Chapitre 8 - Les bases de données sur le sol pour la gestion de l’eau
p. 127-140
Texte intégral
1À l’interface de la lithosphère, de l’atmosphère, de l’hydrosphère et de la biosphère, le sol occupe une position centrale – aux sens propre et figuré – de la zone critique, cette enveloppe fragile de sol, de roche et d’eau qui recouvre la surface du globe, et s’étend du sommet de la canopée à la base de la zone saturée. C’est le lieu privilégié des réactions biogéochimiques, mais aussi des échanges entre l’air et les eaux superficielles et souterraines. Le fonctionnement des sols conditionne ainsi à la fois les flux d’eau dite « bleue » – lacs, rivières, océans et nappes phréatiques – et les flux d’eau dite « verte », définie comme la quantité d’eau pluviale stockée par le sol et restituée à l’atmosphère par évapotranspiration du système sol-plante. Il conditionne aussi le devenir des substances qui déterminent la qualité de l’eau. La connaissance des propriétés de rétention et de filtration des sols à l’égard de l’eau et des éléments qu’elle transporte est ainsi incontournable pour la gestion quantitative et qualitative de l’eau.
2L’objectif de ce chapitre est de présenter les bases de données sur les sols existantes en France et les méthodes permettant de déduire les propriétés importantes du sol pour des applications de gestion intégrée de l’eau. Nous détaillerons notre propos spécifiquement dans le cas de la gestion quantitative de l’eau car les propriétés concernées s’appuient sur des données des sols pour lesquelles les moyens de traitement numérique sont les plus adéquats et les plus aboutis. Nous détaillerons successivement les propriétés d’intérêt, les données sols disponibles à différentes échelles et les méthodes d’évaluation des propriétés d’intérêt à partir des données des sols.
Quelles sont les propriétés sols d’intérêt pour la gestion quantitative des ressources en eau ?
3À l’interface avec l’atmosphère – et donc avec les apports d’eau pluviale et d’eau d’irrigation – les propriétés de la surface du sol déterminent en premier lieu le partage entre la quantité d’eau qui ruisselle, et la quantité d’eau qui s’infiltre dans le sol. L’eau infiltrée à la surface du sol est ensuite stockée, puis percole à la base du sol et contribue ainsi à la ressource en eau « bleue ». Ou alors, elle est évaporée à la surface du sol ou transpirée par la végétation et constitue ainsi la ressource en eau « verte ».
4Les propriétés d’intérêt pour qualifier ces processus de ruissellement, infiltration, rétention, percolation et évaporation sont :
la courbe de rétention en eau, en particulier deux de ses points caractéristiques qui permettent d’évaluer le Réservoir Utilisable53 ;
la courbe de conductivité hydraulique.
5La courbe de rétention en eau décrit la relation entre la quantité d’eau effectivement retenue par le sol et l’énergie avec laquelle celle-ci est retenue. Cette caractéristique du sol varie fortement en fonction de la structure du sol – qui influence la quantité d’eau retenue dans des gammes de teneur en eau proches de la saturation – et de la taille des particules qui composent le sol – en particulier pour les teneurs en eau faibles.
6Le Réservoir Utilisable représente la quantité d’eau maximale que le sol peut stocker et restituer aux plantes pour leur production de biomasse (encadré 8.1). Il est généralement exprimé en millimètres d’eau sur toute la profondeur du sol, ou en millimètres d’eau par centimètre de sol. C’est une propriété du sol nécessaire à la paramétrisation des modèles de transfert sol-plante-atmosphère basés sur le formalisme du bilan hydrique, dans lequel le sol est conceptualisé comme un réservoir. C’est ainsi une grandeur utilisée largement dans les modèles opérationnels, par exemple les outils d’aide à la décision en irrigation. Même si, à moyen terme (de l’ordre de la décennie), les pratiques agricoles peuvent modifier la valeur du Réservoir Utilisable, c’est une caractéristique qui dépend essentiellement de la structure du sol et de sa nature (teneur en argile, en sable et en éléments grossiers).
Encadré 8.1. Mesure de la courbe de rétention en eau de sols et du Réservoir Utilisable. Le Réservoir Utilisable est une capacité de stockage de l’eau du sol, estimée par la différence entre l’humidité à la capacité au champ et l’humidité au point de flétrissement permanent. Ces grandeurs, caractéristiques de la courbe de rétention en eau du sol, sont évaluées à l’aide de mesures sur le terrain ou au laboratoire. La capacité au champ est l’état du sol correspondant à la « plus forte humidité du sol pour laquelle les transferts d’eau sont lents après que l’eau excédentaire se soit écoulée par gravité (drainage naturel) ». À la capacité au champ, les forces de gravité sont à l’équilibre avec les forces de capillarité. Au champ, cet état intervient en moyenne 48 heures après la dernière pluie, lorsque le drainage du sol n’est pas limité. Au laboratoire, on approxime l’état de capacité au champ par la capacité de rétention. Longtemps, il a été considéré que cet état correspondait à la teneur en eau mesurée lorsque le sol est équilibré à une pression de – 100 kPa sur de la terre fine, état qualifié d’humidité équivalente. Conduisant à une sous-estimation systématique du Réservoir Utilisable, cette proposition a été abandonnée et une valeur de -33 kPa a été choisie pour qualifier l’état de capacité de rétention. Elle reste employée généralement au niveau international. Cependant, lorsque l’on évalue la capacité de rétention au laboratoire par la méthode des presses à membrane, il est conseillé d’équilibrer des mottes de terres non perturbées à – 10 kPa, selon la méthode préconisée par Bruand et al. (2004). Le point de flétrissement permanent est le potentiel hydrique à partir duquel une plante se flétrit durablement. Cette valeur dépend de la plante considérée. Elle est toutefois prise de façon générique comme la teneur en eau à une pression égale à -1,6 MPa pour l’ensemble des plantes cultivées. Pour construire une courbe de rétention en eau au laboratoire, des mottes de sol non perturbées sont équilibrées à des pressions de consigne, dans des dispositifs dits « presses à membrane de Richards ». Sur le terrain, le suivi conjoint de la teneur en eau du sol et du potentiel hydrique (indicateur du niveau de pression dans le sol) permet également de déterminer le Réservoir Utilisable. Figure 8.1. La courbe de rétention d’un sol. ![]() L’aire sous la
courbe de rétention illustre en bleu le Réservoir Utilisable compris
entre la capacité de rétention et le point de flétrissement
permanent. |
7La conductivité hydraulique exprime l’aptitude du sol à laisser passer l’eau sous l’effet d’un gradient de pression. Elle varie fortement en fonction de la teneur en eau du sol. Cette propriété s’exprime généralement en mètre/seconde, elle est employée pour paramétrer des modèles de transfert d’eau en régime insaturé basés sur la résolution des équations de Richards. Comme la courbe de rétention en eau, cette propriété dépend fortement de la nature du sol. Mais elle est également très liée à l’organisation macroscopique du réseau poreux du sol issue de la structure du sol, c’est-à-dire de l’arrangement des agrégats et des mottes constitutifs du sol entre eux. En milieu cultivé, les pratiques agricoles, notamment l’intensité du travail du sol, peuvent modifier sensiblement la conductivité hydraulique de l’horizon de surface, en particulier dans son domaine proche de la saturation.
Les données disponibles sur les sols
8Cette section présente les données disponibles sur les sols qui permettent l’évaluation des propriétés d’intérêt.
Les variables pédologiques disponibles
9Parmi l’ensemble des variables disponibles sur les sols, certaines sont incontournables pour calculer ou estimer les propriétés d’intérêt.
10La combinaison de ces différentes caractéristiques des horizons de sol conduit à des types de sol différenciés dont le fonctionnement hydrique est caractéristique (encadré 8.2).
Encadré 8.2. Des sols aux fonctionnements hydriques particuliers. Le fonctionnement hydrique des sols varie selon le type de sol. Voici trois exemples de sols ayant un fonctionnement hydrique bien différencié, du fait de la profondeur du sol, de la texture des horizons et de leur structure. Figure 8.2. Coupe dans un Planosol (© M. Jamagne) ; coupe dans un Rendosol (© M. Jamagne) ; Coupe dans un Podzosol (© C. Jolivet). ![]() Le planosol se caractérise par un horizon supérieur perméable reposant brutalement sur un horizon imperméable. La forte teneur en argile des horizons de profondeur est à l’origine de leur faible conductivité. Cela engendre un engorgement des horizons de surface par des nappes perchées temporaires, et un écoulement latéral de l’eau à la base de ces horizons. Le rendosol sur craie est un sol mince calcaire. Lors d’une pluie, la conductivité hydraulique élevée de la couche de surface favorise une infiltration rapide. Le sol ne souffre pas d’excès d’eau. Le Réservoir Utilisable de l’horizon de surface est assez faible. Mais les propriétés de rétention en eau de la craie sont favorables au stockage de l’eau dans ce compartiment et permettent des remontées capillaires. Le podzosol est un sol acide dont l’horizon sableux surmonte un horizon induré. Du fait de sa texture exclusivement sableuse, le Réservoir Utilisable est très faible. L’essentiel de l’alimentation hydrique des plantes est régulé par le battement de la nappe phréatique superficielle. |
L’épaisseur des horizons
11Lors de sa description, un sol est divisé en différentes couches superposées relativement homogènes (couleur, structure, texture…). Ces couches sont appelées « horizons » et constituent des unités de description et de prélèvement du sol. Les transitions entre les horizons de sol sont plus ou moins brutales et peuvent impacter le régime hydrique.
La profondeur du sol
12Elle n’est pas toujours connue précisément. En effet, lorsque le sol est profond, le substrat ne peut pas toujours être observé. Selon les applications considérées, l’expression « profondeur du sol » peut être :
la profondeur réelle du sol que l’on essaie d’appréhender, c’est-à-dire jusqu’à la roche-mère ou jusqu’aux couches géologiques superficielles non modifiées par des processus pédogénétiques ;
la profondeur d’enracinement maximal d’une culture.
La texture des horizons
13Elle qualifie la proportion des particules présentes dans le sol, de manière qualitative ou quantitative. Sur le terrain, on estime la classe de texture de l’horizon dans un triangle de texture de référence, qui doit être précisé car il en existe plusieurs (Richer-de-Forges et al., 2008). En France, ce sont les triangles de l’Aisne et Geppa qui sont utilisés préférentiellement. La classe texturale permet de dériver des estimations globales des propriétés physiques de l’horizon en lien avec sa composition granulométrique, qui décrit le pourcentage massique de particules de tailles définies par les bornes du fractionnement. Cette valeur quantitative doit être associée au nombre de fractions identifiées dans la terre fine (0-2 mm), aux limites choisies des fractions et aux prétraitements subis par l’échantillon. Comme mentionné précédemment, la texture du sol influence fortement sa capacité de rétention en eau et sa capacité d’infiltration. Appelées communément argiles, les particules les plus fines, de taille inférieure ou égale à 2 µm, ont en règle générale la capacité de retenir plus d’eau que les particules grossières comme les sables de taille supérieure à 200 µm.
La teneur en carbone organique
14Elle a une influence très positive sur la structure du sol quand elle est élevée. Elle influence donc directement l’enracinement et permet ainsi une meilleure utilisation de l’eau par les plantes. En revanche, elle influence peu la capacité de rétention intrinsèque du sol, à l’exception du cas des sols très organiques ou très sableux.
Les éléments grossiers
15Il s’agit d’éléments minéraux du sol de taille54 supérieure à 2 mm. En fonction de leur nature, les éléments grossiers influent plus ou moins sur les propriétés de rétention de l’eau du sol. Dans une étude en milieu sédimentaire, Tetegan et al. (2011) ont montré que la phase caillouteuse contribue au Réservoir Utilisable dans une proportion comprise entre 2 et 60 % d’eau selon la nature des éléments grossiers. L’abondance de ces éléments grossiers joue aussi fortement sur les propriétés hydriques du sol. Un sol est considéré comme caillouteux à partir de 35 % d’éléments grossiers. Néanmoins, on considère que les propriétés physiques des sols sont modifiées dès 20 %, voire 10 %, d’éléments grossiers.
La nature minéralogique des argiles
16Elle est fortement variable entre les sols et influe sur la capacité de rétention en eau. Ainsi, les horizons à argiles dites gonflantes, constituées par des minéraux de type montmorillonite, ont une capacité de rétention en eau très élevée. En période de dessiccation, leur aptitude au retrait conduit fréquemment à l’ouverture de fentes à la base du sol. Ces fentes sont favorables à l’infiltration de l’eau.
La structure
17La structure correspond à l’agencement des particules solides du sol en agrégats. La géométrie de ces agrégats varie d’un horizon à l’autre et influence le ressuyage naturel, la rétention en eau, l’aération du sol et la distribution des racines. La masse volumique apparente constitue une grandeur de référence pour évaluer la structure du sol. C’est donc un paramètre quantitatif fréquemment utilisé dans l’évaluation des propriétés hydriques des sols pour tenir compte de l’effet de la structure.
Les bases de données disponibles et les échelles associées
18Plusieurs types de données sur les sols sont disponibles. En France, ces données sont sauvegardées dans la base de données nationale DoneSol. Cette base recueille toutes les données des programmes de cartographie et de surveillance de la qualité des sols menés par le GIS Sol55. Elle est dotée de nombreux outils d’aide à la saisie et à l’utilisation des données (modèle de données, dictionnaire de données, liste de diffusion, formations…).
19Les données ponctuelles sont constituées par des descriptions de profils de sols sur fosses ou par des descriptions de sondages réalisés à la tarière. Elles sont caractérisées par des coordonnées x-y et une description de chacun des horizons du sol. Cette description peut être reliée à des analyses quantitatives qualifiant, entre autres, la texture, la teneur en matière organique et éventuellement la nature minéralogique des argiles.
Données surfaciques et cartographiques sur les sols
20Les données surfaciques sont des synthèses spatiales des données ponctuelles et de l’analyse du paysage permettant d’obtenir une vision de l’organisation spatiale des sols. Elles sont constituées d’unités cartographiques de sols (UCS) qui sont des sous-ensembles de la couverture pédologique représentant cartographiquement le sol à une échelle donnée. Ces unités cartographiques de sols sont elles-mêmes constituées par le regroupement d’une ou plusieurs unités typologiques de sol (UTS). Une unité typologique de sol présente la même succession d’horizons en tout point de l’espace. Elle est caractérisée par des données statistiques sur les caractéristiques des horizons (valeurs minimale, modale et maximale).
21En France, les différents programmes de cartographie des sols sont les suivants.
22La Base de Données Géographique des Sols de France. Il s’agit d’une carte des sols au 1/1000000 associée à une base de données. Elle est l’une des composantes de la base de données géographique des sols d’Europe au 1/1000000. Cette base ne contient pas de valeurs quantitatives. Par exemple, la texture d’un horizon est exprimée en classe de texture, et la profondeur du sol en classe de profondeur.
23Les Référentiels Régionaux Pédologiques. Ce sont des cartes de pédopaysages au 1/250000. Réalisé département par département, ce programme est actuellement en cours d’achèvement. Lorsque le référentiel régional pédologique d’un département est achevé, le ministère en charge de l’Agriculture lui attribue un label de qualité. Les données sont ensuite rendues disponibles par conventionnement avec leurs propriétaires. En parallèle, un travail d’harmonisation aux limites des départements et des régions, en cours sur la France métropolitaine, garantit l’homogénéité des types de sol aux frontières.
24Le programme Connaissance Pédologique de la France. Il s’agit d’un programme d’acquisition de connaissances sur les sols à moyennes échelles (du 1/50000 au 1/100000), initié dès 1968. Actuellement, l’activité du programme Connaissance Pédologique de la France consiste prioritairement à capitaliser les informations disponibles dans les cartes au 1/100000. Aujourd’hui, ces cartes couvrent environ 24 % du territoire, soit environ 13 millions d’hectares. Au 1/50000, l’acquisition est achevée pour les départements de l’Indre, l’Indre-et-Loire, le Cher et la Vienne. Elle se poursuit dans plusieurs départements : Loiret, Loir-et-Cher, Seine-et-Marne… Environ 18 % du territoire est couvert au 1/50000, soit plus de 9 millions d’hectares. En complément, près 130 cartes départementales des terres agricoles ont été publiées entre 1980 et 1990 aux échelles de 1/50000, mais les informations sur les sols y sont de qualité très inégale.
25Les cartes à grandes échelles (secteurs de référence du 1/10000 au 1/5000). Localement, et notamment pour certains travaux en lien avec la gestion spatiale locale de la ressource en eau, des cartes détaillées sont nécessaires. Elles permettent de traiter de questions agricoles ou environnementales avec une précision correspondant à des utilisations et à des recommandations à l’échelle locale : irrigation, drainage et périmètres d’alimentation de captage par exemple. L’acquisition de références techniques sur les types de sol représentatifs d’une petite région naturelle permet de formuler des recommandations adaptées et généralisables à des systèmes sol analogues.
L’évolution de la cartographie des sols en France
26De fortes évolutions de l’offre et de la demande en données sur les sols, ainsi que le développement de méthodes nouvelles de cartographie numérique des sols56 ont conduit le conseil scientifique du programme Inventaire, gestion et conservation des sols du Groupement d’intérêt scientifique Sol et le réseau mixte technologique Sols et territoires57 à s’interroger récemment sur l’évolution souhaitable des objectifs, démarche et organisation de la cartographie des sols en France (Voltz et al., 2018). Des travaux en cartographie des sols par modélisation statistique58 sont conduits depuis plusieurs années dans diverses régions, principalement par les organismes de recherche. Ils abondent les programmes du GIS Sol en matière d’acquisition des données sur les sols en France. Des produits cartographiques plus opérationnels sont développés. Ils proposent, non pas une carte des sols, mais directement des cartes de variables pédologiques ou de propriétés du sol.
27Au plan international, on citera notamment le projet GlobalSoilMap qui vise à fournir gratuitement une carte des propriétés de sols assorties de leurs incertitudes sur une maille de 90 m sur 90 m sur le monde entier. Treize propriétés de sol sont concernées par une évaluation au format GlobalSoilMap dont le taux d’argile, l’abondance d’éléments grossiers, la teneur en carbone organique, la profondeur du sol et le Réservoir Utilisable. L’incertitude associée se présente sous la forme d’un intervalle de confiance à 90 %, voire d’une distribution complète de probabilités (Arrouays et al., 2014). Ce projet produit également des cartes sur l’ensemble du territoire métropolitain : les cartes de teneur en argile, de stock de matière organique et de Réservoirs Utilisables sont disponibles. Toutefois, l’incertitude locale des valeurs de propriétés de sol prédites par ces cartes reste élevée. Ces cartes permettent donc essentiellement de visualiser la variabilité spatiale des propriétés du sol sur des régions relativement étendues, plutôt qu’à l’échelle locale.
De la donnée sol disponible à la propriété d’intérêt
28Pour modéliser le fonctionnement du système sol-plante-atmosphère, comme cela est souvent nécessaire dans les travaux portant sur l’évaluation quantitative et spatialisée de la ressource en eau, le Réservoir Utilisable et la conductivité hydraulique du sol (ou de ses horizons) sont des propriétés incontournables. Comme cela a déjà été mentionné, ces deux propriétés peuvent être mesurées, sur le terrain ou au laboratoire, ou évaluées à partir d’autres propriétés du sol.
Déterminations expérimentales des propriétés d’intérêt
29La courbe de rétention en eau est évaluée à partir de mesures réalisées sur le terrain ou en laboratoire (encadré 8.1). De même, la conductivité hydraulique en régime insaturé est déterminée en laboratoire sur des cylindres de sol non perturbés par la méthode d’évaporation de Wind ou par la méthode du multi-step outflow. Ces deux méthodes consistent à saturer le cylindre du sol, puis à suivre la dynamique de son dessèchement par des mesures de teneur en eau et de potentiel hydrique. Sur le terrain, des mesures d’infiltrométrie à disque sont couramment employées, la méthode simplifiée du Beerkan (Lassabatère et al., 2006) permet d’obtenir des références de conductivité hydraulique sans manipuler de modèles complexes d’interprétation des données.
30Que ce soit pour l’évaluation du Réservoir Utilisable ou celle de la conductivité hydraulique, les méthodes employées sur le terrain sont dynamiques, en lien avec le fonctionnement hydrique du système sol-plante, généralement dans des conditions éloignées de l’équilibre hydrique. En revanche, l’évaluation du Réservoir Utilisable en laboratoire est réalisée alors que des échantillons de sol sont en équilibre à une pression donnée. Il est ainsi fréquent que des évaluations de propriétés hydrauliques en laboratoire et sur le terrain soient différentes. Pour des applications en gestion intégrée des ressources en eau et gouvernance territoriale, nous recommandons de privilégier des données de laboratoire pour des applications sur de larges territoires pour lesquelles on peut garantir que les données ont été acquises dans des conditions identiques. Au contraire, pour des applications très locales, on recommanderait l’utilisation de données de terrain qui révèlent spécifiquement le fonctionnement local du système sol-plante-atmosphère.
31En cours d’élaboration, la base de données pepsol rassemble toutes les propriétés hydriques pour des sols échantillonnés dans certains programmes de recherche menés à l’INRAE. Quant à la base Genarvovia (Roman-Dobarco et al., 2019), elle rassemble des données issues des travaux d’instituts techniques (Arvalis-Institut du Végétal, Geves et TerresInovia). Pour autant, comme on l’a vu précédemment, les propriétés de Réservoir Utilisable et de conductivité hydraulique restent difficiles à mesurer sur le terrain ou au laboratoire et coûteuses. Elles sont donc rarement disponibles dans des bases de données de sol génériques telles que DoneSol, ou les bases associées aux cartes pédologiques à différentes échelles.
32Une alternative consiste donc à évaluer ces propriétés à l’aide de fonctions dites de « pédotransfert » présentées ci-dessous.
Évaluation des propriétés d’intérêt : utilisation de fonctions de pédotransfert
Définitions et cadre d’application
33Une fonction de pédotransfert est un modèle numérique permettant d’estimer et de prédire des propriétés de sols difficiles ou trop coûteuses à mesurer directement. L’estimation est réalisée à l’aide d’autres caractéristiques du sol plus facilement accessibles, notamment celles qui sont disponibles dans les bases de données cartographiques. Par exemple, on peut estimer la valeur du Réservoir Utilisable d’un horizon de sol par la connaissance de la teneur en argile, en matière organique et de la masse volumique.
34Pour évaluer le Réservoir Utilisable ou la conductivité hydraulique, de multiples fonctions de pédotransfert sont proposées dans la littérature. La sélection de la fonction la plus adaptée à chaque contexte se fait en s’appuyant sur les travaux d’évaluation et de comparaison des différentes fonctions décrites dans la littérature spécialisée. Toutefois, le choix de l’utilisateur est souvent dicté par les données dont il dispose, la résolution recherchée pour son application et les limites d’utilisation des fonctions de pédotransfert. En effet, chaque fonction ne devrait être utilisée que dans un contexte agropédoclimatique proche de celui dans lequel elle a été élaborée, et surtout à une échelle comparable. En conséquence, aucune fonction de pédotransfert ne peut être appliquée de façon fiable à une échelle très locale.
35Pour l’évaluation du Réservoir Utilisable, les fonctions de pédotransfert les plus employées en France sont celles de Jamagne et al. (1977), Bruand et al. (2004) et Tetegan et al. (2011). Cette dernière permet de tenir compte des éléments grossiers du sol. Fréquemment utilisée dans les bureaux d’étude et souvent employée par défaut dans les outils d’aide à la décision, la fonction de Jamagne et al. (1977) est cependant à utiliser avec parcimonie. Dans de nombreux types de sol, notamment les sols argileux, elle surestimerait significativement le Réservoir Utilisable. Pour des applications sur le territoire national en milieu agricole, la fonction la plus adaptée et la plus récente est celle de Roman-Dobarco et al. (2019).
36Pour évaluer la conductivité hydraulique, les fonctions de pédotransfert les plus couramment utilisées sont celles de Wösten et al. (1999) et Toth et al. (2015).
37Enfin, la masse volumique apparente n’est pas rigoureusement une propriété hydrique du sol puisqu’il s’agit d’un indicateur quantitatif de la structure. Néanmoins, il est fréquent que les modèles de transfert utilisent cette propriété. Son évaluation par des fonctions de pédotransfert est d’autant plus délicate dans les horizons de surface que leur structure est fortement déterminée par le travail du sol et donc, variable dans le temps. La fonction de Keller et Håkansson (2010) semble cependant la plus appropriée pour évaluer la masse volumique apparente sur de larges territoires à l’échelle de la France ; elle utilise les variables « sol » telles que les teneurs en argile, sable, limon et matière organique. Un nouveau modèle de type machine learning (apprentissage automatique) a été établi pour la prédiction de la masse volumique apparente dans la région Centre (Chen et al., 2018). Il permet l’évaluation de la masse volumique avec une très bonne précision grâce à la connaissance de la texture, du pH et de la teneur en matière organique.
Les incertitudes associées à l’évaluation des propriétés de sol : effet de la résolution des données et de la précision des fonctions de pédotransfert
38L’évaluation d’une propriété de sol à partir de données aisément accessibles nécessite le double emploi d’une base de données sur les sols et d’une fonction de pédotransfert adaptée. Malgré la précision des données d’entrée sol dans les bases de données et la fiabilité des fonctions de pédotransfert associées, l’évaluation de la propriété d’intérêt est fréquemment entachée d’erreurs assez significatives qu’il faut avoir à l’esprit.
39La figure 8.3 illustre l’effet de la précision de la base de données sur l’évaluation du Réservoir Utilisable sur une aire géographique composée de sols contrastés. La gamme des données de Réservoir Utilisable est plus étendue lors d’une évaluation à l’aide d’une base de données au 1/50000. En effet, certaines plages cartographiques – dans le nord-est de la carte – ont des évaluations locales du Réservoir Utilisable qui diffèrent de près de 100 mm par rapport à l’évaluation issue d’une base de données au 1/250 000.
Figure 8.3. Évaluation du Réservoir Utilisable (moyenne pondérée par unité cartographique de sols) sur 1 m de profondeur selon la méthode de Bruand et al. (2004) en prenant en compte les proportions volumiques des éléments grossiers, mais en supposant leurs capacités de rétention en eau nulles (Tetegan et al., 2011).

Les cartes ont été réalisées à partir de cartes de sols à différentes échelles sur la même emprise géographique. a : carte des sols de Patay au 1/50000. b : Référentiel pédologique du Loiret au 1/250000.
40Les fonctions de pédotransfert récentes (voir par exemple Roman-Dobarco et al., 2019) proposent des évaluations moyennes de propriétés hydriques et les écarts-types associés par classe de type de sol ou de texture de sol. Ces incertitudes peuvent ainsi être utilisées dans les applications d’évaluation du fonctionnement sol-plante-atmosphère sur de larges territoires. On note d’ailleurs que l’influence de cette incertitude varie selon le paramètre estimé. Par exemple, Le Bas (2016) montre que le rendement évalué par un modèle de culture est d’autant plus aléatoire que l’incertitude sur le Réservoir Utilisable est élevée et le climat sec. Cependant, l’incertitude sur l’évaluation de la quantité d’eau drainée à la base du sol reste toujours élevée ; même si, bien sûr, la quantité d’eau drainée totale est plus élevée en climat humide qu’en climat sec (figure 8.4).
Figure 8.4. Distribution des valeurs de la lame d’eau drainée (en mm) et de rendement (en tonnes), calculées par le modèle stics pour une unité cartographique de sol de la Base de Données Géographique des Sols de France au 1/1000000 (Le Bas, 2016).

Cette unité présente un Réservoir Utilisable incertain, évalué par des règles de pédotransfert, compris entre 63 et 248 mm. Les années 1963, 1975 et 1989 sont climatiquement considérées comme sèches ; les années 1965, 1976 et 2000 sont des années considérées comme humides.
Figure 8.4. Distribution des valeurs de la lame d’eau drainée (en mm) et de rendement (en tonnes), calculées par le modèle stics pour une unité cartographique de sol de la Base de Données Géographique des Sols de France au 1/1000000 (Le Bas, 2016).

Cette unité présente un Réservoir Utilisable incertain, évalué par des règles de pédotransfert, compris entre 63 et 248 mm. Les années 1963, 1975 et 1989 sont climatiquement considérées comme sèches ; les années 1965, 1976 et 2000 sont des années considérées comme humides.
Conclusion
41La France dispose d’un large panel de données sur les sols pouvant être mobilisées pour des applications en lien avec la gestion quantitative et qualitative des ressources en eau, qu’il s’agisse de données sur les propriétés hydriques des sols – paramètres d’entrée des modèles – que de données sur les caractéristiques des sols permettant l’évaluation de ces paramètres d’entrée. Les mesures en laboratoire du Réservoir Utilisable, de même que les fonctions de pédotransfert les plus récentes, sont publiées avec des estimations d’incertitudes qui permettent que le niveau de connaissance sur les sols soit pris en compte dans les modèles. L’ensemble des informations est disponible auprès du GIS Sol.
Bibliographie
Des DOI sont automatiquement ajoutés aux références bibliographiques par Bilbo, l’outil d’annotation bibliographique d’OpenEdition. Ces références bibliographiques peuvent être téléchargées dans les formats APA, Chicago et MLA.
Format
- APA
- Chicago
- MLA
Arrouays D., Grundy M.G., Hartemink A.E., Hempel J.W., Heuvelink G.B.M., Hong S.Y., Lagacherie P., Lelyk G., McBratney A.B., McKenzie N.J., Mendonca-Santos M.D.L., Minasny B., Montanarella L., Odeh I.O.A., Inakwu O.A., Sanchez P.A., Thompson J.A., Zhang G.L., 2014. GlobalSoilMap: toward a fine-resolution global grid of soil properties. Advances in agronomy, 125, 93.
Bruand A., Duval O., Cousin I., 2004. Estimation des propriétés de rétention en eau des sols à partir de la base de données Solhydro : une première proposition combinant le type d’horizon, sa texture et sa densité apparente. Étude et gestion des sols, 11(3) : 323-332.
Chen S., Richer-de-Forges A.C., Saby N., Martin M.P., Walter C., Arrouays D., 2018. Building a pedotransfer function for soil bulk density on regional dataset and testing its validity over a larger area. Geoderma, 312: 52-63.
10.1016/j.geoderma.2017.10.009 :Jamagne M., Bétrémieux R., Bégon J.C., Mori A., 1977. Quelques données sur la variabilité dans le milieu naturel de la réserve en eau des sols. Bulletin technique d’information, 324-325 : 627-641.
Keller T., Håkansson I., 2010. Estimation of reference bulk density from soil particle size distribution and soil organic matter content. Geoderma, 154: 398-406.
10.1016/j.geoderma.2009.11.013 :Lassabatere L., Angulo-Jaramillo R., Ugalde J.M.S., Cuenca R., Braud I., Haverkamp R., 2006. Beerkan estimation of soil transfer parameters through infiltration experiments - BEST. Soil science society of America journal, 70 : 521-532.
Le Bas C., 2016. Impact des incertitudes des paramètres sols estimés à partir de la base de données géographique des sols de France sur les sorties du modèle de culture stics. Approche méthodologique. Thèse de doctorat Abies. Paris : AgroParisTech, 450 p.
Richer-de-Forges A.C., Feller C., Jamagne M., Arrouays D., 2008. Perdus dans le triangle des textures. Étude et gestion des sols, 15(2) : 97-111.
Roman Dobarco M., Le Bas C., Cousin I., Martin M., 2019. Pedotransfer functions for predicting available water capacity in French soils, their applicability domain and associated uncertainty. Geoderma, 336: 81-95.
Tetegan M., Nicoullaud B., Baize D., Bouthier A., Cousin I., 2011. The contribution of rock fragments to the available water content of stony soils: proposition of new pedotransfer functions. Geoderma, 165(1): 40-49.
Toth B., Weynants M., Nemes A., Mako A., Bilas G., Toth G., 2015. New generation of hydraulic pedotransfer functions for Europe. European journal of soil science, 66: 226-238.
10.1111/ejss.12192 :Voltz M., Lemercier B., Sauter J., Richer-de-Forges A.C., Lagacherie P., Arrouays D., Bispo A., Slak M.F., Laroche B., 2018. La cartographie des sols en France : état des lieux et perspectives. Rapport de recherche. Montpellier : Inra, 112 p.
Wösten J.H.M., Lilly A., Nemes A., Le Bas C., 1999. Development and use of a database of hydraulic properties of European soils. Geoderma, 90: 169-185.
10.1016/S0016-7061(98)00132-3 :Notes de bas de page
53 On trouve également le terme de « Réserve utile », largement employé dans le domaine agricole. Pour autant, le RU étant une capacité de stockage plus qu’un état de remplissage du stock, le terme « Réservoir utilisable » apparaît plus approprié que le terme « Réserve ».
54 On distingue généralement quatre classes de tailles : les graviers, les cailloux, les pierres et les blocs. Les limites de taille entre ces différentes classes varient selon les pays. En France, elles sont de : 0,2-2 cm pour les graviers, 2-6 cm pour les cailloux et 6 à 20 cm pour les pierres. Les blocs correspondent aux éléments minéraux de taille supérieure à 20 cm.
56 La cartographie numérique des sols allie des systèmes d’information géographique, des modèles statistiques et des expertises de pédologues dans l’objectif de prédire des classes ou des propriétés de sol assorties d’incertitudes.
57 www.sols-et-territoires.org/ .
58 La cartographie numérique des sols – cartographie des sols par modélisation statistique (CSMS) = Digital Soil Mapping (DSM) peut être définie comme la production d’estimations spatialisées de types de sol ou de valeurs de propriétés des sols en tout point de l’espace par des modèles statistiques alimentés par des données spatiales environnementales et calibrés avec les données de sol disponibles sur la zone d’étude (Voltz et al, 2018).
Auteurs
-
Anne C. Richer-de-Forges
CNRS, ENS de Lyon, UMR 5600 Environnement ville société (EVS), université Jean-Moulin Lyon-3
-
Isabelle Cousin
UR SOLS, INRAE, Orléans
Le texte seul est utilisable sous licence Creative Commons - Attribution - Pas d'Utilisation Commerciale - Pas de Modification 4.0 International - CC BY-NC-ND 4.0. Les autres éléments (illustrations, fichiers annexes importés) sont « Tous droits réservés », sauf mention contraire.
Apprendre à innover dans un monde incertain
Concevoir les futurs de l’agriculture et de l’alimentation
Émilie Coudel, Hubert Devautour, Christophe-Toussaint Soulard et al. (dir.)
2012
Transformations agricoles et agroalimentaires
Entre écologie et capitalisme
Gilles Allaire et Benoit Daviron (dir.)
2017
Innovation et développement dans les systèmes agricoles et alimentaires
Guy Faure, Yuna Chiffoleau, Frédéric Goulet et al. (dir.)
2018
One health, une seule santé
Théorie et pratique des approches intégrées de la santé
Jakob Zinsstag, Esther Schelling, David Waltner-Toews et al. (dir.) Josette Derangère et Isabelle Thibaudière (trad.)
2020
Agriculture et qualité de l'air
Comprendre, évaluer, agir
Carole Bedos, Sophie Génermont, Jean-François Castell et al. (dir.)
2019
L'eau en milieu agricole
Outils et méthodes pour une gestion intégrée et territoriale
Delphine Leenhardt, Marc Voltz et Olivier Barreteau (dir.)
2020
Alerter la population face aux crues rapides
Compréhension et évaluation d’un processus en mutation
Johnny Douvinet
2020
Consommation et digestion des végétaux
Rôles des microbiotes et fonctions essentielles à la biodiversité
Gérard Fonty, Annick Bernalier-Donadille, Évelyne Forano et al.
2019
La fabrique de l’agronomie
De 1945 à nos jours
Jean Boiffin, Thierry Doré, François Kockmann et al. (dir.)
2022


