État de l'eau dans le sol
Expressions du statut hydrique du sol A) Teneur en eau volumique θ r < θ = Vol eau / Vol tot < θ s Vol tot espace poral θ r Vol eau M eau θ s espace solide M solide sec humide saturé sols sableux : 35% < θ s < 50% sols limoneux : 40% < θ s < 60% sols argileux : 30% < θ s < 65%
Expressions du statut hydrique du sol B) Tension (unité énergétique, potentiel hydrique, matriciel, succions) sec humide r p = -2σ/r saturé forces d adsorption diffusion et ascension capillaires forces d adsorption forces capillarité infiltration, filtration, ressuyage forces d adsorption forces capillarité forces de gravité Equivalence des unités des niveaux énergétiques de l eau dans le sol : 100 cbar = 1atm = 100 KPa = 1 000 cm d eau = pf 3, avec pf = log cm eau
Expressions volumétrique et tensiométrique du statut hydrique du sol : Intérêts respectifs θ * Unité compatible avec flux (mm), participe au bilan hydrique * Technique de mesure simple (par humidité pondérale et ρ as ) Ψ * Réalité physique pour racine * Caractère universel * Utilisation d'un seuil physiologique pour pilotage
Privilégier aspect pratique : Les teneurs en eau caractéristiques Définir des états caractéristiques basées sur le comportement de l eau dans le sol et l alimentation de la plante θ c drainage rapide drainage lent t forces matricielles forces gravité Humidité volumique θ h Humidité hygroscopique θ fp Flétrissem t permanent θ ft Flétrissem t temporaire tension racinaire max θ c Capacité au champ Point ressuyage θ s Saturation Ψ -16 bar -10 bar -0.33 bar h -160 m -100 m -3.3 m pf 4.2 4.0 Eau disponible 2.5
Potentiel hydrique dans le continuum sol - plante - atmosphère Humidités relatives de l air en équilibre avec l eau 30 48 63 77 91 95.5 98 98.9 99.2 95.5 100% Potentiel hydrique de l eau en atmosphères -2000-1000 -500-200 -100-50 -40-30 -20-15 -10 0 La Recherche
Définition de la réserve en eau du sol pf 4.2 2.5 θ fp θ c θ prof. enracinement R.U. (mm)
Ordres de grandeur de la RU en fonction du type de sol teneur en eau 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0 capacité au champ point de flétrissement R. U. Prof. racinaire Sable Sable limoneux Limon sableux Limon argileux Argile Réserve utilisable (R.U.) de divers types de sols (tiré de Musy et Soutter 91)
Détermination au laboratoire des humidités caractéristiques
Détermination au laboratoire des teneurs en eau caractéristiques Représentation d une presse à membrane utilisé pour la détermination de d'une humidité caractéristique pores film d eau particules de sol grille support membrane tiré de Musy et Soutter 1991 Presse à membrane
Détermination au laboratoire des humidités caractéristiques
Détermination au champ des teneurs en eau caractéristiques profil hydrique soisson baziège 1996 réserve utilisée 238mm sol argileux humidité volumique en % 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 0.00 20.00 40.00 profondeur en cm 60.00 80.00 100.00 4/03/96 5/06/96 9/07/96 Hv pf 4.2 labo 120.00 140.00 160.00 Source : Arvalis, Bouthier 2004
Relations «tension-teneur» Allure de la relation ψ = f(θ) en fonction du type de sol ψ < 0 facilité d alimentation hydrique Potentiel hydrique ψ sol sableux sol argileux Humidité volumique θ gestion de la ressource
Outils de mesure de l'état hydrique du sol Mesure de la tension 1. Mesure par tensiomètre à eau Bouchon Manomètre à vide Bougie de céramique poreuse Partie essentielles d un tensiomètre et son contact avec le sol
2. Mesure par sonde tensiométrique Outils de mesure de l'état hydrique du sol Mesure de la tension
Outils de mesure de l'état hydrique du sol Mesure de la tension évolution des tensions en sol de boulbène 150 10 feuilles floraison femelle Humidité du grain 50% Pluie-Irrigation en mm ;Tension en Cbars 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 9-juin 12-juin 15-juin 18-juin Méthode Irrinov 21-juin 24-juin 27-juin 30-juin 3-juil 6-juil 9-juil 12-juil 15-juil 18-juil 21-juil 24-juil 27-juil 30-juil 2-août lente montée des tensions à 60cm elles réagissent peu aux irrigations 5-août 8-août 11-août 14-août 17-août 20-août 23-août 26-août 29-août 1-sept 4-sept 7-sept 10-sept 13-sept 16-sept Arvalis,, Bouthier, 2004 PLUIE IRRIGATION VALEUR STADE MED 30 cm MED 60cm
Technique Bloc de gypse (1960) Tensiomètre à eau (1950) Sonde tensiométrique (1990) Résistance éléctrique Outil de mesure du potentiel hydrique du sol Principe La tension s'équilibre au travers du gypse. On mesure la résistivité interne la tension s'équilibre au travers de la bougie poreuse, se transmet via la colonne d'eau à un vacuomètre la tension du sol s'équilibre avec le milieu interne. On mesure la résistivité interne. La résistance varie avec la teneur en eau du sol. Plage 0 700 cbars 0 70 cbars 0 200 cbars 0 700 cbars Avantages Bon marché Ne désamorce pas Ne gèle pas. Indépendant salinité. Abordable Simple Lecture directe Longévité Indépendant salinité Bonne précision Abordable. Rustique Longévité. Ne gèle pas. Ne désamorce pas. Echelle intéressante Indépendante salinité Bonne sensibilité Bon marché Inconvénients Dissolution du gypse Peu sensible à basse tension. Plage limitée à 70 cb. Nécessite bon dégazage Désamorçage. Gel. Fragile Incidence temp sol (1.5 % par degré) compensée par le boîtier. Dépendance salinité Peu précis
Outils de mesure de l'état hydrique du sol Cours Climat Plante E. Saur
Outils de mesure de l'état hydrique du sol Mesure de la teneur en eau du sol 1. Mesure par sonde à neutrons Ralentissement des neutrons par les atomes d'hydrogène et renvoi vers la source Principe de fonctionnement de la sonde à neutron
Capteur diélectrique Time Domain Reflectometry Outils de mesure de l'état hydrique du sol Mesure de la teneur en eau du sol 2. Mesure par sonde "TDR" Estimation de la permittivité diélectrique du sol (capacitance) par la mesure du temps de retour d une onde électromagnétique à très haute fréquence Site Interne
Capteur diélectrique Frequency Domaine Sensor Outils de mesure de l'état hydrique du sol Mesure de la teneur en eau du sol 3. Mesure par sonde "FDR" Estimation de la permittivité diélectrique du sol (capacitance) par la mesure de la fréquence de résonance d une onde électromagnétique à haute fréquence Diviner 2000, Enviroscan
Outils de mesure de l'état hydrique du sol Mesure de la teneur en eau du sol Laymajoux, 2006 Suivi de la teneur en eau du sol dans un verger de Noyers Lara, modalité goutte à goutte 2L enterré
4. Mesure par résistivité électrique Outils de mesure de l'état hydrique du sol Mesure de la teneur en eau du sol Source électrique anode cathode cliché : Jordan-Meille