Parcelle expérimentale de Lamothe

Une partie des données utilisées dans ma thèse provient de la parcelle expérimentale de Lamothe (LAM). Cette parcelle d’une superficie de 32.3 ha est instrumentée depuis juillet 2004 pour le suivi de la végétation et l’étude des flux turbulents et de la dynamique de l’eau dans le sol. Elle est située au Sud-Ouest de Toulouse (43°49’65’’N, 01°23’79’’E, altitude : 180 m), sur la plaine alluviale de la Garonne en bordure du Touch, dans l’emprise du satellite Formosat-2 (Figure 1-1). Elle appartient au domaine de Lamothe qui est une ferme expérimentale de l’école d’ingénieurs de Purpan (ESAP). Elle appartient au réseau ICOS (Integrated Carbon Observation System) et à l’OSR (Observatoire Spatial Régional) Midi- Pyrénées.

On y pratique une rotation de type blé/maïs ensilage. Le maïs a été cultivé en 2006, 2008, 2010, 2012, 2014 et 2015. C’est du maïs ensilage utilisé pour l'alimentation du bétail. La récolte intervient avant l’achèvement de la sénescence, lorsque les plants sont encore verts. En plus des mesures météorologiques et micro-météorologiques, des mesures destructives sont réalisées chaque année pour analyser la dynamique de l’indice de surface verte (GAI, pour « Green Area Index ») et de la biomasse (DAM, pour « Dry Aboveground

Mass »).

2.1. Données météorologiques et flux

La parcelle expérimentale est équipée de mâts de mesures météorologiques et micro- météorologiques. La tour à flux est installée vers le milieu de la parcelle à l’intérieur d’un enclos grillagé (Figure 1-2). Les capteurs ont été installés à une hauteur de 3.65 m de façon à ce que la distance minimale entre la hauteur maximale du couvert et les instruments soit d’environ 1 m (Béziat et al., 2009).

Figure 1-2: Photographies de l’anémomètre sonique et des mâts de mesures installés sur la parcelle de Lamothe (Photos ©CESBIO).

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Le système combine un anémomètre sonique 3D (CSAT3) et un analyseur de gaz infrarouge haute fréquence (LI-7500, 20 Hz). Les fluctuations turbulentes de C02 (Ftc), de

vapeur d’eau (ETca pour l’évapotranspiration et LE pour le flux de chaleur latente) et de chaleur sensible (H) sont mesurées de façon continue par la méthode d’Eddy-Covariance (Aubinet et al., 2012 ; Baldocchi, 2003 ; Moncrieff et al., 1997). Les flux sont ensuite calculés avec le logiciel EdiRe (Robert Clement, © 1999, University of Edinburgh, UK). Le calcul des flux, le filtrage, la vérification de la qualité des flux et l’estimation des données manquantes et/ou filtrées sont effectués selon les recommandations de CarboEurope-IP [www.carboeurope.org].

Les capteurs du mât météorologique enregistrent la température de l’air, l’humidité relative, le rayonnement global et net, la vitesse et la direction du vent à 3.65 m de hauteur, les précipitations (pluviomètre à auget basculeur) et la pression atmosphérique (voir

Annexe 2 pour des détails sur les capteurs). Les données météorologiques sont utilisées pour calculer l’évapotranspiration de référence en utilisant la formule de Penman-Monteith (ET0, Annexe 3). Le cumul de précipitations totales durant les six saisons de culture2

atteignent respectivement 102 (2006), 129 (2008), 96 (2010), 120 (2012), 159 (2014) et 245 mm (2015).

Les diagrammes ombrothermiques (Gaussen and Bagnouls, 1954) présentés dans la

Figure 1-3 montrent l’évolution de la température et des précipitations enregistrées sur la parcelle pour les six années étudiées. Ces diagrammes utilisant la norme de « deux pour un »3 sont particulièrement adaptés au climat des latitudes moyennes, et permettent de mettre en évidence les périodes de sécheresse, typiquement lorsque la courbe des précipitations se situe en dessous de celle des températures. Selon ces diagrammes, les périodes de sécheresse ont été différentes suivant les années. Si l’on se focalise sur les mois de mai à septembre (cycle du maïs), on peut noter les périodes suivantes : juin et juillet en 2006, juillet à septembre en 2010, juin à août en 2012, juin et septembre en 2014, mai en 2015 et aucune en 2008 qui a été une année particulièrement pluvieuse.

Les flux et les données météorologiques sont prétraités au CESBIO par Tiphaine Tallec (Physicienne CNAM, OMP-CESBIO) et Aurore Brut (MdC UPS-CESBIO), et fournis à un pas de temps semi-horaire. Les données sont par la suite cumulées ou moyennées pour obtenir des données journalières permettant la comparaison avec les sorties des modèles.

2 _{Durées des saisons culturales (de la levée à la récolte) : 95, 77, 89, 95, 96 et 114 jours, respectivement.} 3 _{Les gradations sont standardisées : une gradation de l'échelle des précipitations correspond à deux}

Figure 1-3: Diagramme ombrothermique (Gaussen and Bagnouls, 1954): Pluviométrie mensuelle (en bleu) et température moyenne mensuelle (en vert) enregistrées à la station météorologique de la parcelle expérimentale pour les six années étudiées.

2.2. Données pédologiques

Nous disposons depuis l’année 2006 de mesures d’humidité du sol effectuées sur la parcelle expérimentale dans la zone d’influence (footprint) de la mesure d’Eddy-Covariance. Jusqu’en 2012, les mesures à 5 cm, 10 cm et 30 cm étaient effectuées dans trois fosses avec des sondes CS615 et CS616 (Campbell). La fosse A était positionnée dans l’enclos et les fosses B et C aux alentours de l’enclos. Une mesure supplémentaire était effectuée à 1 m de profondeur dans la fosse centrale (A).

De nouvelles fosses ont été creusées en septembre 2011 et équipées de sondes ThetaProbe ML2X. Le dispositif mis en place consiste en quatre fosses dont trois creusées autour de l’enclos à proximité des mâts instrumentés (B, C et D) et une centrale (A). Les

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sondes sont placées dans les fosses, à six profondeurs : 0-5 cm, 5 cm, 10 cm, 30 cm, 50 cm et 1 m (Figure 1-4). Des prélèvements de sol sur 0-30 cm et 40-50 cm ont été réalisés lors de l’installation des nouvelles sondes en 2011 (Figure 1-4). Ces analyses de sol ont permis d’obtenir des informations sur la texture et sur les points d’humidité critique (Figure 1-5).

La parcelle est caractérisée par un sol profond (environ 1.5 m), argileux (environ 50% d’argile) et peu perméable, caractéristique de la vallée du Touch. Relativement homogène, elle présente une grande capacité de stockage de l’eau. Les propriétés hydrauliques sont présentées dans le Tableau 1-1. Des valeurs moyennes de 17 cm3.cm-3 et 36 cm3.cm-3 ont été utilisées pour le point de flétrissement (Hwp) et la capacité au champ (Hfc), respectivement.

Figure 1-4: Dispositif de mesure de l'humidité du sol depuis 2012 (en bleu) et protocole de prélèvement (en rouge) (source : Tiphaine Tallec).

Figure 1-5: Texture du sol et courbe des pF4 à Lamothe. Les pF1, pF2, pF2.5, pF3.5 et pF4.2 correspondent à la saturation maximale, à la capacité au champ, au point de ressuyage, au point de flétrissement temporaire et au point de flétrissement permanent, respectivement (source : Tiphaine Tallec).

4 _{Le pF correspond au potentiel matriciel, défini comme l’énergie résultant de la pression de l’eau due aux}

effets de liaison autour des particules solides et aux effets de capillarité dans les pores (Gobat et al., 2010). 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 1 2 Texture Matière organique Sable fin Sable grossier Limon fin Limon grossier Argile 0-30 cm 40-50 cm

2.3. Mesures destructives de GAI et biomasse

Les données in situ ont été collectées entre 2006 et 2015 par Tiphaine Tallec, Nicole Ferroni et l’équipe terrain (Figure 1-6) dans le footprint de la mesure d’Eddy-Covariance. Chaque année quatre à six prélèvements de végétation sont effectués. A chaque date, 5 zones sont échantillonnées. Dans chaque zone, quatre plants sont prélevés de part et d’autre du passage du canon d’irrigation sur une distance d’environ 20 mètres. Les organes sont triés (fleurs, épis, tige, feuilles) puis séparés en sénescent et vert avant d’être pesés. Les organes verts sont passés au planimètre (LI-COR 3100, Lincoln Inc., Nebraska) pour mesurer leur surface foliaire.

Après séchage à 55°C à l’étuve pendant au moins 72 h, les échantillons sont pesés, référencés et stockés. Au total, nous disposons de 31 mesures de biomasse effectuées sur les six années. La masse et la surface des feuilles ont été utilisées pour calculer la surface spécifique foliaire (SLA pour « Specific Leaf Area », en m².g-1).

Figure 1-6: Protocole de mesure sur la parcelle de Lamothe (source : Tiphaine Tallec).

Couche Profondeur (cm) Argile (%) Limon (%) Sable (%) Hfc (cm3.cm-3) Hwp (cm3.cm-3) 1 0-30 50.3 35.8 11.2 37.35 17.53 2 40-50 48.1 35.5 14.7 35.41 16.93