La relation DA vs humidité

Toutes les mesures de densité apparente ont été faites avec des cylindres métalliques de tailles différentes ou à la tarière racinaire et donc les volumes échantillonnés étaient différents. Le volume élémentaire représentatif n’ayant pas forcément été atteint pour chacune de ces campagnes de mesure (nombre d’échantillons collectés ou volume de sol prélevé), il est nécessaire de s’assurer de la cohérence du jeu de données. Pour vérifier cela, la relation entre humidité massique et densité apparente, mesurés indépendamment, semble un indicateur pertinent de la qualité de la mesure. Il a été nécessaire de s’assurer de l’effet de l‘humidité sur les variations de densités observées et de comparer les différents jeux de données afin de vérifier a posteriori la fiabilité des mesures. Ainsi, après validation du jeu de donnée et de la relation DA/humidité, une nouvelle méthode d’estimation de la réserve utile est proposée.

La mesure représentant la densité apparente n’est valable que pour une humidité et un potentiel hydrique donné ; il est donc nécessaire d’établir dans un premier temps la relation avec ces deux déterminants quantifiables : l’humidité du sol et la structure verticale du sol qui impactent le tassement. Le tassement lié aux activités humaines étant difficilement quantifiable, indépendamment de ces deux facteurs, il a ici été négligé. Pour déterminer le poids des deux facteurs explicatifs, une régression linéaire multiple a été établie entre la densité apparente (facteur à expliquer) et la teneur en eau correspondante à la mesure ainsi que la profondeur moyenne de prélèvement sur les mesures d’humidité et de densité apparente des 15 profils de sols fait à la tarière racinaire en fin de culture du blé de 2015 (Figure 70, Aurade_BV).

La relation obtenue entre la DA et l’humidité, met en évidence le poids très important de l’humidité dans les densités apparentes mesurées qui à elle seule explique 54% de la variance totale observée. L’humidité est inversement proportionnelle à la densité apparente (Figure 70) et l’effet profondeur est quant à lui corrélé positivement. La profondeur explique à elle seule 14% de la variance totale. Les deux coefficients sont significatifs mais c’est l’humidité qui explique le mieux les variations de densité apparente. En établissement une relation linéaire uniquement entre la DA et l’humidité, la plus-value de l’effet de la profondeur apparait faible en termes de RRMSE : avec

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l’humidité seule la RRMSE est de 8% contre 8.3% avec la profondeur en plus comme facteur explicatif.

Malgré les différents protocoles et la différence de localisation des sites, la relation entre DA et humidité massique obtenue sont sensiblement les mêmes (Figure 70). La relation établie sur la parcelle flux (2014) et sur le bassin versant du Montoussé (2015) est même très proche tant pour les coefficients de régressions linéaires que pour les constantes des équations. Par ailleurs, un test de Fisher montre que les variances des deux jeux d’échantillons ne sont pas significativement différentes au risque alpha de 5%. En revanche, le faible volume échantillonné sur le transect du bassin versant (44 cm3_{) en 2014 semble être à l’origine d’une différence de la relation humidité/DA}

mais aussi d’une plus forte dispersion des mesures. Une autre explication est que les humidités mesurées à cette date sont proches de la phase résiduelle (Cf. 1.1.2.5) de la relation DA/humidité, ce qui expliquerait un coefficient de régression plus petit. L’absence de phase structurelle, visible sur les données d’Auradé Flux 2011, est quant à elle due au remaniement des échantillons en laboratoire. Malgré tout, la relation est cohérente avec celles issue des mesures à une humidité moins élevée.

Figure 70 : Humidité massique en fonction du volume massique (1/DA) pour 4 jeux de données indépendants. Aurade_flux_2011 correspond aux mesures effectuées sur des échantillons remis à saturation en laboratoire ; Aurade_flux_2014 sont des mesures faites avec des cylindres métalliques de 127 cm3 _{; pour Aurade_BV_2014 les mesures} ont été effectuées sur le transect avec des cylindres de 44 cm3 _{et pour Aurade_BV_2015 des échantillons de 754 cm}3 _{ont été} prélevés à la tarière racinaire sur l’ensemble des points du bassin versant.

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La relation entre volume massique et humidité a été caractérisée par des relations linéaires pour les sols argileux et pour différents pF par Bruand (1996). Ces relations sont robustes et calées sur un grand nombre de sols. Le jeu de données acquis sur les sites d’Auradé aurait pu permettre d’établir la relation entre l’humidité au pF4.2 et la DA, toutefois les échantillons ayant été remaniés, pour les potentiels hydriques plus élevés cette relation ne pourrait être établie pour l’humidité à la capacité au champ. Ainsi les équations de Bruand ont été inversées selon la relation présentée Eq 12, pour pouvoir obtenir en sortie la DA. Une validation a été faite avec l’équation correspondant au pF3 ; ce choix de pF s’est basé sur le constat que la majorité des mesures de validation ont été faites sur des profils partiellement desséchés en fin de culture (après récolte du tournesol en 2014 et du blé en 2015).

DA = a/(humidité massique + b) Eq 12 Où DA est la densité apparente en g cm-3_{, a et b sont respectivement le coefficient de régression et la}

constante de la régression linéaire entre volumique massique et humidité à un pF donné et enfin l’humidité massique est exprimée en en g g-1 _{de sol. Pour l’humidité à la capacité au champ a= 0.953}

et b=0.365 ; au pF=3, a=0.763 b=0.261 et enfin à pF=4.2 a=0.527 et b=0.152

Sur l’ensemble des données mesurées, l’inversion de l’équation de Bruand permet d’avoir une estimation avec un faible biais moyen de -0.03% (Figure 71). Par ailleurs, ce biais est principalement dû à l’équation choisie qui ne correspond pas à toutes les mesures d’humidité. La dispersion des points est relativement faible avec une RMSE de 0.23 (RRMSE=0.15) compte tenu que dans cette relation linéaire l’hystérèse de la relation humidité/DA est négligée (Cf. 1.1.2.5). La moyenne et la variance sont similaires (test Fisher et test de Student au risque alpha=5%). Compte tenu de l’incertitude sur les mesures d’humidité et de densité apparente, l’écart entre valeurs mesurées et valeurs calculées semble acceptable.

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Figure 71 : Comparaison de la DA mesurée avec l’estimation de la DA avec l’équation de Bruand inversée d’après la teneur en eau massique (DA calculée).