Méthode pragmatique d’évaluation de la réserve en eau ... · Cette approche peut soutenir la construction de catalogues des stations (Franc, ... généralement la réserve en

BASE Biotechnol. Agron. Soc. Environ.201115(S2),727-741

Méthodepragmatiqued’évaluationdelaréserveeneaudesstationsforestièresetcartographieàl’échellerégionale(Wallonie,Belgique)FrançoisRidremont,PhilippeLejeune,HuguesClaessensUniv.Liège-GemblouxAgro-BioTech.UnitédeGestiondesRessourcesforestièresetdesMilieuxnaturels.PassagedesDéportés,2.B-5030Gembloux(Belgique).E-mail:[email protected]

L’évaluation de la disponibilité en eau des stations forestières constitue une préoccupation grandissante suite à la prisede consciencede l’impact potentiel des changements climatiques sur le régimehydriquedes sols.À l’heure actuelle, lesgestionnairesforestiersrestentassezdémunisenmatièred’outilsd’évaluationchiffréedelaréserveeneau.Cetarticleprésenteuneméthodesimpled’estimationdecetteréservequisoitappropriableparlesagentsdeterrainetpuissemeneràunecarteàl’échelledelastationforestièrepourlaWallonie.Aprèsinventairedesméthodespossibles,c’estla«méthodedestextures»,baséesurlesclassesdefonctionsdepédotransfertdeJamagneetal.(1977),quiaétéutilisée.LesprofilsdesoldelabasededonnéesAardewerkontfacilitélatranspositiondesrésultatsdeJamagneetal.(1977)ausystèmetexturalbelge.Poursapart,laCarteNumériquedesSolsdeWallonie(CNSW),parl’intermédiairedelatypologiedesPrincipauxTypesdeSols,aservidesupportàlacartographiedelaréserveeneauàl’échellerégionale.Lecaractèrebioindicateurdesplantesherbacéesetarbustivesforestièresaétéconfrontéauxdonnéescartographiquesproduitescommepremierélémentdevalidation.Lesrésultatsdelarégressionindiquentunerelationsignificativeentrelesdeuxvariables,maisaussiquelaréserveeneaunesuffitpasàexpliqueràelleseuleleniveauhydriqueexpriméparlaflore.IlressortégalementquelacaractérisationdesmatériauxparentauxdeWallonieconstitueraitunappuiindéniableaudéveloppementdelaméthodeproposée,latranspositionderésultatsétrangerspouvantconduireàcertainsbiais.Lesperspectivesd’utilisationdecetypedecartethématiquesontmultiples:intégrationcommedonnéesdebaseàlamodélisationautécologique,évaluationdubilanhydriquepourlacaractérisationhydriquedesstationsforestièresetconstructiondescataloguesdestations;autantd’outilspermettantd’orienterlesgestionnairesforestiersdansleursdémarchesd’aménagement.Mots-clés.Stationforestière,profildesol,texturedusol,capacitéderétentioneneau,fonctiondepédotransfertparclasse,développementd'outil,cartographieàgrandeéchelle,planteindicatrice.

Pragmatic assessment of the water reserve of the forest sites and mapping at the regional scale (Wallonia, Belgium).Theassessmentoftheforestsiteswateravailabilityconstitutesagrowingconcernfollowingtheawarenessofthepotentialimpactofclimatechangeonthesoilmoistureregime.Atthepresenttime,theforestmanagerslacktoolsforaquantitativeestimationofthesoilwaterreserve.Thispaperpresentsasimpleestimationmethodthatcanbeadoptedonfieldbyforesters.AmapofthissoilwaterreserveattheforestsitescalehasbeenestablishedfortheSouthernBelgium.Aftertheinventoryofthepossibletechniques,the“texturalmethod”,basedonthepedotransfertclassesofJamagneetal.(1977),hasbeenused.ThesoilprofilesfromtheAardewerkdatabasehaveeasedthetranslationoftheJamagneetal.(1977)’sresultsintheBelgiantexturalsystem.Moreover,thegeodatabaseoftheDigitalSoilMapofWallonia(DSMW),throughthetypologyofthemajorsoiltypes,hasbeenusedasmappingsupportofthewaterreserveattheregionalscale.Likeafirstattemptofvalidation,theresulthasbeencomparedwiththebioindicatorcharacterofforestunderstoryvegetation.Theregressionresultsshowasignificantrelationshipbetweenthesoilwaterreserveandthevegetationestimate,buttheyalsoindicatethatthewaterreservedoesnotexplainalonethemoisturelevelexpressedbytheflora.ItemergesthatthecharacterizationoftheWalloonparentmaterialswillconstituteanundeniablesupportforthedevelopmentoftheproposedmethod,thetranspositionofforeignresultsleadingtosomebias.Theuseprospectsofthisthematicmaparemultiple:integrationasinputsfortheautecologicalmodelling,assessmentofthemoistureregimeforthewateravailabilityofforestsitesandbuildingofsitescatalogs;asmanytoolstoguideforestmanagersintheirplanningmeasures.Keywords. Forest site, soil profile, soil texture, water-holding capacity, class pedotransfer function, tool development,large-scalemapping,indicatorplant.

728 Biotechnol. Agron. Soc. Environ. 201115(S2),727-741 RidremontF.,LejeunePh.&ClaessensH.

1. IntroductIon

En regard des perturbations climatiques annoncées,il faut s’attendre à ce que les peuplements forestierssoientsoumisàunnombrecroissantd’aléasclimatiquesqui les affectent et les affaiblissent progressivement(Lindneretal.,2008).Laquestionestalorsdesavoircommentrenforcerleurrésiliencepourqu’ilspuissentfairefaceàcesbouleversements.Danscettedémarche,l’évaluation de l’adéquation «essence forestière-station» est essentielle. Elle doit s’appuyer sur unebonne connaissance de l’autécologie des essences etsurdesmoyensefficacesdecaractérisationdesstationsforestières(Claessensetal.,2002).Danscecontexte,denombreusesétudes stationnelleset autécologiquessesontfocaliséessurl’estimationdeladisponibilitéeneaupourlesvégétaux,considéréecommeunfacteurcléde l’impactdeschangementsclimatiques sur la forêt(Legay et al., 2005). La complexité de l’évaluationdu facteur hydrique, dépendant de nombreuxparamètres(climat,géomorphologie,sol,végétation),aconduitàlaréalisationdebilanshydriques(Granieret al., 1999) ou, plus complexe encore, de bilanshydrologiques (Schwärzel et al., 2009) qui trouventde multiples applications pointues en foresterie. Ilspeuvent participer à l’explication des phénomènesdedépérissementforestier(Brédaetal.,1999)etàladéfinition de l’aptitude des stations à la sylviculturede différentes essences par une évaluation du risquehydrique qui leur est associé (Bœuf et al., 2009;Grigoryanetal.,2010).Cetteapprochepeutsoutenirla construction de catalogues des stations (Franc,1989) et de modèles cartographiques de descriptiondesstationsforestières(Iversonetal.,1997;Claessenset al., 2002). Les études autécologiques cherchantà mettre en relation la distribution ou la croissancedes différentes essences avec leur milieu incluentgénéralementlaréserveeneauaupooldedescripteursabiotiques utilisés (Claessens et al., 1999; Seynaveetal.,2005;Nigh,2006).Enparticulier,lesmodèles«dendroécologiques», qui tentent d’expliquer lalargeurdecernedesarbres,trèssensibleauxvariationsmensuelles de l’humidité du sol, nécessitent uneestimationfinedubilanhydrique et hydrologiquedelastation(Sohieretal.,2010).Laréserveeneaupeutégalement s’inscrire dans uneoptique sylvicole pourla définition du compromis «densité du couvert–ressources en eau». Cet équilibre s’avère nécessairepourunegestionréfléchiedeséclairciespermettantdeprémunirlesarbresd’uneconcurrencetropimportantepourlesressourceseneau(Brédaetal.,1995;Missonetal.,2003).

D’autre part, dans le contexte plus pragmatiquede lamise à dispositiond’outils d’aide à la décisionen gestion forestière, Weissen et al. (1994) ontdéveloppé, au sein duGuide deBoisement, un outil

de diagnostic des stations forestières de Wallonie àl’usage des sylviculteurs de terrain. Il s’agit de clésdedéterminationduniveautrophiquedessolsetdeladisponibilité en eaudes stations.Ces clés font appelà des paramètres de détermination aisée, demandantdes observations sommaires au départ d’un sondagepédologiqueetd’uneinterprétationgéomorphologiquedelastation.Parconstruction,unebonnepartdecesparamètres peut être extraite de laCarte desSols delaBelgiquedansunbutévidentdesimplificationdesbesoinsd’expertisedesutilisateurs.Désormais,lacartedessolsayantéténumériséeetlesmodèlesnumériquesde terrainétantdeplusenplusprécis, ildevrait êtrepossibled’envisagerdespatialiserlesdisponibilitéseneaudessolsàl’échelledelaWallonieavecunniveaudeprécisioncorrespondantàlastationforestière.Danscecadre,cetarticles’attacheàquantifierlaréserveeneau, élément qui participe, avec l’identification desfluxd’eau,àl’évaluationdeladisponibilitéeneau.Ilselimiteàuneméthodepragmatiqueenliaisondirecteavec laCarteNumériquedesSolsdeWallonie, avecpourobjectifdefournirunoutilsimpledediagnosticàl’usagedesgestionnairesforestierset,d’autrepart,deproduireunecartedelaréserveeneaudusolàl’échelledelastationpourtoutleterritoiredelaWallonie.

2. cadre de l’étude

L’échelledel’étudeconcernel’entièretédelasurfaceforestière de laWallonie (partie sud de la Belgique,figure 1), soit près de 553000 hectares de forêts etmilieux associés correspondant à 33% du territoirewallon. Le contexte pédologique wallon, davantagedécritparAvril(1982),estdominéparlesPrincipauxTypes de Sols caillouteux (38,5%) et limoneux(30,7%),respectivementauSudetauNorddusillonSambreetMeuse(Bahetal.,2007a).Lespeuplementsforestierswallonsoccupentpréférentiellementlessolsnettementcaillouteux(64%pouruneteneurenchargesupérieureà15%,tableau 1).

3. MatérIel et Méthodes

3.1. données disponibles

Lesinformationsrequisesparl’étudesontessentielle-ment d’ordre pédologique et s’appuient sur deuxsources de données principales. D’une part, la basede données Aardewerk, qui compile l’ensemble desdescripteursetdes résultatsd’analysesen laboratoiredes profils de sol ayant servi à l’édification et à lacaractérisation de la Carte des Sols de la Belgique(Legrain, 2005). D’autre part, la base de donnéesgéographiques contenant la Carte Numérique des

RéserveeneaudesstationsforestièresetcartographieenWallonie 729

Sols de Wallonie (CNSW, 1/20000), qui constituela couche pédologique de référence. Les relevésphytosociologiques de l’Inventaire Permanent desRessourcesForestières deWallonie (IPRFW)ont été

utilisés pour valider l’approcheen calculant le niveau hydriquestationnel bioindiquépar laflore etenleconfrontantaveclaréserveeneaudessols.

3.2. définition de la réserve en eau

La capacité de stockage en eau dusol est le reflet de l’eau contenuedans la microporosité de celui-ci.Ellesedéclinegénéralementendeuxtypes d’eau: les eaux capillairesabsorbable et non absorbable parle système racinaire des végétaux(Baizeetal.,1995).L’eauabsorbableestcommunémentappelée«réserveen eau utile ou réserve utile» dusoletestdéfiniecommelaquantitéd’eau retenue par un certainvolume de sol entre ses valeursd’humidités caractéristiques limites

correspondantàsesétatsde«capacitéauchamp(pF≈2,5)»etde«pointdeflétrissement(pF≈4,2)»(Baize,2000).Pourfacilitersonintégrationdansl’estimationd’unbilanhydrique, la réserveutile est exprimée en

Figure 1. DistributionspatialedesprofilsdesolAardewerkensurimpositiondesrégionsnaturellesdeWallonie—Spatial distribution of Aardewerk soil profiles superimposed on the ecoregions of Southern Belgium.

Régions naturelles

Ardenne

Condroz

Fagne-Famenne

Lorraine

Région limoneuse

Aardewerk

Profil de sol

0 10 20 km

Lambert belge 1972Janvier 2011

N

EW

S

tableau 1.Principaux typesdesols forestiersenWallonie—Major forest soil types in Southern Belgium.description Wallonie Forêts

productives10³ ha % 10³ ha %

Solstourbeuxoutourbières 6 0,4 2 0,5Solssableuxoulimono-sableux 35 2,1 20 4,1Solssablo-limoneux 68 4,0 11 2,3Solslimoneux 519 30,7 45 9,3Solsargileux 49 2,9 13 2,7Solslimoneuxpeucaillouteux 134 7,9 59 12,2Solslimono-caillouteux 650 38,5 309 64,2Regroupementdecomplexesdesolsetdesolsdefondsdevallonslimoneuxourocailleux

52 3,1 14 2,9

Solsartificielsounoncartographiés 177 10,5 9 1,8total 1 690 100,0 481 100,0


millimètres, tout comme les précipitations et lesévapotranspirations. Elle doit dès lors être perçuecomme une lame d’eau pour une épaisseur de soldonnéeetsoncalculsuitgénéralementlaformulationprésentéeauxéquations1et2(Baize,2000;Quentinetal.,2001):

nRUsol=ΣRUhorizoni

(1) i = 1

RUhorizon=(Hcc-Hpf)*Da*Ep*(1-Tc) (2)

où RU est la réserve utile (mm), Hcc et Hpf leshumidités pondérales à la capacité au champ et aupoint de flétrissement (g.(100 g)-1), Ep l’épaisseurdel’horizonconsidéré(dm),Daladensitéapparente(g.cm-3)etTcletauxdechargeenélémentsgrossiers(%).

L’échelle d’observation est soit celle du profilcomplet,soitcelledesdifférentshorizonsdiagnosticsduprofilconsidérésindividuellement.

Précisons que dans le cadre de cette étude, lanotionderéserveutileperdquelquepeudesonsens.Eneffet,ellesupposelaconnaissancedelaprofondeurmaximaledeprospectionracinaireetdoncdesfreinsetobstaclesaudéveloppementdesracinesgénéralementpropresàchaqueessence(Drénou,2006).L’étudenes’intéressant pas à une essence en particulier, il ena été fait abstraction et la profondeur maximale duprofildesolaétéconsidéréecommeseuilmaximaldedéveloppementracinaire.Lesexpressionsde«réserveeneau»etde«capacitéderétentioneneau»serontdoncpréféréesàceluideréserveutile.

3.3. outils d’évaluation de la réserve en eau

L’équation2 d’évaluation de la réserve en eau peutêtredécomposéeentroiscomposantesprincipales:– l’humidité(Hcc,HpfetDa),– l’épaisseur(Ep),– l’importancedelachargeenélémentsgrossiers,si elleexiste(Tc).

L’appréciation du facteur humidité est celui quinécessite le plus d’investigations et sur lequel sefocaliselaprésenteétude.

L’évaluation de la quantité d’eau retenue par lesol passe généralement soit par desmesures réellesdirectes(sondesàneutronsousondesTDR)(Robinsonet al., 2003), soit par l’utilisation de fonctions depédotransfertdéfiniescommedesoutilsdeprédictiondes propriétés hydriques des sols (Al Majou et al.,2007).Cesdernièressedéclinantendeuxcatégories:– les fonctions de pédotransfert continues qui cher- chentàrelier,généralementparrégressionlinéaire

multiple, les propriétés hydriques à certaines des caractéristiquesdusoldéterminéesenroutineparles laboratoires d’analyse (composition granulo- métrique, teneur en matière organique, densité apparente, etc.) (Weissen et al., 1970;Vereecken etal.,1989)ouissuesd’inventairedeterrain(Lexer etal.,1998),– lesclassesdefonctionsdepédotransfertquiassocient lespropriétéshydriquesàdesclassesdecomposition desols,généralementlesclassestexturales.Eneffet, onadmetgénéralementquec’est la texturedusol qui conditionne principalement les valeurs d’humidités caractéristiques (Duchaufour, 1991). L’évaluationdeRUprendalorslenomde«méthodes des textures» (Baize, 2000) et sa formulation se résumeàcelleprésentéeparl’équation3.

RUsolouhorizon=RUM*Ep*(1-Tc) (3)

oùRUMestleRéservoirUtilisableMaximald’une classe texturaledonnée, soit laquantitémaximale d’eaupouvantêtre retenuepar la terrefinedusol exprimée en millimètres d’eau par centimètre de terrefine.

La qualité des prédictions par utilisation desclasses de fonctions de pédotransfert est similaire àcelle obtenue avec des fonctions de pédotransfertcontinues (Al Majou et al., 2007). De plus, selonles mêmes auteurs: « En dépit de leur possibleimprécision,lesclassesdefonctionsdepédotransfertrestentdesoutilsfacilesàutilisercarellesexigentpeud’informations sur le sol. Elles sont par conséquentbien adaptées à prédire les propriétés de rétentionen eau à l’échelle d’un pays, échelle à laquelle lesdonnées disponibles sur les sols sont au mieux descaractéristiques moyennes ou des appartenances àdesclassesdecomposition».Enregarddesdonnéesdisponiblesàl’échellewallonneetdansl’optiquedese cantonner à des développements accessibles auxgestionnaires forestiers, il a été choisi d’utiliser lesclassesdefonctionsdepédotransfert.

Àl’heureactuelle,iln’aétérecenséaucuneclassedefonctionsdepédotransfertpropreàlaWallonieetles trois sources identifiées sont toutes d’origineétrangère:– lestableauxpubliésparJamagneetal.(1977)pour ledépartementdel’AisneenFrance(Figure 2),repris parBaize(2000),etlestravauxdeHalletal.(1977)en Angleterre,–labasededonnéesSolHydro 1.0del’INRAd’Orléans (Bruand et al., 2004) sur des sols principalement issus du bassin de Paris et secondairement des maraisdel’OuestetduPiémontpyrénéen,– la base de données européenne Hypres (Wösten etal.,1999).


Plusieurs raisons ont motivé l'utilisation desdonnéesdeJamagneetal. (1977),bienquenonsansreproches pour toute une série de raisons évoquéesdans la discussion. Il est tout d’abord préférable dechoisirunebasededonnéesdontlagammedevariationde sols est relativement étroite et proche de la zone

d’étudeaurisquedevoirchuterlesperformancesdesprédictions(Troucheetal.,1999).BienquelesclassesdefonctionsdepédotransfertdeJamagneetal.(1977)fassentabstractiondelastructuredusolenconsidérantla densité apparente comme constante pour chacunedesclasses texturales, laqualitédesprédictionsn’est

que sensiblement améliorée parla considération de celle-ci (AlMajou et al., 2007).De plus, ellen’est pas de détermination aiséesur le terrain et est indisponibledans la CNSW et la base dedonnées Aardewerk. Bien quepotentiellement très intéressante,labasededonnéesSolhydro 1.0etlatabledelastationdeRothamstedsont encore incomplètes pourcertaines classes texturales assezbien représentéesenWallonie.Enplus de ces critères, la table deJamagne et al. (1977) a lemérited’être d’une facilité d’utilisationindéniable.

3.4. transposition de la méthode des textures au contexte pédologique wallon

La principale contrainte pour latransposition de la «méthode destextures» au contexte des solswallons réside dans l’attributiondesréservoirsutilisablesmaximauxpour les différentes classes tex-turalesbelges (Figure 3).L’appli-cation du triangle textural de lacarte des sols de l’Aisne dans lesystème belge de classificationdestexturesdesolnepeutsefairedirectement par superposition. Eneffet,lesdélimitationsetlenombrede classes texturales définies parchacun des deux systèmes nesont pas identiques, ceux-ci ayantété conçus dans des contextespédologiquesquileursontpropres(Richer de Forges etal., 2008).L’information requise pour établirle lienentre lesdeux trianglesestlaconnaissancede lacompositiongranulométrique (argile, limonet sable) des différents types desols wallons. La base de donnéesAardewerk renferme cetteinformation,enplusdel’épaisseuretdutauxdecharge,pourchacun

Figure 2.Triangletexturaldelacartedessolsdudépartementdel’Aisne(France)et réservoirs utilisables maximaux associés (mm d’eau.cm-1 de sol) (d’aprèsJamagneetal.,1977 ;Baize,2000)—Textural triangle of the soil map of the Aisne Department (France) and the associated maximum usable reservoirs (mm of water.cm-1 of soil) (according to Jamagne et al., 1977; Baize, 2000).

Sable > 50 μm

Limon 2-50 μm

Argile 0-2 μm

Figure 3.Classes(traitgras)etsous-classesdutriangletexturaldelaCartedesSolsdelaBelgique—Classes (thick line) and subclasses of the textural triangle of the Soil Map of Belgium (Bahetal.,2007b).

Limon 2-50 μm

Sable > 50 μm Argile 0-2 μm


deshorizonsde solsdesprofilspédologiquesqu’ellecontient. Une importante étape de préparation dela base de donnéesAardewerk a donc été opérée eta finalement permis d’extraire 6221profils de solpour le territoire wallon (Figure 1). La profondeurde description des profils de sol est généralementlimitéeà1,5msuivantlaprofondeurdusolprospecté,exceptionfaitedecertainssondagesplusprofondssurlesépaisplacageslimoneuxhennuyers.Cettelimitededescriptions’ajusteauxobservationsdeDrénou(2006)qui place la concentration des activités racinaires deprélèvementseneaudanslepremiermètredusol,lesracinescharpentièresprofondesn’initiantquepeuderacinesfinesspécialiséesdansleprélèvementdel’eau.

Une fois les profils de sol prêts à l’emploi, lacomposition granulométrique moyenne de chacund’eux a été évaluée comme la moyenne de lacomposition granulométrique des différents horizonsdiagnostics pondérée par leur épaisseur respective(équation4).Ensuite,unevaleurderéservoirutilisablemaximal a été dérivée par interpolation linéairepondéréeparl’inversedeladistance,élevéeaucarré,entrelapositionduprofildansletriangleetchacundesdifférentscentresdesclassestexturalesdutriangledeJamagne(équation5).Lavaleurderéservoirutilisablemaximald’uneclassetexturalebelgeestfinalementlamoyennedesréservoirsutilisablesmaximauxdetousles profils de sol dont le symbole de la texture dansle sigle pédologique fait référence à cette classe detexture(équation6).

n

ALSprofil=ΣALSi*Epi

(4) i = 1

n

ΣEpi

n

i = 1

RUMprofil=Σ{RUMi*(1/d2i)} (5) i = 1

n

Σ1/d2i

i = 1

RUMclassetexturale=

(6)

oùRUMi est le réservoirutilisablemaximalde la ième

classe texturaleselon le triangledeJamagne,di est ladistanceentrelecentredelaièmeclassetexturaleselonle triangle de Jamagne et la position du profil dansle triangle suivant sa composition granulométriquemoyenne, n le nombre d’horizon d’un profil de soldonnéetNlenombretotaldeprofilsdesolappartenantàuneclassetexturaledonnée.

AfindemieuxcouvrirlavariabilitégranulométriquedesprofilspédologiquesAardewerk,d’autrescritèresdestratificationterritorialededéterminationaiséepourlesgestionnaires forestiersont été envisagés. Il s’agissaitprincipalement des cartes des régions naturelles(Noirfalise,1988)etdesterritoiresécologiques(Delvauxet al., 1962). Les cinq grandes régions naturelles deWallonie (Figure 1) ont été préférées aux territoiresécologiques car ceux-ci, relativement nombreux (27),risquaientd’êtrereprésentésparuneffectiftropfaibledeprofilspédologiques.L’intérêtestdonc,parexemple,depouvoirdistinguerleslimonsdeLorraineetceuxdelarégionlimoneuseoulesargilesduCondrozetcellesde Fagne-Famenne. Une vérification préalable de lareprésentativité de chacune des régions naturelles entermes d’un rapport surface/nombre de profils de sola étéopéréepréalablement aux traitements.Laclassetexturale«G»,spécifiqueauxsolslimono-caillouteuxrenfermant une gamme de sols de granulométriediverse, a été traitée séparément des autres classestexturales.Eneffet,lecritèredestratificationterritorialenesuffita prioripasàcouvrirà luiseul lavariabilitégranulométrique importante observée pour ces sols,contrairementàcelledesautresclassestexturales.Or,l’importance de la représentation des sols caillouteuxen milieu forestier induit dès lors la nécessité d’unecaractérisationplusfinedeleurcomposition.Lescritèrescomplémentaires choisis pour nuancer les valeurs deréservoirutilisablemaximalattribuéesàcessolsétaientliés à la charge en éléments caillouteux. Il s’agissaitdesonimportance(5-15%ou>15%,expriméedansle siglepédologiquepar lamise entreparenthèsesounondu symbole renseignant lanature lithologiquedela charge caillouteuse) et de sa nature lithologique(regroupéeenhuitclassesselonlatypologiedéveloppéepourladéterminationdesPrincipauxTypesdeSolsdeWallonie).Eneffet,ladécompositiond’ungrèsoud’uncalcaire conduit à une composition granulométriquevariable de la terre fine. Le but final était de fournirune table de valeursmoyennes de réservoir utilisablemaximal pour les différentes modalités envisagées,valeursexploitablesdirectementdanslaformuledela«méthodedestextures».

3.5. spatialisation régionale de la réserve en eau

La spatialisation a été effectuée à l’aide du logicielArcGIS© 9.2 d’ESRI© à partir des profils de solAardewerk et de la carte des Principaux Types deSols de Wallonie. La base de données Aardewerka servi au calcul de la réserve en eaude chacundesprofilspédologiquesselonlesformulesprésentéesenéquation1,soitencalculantlaréserveeneaudechacundeshorizonsdesolsduprofilpuisensommantcelle-cipourobtenir la réserveeneauduprofilcomplet.LesPrincipauxTypesdeSolssontissusd’unregroupement

NΣRUMprofil jj = 1

N


desolsétabli selon troiscritèresmajeurs (Bahetal.,2007a):latexture,ledrainagenatureletlanaturedelachargecaillouteusesicelle-ciestsupérieureà15%(sols limono-caillouteux). La phase de profondeur aétéajoutéeàcette typologiecar laprofondeurdusolintervientdirectementdans l’évaluationde la réserveeneau(équation2).LaréserveeneaudechacundesPrincipauxTypesdeSolsestdéfiniecommelamoyennedelaréserveeneaudesprofilsdesolappartenantàunmêmePrincipalTypedeSol,lesiglepédologiquedesprofilsAardewerk servantdepointde liaisonavec latypologiedecesPrincipauxTypesdeSols.Certainscasparticuliersontététraitésséparémenttelsquelessolstourbeux,lescomplexesdefortespentesetsolsàgrosblocscaillouteux.Endépitdel’intérêtquereprésententles méthodes d’inférence spatiale (krigeage) pour laphasedespatialisation,laméconnaissancedelaqualitédu positionnement cartographique des profils de sol,l’importante variabilité spatiale des plages de sols etl’existencedelaCNSWontfavorisél’applicationdelaméthodeproposée.

3.6. Validation par le bioindicateur floristique

Les espèces végétales herbacées, par leur caractèrebioindicateur, montrent un intérêt éprouvé dansl’évaluationduniveauhydriquestationnel.Lesphyto-sociologues considèrent les espèces individuellement(Ellenberg et al., 1992) ou les rassemblent selonla similarité de leurs exigences en «groupessocio-écologiques» (Duvigneaud, 1974) ou en«phytometers »(Spuuretal.,1980)etleshiérarchisentsuruneéchelledevaleurselonlecaractèreindicateurquileurestassocié.EnWallonie,lesgroupesd’espècesindicatrices définies parNoirfalise (1984) et Dulièreetal.(1995)fontofficederéférence,maisl’approchedeRameauetal.(1989),àtraversl’écogrammedelaFloreForestièreFrançaise,estégalementutilisée.

L’évaluation du niveau hydrique stationnel secalcule comme la moyenne du niveau hydrique dechaqueespècevégétaledurelevéfloristiqueassociéàcettestation,avecousanspriseencomptedelafidélitéducaractèreindicateurdel’espèceliéàsonamplitudeécologiqueetdesonabondancesurlastation(Bartoliet al.,2000).Seules lesespècesvégétalesdes stratesherbacées et arbustives ont été considérées dans lecalcul et seuls les relevés présentant au moins sixespèces indicatrices ont été conservés pour la miseenrelationaveclacapacitéderétentioneneau.Cettedernière est issue d’un croisement cartographiqueentrelacartederéserveeneauspatialiséeautermedel’étape précédente et les relevés phytosociologiquesretenus, précisément localisés par l’IPRFW. Aprèsépurationdesrelevéshivernauxetsanscorrespondancecartographique, le nombre de relevés conservéss’élevaitfinalementà702.

4. résultats

4.1. Méthode des textures

Les différents profils de sol utilisés, exception faitedessols limono-caillouteux,sontreprésentéspar leurcompositiongranulométriquemoyennedansletriangletexturaldel’Aisneàlafigure 4.Onyobserveque,parrapport au contexte pédologique de l’Aisne, les solswallonsrecensentassezpeud’argiletrèslourde(ATL),d’argilelégèresableuse(ALS)etd’argilesableuse(AS)dansletriangletexturaldeJamagne(cfrFigure 2).Ladistribution des différentes classes texturales dans letrianglemontreuneassezbonnedistinctiondecelles-ci. Cependant, un certain nombre de profils reflètentdes erreurs d’attribution de symbole textural (évaluésur les 50premiers centimètres de sol) par rapport àla composition granulométriquemoyenne que révèlel’analyseenlaboratoire.Aucunecorrectionn’atoutefoisétéopérée.Lafigure 5présentelepositionnementdescentroïdes des différentes classes texturales belgesen surimposition du triangle textural de Jamagneavec prise en compte de la stratification par régionsnaturelles.Chaquecentroïdereprésentelepointmoyendunuagedeprofilsappartenantàlamêmemodalitéderegroupement.Lecasdelatexturelimono-caillouteuse«G»esttraitéséparémentdufaitdelaparticularitédecettetexturedesol.L’intérêtdedistinguerlesrégionsnaturellessemarqueprincipalementpourleslimonsdeLorraineetd’Ardenne(A1etA2),lesargileslégèresdeFagne-Famenne(E3)etleslimonssableuxdeLorraine(L1). Les autres centroïdes restent, quant à eux,assez proches les uns des autres, basculant toutefoisà quelques reprises dans une autre classe texturale.Le tableau 2 reprend les valeurs moyennes et lesécarts-typesdesréservoirsutilisablesmaximauxpourl’ensemble de ces centroïdes. La figure 6 illustre lanécessitédeventilerlessolslimono-caillouteuxselonl’importance de la charge en éléments caillouteux etles différentes régions naturelles dans lesquelles cessols sont retrouvés (pour exemple, les sols à chargeschisto-phylladeuse). La figure 7 présente, quant àelle,lesrésultatscompletsdeladécompositiondessolslimono-caillouteuxetmontreuneimportantedispersiondes centroïdes selon les critères pris en compte. Lafaible couverture périphérique indique toutefois queles critères de stratification utilisés pourraient êtreaméliorésafindemieuxexpliquercettevariabilité.

4.2. spatialisation

La réserve en eau moyenne pour les différentsPrincipauxTypesdeSolssansdistinctiondesphasesdeprofondeurestillustréeàlafigure 8.Lessolstourbeux,lessolslimono-caillouteuxàchargecrayeuse,certainscomplexesdesolsetlessolsartificielsnefigurentpas


surlegraphiqueenraisonsoitd’untrèsfaibleeffectifenprofils,soitd’uneabsencedeprofilsdanslabasededonnéesAardewerk.Lessolslimoneuxsedémarquentasseznettementparuneréserveeneauélevée,tandisque les sols limono-caillouteux à charge schisteuse,psammitique ou schisto-psammitique et calcairerenfermentuneréserveeneauprèsdedeuxfoisplusfaible. L’importante variabilité de la réserve en eau,représentée par les écarts-types de l’histogramme, apourcause l’absencedepriseencomptede laphasede profondeur. La figure 9 illustre un exemple dedécomposition des sols limono-caillouteux à charge

schisto-phylladeuse en ses différentes phases deprofondeursetmontrel’intérêtdecettedistinction.

Les résultats de la spatialisation de la réserve eneau des Principaux Types de Sols dépeignent bienles grandes tendances régionales (Figure 10) parmilesquelles se retrouvent les riches et épais dépôtsdesplaines limoneuses, les tigeset chavéesdu reliefcondruzien, les versants escarpés des vallées et lesplateaux limoneux ardennais, ainsi que les sableslorrains. On y retrouve aussi une relation très netteentre la réserve en eau et les Districts de l’EspaceRural (Figure 10), en correspondance claire avec

Profils de sols de texture

LimoneuseArgileuse légèreSablo-limoneuseSablo-limoneuse légèreLimono-sableuseArgileuse lourdeSableuse

Limon 2-50 μm

Argile 0-2 μm

Sable > 50 μm

Figure 4. Composition granulométriquedes profils pédologiqueswallons issus dela base de données Aardewerk (exceptépour la texture limono-caillouteuse)en surimposition du triangle texturalde la carte des sols du département del’Aisne — Particle size distribution of Walloon soil profiles from the Aardewerkdatabase (except for the loamy-stony texture) superimposed on the textural triangle of the Soil Map of the Aisne Department.

Texture de sol

A LimoneuseE Argileuse légèreL Sablo-limoneuseP Sablo-limoneuse légèreS Limono-sableuseU Argileuse lourdeZ Sableuse

Limon 2-50 μm

Argile 0-2 μm

Sable > 50 μm

Régions naturelles

1 Lorraine2 Ardenne3 Fagne-Famenne4 Condroz5 Région limoneuse

Figure 5. Composition granulométriquedes centroïdes des différentes classestexturales belges stratifiées par régionnaturelle en surimposition du triangletexturaldelacartedessolsdudépartementde l’Aisne— Particle size distribution of the centroids of the Belgian textural classes stratified by ecoregion superimposed on the textural triangle of the Soil Map of the Aisne Department.


les territoires écologiques de référence du Guide deBoisement(Weissenetal.,1994).

4.3. Validation

Larelationentrelaréserveeneauetleniveauhydriquebioindiquécalculésanspondérationmontreunerelationtrèshautementsignificative(p=0,000),maistropfaible(R2=20%)pourexpliqueràelleseulelesdifférencesde niveaux hydriques observées (Figure 11). Eneffet, c’est en association avec d’autres paramètres,

notamment de configuration topographique, que laréserveeneaudétermineladisponibilitéeneaudelastationdontlafloreestlereflet.

5. dIscussIon

Laméthode proposée présente un certain nombre delimites inhérentes à son contexte d’origine.En effet,lessolsconsidérésparJamagneetal.(1977)sontdessolsagricolesdudépartementdel’Aisneet,bienque

Limon 2-50 μm

Argile 0-2 μmSable > 50 μm

Régions naturelles1 Lorraine2 Ardenne3 Fagne-Famenne4 Condroz5 Région limoneuse

Figure 6. Composition granulométriquedes centroïdes des sols limono-caillouteux à charge schisteuse ventilésselon l’importance de la charge enélémentscaillouteux (G__ (f) :<15%;G__f:>15%)etlesdifférentesrégionsnaturelles en surimposition du triangletexturaldelacartedessolsdudépartementde l’Aisne — Particle size distribution of the centroids of the shale loamystony soils according to the fragment volume (G_ _ (f) : < 15%; G_ _f : > 15%) and the ecoregions superimposed on the textural triangle of the Soil Map of the Aisne Department.

Limon 2-50 μm

Argile 0-2 μmSable > 50 μm

Granulométrie des profils de sol de texture limono-caillouteuse G_ _(*) ou G_ _*Granulométrie moyenne du regroupement :- importance de la charge < 15 % ou > 15 %- nature de la charge- région naturelle

Figure 7. Composition granulométriquedes centroïdes des grands types de solslimono-caillouteux en surimposition desprofils pédologiques des sols limono-caillouteux de la base de donnéesAardewerk positionné dans le triangletexturaldelacartedessolsdudépartementdel’Aisne— Particle size distribution of the centroids of the major loamy-stony soils types superimposed on the stony loamy soil profiles of the Aardewerk databasepositioned in the textural triangle of the Soil Map of the Aisne Department.


tableau 2. RéservoirUtilisableMaximal (RUM)pourchacundesgrands typesde texturede laCNSWstratifiée selonles régions naturelles deWallonie et calculé à partir de la composition granulométrique moyenne des profils de solAardewerk—Maximum usable reservoir (RUM) for the major texture types of the DSMW stratified by the Walloon ecoregions and assessed from the mean particle size distribution of the Aardewerk soil profiles.texture & région naturelle

nombre de profils argile (%) limon (%) sable (%) ruM (mm.cm-1)Moy. et Moy. et Moy. et Moy. et

A1 14 26 12 56 13 19 15 1,71 0,14A2 40 22 8 64 13 14 8 1,77 0,13A3 102 24 6 70 13 6 5 1,80 0,07A4 673 21 5 71 13 8 6 1,78 0,08A5 1557 2386 18 5 76 13 7 5 1,75 0,09E1 88 31 8 43 13 26 16 1,68 0,11E2 23 28 7 50 13 22 10 1,70 0,07E3 50 34 6 53 13 13 8 1,75 0,05E4 42 32 11 46 13 22 17 1,69 0,12E5 71 274 29 7 48 13 23 19 1,69 0,16L1 54 18 6 39 13 43 16 1,52 0,16L2 20 18 10 51 13 32 13 1,58 0,14L3 4 20 12 50 13 30 19 1,54 0,24L4 66 19 7 50 13 31 15 1,60 0,12L5 262 406 16 7 50 13 35 16 1,55 0,16P1 6 17 4 28 13 55 7 1,44 0,12P4 2 15 2 21 13 64 8 1,34 0,10P5 65 73 11 6 26 13 63 11 1,29 0,20S1 52 11 5 14 13 75 9 1,09 0,22S4 7 7 5 19 13 74 7 1,08 0,11S5 74 133 7 5 16 13 77 7 1,03 0,16U1 31 50 10 38 13 12 10 1,70 0,04U2 5 49 13 40 13 11 10 1,68 0,02U3 66 49 7 43 13 8 6 1,71 0,04U4 21 45 10 40 13 15 7 1,70 0,04U5 23 146 43 13 44 13 13 12 1,70 0,06Z1 47 4 2 7 13 90 4 0,81 0,08Z4 4 4 4 10 13 86 8 0,95 0,14Z5 71 122 3 3 8 13 90 6 0,86 0,11Textures(A,E,L,P,S,U,Z):voirlégendedelafigure 5— see legend of the figure 5 ;Régionnaturelle:voirlégendedelafigure 5— natural area: see legend of the figure 5 ; ET:écart-type— standard deviation;Moy.:moyenne— mean.


cette région soit frontalière avec laWallonie,la transposition des résultats établis pour uncontexte pédologique donné à une régionétrangèreest susceptibled’engendrerunbiais(Al Majou et al., 2007). Les échantillons desolsremaniésutilisésparJamagneetal.(1977)sont considérés comme peu adaptés pour desmesures liées à la teneur en eau du fait del’absencedepriseencomptedelastructuredusol(Bruandetal.,1996),cequipeutconduireà une surestimation de la réserve en eau(Troucheetal.,1999).LatabledesdonnéesdeJamagneet al. (1977)considère ladensitédusolcommeconstanteparclassetexturale,maisilestreconnuqu’elleévolueaveclaprofondeurdu sol et que son influence sur les propriétéshydriquesdusoln’estpasnégligeable(Quentinet al., 2001). De plus, le potentiel hydriquelié à l’humidité caractéristique à la capacitéau champ devrait être adapté en fonction dela texture moyenne du sol ou de l’horizonconsidéré lors de l’utilisation d’échantillonsremaniés:pF2pourlessables,pF2,5pourleslimonsetpF3pourlesargiles(Bruandetal.,1996).Dansuneoptiquedegestionforestière,lepotentielhydriquequelesarbressontcapablesde subir sont bien plus élevés que celui des

Figure 8.CapacitéderétentionmoyenneeneaudesprincipauxtypesdesolsdeWallonie— Water retention capacity of the major soil types of the Wallonia.

NB:nombredeprofils—profile number;Moy.:moyenne—mean;ET:écart-type—standard deviation.

Principaux types de sols

Rés

erve

en

eau

moy

enne

(mm

)

Figure 9.Capacitéderétentioneneaumoyennepourlesdifférentesphasesdeprofondeurdessolslimono-caillouteuxàchargeschisto-phylladeuse—Mean water-holding capacity for the different soil depths of the slate loamy-stony soil.

1:>80cm;2:40-80cm;3:40-80cmavec>50%d’élémentsgrossiers—with > 50% of stoniness;4:20-40cm;5:20-40cmavec>50%d’élémentsgrossiers—with > 50% of stoniness ;7:40-80cmsursubstrataltéré—on altered substrate;NB:nombredeprofils—profile number;Moy.:moyenne—mean;ET:écart-type—standard deviation.

Symbole de phase de profondeur (Aardewerk)

Rés

erve

en

eau

moy

enne

(mm

)

1 7 2 3 4 5

200

175

150

125

100

75

50

25

0


plantes agricoles pour lesquellesla méthode avait été développée àl’origine (Bréda etal., 2002). Parailleurs, la charge caillouteuse dusol, jusqu’ici considérée commeinerte, peut parfois recéler unequantité d’eau non négligeable,mais dépendant essentiellement desa nature lithologique (Coutadeuretal., 2000). Indéniable souscouvert forestier, la richesse enmatière organique du sol, bienqu’omise également dans laméthode proposée, peut influencerles propriétés hydriques deshorizons de sols dans lesquels elleseconcentre(Bigorreetal.,2000).

Cependant, toutes ces sourcesd’imprécision peuvent êtreconsidérées comme marginalesen regard de la sensibilité de laméthodedestexturesàl’estimationde la profondeur utile maximaledu sol qui ne peut être évaluéeque très approximativement (Curtet al., 1996). En effet, celle-ciest généralement appréhendée de

Repère géographique

Capacité de rétention en eau du sol (mm)

Districts de l’Espace Rural

0-25 mm

25-50 mm

50-75 mm

75-100 mm

100-125 mm

125-150 mm

150-175 mm

175-200 mm

200-225 mm

225-250 mm

250-275 mm

> 275 mm

0 10 20 km

Lambert belge 1972Janvier 2011

N

E

S

W

Figure 10.Distribution spatiale de la capacité de rétention en eau des PrincipauxTypes de Sols deWallonie—Spatial distribution of the mean water-holding capacity of the major Walloon soil types.

Capacité de rétention en eau du sol (mm)

Ind

ice

d’h

umid

ité s

tatio

nnel

moy

en(c

rois

sant

)

8

7

6

5

4

3

2

1

0 0 50 100 150 200 250 300 350

IH = 0.0036 CRE + 3.1799

R2 = 0.1997***

Figure 11.Relationentreleniveauhydriquestationnelévaluéparlebioindicateurfloristique[échelledeRameauetal.(1989)inversée]etlacapacitéderétentioneneauissuedelacarte—Relation between the site moisture level evaluated by the floristic bio-indicators [Rameau et al. (1989) inversed scale] and the soil water-holding capacity from the edited map of soil water capacity.


manièregrossièreàlatarièreettechniquementlimitéeà1,25mdeprofondeur,alorsquelaprofondeurutiledépend de la capacité d’enracinement des arbres,variable selon les essences et lesmilieux.Cet écueilne peut être levé que partiellement par des analysestrès lourdes du profil racinaire dans les sols commedans lesmodèlespluscomplexes, telsque lemodèledeGranier et al. (1999).Néanmoins, cettedémarcheexclutlagénéralisationcartographiquequiestundesobjectifsdenotreapproche.

Bien que la méthode des textures souffre d’ungrandnombredelimitations,ellerestelaméthodederéférenceemployéesurleterrainàl’heureactuelleenFrance(Bruandetal.,1996;Brédaetal.,2002).Cetinventairedesimprécisionsn’apaspourbutdedécriercetteméthode,maisdavantagedemettreengardelesutilisateurspotentielsdeseslimitesdevaliditéetdesprécautions devant accompagner sa mise en œuvre,notammentl’interprétationdelacartederétentioneneaudusolquiaétéproduite.Eneffet,lacartepermetsurtoutdesituerunestationdanslagammedevariationde réserve en eau des sols et d’informer l’utilisateurdesrisquesdestresshydriquepotentiels.Desurcroît,utilisée seule, elle n’a qu’une valeur toute relativepar rapport à la disponibilité en eau des stations,commel’amontrél’étapedevalidation.Parcontre,laréserveeneaudevraitmontrertoutesapertinenceenassociation avec l’estimation des flux d’eau (apportset pertes).Néanmoins, à l’échelle de laWallonie, labonnecorrespondanceentre lacartede la réserveeneau et lesDistricts de l’EspaceRural illustre déjà lapertinencedel’informationqu’apportecettecarte.

L’utilisation des Principaux Types de Solscomme support cartographique souffre d’unecertaine homogénéisation de la réserve en eau dufait de l’absence de prise en compte des contextespédologiquessubrégionaux.Iln’yaparexempleplusde distinction entre les sols limoneux du nord et dusuddelaWalloniecarlatypologielesrassemble.Lestechniquesd’inférencespatiale(krigeage)constituentdès lors des solutions potentielles en apportantdavantage de finesse à la carte produite. En effet,ces techniques cherchent à prédire la valeur d’unpoint non échantillonné en utilisant généralementune combinaison linéaire de données ponctuellesinscritesdansunvoisinagedonnéautourdecepoint(Baillargeon,2005).C’estcetterestrictionàuncertainvoisinage qui permet une meilleure adaptation auxsituationslocales.

Bien qu’assez faible, la relation entre l’indicefloristique d’humidité et la capacité de rétentionen eau constitue un premier élément de validationencourageant. Une meilleure discrimination desniveaux hydriques floristiques par utilisation desfacteurs de pondération du caractère bioindicateurdesespècesconduiraitcertainementàaméliorercette

relation. L’évaluation de la réserve en eau via lesparamètres édaphiques issus de l’inventaire terrainplutôt que par simple croisement cartographiquecontribueraitcertainementaussiàaffinercetterelation,notamment par une meilleure appréhension de laprofondeurutilelocale.

6. conclusIon et PersPectIVes

LesrésultatsdecetteanalyseontpermisdedériverunecartedelaréserveeneaudessolsàpartirdelaCNSW.Mêmesiunedémarcheaussisimpleetpragmatiquenefournirajamaisunrésultataussiprécisquedesmesuresin situouunmodèlehydriquesophistiqué,ellepermetnéanmoins de fournir une estimation pertinente dontl’échelle stationnelle cadre parfaitement avec lesbesoins des gestionnaires et de nombreuses études.Une caractérisation fine des matériaux parentauxwallonsconstitueraittoutefoisunappuiindéniableaudéveloppementdelaméthodeproposée.

Par ailleurs, il est envisageable d’intégrer lacapacité de rétention en eau dans des démarchesd’évaluation du risque de stress hydrique et demodélisation autécologique, où elle interviendrait aucôté d’autres paramètres climatiques, édaphiques ettopographiques.Enparticulier,lecalculdelacapacitéderéserveeneauàpartirde laCNSWouvre lavoieverslaspatialisationautomatiqueduniveauhydriquedes stations, en introduisant la réserve en eau dansuneprocéduredecalculcomparableàcelleduGuidede Boisement, intégrée à un système d’informationsgéographiques.D’autres étapes sont à franchir avantdeproduiredescartesd’adéquation«essence-station»indicativespour le sylviculteur,mais side telsoutilsseconcrétisaient, ils seraientassezexceptionnels.Eneffet, peu de régions peuvent se targuer de disposerd’unecarteaussiprécisedesesconditionsstationnelles,àl’échelledusylviculteur.

remerciements

Les résultats présentés proviennent de recherches menéesgrâce à l’Accord-Cadre de Recherche et VulgarisationForestière 2009-2014 financé par le Département dela Nature et des Forêts (DNF), Direction GénéraleOpérationnelledel’Agriculture,desRessourcesNaturellesetdel’Environnement(DGO3),ServicePublicdeWallonie(SPW).

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Méthode pragmatique d’évaluation de la réserve en eau ... · Cette approche peut soutenir la construction de catalogues des stations (Franc, ... généralement la réserve en