Bj Physique

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CARACTÉRISTIQUES PHYSIQUES DES

COUVERTURES PÉDOLOGIQUES

FIF-ENGREFB. Jabiol, 2003

2

1- Structure des couvertures pédologiques1-1 organisation structurale des couvertures pédologiques

solum réel

solum image

toposéquence

phys. - poly 1

3

chronoséquence

lithoséquence

Solimage

4

1-1 organisation structurale des couvertures pédologiques1-2 organisation verticale : les horizons - définition

ex. MOex. structure

ex. argile

ex. sable

profondeur de limites, transitions

phys. - poly 1

5

horizons contrastés,limites nettes ou diffuses

horizons peu contrastés …. à l'oeil

6

RP : environ 25 horizons de référence principaux

1-2 organisation verticale : les horizons- origine, dénomination

holorganiques : O (A00, A0)

organo-minéraux : A (A1)

éluvial : E (A2)

illuvial : B : BP, BT (B)

structural : S ((B))

roche altérée : C C

roche dure : R R

lettres minuscules : ca, ci, g, ….

RP (1992) CPCS (1967)

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2- Couleur des horizons

8

2- Couleur des horizons : origine

matière organique

fer - quantité

- état : oxydé, réduit

- forme : amorphe, lié aux argiles, cristallisé

oxydes (ex. Fe2O3 hématite)

oxy-hydroxydes ex. FeO(OH)

forme de cristallisation : ex. goethite, lépidocrocite

- héritée de la roche (lithochrome)- conditions de formation du sol

9

3- Organisation structurale des horizons3-1 la structure "du sol": définition et description

agrégats :taille

forme

pasd'agrégats :

structuresmassives

ouparticulaires

phys. - poly 2

10

3-1 la structure "du sol": définition3-2 les agrégats

floculation

cimentation par exsudats

enrobements

cimentation

phys. - poly 3

11

3-2 les agrégats

3-3 origine de la structure

structures d'origine mécanique (dites fragmentaires)

structures d'origine biologique (dites construites)

structures de précipitation chimique

3-4 stabilité structuralerésistance de l'agrégat à la destruction

in Solltner

12

Is : indice d'instabilité structurale

utilisation de log 10 Is : < 1 structures très stables

> 2 graves problèmes structuraux

in Solltner

phys. - poly 4

13

4- Porosité et densité apparente

4-1 définition de la porosité :

Ptotale = 100 Vol vides / Vol apparent

mesurée par imprégnation dans le pétrole

valeurs 30 à 70 %

1- Structure des couvertures pédologiques

3- Organisation structurale des horizons2- Couleur des horizons

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0,2 mm (200 µm )

2 mm

6 à 10 µm

0,2 µm

oeil nu

macro- photographie

circulation rapide de l'eau

rétention d'eau disponible pour

végétaux

rétention d'eau non disponible

coiffes racinaires

poils racinaires

vers de terre

bactéries

taille vides visibilité dynamique de l'eau accessibilité

microscope

mésofaune racines

hyphes mycéliens

MA

CR

OPO

RO

SIT

ÉM

ICR

O

maxivides

minivides

macropores

micropores

porosité matricielle

4-2 types de porosité et conséquences

enracinementactivité biologique

circulation de l'eaurétention en eau

phys. - poly 3

15

La répartition de la porosité a donc autant d'importance que sa valeur totale

texture LAS horizon Aca

macroporosité : 60%, microporosité : 10%, total : 70%

M.O.

S L AS µ macro

texture L limon tassé

macroporosité : 5%, microporosité : 30%, total :35%

L AS µ macro

texture LA horizon Bt

macroporosité : 10%, microporosité : 35%, total : 45%

S L AS µ macro

porositééléments grossiers terre fine

macroporosité : 30%, microporosité : 15%, total : 45%

texture LSS L + AS µ macro

phys. - poly 5

16

4-3 origine de la porosité

porosité structurale :

porosité texturale :

macroporosité uniquement

macroporosité

microporosité

Solimage

17

Fig. 1 : Distribution de la porosité dans trois types de matériaux

0

5

10

15

20

25

>300 96-300 60-96 30-60 6_30 0,2-6 <0,2

dimension des pores en microns

% vol. solSLLA

phys. - poly 5

18

4-4 variation de la porosité dans le temps

en fonction de l'humidité :

limon argileux

porosité fissurale porosité texturale

sec

humide

7%

1%

37%

43%

19

en fonction de l'usage :

forêt culture

différents types de travail du sol

dans les deux cas, c'est laporosité structurale qui est affectée

et donc la pénétrabilité par les racines

phys. - poly 6

20

4-5 masse volumique apparente

µa = masse sol sec / vol sol

si exprimée en g/cm3 masse vol app = densité apparente da

valeurs : 1,2 à 1,7

ne pas confondre avec dr, densité des constituants du sol

(horizons holorganiques 0,2 à 1)

Porosité = 100 (dr - da) / dr

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complexité en sols caillouteux ; notion de "da de la terre fine"

pour les horizons de surface : da = 1,27 - 0,63 logC + 0,026 pHe - 0,75 %volEG% EG estimé à l'oeil

et en profondeur :da = 1,12 - 0,0096 CEC7 + 0,77 prof (m) - 0,38 %volEG

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5- Les facteurs influençant les caractéristiquesphysiques des sols

1- Structure des couvertures pédologiques

3- Organisation structurale des horizons2- Couleur des horizons

4- Porosité et densité apparente

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MACROPOROSITE

Vie et pénétrationdes

RACINES

drainage interne (eau)diffusion de l’airactivité biologique

STRUCTURE ET STABILITÉ STRUCTURALE

galeries

turriculesexsudats

engorgementdéfloculation

matière organiqueciments par CAH, long terme ou court terme

phys. - poly 7

24

médiane : 2,6% de MO(1,5% de C)

données de la base cantonale nationale, ENSAR

STRUCTURE ET STABILITÉ STRUCTURALE

matière organiqueciments par CAH, long terme ou court terme

qualité et quantité

conséquences

phys. - poly 8

25

en forêt (réseau européen, env. 500 placettes, Badeau 1998)

horizons holorganiques : médiane 38% de C

horizons 0-10 cm : 3, 8% de Chorizons 10-20 cm : 1,8% de C

phys. - poly 8

26

texture

STRUCTURE ET STABILITÉ STRUCTURALE

matière organique

activité biologique

phys. - poly 7

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texture :

sables : absence de cimentsmacropoporosité texturale possible

argiles : ciments par minéraux argileux floculésgonflements retraits -> porosité structurale

limons : absence de cimentspas de gonflements-retraitsmacroporosité texturale IMPOSSIBLE

forte sensibilité des limons à la destructuration : tassements (perte de porosité)destruction des agrégats des sols nus en surface (battance)

sensibilité à l'érosionpas (peu) de remédiation naturelle

défaut d'infiltration de l'eau de pluie

Solimage

28

destruction des agrégats des sols nus en surface : formationd'une croûte de battance

indice de battance IB= f(Lf, Lg, A, MO, pH)

Stengel et al. 98

phys. - poly 9

29

Fies et Panini 1995sol limoneux

69 mm de pluie

225 mm de pluie

30

toute forte concentration ionique des solutions est favorableà la stabilité structurale

cations favorisant la stabilité structurale : Ca, Mg, Fe

cations défavorables : Na

garniture cationique

STRUCTURE ET STABILITÉ STRUCTURALE

matière organique texture

activité biologique

phys. - poly 7

31

facteurs physiques

actions climatiques sur sols nus : pluie, gel

actions anthropiques : travail du sol, tassements

racines

STRUCTURE ET STABILITÉ STRUCTURALE

matière organique texture garniture cationique

activité biologique

facteurs modifiables et facteurs non modifiables

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5- Les facteurs influençant les caractéristiques physiques des sols (suite)

conclusion : les risque de dégradation physique des sols français

risques : disparition des agrégats

baisse de macoporosité

augmentation da

difficultés d'infiltration de l'eau et risques d'érosion

difficultés d'enracinement et de mycorhization

sols sensibles : limons

engorgéssans EGsans MO

nussous climat agressif

acides ou sodiques

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en milieu agricole

indice de battance IB = f(Lf, Lg, A, MO, pH)

problèmes de battance

pour l'INRA :17% de sols à forte sensibilité

34

problèmes d'érosion diffuse

en France : 2,5 M ha

soit autant que érosion liée à pentes ou climat :

montagne, région médit., vignobles

Solimage

35Auzet 87

36

Haute Normandiesource Min. env.

37

tous types d'érosion en Europe : (en t/ha/an)

forêt culture sol nu

Belgique 0,1 à 0,5 1 à 3 7 à 8

Région médit. 3,5 11 à 40

10 t / ha /an équivalent à ……. 1 mm/an

dans le monde :

sur 1,5 milliards d'ha de sols cultivés,perte de plusieurs dizaines de millions d'ha /an

38

problèmes de compaction : comparaison avec les sols forestiers

39

compaction réversible d'un sol amazonien suite à la mise enpâture entrainant un déséquilibre biologique dans les populations

de vers de terre (sol argileux)

in Grimaldi 2000

40

remèdes :

en milieu agricole en France :

amendements, gestion de la MO des sols,

réduction des interventions,

adaptation des systèmes de culture

41

en milieu forestier

compactage des sols lors de l'exploitation

avec ou sans orniérage

effets de la monoculture de résineux

42

remèdes : en milieu forestier

PRÉVENTION

- respecter les sols les plus sensibles,choisir les périodes d'intervention

éviter les coupes à blanc en zones sensibleset ne pas laisser de sol nu

érosion en zone tropicales (t/ha/an): forêt : 0coupe à blanc manuelle : 5coupe mécanisée : 20

car la correction est très difficile

car la remédiation naturelle est souvent aléatoire

très graves problèmes également de perte de porosité

Ruffieux 97

PRÉVENTION- respecter les sols les plus sensibles,choisir les périodes d'intervention

protéger les sols

densité apparente à :0-10 cm 25-35 cm

témoin sans expl. 1,07 1,5sol nu 1,3 1,6avec rémanents 1,2 1,5 différences significatives à 1p1000

éviter les coupes à blanc en zones sensibles

adapter le matériel d'exploitation

44

6- Notion de profondeur du sol

5- Les facteurs influençant les caractéristiques physiques des sols

signification ?

profondeur "utile" ou "profondeur prospectable"

45

46

0,5 à 1 racine / dm2

47

facteurs favorables : agrégats fins et nets

textures grossières

faible compacité et faible da

profil homogène

facteurs défavorables : structure massive

compacitéabsence de macroporosité

EG à grandes surfaces horizontales

phys. - poly 9

phys. - poly 10

48

49

50

C'est tout pour aujourd'hui