Les caractérisations hydrodynamiques

Figure III-18 : Profil d'azote total (N kg/ha) en parcelle enherbée bas, le 5 mai 1999,

Rouffach, (68, France).

Cumul des teneurs en azote organique

-140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 0 5000 10000 15000 20000 25000 ^{kg N/ha}30000 P rofondeur ( cm ) DH DB EB

Figure III-19 : Cumul des teneurs en azote total (N kg/ha) sur les trois fosses (EB, DB, DH), le 5

mai 1999, Rouffach (68, France)

Le rapport C/N<10 est satisfaisant du point de vue agronomique et indique que les conditions d’évolution de la matière organique incorporée au sol sont stables et favorables. Il vaut 8.7 et 8.8 respectivement en parcelles désherbée et enherbée, valeurs établies par la SADEF pour la couche de sol de surface, correspondant à un rapport C/N d’un sol viticole. Il ne permet pas de différencier les deux itinéraires techniques.

La comparaison des quantités d’azote sur tout un profil entre les différentes fosses ne permet pas de déduire si effectivement l’enherbement transforme le stock d’azote minéral en azote organique du fait du manque de précision des mesures.

III.4.6. Les caractérisations hydrodynamiques.

Le fonctionnement hydrodynamique d’un sol est contrôlé par deux caractéristiques macroscopiques dépendant à la fois de sa texture et de sa structure :

— la courbe de rétention hydrique, qui relie la teneur en eau volumique à la tension hydrique h, et qui exprime la capacité du sol à retenir l’eau en fonction de son état énergétique ;

— la courbe de conductivité hydraulique K, qui exprime la capacité du sol à transmettre l’eau en fonction de son état de saturation mesuré par h ou θ.

Au laboratoire du CEREG-ENGEES, à partir des échantillons de sol non remanié, la teneur en eau massique des échantillons a été mesurée en fonction de la succion imposée.

III.4.6.1. Courbe de rétention.

La méthode utilisée est celle du bac à sable et à kaolin (Viville et Ambroise, 1982). Les succions imposées s’échelonnent entre la saturation (h=+2.5 cm) et –500 cm (pF = 2.7).

La critique du dispositif expérimental de mesure en laboratoire que nous pouvons faire est centrée sur la gamme de mesure. Les succions sont plutôt faibles et ne représentent pas l’ensemble des valeurs prises sur le terrain (0≤h≤999cm). Pour palier ce problème, nous avons fixé une valeur de teneur en eau résiduelle valable pour les fortes succions, fixée dans la bibliographie du logiciel RETC de Van Genuchten et al., 1991, 1994). Pour un limon argileux θ_r =0,067.

L’établissement des courbes de rétention a été obtenu par le logiciel RETC de Van Genuchten et al., (1991). Les valeurs mesurées ont permis de caler la courbe de rétention selon la formulation classique de Van Genuchten (cf Chapitre I). Les résultats du calage des paramètres avec les mesures sur échantillons de sol sont présentés en annexe 6.

Pour tous les paramètres (α, n, θsat, θres), les valeurs moyennes trouvées ont un écart type important, il est alors difficile de prendre une valeur représentative pour chaque horizon. Nous discernons pourtant plusieurs points (tableaux III-5 et III-6).

Enherbée θθθθs (%vol) αααα (1/cm) n

Profondeur

(cm) (Ecart type) ^Moyenne (Ecart type) ^Moyenne (Ecart type) ^Moyenne

0-30 0.45 (0.04) 0.068 (0.024) 1.143 (0.035)

30-60 0.44 (0.03) 0.034 (0.015) 1.207 (0.041)

60-90 0.48 (0.03) 0.051 (0.001) 1.259 (0.033

90-120 0.48 (0.02) 0.040 (0.010) 1.228 (0.017)

120 et + 0.43 (0.02) 0.024 (0.010) 1.158 (0.036)

Tableau III-5 : Paramètres de caractérisation hydrodynamique en parcelle enherbée, issus du calage par RETC, site de Rouffach (68, France).

Désherbée θθθθs αααα (1/cm) n

Profondeur

(cm) (Ecart type) ^Moyenne (Ecart type) ^Moyenne (Ecart type) ^Moyenne

0-30 0.45 (0.03) 0.169 (0.119) 1.155 (0.035)

30-60 0.49 (0.02) 0.194 (0.015) 1.189 (0.010)

60-90 0.45 (0.02) 0.295 (0.181) 1.140 (0.024)

90-120 0.49 (0.02) 0.234 (0.025) 1.186 (0.014)

120 et + 0.44 (0.02) 0.251 (0.271) 1.170 (0.033)

Tableau III-6: Paramètres de caractérisation hydrodynamique en parcelle désherbée issus du calage par RETC, site de Rouffach (68, France).

— Les valeurs de θsat trouvées par calage des mesures ont un coefficient de variation inférieur à 10%. Elles sont comparables entre les deux parcelles enherbée et désherbée, se situant entre 0.43 et 0.49. Cependant les valeurs élevées (48-49%) témoignant d’une bonne capacité de rétention ne caractérisent pas les mêmes couches de sol que nous soyons en parcelles enherbée (couche 60-90-120 cm) ou désherbée (30-60 et 90-120).

paramètre de dilatation de la courbe, et par conséquent de la capacité de rétention du sol.

— Le paramètre n est lui aussi comparable entre les deux parcelles, et l’écart type est réduit (coefficients de variation compris entre 1 et 5%). Il est important que la variabilité du coefficient n soit faible, car il correspond au terme de puissance de l’équation (I.8) du Chapitre I.

Pour indication, les valeurs pour un sol limoneux argileux tirées de Van Genuchten et

al., (1991) valent (tableau III-7) :

Texture θθθθr θθθθs αααα [1/cm] n Ks [m/s]

Sable limoneux 0.06 0.45 0.020 1.41 1.26.10-6

Tableau III-7 : Valeurs rencontrées dans Van Genuchten et al., (1991), pour la caractérisation hydrodynamique.

Figure III-20 : Courbe de rétention en échelle logarithmique pour la couche de sol 0-30 cm de profondeur, des parcelles enherbée, désherbée et de celle d’un sol Limoneux Argileux (source

Van Genuchten et al., (1991)), Sol de Rouffach (68, France).

Remarquons plusieurs points à partir de la figure III-20, les courbes de rétention des parcelles enherbée et désherbée diffèrent pour les fortes succions de la courbe référence pour un type de sol Limono Argileux de la bibliothèque RETC. Pour les succions inférieures à 1000 cm les comportements des trois courbes sont semblables. Soulignons que malgré un jeu de paramètres différents, les courbes de rétention représentant les parcelles enherbée et désherbée sont similaires. Les coefficients de corrélation entre la série mesurée et la série simulée par les relations de Van Genuchten valent 0.98 et 0.99 respectivement pour les séries enherbée et désherbée, ce qui démontre une excellente adéquation pour la gamme mesurée. Notons aussi que les mesures de succion/teneur en eau de laboratoire se situent

1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 1.E+07 1.E+08 1.E+09 1.E+10 1.E+11 1.E+12 1.E+13 1.E+14 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 Teneur en eau (%) Succion ( c m) Enherbée 0-30 cm RETC Limon Argileux Désherbée 0-30 cm Mesures Enherbée EI4 Mesures Désherbée DI4

(-) 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 1.E+07 1.E+08 1.E+09 1.E+10 1.E+11 1.E+12 1.E+13 1.E+14 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 Teneur en eau (%) Succion ( c m) Enherbée 0-30 cm RETC Limon Argileux Désherbée 0-30 cm Mesures Enherbée EI4 Mesures Désherbée DI4

similarités avec la courbe référence et ne permettrait de valider les jeu de paramètres respectifs seulement pour une gamme de succion réduite. Toutefois nous admettrons le jeu valable pour toute la gamme de succion.

III.4.6.2. Conductivité hydraulique.

La formulation du modèle de Mualem, (1976), qui a été adoptée pour l’établissement de la courbe de la perméabilité en fonction de la succion, nécessite la connaissance de Ks.

La conductivité hydraulique à saturation des échantillons de sol non remanié a été déterminée en laboratoire par la méthode du perméamètre à charge constante, décrite dans Viville, (1985), il s’agit d’une application simple de la loi de Darcy. La conductivité de chaque échantillon a été mesurée 5 fois. Dans le tableau III-8, nous présentons la moyenne et les extrema associés.

Ksat 10-5 [m/s] ^{Enherbée Désherbée} Couche de sol Nombre de répétitions par Nombre

d’échantillons ^{Min Moyenne} (Ecart type) ^{Max Min}

Moyenne

(Ecart type) ^Max

0-30 cm 5×6 0.05 1.62 (1.39) 4.20 0.11 0.55 (0.54) 1.47

30-60 cm 5×6 0.56 1.81 (1.09) 2.60 0.25 0.63 (0.50) 1.20

60-90 cm 5×3 0.94 2.05 (0.9) 2.87 0.12 0.52 (0.36) 1.13

90-120 cm 5×3 1.40 2.44 (1.79) 4.51 0.74 0.86 (0.13) 1.00

120 cm et + 5×3 0.29 0.39 (0.08) 0.45 0.20 0.60 (0.52) 1.70

Tableau III-8 : Conductivités hydrauliques obtenues en laboratoire pour les parcelles enherbée et désherbée à partir des échantillons du site de Rouffach (68, France).

D’une façon générale, la variabilité spatiale des valeurs est élevée (entre 15 et 100%). Au vue des difficultés à déterminer ce paramètre, l’ordre de grandeur suffit généralement à caractériser un site. Nous avons un sol à conductivité hydraulique [10^-5 ; 10^-6 m/s] considérée comme moyenne dans la classification de Kutilek et Nielsen (1994).

La valeur trouvée pour un Limon Argileux dans la bibliothèque intégrée à RETC, donne une conductivité hydraulique de : 1,26 10^-6 m/s.

Nous avons aussi effectué des essais (trois par parcelle, à 12 cm de profondeur en parcelle enherbée, et à 8 cm de profondeur en parcelle désherbée) avec le système TRIMS ou infiltromètre multidisque à succion contrôlée (Haverkamp et al., 1994, Angulo-Jaramillo et al., 1996; Damiron, 1996).

Les résultats donnent :

— en parcelle enherbée à 12 cm de profondeur, h=–30 mm ; K

[

]

s∈ ⋅ − . — en parcelle désherbée à 8 cm de profondeur , h=–30 mm ; K

[

]

s∈ ⋅ − . Ces ordres de grandeurs confirment les mesures de laboratoire sur échantillon de sol non remanié et ainsi valident les résultats.

Cependant, en comparant les résultats des parcelles enherbée et désherbée (tableau III-8), il semble que la conductivité hydraulique de la parcelle enherbée, de l’ordre de 10^-5 m/s, oscille entre le double ou le triple de celle de la parcelle désherbée (10^-6 m/s), pour les horizons entre 20 et 60 cm, soit deux à trios foix plus

une meilleure aération du sol. En effet il est courant de constater que la conductivité hydraulique et la densité apparente sont anticorrélées.