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See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/286065684 Use of near-infrared reﬂectance spectroscopy in soil analysis. A review Article in Biotechnology, Agronomy, Society and Environment · January 2014 CITATIONS 4 READS 657 4 authors, including: Some of the authors of this publication are also working on these related projects: Métodos de procesamiento de la señal espectroscópica NIR: Aplicación al análisis cuantitativo y caulitativo de productos agroalimenarios View project Assessing Soil Quality in Wallonia and abroad View project Valérie Genot University of Liège 22 PUBLICATIONS 929 CITATIONS SEE PROFILE Pierre Dardenne Walloon Agricultural Research Centre CRA-W 330 PUBLICATIONS 5,626 CITATIONS SEE PROFILE Gilles Colinet University of Liège 167 PUBLICATIONS 1,438 CITATIONS SEE PROFILE All content following this page was uploaded by Gilles Colinet on 15 December 2015. The user has requested enhancement of the downloaded file. B A S E Biotechnol. Agron. Soc. Environ. 2014 18(2), 247-261 Le Point sur : L’intérêt de la spectroscopie proche infrarouge en analyse de terre (synthèse bibliographique) Valérie Genot (1), Laurent Bock (2), Pierre Dardenne (3), Gilles Colinet (2) (1) SPAA. Route de Dinant, 110. B-4557 Tinlot (Belgique). E-mail : Valerie.Genot@provincedeliege.be (2) Université de Liège - Gembloux Agro-Bio Tech. Unité Systèmes Sol-Eau. Passage des Déportés, 2. B-5030 Gembloux (Belgique). (3) Centre wallon de Recherches agronomiques (CRA-W). Département Valorisation des Productions agricoles. Chaussée de Namur, 24. B-5030 Gembloux (Belgique). Reçu le 19 février 2013, accepté le 10 décembre 2013. Cet article présente une revue bibliographique relative au développement de la spectroscopie proche infrarouge appliquée à l’analyse de terre en vue de contribuer à l’évaluation de la fertilité chimique des sols. Cette technique permet d’estimer la composition chimique des échantillons de terre grâce à leurs propriétés d’absorption de la lumière. Il s’agit donc d’une méthode de mesure indirecte nécessitant une phase d’étalonnage préalable à la prédiction des propriétés étudiées. Elle présente de nombreux atouts en comparaison aux analyses réalisées selon les méthodes de référence : rapidité, facilité de mise en œuvre sans consommation d’extractifs, etc. Très courante dans certains domaines, comme l’agro-alimentaire, elle a cependant tardé à être utilisée en analyse de terre en raison de la complexité de la matrice sol. Depuis une dizaine d’années, grâce notamment au développement des techniques chimiométriques, de très nombreuses recherches ont été effectuées pour évaluer son potentiel. La majorité d’entre elles ont conclu à la faisabilité de la prédiction pour un certain nombre de propriétés de sol, mais cette technique reste toutefois peu utilisée en routine à l’heure actuelle. Après une présentation de la technique et des méthodes d’analyses statistiques s’y rapportant, les caractéristiques du sol qui peuvent être prédites par cette technique sont présentées. Enfin, quelques exemples de résultats obtenus en analyse de terre sont détaillés, principalement pour la détermination du taux d’argile, du taux de carbone organique et de la capacité d’échange cationique. Mots-clés. Spectroscopie infrarouge, analyse de sol, fertilité du sol. Use of near-infrared reflectance spectroscopy in soil analysis. A review. This paper presents a literature review on the development of near infrared reflectance spectroscopy for soil analysis and the contribution of this technique to the evaluation of soil fertility analysis. This technique is used to estimate the chemical composition of soil samples on the basis of their absorption properties. It is therefore an indirect method of measurement, which requires a calibration phase for the prediction of these properties. NIR spectroscopy offers many advantages compared to reference analysis: it is known to be a physical, non-destructive, rapid, reproducible and low cost method. Often employed in other analytical domains, such as agro-food, NIR spectroscopy has, however, seldom been used in soil characterization, due to the complexity of the soil matrix. Thanks to the development of chemometric methods, numerous studies have recently been conducted to evaluate the feasibility of the application of the technique in soil analysis. Most authors conclude that NIR spectroscopy is promising; however, to date, use of the technique has not spread to routine laboratories. The paper is organized as follows. Firstly, we provide an overview of the NIR spectroscopy technique and related chemometric methods. Secondly, we describe the soil characteristics that can be predicted using this technique. Finally, we detail examples of results that have been obtained through the use of the technique, mainly in the determination of clay and organic carbon content, and of cation exchange capacity. Keywords. Infrared spectrophotometry, soil analysis, soil fertility. 248 Biotechnol. Agron. Soc. Environ. 2014 18(2), 247-261 Genot V., Bock L., Dardenne P. et al. 1. INTRODUCTION La fertilité d’un sol peut être définie comme son aptitude à produire de la biomasse végétale, le sol étant alors le support de la production. Il est fréquemment visualisé comme une boite noire dans laquelle on introduit des éléments fertilisants et dont on extrait des produits. Mais le sol est le siège d’une série de processus intervenant au sein de systèmes (sol – eau – plante – atmosphère) dynamiques et dont la compréhension est indispensable pour contribuer à une gestion qui concilie objectifs de production et durabilité environnementale (Genot et al., 2009). L’évaluation de la fertilité chimique passe par la réalisation d’une analyse en laboratoire, domaine dans lequel la spectroscopie proche infrarouge (SPIR ou NIRS pour Near InfraRed Spectroscopy) offre des perspectives intéressantes d’autant que, vu sa large utilisation dans le domaine agro-alimentaire, les laboratoires d’analyse de terre disposent très souvent d’un spectromètre. En effet, cette technique ne nécessite qu’une préparation minimale de l’échantillon, un faible besoin en matériel, une formation réduite des manipulateurs et offre une grande rapidité de mesure ainsi que la détermination simultanée de plusieurs composants (Russel et al., 2002). De plus, aucun extractif chimique n’est utilisé et des mesures in situ de propriétés physico-chimiques des sols sont également envisageables par cette technique (Viscarra Rossel et al., 2006), ce qui ouvre des perspectives en matière d’agriculture de précision. Enfin, la mesure de certaines propriétés chimiques ou biologiques des sols qui ne se réalise pas en routine actuellement, car les méthodes sont trop couteuses malgré leur intérêt dans l’évaluation de la fertilité du sol, pourrait être remplacée par une prédiction sur base de la spectroscopie proche infrarouge (Stenberg et al., 2010). La SPIR s’est tout d’abord très largement diffusée dans le monde de l’agro-alimentaire. Hart et al. (1962) et Massie et al. (1965) ont été parmi les pionniers, en utilisant la technique pour des analyses sur les céréales et les fruits. En parallèle, le développement de méthodes chimiométriques et de processeurs de plus en plus performants ont également grandement contribué à son succès. Elle a cependant tardé à être utilisée en analyse de terre compte tenu du caractère complexe du sol. Islam et al. (2003) décrivent le sol comme un système non idéal chimiquement et minéralogiquement, qui est plus complexe que les systèmes purs fréquemment étudiés dans les laboratoires. Bellon Maurel et al. (2010) justifient cette complexité par le fait que les échantillons de terre, contrairement aux produits issus du domaine agro-alimentaire, n’ont pas de code génétique avec, pour conséquence, un comportement beaucoup plus variable, des distributions asymétriques, etc. Les mécanismes du sol sont ainsi malaisés à comprendre complètement et les liens fondamentaux entre les mesures chimiques et les propriétés du sol sont complexes. Par conséquent, il est difficile de mettre directement en relation une caractéristique physique, chimique ou physico-chimique du sol avec une longueur d’onde particulière. Shepherd et al. (2002) indiquent ainsi que, dans l’objectif de réaliser un étalonnage des propriétés des sols, il est préférable d’utiliser l’information du spectre en entier, plutôt que de tenter d’interpréter les bandes d’absorption individuellement. Les premières publications sur les potentialités de la SPIR en analyse de terre apparaissent au début des années 1990 avec les travaux de Sudduth et al. (1991) et de Ben-Dor et al. (1995) . Elles ont ensuite connu une croissance exponentielle au cours des années 2000. Comme l’ont montré de nombreux auteurs (Dalal et al., 1986 ; Morra et al., 1991 ; Ben-Dor et al., 1995 ; Chang et al., 2001 ; Hummel et al., 2001 ; Chang et al., 2002 ; Fystro, 2002 ; Ludwig et al., 2002 ; Malley et al., 2002 ; Mc Carty et al., 2002 ; Reeves et al., 2002 ; Shepherd et al., 2002 ; Islam et al., 2003 ; Udelhoven et al., 2003 ; Van Groeningen et al., 2003 ; He et al., 2005 ; Brown et al., 2006 ; Nanni et al., 2006 ; Viscarra Rossel et al., 2006 ; Brunet et al., 2007 ; Terhoeven-Urselmans et al., 2008 ; Genot et al., 2011a ; etc.), la technique SPIR appliquée à l’analyse de terre présente ainsi de sérieux atouts en vue d’une utilisation en routine, en remplacement ou en parallèle aux protocoles classiques. Très présente dans le monde de la recherche, elle a cependant encore très peu émergé en routine dans les laboratoires d’analyse de terre ou en technique embarquée pour des mesures in situ. Actuellement, les laboratoires d’analyse de terre membres du réseau REQUASUD en Belgique (Genot et al., 2011b) utilisent cette technique pour prédire certaines propriétés de sol comme le carbone organique, la CEC, l’azote uploads/Management/ 2013-l-x27-interet-de-la-spectroscopie-proche-infrarouge-en-analyse-de-terres.pdf