L'objectif principal de ce travail était d'étudier la variabilité spatiale des mouvements de gaz dans le sol. Trois sous-objectifs ont été complétés: 1) le développement d'une méthodologie pour la mesure de la concentration des gaz dans le sol, 2) l'étude de la variabilité spatiale de la diffusion des gaz dans le sol à l' échelle de monolithes et, 3) l'étude de la variabilité spatiales des émissions de CO₂ à différentes échelles en lien avec plusieurs paramètres physico-chimiques du sol. Pour répondre au premier sous-objectif, plusieurs aspects méthodologiques ont donc été développés. 1) Une méthode d'analyse des gaz (C0₂, N₂0, CH₄ et O₂) a été mise au point sur un appareil portable de chromatographie en phase gazeuse. 2) Des tests de cinétiques 'et d' isothermes de sorption ont été réalisés afin de sélectionner le bouchon de fioles d' échantillonnage le plus adéquat pour l' entreposage des échantillons de gaz. 3) Des courbes de calibration ont été développées pour relier la teneur en eau volumique à la constante diélectrique d'un sol organique à l'aide de la réflectométrie temporelle. La teneur en eau étant nécessaire pour le calcul de la teneur en air du sol, important pour le mouvement de gaz. Les résultats associés au deuxième sous-objectif ont montré que 1) la variabilité des coefficients de diffusion relatifs des gaz dans le sol (Ds/Do) était très élevée avec des coefficients de variation atteignant jusqu'à 125 % dans un sable loameux et 56 % dans un sol organique; 2) la méthode de calcul de Ds/Do, la position des sondes à gaz et les processus d'échantillonnage de gaz dans le profil de sol ont influencé la variabilité apparente de Ds/Do; et 3) "la porosité du sol ainsi que sa teneur en air ont influencé la variabilité de Ds/Do. Ces paramètres à eux seuls n' ont pas permis d'expliquer l'ensemble des variations observées. D'autres facteurs tel que la macroporosité du sol (fissures, galeries de vers de terre) doivent être pris en compte. Les résultats associés au troisième sous-objectif, complété avec l'analyse de la variabilité spatiale multi-échelles multi-variée réalisée à partir de la méthode CRAD, ont montré 1) l'importance d'analyser les relations entre les émissions de CO₂ et les paramètres physico-chimiques à différentes échelles (non-spatiale et spatiales à grande et petite échelles), 2) les corrélations spatiales sont plus fortes lorsque la variable est analysée aux différentes échelles que lorsqu'elle est analysée avec sa distribution totale, 3) les paramètres physico-chimiques du sol les mieux corrélés aux émissions de CO₂ aux différentes échelles sont ceux en lien avec les paramètres gazeux du sol soit, les concentrations en O₂ et CO₂, Ds/Do et, la teneur en air du sol, 4) les paramètres physicochimiques du sol mesurés en profondeur (0.30 m) semblent présenter des corrélations plus fortes que les paramètres du sol mesurés en surface (0.15 m) et 5) seule une portion de la variation des flux de CO₂ semble explicable par la variation des paramètres physico-chimiques du sol aux différentes échelles et . donc, d'autres paramètres nonmesurés comme la macroporosité auraient des impacts importants sur la variabilité des émissions. L'ensemble des résultats de cette étude montre que la variabilité spatiale des paramètres physico-chimiques des sols, notamment ceux en lien avec les paramètres gazeux du sol, influence la variabilité spatiale des mouvements de gaz dans le sol et des émissions vers l'atmosphère. Cependant, les relations sont complexes et dépendantes de l'échelle d'analyse.

L'étude menée dans cette thèse avait pour but de développer et d'approfondir nos connaissances sur la relation entre le mouvement diffusif des gaz dans le sol et certaines propriétés physiques du sol, à trois niveaux d'observations : micro-, méso- et macroéchelle. À cette fin, cinq objectifs ont été définis : (1) micro-échelle - mise en évidence de la relation entre la porosité du sol, décrite par des paramètres multi-fractals et calculée sur des images de systèmes porals en 3-D obtenues de données CT scan (tomodensitométrie assistée par ordinateur), et la diffusion des gaz mesurée en laboratoire à méso-échelle; (2) méso-échelle - mesures sur des colonnes de sol en laboratoire des coefficients de diffusion relatifs des gaz dans le sol (Dc/D0) et sélection d'un modèle de prédiction optimal basé sur des caractéristiques physiques du sol; (3) macro-échelle - mise en application du modèle de prédiction de Ds/D0 par une analyse temporelle des patrons de distribution spatiale multi-échelles de Ds/D0 en sol agricole; (4) multi-échelle - intégration de DJD0 et de sa relation avec les paramètres physiques des sols agricoles décrivant la porosité aux trois niveaux d'observations; (5) macro-échelle - application concrète du transfert d'échelle (méso à macro) par une approche simple permettant d'estimer l'oxydation du méthane dans un sol de recouvrement de site d'enfouissement. Les résultats ont montré que : (1) à micro-échelle, il existe une forte corrélation entre Ds/D0 et certains paramètres multi-fractals décrivant la porosité du sol. Une loi de puissance d'ordre deux serait applicable comme relation d'échelle de Ds/D0. (2) À mésoéchelle, le modèle de Millington et Quirk (1961), aussi une loi de puissance, s'avère être le plus performant pour les sols agricoles et le sol de recouvrement de site d'enfouissement. (3) À macro-échelle, ce modèle permet l'analyse de la variabilité spatio-temporelle de Dç/Do à l'échelle d'un champ. Cela a révélé une variabilité spatiale élevée de Ds/D0, dépendante de la distance dans le champ, et dont la structure spatiale se maintient au cours d'une saison de croissance. (4) L'intégration de ces trois échelles a permis d'esquisser un pont empirique entre certaines propriétés physiques du sol et Ds/D0 sur trois niveaux d'observations. (5) Une approche simple a pu être validée à macro-échelle où ce modèle de prédiction de Ds/D0 s'est avéré adéquat pour estimer l'oxydation du méthane à partir de propriétés physiques du sol faciles à mesurer.