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Estimation des propriétés hydriques du sol

Estimation des propriétés hydriques du sol à l’aide des fonctions de pédotransfert.

Dans un contexte où les exigences économiques, environnementales, qualitatives envers les productions agricoles se multiplient, la connaissance a priori des bonnes stratégies culturales devient un enjeu de premier plan.

La production agricole se situe actuellement dans un contexte de variabilité climatique interannuelle croissante en termes de pluviométrie et de températures extrêmes. La compréhension du fonctionnement des sols et la définition d’une gestion appropriée nécessitent des connaissances approfondies du fonctionnement hydrique du sol. De nombreuses études se sont focalisées sur l’estimation de la disponibilité en eau pour les végétaux, considérée comme un facteur clé de l’impact des changements climatiques sur le monde agricole (Legay et al. 2005 ). La connaissance des propriétés hydriques du sol, en particulier, leurs propriétés de rétention en eau, est une donnée clé d’une gestion appropriée des sols, elle intervient dans de nombreux processus dont la maîtrise est importante dans les applications agricoles, hydrologiques et environnementales. En agriculture, la connaissance précise de la réserve utile du sol est essentielle pour la gestion appropriée des ressources en eau et pour traiter de nombreuses questions agricoles, telles que: Le pilotage de l’irrigation, l’évaluation du déficit hydrique, l’estimation d’un potentiel de production et l’estimation du drainage par bilan hydrique.

Définition de la réserve utile en eau

La capacité de stockage en eau du sol est le reflet de l’eau contenue dans la microporosité de celui-ci. Elle se décline généralement en deux types d’eau: Les eaux capillaires absorbable et non absorbable par le système racinaire des végétaux (Baize et al. 1995). L’eau absorbable est communément appelée “réserve en eau utile ou réserve utile” du sol et est définie comme la quantité maximale d’eau qu’un sol peut stocker et restituer aux plantes pour leur alimentation hydrique. En pratique, elle correspond à la quantité d’eau stockée dans un certain volume de sol (volume exploité par les racines) entre deux valeurs d’humidité limites: La capacité au champ (Hcc) et le point de flétrissement permanent (Hpfp).

Humidité à la capacité au champ (Hcc)

Elle correspond à l’humidité d’un sol en place après qu’il ait été bien humecté et qu’il se soit ressuyé en l’absence d’évaporation. Elle correspond aussi à la borne supérieure de la réserve en eau utile (RU) du sol. L’eau contenue entre la saturation et la capacité au champ séjourne dans le sol de manière trop fugace pour être considérée disponible pour les plantes.

Humidité au point de flétrissement permanent (Hpfp)

La définition du point de flétrissement permanent pour les plantes pose moins de difficulté, que la capacité au champ. Principalement, parce que la teneur en eau varie peu dans le domaine de potentiel correspondant à cet état hydrique. Le pfp correspond à l’état hydrique au-delà duquel la succion qu’une racine peut exercer sur le sol est insuffisante pour en extraire l’eau. Elle correspond aussi à la borne inférieure de la réserve en eau utile (RU) du sol.

Pour faciliter son intégration dans l’estimation d’un bilan hydrique, la réserve utile est exprimée en millimètres, tout comme les précipitations et les évapotranspirations.

La réserve utile dépend de la texture des différents horizons ainsi que de la profondeur totale du sol. L’eau stockée dans le sol est aussi dépendante de la nature et de la proportion d’éléments grossiers qui peuvent potentiellement retenir de l’eau disponible pour les plantes. En effet, la charge caillouteuse du sol, souvent considérée comme inerte, peut parfois receler une quantité d’eau non négligeable, mais dépendante essentiellement de sa nature lithologique (Coutadeur et al. 2002, Tetegan et al. 2011).

Les fonctions de pedotransfert 

En pratique, l’évaluation de la quantité d’eau retenue par le sol passe généralement par des mesures directes (gravimétrie) ou indirectes (sondes à neutrons ou sondes TDR) (Robinson et al. 2004). Cependant, la lourdeur et le coût des mesures représentent un vrai obstacle pour cette évaluation, le développement d’outils d’estimation de ces propriétés hydriques est ainsi indispensable.

Pour cette raison, des outils de prédiction ont été développés pour estimer de telles propriétés (Bouma et Van Lanen, 1987). En effet, les chercheurs ont conduit, depuis une cinquantaine d’années, des travaux afin d’établir des relations entre les propriétés de rétention en eau des sols, notamment la réserve utile, et leur composition granulométrique. Ces relations, qui permettaient au début d’estimer les teneurs en eau à des valeurs particulières du potentiel, ne cessent de se développer et de se complexifier au cours des années, avec pour objectif de mieux connaitre la réserve en eau des sols. C’est finalement vers la fin des années 80 que Bouma et Van Llanen, 1987 introduisent le terme de “fonction de pédotransfert”, comme une fonction qui transfert l’information pédologique appliquée au sol. Elle correspond ainsi à une expression mathématique reliant des caractéristiques du sol aisément accessibles, comme la composition granulométrique, la masse volumique apparente, le carbone organique, à une propriété ou comportement du sol (rétention en eau conductivité hydraulique) (Bastet et al.1998). Les fonctions de pédotransfert ont été le plus souvent établies par régression multilinéaire, elles correspondent à autant de modèles empiriques de la relation pouvant exister entre la composition d’un sol et ses propriétés de rétention en eau (Al.Majou et al.2008).

A côté de ces relations statistiques qui sont des FPT au sens strict, d’autres types de fonctions ont été développées. Il s’agit des fonctions de pédotransfert par classe qui permettent de faire correspondre des propriétés hydriques à des classes de composition des sols. Dans ce cas, des teneurs en eau moyennes à différentes valeurs du potentiel sont proposées selon leurs appartenances à des classes de composition du sol.

Si les études ayant pour but l’établissement de FPT sont très nombreuses dans la littérature, leur développement s’est poursuivi sans que l’on s’attache à préciser spécifiquement leur validité, tant sur le plan de la précision et du biais des estimations auxquelles elles conduisaient, que sur celui des sols pour lesquels elles pouvaient être utilisées.

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