L’imagerie permet de calculer les taux de réduction du fer, fournissant une compréhension plus approfondie du comportement des sols des zones humides – Science


En vedette sur la couverture du Journal de la Soil Science Society of America, des chercheurs de l’Université du Maryland (UMD) et du Conseil national espagnol de la recherche se sont associés pour créer une nouvelle caméra permettant d’imager en temps réel l’activité des sols des zones humides. Cette caméra donne à la technologie classique IRIS (indicateur de réduction des sols) une grande mise à jour. IRIS est utilisé universellement par les chercheurs et les évaluateurs des sols pour déterminer si les sols se comportent comme des sols de zones humides et doivent donc être classés comme tels. Cependant, avant cette nouvelle caméra, les évaluateurs des sols ne pouvaient pas quantifier le taux de réduction du fer dans les sols des zones humides saturées, et les chercheurs n’avaient aucun moyen de visualiser le processus en temps réel. Cette technologie ouvre de nouvelles voies de recherche en science du sol et donne un aperçu convaincant de la réelle activité biochimique des sols des zones humides.

«L’intérêt pour cet article a été vraiment incroyable, même si ce n’est pas au départ pourquoi j’ai créé la caméra», déclare Brian Scott, doctorant en science et technologie de l’environnement à l’UMD. «Le document montre que cette caméra fonctionne vraiment, mais ce qui intéressait les gens était l’imagerie en temps réel et les taux de réduction du fer dans les sols des zones humides. Mais pour être honnête, la vraie raison pour laquelle je l’ai fait n’était pas pour la raison pratique de calculer les taux. Il s’agissait plutôt d’essayer d’explorer des moyens de visualiser ce qui se passe dans l’environnement. J’étudie les sols, et tout est sous terre. J’ai donc développé cette méthode pour regarder ce qui se passe réellement sous la surface, ce qui est vraiment passionnant pour moi. « 

«Il y a trois paramètres majeurs nécessaires pour classer une zone comme zone humide: l’hydrologie ou l’eau, la communauté végétale et les propriétés du sol», ajoute Martin Rabenhorst, pédologue, professeur en sciences et technologies environnementales à l’UMD et co-auteur de ce sujet. papier. « Celles-ci sont toutes critiques car les zones humides sont des écosystèmes hautement réglementés et protégés. Le sol est peut-être la pièce la plus compliquée du puzzle car vous devez confirmer que certains processus biogéochimiques se produisent réellement sous terre où ils ne sont pas facilement visibles. »

Rabenhorst lui-même est un inventeur d’une méthode plus verte d’IRIS, une technologie utilisée pour mesurer la quantité de fer de réduction se produisant dans les sols. La technologie utilise des revêtements d’oxyde de fer sur des tubes ou des films en plastique qui sont poussés dans le sol et laissés pendant 30 jours afin que le sol puisse réagir avec la peinture. Lorsque ces réactions se produisent, la peinture est partiellement dissoute du tube. Si 30 pour cent ou plus de la peinture est enlevée, le sol se comporte comme un sol de zone humide typique.

«C’est vraiment à cause de la biochimie des micro-organismes dans le sol», explique Scott. «Les organismes que j’étudie respirent le fer de la même façon que nous respirons l’oxygène. Ces micro-organismes sont anaérobies car ils se développent dans des environnements sans oxygène et ont besoin du fer pour respirer. L’oxygène est toxique pour eux, ils vivent donc dans des zones humides où le sol est souvent saturé de l’eau et moins riches en oxygène. Ces organismes sont si répandus dans les sols des zones humides qu’ils sont la base de nos tests pour voir si un sol est hydrique. Les tests IRIS sont donc devenus un point focal pour les biogéochimistes qui étudient les zones humides. « 

Bien que cette technologie ait le potentiel de conduire les scientifiques dans toutes sortes de nouvelles voies de recherche, on ne sait pas si elle pourrait conduire à des améliorations pour l’évaluateur de sol typique utilisant la technologie IRIS classique.

Mais comme Scott le décrit, les véritables découvertes de l’article proviennent des méthodes utilisées pour créer cet appareil photo, qui, selon lui, est maintenant reproductible par n’importe qui pour environ 100 $. Il a converti une caméra endoscope utilisée par les plombiers et autres professionnels de l’industrie pour imager les tuyaux de descente, et l’a couplée à un système sans fil envoyant des informations en temps réel avec juste un petit panneau solaire pour voir ce qui se passe 24 heures sur 24, 7 jours sur 7. «Certaines des choses les plus importantes pour cet article n’étaient pas vraiment les découvertes; c’est le processus de développement qui ouvre de nouvelles applications et de nouvelles voies de recherche, ce qui est vraiment passionnant», déclare Scott.

L’idée est venue à Scott alors qu’il faisait du bénévolat dans le laboratoire d’Osvaldo Sala à l’Arizona State University en utilisant une machine appelée mini rhizotron qui est utilisée pour compter les racines des arbres avec une caméra à travers un tube creux dans le sol. Scott pensa: « Si nous pouvons prendre des photos de racines, nous devrions pouvoir prendre des photos d’autres choses sous terre. » Donc finalement, quand Scott est venu au Maryland pour poursuivre son doctorat et a commencé à travailler avec Rabenhorst, tout s’est mis en place. Cependant, le processus n’a pas été sans défis.

«Une fois que quelqu’un a traversé tout ce long processus pour faire fonctionner quelque chose, alors nous pouvons le faire encore et encore facilement, mais cela prend beaucoup de temps pour le comprendre», dit Scott. « Il a fallu beaucoup de temps pour comprendre comment faire fonctionner cette caméra, et je me suis heurté à des barrages routiers où j’ai failli arrêter sans les idées et les suggestions des autres. »

Scott interpelle en particulier quelques personnes en cours de route qui ont contribué à faire avancer ce processus. Une assistante de premier cycle, Kristin Webb, a aidé à esquisser les conceptions initiales de la caméra. Un autre étudiant de premier cycle en science et technologie de l’environnement et récemment diplômé, William Jacob Mast, a contribué à la conception et à l’impression de la coque de l’appareil photo à l’aide d’une imprimante 3D. Et les collaborateurs espagnols du Conseil national espagnol de la recherche ont eu une idée similaire simultanément et ont aidé à trouver des moyens de convertir les images vidéo en images plates pouvant être analysées.

Scott insiste sur l’importance de la science collaborative tout au long de ce processus et souhaite mettre cette technologie à la disposition des autres afin qu’elle puisse faire progresser la science et, en fin de compte, la santé environnementale. «Je ne suis pas intéressé par le brevetage de cette technologie particulière parce que je veux que la science profite à tout le monde», explique Scott. «Ce n’est pas une question d’argent, mais d’impact sur l’environnement. En fait, j’ai dépensé mon propre argent pour aider à faire en sorte que cela puisse être construit avec le soutien du ministère, et je pense que si cela fonctionne, et si cela aide un autre scientifique à faire une découverte encore plus grande, alors cela en vaut la peine. Il s’agit d’aider le monde dans lequel nous vivons. « 

Scott est heureux de pouvoir contribuer à la science des sols et de se concentrer sur la restauration d’écosystèmes critiques comme les zones humides. «J’ai été ingénieur en environnement pendant des années, donc je suis intéressé à prendre soin de l’environnement, et une grande partie de ce que les ingénieurs en environnement font est de nettoyer les dégâts», dit Scott. « Tout ce que je fais maintenant est lié à la récupération et à la restauration des écosystèmes. J’avais l’habitude de nettoyer les dégâts, mais c’est un animal différent pour ramener les écosystèmes à leur ancienne gloire et restaurer leur fonctionnement écologique. »

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