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Modelisation des transferts gazeux dans le lit de
semences : application au diagnostic des conditions
d’hypoxie des semences de betterave sucriere (Beta
vulgaris L.) pendant la germination. II. Resultats des
simulations
Guy Richard
To cite this version:
Guy Richard. Modelisation des transferts gazeux dans le lit de semences : application au diagnostic
des conditions d’hypoxie des semences de betterave sucriere (Beta vulgaris L.) pendant la germination.
II. Resultats des simulations. Agronomie, EDP Sciences, 1988, 8 (7), pp.639-646. �hal-02717250�
SCIENCE DU SOL
Modélisation des
transferts
gazeux
dans le lit
de
semence :
application
au
diagnostic
des
condi-tions
d’hypoxie
des
semences
de betterave
sucrière
(Beta vulgaris L.)
pendant
la
germina-tion.
II.
Résultats
des simulations
Guy RICHARD Jérôme GUÉRIF
1.N.R.A. Station de Science du Sol, Centre de Recherches d’Avignon, Domaine Saint-Paul, B.P. 91, F84140
Montfavet
RÉSUMÉ Un modèle de transferts gazeux dans les couches de sol cultivé appliqué à l’étude des conditions d’hypoxie des
semences de betterave sucrière a été proposé par les auteurs dans un article précédent (RICHARD & GUÉRIF, 1988).
Ce modèle est ici appliqué à un profil avec ou sans croûte de battance et pour différentes caractéristiques physiques
de la croûte. En dehors d’un lit de semence quasiment saturé, le risque d’apparition de conditions hypoxiques dans le lit de semence est lié à la formation d’une croûte de battance et à la présence d’une forte activité microbienne
au sein du profil. L’activité microbienne étant fortement dépendante de la température, la concentration en
oxygène ne risque d’être limitante qu’à certaines périodes de la journée. L’influence des caractéristiques
structurales et hydriques du lit de semence et des couches sous-jacentes est discuté suivant que la croûte de battance est saturée, ou désaturée ou fissurée.
Mots clés additionnels : Aération, concentration en oxygène, coefficient de
diffusion,
porosité libre à l’air,respiration microbienne du sol, croûte de battance.
SUMMARY
Modeling
gastransfer
in seed beds :diagnosis of hypoxia
conditionsfor
sugar beet seed(Beta
vulgaris
L.)
during
germination.
II. Resultsof simulations.
A model of gas transfer in cultivated soil layers, intended for the study of hypoxia conditions for sugar beet seeds,
was presented in an earlier paper (RICHARD & RIF, LUG 1988). This model was applied to a profile with or without surface crusting and for different characteristics of the crust. Neglecting the case where the seed bed is
quasi-saturated, it appeared that the oxygen concentration became limiting in the seed bed only if a crust formed at the surface and for high microbial respiration. Soil microbial respiration, greatly depends on temperature and oxygen concentration may be limiting only during short periods in the day ; the consequences on the germination are not known. The role of the structural and water potential characteristics of the profile are discussed either for
a saturated, unsaturated or cracked crust.
Additional
key
words : Aeration, o.xygen concentration, gaz diffusion, air-filled porosity, soil microbial respiration, crust.I. INTRODUCTION
Dans un article
précédent
(RICHARD
&G
U
É
RIF
,
1988),
les auteurs ontproposé
un modèle de transfertsgazeux dans les couches de surface des sols cultivés
fondé sur les lois de diffusion gazeuse
(lois
deF
ICK
).
Une stratification horizontale du
profil
estproposée.
Chaque
strate - croûte debattance,
lit de semence et couchessous-jacentes
-est définie par ses
paramètres
de transfert en fonction de ses variables d’états. La fonction
puits
àoxygène
« semence » estnégligée
parfait, elle,
partie intégrante
du modèle. Ils’agit
mainte-nant, à
partir
desimulations,
de mettre en évidence lescaractéristiques
duprofil qui risquent
d’entraîner uneperturbation
de lagermination
de la semence de bette-rave sucrière par une limitation de son alimentation enoxygène ;
une situation est considérée commecritique
si,
partant
d’une concentration enoxygène
au niveau de la semence de 21 p.100,
celle-ci s’abaisse à moins de10 p. 100 en moins de 24 heures.
Il.
DÉMARCHE ADOPTÉE
ET OUTILSMATHÉMATIQUES
UTILISÉS
On simule l’évolution
possible
de l’état structural ethydrique
duprofil
en considérant successivement : l’ab-sence d’une croûte de battance à la surface duprofil..
laprésence
d’une croûte de battance continue etsaturée,
puis
le dessèchement de cette croûtequi
est alors désaturéeet/ou
fissurée.On commence par hiérarchiser les situations à
partir
d’une
analyse
enrégime
permanent
àtempérature
cons-tante, et avec une fonction
puits indépendante
de la concentration enoxygène.
On obtient alors la gammeextrême de situations à
risques.
On étudie ensuite cessituations de
façon
plus précise
enrégime
transitoire,
en tenantcompte
des variations de la fonctionpuits
àoxygène
avec la concentration enoxygène
et latempé-rature.
En dehors des situations pour
lesquelles
il existe unesolution
analytique simple
(régime
permanent,
géométrie
monodimensionnelle et fonctionpuits
àoxygène
constante),
on utilise unlogiciel
de résolutionnumérique
dessystèmes d’équations
différentiellesordi-naires
et/ou
aux dérivéespartielles (logiciel
« FO!R-SIM », CARVER etal.,
1979 ;
LAFOLIE &C
HAHUNEAU
,
1985).
La méthodeemployée
est la méthode dite « deslignes
» associée à une discrétisation del’espace
pardifférences finies.
La structure du
profil adoptée
estrappelée
sur lafigure
1. Lessymboles
utilisés sontprésentés
dans le tableau 1. Dans la suite du texte, l’indice i relatif àD
i
,
Ni
et
P
i
fera référence au numéro de la couche commedéfinie sur la
figure
1. L’indice 0représente
le milieu«air»;onaDo!720cm!-h’etCo=21p.lOO.
III.
RÉSULTATS
DES SIMULATIONSA. Profil sans croûte de battance
On doit résoudre les
équations
de diffusion(loi
deF
ICKet
équation
de conservation demasse) appliquées
aux couches 2 et
3,
donc lesystème d’équations
suivant :avec
et
La solution dans le lit de semence, en
régime
perma-nent et avec une fonctionpuits
constante, est :Il
apparaît
que la concentrationd’oxygène
àl’équi-libre à une
profondeur
donnée du lit de semence estindépendante
du coefficient de diffusion relatif descouches
sous-jacentes (D
3
),
ainsi que de laporosité
libreà l’air de l’ensemble du
profil (N
2
etN
3
)
(si
ce n’est au travers de la relation entre le coefficient de diffusion et laporosité
libre àl’air).
Onpeut
alors ne considérer que lapartie supérieure
duprofil :
on réduit lesystème
à uneseule
couche,
dontl’épaisseur
est déterminée par laprofondeur
maximale de semis(fixée
à ps = 5cm),
avecà cette
profondeur
une condition de fluxégal
à laconsommation
d’oxygène
des couchessous-jacentes
(notée Q).
ou
Q
=(L - ps)
’
P
2
en considérant la fonctionpuits
homogène
sur tout leprofil
du sol.Le
profil
de concentration enoxygène
nedépend
alorsque de 3
paramètres : D
2
,
P
2
etQ.
La
figure
2présente
quelques
simulations deprofil
de concentrationd’oxygène
dans les 5premiers
centimè-tres. En
comparant
respectivement
les courbesb, d,
faux courbes c, e, g, il
apparaît
que leprofil
deconcen-tration en
oxygène
estpratiquement indépendant
de lafonction
puits
du lit de semence : l’accumulation derésidus de récolte dans le lit de semence, dans ces
conditions,
neprésente
pas derisque particulier
et elleconstituerait même une situation
plus
favorablequ’une
répartition homogène
des résidus au sein duprofil.
Eneffet,
ce n’est que pour des situationsprésentant
de trèsfortes consommations
d’oxygène
dans les couchessous-jacentes
à la semence, associées à un faible coefficient dediffusion du lit de semence
(courbe
f etg)
que laconcentration en
oxygène
se situe en dessous de10 p.
100 à moins de 5 centimètres deprofondeur.
Dans ces
conditions,
l’analyse
enrégime
transitoireavec une fonction
puits dépendante
de la concentrationen
oxygène
et pour unetempérature
constante montreque : - d’une
part,
letemps
nécessaire pour atteindre laconcentration
d’oxygène
àl’équilibre
est faible parrapport
autemps
moyen degermination qui
est de3
jours
à 20 °C pour la betterave sucrière(fig. 3) ;
- d’autre
part,
leprofil
de concentration enoxygène
dépend
alors du coefficient de diffusion relatif descouches
sous-jacentes
à la semence(fig. 4).Plus
lecoef-ficient de diffusion relatif des couches
sous-jacentes
à lasemence est élevé
(courbes
b,
c,d), plus
laconsomma-tion
d’oxygène
par ces couches est élevée etplus
la concentration enoxygène
despremiers
centimètres du lit de semence estréduite ; la
concentration enoxygène
reste néanmoinssupérieure
à celle calculée dans la situation où on neprend
pas en compte la variation dela fonction
puits
avec la concentration enoxygène
(courbe
a). Aussi,
même dans le cas d’unprofil
avec uncoefficient de diffusion relatif faible dans les 5
premiers
centimètres,
fortau-delà,
et une forte fonctionpuits
dans tout leprofil
(courbe
b),
la concentration enoxygène
n’atteint10 p.
100qu’entre
4 et 5 centimètres deprofondeur.
Dès que latempérature
est inférieure à20 °C,
la concentration enoxygène
des 5premiers
centi-mètres du lit de semence restesupérieure
à10 p.
100.En l’absence d’une croûte de
battance,
pour la gamme de variation des différentsparamètres
que l’on s’estfixée,
la concentration enoxygène
nerisque
donc pas dedescendre en dessous de 10
p.
100 au niveau de lasemence. Il est à noter que cette gamme ne
prend
pas encompte
les valeurs très faibles de coefficient de diffusionsatura-tion ;
dans ce cas, la concentration enoxygène
devientlimitante du fait de la seule fonction
puits
« semence ».On remarquera
qu’en
l’absence d’une croûte debattance,
unprofil
a priori favorable,
caractérisé par uneporosité
structurale libre à l’air élevée dans la couche labourée et unerépartition homogène
de la matièreorganique,
est enfait,
la situationqui risque
d’entraînerles concentrations en
oxygène
lesplus
faibles dans le litde semence. Par contre, si les couches
sous-jacentes
à lasemence sont
saturées,
la concentration enoxygène
auniveau de la semence reste
proche
de 21 p. 100.B. Profil avec une croûte de battance continue et saturée
1.
Régime
permanent avec unefônction
puits
constanteDe la même manière que l’on a obtenu
l’équation (3),
si l’on
néglige
la fonctionpuits
de lacroûte,
laconcen-tration en
oxygène
à la base de la croûte est donnée parl’équation
suivante :Le flux maximum
d’oxygène
pouvant
traverser lacroûte est alors :
En considérant le coefficient de diffusion relatif le
plus
élevé pour la croûtesaturée,
c’est-à-direégal
à celui dans l’eau(3,3’
106
),
et uneépaisseur
de la croûte faible(0,05
cm),
le flux maximumd’oxygène
pouvant
traver-ser la croûte est de10 mm!-h ’ ’cm’! :
ilcorrespond
àdes fonctions
puits
inférieures à0,5
mm3. hl.
cm-
3
sur
20 à 30 cm de
profil.
Une fonctionpuits,
mêmefaible,
dans le
profil
entraîne une concentration enoxygène
nulle sous la croûte saturée : le flux maximal
pouvant
traverser la croûte est alorsnégligeable
devant la consommationd’oxygène
dans leprofil
et lesystème
peut
être considéré comme confiné.2. Ordre de
grandeur
desfonctions
puits
«critiques
»Sachant que le
système
peut
être considéré commeconfiné pour de faibles fonctions
puits,
onpeut
utiliserle modèle pour estimer la valeur des
paramètres
carac-téristiques
d’une situationcritique.
Le tableau 2
présente
les fonctionspuits
dites «criti-ques », c’est-à-dire celles entraînant en 24 heures une
concentration en
oxygène
inférieure à10 p.
100 pour une concentration enoxygène
initiale de 21 p. 100 dans tout leprofil.
Ilapparaît
que leparamètre important
àconsidérer est la
porosité
libre àl’air ;
l’épaisseur
de la croûte et le coefficient de diffusion relatif au sein duprofil
ne modifient pas le niveau de la fonctionpuits
critique
(colonnes b,
c,d).
On aprésenté
(colonne a)
lecas
simplifié
où l’on considère que la concentration enoxygène
ne reflète que le bilan local entre le stock initiald’oxygène
et la consommationd’oxygène
au cours dutemps
(avec
Pindépendant
deC),
cequi
peut
se traduireIl
apparaît
que cetteéquation simple
suffit à rendrecompte
des fonctionspuits critiques,
dans le cas d’uneporosité homogène
dans leprofil
et d’une concentrationen
oxygène
initiale uniforme dans leprofil.
En considérant une concentration en
oxygène
initialehomogène
de 21 p. 100 dans tout leprofil,
on surestimeles fonctions
puits
àoxygène critiques.
Eneffet,
enconditions
réelles,
ungradient
de concentration enoxygène préexiste
au sein duprofil quand
la croûteapparaît.
Le tableau 3 compare les ordres de
grandeur
de la fonctionpuits critique
pour 2types
de conditionsinitia-les :
- la concentration
en
oxygène
est uniforme etégale
à 21 p. 100 dans le
profil
(colonne a) ;
- le
gradient
initial de concentration enoxygène
ausein du
profil
estégal
à celui àl’équilibre
pour les mêmescaractéristiques
duprofil
sans la croûte de battance(colonne b).
Cegradient
a été calculé pour différentsparamètres
de transfert de la couche labourée(lignes i, j,
k, 1).
Pour ces 2 cas extrêmes de conditions
initiales,
leniveau de la fonction
puits critique
varie peu(colonnes
a etb),
même pour différents coefficients de diffusion relatifs de la couche labourée à uneporosité
donnée(lignes
i, k,
1).
Plus le coefficient de diffusion relatif de lacouche labourée est
faible,
plus
legradient
deconcen-tration au sein du
profil
estmarqué,
donc moins le stockd’oxygène
estimportant
au moment del’apparition
dela croûte : la fonction
puits critique
est alorslégèrement
plus
faible. Deplus,
à un coefficient de diffusion relatifélevé dans la couche labourée
correspond,
entendance,
une
porosité
libre à l’airélevée,
donc un niveau defonction
puits critique plus
élevé(lignes
i etj).
Donc,
enprésence
d’une croûtesaturée,
la concentra-tion enoxygène
dans le lit de semencedépend
essen-tiellement du niveau de la fonction
puits
et de laporosité
libre àl’air,
et du coefficient de diffusion relatifdu
profil qui
détermine leprofil
de concentration au moment del’apparition
de la croûte. La concentrationen
oxygène
dans le lit de semence est inférieure à10 p.
100 en moins de 24 heures pour des fonctionspuits
à
oxygène potentielles
faibles à moyennes(inférieures
à 2mm
3
-h-
1
.
.cm-
3
)
dans unelarge
gamme deporosité
structurale libre à l’air.
3.
Effet
de latempérature
A
20 °C,
les fonctionspuits critiques
sont faibles àmoyennes
(inférieures
à 2mm
3
. hl
,
cm3
).
Leproblème
est de savoir comment varie ce niveau de fonctionpuits
critique
avec latempérature.
On ne va pas
prendre
encompte
legradient thermique
au sein duprofil,
ledéphasage
et l’amortissement des variationsthermiques
avec laprofondeur ;
sinon,
ilserait alors nécessaire de réaliser un
couplage
destransferts
thermiques
et gazeux, cequi
n’est pas notreobjectif
dans ce travail. La relation(7)
suffit à rendrecompte
de l’évolution de la concentration enoxygène
sous une croûte de battance saturée. Apartir
de cetterelation,
on va seulement chercher à estimer le niveau dela fonction
puits critique potentielle
du sol pourdiffé-rents
régimes thermiques.
On asimplifié
alors encoreplus
le modèle en considérant une variation linéaire dela
température
au cours de lajournée.
On définit : -
P
ref
la fonctionpuits
tellequ’en
24heures,
la concentration enoxygène
soit inférieure à10 p.
100 si latempérature
est constante etégale
à 20 °C.P
rcf
estcalculée à
partir
de la relation(7).
- P la fonctionpuits potentielle
du sol(mesurée
à 20 °C et dans 21 p. 100d’oxygène)
telle que,compte
tenu des conditionsd’anisothermie,
la concentration enoxygène
soit inférieure à 10 p. 100 en moins de 24 heu-res.- P
j
la fonctionpuits
réelle duprofil
au tempsj.
— T
.
latempérature
du sol autemps
j.
On a
d’après
la loi duQ
lo
(RICHARD
&GUÉRIF,
1988) :
Pi =
P. (Q 10)((
TJ
20)/10).(8)
Si on considère une variation linéaire de la
tempéra-ture
journalière
entre le minimum(T
m;n
)
et le maximum(
T
,,,,,),
on Obtlerit :T
j
-
T
min
+
(j-I)’(Tmax-Tmin)/11
(9)
j
étant l’indice horairecompris
entre 1 et 12.Compte
tenu des variations detempérature,
la concentration enoxygène
devient inférieure à 10 p. 100 en 24 heures si :On obtient
alors,
àpartir
deséquations
(8,
9,
10) :
soit
Au vu des valeurs de K données par le tableau
4,
latempérature
apparaît
déterminante vis-à-vis durisque
d’apparition
d’une concentration limitante dans le lit desemence. En
effet,
si latempérature journalière
n’excède pas15 °C,
les fonctionspuits critiques
sont d’un ordrede
grandeur triple
de ceuxprésentés
dans les tableaux 2 et 3. Dans cesconditions,
si laporosité
libre à l’air estinférieure à 20 p.
100,
la situation devientcritique
pour des fonctionspuits
àoxygène potentielles
de l’ordre de 3mm3. h-1 . crri
qui
correspondent
à l’activitébiologi-que maximale d’un sol sans résidus de
récolte ;
si laporosité
libre à l’air estsupérieure
à 20 p.100,
lasituation ne devient
critique
que si le sol contient desrésidus de récolte.
Sous une croûte de battance saturée et
continue,
ilapparaît
donc que lerisque
que la concentration enoxygène
ne devienne limitante en 24 heures estétroite-ment lié à la
température
et à laprésence
de résidus derécolte.
C. Profil avec une croûte de battance désaturée
et/ou
fissurée
La
température
et l’ETP sont corrélées et une tempé-rature élevée accroît laprobabilité
que la croûte sedésature ou se fissure en l’absence de nouvelles
plui.es.
On ne va pas chercher à estimer cette
probabilité
enfonction des conditions
climatiques ;
on neprésente
queles
conséquences
d’une désaturation ou d’unefissura-tion de la croûte sur l’évolution ultérieure de la
concen-tration en
oxygène
dans le lit de semence.On choisit comme condition initiale une
concentra-tion en
oxygène
uniforme de10 p.
100 dans tout leprofil.
Cette concentration estsupposée
avoir étéatteinte
pendant
que la croûte était saturée. Onpeut
considérer que la concentration en
oxygène
initiale esthomogène
sur tout leprofil
car, enprésence
d’une croûtesaturée,
legradient
de concentration enoxy-gène
au sein duprofil
estpratiquement
nulquel-ques heures seulement
après l’apparition
de lacroûte,
quelles
que soient lescaractéristiques
duprofil.
On recherche alors les conditions pourlesquelles
laconcen-tration en
oxygène
au niveau de la semence reste endessous de
10 p. 100,
malgré
l’évolution de la croûte. On se fixe 3 niveaux de fonctionpuits :
moyen(2,5
3
. h-
l
.
mm
cm-3),
fort(5
l
mm
. h-
3
cm3
)
ou très fort(10
mm
3
.
h-
1
.
cm
-
3
)
.
l. Cas d’une croûte de battance désaturée La
figure
5 montre que :- le
système
nepeut
plus
être considéré commeéquivalent
à unsystème
confiné,
sauf pour un coefficientde diffusion relatif de la croûte très faible
(courbes
f etg).
Dans ce cas, la concentration enoxygène
diminuetrès en
deçà
de10 p.
100 ;
- si le coefficient de diffusion relatif de la croûte
est
supérieur
à10-
3
@
la concentration enoxygène
au niveaude la semence, même pour une très forte fonction
puits,
se stabiliserapidement
vers15 p.
100(courbe a) ;
-
pour des coefficients de diffusion relatifs de la croûte
intermédiaire,
de l’ordre de10!,
des fonctionspuits
de2,5
à 5mm
3
, h-
I
’
cm-
3
maintiennent
uneconcentration en
oxygène
sous la croûte inférieure à10 p.
100,
suivantl’épaisseur
de la croûte(courbes
b etd)
et le coefficient de diffusion relatif duprofil (courbes
c ete).
Donc,
une fois la croûtedésaturée,
la concentrationen
oxygène
ne reste limitante que si la diffusivité de la croûte est faible(inférieure
à10-4 )
et pour des fonctionspuits potentielles
minimales de2,5
à 5mm
3
. h-
1
.
cm3
.
De la même manière que pour un
profil
sans croûte debattance,
le niveau de fonctionpuits critique dépend
alors du coefficient de diffusion relatif du
profil.
2. Cas d’une croûte de.battance
fissurée
Le dessèchement
peut
aussi entraîner une fissurationde la croûte dont la discontinuité
risque
de modifier considérablement sespropriétés
de transfert.On a
simplifié
lephénomène
en considérant unesituation
extrême,
compte
tenu des résultats pour unecroûte saturée : on suppose la croûte saturée entre les fissures et on
néglige
le fluxd’oxygène qui
la traverse. Onimpose
donc à la surface du volume desol,
que l’ona assimilé à un
cylindre
dans ces conditions(RICHARD
&G
U
É
RIF
,
1988),
une condition de flux nul:q
x
(x
=0)
= 0.D’après
P. STENGEL(communication personnelle),
la maille maximale de fissuration seraitcomprise
entre 5 et 10 cmcompte
tenu de la faibleépaisseur
des croûtesconsidérées.
A
partir
d’une situation initiale de concentration enoxygène égale
à10 p.
100 dans tout leprofil
et en considérant la fonctionpuits
commeindépendante
de laconcentration en
oxygène,
cequi
évite deprendre
encompte
le coefficient de diffusion de la couchelabourée,
la
figure
6 montre que :- si le coefficient de diffusion relatif du lit de
semence est
fort,
même pour une fonctionpuits
trèsforte,
la concentration enoxygène
restesupérieure
à10 p.
100(courbe a) ;
- si le coefficient de diffusion relatif du lit de
semence est faible
(10’),
des fonctionspuits potentielles
de2,5
à 5mm3. h-1 .
cm !
tendent à maintenir laconcen-tration en
oxygène
inférieure à10 p.
100 suivant lamaille de fissuration
(courbes
b,
c,d). Mais,
compte
tenu de la situation initiale
considérée,
la concentrationen
oxygène
ne reste inférieure à 10 p. 100 que pour unemaille de fissuration de 20 cm et une fonction
puits
fortede 5
MM
3
-h
1
.
cm-3 (courbe d).
Cette valeur de fonctionpuits critique
nereprésente
enplus qu’une
valeurmini-male
puisque
l’on n’a paspris
encompte
la variation dela fonction
puits
avec la concentration enoxygène.
Si la croûte se
fissure,
même si elle esttoujours
saturéeentre les
fissures,
sauf pour un faible coefficient dediffusion relatif dans le lit de semence et une forte
consommation
d’oxygène
par leprofil,
la concentrationen
oxygène
n’estplus
limitante.3. Effèt de
latempérature
Que
la croûte soit désaturée oufissurée,
la fonctionpuits critique
est forte, de l’ordre de 5mm
3
,
h ’
cm
si
la
température
est constante et de 20 °C. Si latempéra-ture est de
10 °C,
une fonctionpuits potentielle
forte de5 mm
3
. hl
,
cm3
ne
représente
qu’une
fonctionpuits
réelle de moins de 2mm
3
, hl
,
cm!,
insuffisante dans laplupart
des situations pour maintenir la concentrationen
oxygène
inférieure à10 p.
100. Vu larapidité
aveclaquelle
lesrégimes d’équilibre
sontatteints,
laconcen-tration en
oxygène
ne sera donc inférieure à10 p.
100qu’à
certains moments de lajournée.
Leproblème
est alors de savoir si de courtespériodes d’hypoxie
sontsusceptibles
de modifier lecomportement
engermina-tion de la semence.
IV. CONCLUSION
Il
apparaît
donc que la concentration enoxygène
despremiers
centimètres du lit de semence, en dehors du casqu’après
la formation d’une croûte de battance et, dans laplupart
dessituations,
pour de fortes activitésmicro-biennes. Cette dernière condition suppose la
présence
de résidus de récolte dans leprofil
et unetempérature
relativement élevée
(20 °C).
Dans tous les cas, un coefficient de diffusion relatif
et/ou
uneporosité
libre à l’air du lit de semence faiblesaugmentent
lerisque d’apparition
de conditionsd’hy-poxie
des semences. Dans le cas d’une croûtefissurée,
unfaible coefficient de diffusion relatif du lit de semence est
même une condition nécessaire pour que la
concentra-tion en
oxygène
devienne limitante. Ces 2paramètres
dépendent
essentiellement du taux de saturation du volumeporal d’origine
structurale,
et donc durégime
d’infiltration de l’eau
après
lespluies
et de l’ETP. lJnobstacle à l’infiltration de
l’eau,
comme unlissage
lié autravail du sol avant
semis,
alors associé à une croûte ensurface
qui
limitel’évaporation, apparaît
comme unfacteur
d’augmentation important
durisque d’hypoxie.
Cependant,
si la croûte se désature ou sefissure,
unfaible coefficient de diffusion relatif
et/ou
une faibleporosité
libre à l’air des couchessous-jacentes
à lasemence
diminuent,
contrairement au cas où la croûte estsaturée,
lerisque
que la concentration enoxygène
nedevienne
critique
au niveau de la semence. Laprésence
d’un
lissage,
qui équivaudrait
à unplan
de flux nuldiminue alors le
risque d’hypoxie lorsque
la croûte n’estplus
saturée. Lejugement
que l’onpeut porter
sur lescaractéristiques
structurales ethydriques
d’unprofil
donné doit donc
dépendre
de l’évolution de l’état struc-tural ethydrique
de la croûte.On n’a pas
pris
encompte
la fonctionpuits
àoxygène
« semence
» puisque
l’on s’est intéressé ici auxcapacités
globales
de transfertd’oxygène
du lit de semence.Cependant,
pour de fortspotentiels
de l’eau(supérieurs
à - 2kPa),
lagermination
de la semence de betteravesucrière est inhibée du fait de la formation d’un film
d’eau autour de la semence
(RENARD,
1974 ;
Amta,
1975).
La gamme depotentiel critique dépend
directe-ment de la concentration enoxygène
à l’interface « filmd’eau/air
». Ils’agit
donc,
dans uneétape
ultérieure,
decoupler
le modèleprésenté
à un modèle de diffusion del’oxygène
au niveau de la semence,compte
tenu de sonenvironnement structural et
hydrique :
le modèleprésenté
devrait fixer les conditions aux limites dusystème
« semence et son environnement immédiat ».Enfin,
malgré
leshypothèses
que nécessite un telmodèle,
etl’impossibilité
actuelle de levalider,
une telledémarche
apparaît
intéressante :- d’une
part,
pour évaluer lesrisques d’apparition
de conditionsd’hypoxie
des semences en fonction decaractéristiques pédoclimatiques
et durégime
de resti-tutionorganique,
- d’une
part,
pour établir pourl’agronome
unegrille
d’observations du lit de semence et du
profil
en vue d’undiagnostic
des conditionsd’hypoxie
des semences. C’estfinalement la confrontation entre des états
physiques
observés et uncomportement
duvégétal,
considéréalors comme un révélateur de l’évolution de la
concen-tration en
oxygène
dans le lit de semence,qui
devrapermettre
de juger
l’intérêt d’une telle démarche. Pour yparvenir,
on devrapréciser
nos connaissances sur lecomportement
de la semence enhypoxie
et sur lesrelations entre « états structural et
hydrique
du sol » et coefficient de diffusion relatif.Reçu le la décembre 1987.
Accepté
!cc!! le 3 mai 1988./c 3 !!<M 79<M. REMERCIEMENTSNous remercions l’Institut de recherche MENNESSON (Anizy-le-Château, France) pour avoir soutenu ce travail, F. LAFOLIE pour
nous avoir initié à l’utilisation du logiciel « FORSIM » et G. MoNNisRet P. STENGEL pour leur soutien scientifique permanent.
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES
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Lafolie F., Chahuneau F., 1985. Le Zogiciel FORSIM de résolution
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