Stage M2 - Cartographier l’infiltration de l’eau en 3D au cours du temps et ses impacts sur la structure du sol

Retour à la liste des résultats

Présentation INRAE

L’Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement (INRAE) est un établissement public de recherche rassemblant une communauté de travail de 12 000 personnes, avec 272 unités de recherche, de service et expérimentales, implantées dans 18 centres sur toute la France. INRAE se positionne parmi les tout premiers leaders mondiaux en sciences agricoles et alimentaires, en sciences du végétal et de l’animal. Ses recherches visent à construire des solutions pour des agricultures multi-performantes, une alimentation de qualité et une gestion durable des ressources et des écosystèmes.

Environnement de travail, missions et activités

Dans un contexte d’amplification des épisodes de sècheresse et de pluies intenses en raison du changement climatique, la gestion de l’eau est une problématique cruciale pour l’agriculture. L’organisation spatiale de la porosité constitue un facteur important du fonctionnement du sol et de sa capacité d’infiltration en particulier (Wahl et al., 2004 ; Rabot et al., 2018 ; Schlüter et al., 2020), mais peut être perturbée par certaines pratiques culturales.

Le travail du sol sous agriculture conventionnelle peut provoquer une déstabilisation des agrégats et la formation d’une croûte de battance, ce qui limite l’infiltration verticale de l’eau et contribue au ruissellement et à l’érosion des sols. L’agriculture de conservation (peu ou pas de travail du sol ; un couvert permanent en laissant au sol les résidus de culture et/ou en installant des plantes d’interculture ; des rotations plus longues avec une diversification des cultures) est une solution agroécologique qui tend à augmenter la connectivité des macropores et des biopores en particulier, ce qui favorise l’infiltration verticale de l’eau (Wahl et al., 2004 ; Alletto et al., 2022 ; Alletto & Bustillo, 2023). Cependant, l’hétérogénéité spatiale des infiltrations d’eau dans le sol et leur lien avec la structure pour ces différentes pratiques demeurent méconnues.

En 2025, une campagne d’acquisition à l’instrument NeXT de l’Institut Laue-Langevin (ILL, Grenoble) a permis de suivre l’infiltration de l’eau dans des sols limoneux venant d’agriculture conventionnelle, d’agriculture de conservation et sous prairie à l’aide de séries temporelles d’images 3D. Ces images sont obtenues par tomographie à neutrons, qui réagit avec l’hydrogène et permet de cartographier la répartition de l’eau dans un échantillon (Tötzke et al., 2017). Chaque image de tomographie à neutrons est combinée à une image de tomographie à rayons X, qui permet de caractériser la structure du sol, en particulier la porosité et les matières organiques (Schlüter et al., 2020). 

Objectifs et Missions

L'objectif de ce stage de recherche est d’explorer, pour la première fois, le rôle de l’hétérogénéité d’infiltration de l’eau sur la dynamique structurale du sol lors de la réhumidification, dans des sols intacts venant d’usages de sols contrastés. 

Vos missions se déclineront comme suit :

• Pré-traitement d’images issues de tomographie RX et neutrons
• Développement d’un protocole pour suivre l’évolution de l’eau dans le sol à partir des images à neutrons
• Segmentation de la porosité et des matières organiques par machine learning
• Extraction d’indicateurs morphométriques sur la porosité, les matières organiques, et leur évolution en lien avec l’infiltration de l’eau
• Interprétation des processus physiques du sol qui régissent l’infiltration de l’eau et la dynamique structurale

Le stage pourra démarrer entre janvier et février 2027 selon les formations. Si vous souhaitez postuler, merci d’envoyer un CV et une lettre de motivation en un seul PDF intitulé NOM_Prenom.pdf par courrier électronique à Clémentine Chirol (clementine.chirol@inrae.fr) et Marine Lacoste (marine.lacoste@inrae.fr). Les dossiers seront examinés au fil de leur réception, vous êtes donc encouragés à envoyer votre candidature rapidement.

Références bibliographiques

Alleto, L., & Bustillo, V. (2023). Fonctionnement hydrique des sols en agriculture de conservation. Agronomie, Environnement & Sociétés, 13(1), 1-25.

Alletto, L., Cueff, S., Bréchemier, J., Lachaussée, M., Derrouch, D., Page, A., ... & Bustillo, V. (2022). Physical properties of soils under conservation agriculture: A multi-site experiment on five soil types in south-western France. Geoderma, 428, 116228.

Rabot, E., Wiesmeier, M., Schlüter, S., & Vogel, H. J. (2018). Soil structure as an indicator of soil functions: A review. Geoderma, 314, 122-137.

Schlüter, S., Sammartino, S., & Koestel, J. (2020). Exploring the relationship between soil structure and soil functions via pore-scale imaging. Geoderma, 370, 114370.

Tötzke, C., Kardjilov, N., Manke, I., & Oswald, S. E. (2017). Capturing 3D water flow in rooted soil by ultra-fast neutron tomography. Scientific reports, 7(1), 6192.

Wahl, N. A., Bens, O., Buczko, U., Hangen, E., & Hüttl, R. F. (2004). Effects of conventional and conservation tillage on soil hydraulic properties of a silty-loamy soil. Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C, 29(11-12), 821-829.

Formations et compétences recherchées

Niveau d'études : Master 2 ou troisième année d’Ecole d’ingénieurs 
Formations recommandées : Sciences du sol, science de l’environnement, ou analyse d’image 

Modalités pour postuler

J'envoie mon CV et ma lettre de motivation