Instrumentation au laboratoire et sur le terrain de dispositifs de mesures des propriétés physiques des sols

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Instrumentation au laboratoire et sur le terrain de

dispositifs de mesures des propriétés physiques des sols

Margaux Jegou

To cite this version:

Margaux Jegou. Instrumentation au laboratoire et sur le terrain de dispositifs de mesures des pro-priétés physiques des sols. Autre. 2017. �hal-02790774�

RAPPORT DE FIN DE MISSION

« Instrumentation au laboratoire et sur le terrain de dispositifs de mesures

des propriétés physiques des sols ».

Auteur : Margaux JEGOU - IUT Mesures Physiques à Bourges

Maitre d’apprentissage : Guillaume Giot - Assistant ingénieur à l’INRA Tuteur universitaire : Yves Lucas - Enseignant à l’IUT de Bourges

REMERCIEMENTS

Avant tout développement sur cette expérience professionnelle, il apparaît important de commencer ce rapport par des remerciements à ceux qui m’ont beaucoup appris au cours de cette alternance, et même à ceux qui ont eu la gentillesse de faire de mes périodes en entreprise, un moment très profitable.

Il n’est jamais facile pour un étudiant de trouver une entreprise pour effectuer son alternance, c’est pourquoi je remercie l’Institut National de Recherche Agronomique Centre Val de Loire – Orléans de m’avoir accueillie pour cette année, et particulièrement Catherine Henault, directrice de l’Unité de Recherche Science du Sol (UR Sols).

Mes remerciements s’adressent principalement à mon maître d’apprentissage, Guillaume Giot, assistant ingénieur à l’UR Sols. Il m’a tout d’abord intégré rapidement au sein de l’entreprise, m’a formé et accompagné tout au long de cette expérience professionnelle avec beaucoup de patience et de pédagogie. Il m’a accordé sa confiance pour cette mission, s’est rendu très disponible et m’a apporté des conseils afin que je cerne au mieux le travail à réaliser.

De même, je remercie mon tuteur universitaire de l’IUT de Bourges, Yves Lucas, pour son suivi et son soutien au cours de mon apprentissage.

Enfin, merci à l’ensemble du personnel de l’Unité Sciences du Sol pour leur accueil sympathique, leurs conseils et leur bonne humeur permanente.

Toutes ces personnes ont contribué, par leur disponibilité et leur bonne humeur, à rendre mon année d’apprentissage enrichissante et motivante.

RESUMÉ

L’Unité de Science du Sol du département Environnement et Agronomie de l’INRA, située à Orléans, développe des travaux pour comprendre et modéliser le fonctionnement des sols en prenant en compte leur grande diversité. Les travaux conduits par l’UR sols contribuent aux enjeux sociétaux des domaines de l’environnement et de l’agronomie, en particulier, la protection des sols contre l’érosion, l’optimisation de la recharge des nappes et l’atténuation des émissions de gaz à effet de serre par les sols. Les principaux thèmes de recherches abordés sont l’étude du déterminisme du fonctionnement hydrique des sols et ses conséquences sur les activités microbiennes, en particulier celles impliquées dans les émissions du gaz à effet de serre N2O. L’unité développe aussi des travaux de recherches relatifs à la mesure spatialisée de propriétés des sols (propriétés hydriques) ou d’évènements dans les sols (émissions de gaz, ruissellement) et à leur modélisation. Elle contribue au développement de dispositifs de mesure in situ performants et innovants. Elle développe ses activités de recherches en s’appuyant sur de nombreuses collaborations nationales et internationales.

Ma mission a consisté à instrumenter des parcelles expérimentales avec des centrales d’acquisition et des capteurs environnementaux, afin de caractériser les propriétés physiques et hydriques du sol.

ABSTRACT

The Soil Science Unit of the Environment and Agronomy department of the INRA, located at Orléans, develops researches aimed to understand and model the functioning of soils, considered in their high diversity. Researches performed in the Unit contribute to societal issues in the fields of environment and agronomy, especially, soil protection against erosion, groundwater recharge and mitigation of soil greenhouse gases emissions. Researches focus on the determinism of hydric soils functioning and their consequences on microbial activities involved in N2O emissions. The unit also develops researches on the spatial extent and on modelisation of soil properties (hydraulic properties) or events in soils (GHG emissions, runoff) and contributes to the development of new systems for improving the resolution of in situ measurements. Most researches are developed in the context of national and international collaborations.

My mission consisted in instrumenting experimental plots of land with power plants of acquisition and the environmental sensors, to characterize the physical and hydric properties of the soil.

INTRODUCTION

C’est avec enthousiasme que j’ai effectué ma deuxième année de DUT (Diplôme Universitaire de Technologie) Mesures Physiques en alternance au sein de l’Institut National de Recherche Agronomique (INRA) Centre Val de Loire, sur le site d’Orléans.

J’ai travaillé au sein de l’Unité de Recherche Science du Sol, domaine que j’ignorais totalement avant mon année d’apprentissage.

Les sols participent à la production agricole et à la protection de l’environnement. Ainsi, ils contribuent aux services écosystémiques rendus par les agrosystèmes, en particulier les services d’approvisionnement (nourriture, eau, …) et de régulation (climat, eau, …). La connaissance de la diversité et de la répartition spatiale des propriétés physiques, chimiques et biologiques des sols constitue un levier pour optimiser la réalisation de ces services.

Dans un premier temps, je présenterai la structure d’accueil et la mission qui m’a été confiée.

Dans un second temps, je vous préciserai quelques notions sur le sol et le cycle de l’eau afin que mon travail soit plus compréhensible.

Ensuite, j’aborderai les missions que j’ai effectué en laboratoire et sur le terrain. J’exposerai la méthodologie employée pour les effectuer.

La dernière partie sera une exploitation détaillée des résultats de mes expériences.

Ce dossier permettra donc de découvrir d’une façon globale les enjeux de l’INRA, de voir les intérêts que j’ai pu apporter et ensuite de vous exposer mon ressenti face à cette année d’apprentissage.

SOMMAIRE

B – Le centre Val de Loire……….7

C – Présentation de ma mission……….11

II / LE SOL ET LE CYCLE DE L’EAU………..12

A – Présentation du sol………12

B- Le cycle de l’eau……….………15

III / ETALONNAGE, VERIFICATIONS ET CABLAGE………18

A – Préparer une centrale d’acquisition………..18

B – Les différents capteurs………23

IV/ SUR LE TERRAIN………..33

A – Installation d’une centrale d’acquisition et capteurs………..33

B – Prélèvement de sol………33

C – Prélèvement d’eau……….36

D – Teneur en eau………..37

V/ EXPLOITATION DES RESULTATS………40

A – Température……….40

B – Pluviomètre………41

C – Piézomètre……….42

Conclusion générale et avenir professionnel………43 Références bibliographiques

I

1. Historique

L’INRA qui signifie : Institut national de la recherche agronomique est un organisme français de recherche en agronomie fondé en 1946, au lendemain de la seconde guerre mondiale afin de répondre à la question : « Comment nourrir la France ? »

Aujourd'hui, ses recherches concernent trois domaines fortement connectés : l'alimentation, l'agriculture et l'environnement avec l'ambition de développer une agriculture à la fois compétitive, respectueuse de l'environnement, des territoires et des ressources naturelles, et mieux adaptée aux besoins nutritionnels de l'homme ainsi qu'aux nouvelles utilisations des produits agricoles.

2. Missions

L'INRA produit des connaissances fondamentales et construit, grâce à elles, des innovations et des savoir-faire pour la société. Il met son expertise au service de la décision publique. Les grandes missions confiées à l'INRA sont les suivantes :

 Produire et diffuser des connaissances scientifiques  Former à la recherche et par la recherche

 Eclairer les décisions  Concevoir des innovations

 Élaborer la stratégie de recherche européenne et nationale

 Participer au dialogue entre sciences et société, développer la culture scientifique

3. Organisation/ Implantation

En 2014, l'INRA est présent sur 17 centres régionaux, sur plus de 150 sites en métropole et outre-mer.

Les recherches de l'INRA s’articulent autour de différentes thématiques réparties au sein de plusieurs départements scientifiques comme :

 Environnement et agronomie

 Écologie des forêts, prairies et milieux aquatiques  Génétique et santé animale

L'INRA entretient des partenariats scientifiques avec les grands instituts de recherche scientifique dans le monde, les universités, l'enseignement agronomique et vétérinaire. L’institut développe de multiples collaborations dans de nombreux pays en Europe, Amérique, Asie.

Quelques chiffres clés

 8165 agents titulaires

 250 unités de recherche et 48 unités expérimentales

B - Le centre Val de Loire

Fort de ses recherches en biologie intégrative et gestion durable, de ses capacités expérimentales et de ses 961 agents, dont 660 titulaires, qui en font le sixième centre de l’institut par son effectif, le centre Inra Val de Loire mène des recherches autour de quatre pôles qui sont répartis sur trois sites : Orléans, Tours et Bourges.

> Dynamique des sols et gestion de l’environnement > Biologie intégrative des arbres et organismes associés

> Biologie intégrative animale et gestion durable des productions animales > Santé animale et santé publique

1. Le site d’Orléans

Le site d’Orléans se compose de 2 pôles :

Biologie intégrative des arbres et organismes associés Dynamique des sols et gestion de l’environnement

Le pôle « Biologie intégrative des arbres et organismes associés » regroupe trois unités relevant du département Ecologie forestière, Prairies et milieux Aquatiques :

 L'unité de recherche Amélioration, Génétique et Physiologie Forestières  L’unité de recherche Zoologie Forestière

 L’unité expérimentale Génétique et Biomasse Forestière

 L’unité sous contrat Arbres et réponses aux contraintes hydriques et environnementales (ARCHE)

 Le Conservatoire Génétique des Arbres Forestiers (CGAF)

Le pôle « Dynamique des sols et gestion de l’environnement » compte deux unités du département Environnement-Agronomie :

 L’unité de service InfoSol

 L’unité de recherche Science du Sol

J’appartiens à l’unité de recherche Science du Sol, une unité qui développe des travaux sur les interactions entre les propriétés physiques des sols et leurs fonctionnements hydriques et biogéochimiques, en prenant en compte la diversité des sols. Elle s’appuie sur des compétences d’observations, de mesures spatiales in situ, d’expérimentation et de modélisation. Ses travaux contribuent à une meilleure préservation des sols, à une meilleure gestion de la ressource en eau et à la protection de la qualité de l’air.

Image : Organigramme de l’INRA d’Orléans

Présidente du Centre

Catherine Beaumont

Site de Tours Site d’Orléans

Site de Bourges

Unité de recherche Science du Sol

Directrice : Catherine Hénault 2 pôles :

Biologie intégrative animale et gestion durable des productions animales Santé animale et santé publique

Unité de service InfoSol Directrice : Marion Bardy Unité expérimentale sur la

génétique animale

Département scientifique Environnement et Agronomie Chef de département : Guy Richard

2 pôles :

Biologie intégrative des arbres et organismes associés

Dynamique des sols et gestion de l’environnement 27 agents dont 20 titulaires : 4 chercheurs, 6 ingénieurs, 5 assistants ingénieurs, 7 techniciens, 1 post doctorant, 3 doctorants et 1 apprentie

2. Unité de recherche Science du Sol

a) Présentation

L’unité de recherche Science du Sol (UR Sols) est une unité de recherche propre à l’INRA appartenant au département Environnement et Agronomie.

Cette unité étudie l’organisation, l’évolution et le fonctionnement des sols selon différentes échelles spatiales (horizon, solum, parcelle, bassin versant, paysage) et temporelles (événement pluvieux, saison culturale, rotation, décennie, siècle et au-delà).

Elle analyse la variabilité des caractéristiques et propriétés des sols (texture et minéralogie, porosité, stabilité structurale, propriétés hydrodynamiques, géochimie) en fonction de leur origine (matériau parental, pédogenèse), de leur utilisation par l'homme et du climat. Les travaux de l’Unité s’inscrivent dans la dynamique scientifique locale, nationale et internationale ainsi que dans la dynamique socio-économique des secteurs de l’agriculture et de l’environnement.

Cette unité est composée de 27 agents (20 titulaires) dont 4 chercheurs, 6 ingénieurs, 5 assistants ingénieurs, 7 techniciens, 1 post doctorant, 3 doctorants et 1 apprentie.

b) Collaborations

L'unité développe ses activités en s'appuyant sur un réseau de collaborations scientifiques et partenariales.

L'unité de recherche Science du Sol et l'unité de service lnfoSol (cartographie et surveillance des sols sur le territoire national), travaillent au sein du même bâtiment et partagent des projets, des moyens et des savoir-faire.

Au niveau régional, l’UR SOLS participe au labex VOLTAIRE porté par l’Université d’Orléans. Au niveau national, elle participe et coordonne des programmes de recherche soutenus par l'ANR (Agence Nationale de la Recherche). L'unité participe aussi à des réseaux scientifiques dans des domaines d'intérêt pour la science du sol comme les mathématiques et la géophysique. Elle développe aussi des travaux en partenariat avec les acteurs du monde socio-économique, en particulier de l'agriculture et de l'environnement (ARVALIS, CETIOM, chambres d'agriculture, ADEME, Agences de l'Eau…).

Au niveau international, l'unité a mis en place des collaborations bilatérales avec des instituts de recherche étrangers comme Agriculture et Agro-Alimentaire Canada, lnstitute of Soil and Water Conservation, Yangling Chine et des Universités étrangères comme Universidade Estadual Paulista, Brésil. Ces collaborations se traduisent par des missions scientifiques, des collaborations techniques, des thèses en co-encadrement et la venue de chercheurs étrangers dans l'unité.

c) Equipement

Le simulateur de pluie

Le simulateur de pluie est ses outils associés permettent de recréer la pluie sur différents milieux et de réaliser des mesures physiques, chimiques et biologiques sur les milieux soumis à la pluie. L’intensité et la durée de la pluie, la taille et l’énergie cinétique des gouttes peuvent être ajustées en fonction des besoins expérimentaux. Le milieu expérimenté peut s’étendre de quelques cm² à 10 m². Cet instrument scientifique original rend possible des recherches qu’il serait difficile de réaliser sur le terrain.

Image : Simulateur de pluie Cette infrastructure de l’UR Science du sol est ouverte aux partenaires d’entreprises publiques comme privées dans le cadre de contrats de recherche ou de prestations de service.

d) Mission

En s’appuyant sur des compétences d’observations, de mesures spatiales in situ, d’expérimentation et de modélisation, L’UR SOLS a pour mission principale de développer des travaux de recherche en Science du Sol sur les interactions entre les propriétés physiques des sols et leurs fonctionnements hydriques et biogéochimiques.

L’UR SOLS approfondit les connaissances sur l’érosion hydrique des sols, la réserve en eau des sols et les mécanismes de production et de libération de gaz à effet de serre par les sols. Ces travaux contribuent à une meilleure préservation des sols, à une meilleure gestion de la ressource en eau, à la protection de la qualité de l’air, en particulier dans le contexte actuel des changements globaux. Ils s’inscrivent ainsi dans le cadre de l’agro écologie, discipline qui promeut une agriculture basée sur l’utilisation des interactions entre les organismes et celles entre les organismes et leur milieu.

C – Présentation de ma mission

Ma mission s’intitule : « Instrumentation au laboratoire et sur le terrain de dispositifs de mesures des propriétés physiques des sols ».

Mon principal travail consiste à instrumenter les parcelles agricoles du site atelier OS² (Observatoire Spatialisé Orléanais des Sols) à l’aide de centrales d’acquisition et de capteurs environnementaux (teneur en eau, température, pluviométrie,…). Le site OS² d’une surface de l’ordre de 10 km² est localisé à la limite des petites régions naturelles de la Beauce Chartraine et du Faux-Perche, proche de la source du Loir. Il se situe au nord d’Illiers-Combray, dans le département d’Eure et Loir.

L’unité dans laquelle j’effectue mon apprentissage travaille sur deux projets.

 Le projet Métamétha : Impact de l'insertion de la méthanisation sur le bilan Carbone et Azote en exploitation polyculture élevage.

Ce qu’il faut savoir et sur quoi l’unité s’interroge

La méthanisation est un processus biologique de dégradation de la matière organique (MO). Cette dégradation conduit à la production de biogaz valorisé en énergie par différentes voies. Elle produit également un résidu, appelé digestat valorisable comme fertilisant pour l'agriculture. Filière alternative de traitement des déchets organiques, de production d'énergie renouvelable et de fertilisant, la méthanisation est un moyen de mieux valoriser l'azote (N) contenu dans les déchets traités. Cette technologie permet donc de participer à l'autonomie énergétique des territoires (électricité, fertilisants).

Cependant, des questions restent posées sur les conséquences de la méthanisation sur la valeur fertilisante des digestats, la qualité de leur MO par rapport aux fumiers compostés (quel effet sur les stocks de MO dans les sols ?), sur la maitrise des pertes d’azote polluantes (nitrates, ammoniac, gaz à effet de serre).

L’objectif de l’unité sur ce projet est d’évaluer l’impact du mode de traitement des effluents d’élevage (bruts, compostés ou méthanisés) sur le bilan carbone et azote de l'exploitation (mesure des émissions/pertes/stockage). Grâce aux bilans, l’unité de recherche pourra évaluer si l’intérêt de la substitution des engrais minéraux par les digestats n’est pas compensé par des émissions polluantes trop importantes.

 Le projet Hydroges : Composantes hydrologiques des émissions terrestres du gaz à effet de serre le protoxyde d’azote N2O.

Les objectifs généraux du projet HYDROGES sont d’améliorer la comptabilité des émissions terrestres, directes et indirectes, de N2O. L’angle sous lequel l’unité propose d’intervenir concerne l’étude des interactions entre les compartiments eau et sol de l’écosystème terrestre, en quantifiant

in situ, les émissions indirectes de N2O et celles directes dans des situations de forçage hydrologique (drainage, irrigation).

Pour ces deux projets, je suis donc amenée à installer des centrales d’acquisitions et des capteurs environnementaux afin d’acquérir des caractéristiques physiques et hydriques des sols. Pour cela, une connaissance des sols, un étalonnage et des vérifications sur les capteurs, sont nécessaires pour la réussite des deux projets.

II / LE SOL ET LE CYCLE DE L’EAU A – Présentation du sol

Le sol est un objet d’étude important à l’INRA. Menacé dans ces fonctions productives et environnementales par l’érosion et par des atteintes à sa structure et à son équilibre biologique, il ne doit plus être considéré comme un simple support de culture mais comme un patrimoine à préserver. Ils ont pour vocation principale, la production agricole et sylvicole mais assurent également le développement de la végétation naturelle (support de la biodiversité). Il est décrit comme étant la partie superficielle de la croûte terrestre due à la dégradation des roches mères et à la décomposition des végétaux.

1. Composition du sol

Le sol est constitué de trois fractions :

- Une fraction solide, composée de constituants minéraux (sables, argiles,…) et de constituants organiques.

- Une fraction liquide (encore appelée solution du sol), composée d’eau dans laquelle sont dissoutes des substances solubles provenant à la fois de l’altération des roches, de la minéralisation des matières organiques et des apports par l’homme (engrais par exemple) - Une fraction gazeuse, ou atmosphère du sol, composée des mêmes gaz que l’air et avec des

gaz provenant de la décomposition des matières organiques

Quelle que soit la nature du sol, celui-ci est composé immanquablement de quatre éléments. Constituants minéraux

Il s'agit d'éléments comme le limon, le sable, l'argile, etc. Ce sont eux qui déterminent sa texture. Ainsi, lorsque l'on est en présence d'une terre argileuse, cela signifie que l'argile est en grande proportion parmi ses constituants minéraux.

Matière organique

Elle regroupe azote, hydrates de carbone, oxygène et hydrogène. Selon sa composition, le sol peut avoir une couleur plus ou moins foncée.

Eau

Elle est indispensable pour la croissance des végétaux, puisque c'est par leurs racines qu'ils puisent l'eau du sol. Elle permet également à la matière végétale de se décomposer.

L'eau alimente enfin le sol en oxygène, en sels minéraux et en gaz carbonique, mais aussi hélas en éléments polluants.

En période de fortes pluies, l'eau en excès s'infiltre plus en profondeur. C'est le principe du drainage. Si le drainage est mal géré par le jardinier ou l'agriculteur, de nombreux éléments minéraux peuvent être emportés avec cet excès d'eau, ce qui entraîne un appauvrissement de la terre cultivable. Air

Sans air, la vie dans le sol est impossible. Le bêchage, le labour, permettent en partie d'aérer le sol. Mais c'est surtout la faune du sol qui se charge de l'aérer. Or, le labour en excès a tendance à perturber la faune du sol.

On considère qu’un bon sol agricole est constitué de 25% d’eau, 25% d’air, 45% de matière minérale et de 5% de matières organique.

Image : Répartition des composants dans le sol

2. Texture d’un sol

« La texture d'un sol correspond à la composition granulométrique du sol définie par les proportions des particules minérales de taille inférieure à 2 mm ».

La texture du sol ne tient pas compte du calcaire et de la matière organique. Le classement des particules s’effectue en trois catégories :

- Argile (< 2 µm) - Limons (2 à 50 µm) - Sable (50 µm à 2 mm)

Analyse quantitative de la texture

Image : Mesure des proportions Image : Report sur le « triangle des textures »

Caractéristiques de certains sols Un sol très argileux :

On parle aussi d'un sol lourd. Un sol argileux est un sol riche en nutriments (stockés par les particules d'argiles) mais peu aéré, souvent compact et peu drainant (l'eau ne s'infiltre pas en profondeur, elle ruisselle ou stagne). En séchant, le sol argileux rétrécit, se croûte et laisse apparaître des crevasses. Un sol très sableux :

On parle aussi d'un sol léger. C'est un sol qui contient peu de nutriments, très drainant (l'eau et les nutriments s'évacuent très vite en profondeur). Il se réchauffe vite au printemps.

Un sol très limoneux :

Les sols limoneux sont surtout formés de sables fins et de limons. On dit de ces sols qu'ils sont « battants », c'est-à-dire qu'ils ont tendance à former une croûte en surface sous l'effet des pluies et des arrosages, ce qui les rend imperméables à l'eau et à l'air.

3. Profil de sol

Le profil de sol est l’ensemble des horizons d’un sol donné ; chaque horizon étant une couche repérable et distincte de ce sol.

On décrit un horizon en fonction de son épaisseur, de sa composition granulométrique (argiles, limons, sables, cailloux), de son degré d’altération de la roche mère ou encore de son acidité.

L’ensemble des horizons constitue le profil de sol ou solum.

Horizon organique

Horizon organique et minéral

Horizon minéral

Image : Profil de sol

B – Le cycle de l’eau

Dans le cycle de l’eau, la couverture pédologique joue un rôle clef tant pour les aspects quantitatifs que qualitatifs. Elle est un réservoir d’eau pour l’alimentation en eau des plantes et pour l’ensemble des êtres vivants qui y sont présents. Dans ses vides – ou pores – de taille et de forme très diversifiées, la présence d’eau en quantité variable mais permanente permet à de nombreux microorganismes de se développer et de vivre au ralenti quand les conditions sont plus défavorables.

1. Caractéristiques hydriques du sol

Les variations d’état énergétique de l’eau dans la couverture pédologique sont le moteur des transferts d’eau, mais l’importance de ces transferts est aussi dépendante de sa capacité à se laisser traverser par l’eau. Ces variations sont déterminées par les conditions externes à la couverture pédologique qui sont soit directement appliquées à la limite supérieure (apport d’eau lors d’une pluie ou départ par évaporation à la surface du sol) et à la limite inférieure (par exemple, nappe présente à sa base), soit indirectement par l’intermédiaire de prélèvements d’eau par les racines (transpiration par les organes aériens).

Image : Schéma du cycle de l’eau

Le cycle de l'eau est un cycle terrestre consistant à des échanges d'eau entre les différentes enveloppes de la Terre : l'atmosphère, l'hydrosphère (rivière, mer...) et le sol (la lithosphère).

Principe du cycle de l’eau

L'eau des océans et des mers, chauffée par le soleil, s'évapore : c'est ce que l'on appelle l'évaporation. Les lacs, cours d'eau ainsi que la plupart des terrains et leur végétation rejettent également de l'eau par évapo-transpiration. Cette eau rejoint alors l'atmosphère sous forme de vapeur d'eau. L'air chaud et humide s'élève. En s'élevant, il se refroidit : les gouttes d'eau se regroupent pour former des nuages, c'est l'effet de la condensation. Cette eau, contenue dans les nuages, retombe sur les océans et les continents lors des pluies et des tombées de neige (précipitations).

Environ les trois quarts des précipitations se font sur les océans et les mers. Dans ce cas, le cycle de l'eau est très court. Quand l'eau tombe sur les continents, elle ruisselle ou s'infiltre à travers les roches (infiltration ou écoulement souterrain). Une partie de cette eau tombée est utilisée par les plantes et ne s'écoule pas de cette façon. L'eau rejoint dans un temps plus ou moins long, un cours d'eau. L'eau va de nouveau aller dans l'océan, les lacs et va reprendre le même chemin, ainsi c'est un cycle qui recommence à chaque fois.

L'eau est présente sous trois formes pendant le cycle de l'eau : Liquide : dans l'océan, les lacs, les rivières, la pluie...

Solide : sous forme de glace (et neige par exemple).

La description des transferts d’eau dans la couverture pédologique s’appuie donc sur la connaissance des trois grandeurs :

- sa teneur en eau

- l’état énergétique de l’eau - sa capacité à conduire l’eau

Les relations entre ces trois grandeurs varient selon les types de sol et sont appelés « caractéristiques hydriques » du sol.

2. Teneur en eau

La teneur en eau massique W (appelée aussi pondérale) correspond au rapport entre la masse d’eau Mw contenue dans le sol et la masse du sol sc Ms (s pour solide) :

Le sol sec est défini de façon standard comme l’état du sol séché à une température de 105°C. La teneur en eau volumique θ correspond au rapport entre le volume d’eau Vw contenu dans le sol et le volume total des trois phases (liquide, solide, gazeuse).

Le passage d’une teneur en eau massique à une teneur en eau volumique s’obtient par :

où ρw est la masse volumique de l’eau et ρb, la masse volumique apparente du sol défini par ρb = Ms/Vb

La gamme de variation des valeurs de Pb couramment rencontrée dans la nature est de 1.1 à 1.7 Mg.m-3.

La teneur en eau volumique d’un sol peut se rapprocher de 0 dans le cas de sols extrêmement secs, tandis qu’elle est bornée à la limite supérieure de son domaine de variation par la porosité P.

ρs étant la masse volumique de la phase solide du sol, elle peut être estimée voisine de celle du quartz : 2.65Mg.m-3 dans le cas des sols peu organiques et à faible teneur en oxyde et hydroxydes de fer.

En réalité, la teneur en eau maximale d’un sol, appelée aussi teneur en eau à saturation θs, n’atteint pas la valeur de la porosité en raison de la difficulté à déplacer l’ensemble de la phase gazeuse du sol par de l’eau et de l’existence de pores difficilement accessibles. θs représente 90 à 95% de la porosité.

θ = Vw / Vb W = Mw / Ms

θ = (ρb/ ρw) x W

3. Potentiel de l’eau

Le « potentiel de l’eau », quantité d’énergie contenue dans une quantité unitaire d’eau, permet de décrire et prévoir les transferts d’eau dans la couverture pédologique.

L’état énergétique de l’eau dans le sol se décompose en deux énergies : - Energie potentielle de position dans un champ de force

- Energie cinétique due à la vitesse de déplacement du liquide

L’énergie cinétique, généralement faible dans les sols, est négligeable devant l’énergie potentielle. Les trois grandeurs couramment utilisées pour exprimer la quantité d’eau sont la masse, le volume et le poids.

Dans le sol, l’eau est soumise au champ de force lié à la gravité et à des interactions dues aux phases solide et gazeuse. Si l’on se limite à des sols indéformables, non salés et pour lesquels on peut négliger les variations de températures, on distingue deux composantes de base du potentiel total : gravitaire et de pression.

Le potentiel gravitaire Hg correspond à un déplacement dans le champ de pesanteur. Il sera négatif dans le sol, positif au-dessus de la surface du sol. Il s’exprime, en unité de pression, par :

Le potentiel de pression Hp peut être différent selon que l’on ait à faire à un sol saturé en eau, ou non-saturé. On peut donc distinguer deux types de potentiel de pression :

- Le potentiel de pression hydrostatique : lorsque le sol est saturé, l’eau est soumise à la pression exercée par la colonne d’eau qui la surmonte au point considéré. Le potentiel est alors positif et correspond à la hauteur de la colonne d’eau (m).

- Le potentiel de pression capillaire (ou potentiel matriciel) : lorsque le sol n’est pas saturé, il existe des forces de tension superficielle aux interfaces entre les phases gazeuse, liquide et solide.

III / ETALONNAGE, VERIFICATION ET CABLAGE A – Préparer une centrale d’acquisition

L’un des objectifs de mon projet est de récolter différentes données physiques et hydriques du sol et d’analyser leurs comportements au fil du temps, du climat et des actions de l’homme sur l’environnement.

Pour récolter les données, nous utilisons une centrale d’acquisition CR1000 du constructeur Campbell Scientific.

Image : Câblage de la centrale d’acquisition CR1000 Multiplexeur :

L’AM16/32B Relay Multiplexer permet d’augmenter de manière significative le nombre de capteurs qui peuvent être mesurés par un enregistreur de données de Campbell Scientific. Il s'interface avec la centrale de mesure et ajoute des voies pour le câblage de n'importe quel type de capteurs supplémentaires. Power In Analog Ground Ground Lug Switched Voltage Excitation (EX or VX) Bridge Measurements RS-232 Pulse Inputs Switch Closure Frequency CS I/O Analog Inputs Voltage Thermocouple Bridge Measurements Period/Average 12V Switched 12Volts

5V _{Control I/O Power Ground (G)}

SDM Connections

Selon le type de capteur, l'AM16/32B peut multiplexer 16, 32 ou 48 capteurs. Jusqu'à six AM16/32B peuvent être raccordés à la même centrale d'acquisition, en fonction du nombre de ports de contrôle et des entrées analogiques disponibles.

Les AM16/32B multiplexent soit 16 groupes de quatre lignes (un total de 64 lignes) à travers quatre bornes communes (COM) ou ils multiplexent 32 groupes de deux lignes (pour un total de 64 lignes) à travers deux bornes COM. Un câble relie les bornes communes aux entrées analogiques de la centrale de mesure, les voies d'excitation, ou la terre tel que requis par le capteur. La centrale commande le multiplexeur en utilisant deux ports de contrôle ou un port de contrôle et une voie d'excitation.

Ce multiplexeur prend en charge de nombreux types de capteurs dont les thermistances, les potentiomètres, les sondes réflectométriques et de teneur en eau du sol.

Le logiciel Loggernet

LoggerNet est notre logiciel principal, destiné à nos centrales d'acquisition de données. Il prend en charge la programmation, la communication et la récupération des données entre les centrales de mesure et un PC.

On peut dans l’onglet :

 « Main » : configurer et se connecter à une centrale d’acquisition

 « Program » : créer ou modifier divers programmes que l’on peut par la suite envoyer à une centrale d’acquisition

En cliquant sur le module « Connect » dans l’onglet Main, la fenêtre ci-dessous apparaît :

A partir de cette page :

 Nous choisissons la centrale d’acquisition à laquelle nous voulons nous connecter  Nous vérifions son horloge et sa date, le programme qu’elle détient

 Nous contrôlons les différentes valeurs des mesures effectuées par les capteurs

L’icône « Custom » permet de récupérer les données depuis le début ou les nouvelles données depuis la dernière récupération de données.

Câblage

A l’aide de l’utilitaire ShortCut du logiciel LOGGERNET, j’ai édité les plans de câblage de la centrale d’acquisition, du multiplexeur ainsi que des capteurs environnements pour les sites expérimentaux.

 New program

 On sélectionne les capteurs que l’on va disposer sur les parcelles expérimentales : Sondes de températures, teneur en eau, d’humidité relative par exemple.

Toujours faire attention d’être hors tension lors des câblages.

Image : Les différents capteurs câblés sur la CR1000 et sur le multiplexeur

B – Les différents capteurs

J’ai étalonné et vérifié différents capteurs afin d’affirmer leur fiabilité.

Quelques notions

Un étalonnage : opération qui consiste à mesurer la même grandeur avec l'équipement à étalonner et l'équipement étalon, et à comparer les indications des deux instruments, puis à exploiter les résultats de cette comparaison.

Un étalonnage permet donc de connaître l'erreur de l'instrument et en cas de défaut de justesse de la compenser en appliquant une correction. La vérification signifie que l’on vérifie si l’instrument de mesure est conforme aux erreurs maximales tolérées spécifiées et se conforme aux autres exigences. Il y a plusieurs façons de caractériser un sol : les méthodes directes (profils, analyses de sol,

sondages...) et les méthodes indirectes comme les mesures électriques.

1. Réflectomètre de teneur en eau du sol : CS616

La sonde sert à mesurer la teneur volumique en eau du sol ou d’autres milieux poreux. L’information sur la teneur en eau est déterminée grâce à la sensibilité du capteur vis-à-vis de la constante diélectrique du milieu entourant les tiges de la sonde.

Le signal en sortie du capteur CS616 est un signal carré qui peut être branché sur une centrale d’acquisition CR1000 de Campbell Scientific par exemple.

La sonde réflectométrique est composée de 2 tiges en acier connectées à un circuit imprimé. Un câble blindé à 4 fils est connecté à ce circuit imprimé afin d’alimenter le capteur, de commuter l’alimentation et de mesurer le signal en sortie.

Le principe consiste à générer à partir d’une CS616 une impulsion électromagnétique. Le temps de propagation de l’onde et la réflexion des impulsions sont ensuite mesurées et utilisés pour calculer la teneur en eau volumique du sol.

Quelques caractéristiques

Les sondes CS616 que nous implantons dans le sol ont une dimension de : - Tiges : 300 mm de long ; 3,2 mm de diamètre, 32 mm d’espacement - Tête : 85 x 63 x 18 mm

Le signal de sortie de la CS616 est un signal périodique carré de +/- 0,7 V, dont la fréquence dépend de la teneur en eau. La période P du capteur (en microseconde) est reliée de façon empirique à la teneur en eau par deux équations de calibration.

L’équation quadratique :

VWC : Volumic Water Content = Teneur en eau volumique.

Le choix de la formule linéaire ou quadratique dépend de la gamme attendue et des exigences d’exactitude.

Image : Différence entre les deux méthodes

2. Sondes TDR Système TRASE

La méthode TDR TRASE est un système portable autonome conçue pour une utilisation sur le terrain afin de mesurer précisément et rapidement l’humidité dans le sol. Cet appareil exploite des relations de permittivité et d’humidité d’un milieu traversé par une impulsion électromagnétique de haute fréquence en fonction du temps (picosecondes).

 Spécification : détermination du Ka (constante diélectrique)

Pour vérifier ces capteurs, nous allons les connecter à ce système TDR Trase. Nous allons vérifier les différentes mesures de teneur en eau volumique et de permittivité diélectrique Ka dans 3 milieux différents : Air, Sable et Eau.

La relation de Topp est employée, elle donne la teneur en eau volumique en fonction de la permittivité :

Pour que ces capteurs soient jugés conformes, il faut que les critères de conformité soient respectés.

Critères de conformité de la teneur en eau volumique :

Image : Système TDR TRASE

Image : Résultats étalonnage avec le réflectomètre CS616

Avec θ : teneur en eau volumique en (m3/m3) Ka : Permittivité diélectrique

3. Sonde TDR100

Le système est basé sur le principe du TDR « Time Domain Refectometry », réflectométrie en domaine temporel. Elle est couramment utilisée pour mesurer la teneur en eau des sols, la conductivité électrique.

Principe

Le réflectomètre émet une impulsion dans un câble relié à la sonde. Entre les tiges (guide d'onde) de la sonde l'impulsion se propage sous forme de micro-onde. Une fois arrivée au bout du guide d'onde le signal est réfléchi et revient vers le réflectomètre sous la forme d'une variation temporelle du potentiel électrique.

Le réflectomètre enregistre la tension au cours du temps, chaque discontinuité de la permittivité sur le trajet de l'onde entraîne une réflexion partielle du signal qui sera visible sur le réflectomètre. On utilise le logiciel PCTDR afin de déterminer l’offset pour chaque capteur.

Pour cela nous suivons un protocole défini par le constructeur Campbell Scientific pour aboutir à la teneur en eau volumique.

On fixe des paramètres :

Image : Données (en mètre) du capteur TDR100

Pour déterminer le ProbeOffset, nous avons fait 5 mesures pour chaque capteur et nous avons pris la moyenne.

Une fois ces paramètres bien définis, nous allons pouvoir utiliser le capteur pour des mesures de teneur en eau.

La formule empirique de Topp donne la teneur en eau volumique en fonction de la permittivité apparente :

4. Sonde de température

Présentation

Pour nos mesures de températures, nous utilisons une thermistance 107 du constructeur Campbell Scientific. Ce capteur est utilisable dans l’eau, l’air et le sol de -35° à +50°C et a une précision de ±0,1°C.

Les thermistances sont basées sur la loi de variation de la résistance électrique en fonction de la température.

On peut exprimer une relation entre la résistance de la thermistance et sa température par la relation de Steinhart-Hart :

Avec : T sa température (en Kelvins)

R sa résistance électrique (en Ohms). A, B et C sont des coefficients donnés : A = 8,271.10-4

B = 2,088.10-4 C = 8,059.10-8

Image : Sonde de température T107 Vérification

Dans le but de vérifier le bon fonctionnement de ces capteurs, nous effectuons un étalonnage par comparaison ainsi qu’un jugement de conformité par rapport à un critère défini préalablement par nos soins.

Nous plongeons la sonde de température de référence et les thermistances dans un bain thermostaté. Nous imposons au bain la température désirée et nous patientons 1heure afin que la mesure soit bien stable. Puis nous relevons, grâce au logiciel Loggernet, la température indiquée par les thermistances ainsi que celle de la référence.

Tableau : Etalonnage par comparaison T107

Notre tolérance est de ± 0.5°C par rapport à la valeur de référence (valeur vraie). On constate donc que les 3 thermistances sont bien conformes et pourront donc nous indiquer des mesures fiables sur le terrain.

3. Pluviomètre

Présentation

Pour mesurer la pluie, nous utilisons un pluviomètre à auget basculant du constructeur Campbell Scientific.

Image : Pluviomètre à augets basculant ARG100

Ce capteur est branché sur une voie de comptage de la centrale d’acquisition. Ce compteur est incrémenté de 1 à chaque basculement d’auget, qui correspond à 0,2 mm de pluie.

Vérification

La vérification du pluviomètre consiste à faire tomber une quantité d’eau précise et connue dans le réceptacle du pluviomètre.

Le diamètre interne du disque d’ouverture du pluviomètre est égal à 25,45 cm.

Sachant que l’aire d’un disque est égale : π x D²/4, ici l’aire correspond à 51,71 cm² soit 0.051 m². On choisit de verser 0.5 L d’eau, soit 500 grammes d’eau.

0.5L 0.051 m²

X 1 m² donc X = 0.5/0.051 = 9.8 L / m² = 9.8 mm Nous autorisons une erreur de justesse de 0.2 mm de pluie pour 10 mm de pluie.

Avant de faire la manipulation, il faut bien régler le pluviomètre en vissant et/ ou dévissant les butées qui se situent sous l’auget.

Une fois que l’eau s’est totalement vidée du bidon, il faut vérifier que le pluviomètre à bien compter 50 basculements d’augets soit 10 mm de pluie. Si c’est le cas contraire, le pluviomètre doit être calibré, c’est-à-dire qu’il faut à nouveau régler l’ARG100. Nous recommençons la vérification du pluviomètre jusqu’à ce qu’il nous indique une mesure cohérente de notre volume d’eau.

Image : Vérification du pluviomètre ARG100

4. Sonde de niveau d’eau

Présentation

Pour suivre l’évolution du niveau de l’eau dans le sol, nous utilisons des piézomètres dans lesquels des sondes de niveau d’eau PDCR 1830 sont installées. Le piézomètre étant relié à la centrale d’acquisition, nous pourrons ainsi étudier les mouvements d’eau dans d’éventuelles nappes superficielles.

Les capteurs de la série 1830 sont la dernière génération de capteurs de pression entièrement immergeables qui bénéficient des plus récentes techniques dans le domaine de la mesure de niveau et de profondeur. Au cœur du capteur se trouve l’élément de mesure, en silicium micro-usiné, d’une très grande stabilité. L’élément de mesure est entièrement isolé du milieu par une membrane en titane. L’utilisation de titane permet aux capteurs d’être utilisés dans les fluides les plus hostiles où des matériaux tels que l’acier inoxydable, ne peuvent être utilisés.

Le montage de l’électronique à l’intérieur du corps en titane permet de réduire au minimum la taille du capteur tout en améliorant la fiabilité. La tension d’excitation est au maximum de 10 Volts à 5mA. Ils peuvent mesurer jusqu’à une pression de 350 mbar, ce qui correspond à une mesure 3,43 m dans l’eau pure.

Pour notre projet, la sonde se trouvera à 60 cm sous la surface du sol.

Image : Capteur de niveau d’eau PDCR 1830

Etalonnage

La manipulation consiste à installer le capteur au fond d’une grande éprouvette graduée en millimètre. Nous remplissons l’eau progressivement au niveau voulu (valeur vraie), puis nous attendons quelques instants afin que la mesure soit stable pour ensuite la relever.

Image : Résultats de notre expérience du PDCR 1830

L’équation y = a x + b avec a : le gain b : l’offset

L’erreur d’offset ou décalage est la différence entre la valeur vraie de la mesure et celle obtenue à partir de la réponse du capteur.

5. Tensiomètre

Présentation

La méthode tensiométrique avec les capteurs T4e du constructeur UMS permet de mesurer le potentiel matriciel du sol.

Le potentiel matriciel caractérise l'état énergétique de l'eau dans un sol. Il existe une relation forte entre le potentiel de pression et l'humidité (quantité d'eau) : plus un sol sera sec, plus son potentiel sera bas.

Ces capteurs sont installés dans le sol de façon verticale ou horizontale et délivrent un signal de sortie linéaire et s’alimente d’environ 10,6 Volts en continu.

La gamme de mesure de ce capteur est de + 100 kPa à - 85 kPa avec une précision de ± 0,5 kPa. Je n’ai encore pas eu l’occasion de faire des manipulations avec ce capteur.

Image : Tensiomètre T4e

Etalonnage

Pour étalonner le tensiomètre, il est nécessaire d’enlever la céramique poreuse et de placer un calibrateur de pression de référence au niveau du capteur. On impose différentes pressions avec le calibrateur et grâce au tensiomètre, on relève simultanément les valeurs de tension en mV.

Image : droite d’étalonnage du T4e

Plus la pression au niveau du capteur diminue et plus la tension va augmenter. L’équation pour ce tensiomètre dans cet exemple est P = -10,62 x U + 2,58

IV / SUR LE TERRAIN

A – Installation centrale d’acquisition et capteurs

Afin d’avoir une nouvelle campagne de mesure, nous avons instrumenté une parcelle sur le site OS². Nous avons installé une centrale d’acquisition ainsi que différents capteurs environnementaux sur un

Ce système doit être autonome et nous délivrer une tension grâce au rayonnement du soleil. Cela nous permettra de faire le suivi des différents paramètres physiques du sol sur plusieurs jours. Nous avons creusé une fosse pédologique afin d’implanter les capteurs de teneur en eau CS616 à différents niveaux de profondeurs : -10 cm, -20 cm et -40 cm. Trois thermistances T107 ont été positionnées au niveau de ces trois niveaux de profondeur afin de suivre la température du sol.

Image : Capteurs de teneur en eau CS616 et thermistances T107 mis en place

Image : Centrale d’acquisition reliée au panneau solaire

B – Prélèvement de sol

Nous allons faire des prélèvements de densité du sol et de teneur en eau pondérale du sol afin de calibrer au mieux les réflectomètres de teneur en eau et d’obtenir des meilleures mesures.

Il est nécessaire de faire des relevés ponctuels de teneur en eau pondérale à des moments pertinents de la saison culturale pour calibrer les capteurs de teneur en eau, pour cela nous devons procéder à des prélèvements de sol.

Nous avons prélevé des échantillons de sol sur le site atelier de l’Unité OS². Ces prélèvements se sont fait sur le site de Villamblain, à l’aide d’une tarière, à différents niveaux de profondeur (tous les 10 cm).

Image : Prélèvement de sol à l’aide d’une tarière

Après cette première étape, la terre est stockée dans des petites boites métalliques que l’on referme afin que la teneur en eau ne varie pas.

Au laboratoire, nous avons pesé directement ces échantillons et nous avons donc obtenu une masse humide du sol.

Ensuite, les échantillons sont placés dans une étuve à 105°C, pour se situer un peu au-dessus du point d’ébullition de l’eau sans pour autant détruire les matières organiques.

Après 48h, le temps que le poids de l’échantillon devienne constant, nous avons effectué une nouvelle pesée afin d’obtenir la masse sèche.

Grâce à ces deux pesées, nous pouvons donc calculer la teneur en eau pondérale.

Image : Tableau d’étalonnage des capteurs de teneur en eau CS616  HP : Humidité pondérale = Teneur en eau pondérale

 H (Masse d’eau) = Masse sol humide – Masse sol sec  PTS : Poids total sec = Masse sol sec - TARE

 HP (%) = (H / PTS ) x 100

Cette formule équivaut à l’équation : W = Mw / Ms

Tamisage

Le sol est broyé à l’aide d’un mortier et d’un pilon puis tamisé. Nous obtenons ainsi des fragments terreux de diamètre <2 mm (terre fine).

Image : Tamisage

Le tamisage a pour but de faire différentes mesures notamment la granulométrie. La granulométrie consiste à déterminer la taille, les dimensions des grains d’un mélange et à étudier leur répartition dans différents intervalles dimensionnels.

Vérifications importantes à faire

A chaque sortie sur le terrain, nous devons contrôler le bon fonctionnement des appareils et effectuer :

- Le contrôle de la tension de la batterie

- La cohérence des données (présence de données aberrantes ou marqué par un « NAN ») - L’état des câbles des capteurs

- Le nettoyage du panneau solaire - Le nettoyage du pluviomètre - La collecte des données

C – Prélèvement d’eau

Dans le but d’étudier les propriétés physico-chimiques de l’eau du sol, nous avons installés différents dispositifs pour l’échantillonnage de l’eau :

- Des bougies poreuses - Des piézomètres - Sortie de drain

Afin de contrôler l’eau tout au long de son cycle dans le sol, nous utilisons des bougies poreuses et des piézomètres.

 Bougies poreuses : mettre sous vide pour créer un effet de succion pour l’eau qui est retenu par le sol (eau liée).

 Piézomètre : pour l’eau libre dans le sol

D – Teneur en eau

Réflectomètre de teneur en eau CS616

Dans les fichiers de données brutes des capteurs de teneur en eau CS616, nous avons deux colonnes par capteur.

Image : Données brutes des réflectomètres CS616 (site La Gouethière)

Sur le site de La Gouethière, nous avons installé 3 capteurs à chaque niveau de profondeur : -10cm, -25 cm et -35 cm.

Les mesures ponctuelles représentent la moyenne des 4 mesures de teneur en eau pondérale.

Teneur en eau calculée à l’aide de l’équation quadratique : VWC = - 0,0663 – 0,0063 x P + 0,0007 x P² Période du signal : mesure brute du capteur

Nous avons réalisé une moyenne des valeurs afin d’obtenir une seule courbe représentative pour chaque profondeur. Nous pouvons faire un graphique de synthèse comme ci-dessous.

Ce défaut de courbe exprime l’état du sol durant la période de fin janvier. Le sol a gelé, c’est pourquoi les mesures de teneur en eau volumique sont très faibles. Il ne faut donc pas prendre en compte cette partie de courbe.

Conclusion

D’après les graphiques précédents, nous pouvons constater que plus le capteur est placé en profondeur et moins la teneur en eau volumique va varier.

Le traitement des données ne pourra être finalisé que lors du démontage des sites expérimentaux. En effet, il nous manque des points pour couvrir le domaine des teneurs en eau et effectuer un calibrage complet des sondes CS616.

Les démontages des sites expérimentaux vont se faire dans les prochains mois. Cela me permettra de finaliser le traitement et l’exploitation des données.

V / EXPLOITATION DES RESULTATS

Les fichiers bruts récupérés des centrales d’acquisition possèdent l’extension « .DAT ». Microsoft Excel permet de les ouvrir et de les exploiter.

A – Température

Nous avons installé des thermistances T107 dans le sol à différentes profondeurs (-10 cm, -25 cm, -35 cm) sur le site de la Gouethière afin de pouvoir réaliser un profil de température.

Grâce aux résultats obtenus, on obtient un graphique qui correspond à l’évolution de la température en fonction du temps.

Image : Profil de température sur le site La Gouethière

On peut constater sur ce graphique que la température varie au cours du temps. Plus on se trouve en profondeur dans le sol et moins le capteur va être sensible aux changements de température. L'alternance des jours et des nuits, ou la succession d'une journée ensoleillée avec une journée nuageuse, aura un impact mesurable sur la température de la partie superficielle du sol mais n'aura pas d'incidence mesurable sur les parties plus profondes du sol. Celles-ci vont mettre plus longtemps à se réchauffer, et ne vont donc réagirent qu'à des variations longues de températures.

-10 cm -25 cm -35 cm

B – Pluviomètre

Grâce aux pluviomètres ARG100 installés sur les sites d’expérimentation, nous pouvons observer et étudier la pluviométrie.

Ceci nous permet de mieux comprendre certains événements, comme par exemple une remontée soudaine de la teneur en eau dans le sol.

Nous pouvons calculer une pluviométrie journalière ou encore un cumul de pluie grâce aux données de pluviométrie.

Image : Données de pluviométrie

On peut remarquer, grâce au tableau ci-dessus, que pendant certaines heures il n’y a pas eu de pluie. On a un total de 7,2 mm de pluie pour la journée du 23/11/2016 ce qui correspond à 7,2 L/m². Grâce au tableau, nous réalisons le graphique suivant.

Image : Pluviométrie sur le site de La Morie

Pluie Cumul

C – Piézomètre

Pour installer le piézomètre, nous effectuons un forage d’environ 80 cm. On utilise de la bentonite, un matériau argileux afin d’étanchéifier la base du piézomètre et ainsi éviter les écoulements préférentiels.

Image : Données des piézomètres

Nous obtenons ainsi un graphique qui nous montre l’évolution du niveau de l’eau dans le sol au cours du temps. La limite inférieure correspondant à une hauteur d’eau de -60 cm en dessous de la surface du sol. Niveau de la surface du sol Surface du sol : 0 cm -30 cm -60 cm

Niveau d’eau par rapport à la surface du sol Niveau de la surface du sol Niveau à -60 cm par rapport à la surface du sol

CONCLUSION GENERALE ET AVENIR PROFESSIONNEL

Ce rapport de fin de mission a eu pour objectif d’illustrer mon travail qui s’intitule : Instrumentation au laboratoire et sur le terrain de dispositifs de mesures des propriétés physiques des sols.

La connaissance de la nature et du fonctionnement du sol est indispensable pour appréhender et mettre en œuvre les bonnes pratiques agronomiques permettant à la fois de le protéger et d’en tirer parti de façon durable par la production agricole ou pour d’autres usages.

Les sols jouent un rôle essentiel dans l’environnement, en constante interaction avec l’air, la flore et la faune, l’eau et les roches, ils subissent également de nombreuses pressions anthropiques.

Cette année d’alternance m’a permis d’intégrer une unité de recherche et d’en apprécier le fonctionnement. Lors de cette formation, j’ai pu acquérir de nouvelles connaissances notamment sur le fonctionnement des sols ainsi que l’étalonnage des capteurs environnementaux.

Le travail que j’ai effectué dans le cadre de ma mission, m’a aidé à porter un regard critique sur les différents appareils de mesures que j’ai utilisé et sur l’importance de les étalonner et de les vérifier avant leur utilisation sur le terrain. L’objectif premier est de voir si les capteurs environnementaux sont bien fiables.

Travailler avec l’Unité de Recherche Science du Sol m’a permis aussi de voir en quoi consistait le travail d’un assistant ingénieur et d’un ingénieur au sein d’une structure comme l’INRA.

Cette expérience en entreprise m’a offert une vision complète d’une grande structure travaillant dans le domaine des sols. De plus cela m’a permis de découvrir le monde de la recherche, d’acquérir des connaissances sur le sol et d’appliquer mes connaissances théoriques vu en cours au sein de l’entreprise. Ce fut pour moi une expérience très enrichissante et complète qui conforte mon désir de continuer les études dans le domaine de l’environnement.

Je souhaite intégrer l’école d’ingénieur Polytech Tours dans le domaine de l’aménagement du territoire et de l’environnement.

Enfin, je tiens à exprimer ma satisfaction d’avoir pu travailler dans de bonnes conditions matérielles et un environnement agréable.

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

Sources internet

http://www.inra.fr/ (Site de l’INRA)

http://www.val-de-loire.inra.fr/ (Site du Centre Val de Loire) http://www6.val-de-loire.inra.fr/ur-sols (Site de l’unité UR Sols) https://www.campbellsci.fr/ (Site constructeur des capteurs)

Source bibliographique

« Sols et environnement - DUNOD » de M-C Girard, C Walter, J-C Rémy, J Berthelin et J-L Morel « Le sol vivant – Collection gérer l’environnement » de J-M Gobat, M Aragno et W Matthey « Sol, interface fragile – édition INRA » de P Stengel et S Gelin

« Petit lexique de pédologie – édition INRA » de D Baize

«Campbell Scientific, Inc. Software End User License Agreement (EULA) – Instruction manual »

ANNEXES

Annexe 1 : Fiche produit du multiplexeur AM16/32B

Annexe 2 : Logiciel Loggernet

Annexe 3 : Fiche produit réflectomètre de teneur en eau CS615 et CS616

Annexe 4 : Fiche produit pluviomètre

Annexe 5 : Fiche produit capteur de niveau d’eau PDCR 1830

Annexe 6 : Protocole suivi pour déterminer l’Offset du capteur TDR100

Annexe 7 : Fiche produit système TDR TRASE

Annexes 8 : Mon cahier de laboratoire

Annexes 9 : Installation d’une station météo avec pluviomètre sur le site de

Nouzilly à Tours

Annexe 8 : Mon cahier de laboratoire

Dès mon premier jour à l’INRA, Guillaume, mon maitre d’apprentissage m’a donné un cahier de laboratoire. Ce cahier sert à marquer mes résultats d’expériences, mes travaux effectués, mes tâches faites