16- MESURE DE LA POROSITE DU SOL

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Caroline Soucy
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1 16- MESURE DE LA POROSITE DU SOL I. Principe La porosité représente le volume de l ensemble des pores du sol occupés par l eau ou l air, exprimé en pourcents du volume total (matière solide + pores). Sa mesure permet de donner certaines indications sur les capacités de drainage ou de rétention de l eau dans le sol. Elle peut fournir une idée assez juste de la structure du sol. La porosité totale comprend en fait: la macroporosité (pores grossiers remplis d air), formée des vides > 50 µm occupés par l air après ressuyage du sol (élimination de l eau de gravité); la mésoporosité (porosité capillaire), formée des vides de 0.2 à 50 µm qui retiennent l eau utile aux plantes (eau utilisable); la microporosité, formée des pores les plus fins (< 0.2 µm), dans lesquels se fait la rétention de l eau indisponible pour les plantes (eau inutilisable). La macroporosité dépend fortement de la structure du sol alors que la mésoporosité est essentiellement influencée par la texture. La porosité totale est généralement calculée à partir de la densité apparente et de la densité réelle du sol. Ces densités sont évaluées par le rapport de la masse de l unité de volume réel ou apparent à la masse de l unité de volume d eau à 4 C. Cette dernière valant 1 g/cm 3, densité et masse volumique présentent la même valeur numérique quoique leurs unités diffèrent (la masse volumique est exprimée en g/cm 3 tandis que la densité est une valeur sans unités puisqu il s agit d un rapport poids/poids ou masse/masse). Cette particularité engendre souvent la confusion des termes. Dans le cadre de ce protocole, le terme de densité a été choisi et sera seul à apparaître par la suite. La densité apparente (souvent dénommée masse volumique dans la littérature) concerne l ensemble du sol en place, vides compris, tandis que la densité réelle (ou densité de solide) représente la masse volumique de la matière solide du sol, pores exclus. Le sol possédant des propriétés de gonflement ou de retrait des matériaux, on déterminera toujours la densité apparente dans un état standard qui est l état sec (séché à 105 C). En effet, seules les mesures réalisées à sec permettent de comparer les résultats des différents horizons (Baize, 2000). II. Méthode 1) Matériel Cylindres métalliques de volume connu (cylindres de Burger), 100 ou 1000 ml. Couteau. Petite pelle. Balance analytique, précision g. 1

La porosité totale comprend en fait: la macroporosité (pores grossiers remplis d air), formée des vides > 50 µm occupés par l air après ressuyage du sol (élimination de l eau de gravité); la

2 Etuve à 105 C. Boîtes de Pétri de diamètre supérieur à celui des cylindres de Burger. Ballons jaugés de 50 ml. Burette de 50 ml. 2) Réactifs Méthanol p.a. 3) Mode opératoire a) Echantillon de départ La prise d essai correspond à la quantité de sol contenue dans le cylindre pour la densité apparente et 20 g de sol séché à l air pour la densité réelle. b) Blancs Les blancs ne sont pas nécessaires. c) Procédure Densité apparente (da) 1. Au préalable, numéroter et tarer chaque cylindre de Burger. 2. Dans chaque horizon du profil pédologique, récolter un volume connu de sol au moyen du cylindre de Burger, en tassant le sol le moins possible. Les cylindres peuvent être enfoncés verticalement (couche supérieure) ou horizontalement (dans un profil). Couper le sol à ras du cylindre. Eviter les endroits trop caillouteux. 3. Poser le cylindre plein sur une boîte de Pétri préalablement tarée et laisser sécher son contenu à 105 C. 4. Après 24 à 48 heures, laisser refroidir une bonne demi-heure en dessiccateur et peser le tout. Retrancher les poids du cylindre et de la boîte de Pétri. 5. Rapporter le poids ainsi obtenu au volume prélevé. 6. Si le nombre de cylindres à disposition est trop faible par rapport au nombre de prélèvements envisagés, il est possible, une fois le prélèvement effectué, de récupérer l échantillon de terre dans un sachet en plastique. On fera alors sécher l échantillon dans un bécher taré de 250 ml. Densité réelle (dr) 1. Introduire la prise d essai dans un ballon jaugé de 50 ml. 2. Remplir une burette de 50 ml de méthanol. 3. Laisser couler environ ml de méthanol dans le ballon jaugé. Secouer énergiquement ce dernier plusieurs fois, jusqu à disparition des bulles d air. Tous les pores sont alors remplis de méthanol. 4. Compléter le ballon jusqu au trait de jauge (50 ml). 2

3 5. Le méthanol restant alors dans la burette (ml) correspond au volume des parties solides du sol. Rapporter le poids de départ (20 g) à ce volume. 6. Répéter 3 fois les mesures par horizon et calculer une moyenne. 4) Récupération Filtrer le mélange sol-méthanol (filtres 17 1/2) et récupérer le méthanol avec les solvants organiques non halogénés. 5) Calculs Densité apparente (da) Avec: msec = masse du sol en place séché à 105 C (g) (corrigée par l humidité résiduelle). Vtot = volume du sol et des pores (ml) = volume du cylindre Pour des raisons pratiques, on assimile ici la masse au poids. da m V sec tot Densité réelle (dr) avec: Psec = poids du sol sec (g) (corrigée par l humidité résiduelle). Vsol = volume des particules solides (ml) = volume de méthanol restant dans la burette Porosité totale (P) Avec: da = densité apparente dr = densité réelle m dr = V sec tot P (%) dr da dr x 100 3

5) Calculs Densité apparente (da) Avec: msec = masse du sol en place séché à 105 C (g) (corrigée par l humidité résiduelle).

4 6) Avantages et inconvénients des méthodes Densité apparente Avantages : Les cylindres sont faciles à enfoncer ; ils permettent de caractériser des horizons minces et de faire de nombreuses répétitions. Inconvénients : L enfoncement entraîne des risques de compression sur les bords des cylindres, surtout lorsque l on doit les enfoncer par percussion. Cette méthode est en outre inapplicable aux sols trop secs, trop durs, à fort pourcentage grossier ou avec beaucoup de racines. Le volume prélevé étant petit, les erreurs relatives sont grosses. Pour les tourbes, la densité apparente varie en fonction de l'origine botanique et du degré de décomposition des éléments. Elle s'échelonne entre 0.02 et 0.25 g/cm 3, en relation inverse avec la porosité (0.80 à 0.98 cm 3 /cm 3 ). Densité réelle Avantages : La méthode proposée nécessite peu de matériel et est facile à mettre en place. Inconvénients : Il est nécessaire de faire des répétitions car le sol est rarement homogène. Les différences sont accrues dans les sols à forte pierrosité. 7) Interprétation des résultats La densité apparente La détermination de la densité apparente est essentielle. Toute teneur pondérale peut être rapportée à une unité de volume (rapport poids/volume) par multiplication de la teneur pondérale de l élément considéré (eau, éléments grossiers, éléments chimiques, fractions granulométriques) par la densité apparente (ou masse volumique). On peut également prendre en compte l épaisseur de chaque horizon pour raisonner en termes de stocks et de flux. La densité réelle La densité réelle pose souvent des problèmes de fiabilité quant à sa mesure. On a donc souvent recours à une estimation de sa valeur (Tableau. 16.1). On voit que, sauf cas particulier (horizon très humifère par exemple), la densité réelle peut être estimée à 2.60 ou

Cette méthode est en outre inapplicable aux sols trop secs, trop durs, à fort pourcentage grossier ou avec beaucoup de racines. Le volume prélevé étant petit, les erreurs relatives sont grosses.

5 Tableau 16.1: quelques valeurs de densité réelle. Matériau Densité réelle Quartz 2.65 Feldspaths 2.5 à 5.63 Micas 2.7 à 3.3 Minéraux argileux 2.0 à 3.0 Calcite 2.72 Dolomie 2.86 La porosité Pour l interprétation, il est nécessaire de tenir compte également du % grossier (grosses fissures à drainage rapide!). La porosité totale varie de 30 à 35 % dans les sols à texture très fine et très tassés à 70 % dans les sols riches en calcium et en humus et à texture équilibrée. Pour les tourbes, la porosité peut atteindre 80 %. La capacité de drainage rapide d un sol, après une averse par exemple, est estimée plutôt par la macroporosité, alors que le pouvoir de rétention de l eau utilisable est approché par la mesure de la microporosité (microporosité = capacité au champ x densité apparente). Dans le cadre de ce protocole, la capacité au champ n est pas mesurée. Il est néanmoins possible d interpréter les résultats obtenus pour la porosité totale au moyen de quelques données de la littérature (tableau 16.2). Tableau 16.2 : Valeurs indicatrices de porosité pour quelques grands types de sols (tiré de Soltner, 1992). Type de sol Porosité totale Macroporosité Microporosité Horizon à structure grumeleuse stable % % % (ex: Rendosol) Horizon BTg de pseudogley à texture 60 % 5 % 55 % argileuse Horizon limoneux tassé 40 % 5 % 35 % Horizon BT de Néoluvisol % faible élevée Horizon BT de Luvisol 30 % faible élevée 5

La porosité totale varie de 30 à 35 % dans les sols à texture très fine et très tassés à 70 % dans les sols riches en calcium et en humus et à texture équilibrée.

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