PARAMETRISATION DES MODELES DE TRANSFERT HYDRIQUE …

F. KOUBOUANA Ann. Univ. M. NGOUABI, 2010 ; 11 (4)

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Annales de l’Université Marien NGOUABI, 2010 ; 11 (4) : 38-51Sciences et TechniquesISSN : 1815 – 4433

www.annales-umng.org

PARAMETRISATION DES MODELES DE TRANSFERTHYDRIQUE DANS LE SOL SOUS TROIS PLANTATIONSD’EUCALYPTUS DANS LA REGION DE POINTE-NOIRE

(CONGO) : APPLICATIONS A L’ETABLISSEMENTDES BILANS HYDRIQUES

D. G. MOUKANDI-NKAYA1, B. MABIALA1, C. TATHY1, D. NGANGA2,P. DELEPORTE3

1Ecole Nationale Supérieure Polytechnique, Université Marien Ngouabi, B.P. 69 Brazzaville Congo,2Faculté des Science,s Université Marien Ngouabi, Brazzaville Congo.

3UR2PI/ CIRAD-Forêt, BP 1291 Pointe-Noire, Congo.

RESUME

La quantification de la répartition de l’eaudans le sol et des flux hydriques est essentielle pourcomprendre les relations sol-eau-plante. Pour lesplantations d’Eucalyptus de la région de Pointe-Noire (Congo) installées sur des sols sableux trèsfiltrants, une bonne connaissance du comportementde l’eau dans les couches supérieures de solsapparaît capitale pour une gestion durable desplantations d’Eucalyptus, mais aussi pour mesurerl’impact de ces plantations sur les ressources eneau de la région. L’objectif de cette étude est deparamétrer un modèle de transfert hydrique dans lesol sous trois plantations d’eucalyptus à l’aide dulogiciel spécifique HYDRUS 1D et à desexpériences de drainage interne in situ afin (i) decomparer ces trois parcelles quant à leurfonctionnement hydrique, et (ii) d’établir le bilanhydrique de peuplements d’Eucalyptus à différentsstades de développement. Les résultats montrentdes caractéristiques hydriques différentes pour lesparcelles imputables à la géométrie et à lamorphologie de l’espace poral et au passé culturaldes sols. Les bilans hydriques montrent que laconsommation d’eau pour les eucalyptus dépend deleur stade de développement.

Mots clés : Transfert hydrique ; Bilan hydrique ;Modèle mécaniste ; HYDRUS 1D ; Pointe-Noire ;Congo

ABSTRACT

Quantifying soil water repartition andhydrous fluxes is essential to understanding soil-plants relationships. In the case of eucalyptusplantations in Pointe Noire (Congo), set on veryfilter sandy soils, a good knowledge of waterbehavior in the topsoil appears as of major concernto sustainable management as well as formeasuring the impacts of these plantations on theregion water resource.The objective of this study was to parameterize amodel of hydrous transfer in the soil under threeeucalyptus plantations using the HYDRUS 1Dsoftware combined to experiment of in situ internaldrainage so as (i) to compare sites as for theirhydrous operation, and as (ii) to establish thehydrous assessment of settlements of Eucalyptus atvarious stages of development. The results showeddifferent hydrodynamic characteristics according tosites; these differences are ascribable with thegeometry and the morphology of poral space andthe farming past of the soils. The hydrous yields forfour development states of the plantations areestablished and the implication of these results isdiscussed.

Key words : Hydrous Transfer ; HydrousAssessment ; Mechanics Model ; HYDRUS 1D ;Pointe-Noire ; Congo

D.G. MOUKANDI-NKAYA et al Ann. Univ. M. NGOUABI, 2010 ; 11 (4)

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INTRODUCTION

L’eau est indispensable à la vie et à lacroissance des plantes. Elle est essentiellementprélevée dans le sol par les racines. Dans lesol, de nombreux autres processus dépendentaussi de l’eau [14]. Elle est le vecteur essentieldes transferts de gaz et de matière en solutionet en suspension. Elle constitue un milieuréactionnel, siège des phénomènes d’altération,de solubilisation et d’insolubilisation organo-minérales [2]. Les connaissances sur larépartition et les flux (transferts) de l’eau dansle sol s’avèrent donc très importantes pourcomprendre les relations sol-eau-plante.

Les sols de la région de Pointe-Noire(située au sud ouest du Congo) sur lesquelssont cultivées les plantations d’eucalyptus àforte productivité, sont très sableux, peufertiles, et très drainants avec une faiblecapacité de rétention hydrique [17, 10]. Dansces sols se pose le problème d’estimation desflux d’eau et de la lixiviation d’élémentsminéraux. D’une part, ces flux profondspourraient conduire à d’importantes pertesd’éléments minéraux qui par conséquentpourraient provoquer des pollutions de lanappe phréatique par les intrants (engraisazotés, herbicides, …). D’autre part, laréputation de forte consommation en eau desEucalyptus pourrait limiter les ressourceshydriques de ces sols [5, 20] et réduire larecharge des nappes superficielles qui sontessentiellement alimentées par les eaux depluie qui s’infiltrent dans le sol [13].

Une bonne connaissance ducomportement de l’eau dans les couchessupérieures des sols apparaît capitale pour unegestion durable des plantations d’Eucalyptus,mais aussi pour mesurer l’impact de cesplantations sur les ressources en eau dans larégion de Pointe-Noire.

Les transferts hydriques dépendent denombreux facteurs physico-chimiques, etbiologiques du sol [14]. Plusieurs approchessont possibles pour étudier les transfertshydriques dans le sol. La modélisation

«mécaniste» est actuellement privilégiée carelle permet d’interpréter les paramètres desmodèles et de généraliser les résultats plusfacilement.

L’objectif de cette étude est deparamétrer un modèle de transfert hydriquedans le sol sous trois plantations d’eucalyptus àl’aide du logiciel spécifique HYDRUS 1D etd’expériences de drainage interne in situ afin(i) de comparer ces trois parcelles en fonctionde leur comportement hydrique, (ii) et d’établirle bilan hydrique de ces peuplements.

MATERIEL ET METHODES

Modélisation des transferts hydriquesdans le sol

La modélisation des transferts hydriques dansle sol met généralement en jeu deux types deprocessus dont la combinaison donnel’équation de Richards. L’équation de Richardsà une dimension (profondeur) est à la base dufonctionnement hydraulique des solspuisqu’elle établit une relation entre l’humiditédu sol, le potentiel hydrique et la conductivitéhydraulique [21]. Cette équation est obtenue enconsidérant d’une part l’équation dite decontinuité (1) qui établit une relation entre leflux d’eau q (L.T-1) et l’humidité du sol θ(L3.L-3) en effectuant un bilan entrées/sortiespendant le temps t (T) pour un volume de sold’épaisseur z (L) tel que :

z

q

tθ

(1)

et d’autre part l’équation dynamique (2) deconservation de la quantité de mouvement (loide Darcy, 1856) qui permet de décrire lesécoulements ou les transferts hydriques dansun milieu poreux saturé :

zH)θ(Kq (2)


40

Elle exprime la proportionnalité entre le fluxd’eau q traversant une colonne et le gradient decharge hydraulique. Cette relation, bien qu’ellefût conçue à l’origine pour les écoulements enmilieux saturés, a été étendue par Richards en1931 aux écoulements en milieux nonsaturés en spécifiant que la constante deproportionnalité K(θ) appelée conductancehydraulique est une fonction de la teneur eneau du sol [6].

La combinaison des deux équations (1)et (2) a la forme ci-dessous dite équation deRichards :

1

zh)θ(K

ztθ

(3)

dans laquelle h est le potentiel hydriqueexprimé souvent en équivalent hauteur d’eau etH, la charge hydraulique, définie par H = h(θ)– z, et à laquelle on peut ajouter une fonctionpuits lorsqu’il y a extraction d’eau par lesracines.

La résolution de l’équation (3), exige laconnaissance de la relation entre l’humidité dusol et le potentiel hydrique pour chaqueprofondeur. Cette relation h (θ) est unecomposante importante des phénomènes detransfert hydrique dont un certain nombre detravaux ont développé des expressionsmathématiques [1, 8, 18] plus ou moinscomplexes utilisables dans des modèles detransfert. Dans cette étude, la formulation devan Genuchten [7, 24] ci-dessous sera utiliséecar elle est une des plus souples :

mn

rsr

)hα(1

θθθ)h(θ

(4)

où , n et m sont des paramètres indépendantsque l’on peut déterminer par des ajustementsstatistiques. Une relation de dépendance entrem et n (m =1-1/n) améliore la représentativitéde la relation presque pour tous les sols [24].

La relation peut également s’exprimeranalytiquement en fonction de K(θ) dans les

conditions initiales considérées (humidité autemps 0) par :

2m

m

1

rs

r

i

rs

rs θθ

θθ11

θθθθ

K)θ(K

(5)où

θs : est la teneur en eau à saturation naturelle(L3.L-3) ;

- θr : est la teneur en eau résiduelle(L3.L-3) ;

- Ks : est la conductivité hydrauliqueà saturation naturelle (L.T-1) ;

- α : paramètre empirique de lacourbe de rétention d’eau (L-1) ;

- m et n : paramètres de la courbe derétention d’eau liés à la structuredu sol (-) ;

- i : paramètre relatif à la porositédes sols et fixé à 0,5 [15].

La caractérisation des sols requiert ladétermination de ces paramètres quiinterviennent dans le modèle de Richards décritci-dessus. Les paramètres n et m sont desparamètres de forme, α, θs et θr sont desparamètres d’échelle. Haverkamp et al. (1998)[9] ont démontré que les paramètres d’échellesont fortement liés à la texture du sol alors queles paramètres de forme dépendentprincipalement des propriétés structurales dusol.

Expériences de drainage in situ

Ces expériences permettent d’établir larelation entre l’humidité du sol et le potentielhydrique pour chaque niveau de mesure et pourtout le profil de sol étudié. A cet effet, les« expériences de drainage interne » sur deuxparcelles ont été réalisées. Pour la troisièmeparcelle, les données ont été recueillies dans labanque des données de l’UR2PI, mesurées en2001 [4]. Les expériences se sont dérouléesdans les plantations expérimentalesd’eucalyptus situées dans la région de Pointe-Noire (entre les latitudes 4° et 5° sud et leslongitudes 11°.


41

et 12° est) qui est localisée au sud-ouest duCongo ; comprise entre la façade maritime àl’ouest et le massif forestier du Mayombe àl’est [14]. Sur un même site (Kondi), il a étéchoisi deux plantations voisines (KondiR0013A et R0013B) distantes de quelques 100mètres âgées de 3 ans avec deux clones (1-41et 18-52) à productivité différente. Latroisième plantation (Hinda H9807) est situéedans un autre site (Hinda) distant du premierde quelques dizaines de kilomètres, il s’agitd’une plantation âgée de 6 ans avec le clone 1-41.

Dans chaque parcelle, un anneaumétallique (25 cm de hauteur et 1 m dediamètre) est enfoncé de 10 cm dans le sol afinde délimiter une zone de 0,75 m2 au-dessusd’une répétition de sondes TDR(Réflectométrie dans le Domaine Temporel)qui permettent d’évaluer l’humidité volumiquedu sol. Cet anneau est entouré d’un deuxièmeanneau (25 cm de hauteur et 2 m de diamètre)délimitant une surface de 3,14 m2. Cedeuxième anneau est installé pour limiter lesécoulements latéraux. L’expérience de« drainage interne » consiste à saturer le soldans la zone délimitée par ces deux anneauxpar apport d’eau externe (environ 4 m3/m2

d’eau ont été déversés), puis de laisser le sol seressuyer afin d’assurer des transferts hydriqueshomogènes autour des sondes TDR. Dansl’anneau central sont installées au plus prochedes sondes TDR, des tensiomètres à mercuredont le point d’entrée d’air se situe auxalentours d’une pression de -800 cm d’eau.Sous l’influence de la succion du sol, l’eaucontenue dans la bougie se met en équilibrepotentiel avec l’eau du sol et cette succionéquilibre la montée d’une colonnemanométrique de mercure [1]. Pendant laphase de ressuyage, l’humidité volumique dusol θ est mesurée simultanément à pas detemps régulier avec les sondes TDR et lepotentiel hydrique h avec les tensiomètres,placés respectivement à 15, 50, 100 150 et 200cm de profondeur [14]. Les dispositifs installéssont bâchés pour éviter les pertes d’eau parévaporation.

La relation entre h et θ mesurésexpérimentalement peut être représentéegraphiquement par une courbe caractéristiquede l’humidité du sol ou ‘‘courbe de rétention

de l’humidité du sol’’. A partir des donnéesmesurées, les paramètres de transfert hydriquedans le sol (θr, θs, α, n et m) de la formulemathématique de van Genuchten sont estiméspar ajustement à chaque profondeur avec lelogiciel HYDRUS 1D.

Les sols de ces plantations étant trèsdrainants, il est difficile de pouvoir déterminerl’humidité à la saturation du sol. Pour remédierà cette difficulté, les humidités à la saturationθs ont été estimées à la porosité totale calculéeà partir des densités réelles et apparentes. Lesvaleurs d’humidité résiduelle θr sont fixées auxplus faibles humidités observées en fin desaison sèche, car les valeurs minimalesd’humidité sont difficiles à déterminer à partirde l’expérience de drainage interne, la limited’utilisation des tensiomètres étant d’environ0.8 bar (soit 816 cm d’eau).

Bilan hydrique

Le bilan hydrique calculé au pas detemps journalier peut s’écrire :

Wz = P - In – Ru – ETR - S

avec

- Wz, le flux d’eau drainé à la profondeurz ;

- P, la pluviométrie ;- In , l’interception ;- Ru, le ruissellement ;- ETR, l’ Evapotranspiration réelle, qui

dépend de l’Evapotranspiration potentielle,ETP) et de l’eau disponible dans le sol ;

- S, la variation de stock d’eau dans le sol.

L'ETP journalière a été calculée àpartir de la formule de Penman-Monteith(1981) séparément pour la savane, le sol nu etla plantation d'Eucalyptus à partir des donnéesmétéorologiques de Pointe-Noire (ASECNA).L’interception et le ruissellement ont étéestimés à partir des formules de Laclau(2001)[10]. Le prélèvement racinaire (égal à latranspiration réelle) est estiméproportionnellement à la densité de racinesfines et est contrôlé par l’équation de Feddes etal. (1978) [6].


42

Présentation du logiciel HYDRUS 1D

Le programme HYDRUS 1D utilise unmodèle d’éléments finis pour simuler lemouvement unidimensionnel de l’eau, de lachaleur et de corps dissouts multiples dans desmilieux variables selon la profondeur. Leprogramme résout numériquement l’équationde Richards pour l’écoulement saturé-insaturéde l’eau [22]. Il peut utiliser les modèles devan Genuchten 24], de Brooks et Correy [3] etde van Genuchten modifié pour estimer lesparamètres hydrodynamiques de sols.HYDRUS 1D permet entre autres : (i) d’estimerles paramètres des courbes de rétention d’eauet Ks à partir des valeurs mesurées par lesexpériences de drainage interne ; (ii) desimuler les humidités, les potentiels hydriqueset les flux profonds à différentes profondeursd’un sol à un pas de temps journalier à partirde variables d’entrée (précipitation,transpiration potentielle, évaporationpotentielle), du prélèvement racinaire, decaractéristiques du sol (paramètres del’équation de van Genuchten pour chaquecouche) et de l’état initial (humidité au temps0).

RESULTATS

Les paramètres hydrodynamiques

Les valeurs des paramètres de lacourbe de rétention (tableaux I a, b et c) varientavec la parcelle et selon la profondeur. Les solsde la région de Pointe-Noire ayant à peu prèsle même profil pédologique présentent desvaleurs de θs identiques pour une mêmeprofondeur dans les parcelles de KondiR0013A et R0013B. Les valeurs de θs les plusélevées sont observées en surface. Ces valeursde θs diminuent avec la profondeur.

A Kondi, les valeurs du paramètre αdans la parcelle R0013A sont plus élevées quedans la parcelle R0013B sauf à 100 cm. Les

valeurs du paramètre n dans les deux parcellesde Kondi sont inférieures à celles observéesdans la parcelle de Hinda.

Les valeurs de Ks sont très élevées etelles diminuent rapidement avec la profondeur.Quelle que soit la profondeur, les valeurs de Ks

sont plus élevées dans la parcelle R0013B quedans la parcelle R0013A.

La variabilité des valeurs desparamètres de l’équation de van Genuchtencaractérise les trois plantations d’eucalyptusétudiées. Cette variabilité traduit celle descourbes de rétention. Les courbes obtenues auxdifférentes profondeurs et parcelles ont desformes typiques de sol sableux (figure 1). Lescourbes de rétention estimées coïncidentparfaitement avec les courbes de rétentionmesurées pour toutes les profondeurs et pourles trois parcelles.

Afin de bien caractériser lecomportement hydrique des sols sousplantation d’eucalyptus, les capacités au champà pF = 2 (θfc), les points de flétrissementpermanent à pF = 4,2 (θwilt) et les réservesutiles (RU = θfc-θwilt) pour chaque profondeuret chaque site ont été calculés à partir del’équation de van Genuchten (Tableau II).Quelle que soit la profondeur, les valeurs de lacapacité au champ dans la parcelle HindaH9807 sont peu variables avec la profondeur.Les valeurs de θwilt obtenues augmentent avecla profondeur dans les deux parcelles de Kondiet sont presque identiques dans les premiers 50centimètres (0.031 et 0.034 m3.m-3). Dans laparcelle de Hinda H9807, les valeurs du θwilt

sont presque identiques dans tout le profil dusol et oscillent entre 0.041 à 0.045 m3.m-3.

Les valeurs de la réserve utile RU varientd’une parcelle à une autre et selon laprofondeur. Il est constaté que les valeurs deRU sont peu différentes en profondeur dans lestrois parcelles étudiées.


43

Tableau I : Paramètres de la relation (h) dans les trois parcelles étudiées

Hinda H9807 Profondeurs

Paramètres 50 cm 100 cm 200 cm

r (m3.m-3) 0.041 0.045 0.042

s (m3.m-3) 0.357 0.362 0.362

(m-1) 2.400 3.900 2.150

n (-) 2.828 2.158 2.725

a

Kondi R0013B ProfondeursParamètres 15 cm 50 cm 100 cm 200 cmr (m3.m-3) 0.029 0.031 0.036 0.078s (m3.m-3) 0.446 0.436 0.390 0.390 (m-1) 9.310 4.210 36.390 4.140

n (-) 1.623 1.776 1.341 2.009Ks (m.j-1) 373.7 200.2 66.5 45.3

b

Kondi R0013A ProfondeursParamètres 15 cm 50 cm 100 cm 200 cmr (m3.m-3) 0.029 0.031 0.036 0.054s (m3.m-3) 0.446 0.436 0.390 0.361 (m-1) 13.513 9.781 3.826 5.828

n (-) 1.741 2.015 2.357 1.877Ks (m.j-1) 350.2 62.1 45.9 29.3

c


44

Courbes de rétention à 15 cm (Kondi-R0013B)

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

Potentiel hydrique en cm (valeur observée)

Hum

idité

vol

umiq

ue (c

m3 /c

m3 )

observéeestimée


0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

0 50 100 150 200 250 300Potentiel hydrique en cm (valeur absolue)

Hum

idité

vol

umiq

ue (c

m3 /c

m3 )

observée

estimée


45


0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Potentiel hydrique en cm (valeur absolue)

Hum

idité

vol

umiq

ue (

cm3 /c

m3 )

observée

estimée

Courbes de rétention à 200 cm (R0013B)

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200Potentiel hydrique en cm (Valeur absolue)

Hum

idité

vol

umiq

ue (

cm3 /c

m3 )

observée

estimée

Figure 1 : Exemples de courbes de rétention d’eauà différentes profondeurs (Kondi R0013B).


46

Tableau II : θfc, θwilt et RU des trois parcelles.

PlantationsProfondeur θ (m3.m-3) Hinda H9807 Kondi R0013B Kondi R0013A

15 cm

θfc, 0.132 0.090θwilt 0.034 0.031RU 0.098 0.059

50 cm

θfc, 0.102 0.160 0.071θwilt 0.041 0.034 0.031RU 0.061 0.126 0.040

100 cm

θfc, 0.109 0.140 0.092θwilt 0.045 0.055 0.036RU 0.064 0.085 0.056

200 cm

θfc, 0.119(*) 0.150 0.130θwilt 0.042(*) 0.078 0.055RU 0.077(*) 0.072 0.075

(*): valeurs calculées à 150 cm

Les bilans hydriques

L’utilisation des paramètresobtenus par les expériences de drainageinterne permet une bonne simulation deshumidités observées quelle que soit laprofondeur (figures 2 et 3). Les bilanshydriques établis montrent que les eucalyptusconsomment plus d’eau que le milieu naturel(savane, Cf. tableau III), mais cetteconsommation dépend du stade dedéveloppement de la plantation. Laconsommation moyenne des plantationsd’eucalyptus est estimée à 64 % de lapluviométrie, soit environ 20 % de plus que lasavane.

Les pertes par ruissellement superficielsont faibles aussi bien sous savane que sousEucalyptus.

On note cependant que la sommeETR+Ruissellement+Drainage peut êtredifférente de la pluviométrie à cause desvariations de stock dans le sol.

Pour une pluviométrie moyenneannuelle de 1200 mm à Pointe-Noire, larecharge de l’aquifère est estimée à 520 mm/ansous savane, à 680 mm/an la première annéeaprès plantation, à 410 mm/an pour lesplantations de 1 à 2 ans, et à 260 mm/an pourune plantation de 6 à 8 ans. Pour une rotationde 7 ans, la recharge moyenne annuelle estestimée à 400 mm, soit 120 mm de moins quesous savane.


47

Figure 2 : Exemple d’humidités estimées et observées à 15 cm de profondeur (Kondi R00-13B).

Figure 3 : Exemple d’estimation de l’humidité volumique à différentes profondeurs

et du drainage profond par Hydrus1D (Kondi-R00-13B).

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0 200 400 600 800 1000 1200

Temps (jour depuis le 6/01/1998)

Hum

idité

vol

umiq

ue (-

)

0

0.25

0.5

0.75

1

1.25Pl

uvio

mét

rie (m

.jour

-1)

Dra

inag

e (c

m.jo

ur-1

) 15 cm50 cm100 cm200 cm300 cmPluviométrieDrainage

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

01/11/98 31/01/99 02/05/99 01/08/99 01/11/99 31/01/00 01/05/00 31/07/00 30/10/00 30/01/01 01/05/01

Date

Hum

idité

vol

umiq

ue (c

m3 .c

m-3

)

mesuréeestimée


48

Tableau III : Bilan hydrique annuel selon l’écosystème.

Ecosystème Pluviométrie ETP1 ETR2 Ruissellement Drainage3

Savane mm%4

1500100

105070

82055

50.3

66044

Plantation (0-1 an) mm%

1170100

102087

60051

100.9

66056

Plantation (2-3 ans) mm%

1390100

120086

93067

151.1

47034

Plantation (6-8 ans) mm%

1500100

114076

104069

251.7

33522

1 ETP : Evapotranspiration potentielle du aux conditions climatique ; 2 ETR : Evapotranspiration réelle3 Drainage : quantité d’eau drainée ; 4 Pourcentage par rapport à la pluviométrie

DISCUSSION

Les sols de la région de Pointe-Noireont des caractéristiques physico-chimiques trèssemblables dans toutes les parcelles étudiées[3, 4], les propriétés hydriques devraient doncaussi être similaires. Or, l’estimation desparamètres qui caractérisent la courbe derétention et le comportement hydrique des solsétudiés révèle une variabilité selon laprofondeur sur un même site et entre sites pourune même profondeur.

La variabilité spatiale des propriétéshydriques du sol a fait l’objet de nombreusesétudes et d’hypothèses sur leur origine. Lesrésultats obtenus dans cette étude montrent quela composition granulométrique (texture) nepeut pas à elle seule expliquer la variabilité descourbes de rétention en eau et de leursparamètres. Les sols des parcelles étudiées ontla même composition granulométrique et desvaleurs de densité apparente, de matièreorganique, de CEC peu différentes [10]. Lavariation des paramètres hydriques entreparcelles pourrait être due à des différences dela distribution de tailles de pores et de leurorganisation dont on ne connaît pas l’origine(macro faune du sol, pédogenèse, géologie…)et aussi au passé cultural des sols. Mais cescaractéristiques n’ont pas été mesurées, car ilest difficile de mesurer la taille des pores etleur connectivité par une méthode directe.Outre ces facteurs, les cumuls des petites

différences de texture, de densité apparente, dematière organique et de capacité d’échangecationique entre sites peuvent contribuer aussià la variabilité du comportement hydrique dusol.

Pour un même site, les variations desparamètres hydriques avec la profondeur sontcohérentes avec les variations de texture, dematière organique et de CEC.

La forme des courbes de rétention eneau des sols sous les trois parcelles étudiéesrévèle que les sols de la parcelle R0013Bsuccédant à une savane originelle peuventretenir plus d’eau que les sols des parcelles quiont déjà connu une replantation (H9807 etR0013A). Chaque parcelle et chaqueprofondeur présentent un comportementhydrique particulier. Les sols des parcellesH9807 et R0013A sont plus drainants que lessols de la plantation R0013B. Cependant uncomportement hydrique similaire s’observe enprofondeur dans tous les sites étudiés.

Ces sols ont une réserve utile théoriqueimportante pour le profil 0-200 cm. Néanmoinsl’humidité à la capacité au champ n’est jamaisatteinte simultanément sur tout le profil dessols sous les trois plantations d’eucalyptusétudiées (figure 3). Ces sols étant trèsdrainants, la quantité d’eau qui tombe sur le solse laisse ressuyer rapidement en profondeur.Dans ces sols, la RU par unité de volume


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augmente avec la profondeur et a tendance à sestabiliser [14].

La détermination des paramètreshydrodynamiques des sols pose le problème deleur variabilité d’une parcelle à une autre.Toutes les études sur la variabilité montrentque les informations obtenues (ou prédictivesréalisées) pour une parcelle donnée, sontdifficilement transposables à une autreparcelle. Or l’objectif de cette étude était deparamétrer un modèle de transfert hydriquetransposable à toute parcelle, mais lesdifférents sols étudiés présentent trois modèlesde transferts hydriques distincts.

Le modèle mécaniste basé sur des loisphysiques de Richards (1931), caractérise bienle comportement hydrique des sols étudiés encalculant les paramètres de l’équation de vanGenuchten (1980) qui lient l’humidité du solau potentiel hydrique. Les paramètres obtenusmontrent que le comportement du sol vis-à-visde l’eau varie d’une parcelle à une autre.

Les résultats obtenus avec les mesuresde pluviométrie (P), d’évapotranspirationpotentielle (ETP), de relation entre latranspiration réelle (TR) et l’humiditévolumique, et de répartition en profondeur desracines fines permettent de simuler fidèlementl’évolution de l’humidité volumique du sol etdes flux d’eau au cours du temps.

Les bilans hydriques calculés montrentque les plantations d’Eucalyptus utilisent enmoyenne 120 mm d’eau par an de plus que lasavane originelle pour la durée habituelle derotation de 7 ans. Cette augmentation del’utilisation de l’eau est due à une transpirationplus importante des Eucalyptus, surtout ensaison sèche grâce à leur système racinaireplus profond (supérieur à 6 m pour lesEucalyptus et inférieur à 2 m pour la savane)qui permet de prospecter des couches de solayant de l’eau disponible en saison sèche [10].Ils montrent aussi que les plantationsd’Eucalyptus n’empêchent pas une rechargedes nappes phréatiques superficielles, même sielles sont moindres que sous savane. Ledrainage profond sous Eucalyptus a toujourslieu pour deux raisons. La première est quel’ETP annuelle est en moyenne inférieure à lapluviométrie annuelle, ce qui explique que les

conditions climatiques, en particulier lerayonnement, ne permettent pas auxEucalyptus de prélever toute l’eau disponible.La deuxième raison est que les sols sont trèsfiltrants, et malgré un système racinaire trèsdéveloppé et croissant rapidement [11, 23], lesEucalyptus ne parviennent pas à capturer toutel’eau du sol lors des épisodes pluvieuximportants.

Au niveau régional, la diminution de larecharge des nappes phréatiques à cause desplantations d’Eucalyptus est à relativiser carces plantations ne forment pas un massifcompact. En effet, les plantations sontentrecoupées de savanes et de forêts-galeries.Il est estimé qu’environ un tiers du territoireest occupé par les plantations. En extrapolantles résultats, la diminution annuelle de larecharge des nappes phréatiques ne serait quede 40 mm soit moins de 10% de la rechargesous savane. Il se peut pourtant que les annéessèches (pluviométrie inférieure à 1000 mm),les effets des plantations d’Eucalyptus sur lesnappes phréatiques soient relativement plusconséquents pour les populations habitant dansle périmètre des plantations.

La diminution du drainage sousEucalyptus a également pour conséquence dediminuer les risques de pertes d’élémentsminéraux et de pollution des nappesphréatiques par les intrants.

Ces bilans hydriques confirmentégalement la très bonne efficience d’utilisationde l’eau par les Eucalyptus, puisque pour uneconsommation d’eau 20 % supérieure à cellede la savane, leur production annuelle debiomasse est deux fois plus importante [12,19].

CONCLUSION

Notre étude montre, à travers lavariabilité des paramètres hydrodynamiques dumodèle de Richards, l’hétérogénéité des solsde la région de Pointe-Noire. Les bilanshydriques calculés suggèrent uneconsommation d’eau par les Eucalyptus plusgrande que celle de la savane originellecompensée toutefois par une production debiomasse plus importante. Cependant lesplantations d’Eucalyptus n’empêchent pas une


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recharge des nappes phréatiques superficielles.En effet, il a été montré dans cette étude que ledrainage profond sous Eucalyptus a toujourslieu du fait que l’ETP annuelle reste enmoyenne inférieure à la pluviométrie annuelled’une part, et que les sols sont très filtrants,malgré un système racinaire très développé etcroissant rapidement, les Eucalyptus neparviennent pas à capturer toute l’eau du sollors des épisodes pluvieux importants, d’autrepart.

Les résultats obtenus permettront defaire d’une part, la simulation des écoulementssouterrains à l’aide d’un modèle à saturationvariable multidimensionnel pouvant gérer parexemple l’infiltration (la recharge) très rapidedans un sol très perméable ou macroporeux(ainsi le couplage de cette infiltration avec lanappe sous-jacente) ; et d’autre part lamodélisation de l’intrusion saline à l’aide d’unmodèle d’écoulement densitaire. Ce modèlepourrait tenir compte des forçageshydrologiques (pluies, évaporation), desconditions d’écoulement en amont (dans lesplantations d’eucalyptus), des extractionsd’eau de pompages (forages industriels), et descommunications (drainance) entre différentsaquifères (profond, superficiel,…).

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