Carbone organique méthode Anne

A6 - méthode par oxydation forte et à la chaleur

Objectif

Le dosage du carbone organique total du sol nous permet d’évaluer la quantité de matière organique présente dans des échantillons de sols.

Principe

Le carbone de la matière organique est oxydé par un mélange de bichromate de potassium et d’acide sulfurique. On admet que l’oxygène consommé est proportionnel au carbone que l’on veut doser. Après la réaction, le bichromate en excès, qui n’a pas réagi avec l’échantillon, est titré par le sel de Mohr. Ce dosage permet de définir la concentration de carbone organique total.

La mesure de l’humidité résiduelle est nécessaire pour calculer la teneur en carbone organique

Condition de mise en œuvre

Matériel et fourniture

Matériel

• Gants nitrile ;

• masque ;

• blouse ;

• hotte ou espace ventilé ;

• 3 ballons jaugés (2 de V = 1 L et 1 de V = 250 ml) ;

• agitateur magnétique ;

• balance analytique de précision 0,1 mg ;

• papier absorbant;

• Pilon ;

• mortier ;

• tamis de maille 2 mm ;

• coupelle ;

• thermomètre ;

• bain chauffant à sec avec ses colonnes réfrigérantes et ses allonges de 500 ml à col rodé ;

• pipettes jaugées de 25 ml (graduée tout les 2,5 ml) ;

• propipette ;

• burette de 25 ou 50 ml ;

• système de fixation pour les allonges ;

• pipette automatique de 5 ml et embouts adaptés ;

• béchers de petite taille.

Réactifs

• Bichromate de potassium (K2Cr2O7) ;

• Acide sulfurique concentré (H2SO4 à 96 ou 98 % p/p, densité = 1.83 g/ml) ;

• acide orthophosphorique concentré (H3PO4 à 85% p/p, densité = 1.70 g/ ml) ;

• Chlorure de Baryum (BaCl2.2H2O) ;

• diphénylaminosulfonate de Barium (C24H20BaN2O6S2) ;

• ammonium-fer (II)

• sulfate hexahydraté (NH4)2Fe(SO4)2.6H2O ;

• eau déminéralisée.

Préparation des solutions

Attention, le bichromate de potassium est toxique et irritant, le port du masque, des gants et de la blouse est obligatoire.

Trois solutions sont à préparer. L’eau utilisée pour réaliser ces solution est de l’eau déminéralisée.

Solution 1 : Mélange oxydant au bichromate de potassium K2Cr2O7 : Après chaque pesée, la balance ainsi que la paillasse sont soigneusement nettoyées à l’aide d’un papier absorbant humidifié et jeté par la suite dans la poubelle adaptée.

Dans le ballon, équipé de l’agitateur, dissoudre 19,86 g de K2Cr2O7 dans 200 ml d’eau puis ajouter avec précaution 400 ml de H2SO4 et 200 ml de H3PO4. Amener le mélange à température ambiante en plaçant le mélange dans une cuvette remplie de glace (en maintenant l’agitation). Jauger à 1 L.

un précipité rouge peut se former dans le ballon si la solution est en dessous du seuil de solubilité. En principe l’ajout du reste de l’eau suffit à le dissoudre lentement.

Solution2 : Indicateur coloré, acide diphénylaminosulfonate : Dans le ballon jaugé, dissoudre 5 g de BaCl2.2H2O et 0,3 g de C24H20BaN2O6S2 dans 100 ml d’eau. Chauffer si nécessaire, sans dépasser les 100 °C.

il arrive fréquemment que des cristaux se forment après refroidissement et jaugeage de la solution. Ils ne perturbent en rien le bon déroulement de l’analyse.

Solution 3 : Sel de Mohr 0,4 M (à réaliser le jour de l’analyse) : Dans un ballon ou un bécher, dissoudre 156,86 g de (NH4)2Fe(SO4)2.6H2O dans environ 250 ml d’eau. Ajouter 20 ml de H2SO4 et diluer à 1 L.

Cette solution n’est pas stable. Il est donc préférable de la préparer le jour du dosage et de ne pas la stocker.

Réalisation de la mesure

1. Préchauffer le bain à sec à 150 °C sans les allonges.

2. Placer la prise d’essai de sol dans une allonge à col rodé à 500 ml.

3. Ajouter, à l’aide de la pipette, 25 ml de la solution 1 (mélange oxydant au bichromate de potassium K2Cr2O7) dans les allonges (échantillon + blanc). Attention ce mélange est très dense, il adhère aux parois de la pipette jaugée. Plusieurs pipetages peuvent être nécessaires.

4. Placer les allonges dans le bain à sec et raccorder les allonges aux réfrigérants et faire chauffer doucement le tout pendant 1h (ébullition lente et modérée).

5. Après 1h, retirer les allonges et les laisser refroidir.

6. Dans chaque allonge ajouter 100 ml d’eau distillée.

7. Ajouter ensuite 5 ml de la solution 2 (indicateur coloré).

8. Titrer le dichromate restant avec la solution 3 (sel de Mohr) : l’allonge à titrer est mélangée par l’agitateur magnétique surmontée de la burette remplie par la solution 3, jusqu’à ce que la couleur change de bleu-violet à vert.

9. Lorsque l’on observe ce changement de couleur, ajouter 2,5 ml de la solution de mélange au bichromate (solution 1) dans l’allonge et reprendre la titration goutte à goutte.

Il faut être très prudent lorsque l’on procède à cette deuxième titration. Le virage est très sensible et à lieu d’une goutte à l’autre mais arrive parfois avec un léger décalage.

Être très attentif lors de la manipulation du bichromate de potassium qui est un produit toxique. Utiliser un masque, des gants et une blouse lorsqu’on manipule ce produit

Tous les produits utilisés doivent être récupérés sous la hotte dans des bidons étiquetés. Ces bidons doivent être apportés à des personnes aptes à recycler ces réactifs..

Exploitation des données

Corriger la masse de la prise d’essai par l’humidité résiduelle (HR en %) calculé à l’aide du protocole D1. La masse corrigée M, de la prise d’essai initiale m, se calcule selon la formule : M (en g) = m – [(m x HR ) / 100]

1 équivalent-gramme de bichromate titre 1⁄4 d’atome de carbone, soit 3 grammes. Ainsi 1 ml de bichromate 0,4 M titre donc (3 x 0,4)/1000 gramme de carbone, soit 0.0012 g de carbone.

Le calcul de la teneur en carbone organique (Corg en %) se calcule selon la formule suivante :

Corg (en %) = [(V0 – V) x 0,12] / M

Avec, VO= volume de sol de Mohr utilisé pour la titration du blanc (ml) V = volume de sol de Mohr utilisé pour la titration de l’échantillon de sol (ml) M = masse corrigée de la prise d’essai de sol (en g)

La teneur en carbone organique est exprimée en % (ou en g / 100 g) de terre séchées à 105 °C.

Il est possible de convertir le Corg obtenue en teneur de matière organique à l’aide d’un facteur correctif (1,72). En général, on admet que la matière organique du sol contient 58 % de carbone .

MO (%) = Corg (%) x 1,72

L’utilisation du facteur multiplicatif de 1.72 (=100/58) n’est qu’une approximation, valable seulement pour la plupart des horizons de surface de sols cultivés (prendre 1,9 pour un échantillon provenant d'un horizon de surface de sol forestier).

La matière organique occupe dans le sol des rôles variés. La formation de complexe argilo- humique amplifie grandement la capacité d’adsorption et de rétention de l’eau, augmente la capacité d’échange cationique du sol et retient les nutriments assimilables par les plantes.

Le référentiel pédologique propose 4 catégories principales selon les taux de carbone organique contenu dans un horizon.

Catégories	Teneur en carbone organique
Minéral	< 0.1 %
Organo-minéral	de 0.1 % à 8 ± 2 %
Hémiorganique	de 8 ± 2 % à 30 ± 5 %
Holorganique	> 30 ± 5 %

Références

Manuel de laboratoire, Le carbone organique (méthode Anne simplifiée) - Université de Neuchâtel, 2007.

Dabin, B (1970). Analyse des matières organiques dans les sol. O.R.S.T.O.M.

Baize, D. (2009). Référentiel pédologique 2008. Editions Quae.