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CHAPITRE 2Relations--eau--sol--plante
2.1 INTRODUCTION
Le but de ce chapitre est de présenter les éléments de bases concernant le sol, l’eau, la plante et lesrelations entre eux et qui sont d’intérêt pour le drainage. La présentation y est faite principalementdans une perspective agronomique. La présentation ne retient que les principaux éléments et le lec-teur est invité à consulter les ouvrages plus spécialisés en physique des sols, mécanique des sols, chi-mie des sols, pédologie ou en physiologie végétale pour approfondir le sujet.
2.2 CE QU’EST UN SOL
Le sol est vu différemment par chaque discipline. La présentation des définitions ou des perspectivesqu’en ont certaines disciplines aidera à comprendre.
Ingénieur civil : le sol est la terre non consolidée par rapport au roc solide. C’est un matériel quiest enlevé lors de la construction des routes ou des édifices.
Physicien des sols : le sol est un milieu poreux qui peut être analysé mathématiquement.
Chimiste des sols : le sol est une poudre, plus ou moins colorée, avec des grains plus ou moinsgrossiers (inférieurs à 2 mm) ayant des propriétés chimiques et physiques complexes.
Pédologue : le sol est un corps naturel qui a subit une évolution résultat d’une dégradation de laroche mère. Il considère le sol avec ses horizons pédologiques. Il classifie les sols en regard deleur environnement naturel avec une attention particulière à leur utilisation pratique en agri-culture et foresterie.
Aménagiste : les sols sont une collection de corps occupant des portions de territoire. Ils suppor-tent une végétation et ont des propriétés dues au climat, à la roche mère, au relief et au temps.Une attention particulière est accordée à leur utilisation.
Agronomes : le sol est un milieu de croissance pour les plantes. Ils sont surtout intéressés par lacouche des racines.
4 RELATIONS--EAU--SOL--PLANTE
Spécialistes en drainage : le sol est un milieu poreux vivant permettant la circulation de l’eau,supportant une végétation ou une culture et permettant la circulation des machines.
En ce qui concerne le drainage, un sol peut être caractérisé par ses aspects physiques, chimiques,pédologiques et biologiques. Le sol est un milieu vivant et il évolue dans un contexte hydrologique etclimatique. Il est utilisé pour produire des plantes, supporter une végétation et permettre la circula-tion des machines pour réaliser certaines activités comme le travail du sol et les récoltes.
2.3 PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DES SOLS
2.3.1 Introduction
Les principaux objectifs de la physique des sols consistent à établir les lois générales décrivant demanière quantitative le comportement des sols à court terme, de sorte qu’elles puissent être utilisées àla solution de problèmes. Les phénomènes rapides de transfert d’eau, d’air, de chaleur et de solutésexercent une influence déterminante sur les conditions et la croissance des plantes, mais aussi sur laprotection et la conservation des sols et la protection des nappes phréatiques contre les contaminants.
Cette section présente les notions de physique des sols nécessaires à la compréhension des principauxphénomènes liés au drainage.
2.3.2 Les composantes du volume de sol
En première analyse, le sol peut être représenté schématiquement comme constitué d’un volume desolides et d’un volume de vides (figure 2.1). Le volume des solides est constitué des différents miné-
Figure 2.1 Représentation schématique d’un volume de sol.
Solides
Vides
GazLiquides
raux et des particules de matière organique et les vides occupent les espaces libres entre les particules(minéraux et matière organique). À son tour, le volume des vides est divisé en une phase liquide et unephase gazeuse. La phase liquide est constituée principalement de l’eau et des éléments (sels, nitrates,etc.) en solution dans celle--ci. La phase gazeuse est constituée d’azote gazeux (N2), d’oxygène (O2),de gaz carbonique (CO2), de vapeur d’eau et d’autres gaz (CH4, H2S, etc.). La phase gazeuse est lecomplément de la phase liquide, les gaz remplaçant l’eau lorsque celle--ci se retire. Le volume dessolides est considéré comme constant pour autant que le sol ne subisse pas de stress à la déformation.Le volume des vides est aussi appelée porosité totale. Un bon sol agricole a une porosité de 50%.
5PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DES SOLS
Édition 2016
Les volumes de solides, de liquides et de gaz sont généralement exprimés en terme de m3 ou cm3 etparfois en terme de fractions ou pourcentages (m3/m3 ou cm3/cm3). Les relations entre les différentsvolumes sont représentées par les équations suivantes :
[2.1]Vt = Vs+ Vv = Vs+ Ve+ Va
[2.2]Vv = Ve+ Va
Vt = Volume total du sol (cm3)
Vs = Volume des solides (cm3)
Vv = Volume des vides (cm3)
Ve = Volume d’eau ou de liquide (cm3)
Vt = Volume d’air ou de gaz (cm3)
2.3.3 Masses réelles et apparentes
Les paramètres fondamentaux sur lesquels reposent la description générale d’un sol relèvent desrelation de masse et de volume caractérisant sa constitution. Le premier est la masse volumiqueréelle ρs qui est le rapport de la masse des constituants solides Ms sur leur volume Vs :
[2.3]�s =Ms
Vs
ρs = Masse volumique réelle du sol (g/cm3)
Ms = Masse des solides (g)
La masse volumique réelle des éléments constituants les particules de sol est fonction du type dematériaux :
minéraux argileux 2,00 -- 2,65 g/cm3
quartz et feldspath (limon et sable) 2,50 -- 2,60 g/cm3
minéraux contenant des éléments métalliques 4,90 -- 5,30 g/cm3
fraction organique 1,30 -- 1,40 g/cm3
Les valeurs moyennes des masses volumiques réelles sont généralement comprises entre les valeurssuivantes :
sols minéraux 2,60 -- 2,70 g/cm3
sols organiques 1,40 -- 2,00 g/cm3
Le second paramètre, la masse volumique apparente sèche ρas permet de tenir compte de l’impor-tance relative du volume des solides et des vides du sol :
[2.4]�as =Ms
Vt=
Ms
Vs+ Vv
ρas = Masse volumique apparente sèche du sol (g/cm3)
6 RELATIONS--EAU--SOL--PLANTE
La masse volumique apparente sèche d’un sol est toujours inférieure à sa masse volumique réelle,puisque la masse solide est toujours rapportée au volume total apparent et non seulement au volumede solides. Les ordres de grandeur des masses volumiques apparentes sèches sont pour différentstypes de sols :
sols sableux 1,40 -- 1,70 g/cm3
sols argileux 1,00 -- 1,50 g/cm3
sols tourbeux 0,30 -- 1,00 g/cm3
2.3.4 Texture -- granulométrie
La texture d’un sol ou granulométrie est la représentation de la taille des particules qui compose lesol. La texture ou la granulométrie d’un sol est généralement décrite par la classe texturale basée surles proportions de sable, limon et argile que contient le sol ou sur la distribution de la grosseur desparticules de sol.
Selon le système canadien de classification des sols (CANSYS) et le USDA soil classification sys-tem, les argiles sont des particules qui ont un diamètre effectif inférieur à 0,002 mm et les limons et lessables ont des diamètres effectifs respectivement dans les plages de 0,002 mm -- 0,050 mm et0,050 mm et 2,00 mm. La classe texturale est selon le pourcentage de sable et de limon que contientle sol en utilisant le triangle textural de la figure 2.2.
Figure 2.2 Triangle de classification texturale des sols.
90
0
50
60
70
80
100
20
10
40302010
30
40
50 90807060 100
Pourcentage de sable (%)
Pour
cent
age
d’ar
gile
(%)
A
AS
L
Al
ALi
LLiA LA
LLi
Li SSLSLi
LSA
LS
A : Argile
S : Sable
ALi : Argile limoneuse
Al : Argile lourde
L : Loam
LS : Loam sableux
LA : Loam argileux
LSA : Loamsablo--argileux
Li : Limon
AS : Argile sableuse
SLi : Sable limoneux
SL : Sable loameux
LLi : Loam limineux
LLiA : Loam limono--argileux
7PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DES SOLS
Édition 2016
La distribution de la grosseur des particules du sol est représentée par une courbe de fréquence cumu-lée du pourcentage de particules (poids) en fonction du diamètre effectif ou selon un tableau présen-tant le pourcentage de particules (poids) contenu dans chaque classe de taille.
Le milieu agronomique représente généralement la texture d’un sol en utilisant la classe texturalealors qu’en ingénierie et en drainage, la distribution de la taille des particules est plus utile.
La classe texturale peut être aussi déterminée au champ par le simple touché d’une motte de terrepressée entre le pouce et l’index. Cela demande un entraînement.
2.3.5 La matière organique
Dans la constitution d’un sol, la matière organique nécessite une considération spéciale car elle évo-lue rapidement dans le temps par rapport aux minéraux et elle joue un rôle spécial dans le sol.
Les sources de matière organique dans le sol sont les résidus de récolte, les fumiers et lisiers, lesengrais verts et les racines des plantes mortes. La matière organique est dégradée rapidement sousl’action des bactéries et des organismes vivants dans le sol. La matière organique est constituée d’unepartie considérée stable qui se dégrade lentement et d’une partie plus facilement dégradable que lesmicroorganismes dégradent rapidement.
La matière organique dans le sol peut être décrite par deux grands rôles : la matière organique nondécomposée et la matière organique décomposée.
La matière organique non décomposée joue un rôle de grosses particules qui favorisent l’aération dusol et la circulation de l’eau. L’espace intracellulaire peut absorber l’eau et ainsi augmenter la capa-cité de rétention en eau du sol. La matière organique non décomposée est la principale source dematériel pour les microorganismes et les petits animaux (verre de terre) vivant dans le sol. La décom-position de la matière organique par les bactéries est la principale source d’énergie pour les bactériesnon symbiotiques fixatrice d’azote.
La matière organique décomposée est constituée d’une multitude de composés. Les formes qui nousintéressent le plus sont les composés acides et la forme colloïdale. Les acides organiques enrobent lesparticules de sol, diminuent la mouillabilité des argiles, favorisent une meilleure agrégation des par-ticules de sol, ce qui augmente la stabilité structurale et rend les sols plus résistant à l’érosion. Lastabilité structurale favorise aussi la porosité et la circulation de l’eau dans le sol. La matière colloï-dale représente de grandes surfaces de fixation des anions et des cations, ce qui se traduit par uneaugmentation de la capacité d’échange cationique du sol.
2.3.6 Porosités et indice des vides
La porosité p, définie comme le rapport du volume des vides sur le volume total du sol (aussi appeléle volume apparent), permet aussi de caractériser les espaces entre les particules de sol :
[2.5]p=Vv
Vv+ Vs= 1 −
�as�s
8 RELATIONS--EAU--SOL--PLANTE
Dans les sols minéraux, la porosité varie entre 30 % et 60 %, alors que les tourbes peuvent présenterdes porosités de près de 90 %.
Le volume relatif des vides peut aussi être exprimé par l’indice des vides e qui est peu utilisé princi-palement en ingénierie :
[2.6]e =VvVs
e = Indice des vides
Il existe une relation entre l’indice des vides et la porosité :
[2.7]e =p
1 − p
[2.8]p= ee+ 1
Le système poral, considéré comme un réseau de pores et de conduits de faibles dimensions commu-niquant entre eux, peut être décomposé en plusieurs classes de porosité. Les deux plus importantessont :
Macroporosité : la partie des pores dans laquelle se déroulent la majorité des transferts d’eau etd’air. Les phénomènes de mouvement de l’eau se font principalement sous l’action des forcesde la gravité dans les macropores. Ce sont ces pores qui sont libérés de leur eau suite au drai-nage. L’espace des teneurs en eau entre la capacité au champ et la saturation provient desmacropores.
Microporosité : la partie des pores de faibles diamètres qui retiennent l’eau suite au drainage. Ilsréagissent peu aux forces de la gravité mais sont le site des force capillaires.
Les diamètres apparents de 30--60 µm sont généralement considérés comme la limite entre la macro-porosité et la microporosité.
2.3.7 Structure du sol
La structure du sol représente l’arrangement des particules de sol entre elles. La structure d’un solinfluence considérablement la circulation de l’eau et des gaz à l’intérieur de celui--ci.
Les types de structure sont regroupées sous les structures simples et les structures d’agrégation.
Les structures simples sont sans plan de clivage définis :
-- à grain unique (sables lâches et limons avec un faible pourcentage de matière organique),
-- massive (le sol semble une masse qui se brise en grosses mottes sans formes définies).
Les structures d’agrégation présentent des plans de clivages identifiables et définis dans les axes ver-tical et horizontal :
-- plates (plan de clivage horizontal principalement)
-- prismatiques
9PROPRIÉTÉS PHYSICO--CHIMIQUES DES SOLS
Édition 2016
-- blocs
-- granulaires
Les plans de clivage présentent des espaces où l’eau peut circuler facilement. Les structures granulai-res sont les plus intéressantes pour la circulation de l’eau car elles offrent un plus grand volume demacropores par unité de volume.
La stabilité structurale représente la capacité de la structure d’un sol à résister à la battance et à l’éro-sion du sol. Elle est influencée par la granulométrie, la matière organique et la présence de calcium.
2.3.8 Couleur du sol
La couleur d’un sol est un bon indice du régime hydrique que subit un sol et de l’état d’oxydation desminéraux. Les sols humides et gorgés d’eau présentent des couleurs ternes signe de réduction desminéraux et d’une absence d’air. Les sols aérés et bien drainés présentent des couleurs plus clairescaractéristiques d’une oxydation des minéraux et de la présence d’air.
La couleur est déterminée selon les codes de la charte de couleur de Munsell.
2.3.9 Conductivité hydraulique
La conductivité hydraulique d’un sol est la propriété physique fondamentale nécessaire lors dudesign d’un système de drainage souterrain. Elle représente la facilité d’un milieu à laisser circulerl’eau dans celui--ci. Elle n’est nul autre que le coefficient de proportionnalité de la loi de Darcy reliantle flux d’écoulement au gradient hydraulique. Elle sera étudiée en détail au Chapitre 6.
2.4 PROPRIÉTÉS PHYSICO--CHIMIQUES DES SOLS
2.4.1 Introduction
Les principales propriétés physico--chimiques des sols qui nous intéressent sont la capacitéd’échange cationique du sol (C.E.C.) et le pH.
2.4.2 La capacité d’échange cationique du sol (C.E.C.)
La capacité d’échange cationique (CEC) d’un sol est la quantité de cations que celui--ci peut retenirsur son complexe adsorbant à un pH donné. La CEC correspond donc au nombre de sites négatifsdans la matrice du sol où peuvent être stockés les principaux cations : calcium, potassium, magné-sium, sodium et ammonium. Plus le sol est riche en argile et matière organique, plus sa CEC estimportante car les argiles et la matière organique offrent de grandes surfaces d’échanges par rapport àleur poids.
La CEC est exprimé en milliéquivalents par 100 grammes (mEq/100 g) de sol.
La CEC est un indice du potentiel de fertilité et de productivité d’un sol.
10 RELATIONS--EAU--SOL--PLANTE
2.4.3 Le pH
Le pH ou potentiel hydrogène mesure l’activité chimique des ions hydrogènes (H+). La majorité desplantes agricoles exige des sols avec un pH entre 6,5 et 7 pour offrir une bonne productivité. Au Qué-bec, les sols ont tendance à être acides (pH<6,5) et ils doivent être chaulés.
2.5 LES GAZ DANS LE SOL
La phase gazeuse est constituée d’azote gazeux (N2), d’oxygène (O2), de gaz carbonique (CO2), devapeur d’eau et d’autres gaz (CH4, H2S, etc.). Le tableau 2.1 présente la composition de l’air atmo-sphérique et de l’air contenu dans le sol. Dans les sols bien aérés, la proportion des différents gaz estprès de celle de l’air atmosphérique alors que dans les sols mal aérés, l’oxygène est remplacée par legaz carbonique (CO2) et d’autres gaz résultant de l’activité anaérobique (CH4, H2S, etc.).
Les gaz circulent de la surface du sol (atmosphère) vers l’intérieur du sol et en sens inverse principa-lement par diffusion. Les autres mécanismes sont la convection, les changements de pression atmo-sphérique et la remontée et le rabattement de la nappe phréatique.
Tableau 2.1 Composition de l’air atmosphérique et dans le sol.
Gaz Formule Air atmosphérique Air dans le sol
Azote N2 78,08 % vol 78,08 % vol
Oxygène O2 20,95 % vol 0 -- 20,7 % vol
Argon Ar 0,934 % vol ∼ 0,93 % vol
Dioxyde de carbonne CO2 382 ppmv 0,2--0,5 à 15 % vol
Méthane CH4 1,7 ppmv > 2 ppmv
Sulfure d’hydrogène H2S < 0,02 ppmv > 0,02 ppmv
2.6 L’EAU DANS LE SOL
2.6.1 Introduction
La phase liquide est constituée principalement de l’eau et des éléments (sels, nitrates, etc.) en solutiondans celle--ci. Elle occupe une portion de l’espace des vides. L’eau contenu dans le sol est décrite parla teneur en eau, les concepts de teneurs en eau caractéristiques et de profil d’humidité.
2.6.2 Teneur en eau
La masse volumique réelle “ρe“ de la phase liquide est définie comme le rapport de la masse duliquide Me sur son volume “Ve“ :
[2.9]�e =Me
Ve
ρe = Masse volumique du liquide (g/cm3)
11L’EAU DANS LE SOL
Édition 2016
Me = Masse de liquide (g)
Comme la phase liquide est constituée principalement de l’eau et des éléments (sels, nitrates, etc.) ensolution dans celle--ci et que les sols agricoles présentent de faibles concentrations et qu’ils sont sou-mis à de faibles variations de température, la masse volumique liquide est assimilée à celle de l’eaupure, soit 1,00 g/cm3.
La quantité de liquide ou d’eau contenu dans le sol est variable dans le temps et dans l’espace. Sacaractérisation est importante et elle est définie par la teneur en eau volumique et la teneur en eaupondérale. La teneur en eau volumique θ est définie comme le rapport du volume d’eau contenudans le sol à son volume apparent de sol (ou volume total de sol) :
[2.10]θ =VeVt
La teneur en eau pondérale w est quant à elle définie comme le rapport de la masse d’eau contenudans le sol à la masse des particules de sol :
[2.11]w=Me
Ms
En hydrologie, les teneurs en eau volumiques sont utilisées car elles facilitent les calculs alors qu’enagronomie, il est de tradition d’utiliser les teneurs en eau pondérales. Il existe une relation entre lateneur en eau volumique et la teneur en eau pondérale d’un sol :
[2.12]θ =�as�e
w
2.6.3 Teneurs en eau caractéristiques
Différents concepts et définitions relatifs à l’humidité des sols ont été développés dans l’optiqued’une utilisation pratique. Les concepts d’humidités caractéristiques sont présenté à la figure 2.3 etils sont aussi en relation avec l’utilisation de l’eau par la plante.
Les définitions des humidités caractéristiques sont :
Saturation (Sat) : teneur en eau à saturation du sol en condition de champ. En réalité, le sol n’at-teint jamais une saturation complète car une certaine quantité d’air y reste toujours emprison-née.
Capacité au champ (CC) : teneur en eau du sol après que l’excédent d’eau se soit drainé et que lerégime d’écoulement vers le bas soit devenu négligeable, ce qui se produit habituellement deun à trois jours après une pluie ou une irrigation.
Point de flétrissement (PF) : teneur en eau du sol où la plante ne peut y puiser l’eau nécessaire àsa survie, y subit des dégâts irréversibles et elle meure.
Point critique (PC) : la teneur en eau du sol lorsque la plante commence à souffrir d’un manqued’eau et que sa croissance en est affectée. Cette teneur en eau est utilisée en gestion de l’irriga-tion. Elle est aussi appelée point de flétrissement temporaire par certains. Cette valeur se situe
12 RELATIONS--EAU--SOL--PLANTE
entre le tiers et les deux tiers de la différence entre le point de flétrissement et la capacité auchamp.
Deux autres concepts utilisés en gestion de l’eau en découlent et ils sont :
Réserve utile (RU) : quantité d’eau contenue dans le sol que la plante peut utiliser pour sa crois-sance. C’est la différence entre la capacité au champ et le point de flétrissement.
Réserve facilement utilisable (RFU) : quantité d’eau contenue dans le sol que la plante peututiliser facilement pour sa croissance et sans subir de stress dommageable.
Le modèle hydrique décrit ici est un modèle statique et simplifié. Il ne fait pas intervenir le mouve-ment dynamique de l’eau dans le sol, mouvement qui n’est pas traité ici.
Figure 2.3 Teneurs en eau caractéristiques des sols et croissance des plantes.
Cro
issa
nce
PF PC CC SAT
RU
RFU
θ
SolidesVides
GazLiquides
2.6.4 Profil d’humidité
Le profil d’humidité appelé aussi le profil hydrique est la représentation graphique de la teneur en eaudu sol en fonction de la profondeur (figure 2.4). Si le profil d’humidité présente la teneur en eau volu-mique, la surface comprise entre deux profils représente la différence de volume d’eau par unité desurface contenu dans le sol. Si cette différence est due à une précipitation, ce volume correspond àl’infiltration. Si cette différence est due à la transpiration des plantes, ce volume correspond à l’éva-potranspiration pour la période. Un exemple simple permettra d’illustrer le concept. Pour des plantsde maïs ayant une profondeur effective des racines de 90 cm dans un sol ayant une capacité au champ
13PÉDOLOGIE
Édition 2016
Figure 2.4 Description du profil d’humidité.
Teneur en eau
Profondeur
CC Sat
de 0,40 cm3/cm3 et un point critique de 0,30 cm3/cm3, la quantité d’eau nécessaire pour ramener cesol du point critique à la capacité au champ sera :
[2.13]Veau = (CC− PC) Profracines = �0, 40 cm3
cm3 − 0, 30 cm3
cm3� 90cm
= 9 cm = 90 mm
Le volume d’eau exprimé en cm correspond à 9 cm3/cm2.
2.7 PÉDOLOGIE
2.7.1 Introduction
La pédologie (du grecΠεδον (Pedon) : sol et Λογοσ (Logos) : discours -- science) est la science quiétudie les sols, leur formation, leur constitution et leur évolution.
Les sols sont le résultat d’une évolution d’un matériel originel appelé roche mère (roche, matérieldéposée) qui, dans sa situation topographique, a évolué sous l’action du climat et des processus chi-miques, biologiques et hydrologiques.
La pédologie examine les constituants du sol (minéraux, matières organiques), leur agencement (gra-nulométrie, structure, porosité), leurs propriétés physiques (capacité de rétention, conductivitéhydraulique), leurs propriétés chimiques (capacité d’échange cationique, pH). Elle étudie les sols, lesclassifie et les cartographie et s’intéresse à leur utilisation.
2.7.2 Profil de sol
Pour la pédologie, l’évolution d’un sol s’observe par l’analyse et la description de son profil. Le pro-fil d’un sol est constitué de plusieurs couches horizontales superposées appelées ”horizons” qui se
14 RELATIONS--EAU--SOL--PLANTE
différencient par leur épaisseur, couleur, teneurs en sables, limons et argile, composition chimique,colonisation par les racines, etc.
Un profil de sol est représenté par la structure et la nomenclature présentées à la figure 2.5.. Les diffé-
Figure 2.5 Profil typique de sol (source Wikipedia, 2009).
rents types d’horizons sont décrits de la façon suivante :
Horizon O : L’horizon O est l’horizon organique (ou humus) dans lequel les débris végétauxs’accumulent à la surface du sol.
Horizon A : L’horizon A est un horizon mixte contenant à la fois de la matière organique et de lamatière minérale. Il est, en général, le résultat d’un brassage mécanique par les organismesvivant dans le sol (vers, insectes) ou bien matérialise l’intervention des outils de travail du soldans le cas des sols cultivés.
Horizon E : L’horizon E est est un horizon lessivé, ce qui le rend pauvre en ions, en argiles, encomposés humiques et hydroxydes de fer et d’aluminium. Sa couleur est souvent plus claire.Il se retrouve souvent sous l’horizon A.
Horizon B : L’horizon B est un horizon d’accumulation apparaissant dans les sols lessivés. Il estenrichi en éléments fins et amorphes (argiles, hydroxydes de fer et d’aluminium, humus).
Horizon C : L’horizon C un horizon d’altération de la roche mère dans lequel la transformationde celle--ci reste limitée si bien que nombre de ses caractères originels (litage, schistosisé,minéraux) sont encore très visibles.
15PÉDOLOGIE
Édition 2016
2.7.3 Cartes et rapports pédologiques
Les résultats de l’étude pédologique d’un territoire sont généralement présentés sous forme de rap-ports et de cartes pédologiques (figure 2.6).
Le rapport contient généralement une description générale du territoire, une description de la géolo-gie à l’origine de la formation des sols, une description des unités de sols rencontrées (figure 2.7). Lerapport peut aussi contenir les résultats d’analyse des échantillons de sol prélevées dans les unités(figure 2.8).
La cartographie des sols a pour but de délimiter les portions du territoire ayant le même profil de sol etoù les sols ont les mêmes caractéristiques. En cartographie des sols, il existe trois types de cartes quisont déterminés en fonction des objectifs et aux quelles sont associées des échelles :
Cartes à petite échelle (1/200 000 -- 1/100 000) : Ces cartes sont liées aux études de reconnais-sance qui ont pour objectif principal un zonage des grands types. Ce zonage permet aux plani-ficateurs, d’après l’importance, le degré d’urgence ou l’intérêt des aménagements, de prépa-rer des programmes régionaux et d’en évaluer le coût, puis de sélectionner certaines zones àaménager et qui seront étudiées en détail.
Cartes à moyenne échelle (1/50 000 -- 1/20 000) : Ces cartes semi--détaillées sont réalisées àl’échelle de canton ou comté et ont pour objectif d’établir le potentiel de mise en valeur agri-cole. La plupart des études pédologiques réalisées au Québec sont à l’échelle 1/63 000 ou1/50 000.
Cartes à grande échelle (1/10 000 -- 1/5 000) : Ces cartes détaillées sont réalisées lors d’étudesdétaillées pour la réalisation d’aménagements comme ceux du drainage des parcelles.
La cartographie se traduit par la détermination de zones homogènes. Dans la nature, cette homogé-néité n’est pas absolue et elle est considérée comme effective lorsque les variations sont assez faiblespour ne pas modifier de façon significative les caractéristiques et le comportement du sol. Cettehomogénéité se rapporte à la fois à la précision des limites et à la pureté des unités cartographiques.
À moyenne et grande échelle, la “zone homogène de base” est la série de sols, qui regroupe les solsprésentant les mêmes caractéristiques physico--chimiques, la même topographie, en particulier lemême développement du profil et les mêmes horizons pédologiques, avec des profondeurs, des pier-rosités, des textures et des structures très voisines.
L’échelle d’une carte pédologique implique aussi une précision des limites et une densité de relevésnécessaires pour le niveau de détails désirés. Selon le Groupe d’étude des problèmes de pédologieappliquée (G.E.P.P.A.) de France (Servat et al., 1972), les unités sont délimitées avec une précision de500 à 1000 m et avec une pureté de de 50% lors des études de reconnaissance. Lors des études semi--détaillées, les unités sont délimitées avec une précision de 100 à 200 m et avec une pureté de 80%.Lors des études détaillées, les unités sont délimitées avec une précision de 35 à 50 m et avec unepureté de 85% à 95%. Pour obtenir ces précisions, les sondages (observation des profils pédologiquesdans une fosse) sont réalisés d’un profil par 500 à 800 ha pour une carte 1/100 000, un profil par 300 à
16 RELATIONS--EAU--SOL--PLANTE
400 ha pour une carte 1/50 000, un profil par 50 à 100 ha pour une carte 1/25 000, un profil par 20 à 50ha pour une carte 1/10 000, un profil par 1 à 5 ha pour une carte 1/5 000. La lecture des cartes pédolo-giques doit être interprétée en conséquence. La figure 2.6 présente un extrait d’une carte pédologi-que. La figure 2.7 présente une description d’une série de sol alors que la figure 2.8 en présente lescaractéristiques.
Figure 2.6 Extrait de la carte pédologique du comté de Lévis (Laplante, 1962).
17
Édition 2016
Figure 2.7 Description pédologique du loam Kamouraska (extrait de Laplante, 1962).
KAMOURASKA (15209 acres ou 9.5°/0)
Ces sols ont comme origine les dépôts de la mer Champlain. Ils se présententen une plaine unie, ce qui leur occasionne un drainage interne particulièrementlent et parfois mauvais lorsqu’ils voisinent les sols organiques.
Des taches de rouille se rencontrent dans toute la profondeur du profil. Ilarrive rarement que cette argile soit encore recouverte de pierres dans le comté.Vu la qualité de ce sol, il est presque impossible de le rencontrer à l’état vierge.
L’argile Kamouraska est parfois très humifère et il arrive assez fréquemmentd’y noter la présence de lentilles de sable.
Son sous--sol et une roche--mère alcalins donnent généralement l’effervesceau contact du HCl dilué.
La présence d’un horizon Aeg est assez fréquente.
Agriculture
Ce sol est le plus agricole de ce comté. Il est cependant consacré d’une façontoute spéciale aux plantes fourragères. Il convient très bien à la culture des grains(avoine, orge) des foins (mil, trèfles, luzerne), choux de Siam, maïs fourrager, etc..Les pâturages pourraient être luxurieux si on les fertilisait plus adéquatement.
Si le labour Richard était mis plus en pratique, ceci aurait pour heureux effetd’améliorer l’état physique de ce sol.
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Figure 2.8 Exemple de tableau d’analyse de sol (extrait de Laplante, 1962).
19LA PLANTE, LES BACTÉRIES ET L’EAU
Édition 2016
2.8 LA PLANTE, LES BACTÉRIES ET L’EAU
La plante est un organisme vivant qui a besoin d’oxygène pour transformer les sucres en énergie(cycle de Krebs), de minéraux (P, K, Ca, NO3, etc.) pour la constitution de ses cellules, d’eau pour saturgescence et comme moyen de transport des minéraux des racines jusqu’aux feuilles, de CO2 et delumière pour produire par photosynthèse des composés organiques qui constitueront l’essentiel destissus de la plante.
En conditions aérobies, les bactéries nitrificatrices du sol transforme l’azote du sol en azote assimila-ble (NO3) par les plantes et d’autres bactéries oxydent les métaux. Les bactéries fixatrices de l’azotequi se retrouvent dans les nodules des racines des légumineuses (luzerne, trèfle, soya, etc.) transfor-ment l’azote atmosphérique (N2) en azote assimilable.
Dans un sol saturé ou quasi saturé, la diffusion de l’oxygène est très faible, ce qui entraîne une oxygé-nation déficiente et la création d’un milieu anaérobie. Une aération insuffisante du sol a comme pre-mier effet de diminuer l’activité respiratoire des racines et de modifier son métabolisme respiratoire(cycle de Krebs). L’aération insuffisante a comme second effet de réduire l’alimentation en eau de laplante, de réduire ainsi sa transpiration et l’absorption des minéraux et leur transport des racines auxfeuilles, ce, malgré une abondance d’eau. La perturbation du cycle de Krebs entraîne la formation deproduits toxiques comme l’éthanol et l’acide lactique. Lorsque le manque d’aération de la zone desracines se prolonge, la croissance des plantes est très ralentie, les feuilles à la base des tiges jaunissentet meurent et la plante peut flétrir. Les racines deviennent brunes, molles et très visqueuses. Par lasuite, des racines blanches et plus vigoureuses peuvent apparaître à la base de la tige au--dessus duplan d’eau. Dans certains cas, la pourriture du collet apparaît et la plante meure. Les plantes, étantplus faibles, sont plus sensibles aux maladies et aux attaques des champignons.
En conditions anaérobiques du sol, les bactéries aérobiques cessent leurs activités, les bactéries anaé-robiques se développent et amènent la production de CO2, CH4, H2S et d’autres substances toxiquespour les plantes. Les conditions anaérobiques amènent aussi la réduction des métaux, la diminutionde la décomposition de la matière organique et par le fait même, la réduction de l’azote assimilable etdes plants jaunes à croissance ralentie. De plus, la faible diffusion des gaz dans l’eau amène l’accu-mulation des gaz toxiques dans le sol et accroît par le fait même la toxicité du sol.
2.8.1 Durée de submersion
Les plantes peuvent résister à un certaine submersion de leurs racines car, au tout début, ellesconsomment l’oxygène dissout dans l’eau ou emprisonné dans certains pores du sol.
2.8.2 Stade physiologique ou stade de croissance
Il semble exister des périodes critiques pendant lesquelles les plantes sont plus touchées par l’en-noyade. Ces périodes critiques diffèrent d’une espèce à l’autre. En général, les plantes sont beaucoupplus affectées en période de croissance végétative ou floraison qu’au stade de fructification. L’orgesemble plus sensible au moment du tallage, de l’allongement des entre--noeuds et en début de matura-
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tion. Le haricot est plus touché au stade ouverture des bougeons qu’au stade trois feuilles ou à la flo-raison. Le pois est plus affecté dans les quelques jours qui précèdent ou pendant la floraison qu’endébut de croissance.
2.8.3 Conditions du milieu
Les effets d’un excès d’eau sont plus marqués lorsque l’activité photosynthétique et la transpirationdes plantes sont plus élevées. Ainsi, la tolérance diminue lorsque la température ambiante augmentecar la consommation d’oxygène augmente avec la transpiration.
2.8.4 L’espèce et la variété
Les réactions à la submersion varient beaucoup d’une espèce à l’autre et parfois même d’une variété àl’autre. Le seigle et le blé seraient plus résistants que l’orge.
Certaines plantes comme le riz et les nénuphars qui vivent littéralement les racines dans l’eau ne sontpas incommodées par l’absence d’oxygène au niveau des racines car elles ont développé la capacitéd’absorber l’oxygène au niveau des feuilles ou d’autres tissus. Dans le cas des cultures hydroponi-ques où les racines baignent dans l’eau, l’oxygénation de l’eau amène suffisamment d’oxygène auxracines des plantes.
2.8.5 SEW30
Plusieurs recherches ont démontré un lien entre le SEW30, facteur évaluant l’intensité et la durée dela submersion des racines dans les 30 premiers cm de sol et le rendement du maïs et des céréales. LeSEW30 est défini comme :
[2.14]SEW30 =�n
i=1
30 − Nappei Nappe ≤ 30cm
SEW30 = Indice cumulée de l’intensité de la submersion (cm)
Nappe = Profondeur de la nappe (cm)
21L’EAU, LE SOL ET LA MACHINE
Édition 2016
2.9 L’EAU, LE SOL ET LA MACHINE
Une des raisons invoquées par les agriculteurs justifiant les travaux de drainage est liée à l’accessibi-lité aux champs pour y effectuer les travaux liés au travail du sol, au semis, aux traitements et à larécolte.
Le travail du sol est généralement effectué lorsque le sol est friable; seul le labour peut être réalisélorsque le sol est plastique. Lorsque le travail du sol est effectué en conditions trop humides, le sol sebrise en grosses mottes au lieu de se briser en une mie fine. Le semis dans des conditions de grossesmottes entraîne une levée irrégulière et retardée, un enracinement chétif, des plants chétifs et défor-més et un bris de la structure du sol. Le travail du sol dans ces conditions demande plus de puissance etplus d’énergie,
Des récoltes dans des conditions trop humides occasionnent une circulation plus difficile au champ etdans certains cas, la circulation est impossible et la récolte doit être retardée. Des récoltes dans desconditions trop humides demandent une puissance accrue, entraînent de pertes plus élevées, augmen-tent les risques de bris des machines et diminuent l’efficacité des machines et des opérations.
La non accessibilité au champ se traduit par la perte de jours ouvrables et une efficacité réduite desmachines. Au printemps, cette non accessibilité se traduit par un retard dans les semis et une perte dejours de croissance disponibles et une diminution des rendements.
Il a été observée que la circulation des machines et le travail du sol sont difficiles lorsque les nappessont à moins de 50 à 60 cm de la surface du sol. La frange capillaire garde la surface du sol humide,diminue la portance du sol et sa résistance à la traction tout en augmentant la résistance au roulementcar les roues s’enfoncent plus dans le sol. Ces conditions demandent une plus grande de traction.
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BIBLIOGRAPHIE
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Wikipedia, 2009. Profil de sol. http://fr.wikipedia.org/wiki/Profil_du_sol (consulté le 11 août 2015).
