitor bank. By increasing the mechanical strength of its electrodes it was possible to operate the spark gap in nitrogen up to 600 kA at 50 kV.On décrit un éclateur du type trois électrodes fonctionnant dans l'hexafluorure de soufre. Ses caractéristiques sont : tension de fonctionnement variant de 60 à 120 kV, courant maximum 150 kA, inductance 30 nH, dispersion moyenne du retard au déclenchement 15 ns. Cet éclateur est utilisé dans la construction d'un banc de condensateurs 24 kJ-120 kV. Un second éclateur du même type fonctionnant dans l'azote à 50 kV a supporté un courant de 600 kA après augmentation des dimensions et de la résistance mécanique de ses électrodes

TRAVAUX LASER-MATIÈRE AU CENTRE D'ÉTUDES DE LIMEIL

Les résultats d'interaction rayonnement-matière sont présentés. A 1,06 µm, l'interaction est étudiée jusqu'à des flux de 5 x 1015 W.cm-2 en focalisant le faisceau laser sur un bâtonnet de deutérium solide. A 10,6 µm les flux sont de quelques 1013 W.cm-2 sur cible d'aluminium. On observe des émissions d'ions rapides et d'électrons suprathermiques. Les quatre faisceaux du laser C6 : 600 J - 1,4 ns ont été utilisés pour imploser des microballons en verre. Les résultats expérimentaux d'implosion sont en bonne concordance avec ceux donnés par une simulation numérique monodimensionnelle. Ces expériences sont poursuivies avec le laser P102 : 80 J - 100 ps, à des puissances laser plus élevées. On décrit les lasers de puissance du laboratoire, notamment le laser OCTAL 500 J - 1,6 TW - 500 ps en cours de construction, et on en donne les caractéristiques principales.Laser-matter interaction results are presented. At 1.06 µm solid deuterium stick is irradiated till 5 x 1015 W.cm-2. At 10.6 µm, fluxes are of a few 1013 W.cm-2 on aluminium target. High energy ions and suprathermal electrons are produced. Implosions of glass shells by the four beams of the laser C6 : 600 J - 1.4 ns have been observed ; experimental and numerical results are in good agreement. Such experiments are continued with the laser Pl02 : 80 J - 100 ps at higher laser powers. Lasers used in the laboratory are described, in particular the laser OCTAL 500 J - 1.6 TW - 500 ps in process of construction, and their main features are given

La fusion, une source d’énergie pour le 21

- Les besoins mondiaux en énergie vont croître de manière inéluctable au cours de ce siècle du fait de l’augmentation de la population, des nouveaux besoins des pays émergents et en développement et plus généralement de la légitime aspiration des peuples à élever leur niveau de vie dont l’énergie est un facteur déterminant. Mais, cette croissance doit être rendue conciliable avec d’une part l’épuisement à l’échelle du siècle des ressources fossiles qui représentent environ 85 % de notre consommation, et d’autre part, le respect de notre environnement soumis aux agressions anthropiques telles que l’accroissement de l’effet de serre, de façon à assurer un développement durable. Pour répondre à ces besoins futurs en énergie, un des challenges majeurs de notre époque, l’approche la plus raisonnable est de faire des économies d’énergie, de diversifier les sources d’énergie et d’accentuer la R&D sur les sources actuelles ou nouvelles, fossiles, renouvelables et nucléaires, voire leur combinaison. - Capture et séquestration du gaz carbonique émis par les énergies fossiles, utilisation de la biomasse, de l’énergie solaire, de la puissance des vents et marées, et de l’hydrogène comme vecteur d’énergie… font déjà l’objet de nombreux travaux encourageants, mais il reste à rendre ces formes nouvelles d’énergie compétitives avec celles d’aujourd’hui. - Récemment, l’énergie nucléaire qui s’appuie sur un demi-siècle d’expérience, bénéficie d’un renouveau d’intérêt, qu’il s’agisse de la fission ou de la fusion nucléaire. En France, ce renouveau s’illustre par : les résultats remarquables de la R&D sur le cycle du combustible ; la nouvelle loi sur la gestion durable des matières et des déchets nucléaires décidant d’explorer en priorité le traitement des combustibles usés et le stockage des déchets résiduels ; le lancement de la construction de l’EPR à Flamanville, réacteur de troisième génération ; la décision de participation française au programme de coopération international Génération IV qui met l’accent sur le développement de réacteurs à neutrons rapides innovants. - L’ensemble des actions ci-dessus, objet de nombreuses collaborations européennes et internationales, vont modifier, dans les décennies à venir, le secteur de l’énergie qui prend de plus en plus un caractère stratégique et géopolitique comme en témoigne la politique des Etats pour réduire leur dépendance vis-à-vis de ceux qui détiennent les ressources fossiles, pétrole, gaz, charbon. C’est pourquoi l’énergie de fusion nucléaire, dans la perspective des siècles et des millénaires à venir, apparaît aujourd’hui comme une source d’énergie à fortes potentialités. Objet de travaux de recherche en progrès constant depuis un demi-siècle, sans rencontrer d’obstacles rédhibitoires, et après les performances obtenues sur plusieurs installations telles que JET et Tore Supra, son étude aborde une nouvelle étape avec le projet Iter. Sous réserve de maîtriser à la fois le plasma thermonucléaire du réacteur à fusion et la nature des matériaux qui le constituent pour qu’ils résistent aux flux thermique et neutronique émis par ce plasma, cette source d’énergie offre des avantages : combustible, deutérium et lithium, pratiquement disponible en quantité illimitée et bien distribué sur notre planète ; absence intrinsèque de risque d’emballement du réacteur ; quantités limitées de déchets nucléaires de faible et moyenne activité perdant leur activité à l’échelle du siècle ; absence d’émission de gaz à effet de serre ; estimation d’un coût de l’électricité produite, compétitif, lorsqu’on tient compte de l’ensemble des externalités. Tout récemment, le 24 mai 2006, à Bruxelles, les sept partenaires du projet Iter (Chine, Corée du Sud, Etats-Unis d’Amérique, Fédération de Russie, Inde, Japon et Union européenne) ont paraphé l’accord international traitant de sa construction, de son exploitation et de son démantèlement sur les 40 ans à venir. Parallèlement un effort substantiel sera consacré à l’étude des matériaux pour le réacteur électrogène, afin d’être à même, en cas de réussite d’Iter, d’entreprendre au plus tôt la réalisation d’un réacteur prototype, dit DEMO, suivie de celle d’un réacteur commercial, avec l’objectif que la fusion, nouvelle source d’énergie, pénètre le marché avant la fin du siècle

How do earthworms affect organic matter decomposition in the presence of clay-sized minerals ?

Clay-sized soil minerals are known to protect organic carbon (OC) from mineralisation by formation of organomineral associations limiting its availability to microorganisms. The impact of soil fauna on these processes is poorly known. The aim of this study was to investigate the effect of earthworms on organic matter (OM) decomposition and association with minerals during a laboratory experiment. We used a model system consisting of fresh OM incubated with and without epigeic earthworms (Eisenia andrei and foetida) in presence of different types and amounts of phyllosilicates (kaolinite, montmorillonite) and an iron oxide (goethite) and combinations of these minerals. Our experimental setup included a high OM:mineral ratio to represent the soil-litter interphase. We monitored OC mineralisation during 196 days. Additionally, we investigated physicochemical parameters and chemical OM characteristics of decomposition products by determination of water-soluble OC (WSOC) and acquisition of solid-state C-13 NMR spectra. We also analysed microscale organisation of the organomineral associations produced with and without earthworms by transmission electron microscopy (TEM). Earthworms enhanced OC mineralisation in all treatments. They also led to greater reductions of OC emissions in the presence of minerals as compared to the mineral-free control, depending on the type and amount of minerals added. The presence of earthworms affected microbial biomass, the concentration of WSOC and increased the contribution of aromatic compounds to OM decomposition products. Microscale analyses by TEM showed that earthworms favoured association of minerals with partly degraded OM along with completely degraded material, while in absence of earthworms only completely degraded OM was associated with minerals. We conclude that earthworms impact OM decomposition through (1) their effect on microbial biomass and the physicochemical parameters of microbial habitat and (2) the formation of OM associations by changing the OM types associated to minerals and possibly by creating closer association of partly degraded OM and iron oxides. The stability of these associations remains to be investigated

How do earthworms affect organic matter decomposition in the presence of clay-sized minerals?

International audienceClay-sized soil minerals are known to protect organic carbon (OC) from mineralisation by formation of organo-mineral associations limiting its availability to microorganisms. The impact of soil fauna on these processes is poorly known. The aim of this study was to investigate the effect of earthworms on organic matter (OM) decomposition and association with minerals during a laboratory experiment. We used a model system consisting of fresh OM incubated with and without epigeic earthworms (Eisenia andrei and foetida) in presence of different types and amounts of phyllosilicates (kaolinite, montmorillonite) and an iron oxide (goethite) and combinations of these minerals. Our experimental setup included a high OM:mineral ratio to represent the soil-litter interphase. We monitored OC mineralisation during 196 days. Additionally, we investigated physicochemical parameters and chemical OM characteristics of decomposition products by determination of water-soluble OC (WSOC) and acquisition of solid-state 13C NMR spectra. We also analysed microscale organisation of the organo-mineral associations produced with and without earthworms by transmission electron microscopy (TEM).Earthworms enhanced OC mineralisation in all treatments. They also led to greater reductions of OC emissions in the presence of minerals as compared to the mineral-free control, depending on the type and amount of minerals added. The presence of earthworms affected microbial biomass, the concentration of WSOC and increased the contribution of aromatic compounds to OM decomposition products. Microscale analyses by TEM showed that earthworms favoured association of minerals with partly degraded OM along with completely degraded material, while in absence of earthworms only completely degraded OM was associated with minerals. We conclude that earthworms impact OM decomposition through (1) their effect on microbial biomass and the physicochemical parameters of microbial habitat and (2) the formation of OM associations by changing the OM types associated to minerals and possibly by creating closer association of partly degraded OM and iron oxides. The stability of these associations remains to be investigated