Chroniques de tensiométrie
, & ( , / ' 0 1 2 . % , . & " ( - , " - . % " * , , ( + " ( ( % 3 ( ( 4 + " ( $ 5" .% ' ( , " 65 + , ( " %Le but de l’étude (Zida, 1998) est de comprendre la façon dont les différents horizons interagissent en fonction de leurs caractéristiques hydrodynamiques intrinsèques, et d’avoir une vision globale du fonctionnement hydrique de la toposéquence.
Dans un premier temps, nous n’analyserons pas en détail ces chroniques, et nous nous contenterons d’en tirer quelques enseignements généraux sur le comportement hydrique des sols du bassin. Une analyse plus complète sera effectuée au moment de choisir les fonctionnelles que l’on utilisera pour représenter les caractéristiques hydrodynamiques des sols, en s’appuyant sur la modélisation de la réponse du transect de tensiomètres aux événements pluvieux (Partie IV, Chapitre 2).
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Figure 7 : Transect supportant les tensiomètres.
Le site III se situe dans le domaine bien drainé, les autres étant dans le domaine hydromorphe. Le transect est situé dans une partie concave, les pentes étant plus fortes en haut du transect que dans sa partie basse.
Nous allons analyser rapidement ces chroniques, manuelles puis automatiques, afin d’en tirer les enseignements qu’elles nous apportent sur le fonctionnement des horizons pédologiques « en place ».
I.1. Chroniques manuelles de tensiométrie, fréquence hebdomadaire
Ces chroniques vont de fin février 1995 à fin juillet 1995, avec une fréquence quasi-hebdomadaire, mise à part une lacune couvrant tout le mois d’avril, et la première quinzaine de mai. Elles concernent les trois sites de l’amont (I, II et III). Une autre chronique, ne concernant que le mois de décembre 1995, montre l’évolution des pressions en eau sur le seul site 0 ; on ne s’en servira pas. Elles sont reportées sur la figure 8 de la page suivante.
Globalement, le profil du site I est complètement saturé jusqu’au début mars, où la pluviométrie décroît assez nettement et où l’influence de l’évapotranspiration commence à s’affirmer. Jusqu'à la fin mars, le profil de ce site est quasiment hydrostatique (avec une nappe encore à seulement 20 cm de profondeur à cette date). Ensuite, on voit nettement l’influence de l’évaporation sur le profil.
Quand le profil est saturé, les pluies n’ont aucune influence sur lui (ce qui était assez prévisible) ; par contre, les tensiomètres des horizons Lg et Ea réagissent brusquement à des pluies mêmes minimes (1 à 2 mm, tombés quelquefois 1 ou 2 jours avant la mesure), ce qui laisse supposer que l’horizon Ea fait un barrage aux écoulements, et/ou que la porosité et la conductivité de ces horizons sont très faibles et la frange capillaire importante.
Si l’on s’intéresse maintenant aux profils des sites II et III, on voit que le profil n’est jamais complètement saturé. Globalement, le niveau de la nappe décroît assez régulièrement au cours des mois de février et mars (ensuite le toit de la nappe sort du champ des tensiomètres). Le processus de ressuyage a l’air plus rapide dans l’horizon labouré du site II que du site III, puisque un ou deux jours après la pluie, le tensiomètre de surface est revenu à une charge hydraulique inférieure à celle du deuxième tensiomètre, ce qui n’est pas le cas au niveau du site III. Nous étudierons toutefois plus en détail la dynamique d’infiltration et de ressuyage en exploitant les chroniques d’acquisition automatique.
Topographie -0.5 0 0.5 1 1.5 2 50 55 60 65 70 75 80 85 Distance au ruisseau, en m
Altitude par rapport au ruisseau, en m
21-févr 02-mars 09-mars 16-mars 29-mars 19-mai 26-mai 31-mai 08-juin 22-juin 27-juin 14-juil 21-juil 31-juil Site 0 Site I Site II Site III
Figure 9 : Evolution de la nappe des altérites de schistes en hiver/printemps 1995.
Quant à la forme de la nappe, on n’en a qu’une vision partielle puisque l’on ne dispose pas à cette période de mesure vers l’aval du transect. On remarque toutefois que le gradient est d’autant plus fort que la pluie précédente a été forte et est peu éloignée dans le temps, ce qui est assez logique (de l’ordre de 1.2 à 1.5 %). La nappe est presque toujours bombée au niveau du site II, comme si le ressuyage vertical s’y produisait plus rapidement dans les horizons supérieurs, ou que les écoulements vers l’aval y étaient freinés. En général, les mesures sont effectuées un ou deux jours après une précipitation, quand l’hydrogramme est en phase de récession.
Date Site I / Site II Site II/ Site III Site I / Site III Débit en l/s à Kervidy Remarques Gradient topographique en % 3.7 4.5 3.9 21/02 1.6 1.3 1.5 300 Récession de 400 à 200 l/s 02/03 1.4 1.1 1.3 150 Plat
Gradient hydraulique 09/03 1.7 0.85 1.5 200 Récession de 700 à 100 l/s
en % 16/03 0.8 0.4 0.7 150 Fin de la même récession
29/03 0.8 0.4 0.7 150 Récession d’une très légère crue (100 à 80)
Tableau 5 : Evolution du gradient hydraulique.
I.2. Chroniques automatiques de tensiométrie, fréquence sub-horaire
Après avoir analysé les tendances globales de la dynamique de l’eau dans le sol depuis la fin de l’hiver au début de l’été 1995, via les chroniques manuelles de tensiométrie, on passe maintenant à une analyse plus fine des profils de pression capillaire, acquis avec un pas de temps de 15 minutes à l’automne 1995.
Nous ne disposons malheureusement pas des débits dans le ruisseau à cette période, les modifications effectuées au niveau de la station de jaugeage de Kervidy n’ayant pas donné lieu à l‘établissement d’une nouvelle courbe de tarage. On analysera donc seulement l'évolution des profils de charge au niveau de ce transect. Sur la période où les chroniques semblent fiables (soit de début septembre à fin novembre 1995), le rôle principal des précipitations semble être de remplir les réserves en eau du sol :
les profils ne sont donc guère saturés, et les chroniques ne permettent pas d’appréhender le fonctionnement du transect en hiver, quand les réserves du sol sont reconstituées.
Site 2.Charge Hydraulique
-600 -500 -400 -300 -200 -100 0 100 9/11 0:00 10/11 0:00 11/11 0:00 12/11 0:00 13/11 0:00 14/11 0:00 15/11 0:00 Charge hydraulique, en cm 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 Pluie en mm L (7.5 cm) L (14.5 cm) L (26 cm) Eg (32.5 cm) BTg (55 cm) Cg (74.5 cm) Cg (101 cm) Pluie
Figure 10 : Evolution de la charge hydraulique en fonction du temps. Site 2. Evénement du 10 au 12 novembre 1995. -600 -500 -400 -300 -200 -100 0 100 0 20 40 60 80 100 120 Profondeur, en cm Charge hydraulique, en cm 10/11/95 0:00 10/11/95 9:00 10/11/95 12:00 10/11/95 21:00 11/11/95 0:00 11/11/95 3:00 11/11/95 6:00 11/11/95 9:00 11/11/95 12:00 11/11/95 15:00 11/11/95 18:00 11/11/95 21:00 12/11/95 0:00
Figure 11 : Evolution du profil de charge hydraulique. Site 2. Evénement du 10 au 12 novembre 1995.
La figure 10 illustre l’évolution de la charge hydraulique mesurée par chaque tensiomètre du site 2, au cours de l’événement pluvieux du 10 au 12 novembre 1995. La figure 11 illustre l’évolution résultante du profil de charge. On voit que même à cette période, la saturation n’est pas atteinte dans le profil. Nous ne donnons ici que ce qui nous semble être les traits marquants de ces chroniques : une analyse plus poussée sera menée au deuxième chapitre de la partie IV, pour aider au choix des caractéristiques hydrodynamiques des horizons et des fonctionnelles utilisées pour les décrire, en confrontant les chroniques tensiométriques disponibles aux résultats des simulations de leur comportement hydrodynamique.
1. Les profils de pression et de charge hydraulique obtenus ont souvent une allure en « zig-zag » assez surprenante, qui suggère un décalage constant des tensiomètres entre eux, peut-être dû à un mauvais étalonnage, ou à la présence d’air dans les cannes.
2. Cette impression est accentuée par le fait que malgré une réponse rapide des profils, qu’il s’agisse d’humidification ou de dessèchement (une à deux heures en général), les profils sont toujours éloignés de l’équilibre hydrostatique.
3. On peut toutefois retenir qu’il arrive fréquemment qu’une nappe perchée fugace se développe au dessus de l’horizon Ea pour le site I (et pas pour les autres, où la pression est transmise de façon beaucoup plus régulière), qui perdure quelques heures (5 à 6 pour donner un ordre de grandeur). On n’a pas une vision suffisante du fonctionnement de la toposéquence dans son ensemble pour juger :
- s’il y a alimentation de la nappe par l’amont ou si celle-ci est seulement due à l’infiltration de la pluie,
- de l’importance que peuvent avoir les écoulements latéraux que la nappe provoque. 4. Le haut du profil du site II semble s’assécher plus rapidement que celui du site amont, ce qui
surprend, compte tenu de leurs développements de profil respectifs : les conductivités à saturation déterminées par Widiatmaka (94) sont en effet très faibles pour les horizons correspondants, celles calculées par Llados Soldevila (1997) rendent cette observation plus compréhensible.
5. Les tensiomètres situés au bas des horizons labourés atteignent parfois la saturation alors que les tensiomètres sus-jacents restent à des pressions négatives : ceci suggère qu’une partie des écoulements se fait par des voies d’écoulement préférentielles, court-circuitant la microporosité. Toutefois, cette remarque est à nuancer, compte tenu des incertitudes que l’on a sur les valeurs « absolues » indiquées par les tensiomètres (voir remarque 1)
6. Au total, il est difficile à ce niveau de trancher entre ce qui provient d’erreurs de mesure ou de décalage de tensiomètres en pression, et ce qui provient de phénomènes réels.