Propriétés physiques des sols

Propriétés physiques des sols

Propriétés physiques des sols Liées à 2 notions fondamentales : la texture et la structure Comportements de l air et de l eau du sol en dépendent 1) Texture 2 définitions : a) Répartition des particules minérales exprimée en % de leur taille (Ø) composition granulométrique b) Ensemble des propriétés du sol résultant de la taille des constituants qui définissent un comportement particulier du sol ex : sol à texture "argileuse" à partir de 35 % de particules < 2µm propriétés de plasticité et porosité + capacité en eau particulière ex : sol à texture "sableuse" si particules > 50µm >70 % sols très filtrants

Échelle granulométrique différente selon la discipline Sédimentologie Génie civile Échelle d Atterberg Pédologie

Basées sur l échelle d Atterberg

Analyse granulométrique

Présentation des résultats - Histogrammes - Courbes de fréquences cumulées

Matériau hétérogène

Triangle textural FAO

Triangle textural belge

Texture = critère important pour la cartographie des sols U E Z S P L A

Gcbf Ada Code : 1 e lettre = texture 2 e = classe de drainage 3 e = type d horizon profond 4 e = nature de la charge caillouteuse EDp Gbbk ADp Aba

Structure = mode d agencement des particules dans l espace Sols composés d éléments structuraux = "Peds" = agrégats Structure à l origine de la gamme importante de porosité des sols grande influence sur l enracinement des végétaux l activité microbienne du sol l économie en eau

L étude de la structure peut se concevoir de différentes manières (1) Point de vue morphologique Description minutieuse sur base : de la forme des éléments structuraux de leur dimension de leur mode d assemblage dans l espace type structural (2) Étude sur base du mode de genèse (origine physique, biologique)

(3) Étude par le biais du concept de stabilité structurale important en agronomie cf phénomènes érosifs (4) Étude de la structure en fonction de son action sur la porosité (porosité structurale bcp plus importante que porosité texturale) Remarque : La structure d un sol peut évoluer au cours du temps Amélioration : chaulage Dégradation : salinisation, hydromorphie semelle de labour, phénomène de battance

Types structuraux Établis sur plusieurs critères : La dimension et la forme des agrégats Le mode d agencement Les agents de formation de la structure 3 grands types de structures : (1) Particulaires (2) Massives (3) Fragmentaires

Structures particulaires Particules juxtaposées et libres Pas de liens entre les particules Lié à la texture : sableuse ou sablo-limoneuses = structure meuble Relativement favorable (agro) cf bon enracinement Mais : très (trop) filtrant risques de carences en eau

Structures massives Fondue ex : sables argileux compacts Par cimentation Cristallisation de substances solubles CaCO 3 (horizon pétrocalcique) Précipitation goethite : cuirasses ferrugineuses

Structures fragmentaires a) En agrégats fins +/- 1 mm b) Structures construites (en présence de MO) ex : structure grumeleuse = association argiles + MO Floculation des argiles et formation d agrégats (Ca 2+ est le cation floculant) [Ca 2+ ] doit être Activité biologique (lombricides) agrégats isodiamétriques Porosité élevée entre les grains (= porosité texturale) + porosité autour des agrégats (= porosité structurale) porosité de 70 % = optimum Structure grenue : idem, mais porosité texturale + faible 50 % de porosité totale

Structure grumeleuse

c) Structure par fissuration (horizons profonds) Origine physique gel-dégel (climat périglaciaire) hydratation-déshydratation (argiles gonflantes) agrégats à allure polyédrique prismatique lamellaire Apparition d une porosité fissurale (50-55 % de vides) Si faible taille des agrégats : 40-45 % Prismatique Polyédrique Lamellaire

Structure Prismatique (sols limonoargileux) Structure colonnaire (sols salins) Structure lamellaire (sols limoneux, gelifraction) Structure polyédrique (sols très argileux)

Étude des agrégats à l échelle microscopique Analyse de la microstructure = domaine de la micromorphologie Lames minces de sol Sol doit être solidifié en gardant sa structure On fait pénétrer un polymère qui comble les pores (sous vide) on coupe en tranches

Lames minces de sol Surface d un sol limono-argileux Grande hétérogénéité de forme et dimensions Surface d un sol limoneux Espace poral important résultant d un travail du sol (fragmentation des mottes) Même sol Après une pluie importante, destruction agrégats et formation d une croûte de battance

Stabilité structurale Perte de structure sous l action de pluies violentes (effet cinétique destructeur) = la battance (formation croûte de battance) Limons particulièrement sensibles érosion (ruissellement) Induration levée des semis difficile Méthode de mesure de la stabilité structurale = Méthode de Hénin

Stabilité structurale Is (Hénin) : indice de stabilité structurale Is = agrégats ( A + LF)% stables 2mm% 0,9 SG% 3 valeurs [0,1 100] très bonne stabilité très mauvaise stabilité K (indice de perméabilité ou vitesse d infiltration) [0,1 32 cm h -1 ] Perméabilité : log 10 (10 K) [0 2,5]

perméabilité Log 10 K Rendzines 2 Limons 1 Limons + MO Sols sodiques 0 1 2 3 Log 10 Is Instabilité structurale

Sensibilité au tassement Argile Sable Limon

Porosité des sols = volume de vides exprimé en % du volume total du sol = volume air + volume eau volume de sol 30 70 %

Mesure de la porosité sur base de la densité apparente (d.a.) Cylindre de Burger Volume de 250 ou 100 cm 3 pesage du sol séché à 105 C Déduction de la densité apparente (sans unité) 0,6 1,9 Le + souvent : 1,4 (terres de culture) = 1 pour les horizons organiques en forêt On peut en déduire la porosité totale d réelle d apparente P tot = % d réelle d.a. 0,7 P tot = 70 % d.a. 1,9 P tot = 30 %

En forêt de Soignes : 2 horizons de sol caractéristiques Sol lessivé acide d.a. = 1,25 Porosité = 55 % E Horizon éluvial d.a. = 1,5 Porosité = 43 % B t Horizon illuvial dans ce cas, porosité peu liée au tassement de la colonne de sol mais bien au phénomène d illuviation argileuse

Effet de l agriculture sur la porosité Sol limoneux Porosité totale +/- identique Mais changement de la taille des pores Microporosité augmente très fort au détriment de la macroporosité

Porosité totale porosité texturale sphères jointives : porosité = 27 % porosité structurale porosité ouverte porosité fermée Porosité totale : Pas de signification biologique Pas de liaison directe entre porosité totale et propriétés : de perméabilité de stockage de l eau de pénétration racinaire

Importance de la taille des pores Subdivision de la porosité en fonction de la taille des pores : Macroporosité 200 8 µm Microporosité 8 0,2 µm Porosité matricielle < 0,2 µm 1) + les pores sont petits, moins les racines y ont accès Inaccessibilité à partir de 6 µm 2) L eau des pores est de + en + difficile à soutirer au fur et à mesure que le Ø des pores Porosité caractérisée par le critère de taille des pores (Ø) mais aussi par la dynamique de l eau

Différents types d eau : Dans la macroporosité Drainage rapide, sol très vite ressuyé = eau de gravité = pores de transmission Dans la microporosité Drainage lent à très lent = eau capillaire absorbable = pores de réserve (stockage de l eau, lieu des phén. d altération + d échange d ions) Dans la porosité matricielle L eau n obéit plus à la gravité = eau capillaire non absorbable + eau hygroscopique = pores résiduels

Expression du type de pores en fonction du potentiel matriciel (ψ ) = équivalent à la pression qu il faut exercer sur le sol pour en extraire l eau (pression exprimée en hauteur d eau en cm) 1 bar = 1000 cm d eau (pression exercée par 1 colonne d eau de 10 m) Expression logarithmique pf = Log 10 ψ (cf ph)

pf 0 (Ψ = 0 cm)

Courbes pf d échantillons de sol Saturation en eau d un échantillon de sol On lui fait subir pression de + en + grande dans 1 presse de Richards on mesure sa perte en eau Sol argileux Eau utile + riche en eau totale mais eau utile proche des limons Sol limoneux

Tassement

L eau utile = eau accessible aux racines = eau entre pf 4,2 et 2,5 (eau capillaire + eau de gravité à écoulement lent) max