Incidence d'une production de charbon de bois sur les matières organiques émises dans l'atmosphère et diffusées dans les sols

La production de charbon de bois en motte (charbonnage) est une opération très pratiquée à l'échelle mondiale. Ce mode de production utilisé depuis l'antiquité a également été très largement mis en oeuvre en Europe pendant des siècles et a fortement marqué les paysages (effet sur la végétation et sur la topographie, aménagements hydrauliques...). Une association du Vercors visant la valorisation des savoir-faire locaux a réalisé une "cuite" traditionnelle en septembre 2007 sur la commune de Saint Julien en Vercors (26). Cette cuite a fourni une opportunité scientifique exceptionnelle pour étudier les implications de cette technique sur l'environnement. La production de charbon de bois par le biais d'une charbonnière en motte consiste en la cuisson sans flamme de bois. Une pyramide de bois est constituée autour d'une cheminée centrale avant d'être fermée par un mélange de terre et de mat racinaire. La cuite est contrôlée par la ventilation de la motte au moyen de trous fermés ou ouverts dans cette gangue de terre. La qualité de la cuisson est suivie en fonction de la couleur des fumées. Cette description factuelle de la méthode du charbonnage en motte montre que cette activité a une incidence notable sur l'atmosphère durant la cuite et sur les sols après celle-ci. Afin d'évaluer ces deux aspects, les émissions atmosphériques et les matières organiques des sols (types, produits chimiques disponibles) ont été étudiées. L'analyse par Chromatographie en phase Gazeuse couplée à un Spectromètre de Masse (GC-MS) des échantillons d'aérosols prélevés, montre des concentrations absolues en traceurs de combustion de la biomasse très importantes, en particulier pour le lévoglucosan (dérivé de la cellulose), avec des concentrations moyennes de 11,9 mg.m-3 au démarrage de la charbonnière, et de 4,1 mg.m-3 en allure nominale. Les profils d'émission des méthoxyphénols (dérivés de la lignine) observés sont en accord avec ceux rencontrés dans la littérature, avec notamment des émissions beaucoup plus importantes des diméthoxyphénols par rapport aux monométhoxyphénols, caractérisant la combustion d'un bois dur (dans notre cas le hêtre). La mesure des données usuelles de la caractérisation de l'aérosol montre une composante organique très importante allant jusqu'à des concentrations moyennes de 120,2 mg.m-3 en carbone organique et de 8,3 mg.m-3 en carbone élémentaire. À l'émission de la charbonnière cet aérosol présente de très fortes concentrations en Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) particulaires. Les sols du centre de la charbonnière sont étudiés deux jours après la fin de la cuisson et six mois après cette opération. Pour étudier le devenir des Matières Organiques (MO) caractéristiques du charbonnage, un site de charbonnage abandonné depuis 50 ans est également étudié. Les matières organiques pédologiques sont étudiées avec des méthodes classiques incluant la pyrolyse Rock-Eval, la spectrométrie DRIFT (Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform), la caractérisation des extraits à l'eau notamment par chromatographie d'exclusion. Le contenu en HAP a également été analysé. Hormis la présence attendue de micro-charbons et de black carbone, la fraction extraite à l'eau révèle une différenciation des produits selon les horizons juste après la cuite. On observe également une migration de composés depuis les horizons supérieurs vers les horizons profonds après l'arrêt de la charbonnière. Les profils HAP des sols sont en accord avec ceux décrits dans la littérature dans des sols ayant subi un incendie forestier.