Cointepas, Jean-Paul

Horizon / Pleins textes

E T U D E  DE L A  D Y N A M I Q U E  DE C ' E A U  
DANS U N  SOL DE R.C.A. 
M é t h o d o l o g i e - P r e m i e r s  r é s u l t a t s  
J . P .  COINTEPAS (ORSTOM) 
I N T R O D U C T I O N .  
J e  n ' a i  . _  p a s  b e s o i n  d e v a n t  c e t t e  a s s e m b l é e  d e  m ' é t e n d r e  
s u r  l e  r81e d e  s ' e a u  d a n s  l e  s o l .  Vous l e  c o n n a i s s e z  a u s s i  b i e n  
qu.e moi  : 
- a l i m e n t a t i o n  e n  eau d e s . p l a n t e s  
- p é d o c l i m a t  ( o u  c l i m a t  d u  s o l )  
- p h é n o m è n e s  d e  p é d o g é n è s e  ( a l t é r a t i o n ,  l e s 3 i v a g e s  
e t c . . . ) .  
I1 s e  t r o u v e  q u ' e n  R C A  o n  c o n n a i t  t r è s  ma l  l e s  q u e s -  
t i o n s  d e  b e s o i n s  e n  eau d e s  p l a n t e s  e t  d e  d i s p o n i b i l i t é  d e  l ' e a u  
d u  s o l  p o u r  l e s  p l a n t e s .  D e p u i s  d e u x  a n s  nous a v o n s  d o n c  e n t r e -  
p r i s  u n e  r e c h e r c h e  s u r  p r o b l è m e .  
Nous a v o n s  commencé p a r  é t u d i e r  l ' a s p e c t  a l i m e n t a t i o n  
e x t é r i e u r e  e t  n o u s  a v o n s  d o n c  e f f e c t u é  u n e  é t u d e  f r é q u e n t i e l l e  
d e s  p l u i e s  d o n t  il a é t é  q u e s t i o n  au C o m i t é  d e  l a  R e c h e r c h e  d e  
1980. Mais c e t t e  é t u d e  u t i l i s e  u n  m o d è l e  m a t h e m a t i q u e  b a t i  s u r  
u n  c e r t a i n  n o m b r e  d ' h y p o t h è s e s .  E t  c e s  h y p o t h è s e s  d o i v e n t  ê t r e  
é t a y é e s .  La p l u s  i m p o r t a n t e  d ' . e n t r e  e l l e s  e s t  l a  c o n t r i b u t i o n  
du  s o l  à l ' a l i m e n t a t i o n  e n  eau d e s  p l a n t e s  à l a  f i n  d e  l a  s a i -  
s o n  d e s  p l u i e s .  E t  s u r  ce s u j e t  n o u s  a v o n s . p e u  d ' i n f o r m a t i o n s .  
En  1980 n o u s  a v o n s  c o n d u i t  avec u n  é l ève  d e  1 ' I S D R  
u n e  p e t i t e  é t u d e  d e  l ' h u m i d i t é  d u  s o l ,  Nous a v 0 n s . p ~  v é r i f i e r  
q u e  l e  s o l  r e s t a i t  t rès  h u m i d e  p e n d a n t  l a  s a i s o n  p l u v i e u s e .  
Mais p o u r  d e s  r a i s o n s  ma té r i e l l e s  l ' é t u d e  s ' e s t  l i m i t é e  à l a  
- p B r i o d e  t r è s - p l u v i e u s e  ( j u i l l e t  s e p t e m b r e )  e t  d ' a u t r e  p a r t  
n o u s  n ' a v o n s  mesuré q u e  l ' h u m i d i t é  du  s o l  ce q u i  n e  donne q u ' u n e  
- td-é-e txrrtte'3l-e- d e  l a  d i s p o n i b i l i t é  d e  l ' e a u ,  
ì : 
I 
I 
l Fonds Doc kt rife niai re O HSTO M 
! 
1 t: 
\ 
- 2 -  
Y s o n t  : I 7 4  
I 
-4 
I 
i 
En o c t o b r e  1981 n o u s  a v o n s  d o n c  commencé u n e  é t u d e  
. p l u s  c o m p l è t e  axée s u r  l a  d y n a m i q u e  d e  3 ' e . a u  d a n s  l e  s o ' l .  
I) P R I N C I P E  
l e s  p e r t e s  s o n t  : D I RCT 
r é u n i e s  s o u s  un  s e u l  terme E T R  ( é v a p o t r a n s -  3 ' é v a p o r a t i o n  
l a  t r a n s p i r a t i o n  p i r a t i o n  r é e l l e  
l e  d r a i n a g e  e n -  p r o f o n d e u r  
Le r u i s s e l l e m e n t  p e u t  Q t r e  s o i t  u n t i g a i n ,  s o i t  u n e  p e r t e .  
(4 
C ' e s t  u n e  v i t e s s e  
e t - p o u r  o b t e n i r  l a  q u a n t i t é  t o t a l e  il f a u t  m u l t i p l i e r  p a r  l a  du-  
r ée  d e  l a  mesurea t  
S i  n o u s  o r i e n t o n s  n o t r e  a x e  d e s . p r o f o n d e u r s  Oz v e r s  l e  b a s ,  il 
y a d e u x  cas," 
/ 
i-z 7 0 c ' e s t  l e  d r a i n a g e  
c ' e s t  l a  r e m o n t é e  c a p i l l a i r e .  
A 
- 3 -  
Par c e t t e  f o r m u l e  n o u s  sommes e n  mesure d e  s u i v r e  l e  r é g i m e  
h y d r i q u e  d u  s o l  a u  c o u r s  d ' u n  c y c l e  c u l t u r a l  mais il f a u t  
p o u v o i r  estimer tz 
La l o i  d e  D a r c y  g é n é r a l i s é e  aux  t r a n s f e r t s  e n  m i l i e u  n o n  s a -  
r" 
t u r é  d o n n e  
o u  K ( 0  ) e s t  u n  c o e f f i c i e n t  d e  c o n d u c t i v i t é  h y d r a u l i q u e  d e  
s o l  v a r i a b l e  s e l o n  l ' h u m i d i t é  
H e s t  l a  c h a r g e  h y d r a u l i q u e  dH/dz e s t  d e n e  l a  v a r i a t i o n  d e  
l a  c h a r g e  avec  l a  p r o f o n d e u r .  C ' e s t  u n e  d é r i v é e .  
A v a n t  d ' a l l e r  p l u s  l o i n ,  il n o u s  f a u t  e x p l i c i t e r  c e t t e  n o t i o n  
d e  c h a r g e  h y d r a u l i q u e .  
C o n s i d é r a o n s  u n e  masse d ' e a u  t rès  p e t i t e  s i t u é e  d a n s  l e  s o l  
à u n e  p r o f o n d e u r  q u e l c o n q u e  Z .  E l l e  e s t  d o t é e  d ' u n e  c e r t a i n e  
é n e r g i e  p o t e n t i e l l e  c ' e s $ - à - d i r e  q u e  p o u r  
l a  t r a n s p o r t e r  d e  s a  p o s i t i o n  a c t u e l l e  
j u s q u ' a u  n i v e a u  O d e  l a  s u r f a c e  d u  s o l  
il f a u t  f o u r n i r  u n  c e r t a i n  t r a v a i l .  E t  
s a  t e n d a n c e  n a t u r e l l e  va & r e  d e  s e  
d é p l a c e r  d e  s a  p o s i t i o n  a c t u e l l e  vers u n e  p o s i t i o n  oh s o n  éner-  
g i e  p o t e n t i e l l e  e s t  p l u s  b a s s e .  E l l e  s e  d é p l a c e  d a n s  l e  d i r e c -  
t i o n  d e  l ' é n e r g i e  p o t e n t i e l l e  d é c r o i s s a n t e .  E s s a y o n s  a l o r s  d ' a -  
n a l y s e r  l e s  f o r c e s  q u i  s ' exercent  s u r  e l l e .  Ce s o n t  : 
s u r f a c e  
? 
J e D  
P" Z (  
b 
- l e - p e s a n t e u r  P q u i  a t e n d a n c e  à f a i r e  d e s c e n d r e  
l ' e a u  vers  l e  cen t r e  d e . l a  t e r r e  
- l e s  forces  c a p i l l a i r e s  e t  flw -- --- l e s  f o r c e s  d ' a d s o r p t i o n  q u i  t e n d e n t  
.e - ' 
à r e t e n i r  fortement l ' e a u  à l a  s u r f a c e  ' /  
d e s - p a r t i c u l e s  e t  d a n s  l e s  p e t i t e s  
1 ,  
I r  ca- 
c /  
Z7iEGs 
- l e s  f o r c e s  o s m o t i q u e s  q u i  j o u e n t  u n  g r a n d  r o l e  dans  
les s o l s  s a l é s  mais n é g l i g e a b l e @  d a n s  n o t r e  c a s  e t  q u i  s ' a j o u -  
t e r a i e n t  a u x  fo rces  c a p i l l a i r e s .  
i f 
- 4 -  
Ces d i f f é r e n t e s  f o r c e s  f o n t  q u e  l 'e-au e s t  d o t é e  d ' u n e  
é n e r g i e - p o t e n b i e l l e .  Cet te  é n e r g i e . p e u t  s ' e x p r i m e r  e n  d i f f é r e n -  
t e s  u n i t é s  : masse, v o l u m e , * p o i d s .  Nous $ ' e x p r i m e r o n s  e n . p o i d s  
e t  n o u s .  p a r l e r o n s  d e  c h a r g e  h y d r a u l i q u e  ou d e - p r e s s i o n  h y d r o s -  
t a t i q u e .  Notre u n i t é . s e r a  l e  cm d ' e a u  ( C e - . p o u r r a i t :  Btre d e s  
cm d e  mercure o u  d e s  a h o s p h è r e s  ou d e s  b a r s ) .  L ' e x p r e s s i o n  d,e l a  
c h a r g e  h y d r a u l i q u e  se ra  : ! 
H = Hg + Hp 
H = c h a r g e  h y d r a u l i q u e  t o t a l e  
H g = * p o t e n t i e l  g r a v i t a t i o n n e l  ( o u  d e . p e s a n t e u r ) .  .I1 s e  mesure 
e n  h a u t e u r  p a r  r a p p o r t  à l a  su r f ace  d u  s o l .  a 
S o r p t i o n )  q u i  e s t  mesuré à l ' a i d e  d e  t e n s i o m è t r e s .  
Hp= p o t e n t i e l  ma t r i c i e l  ( p o t e n t i e l  c a p i l l a i r e  + - p o t e n t i e l  d ' a d -  
R e v e n o n s  à n o t r e  é q u a t i o n  f o n d a m e n t a l e . .  
En  g é n é r a l  P, I e t  AS s o n t  f a c i l e s  à mesurer. R p e u t .  ê t r e  n é g l i -  
g é ,  s i  o n  p r e n d  l a  p r é c a u t i o n  d e  s e  s i t u e r  e n  t e r r a i n  p l a ' t .  D i f -  
f é r e n t s  c a s  p e u v e n t  se  r e n c o n t r e r  : 
1, 
I 
1 )  On c o n n a i t  ETR, 
Ø 
On l e  mesure à l a  s u r f a c e  d e  s o l  p a r  d e s  m é t h o d e s  d e  b i l a n  
d ' e n e r g i e .  .On c o n n a i t  a l o r s  ETR e t  on  c a l c u l e  f z  à u n e . p r o f o n -  
d e u r  Z ou e.ntre d e u x  n i v e a u x  ( Z 1  e t  22 o u  O e t  Z ) .  - 
2 )  On n e  c o n n a i t  p a s  ETR e t  o n  v e u t  l e  d t 5 t e r m i n e r .  
21)  On d é t e r m i n e  expBr imenta lement  K d e  l a  l o i  d e  D a r c y .  
On a r r o s e  u n e  p a r c e l l e  e t  o n  s&it d ' u n e . p a r t  l e s  v a r i a t i o n s  d e  
s t o c k  d ' e a u  en mesurant l e s  v a r i a t i o n s  d ' h u m i d i t é  8 e t  \clpJxL"tL l e s  va -  
l 
r i a t i o n s  d u  p o t e n t i e l  t o t a l  H e n t r e  d e u x - p o i n t s  d e - p r o f o n d e u r  
Z 1  e t  22. On ä p r é a l a b l e m e n t  p r i s  l a  p r é c a u t i o n t a p r è s  a r rosage  
d e  r ecouvr i r  l e  s o l  avec un  f i l m - p l a s t i q u e .  D e  s o r t e  q u e  ETR = O.  
On o b t i e n t  a i n s i  u n e  c o u r b e  d e  K e n  f o n c t i o n  d e  l ' h u m i d i t é  e t  -~ - -  
. - K 
Cet te  v a l e u r ,  d e  K d a n s  1 ' é q u a . t i o n  ( 1 )  m m / j  
e t  d e  d é t e r m i n e r  ETR 
il e s t  p o s s i b l e  e n s u i t e  d e  r e p o r t e r  . -  
I +  . 
- 5 -  
22) On n é g l i g e  l e  f a c t e u r  L 
H En e f f e t  s i  o n  c o n s i d è r e  l e s  < ..o 
La p k L s  G LíAWdtHr 
c o u r b e s  H =  f ( Z )  o n  s ' a p e r q a i t  
q u ' e l l e s  o n t  l a  f o r m e  c i - c o n t r e  
i n d i q u e -  f l u x  e s t  a s c e n d a n t  
L a - p a r t i e  i n f é r i e u r e  q u e  l e  f l u x  
e s t  d e s c e n d a n t .  I L  e x i s t e  d e n e  un  
p l a n  d e  f l u x  s e u ' l .  
Dans  4ks c o n d - i t i o n s  : 2, 
F, ~t = [AS] * o  
De 3 ' e q u a t i o n  ( 1 )  o n  t i r e  
ETR = P- (AS): '  
/ 1 
I .  
<S'il n ' a .  .. p a s  p l u + . s i  on c h o i s i t  u n e  p é r i o d e  s a n s  i r r i g a t i o n  
ETR - [ b  S] c a l c u l é e  e n t r e  l a  su r f ace  e t  l e  
, p l a n  d e  f l u x  nuil; . 
Ce s o n t  ces  é q u a t i o n s  q u e  n o u s  a l l o n s  a p p l i q u e r  d a n s  
n o t r e  e x p é r i m e n t a t i o n  d e  B o s s a n g o a .  
1 1 )  DISPOSITIF . E X P E R I M E N T A L  
S u r  d ' e s s a i  s y s t è m e  d e  c y l t u r e  d e  B o s s a n g o a  n o u s  a v o n s  
100,150,180 cm d e , p r o f o n d e u r  
i n s t a l l é  d a n s  . l ' e ssa i  c u l t u r e  
t r a d i t i o n n e l l e ,  l e  d i s p o s i t i f  
s u i v a n t  : 
# - Un c a d r e m e t a l l i q u e  
pour  e m p e e h e r  l e l r u i s s e l l e m e n t  
l a t é r a l ,  . : 
- 6 t e n s i o m i 3 t r e s . à - 2 5 ,  50,75 
- Un t u b e  e n  PVC-  p o u r  l a*mesure  de 1 'n . i  
S o n d e  à n e u t r o n .  1 r .  
I1 e x i s t e - u n , d i s p o s i t i f  d a n s  u n e - p a r c e l l e  d e t c u l t u r e - v i v r i è r e ,  
un  a u t r e  d a n s - u n e  p a r c e 3 l e  d e  c o t o n .  N o u s , a v o n s  e n . o u t r e  d a n s  
ces  m € i m e s ; p a r c e I l e s  d e u x - a u t r e s  t u b e s  à,  h u m i d i m è t r e  - .  p o u r  d i s p o s e r  
- 6 -  
d e  3 mesures d ' h . u m i d i t é ,  ces  r é p é t i t i o n s  s o n t  r e n d u e s  néces- 
s a i r e s  _ -   pou^ u n e  mei l leure  p r é c i s i o n  à cause d e  d ' h ~ é t é r o g é n e i t 6  
1 d u  sol. 
1 
Les t e n s i o m è t r e s  s o n t  r e l e v é s  d e u x  f o i s  p a r  j o u r .  
t ' h u m i d i t é  du  s o l  e s t  mesurée t o u s  l e s  d i x  j o u r s  e n v i r o n .  
III) NOS RESULTATS. 
11s s o n t  encore très f r a g m e n t a i r e s  e t  il e s t  t r o p  t 8 t  
p o u r - p r é s e n t e r  u n  b i l a n  c o m p l e t  d e  c e t t e  r e c h e r c h e .  Nous n ' a -  
v o n s  q u e  3 m o i s  d e  mesures e t  il f a u d r a i t , - p o u r  b i e n  f a i r e ,  d i s -  
- P o s e r  d ' u n  c y c l e  c o m p l e t .  La s o n d e  à n e u t r o n  n ' e s t - p a s  e n c o r e  
é t a l o n n é e  e t  n e  d o n n e  q u e  d e s  v a r i a t i o n s  re la t ive 's .  Nous d o n n o n s  
c e p e n d a n t  en r e g a r d  l e s  c o u r b e s  d e  c h a r g e  h y d r a u l i q u e  e t  d ' h u m i -  
d i t é  e n  f o n c t i o n  d e  l a  p r o f o n d e u r .  
1 
1 
1) L e  p o t e n t i e l  c a p i l l a i r e  d i m i n u e  très v i t e  e n  s u r f a c e  
En p a r t i c u l i e r  s o u s  N i e b e ,  u n . p e u  m o i n s  v i t e  s o u s  c o t o n .  M a l h e u -  
reusement l e s  t e n s i o m è t r e s  n e  n o u s  p e r m e t t e n t - p a s  d e  s u i v r e  l e  
4 d e s s è c h e m e n t  d u  s o l  j u s q u ' a u  p o i n t  d e  f l e t r i s s e m e n t .  11 f a u d r a i t  
u n  a u t r e  a p p a r e i l l a g e  _ .  d o n t  n o u s  n e  d i s p o s o n s  p a s  i c i .  
En p r o f o n d e u r  p a r  c o n t r e  l e  p o t e n t i e l  c a p i l l a i r e  r e s t e  
t r è s  é l e v é  ce q u i  s i g n i f i e  d e s  wzsetkw e n  eau c o n s i d é r a b l e s  q u i  
v o n t  d o n c  s e r v i r  a u x  p l a n t e s  p l u s i e u r s  m o i s  après  l a  s a i s o n  d e s  
p l u i e s .  .Il s e r a  i n t é r e s s a n t - p o u r  n o u s  d e  c a l c u l e r  à q u e l l e  v i -  
t e s s e  c e t t e  eau p e u t  & t r e  u t i l i s é e  e t  j u s q u ' à  q u e l l e - p r o f o n d e u r  
- 2 4 W d  
p I 
l e s  rac ines  d e s  p l a n t e s , p e u v e n t . p u i s e r .  
2 )  L e  p l a n  d e  f l u x  n u l  n ' e s t  p a s  u n  p l a n  mais u n e  t r a n -  
c h e  d e  sol d e  20 30 cm d ' é p a i s s e u r .  Elle d e s c e n d  t r è s  v i t e  
- p U i s - p l u s  l e n t e m e n t  e n s u i t e  e t  d é p a s s e  lm80 d e - p r o f o n d e u r ,  3 
m o i s  a p r è s  les d e r n i è r e s  g r o s s e s - p l u i e s .  C ' e s t  un r é s u l t a t  t r è s  
i n t é r e s s a n t  mais q u i  v a  n o u s  o b l i g e r  à p l a c e r  d e s  t e n s i o m è t r e s  
b e a u c o u p  - -  p l u s  p r o f o n d é m e n t  q u e . p r é v u .  Au S é n é g a l  V A C H A U D  e t  al. 
(1978)  s i g n a l e n t  q u e  l e  p l a n  d e  f l u x  n u l  r e s t e  s t a t i o n n a i r e  B 
75 em d e  p r o f o n d e u r . 1 1  n ' e n  e s t - p a s  d e  m Q m e  e n  R C A , - p e u t  6 t r e  
- p a r c e q u e  l a  t e x t u r e  du s o l  e s t - p l u s  f i n e ,  I 
- 7, .- 
3 )  L o r s q u e  l a  s o n d e  B n e u t r o n  s e ra  é t a l o n n 6 e  n o u s  
p o u r r o n s  é v a l u e r  i l ' h u m i d i t é  du  s o l  e t  c a l c u l e r  3 ' é v a p o t r a n s -  
p i r a t i o n  r é e l l e  j u s q u ' à  l a  f i n  d e  j a n v i e r .  . 
. -  
C e t t e - p r e m i è r e  année  é t a i t  p r é v u e  comme u n e  a n n é e  
d e  r o d a g e  p o u r  n o u s  f a i r e  l a  ma in  s u r  n o s  a p p a r e i l s .  
Nous nous sommes d o n c  v o l o n t a i r e m e n t  l i m i t é  à u n  p o i n t  d ' e s -  
s a i  e t  d e u x  p a r c e l l e s ,  Apparemment  . .  l e  matér ie l  f o n c t i o n n e .  
Les c o u r b e s  d e  t e n s i o m è t r e s  s o n t  c o n f o r m e s  à l a  t h é o r i e .  I1 
r e s t e  à é t a b l i r  l a  r e l a t i o n  en t r e  t e n s i o m è t r e s  e t  h u m i d i m è t r e .  
11 y a un  bon  e s p o i r  d ' 0 ; b t e n i . r  u n e  é v a l u a t i o n  d e  
I l ' E v a p o t r a n s p i r a t i a n  e t  d e  s u i v r e  l e s  mouvemen t s  d e  d r a i n a g e  
e n  p r o f o n d e u r .  Nous d e v r i o n s  pouvo3. r  d é f i n i r  l a  n o t i o n  d e , p l u i e  
d ' a n a l y s e  P r é q u e n t i e l l e  d e s  p l u i e s .  . 
e f f i c a c e  e t  d o n c  f a i r e  l e  4 '  i e n  avec  l e  m o d è l e  m a t h é m a t i q u e  
S i  l e s  e s p o i r s  s e  c o n f i r m e n t  e n  s a i s o n  d e s p l u i e s  / 
nous m e t t r o n s  e n  p l a c e  u n e  t r o i s i è m e  p a r c e l l e  s o u s  j a c h B r e  à 
Soumbé e t  n o u s  r e c h e r c h e r o n s  un.- s i t e  en z o n e  f o r e s t i è r e  
a&G 
p r è s  d e  B a n g u i  p o u r  c o m p a r e r  d e u x  z o n e s  c l i m a t i q u e s  d i f f é r e n t e s .  


Etude de la dynamique de l'eau dans un sol de RCA : méthodologie, premiers résultats

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