Prise en compte de la pierrosité dans les calculs de ... · L’estimation de la réserve utile, assez simple à l’échelle de la motte de sol, devient ardue pour des échelles

Reçu : décembre 2013 ; Accepté : octobre 2014 étude et Gestion des Sols, Volume 22, 2015 - pages 29 à 42

Prise en compte de la pierrosité dansles calculs de réserve utile et du besoin en eau pour une culture de maïsCas du Loiret

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M. Tetegan(1, 2, 3*), A. C. Richer de Forges(3), B. Nicoullaud(1), C. Desbourdes(4), N. Schnebelen(3), A. Bouthier(2), D. Arrouays(3) et I. Cousin(1)

1) INRA, UR0272, F-45075 Orléans, France2) ARVALIS - Institut du Végétal, F-17700 Saint Pierre d’Amilly, France3) INRA, US1106, F-45075 Orléans, France4) ARVALIS - Institut du Végétal, F-41240 Ouzouer le Marché, France* : Auteurcorrespondant :[email protected]

RésuméLorsdelacaractérisationdespropriétésderétentioneneaudessolscaillouteux,lesélémentsgrossierssontsouvent,soittotalementnégligés,soitconsidéréscommeneparticipantpasàlaréserveutiledessols.Pourtantl'estimationdufonctionnementhydriquedessolscaillouteuxnécessitelapriseencomptedespropriétéshydriquesdechacunedesphasesconstituantcetypedesol.BaséesurlacartedessolsduLoiret,cetteétudeapourobjectifdeproposeruncalculdelaréserveutiledessolstenantcomptedescapacitésderétentioneneaudesélémentsgrossiers.LaréserveutiledessolsaétécalculéevialecouplagedesclassesdepédotransfertproposéesparBruandet al.(2004)pourlaterrefineetTeteganet al.(2011)pourlesélémentsgrossiers.Lesrésultatsobtenusontdémontréquelanonpriseencomptedelaphasecaillouteusedanslecalculdelaréserveutiledesolsàpierrositésvariablespouvaitinduireparfoisprèsde50 %d’erreur.Pouruneculturedemaïs,ledéficithydriquemoyenannuelévaluésur21ansparunmodèledebilanhydrique,estmalestimésur80 %delasurfaceétudiée.Lesbesoinseneausontainsisouventsurestimés,carlesélémentsgrossierspeuventservird’apporthydriquenonnégligeableauxcultures.Cestravauxmontrentquelespratiquesd'irrigationàl'échellerégionalepeuventêtreamélioréespouroptimiserl'efficacitédel’utilisationdel'eau.mots clésSolscaillouteux,Loiret,réserveutile,fonctionsdepédotransfert,déficithydrique,cartographie,modèledebilanhydrique.

30 M. Tetegan et al.

Etude et Gestion des Sols, 22, 2015

Summary ConSideration of StonineSS in CalCulationS of available water Content and water requirementS for corn production : case of loiret For the characterization of water retention properties of stony soils, the rock fragments are usually neglected or considered as useless for the available water content of soils. Yet estimating the hydric properties of stony soils requires knowledge of water properties of each phase constituting the soil. Based on the soil map of Loiret, our study aims at proposing a new method of calculation for the available water content, by taking into account the water retention capacities of the stony phase. The soil available water content was calculated by coupling pedotransfer classes proposed by Bruand et al. (2004) for the fine earth and Tetegan et al. (2011) for the rock fragments. The results showed that the neglect of the stony phase in the calculation of the soil available water content could induce an error of about 50 %. For a maize crop, the average annual water deficit for 21 years calculated by a water balance model is not correctly estimated for 80 % of the studied area. The water requirements are thus often overestimated, because rock fragments can provide a significant water reserve for crops. This study demonstrates that the irrigation practices at the regional scale should be improved to optimize the efficiency of the use of water.

Key-wordsStony soils, Loiret, available water content, pedotransfer functions, water deficit, digital soil mapping, water balance model.

reSumen ConSideraCión de la pedregoSidad en loS CálCuloS de reServa de agua y de laS neCeSidadeS de agua para el maíz : el caso de loiretPara la caracterización de las propiedades de retención de agua de suelos pedregosos, las piedras han sido a menudo consideradas como inertes. Sin embargo, la estimación de las propiedades hídricas de los suelos heterogéneos requiere el conocimiento de las pro-piedades del agua de cada componente de este tipo de suelo. Basando en el mapa de suelos de Loiret, este estudio tiene por objeto de proponer un nuevo cálculo corregido utilizando las capacidades de retención de agua de las piedras. La reserva hídrica útil por suelos se calcula a través del acoplamiento de las clases de pedotransferencia de Bruand et al. (2004) por la tierra fina y de Tetegan et al. (2011) por las piedras. Para el maíz, los resultados mostraron que el hecho de tener en cuenta la fase de piedra en el cálculo de la reserva hídrica útil podría inducir casi 50 % de error. Por la misma cultura, la estimación de la media anual del déficit de agua para 21 años mostró que los requerimientos de agua son a menudo sobre estimado, mostrando que las piedras pueden ser utilizadas como una importante ingesta hídrica para algunos cultivos. Más del 80 % en proporción de área de Loiret se refiere a un error de estimación de déficit de agua, mostrando que las prácticas de riego en el plano regional se deben ajustar para optimizar la eficiencia del uso de agua.palabras claveSuelos pedregosos, Loiret, contenido de agua disponible, pedotransferencia funciones, déficit de agua, cartografía.

Réserve Utile et déficit hydrique en sols caillouteux 31


Pourestimerlacapacitédessolsàfournirdel'eauauxplantes pour leur croissance, les pédologues et lesagronomesontpourhabitudededéterminerlaréserveutiledusol.Celle-ci,expriméeenmillimètresd'eauou

millimètresd’eauparcentimètredesol,est ladifférenceentrel’humiditédu sol à la capacité auchampet celle aupointdeflétrissement (Lozet et Mathieu, 1997). Cette différence dequantitéd’eauestsusceptibled'êtreexploitéeparlesracines.Laréserveutileestdoncunparamètreimportantpourlescalculsagronomiques de bilan hydrique du sol et pour la gestion del'irrigation des sols cultivés. En effet, une bonne gestion del'irrigationpermetauxagriculteursd'adapterl'approvisionnementen eau à des niveaux optimaux pour les besoins hydriquesdes cultures, ce qui favorise une meilleure gestion deseaux souterraines et superficielles. à l’échelle mondiale, les changements climatiques peuvent induire des modificationsau niveau des intrants et de la gestion des réservoirs d'eau,provoquant une réduction de l'approvisionnement en eaudans certaines zones irriguées (Garcia-Ruiz et al., 2011). Ainsi, il apparait nécessaire de bien définir les caractéristiqueshydriquesdessolsafindemaximiserlacroissancedesculturesetderéduirelesperteseneauau-delàdusystèmeracinaireencasd’irrigationexcessive.

La cartographie de la réserve utile des sols à diverseséchelles est donc un facteur clé i) dans la détermination desaptitudes hydriques des sols et ii) pour lamise enœuvre demodèlespermettantdeprévoirlesbesoinsenirrigationainsiquelesrisquespourlaqualitédeseauxsouterraines(Paydaret al., 2009).L’estimationde la réserveutile,assezsimpleà l’échelledelamottedesol,devientarduepourdeséchellespluspetites(parcelle agricole, régions de plusieursmilliers d’hectares), etlorsque les sols sont très hétérogènes, ce qui est le cas dessolscaillouteux.Eneffet,pourcesderniers,l'estimationdeleurréserveutilenécessiteuneconnaissanceprécisedespropriétéshydriquesetduvolumedesprincipalesphaseslesconstituant :laphasefine-particulesdesoldemoinsde2 mmdediamètre-composée de terre fine, et la phase caillouteuse constituéed’élémentsgrossiersde taillesupérieureà2 mm, telsque lesgraviers (2< Ø< 20 mm), les cailloux (20< Ø< 50 mm), lespierres(50< Ø< 200 mm)etlesblocs(Ø>200 mm).

Depuis maintenant plusieurs années, il existe des outilsetméthodespermettantdecalculer laréserveutiledelaterrefineviadiversesclassesetfonctionsdepédotransfertutilisantcommeparamètreslamassevolumiqueapparenteetlatexturedelaterrefine(Bastet,1999 ;Wöstenet al.,2001 ;Morvanet al., 2006 ;AlMajou,2008).Cependant,lescapacitésderétentioneneaudelaphasecaillouteuseontsouventéténégligéesdanslecalculdelaréserveutiledessolscaillouteux,bienqueplusieursétudes aient montré que les éléments grossiers peuventconstitueruneréserveeneauimportantepourlessols(GrasetMonnier, 1963 ;Poesenet Lavee, 1994).Récemment, Tétéganet al.(2011)ontmontréquecertainsélémentsgrossiersétaient

capablesdecontenirdel’eausurplusde50 %deleurmasse.Ilsontenconséquenceproposédenouvellesclassesetfonctionsde pédotransfert pour estimer la réserve utile d’élémentsgrossiersissusdesolscaillouteuxd'originesédimentaire.

L'objectif de cette étude est ainsi de prendre en comptelescapacitésderétentioneneaudesélémentsgrossierspouraméliorer l'estimation de la réserve utile des sols caillouteuxcultivésetdoncaméliorer lesapportshydriquesauxplantesàl'échellerégionale.L'étudeaportésurlacartedessolsduLoiretcomprenantdiverseszonesd’agricultureintensiveetdessolsdepierrositésvariables.Pourchaquetypedesol,laréserveutileaétécalculéeenutilisanttroishypothèsestenantcompteounonduvolumeetdespropriétéshydriquesdesélémentsgrossiers.Ledéficit hydriquedusol aensuiteétéestiméparunmodèlede bilan hydrique, puis interprété en fonction des besoins enirrigationpouruneculturedemaïs.

mATéRIELs ET méTHODEs

La zone d'étude : localisation et descriptionL'étudeaétémenéedansledépartementfrançaisduLoiret,

situé en région Centre (figure 1a).LeLoirets'étendsur681326hectaresdont67 %supporteuneagricultureintensivesouventirriguée (Richer de Forges et al.,2008a).Avecdeshiversdouxetpluvieux,etdesétésfraisethumides,leclimatduLoiretesttempéréde typeocéaniquedégradé. Il secaractériseparunetempératuremoyenneannuellede10,6 °Cetunepluviométried'environ 637 mm (valeur moyenne sur la période 1961-1990)(figure 1a),cequienfaitundépartementdéficitairesur leplanpluviométriqueetexpliquelefréquentrecoursàl’irrigationpourles cultures d’été.

En2008,unecartedessolsàl'échelle1/250 000aétéréali-séeàpartirdestravauxantérieursdeArrouayset al.,(1989)etdel'interprétationdephotographiesaériennes,d'analysesd'échan-tillonsdesolsissusdeprofilsdusoletdesondagesàlatarière(densitéminimale :1sondagepour47 haet1profilpour734 ha).CestravauxontpermisledécoupageduLoireten13principauxpédopaysages(RicherdeForgeset al.,2008a ;RicherdeForgeset al.,2008b).DansleLoiret,l’épaisseurdessolsesttrèsvariableallantdemoinsde600 mmàplusde1 400 mm(figure 1b).19 %dessolsduLoiretprésententuneépaisseurinférieureà800 mm,et59 %ontuneépaisseur supérieureà1 000 mm.Lesprinci-pales lithologiesobservéessont lessables (quartzetsilex), lescarbonates (craies et calcaires) et les argiles. Dans les sols, les phasescaillouteusesprépondérantessontlescalcaires,lequartzetlessilex,enproportionsvolumiquesvariables(figure 1c) :25 %dessolsduLoiretontunepierrosité inférieureà1 % ;undeu-xièmequartdelacartemontreunepierrositécompriseentre1 %et4 % ;etuntroisièmequartestoccupéepardessolsdont lagammedepierrositésesitueentre4 %et7 %(figure 1d). Les



solsdontlapierrositéestsupérieureouégaleà10 %constituent17 %dela proportion surfacique de la cartedu Loiret (figure 1d).1 %delacarteexcèdeles30 %enproportionvolu-mique d’éléments grossiers dans lesol.Deparladiversitédespropriétésdessolsetenraisonde ladisparitéde leursaptitudesagricoles, lespé-dopaysagesduLoiretsonttrèsdiffé-rents les uns des autres. Ainsi, selon i)lavariabilitéspatialedespédopay-sages,ii) laprofondeuretletypedelithologieàpartirdelaquelleleshori-zonsdusolsesontdéveloppés,etiii)l'épaisseur des horizons de sols, lacarte des sols du Loiret a été classée en 95 principales unités cartogra-phiques de sols (Richer de Forgeset al.,2008a ;RicherdeForgeset al., 2008b).LessolsnoncaillouteuxquidominentdansleLoiretsontdesluvi-sols,desbrunisols,desplanosolsetdesfluviosols(AFES,2008).Parmilessolscaillouteuxonobserveprincipa-lementdespeyrosols,desrendosols,descalcisolsetdescalcosols,avecdes proportions en éléments gros-siersvariablesallantdesgraviersauxblocs(AFES,2008).Lesunitéscarto-graphiquesdelacartedessolssontcomposées d'une ou de plusieursunitéstypologiquesdesols,dontlescaractéristiques pédologiques, ob-servéessur leterrain,sontstockéesdans la base de données DoneSol (Grolleau et al., 2004). Pour les calculs deréserveutileetdedéficithydrique,nous avons utilisé les caractéris-tiquessuivantes :- les proportions volumiques de laterrefineetdesélémentsgrossiers,- la classe lithologique et lamassevolumique apparente des élémentsgrossiers,-latexturedelaterrefine,-l'épaisseurdeshorizons ;lasommedesépaisseursdeshorizonsdonnela profondeur du sol, pour chaquetypedesol.Fig

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l’horizon.LavaleurdepiaétéobtenueparlabasededonnéesDoneSol.

Laréserveutiled’uneunitétypologiquet (RUt)correspondàlasommedesréservesutiles(RUh) des horizons le constituant (équation 3).

(3)

Où n représente le nombre d’horizons constituant l’unitétypologiquet.

ApartirdesvaleursdeRUt,laréserveutiledechaqueunitécartographiqueaétécalculéeselonl'équation 4.

(4)

Où St représente la proportion surfacique de l’unitétypologiquet et N,lenombred’unitéstypologiquescomposantl’unitécartographiquec.

Onnoteraquelecalculdelaréserveutilen’estpasréalisépouruneprofondeurconstantedesol,mais,pourchaqueunitétypologique,pourlaprofondeurdesolrenseignéedanslabasededonnéesDONESOL.

Calcul du déficit hydriquePour analyser l'effet des éléments grossiers sur le

fonctionnementhydriquedessolsduLoiret,nousavonscalculéledéficithydriqueannuelpourune récoltedemaïs.Ledéficithydrique est défini comme étant la quantité d'eau à fournir àuneculturepoursondéveloppementoptimal.Ilcorrespondàlaquantitéd’eauobtenueencalculantladifférenceentrelavaleurdel'évapotranspirationréelle(ETR)etcelledel'évapotranspirationmaximale(ETM) (Itier et al.,1996).ETRcorrespondàlaquantitéd’eau perdue par une culture, tandis que ETM représente laquantité maximale de l’eau évaporée du sol et des plantes.ETMs’exprimeenfonctiondel’évapotranspirationderéférence(ETref)dontlavaleurvarieenfonctiondustadedecroissancede laplanteconsidérée.Ainsi,ETref et ETMsont liéesparuncoefficientculturelKcdépendantàlafoisdelateneureneaudusoletdel’espècevégétalecultivée(équation 5).

(5)

La figure 2a montre l’évolution des valeurs du coefficientcultural Kcenfonctiondustadephénologiquedumaïs.

ETM et ETR sont également reliés par un coefficient ditcoefficientdesécheresseKs (équation 6).

(6)

LesvaleursdeKssontdépendantesdelaréserveutiledusol(RU).Pour leurapprovisionnementeneau, lesplantespuisent

Calculs de la réserve utileLecalculdelaréserveutileàl’échelleduLoiretaétéréa-

liséenquatreétapes.Ontétéestiméesdansl’ordresuivantlesréservesutilesauxéchelles :d’unephase-terrefineouélémentgrossier - (RUi), d’un horizon (RUh),d’uneunitétypologique(RUt) etd’uneunitécartographique(RUc).

Laréserveutiledechaquephaseaétécalculéeenappli-quantl'équationsuivante :

(1)

Où RUi représentelaréserveutiledelaphasei(fineoucaillou-teuse), θccsymboliselateneureneauvolumiqueàlacapacitéauchamp,etθpf estlateneureneauvolumiqueaupointdeflé-trissementpermanent.Lateneureneauvolumiqueàlacapacitéauchampaétéfixéeàlateneureneauaupotentielmatricielde-100hPa.Lateneureneauvolumiqueaupointdeflétrissementpermanentaétéfixéeàlateneureneauaupotentielmatricielde-15 840hPa.

Pourlaphasefine, laRUi est choisie dans les classes de pédotransfertdeBruandet al.(2004),enfonctiondutyped’ho-rizon(cf.positiondel’horizondansleprofildesol)etdesatex-ture,définievialetriangledetexturedeJamagne(1967).Pournotreétude,latexturedominantedelaterrefinepourchaquehorizondechaqueunitétypologiqueaétécollectéedepuislabase de données DoneSol (Gaultier et al., 1993 ; Grolleauet al., 2004).

Pourlesélémentsgrossiers,lesteneurseneauvolumiquesà-100hPaetà-15 840hPaontétécalculéesenutilisant lesfonctionsdepédotransfertproposéesparTeteganet al. (2011). Cesfonctionssontbaséesàlafoissurlamassevolumiqueap-parenteetlaclasselithologiquedesélémentsgrossiers.Dansnotre étude, la classe lithologique dominante des élémentsgrossiersaétéfournieparlabasededonnéesDoneSolpourchaquehorizondusol.Lamassevolumiqueapparentedesélé-mentsgrossiersdechaquecatégorielithologiqueaétéobte-nueàpartirdestravauxdeTeteganet al. (2011). Le tableau 1 présentelaRUi pourlaphasefinepuispourlaphasecaillou-teuse.OnnoteraquelesfonctionsdepédotransfertdeTeteganet al.(2011)ontétédéveloppéessurdesélémentsgrossiersdetypecailloux,maisqueTetegan(2011)amontréquecesfonc-tionspouvaientêtreappliquéessurdesélémentsgrossiersdesoldetaillesupérieureouinférieure.

A partir de la RUi des deux phases (fine et caillouteuse)calculéevial’équation 1,laréserveutiled’unhorizonh(RUh) a étécalculéeenappliquantl’équation 2 proposéeparCousinet al.(2003):

(2)

Où pireprésentelaproportionvolumiquedelaphasei (fineou caillouteuse) dans l’horizon h et Eh représentel’épaisseurde



dans la RUpouvantêtrediviséeendeuxcompartiments:uneréserveutile«facilement»utilisable(RFU),oùl'évapotranspirationdes plantes est maximale, et une réserve utile « critique »difficilementutilisable(RDU),oùl’évapotranspirationdesplantescommence à diminuer (Itieret al., 1996). La figure 2b montre l’évolution des valeurs du coefficient de sécheresse Ks en fonctiondelaRU.

Lavaleurde l’évapotranspirationde référence (ETref) a été calculéeaveclaformuledePenman-Monteithàl'aidedesdonnéesmétéorologiquesobtenuesàlastationmétéorologiquedeBricy.Cettestationest laplusprochedelazoned'étudeetconstitueunestationmétéorologiquesynoptiquedeniveau0(observationsquotidiennesetrégulièresparunpersonnelspécialisé).Apartirdetouteslesdonnéesprécédentes,ledéficithydrique(DH) a donc étécalculéenappliquantl'équationsuivante:

(7)

Lemodèle utilisé pour le calcul du bilan hydrique est unmodèlesimpleàdeuxréservoirsbasésur lerapportRFU/RU.Ceratiopeutvarierselonletypedesol, leclimatet lacultureconsidérée.Pourestimer ledéficiteneau, lemodèledebilanhydrique a été exécuté pour chaque unité typologique. Larésolution temporelle dumodèle est la journée. La simulationdébute le 1er janvier, lorsque le stock d'eau du sol est censéêtre égal à la réserve utile du sol (RUt), et se termine le 31 août, lorsque le maïs est censé ne plus recevoir d’irrigationetestprêtàêtre récolté.Ledéficithydriqueaétécalculésur21 ans, de1990à 2010. Les valeursdedéficit hydriqueainsiobtenues peuvent être interprétées comme les besoins eneau d’irrigation d’une culture,conduitedefaçonàassureruneévapotranspirationmaximale.Dans l’optiquede répondre auxbesoinsdesagriculteurs françaisentermesd’investissementsdans du matériel d'irrigation, l’analyse des données a étéfocalisée sur les résultats obtenus pour le huitièmedécile dudéficithydrique,selonlemodedecalculenvigueurchezArvalis-InstitutduVégétalpourlesrecommandationsenirrigation.

Influence des éléments grossiers sur les estimations de la réserve utile et du bilan hydrique

Laréserveutileetledéficithydriqueontétécalculésselontroisscénarios:• 1er scénario (STFEGa) : les proportions volumiques et lescapacitésderétentioneneaudesélémentsgrossierssontprisesencompte.Cescénarionestconsidérécommelescénarioderéférence, censé reproduire au plus juste le comportementhydriqueréeldusol.• 2e scénario (STF) : ni les proportions volumiques ni lescapacitésderétentioneneaudesélémentsgrossiersnesont

Classedetexture delaterrefine

RUipourlaphasefine (mm.cm-3)

Horizondesurface(A)

Argile limoneuse 0,136

Argile sableuse 0,173

Limonargileux 0,173

Limonargilo-sableux 0,167

Limonsablo-argileux 0,143

Limon moyen 0,213

Limonmoyensableux 0,183

Limonsableux 0,162

Sableargileux 0,128

Sablelimoneux 0,131

Sable 0,060

Horizons sous-jacents(E,B,C)

Argile limoneuse 0,113

Argile sableuse 0,095

Argile 0,093

Limonargileux 0,149

Limonargilo–sableux 0,148

Limonsablo-argileux 0,127

Limon moyen 0,207

Limonmoyensableux 0,196

Sableargileux 0,103

Sablelimoneux 0,116

Sable 0,073

Naturelithologiquedelaphasecaillouteuse

Massevolumiqueapparentemoyenne

(g.cm-3)

RUipourlaphase

caillouteuse (cm. cm-3)

Quartz 2,650 0,000

Silex 2,229 0,014

Calcaire 2,180 0,030

Tableau 1 - Classesdepédotransfertutiliséesdansl’équation1pourlecalculdelaréserveutile(RUi)desphasesfineetcaillouteuse.(ModifiédeBruandet al., 2004 et Tetegan et al., 2011).table 1 - Pedotransfer classes used in Equation 1 to calculate the available water content (RUi) for fine and stony phases. (Modified from Bruand et al., 2004 and Tetegan et al., 2011).



RésuLTATs ET DIsCussION

L’épaisseur et la pierrosité des sols du LoiretContrairementàcequel’onauraitpupenser,iln’existepas

decorrélationforteentrelapierrositéetl’épaisseurdessolssurla carte des sols du Loiret (figure 3). Parexemple,certainssolsd’uneépaisseurde600 mmpeuventavoirunepierrositénulleouuneproportionenélémentsgrossierspouvantaller jusqu’à10 %.Demême,onnote laprésencedeplusieurssolsayantuneépaisseurde1 200 mmavecdespierrositésvariantde0àprèsde30 %.

Détermination de la réserve utile des sols du Loiret

Laréserveutileaétécalculéepourchaqueunitétypologiqueselonlestroisscénariosprésentésprécédemment(tableau 2 et figures 4a et 4b). Les valeurs les plus faibles sont observéespourlescénario3lorsquelaphasecaillouteuseestsupposéeabsente.Auregarddesvaleursmoyennes,pourlescénario3,onobtientuneRUégaleà1,1 mmd’eauparcmdesol,cequitrèsprochedelavaleurhabituellementestiméepourlesloess(1 mm/cm)parJamagneet al.(1977)etItieret al.(1996).

La variabilité spatiale de la réserve utile du Loiret estprésentée à la figure 4. Les fréquences de distribution desvaleursprésentent lesmêmesallurespour lestroisscénarios,avecplusde50 %desvaleursdans lagammedevaleursdeRUentre50et150 mm.Pour lescénario1, laRUvarieentre100et150 mmpour46 %delasurfacedusolduLoiret(figures. 4a et 4b). Pour les scénarios 2 et 3, la variabilité spatiale est

Figure 2 - a)Évolutionducœfficientcultural(Kc)enfonctiondustadephénologiquedumaïs.b)Évolutionducœfficientdesécheresse(Ks)enfonctiondelaréserveutiledusol.(a)etb)modifiésdeDoorenbosetPruitt,1977).Figure 2 - a) Evolution of crop cœfficient (Kc) in function of the phenological stage of corn. b) Change in drought cœfficient (Ks) based on the soil available water content. (a and b modified from Doorenbos and Pruitt, 1977).

prisesencompte.Onconsidèredonc icique tous lessolsnesontcomposésquedeterrefine,mêmepourlessolsayantunephase caillouteuse. Ce scénario a longtemps été la méthodeclassique de calcul de la réserve utile du sol, lorsque l’on nesavaitpascommenttenircomptedespropriétésderétentiondelaphasecaillouteuse.• 3e scénario (STFEGi) : les proportions volumiques desélémentsgrossierssontprisesencompte,maisonconsidèrequ’ils nepeuvent stockerd’eau.Ce scénario est un scénariointermédiaire entre les deux précédents, puisque l’on tientcompteduvolumede laphasecaillouteuse,maispasdesespropriétéshydriques.

Pour comparer les valeurs de RU et DH obtenues parapplicationdes2e (STF) et 3e (STFEGi)scénariosàcellesobtenuespar le scénario de référence (STFEGa), deux critères d’erreursont été utilisés : l’erreur moyenne (EM) et l’erreur quadratiquemoyenne (EQM)définiesparleséquations 8 et 9.

(8)

(9)

Où Vj représentelavaleurobtenueparapplicationdu2e (STF) ou du 3e (STFEGi) scénario, et Vjref correspondàlavaleurobtenueenappliquantlescénarioderéférence.



silex,enparticulierdanslapartieestdelacarte.Danslesmilieuxàsilex,ilexistedeszonesoùlaproportionenélémentsgrossiersestélevée(entre20et30 %,parexempledanslapartienord-estdelacarte)maisoùleserreursd’estimationparlescénario3sontfaibles(de0à-2 %).Celas’expliqueparlefaitquelessilex–ayantunecapacitéderétentionquasinulle–engendrentpeud’erreurd’estimationendépitdeleurproportionvolumiqueélevée.

Danslecasoùl’onconsidèrelaphasecaillouteuseabsente(scénario2),onconstateunesurestimationsystématiquedelaRUcar,pourlestypesdesolrencontréssurlacarte,laphasefine a des capacités de rétention hydrique plus élevées quecelles de la phase caillouteuse. Les surestimations lesmoinsimportantessont localiséesdansleszonesauxpierrosités lesmoins élevées (figure 5b). Sur plus de 80 % de la carte, leserreursd’estimationpar le scénario2 sont comprisesentre0et10 % ;sur8 %delacarte,lessurestimationssontcomprisesentre10et20 %.Pourlescénario2,onnoteuneplusgrandevariabilitéspatialedel’estimationdelaréserveutiledanslazoneàsilex,enraisondelafortevariabilitédepierrositédanscettezone.Onnoteégalementquelelienentrelapierrositédessolsetleserreursd’estimationdelaRUestplusfortpourlescénario2quepourlescénario3(figure 5).

évaluation du déficit hydrique des sols du Loiret pour une culture de maïs

Pouranalyserl’effetdumodedecalculdelaréserveutilesurlefonctionnementhydriquedusolàl’échelled’unepetiterégion,nousavonscalculéledéficithydriquepouruneculturedemaïsavecunmodèledebilanhydrique.Notrehypothèsede travailestqu’uneestimationcorrectedelaréserveutiledessolspeutaméliorerl’estimationdudéficithydrique.Laculturedemaïsaétésélectionnéepourplusieursraisons :• Elle est connuepour ses fortsbesoinshydriques.Eneffetpour obtenir une production maximale de biomasse, cetteculture nécessite entre 500 et 800 mm d’eau selon le climat(Doorenbos et al.,1978).• Le maïs est largement cultivé en France. En 30 ans, lessurfaces irriguées en France ont été multipliées par trois(figure 6).Lemaïsrequiert régulièrementunebonne irrigation,

quelque peu différente de celle du scénario 1 (tableau 2 et figure 4b).Mais,quellequesoit la situationgéographiquesurlacarteduLoiret, laRUcalculéeensupposantque laphasecaillouteuseestinerte,estsystématiquementinférieureouégaleàlaRUestiméeenconsidérantquelessolssontexclusivementcomposésdephasefine(tableau 2).

Les figures 4c et 4d présentent la différence de valeursde réserve utile pour les scénarios 2 et 3 comparativementau scénario 1. En tenant compte des valeurs moyennes, onconstate que le scénario 2 surestime la réserve utile de 4 %avecuneerreurmoyennede5 mmetuneerreurquadratiquemoyennede8,52 mm.Lescénario3,quantàlui,sous-estimesystématiquementlaRU,avecuneerreurmoyennede- 0,91 mmet une erreur quadratique moyenne de 1,98 mm. Les sous-estimationslesplusimportantessontlocaliséesdansleszonesauxpierrosités lesplusélevées (figure 4d), dont les éléments grossiers sont constitués de calcaire ou de quartz. En effetdansceszoneslà,pluslapierrositéestélevéeetpluslasous-estimationdelaRUestimportante(figure 5a). Par contre, la sous-estimationde laRUpar le scénario3n’estpas systématiquedans les zones où les éléments grossiers sont constitués de

Tableau 2 -Statistiquesdescriptivesdesvaleursenmillimètresdelaréserveutile(RU)calculéepourlestroisscénarii.Table 2 - Descriptive statistics of the values in millimeters of the available water content (AWC) calculated for the three scenarii..

Minimum Moyenne Médiane Maximum

Scénario 1 49,91 111,26 107,51 207,42

Scénario 2 56,40 116,26 114,07 208,95

Scénario 3 48,31 110,35 107,09 207,42

Figure 3 - Relationentrelaproportionenélémentsgrossiersetl’épaisseurdessolsduLoiret.Restlecœfficientdecorrélation.R²estlecœfficientdedétermination.Figure 3 -Relationship between the volume proportion of rock fragments and the thickness of soils of Loiret. R is the cœfficient of correlation. R ² is the cœfficient of determination.



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enparticulierenBeauce,dansleNordetl’OuestduLoiret,oùilestlargementcultivé.

La valeurmoyenne la plus élevée, estimée pour le déficithydriquedessolsduLoiretestégaleà191 mm,etaétéobtenuepour lescénario3,casdefigureoù laphasecaillouteuseestsupposée inerte. La valeur moyenne la plus faible, est égaleà185 mm,aétéobtenuepour lescénario2,casdefigureoùla phase caillouteuse est supposée absente (tableau 3). Les

valeursdedéficithydriquelesplusfaibles(minimum,moyenneetmaximum)concernentlescénario2.

Pour les troisscénarios, ledéficithydriquedusolcalculépouruneannéeestélevéetesttoujourssupérieurà100 mm,démontrantainsiquelaculturedemaïsrequiertuneirrigationsubstantielle dans le département du Loiret (tableau 3 et figure 7a).LedéficithydriquedessolsduLoiretmontreaussiune variabilité spatiale différente selon le scénario considéré

Figure 5 - Relationsentreleserreursd’estimationdelaréserveutileencasdenonapplicationduscénarioderéférenceet laproportionenélémentsgrossiers :a)lescénario2parrapportauscénarioderéférence,b)lescénario3parrapportauscénarioderéférence.Figure 5 - Relationship between the errors in estimating the available water content in case of non-application of the reference scenario and the stoniness : a) Scenario 2 compared to reference scenario, b) Scenario 3 compared to reference scenario.

Figure 6 - ÉvolutiondelaquantitédesurfaceirriguéeenFranceaucoursdutemps.(ModifiédeBergezetLacroix,2008).Figure 6 - Changes in the areal proportion of irrigated area in France over time. (Modified from Bergez and Lacroix, 2008).



Figur

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Figure 8 - Relationsentreleserreursd’estimationdudéficithydriqueencasdenonapplicationduscénarioderéférenceetlaproportionenélémentsgrossiersdessolsduLoiret.Figure 8 - Relationship between the errors in estimating the water deficit in the case of non-application of the reference scenario and the stoniness of soils of Loiret.

Figure 9 - Pierrositéeterreursd’estimationdudéficithydriqueàdifférentesprofondeursdusol.Figure 9 - Stoniness and errors of estimation of the hydric deficit at different soil depths.



CONCLusIONsL’objectifprincipaldecetteétudeétait :1)deproposerune

meilleure estimation de la réserve utile de sols du Loiret entenantcomptedelavariabilitédeleurpierrositéetdelanaturelithologiquedesélémentsgrossiersenprésencesurcetteéchellerégionaleet2)d’analyserl’impactducalculdelaréserveutilesurl’estimationdudéficithydriquequiseraitcompenséparirrigationpouruneculturedemaïs.LaréserveutiledessolsduLoiretaétécalculéeencouplantlesfonctionsdepédotransfertproposéesparBruandet al.(2004)pourlaphasefineetcellesdeTeteganet al.(2011)estiméespourlaphasecaillouteuse.LedéficithydriquedessolsduLoiretaétécalculésurunepériodede21annéespouruneculturedemaïs.Nousavonsdémontréquelaréserveutile calculée en supposant que le sol serait exclusivementconstitué de terre fine conduisait systématiquement à dessurévaluationsdelaréserveutileréelledessolscaillouteuxetàdessous-estimationsdudéficithydriquedecessolspouruneculturedemaïs.Inversement,enconsidérantlaprésencedelaphasecaillouteusedanslesoletennégligeantsescapacitésderétentioneneau, la réserveutileétaitautomatiquementsous-évaluéeetledéficithydriquesurestimé.

Dans cette étude de cas, on remarque que les erreursmoyennes et erreurs quadratiquesmoyennes calculées entredesscénariossimplifiés-tenantcompteounondelaproportiondelaphasecaillouteuseetdeleurspropriétéshydriques–etunscénarioderéférence-tenantcompteàlafoisdelaproportionetdespropriétésdesélémentsgrossiers-semblentfaibles,cequinemilitepaspourunepriseencomptesystématiquedeséléments grossiers dans les calculs de réserve utile à cetteéchelle. Cependant, il convient de noter que les élémentsgrossiers de type quartz et silex, qui présentent de faiblescapacitésderétentioneneau,sontprésentssurplusde60 %des solsde la zoneétudiée.Dansd’autres régions,ouàdeséchelles d’étude plus grandes (petite région, parcelle), cesparamètresstatistiquessontplusélevés(Teteganet al., 2013), et il est indéniablequ’il convientde tenircomptede laphasecaillouteusedanslecalculde laréservehydriqueetdudéficithydrique.Dans le contextedechangement climatique, où lespériodes de sécheresse et les besoins en irrigation auronttendanceàaugmenter,uneoptimisationducalculdubesoinen

(figure 7b).Pour lescénario1, lesvaleursdedéficithydriquesontcomprisesentre150et250 mmpourpratiquement90 %delacarte.Pourlesscénarios2et3unpeuplusdutiersdela carte est concernée par un déficit hydrique supérieur à200 mm.

Similairementauxcalculs réaliséspour lesvaleursdeRU,nousavons comparé les valeursdeDHdes scénarios 2 et 3à celles obtenues pour le scénario de référence (le scénario1). On observe que le scénario 2 sous-estime les valeurs deDH tandis que le scénario 3 les surestime (figures. 7c et 7d). Comme on pouvait s’y attendre, certaines valeurs d’erreurd’estimationdudéficithydrique lesplusélevéessontsouventlocaliséesauniveaudesolsmincesàfortepierrosité.Dans lecasduscénario2,quellequesoit lanature lithologiquede laphasecaillouteuse,onremarquequeleserreursd’estimationduDHsontd’autantplusélevéesquelaproportionvolumiquedelaphasecaillouteuseestimportante(figure 8).Leszonesàsilexprésententencoreune foisunegrandevariabilité spatiale liéeà lavariabilitéspatialede lapierrositédessolsàsilexdanslapartieestdelacarte.Danslecasduscénario3,pourlessolscaillouteuxcontenantdesélémentsgrossierscalcairesavecunepierrositédel’ordrede10à15 %,onconstatequeleserreursd’estimationdudéficithydriquesontd’autantplus faiblesquelessolssontminces(d’épaisseurinférieureà60 cm).

L’ensemble de ces résultats montre que, lorsque le solestconsidéréuniquementconstituédeterrefine,lesbesoinsen irrigationpeuventêtresous-estiméset laculturedemaïspourrait ne pas atteindre sonmaximumde productivité. Parcontre,ensupposantquelesélémentsgrossierssontinertes–mais toutdemêmeprésents – lesbesoinshydriques sontsurestimésetlaculturedemaïsestsur-irriguée,cequiprésenteà la fois un désagrément économique pour l’agriculteur quine dispose pas des éléments optimums pour raisonner soninvestissement en équipement d’irrigation, et une nuisanceenvironnementale avérée puisque l’eau prélevée en surplusenpériodeestivaleestévaporée ;leniveaudelanappebaissedoncparpompageetn’estpasréalimentéepardrainage.

Tableau 3 -Statistiquesdescriptivesdesvaleursdudéficithydrique(DH)calculéesenmillimètrespourlestroisscénarios,danslecasd’uneculturedemaïs.Table 3 - Descriptive statistics of the values of the water deficit (DH) calculated in millimeters for the three scenarii, in the case of maize.

Minimum Moyenne Médiane Maximum

Scénario 1 107,34 189,90 192,64 246,96

Scénario 2 105,93 185,29 187,00 241,36

Scénario 3 107,34 190,80 193,58 248,85



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Prise en compte de la pierrosité dans les calculs de ... · L’estimation de la réserve utile, assez simple à l’échelle de la motte de sol, devient ardue pour des échelles