Feux de forêt : les nanoparticules révèlent les conditions de combustion
Une étude menée par des chercheurs de l’Institut de physique du globe de Paris (IPGP) et de l’Université Paris Cité, en collaboration avec l’Université Memorial de Terre-Neuve et l’ENSMA de Poitiers, montre que la composition et les propriétés magnétiques des nanoparticules produites lors de la combustion de biomasse varient systématiquement avec l’intensité du feu. Ces résultats, publiés dans une revue internationale à comité de lecture, ouvrent la voie à de nouveaux marqueurs pour évaluer a posteriori les conditions d’incendie, sans avoir été témoin de l’événement.
Prélèvement d’échantillons de sols et de végétaux calcinés à Badger, au Canada, par les équipes de l’IPGP et du Memorial University of Newfoundland / @Sélène CALVEL
Date de publication : 29/06/2026
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Un enjeu majeur : comprendre les feux pour mieux protéger l’environnement
Les feux de forêt sont en augmentation mondiale, aggravés par le changement climatique. Un rapport du Programme des Nations Unies pour l’environnement (PNUE) anticipe une hausse de 30 % des incendies extrêmes d’ici 2050. Au-delà des dégâts visibles, ces incendies transforment profondément les sols et libèrent des éléments métalliques potentiellement toxiques, notamment sous forme de nanoparticules. Ces dernières, de taille inférieure à 100 nm, possèdent une grande surface réactive et peuvent se disperser dans l’atmosphère, les sols et les cours d’eau, transportant avec elles des métaux lourds ou des contaminants organiques.
Malgré leur importance, la nature et la concentration de ces nanoparticules incidentelles dans les cendres et le bois carbonisé restaient très peu étudiées.
Expériences contrôlées et analyses de pointe
L’équipe a brulé en laboratoire des échantillons de bruyère (Erica scoparia), espèce dominante des landes méditerranéennes, à trois températures différentes (400, 550 et 800 °C) et pour des durées variables (5, 15 et 30 minutes), reproduisant ainsi les principaux régimes d’incendie, du feu couvant au feu de cime intense. Les résidus de combustion ont ensuite été analysés par deux méthodes originales et complémentaires :
• La spectrométrie de masse à plasma inductif à temps de vol avec analyse de particules individuelles (spICP-TOFMS), hébergée sur la plateforme PARI de l’IPGP, qui permet de caractériser la composition élémentaire de chaque nanoparticule présente dans les lixiviats des résidus de combustion.
• Des mesures magnétiques (susceptibilité magnétique et aimantation) qui renseignent sur la concentration et la nature des oxydes de fer formés lors de la combustion.
Du fer au manganèse : une transformation dictée par la température
Les résultats révèlent une transformation radicale de la composition des nanoparticules en fonction des conditions de combustion. Les échantillons frais et brûlés à basse température (<400 °C) libèrent des particules majoritairement riches en fer (plus de 50 %). À l’opposé, les combustions à haute température (800 °C) libèrent des nanoparticules de manganèse (à plus de 95%). Entre ces deux extrêmes, à 550 °C, une population originale de nanoparticules bimétalliques fer-manganèse (FeMn) apparaît, témoignant d’interactions redox complexes entre ces deux éléments.
Par ailleurs, les mesures magnétiques montrent que l’intensité de la combustion favorise la transformation des phases initiales en éléments fortement magnétiques, telles que la magnétite, via l’action réductrice des gaz issus de la combustion de la matière organique des végétaux. L’aimantation à saturation (Ms), normalisée à la masse initiale (pré-combustion), augmente systématiquement avec la température et la durée de combustion.
Des marqueurs post-incendie pour l’évaluation environnementale
Ces résultats ont une portée pratique importante : ils établissent plusieurs proxies des conditions d’incendie, utilisables après le feu sans avoir été présent lors de l’événement. L’enrichissement en nanoparticules de manganèse dans les lixiviats de sols brulés, la signature magnétique élevée des résidus, ainsi que l’apparition de particules bimétalliques FeMn constituent autant d’indicateurs complémentaires de l’intensité de combustion.
Ces outils pourraient améliorer significativement les évaluations des risques environnementaux post-incendie, notamment en ce qui concerne la mobilité des métaux lourds vers les eaux de surface et les écosystèmes aquatiques. Des études complémentaires sur d’autres espèces végétales et d’autres types de sols permettront de généraliser ces résultats à différents contextes écologiques.
Référence de la publication
Calvel S.; Isambert A.; Tharaud M.; Chad C.; Carlut J.; Coudour B. and Benedetti M.F. Temperature-Dependent Particle Formation during Biomass Combustion: A Combined spICP-TOFMS and Magnetic Study. Environ. Sci. Nano 2026, 10.1039. https://doi.org/10.1039/D6EN00319B
Financements : Projet Post-FIRE (ANR-23-CE34-0010), programme PARI de l’IPGP, SESAME Île-de-France, IdEx Université de Paris (ANR-18-IDEX-0001), France 2030 (ANR-21-EXES-0002).
