2.1.1 Mise en place des cases lysimétriques
2.1.1.1 Mise en place du dispositif
Le dispositif se compose de 12 cuves en inox de 2 m² de surface (1,415 m x 1,415 m) et 1 m de profondeur. Au fond de chacune des cuves, une grille a été disposée afin de permettre l'évacuation des eaux de percolation via un tuyau vers un bac collecteur, tous deux en inox. Préalablement au remplissage des cuves avec les sols, une série de tests a été menée dans le but d’estimer d’éventuelles pertes en eau et en pesticide (isoproturon) le long des tuyaux (Cherrier et al., 2002). A l’issue de ces tests, un plan d’expérience en 3 blocs correspondant aux 3 répétitions a été adopté de manière à ne pas rapprocher les cases d’un même sol (planche 2.1.1).
2.1.1.2 Remplissage des cases avec le sol
Les cuves ont été remplies de manière à reconstituer des profils de sol d’une profondeur d’un mètre. Au total, sont représentés dans les cases, quatre types de sols issus de quatre sites expérimentaux :
(1) la station expérimentale INRA de Champ-Noël (Ile-et-Vilaine), (2) la station expérimentale EDE de Kerguéhennec (Morbihan), (3) la station expérimentale EDE de Kerlavic (Finistère),
(4) et la ferme expérimentale de l’ENSAIA-INPL (la Bouzule, Meurthe-et-Moselle, Lorraine).
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CASES 1, 5, 9 : sol de Kerlavic CASES 2, 6, 10 : sol de Kerguéhennec CASES 3, 7, 11 : sol de Champ-Noël CASES 4, 8, 12 : sol de Lorraine
BACS DE RECEPTION DES PERCOLATS 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 BLOC 1 BLOC 2 BLOC 3 CASE 1 CASE 11 CASE 12 CASE 10 CASE 9 CASE 8 CASE 7 CASE 6 CASE 5 CASE 2 CASE 3 CASE 4 RESEAU DE TUYAUX ENTERRES 2 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Dispositif des 12 cases lysimétriques
Bacs de réception des percolats
Planche 2.1.1 : Plan du dispositif de cases lysimétriques
Des horizons de sol d’une épaisseur différente suivant le profil pédologique (tableau 2.1.1) ont été prélevés à chaque site et transportés jusqu’à la station de Kerlavic. A la réception, les terres ont été étalées pour séchage et décompactées. La reconstitution des profils de sol a ensuite été réalisée respectant un délai de quelques jours entre la pause de chaque horizon afin de laisser à la terre le temps de s’adapter aux dimensions des cases. Le calcul du poids de terre à apporter par horizon a été fait en se basant sur une densité moyenne de 1,5 g.cm-3 pour les horizons de 20 à 100 cm. L’horizon superficiel (0-20 cm) a été reconstitué avec de la terre de surface en fonction de la place laissée vacante.
Tableau 2.1.1 : Epaisseur des horizons prélevés et reconstitués par sol
Kerlavic Kerguéhennec Champ-Noël Lorraine
0-20 0-20 0-25 0-20
Epaisseur des 20-40 20-40 25-45 20-35
horizons (en cm) 40-60 40-60 45-70 35-60
60-80 60-80 70-100 60-100
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Dans le but d’examiner l’homogénéité des 3 cases-répétitions d’un même sol en terme de fonctionnement hydrique, un bilan hydrique a été réalisé par case de sol après reconstitution des profils (Cherrier et al., 2002). Les bilans se sont montrés cohérents pour les cases-répétitions d'un même sol.
L’un des objectifs de notre étude étant d’analyser le transfert de pesticides en relation avec le comportement hydrodynamique, nous n’avons pas voulu perturber la structure et les écoulements d’eau au sein des profils de sol reconstitués (en faisant des trous). Par conséquent, aucun aménagement supplémentaire de type tensiomètre ou sonde à neutrons n’a été effectué pour instrumenter les cases. Ces appareils de mesure nous auraient permis de suivre avec précision l’évolution dans le temps de l’état de saturation des sols au sein des cases. Seule l’installation de bougies poreuses avait été décidée au moment de la mise en place pour compléter le suivi de la solution du sol. Cependant, aucun usage n’en a été fait dans le cadre de cette étude.
2.1.2 Présentation des sols
2.1.2.1 Caractérisation physico-chimique
Les quatre sols sélectionnés présentent un gradient de limons et un gradient organique. Les caractéristiques physico-chimiques des sols (horizon de surface) des quatre sites sont regroupées dans le tableau 2.1.2. Respectivement les sols de Kerlavic et de Kerguéhennec présentent une texture sablo-limoneuse, le sol de Champ-Noël une texture limon-sableux et le sol lorrain une texture limono-argileuse (diagramme de texture USDA). Des descriptifs pédologiques des 4 sites ont été élaborés par L. Florentin et sont synthétisés sous forme de fiches (annexe 1).
Tableau 2.1.2 : Caractéristiques physico-chimiques de l’horizon de surface (0-25 cm) des sols
Granulométrie (%) Corga Norga pH eau CR
Type de sol argile limons
fins limons grossiers sables fins sables grossiers % % %
Kerlavic Dystric Cambisol 17,3 22,3 20,7 8,6 31,1 3,5 0,35 5,4 35,4
Kerguéhennec Eutric Cambisol 18,8 25,6 20,7 18,9 16,0 2,2 0,21 5,4 38,0
Champ-Noël Stagnic Luvisol 11,7 23,6 44,8 12,5 7,4 1,2 0,13 6,7 34,2
Lorraine Stagnic luvisol 25,3 32,2 23,8 4,5 14,2 1,1 0,12 6,1 32,1
Corga : carbone organique et Norga : azote organique
55 2.1.2.2 Caractérisation organique
Etant donné l’importance majeure représentée par la nature de la Matière Organique (MO) du sol (1) sur les processus de rétention des pesticides par adsorption et (2) sur la structuration des sols, une caractérisation de la MO (répartition entre humines, acides fulviques et humiques) a été entreprise pour les trois sols bretons au moment de la mise en place du dispositif en cases. Le protocole expérimental de caractérisation organique se trouve dans les travaux de Cherrier et Perrin-Ganier (2000) et les résultats sont présentés sur la figure 2.1.1. La caractérisation organique du sol lorrain n’a pas été entreprise.
0% 20% 40% 60% 80% 100%
Kerlavic Kerguéhennec Champ-Noël
fractions du C organique (%)
fraction non humifiée acide fulviques acides humiques humines
Figure 2.1.1 : Répartition du carbone dans les différentes fractions de la matière organique des sols (Cherrier et Perrin-Ganier, 2000)
De l’analyse de la caractérisation physico-chimique et organique des sols, il ressort que le sol de Kerlavic bien que n’ayant pas reçu d’amendements organiques depuis 20 ans, totalise une forte teneur en carbone organique total (tableau 2.1.2). Ce phénomène apparaît lié à son passé de lande et à un pH acide ralentissant la biodégradation de la matière organique qui se serait alors progressivement accumulée. Les composés organiques de ce sol apparaissent de nature stable (51% d’humines et 22% d’acides humiques).
Les sols de Kerguéhennec et de Champ-Noël, qui ont reçu des apports organiques conventionnels réguliers, comportent des fractions organiques non humifiées plus conséquentes que pour le sol de Kerlavic. Le sol de Champ-Noël présente une MO en quantité inférieure aux deux autres sols (tableau 2.1.2). Le sol de Kerguéhennec représente un intermédiaire entre les deux autres sols au niveau de la quantité et de la qualité de la MO.
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2.1.2.3 Caractérisation physique/structurale
Afin d'évaluer la porosité et l’état structural des sols, une mesure de leur densité apparente et de leur stabilité structurale a été menée pour les sols bretons par Cherrier et Perrin-Ganier (2000) et pour le sol lorrain de référence par Waleed (1983). Les résultats de densité et de stabilité structurale sont présentés respectivement dans le tableau 2.1.3 et la figure 2.1.2.
Tableau 2.1.3 : Densité apparente moyenne des sols bretons en fonction de la profondeur (Waleed, 1983; Cherrier et Perrin-Ganier, 2000)
Profondeur (cm) Densité apparente moyenne (g.cm-3)
0-25 1,24±0,11 (Cherrier et Perrin-Ganier, 2000)
Kerlavic
25-50 1,17±0,04 (Cherrier et Perrin-Ganier, 2000)
Kerguéhennec* 0-25 1,34±0,11 (Cherrier et Perrin-Ganier, 2000)
Champ-Noël 0-30 1,51±0,03 (Cherrier et Perrin-Ganier, 2000)
30-60 1,62±0,02 (Cherrier et Perrin-Ganier, 2000)
Lorraine 0-25 1,28 (Waleed, 1983)
25-40 1,37 (Waleed, 1983)
40-60 1,55 (Waleed, 1983)
* La densité apparente sèche des couches de sol de Kerguéhennec inférieures à 25 cm n’a pu être mesurée en raison d’une forte proportion de cailloux.
Les quatre sols ont montré des densités apparentes différentes (tableau 2.1.3). Or, plus la densité est faible, plus le sol est poreux au moment du prélèvement. L’évolution de la porosité dépend ensuite de la stabilité structurale du sol (figure 2.1.2).
Le sol de Kerlavic a montré une structure poreuse à tendance stable jusqu’à 50 cm. Ainsi, le fort taux de matière organique des horizons supérieurs de ce sol devrait permettre le maintien d’une bonne stabilité structurale au sein des cases. Le sol de Champ-Noël est apparu le moins poreux et le sol de Kerguéhennec a révélé une porosité intermédiaire. Ces deux sols ont été classés "médiocrement stables" structuralement en surface. De même, une tendance à une forte instabilité a été détectée à la profondeur de 25-50 cm, pouvant modifier le transfert vertical et l’hydrodynamique des cases constituées par ces sols. Enfin, comme le sol de Kerlavic, le sol lorrain est apparu plus poreux en surface que les autres sols et l’ensemble de ses horizons a été classé stable.
57 0 0,5 1 1,5 2 2,5 Lorra ine Cha m p-Noë l Ke rgué he nne c Ke rla vic Log 10 Is 0-25 cm 25-50 cm 50-80 cm A B C D E
Figure 2.1.2 : Stabilité structurale des horizons des 4 sols (Waleed, 1983; Cherrier et Perrin-Ganier, 2000) déterminée par la méthode de Hénin et al. (1958) (la faible proportion de terre fine dans
l’horizon 50-80 cm de Kerlavic n’a pas permis de réaliser la mesure de stabilité)
Is : Indice d’instabilité structurale ; A : très stable ; B : stable ; C : médiocre ; D : instable ; E : très instable