Evaluation de la fertilité physique des sols construits

Dans ce chapitre sont présentés les résultats du suivi de paramètres physiques mesurés sur les sédiments fins étudiés dans le but (1) de suivre et de comprendre les phénomènes de structuration ayant potentiellement lieu au cours de la pédogénèse de ces sédiments et (2) de vérifier si les propriétés physiques des sols construits sont compatibles avec la fonction de support de végétation.

Pour cela, deux dispositifs expérimentaux ont été mis en place :

- Un dispositif principal de bacs lysimétriques présenté au § 3.1 du chapitre 3 : il a permis le suivi semestriel pendant 18 mois de diverses mesures physiques de quatre sédiments (TAC, STA, SPO et CLA), d’une terre végétale témoin (TV) et de leurs mélanges respectifs avec 40 % v:v de compost de déchets verts (TACCo, STACo, SPOCo, CLACo et TVCo). Les résultats obtenus à partir de ce dispositif principal sont présentés tout au long de ce chapitre.

- Un dispositif secondaire en mésocosme (essai sous serre) présenté au § 3.2 du chapitre 3 : il a permis le suivi de mesures physiques liées à l’agrégation (stabilité des agrégats et fractions massiques d’agrégats) en conditions contrôlées lors de la phase précoce de pédogénèse des sédiments c’est-à-dire durant les 105 premiers jours après la construction des sols. Dans ce dispositif, les mêmes sédiments que dans le dispositif principal ont été étudiés, plus deux autres (FLU et RAN) ainsi que leurs mélanges avec 40 % v:v de compost de déchets verts (FLUCo et RANCo). Les résultats obtenus à partir de ce dispositif sont présentés dans la partie 5.6. consacrée à l’agrégation.

Une partie des résultats de l’expérimentation sous serre ont fait l’objet d’une valorisation sous forme d’article scientifique à comité de relecture international. L’article intitulé « Early structural stability of fine dam sediment in soil construction » est en cours de relecture (au 09/01/2018) pour être publié dans la revue Journal of Soils and Sediments.

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1 Granulométrie

Le refus à 10 mm (< 10 g kg^-1) et celui à 2 mm (< 190 g kg^-1) des matériaux initiaux démontrent qu’ils ont globalement une granulométrie fine pour des sédiments (tableau 6.1). Pour rappel la granulométrie des sédiments est comprise par définition entre des particules d’argile (< 2 µm) et des blocs de plusieurs mètres de diamètres (Chapitre 1, § 1.1.)

Tableau 6.1 : Granulométrie des matériaux initiaux sans tamisage

Le refus à 2 mm de TV est constitué essentiellement de gravier fin, alors que celui de TAC et STA est composé de gravier fin et de débris organique comme des branches et des feuilles mortes. SPO et CLA possèdent quelques graviers fins se présentant sous la forme de galets. La distribution granulométrique de la fraction inférieure à 2 mm des matériaux à l’état initial montre que TV est un limon sableux présentant la teneur en sable la plus élevée des matériaux avec 475 g kg^-1 de particules supérieures à 50 µm (figure 6.1 a et b). Les sédiments SPO et CLA sont aussi des limons sableux mais avec une distribution granulométrique plus élevée en sable fins (figure 6.1 a et b).

a. b.

Figure 6.1 : Distribution granulométrique des matériaux à l’état initial (a.) et classes granulométriques des matériaux à l’état initial d’après le triangle de l’Aisne (Jamagne, 1967)

g kg^-1 MS TV TAC STA SPO CLA

Refus à 10 mm < 10 < 10 < 10 < 10 < 10

Refus à 2 mm 110 130 190 < 10 < 10

195 SPO possède deux fois plus de sables fins (403 g kg^-1) que CLA (192 g kg^-1) et trois fois plus que TV (124 g kg^-1), ce qui leur confère des granulométries plus fines que celle de TV. Les sédiments TAC et STA ont des textures plus fines avec 188 et 202 g kg^-1 d’argile et 953 et 816 g kg^-1 de particules inférieures à 50 µm, respectivement. D’après le triangle des textures de l’Aisne (figure 6.1 b), TAC est limono-argileux et STA est limono-argilo-sableux.

La distribution granulométrique des matériaux ne fluctue que légèrement au cours des 18 premiers mois de l’expérimentation (Annexe 6.1). C’est pourquoi la granulométrie des matériaux peut être considérée comme constante au cours du temps.

Le compost de déchets verts utilisé pour la construction des sols amendés n’a pas été criblé avant son utilisation. Il possède donc une granulométrie comprenant 460 g kg^-1 de particules ayant un diamètre supérieur à 2 mm, avec une faible proportion de particules comprises entre 8 et 16 mm (40 g kg^-1) (tableau 6.2). Il n’a pas de particules supérieures à 16 mm de diamètre. Sa fraction fine (< 2 mm) s’élève à 540 g kg-1

.

Tableau 6.2 : Fraction granulométrique du compost de déchets verts utilisé pour la construction des mélanges à t 0 mois

L’apport de 40 % (v:v) de compost de déchets verts dans les matériaux purs ne modifie pas la part des particules inférieures à 20 µm dans les matériaux (figure 6.2). En revanche, il induit une augmentation de la part des particules supérieures à 50 µm pour les sédiments. Cette augmentation est particulièrement marquée pour TAC (+ 340 %) et STA (+ 45 %). Elle reste modérée pour SPO (+ 17 %) et CLA (+ 14 %), ayant eux-mêmes une texture plus grossière. Pour TV, l’apport de compost entraine une diminution de la part de particules supérieures à 50 µm (- 21 %), par rapport à TV sans compost (figure 6.2). Le compost apporté en grande quantité étant non criblé et ayant une granulométrie grossière (supérieure à 2 mm : 460 g kg^-1 MS et inférieure à 2 mm : 540 g kg^-1), il augmente mécaniquement la granulométrie des matériaux fins (sédiments) alors qu’il a peu d’effet sur TV, Limono-Sableuse. Les granulométries réalisées d’après la norme NF X31-107 (AFNOR, 2003) éliminent les particules organiques apportées par le compost, c’est donc la fraction minérale du compost (571 g kg^-1 MS) qui modifie la distribution granulométrique des mélanges.

L’apport de compost ne modifie pas la classe granulométrique des matériaux les plus grossiers (TV, SPO et CLA) qui restent Limono-Sableux. Il induit un changement de classe pour TAC et STA, passant, respectivement, de Limono-Argileux et Limono-Argilo-Sableux à Limon Moyen Sableux. g kg^-1 MS ^{Fraction granulométrique} du compost d > 16 mm 0 16 > d > 8 mm 40 8 > d > 4 mm 140 4 > d > 2 mm 280 2 > d > 1 mm 150 d < 1 mm 390

196 Figure 6.2 : Distribution granulométrique des matériaux seuls (a) ou en mélange (b) avec 40 % (v:v) de compost de déchets verts à t 6 mois

2 Masses volumiques et porosité totale

Les masses volumiques réelles des sédiments varient de 2.36 g cm^-3 (TAC) à 2.81 g cm^-3 (CLA) (2.59 g cm^-3 pour TV) (figure 6.3). Calvet (2003) précise que la masse volumique réelle moyenne d’un sol est de 2.65 g cm-3

. Par rapport à cette valeur, les sédiments SPO (2.71 g cm^-3) et CLA (2.81 g cm^-3) ont une masse volumique réelle élevée alors que TAC est relativement faible. Le compost (1.67 g cm^-3) a une masse volumique réelle de 30 à 40 % plus faible que celle des sédiments. Son apport dans les matériaux entraine donc une diminution significative (p-value < 0.05) de leur masse volumique réelle de l’ordre de 11 à 16 %. La variation des masses volumiques réelles entre mélanges est plus faible (2.08 à 2.35 g cm^-3) que celle observée entre les matériaux purs. Les masses volumiques réelles des 10 modalités à l’état initial seront considérées comme constantes au cours des 18 mois d’expérimentation.

Lors de la construction des sols (t 0 mois), TV a une masse volumique apparente (MVA) de 1.27 g cm^-3 (figure 6.4). TAC et STA ont une masse volumique apparente faible pour un sol car elles sont inférieures à 0.75 g cm^-3 (0.50 g cm^-3 et 0.73 g cm^-3, respectivement) alors que Calvet (2003) précise que la masse volumique apparente des sols cultivés ou non est habituellement comprise entre 1.20 et 1.70 g cm^-3. Ces valeurs de masse volumique apparente sont considérées comme idéales (< 1.10 g cm^-3) d’après Hanks et Lewandowski (2003) (tableau 6.3). SPO et CLA ont une masse volumique apparente plus élevée(1.39 g cm^-3 et 1.44 g cm^-3, respectivement) au-dessus du seuil de masse volumique idéale (tableau 6.3). A t 0 mois, tous les matériaux ont une masse volumique apparente adaptée au développement des racines.