Infiltrabilité et caractéristiques physiques de croûtes formées sur massifs d'agrégats initialement secs ou humides soumis à des pluies simulées

La formation de croûte sous l'effet des pluies entraîne la réduction de l'infiltrabilité des sols travaillés. La réalisation de ce phénomène est cependant en grande partie conditionnée par la constitution du sol et son état hydrique initial. Le rôle de ces 2 facteurs est étudié au laboratoire. Des massifs d'agrégats d'un sol limoneux L et d'un sol argilo-limoneux AL, à l'état initial sec ou humide, sont soumis à des pluies (26 mm/h, 23 J/m2/mm). Entre ces pluies sont intercalés des apports d'eau importants (120 mm/h, 3 J/m2/mm) qui ont permis de mesurer la réduction de l'infiltrabilité des massifs avant qu'elle ne devienne perceptible par les mesures d'infiltration sous pluie. Avec les sols L-sec et AL-sec ainsi que L-humide, les agrégats se fragmentent. Sur sol AL-humide, il y a abrasion des agrégats. La réduction d'infiltrabilité qui accompagne la formation des croûtes se manifeste après une quantité de pluie plus importante sur sol inititalement humide que sur sol initialement sec, en particulier pour le sol AL. Dans tous les cas, la réduction de l'infiltrabilité se poursuit ensuite plus lentement sous l'effet des pluies. Le classement suivant des valeurs finales d'infiltrabilité est obtenu : AL-humide > L - sec = L - humide > AL - sec. L'analyse de la porosité, basée sur la porosimétrie au mercure et les mesures de volume massique et de teneur en eau aux potentiels de -0,1 à -10 m, montre qu'une porosité structurale existe dans les croûtes. Le classement final de l'infiltrabilité est interprété selon 3 hypothèses : les pores structuraux interconnectés assurent le transfert de l'eau sous pluie (AL - humide), ou bien ils se désaturent entre les pluies et de l'air piégé les rend alors inefficaces (AL-sec), enfin, les pores structuraux sont saturés mais ne sont pas interconnectés (L-sec, L-humide).Infiltrability and measurement of physical characteristics of crusts developed on wet or dry soil aggregates under simulated rains. The sealing of a soil surface under rain reduces the infiltrability of cultivated soils. This phenomenon is largely conditioned by the soil constitution and the initital water content. These 2 factors were studied in the laboratory using a bed of soil aggregates. Silty (L) and a clay-silty (AL) soils were chosen. Soils were initially dry or wet and then received a series of rains (26 mm/h, 23 J/m2/mm). Between 2 subsequent rains, the infiltrability was measured under a large amount of water (120 mm/h, 3 J/m2/mm), in order to demonstrate that the reduction in the infiltrability occurs before the phenomenon can be actually measured under rain. Aggregates of the dry - L, dry- AL and wet-L soils break into fragments. The wet - AL soil shows abrasion of aggregates. The reduction in soil infiltrability, which is related to crust formation, appears after a greater quantity of rains if the soil was initially wet than when it was initially dry. The decrease in infiltrability then proceeds slowly in all cases, and the final infiltrability ranking is: wet- AL > dry - L = wet - AL > dry - L. The porosity of the crust was analysed using mercury porosimetry, bulk volume measurements and the volumetric water contents at the pressure potentials ranging from -0.1 1 to -10 m. The crust porosity analysis shows that a structural porosity exists within the crusts. Three hypothesis are made to explain the final infiltrability order: interconnected structural pores perform the water transfer under rain (AL - wet); air can be caught in structural pores due to desaturation between subsequents rains (dry - AL); or structural pores remain saturated but are not interconnected (dry - L and wet - L)

Modification de l'espace poral des croûtes de surface sous l'action des pluies et conséquences sur l'infiltrabilité

Les croûtes de surface des sols cultivés voient leur porosité et leur infiltrabilité évoluer avec les pluies. L'objectif de ce travail est d'analyser leur porosité à différents états hydriques en utilisant les notions d'espace poral textural et structural. Les croûtes sont réalisées en appliquant à un sol limono-argileux gonflant des pluies d'énergie cinétique totale KE allant de 70 à 340 J m-2. Leur porosité est caractérisée par i) densimétrie à sec et à l'état humide à la pression h = -0,1 m, ii) rétention en eau pour h allant de -0,1 à -10 m, iii) porosimétrie au mercure à l'état sec. L'infiltrabilité est mesurée par la méthode de la tache saturée. La masse volumique de la croûte (g cm-3) croît avec KE, de 1,58 à 1,70 à sec, de 1,35 à 1,42 pour h = -0,1 m, les valeurs maximales s'approchant des valeurs limites données par la masse volumique texturale. La porosimétrie et la rétention en eau montrent conjointement que seul le volume des pores structuraux s'abaisse, de 60 % au total quand KE augmente, l'infiltrabilité se réduisant d'un facteur 10. L'équation de Kozeny permet de relier cette variation à celle de la porosité structurale des croûtes et souligne que la géométrie de l'espace poral structural varie avec son état hydrique.Variation of crust pore space under rain and consequences on infiltrability. Both porosity and infiltrability of crusted topsoils decrease under repeated rainfall. The aim of this work was to analyse crust porosity in the dry and wet states using the distinction of pore space between textural and structural porosity. Crusts were obtained by subjecting a swelling silty-clay soil to simulated rainfall with total kinetic energy KE ranging from 70-340 J m-2. Crust porosity was determined by three methods: densimetry in the dry state and at a pressure head of h = -0.1 m, water retention with h ranging from -0.1 to -10 m and mercury porosimetry at dry state. Infiltrability was measured by the drip water method. Crust bulk density (g cm-3) increased with KE, from 1.58 to 1.70 in the dry state and from 1.35 to 1.42 for h = -0.1 m, the greatest values approaching the textural bulk density boundary values. Both mercury porosimetry and water retention methods showed that the structural pore volume was reduced, on the whole by 60%, when KE increased. Meanwhile, infiltrability was found to be reduced by a factor of 10. Kozeny's equation was used to link infiltrability variation to crust structural porosity and it was pointed out that dry and wet structural pore spaces are different

Modification de l'espace poral des croûtes de surface sous l'action des pluies et conséquences sur l'infiltrabilité

Les croûtes de surface des sols cultivés voient leur porosité et leur infiltrabilité évoluer avec les pluies. L'objectif de ce travail est d'analyser leur porosité à différents états hydriques en utilisant les notions d'espace poral textural et structural. Les croûtes sont réalisées en appliquant à un sol limono-argileux gonflant des pluies d'énergie cinétique totale KE allant de 70 à 340 J m-2. Leur porosité est caractérisée par i) densimétrie à sec et à l'état humide à la pression h = -0,1 m, ii) rétention en eau pour h allant de -0,1 à -10 m, iii) porosimétrie au mercure à l'état sec. L'infiltrabilité est mesurée par la méthode de la tache saturée. La masse volumique de la croûte (g cm-3) croît avec KE, de 1,58 à 1,70 à sec, de 1,35 à 1,42 pour h = -0,1 m, les valeurs maximales s'approchant des valeurs limites données par la masse volumique texturale. La porosimétrie et la rétention en eau montrent conjointement que seul le volume des pores structuraux s'abaisse, de 60 % au total quand KE augmente, l'infiltrabilité se réduisant d'un facteur 10. L'équation de Kozeny permet de relier cette variation à celle de la porosité structurale des croûtes et souligne que la géométrie de l'espace poral structural varie avec son état hydrique.Variation of crust pore space under rain and consequences on infiltrability. Both porosity and infiltrability of crusted topsoils decrease under repeated rainfall. The aim of this work was to analyse crust porosity in the dry and wet states using the distinction of pore space between textural and structural porosity. Crusts were obtained by subjecting a swelling silty-clay soil to simulated rainfall with total kinetic energy KE ranging from 70-340 J m-2. Crust porosity was determined by three methods: densimetry in the dry state and at a pressure head of h = -0.1 m, water retention with h ranging from -0.1 to -10 m and mercury porosimetry at dry state. Infiltrability was measured by the drip water method. Crust bulk density (g cm-3) increased with KE, from 1.58 to 1.70 in the dry state and from 1.35 to 1.42 for h = -0.1 m, the greatest values approaching the textural bulk density boundary values. Both mercury porosimetry and water retention methods showed that the structural pore volume was reduced, on the whole by 60%, when KE increased. Meanwhile, infiltrability was found to be reduced by a factor of 10. Kozeny's equation was used to link infiltrability variation to crust structural porosity and it was pointed out that dry and wet structural pore spaces are different