Indicateurs des propriétés physiques du sol

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Voici plusieurs tests permettant d’accéder à un résultat indicatif sur les propriétés physiques d’un sol.


Propriétés physiques du sol

Le sol est un écosystème complexe dans lequel interagissent les matrices minérales et organiques, les fluides liquides et gazeux, des organismes macroscopiques et microscopiques. On peut mesurer l'ensemble de ces éléments par des tests de terrain ou au laboratoire.

Normés ou non, ces tests nous renseignent sur l’aspect biologique (respiration microbienne, abondance faunistique...), sur l’aspect physique du sol (la texture, l’état structural, l’infiltration, la résistance, la présence d’eau...) et sur l’aspect chimique (acidité ou alcalinité, teneur en carbone, teneur en azote...).

L’aspect physique du sol est un mélange de trois phases : la phase solide (« la terre »), la phase liquide (eau libre ou liée) et la phase gazeuse. Pour analyser le sol, on étudie :

  • La granulométrie (taille des particules) et la texture.
  • L’état et la stabilité structurale.
  • La porosité.
  • Les propriétés mécaniques comme la cohésion ou le compactage.
  • Les propriétés hydriques.


La texture

L’agencement des grains solides entre eux forme le squelette du sol. On peut classer ces particules solides selon leur granulométrie, leur taille. On distingue ainsi les particules fines des éléments grossiers.

Eléments

fins

Argiles Inférieures à 2 µm
Limons fins De 2 à 20 µm
Limons grossiers De 20 à 50 µm
Sables fins De 50 à 200 µm
Sables grossiers De 200 à 2000 µm (2 mm)
Eléments

grossiers

Graviers De 0,2 à 2 cm
Cailloux De 2 à 5 cm
Pierres De 5 à 20 cm
Blocs Supérieurs à 20 cm


Les analyses granulométriques se font uniquement sur la terre fine. Les argiles, les limons et les sables possèdent des propriétés différentes (Schwartz, s. d.) :

  • La teneur en argile joue sur les réserves d’eau et les bases échangeables.
  • La teneur en limons a un rôle essentiel sur le tassement.
  • Les sables favorisent le drainage, mais sont inertes sur le plan chimique.

Après l’obtention des pourcentages d’argiles, de limons et de sables, on peut identifier la texture du sol à l’aide d’un triangle des textures.

Triangle des textures


La structure

Les particules de sol peuvent se regrouper sous la forme d’agrégats, maintenues par un ensemble de substances organiques (la glomaline, les exopolysaccharides) qu’on qualifie comme la colle du sol[1] . Ces agrégats peuvent être classés selon leur taille[2] :

  • Les macro-agrégats (supérieurs à 250 μm).
  • Les micro-agrégats (de 20 à 250 μm).

Par ailleurs, nous pouvons également les répertorier selon leur mode d’arrangement : c’est la structure. La structure définie de nombreux paramètres pédologiques comme la porosité (le volume des vides du sol, occupé par de l’eau ou des gaz), la densité apparente, les propriétés d’infiltration...


La stabilité structurale d’un sol est « l’aptitude d’un horizon à maintenir un bon état d’agrégation lorsqu’il est soumis à l’action brutale de l’eau »[3] comme la pluie, le ruissellement ou l’irrigation. C'est un indicateur très important pour considérer la qualité d’un sol, son rendement global[2]. En effet, un bon maintien de la structure permet de diminuer l’effet négatif qu’occasionnent la croûte de battance, l’érosion ou encore le tassement des sols.


Etude de la texture

Ces méthodes permettent de déterminer la texture du sol (argileux, limoneux, sableux) et le diamètre des particules. Ces données sont un support pour, évaluer l’impact de l’activité agricole sur la qualité des sols, estimer la capacité d'adsorption du sol vis-à-vis des métaux et des substances organiques, estimer la quantité de matières en suspension, la quantité de matières sédimentées et pour déterminer le pourcentage de silt et d'argile contenu dans le sol.


Tests terrain

Les tests terrain ont pour avantages de ne nécessiter aucun matériel, d'être faciles à réaliser et gratuits. En revanche, ils sont peu précis car ils ne se basent que sur la compacité du sol.


Test du boudin

  • Prendre une poignée de terre humide et la malaxer jusqu'à obtenir un boudin.
  • Si le boudin est souple et malléable, il s'agit d'une terre argileuse. Si le boudin est fragile et se défait facilement, il s'agit d'une terre limoneuse. S'il est impossible de faire un boudin, il s'agit d'une terre sableuse.


Test du lancer de boule

  • Prendre une poignée de sol humide et la presser pour en faire une boule. Lancer la boule en l'air et la rattraper.
  • Si la boule se désagrège, le sol est pauvre et contient trop de sable. Si la boule reste formée, le sol est probablement bon et contient suffisamment d'argile.


Test de la pression

  • Prendre une poignée de sol et l'humecter pour lier le sol sans qu'il colle à la main. Presser le sol puis ouvrir la main.
  • Si le sol garde l'empreinte de la main, alors il contient une part importante d'argile. Sinon, alors il contient une part importante de sable.


Test de la pâte à tarte

  • Prendre une poignée de terre humide. L'étaler en la roulant avec une bouteille.
  • L'épaisseur de la pâte vous indique la texture du sol : moins de 3 mm d'épaisseur :sol argileux, de 3 à 5 mm d'épaisseur : sol limoneux, et impossible d'étaler la pâte sans la briser : sol sableux.


Tests hors terrain ou en laboratoire

Ces test permettent de déterminer la texture du sol en classant les particules par classes de diamètres. La connaissance des éléments présents dans le sol permet de mieux comprendre les capacités de son sol.

Méthode du bocal

Observation de la densité des particules de sol. Cette méthode est non faisable sur le terrain car elle est trop longue.

  • Trouver un bocal transparent avec des bords lisses. Remplir à moitié le bocal de terre et remplir le reste du bocal avec de l'eau. Refermer le bocal en laissant un peu d'air. Remuer pendant 3 minutes puis laisser reposer pendant 30 minutes. Ensuite, remuer de nouveau 3 minutes. Laisser reposer pendant au moins 24 heures afin que les particules les plus fines puissent se déposer.
  • Les strates observables dans le bocal possèdent des épaisseurs différentes. En mesurant ces épaisseurs, nous pouvons en déduire le pourcentage de limon, d'argile et de sable contenu dans le sol étudié.
  • Particules les moins denses : particules d'argiles (terre fine). Les plus denses : particules de sable, de cailloux, de graviers. A la surface de l'eau flottent les débris végétaux divers.
Test du bocal pour déterminer la texture d'un sol à partir du classement gravimétrique des particules de sol.


Analyse granulométrique par tamisage

Tri, par des tamis standards, de grains grossiers dans l'échantillon de sol étudié.

Matériel : Une balance, un agitateur, des tamis de différentes tailles.

  • Pour des grains inférieurs à 80μm.
  • Sécher une masse de sol connue et la séparer par vibration sur une série de tamis superposés (de la maille la plus large à la maille la plus fine). Peser le contenu de chaque tamis.
  • Tri, par des tamis standards, de grains grossiers dans l'échantillon de sol étudié. Courbes cumulatives de tamisat (% de grains inférieurs à une taille donnée) en fonction du logarithme décimal de la taille (courbe granulométrique).
  • La méthode permet d'estimer la quantité de matières en suspension et la quantité de matières sédimentées.


Analyse granulométrique par sédimentation

Mesure de la vitesse de décantation des grains fins à très fins en complément

de l'analyse par tamisage. Pour des grains entre 80μm et 1μm.

Matériel : Un agitateur, un cylindre de sédimentation, un hydromètre ou densimètre et un thermomètre.

  • Introduire un agent dispersant. Mélanger la solution et le sol à l'aide d'un agitateur. Verser la suspension dans un cylindre de sédimentation de 1L et ajouter de l'eau distillée afin d'avoir une suspension totale de 1000 mL. Laisser reposer le sol 16h afin d'atteindre la saturation complète. Mélange 30 à 40s pour un sol à gros grains contenant des fines (granulats composés d'éléments de très petites dimensions), et 1 à 5 min pour les sols à grains fins. Boucher et agiter vigoureusement le cylindre pendant 1 min puis le déposer dans un endroit stable et exempt de vibration. Noter le temps de départ de la sédimentation. Mesurer la concentration et la vitesse de chute des particules de sol à l'aide d'un hydromètre après des temps définis. Le cylindre doit être renversé de bas en haut à plusieurs reprises. Mesurer la température à chaque fois que l'on mesure la concentration.
  • Mesurer la vitesse de décantation des grains fins à très fins. Le diamètre maximum des particules encore en suspension est calculé par la loi de Stokes. Ensuite, une courbe granulométrique pourra être établi.


Granulomètre à diffraction laser

Mesure des distributions granulométriques des particules en mesurant la variation angulaire de l'intensité de lumière diffusée lorsqu'un faisceau laser traverse l'échantillon de particules dispersées.

Matériel : Un granulomètre à diffraction laser et un ordinateur.

  • L'échantillon à analyser est inséré dans le passeur d'échantillons. Ce dernier dispose d'un agitateur et d'une pompe, et fait ainsi circuler l'échantillon au travers d'une lentille située dans le granulomètre. Deux rayons lasers sont utilisés lors de la mesure.
  • Mesure des distributions granulométriques des particules en mesurant la variation angulaire de l'intensité de lumière diffusée lorsqu'un faisceau laser traverse l'échantillon de particules dispersées. Histogramme de répartition par classe granulométrique. Calcul des principaux paramètres : diamètre moyen, dispersion, surface spécifique.
Méthode Positif Négatif
Analyse par

tamisage

Obtention de

la vraie taille

de la particule.

Permet d'estimer

la capacité

d'adsorption du sol

vis-à-vis des métaux

et des substances

organiques.

N'intègre pas

la forme de la

particule.

Les particules

agglomérées

pendant le séchage

peuvent fausser

les résultats.

Niveau expert.

Analyse

par

sédimentation

Précis.

Permet de déterminer

le pourcentage de

silt et d'argile.

Analyse très

longue.

Niveau expert.

Analyse au laser Bonne

reproductibilité.

Bonne

résolution

spectrale.

Permet de déterminer

le pourcentage de silt

et d'argile.

Limitée par la

longueur d'onde

du faisceau

laser et par la

transparence

des grains.

Niveau expert.

Méthode

du bocal

Facile.Peu coûteux.Niveau débutant. Non précis.


Etude de l’état structural

Ces méthodes permettent d’évaluer la fertilité physique d'une sol, d'observer les changements dans la structure du sol liés aux passages d'engins (tassement, croûte de battance, semelle de labour) et d'observer l'enracinement et la circulation de l'eau. Le but est d'aider à prendre des décisions tactiques, d’anticiper les effets futurs de la culture et ainsi de définir un itinéraire de travail approprié au type de sol. Chaque paramètre se voit attribuer une note de 0, 1 ou 2 (notes intermédiaires possibles). Ainsi, une note globale de l'état structural est attribuée au sol étudié : satisfaisant : supérieur à 25, moyen : de 10 à 25, et mauvais : inférieur à 10. Ces tests se font exclusivement sur le terrain.


Test bêche

Matériel : Une bêche, une bâche et un mètre.

  • Vider une prétranchée pour éviter de tasser le bloc à observer en le prélevant. Prédécouper les côtés du bloc à observer sur 20 cm de côté à la bêche. Enfoncer la bêche à environ 25 cm de profondeur. Basculer doucement la bêchée et la poser délicatement sur la bâche.


Mini profil 3D

Méthode intermédiaire entre le test bêche et le profil cultural.

Matériel : Un chargeur télescopique.

  • Rapprocher les 2 palettes du chargeur avec un écartement de 20 à 30 cm puis enfoncer complètement les palettes dans le sol avec un angle de 30 à 45°. Lever légèrement sans-à-coups puis redresser les palettes pour éviter l'effondrement du bloc.


Profil cultural

Matériel : Une bêche ou une pelle mécanique, un couteau et un mètre.

  • Repérer une zone représentative de la parcelle. Choisir les dimensions du profil ainsi que la face d'observation (pour éviter tout tassement lors du creusement). Creuser la fosse et commencer les observations.
Méthode Positif Négatif
Test

bêche

Facile à utiliser.

Peu

d'équipement.

Peu précis.

Difficile pour :

sols

caillouteux,

trop secs,

très humides.

Mini

profil

3D

Observation à

hauteur des yeux.

Peu destructeur.

Simple.

Rapide.

Meilleure vision

de la structure et

de l'enracinement.

Outil

spécifique.

Peu de

prélèvements

possibles.

Profil

cultural

Observation à plus

grande échelle.

Peu couteux.

Long (2/3 h

par profil).

Zone

restreinte.


Etude de la stabilité structurale

Ces méthodes s’appuient sur l’observation de la détérioration d'une motte de terre au contact de l'eau. Elles permettent d’évaluer l’impact de l'activité agricole sur la structure, donc d’adapter les pratiques agricoles, d’évaluer la fertilité physique d'un sol et les changements de structure. Le test de Bissonnais et le kit de stabilité des agrégats nécessitent l'usage d'un laboratoire. Le slake test se fait exclusivement sur le terrain.


Slake test

Matériel : Des récipients, des tamis et de l'eau.

  • Remplir d'eau de petits récipients en plastique. Introduire un tamis à l'intérieur. Mettre une motte de terre sur le tamis. Mesurer la vitesse à laquelle la motte de terre se dégrade.
  • Si la motte reste entière, le sol possède une très bonne stabilité structurale, si elle se dégrade totalement, le sol a une très mauvaise stabilité structurale.


Test de Le Bissonnais

Ce test permet de déterminer si des agrégats de sol sont stables sous l’action brutale de l’eau, dans les différentes conditions climatiques, hydriques et structurales que l’on peut rencontrer à la surface du sol.

Matériel : Une bêche, des boîtes de prélèvement, des tamis, une étuve, de l'éthanol.

  • Echantillonnage (les agrégats récupérés pour faire les tests sont compris entre 3 et 5 mm), préparation et 3 traitements. Les 3 traitements sont l’humectation rapide par immersion, l’humectation lente par capillarité et la désagrégation mécanique par agitation après réhumectation. A la fin de ces traitements, une séparation granulométrique des fragments est effectuée (tamisage dans l'éthanol, tamisage après séchage).
  • Les résultats sont soit sous la forme d'histogrammes (distribution de la taille des agrégats) soit sous la forme des Diamètres Moyens Pondérés (DMP). La moyenne des DMP permet d’obtenir une valeur synthétique unique. Les rapports entre les DMP des différents tests permettent de faire apparaître la part respective de chacun des mécanismes.
Mode opératoire général de la méthode de Le Bissonnais


Kit de stabilité des agrégats

Matériel : Des tamis, un système test, une balance, un dispersant, des chiffons, de l'eau déminéralisée, un moyen de séchage.

  • Prélever un échantillon de sol. Le passer au tamis, maille 2 mm, afin de récupérer les éléments fins. Déterminer la masse initiale de chaque tamis vide (de 0,25 mm).
  • Placer 10 grammes de sol en notant le poids exact (P1). Placer les tamis remplis de sol sur un chiffon humide pour que les échantillons se ré-humidifient par capillarité (pendant 5 minutes). Placer les tamis à l'intérieur de la boîte puis procéder au trempage des échantillons dans un bac d'eau désionisée ou distillée (distance verticale de 1,5 cm à raison de 30 cycles par minute) pendant 3 minutes. Après les cycles, placer les tamis sur un chiffon sec. Sécher les échantillons à l'aide d'un sèche-cheveu ou à l'étuve (60°C pendant 24h). Après séchage, les poids de chaque tamis ont été enregistrés (P2).
  • Pour déterminer la quantité de sable, les tamis ont été immergés dans 10g de dispersant de solution de Calgon pendant 5 minutes en effectuant les cycles de trempage. Rincer les échantillons jusqu'à ce qu'il ne reste que les particules primaires. Placer les échantillons sur un chiffon sec puis les faire sécher. Après séchage, le poids de chaque tamis a été enregistrés (P3).
  • Pourcentage d'agrégats stables à l'eau = ((P2- P3) / (P1-P3)) x 100.
Méthode Positif Négatif
Slake test Facile.Evalue l'impact

de l'activité

sur la structure

des sols.

Test de Le

Bissonnais

Niveau expert

(comparaison

avec des échantillons

standard).

Pour observer les

changements

dans la structure

du sol (tassement,

croûte de battance,

semelle de labour).

N'indique pas tout

ce qui se passe in situ.

A combiner avec

d'autres tests

(de battance, de

ruissellement et

d'érosion).

Kit de

stabilité

des agrégats

Facile.Peu coûteux.

Sur terrain ou en

laboratoire.

Pour observer les

changements

dans la structure

du sol (tassement,

croûte de battance,

semelle de labour).

Peu précis.


Etude de la perméabilité

Ces tests permettent de déterminer la capacité d'infiltration d'un sol. Ils permettent de comprendre le comportement hydrodynamique des sols, en particulier la naissance du ruissellement, la capacité d'infiltration des horizons superficiels, soumis à différents systèmes de culture, la perméabilité des horizons sous-jacents, et de diagnostiquer des problèmes d'érosion. Ces tests se font exclusivement sur terrain.


Essai à la fosse (ou essai Matsuo)

Mesure du débit déversé dans la fosse pour maintenir une hauteur d'eau constante.

Matériel : Un tractopelle ou une mini-pelle.

  • Creuser une fosse de dimensions connues. La remplir d'eau en maintenant une hauteur d'eau constante.
  • On mesure une première fois un débit Q1 (débit qu'il faut pour maintenir la hauteur d'eau dans la fosse). Puis on allonge la fouille d'une certaine longueur et on mesure à nouveau le débit Q2. La différence des 2 débits mesurés est le débit absorbé par la longueur supplémentaire de fouille. En allongeant la fouille, on élimine l'influence des extrémités.


Test de Beerkan

Mesure la vitesse d'infiltration de l'eau en condition de sol humide et ressuyé.

Matériel : Des bouteilles d'eau, un cylindre PVC, une masse, une cale, une bêche, un couteau, un ciseau.

  • Sur une surface plane, enfoncez le cylindre de 2 à 3 cm dans le sol. Verser de l'eau (plusieurs itérations sont nécessaires).
  • Mesurer le temps d'infiltration. Tracer des courbes représentant les cumuls d'eau infiltrée en fonction des temps d'infiltration. Le temps d'infiltration augmente progressivement (l'eau versée remplit les pores du sol) puis atteint généralement un régime stable (l'eau contenue dans les pores s'écoule). Il faut calculer la vitesse d'infiltration durant le régime stable.
  • La forme des tâches humides renseigne sur les différences d'infiltration des horizons successifs : risques de drainage oblique et la résistance de chaque horizon à l'infiltration.


Test de Muntz (ou méthode conventionnelle des doubles anneaux)

Mesure de la descente du niveau d'eau dans l'anneau interne pour connaître la perméabilité verticale.

Matériel : Un système à double anneaux, un mètre, 2 éprouvettes avec des systèmes de flotteur.

  • Sur une surface plane, enfoncez les cylindres de plusieurs centimètres dans le sol. Remplir en eau les éprouvettes (avec un système de flotteur) et mettre en eau le cylindre central : la mise en eau est réalisée en cassant le jet pour éviter toute dégradation du sol.
  • Déclencher le chronomètre puis mettre rapidement le second anneau en eau et poursuivre la mesure jusqu'à l'obtention d'une vitesse d'infiltration stable.
  • Réaliser un graphique représentant le volume d'eau infiltré en fonction du temps : on obtient un débit lorsque la courbe devient une droite.
  • Calcul identique à la méthode Porchet (charge constante). La seule différence réside dans la surface d'infiltration (l'eau ne peut s'infiltrer que par le fond).


Méthode Porchet

Mesure de la descente du niveau d'eau dans un trou de sondage (charge variable) ou dans une éprouvette (charge constante).

Matériel : Un mètre, un flotteur ou un vase de Mariotte, une éprouvette, une tarière.

  • Creuser un trou cylindrique de diamètre et de profondeur connus. La profondeur du sondage dépend du type de sol.
  • Après l'avoir rempli d'eau, on mesurera la vitesse d'infiltration dans le sol pour la méthode à charge variable. Il est nécessaire au préalable de saturer en eau les parois de la cavité, pour respecter au mieux les hypothèses de calcul (loi de Darcy).
  • Réaliser un graphique représentant le volume d'eau infiltrée en fonction du temps : on obtient un débit lorsque la courbe devient une droite.

Pour la méthode à charge constante, installer d'abord un dispositif permettant de conserver une charge constante (vase de Mariotte, flotteur...) puis remplir le trou d'eau et vérifier que la charge reste constante.


Perméamètre de Guelph

Mesure du volume d'eau infiltrée au cours du temps (charge hydraulique constante).

Matériel : Un perméamètre de Guelph, une tarière.

  • Creuser un trou cylindrique de diamètre et de profondeur connus. Positionner le perméamètre dans le trou, le bas doit toucher le fond du trou, puis stabiliser le trépied. Remplir le perméamètre d'eau et procéder aux mesures.
  • On obtient un niveau d'eau (au niveau des réservoirs du perméamètre) et un temps. Calculer la différence de niveau (dh) et la différence de temps (dt) entre deux mesures et calculer le rapport dh/dt. Lorsque le sol est saturé, le rapport dh/dt se stabilera.
  • Il faut réaliser un deuxième test, au même endroit, à une charge différente, généralement supérieure. Le calcul déterminant la perméabilité tient compte des deux essais.
Méthode Positif Négatif
Essai à la fosse Simple.

Peu coûteux.

Peu

précis.

Test de Beerkan Simple.

Fiable.

Graphiques

facilement

interprétables.

Compare les

techniques

culturales sur

les parcelles.

Quantifie et

localise

les zones de

compaction.

Long si solargileux.
Test de

Muntz

Simple.

Graphiques

facilement

interprétables.

Sans réalisation

d'une cavité.

Besoin de beaucoup

d'eau et de temps.

Ne convient pas pour

des pentes >à 5%.

Ne donne pas le même

classement des sols

pour des conditions

de pluies naturelles.

Méthode Porchet Rapide.

A faible coût.

Avec peu de

matériel.

Ne fournit pas des

résultats exacts en

valeur absolue.

Perméa-mètre de Guelph Matériel léger

et résistant.

Peut être fait

par 1

personne.

Niveau expert


Etude de la résistance

Ces tests permettent de déterminer la résistance des terrains, en déterminant l'épaisseur et la profondeur des différentes couches du sol et en effectuant des contrôles de compactage. Ces tests ne nécessitent pas de laboratoire. La plupart des méthodes sont simples, rapides, économiques et peuvent être répétées.


Test du tournevis

Mesure de l'enfoncement.

Matériel : Un tournevis.

  • Faire pénétrer un tournevis classique dans un sol.
  • Selon la position de la main pour faire pénétrer l'outil à 10 cm, on observe 3 résultats:
    • Sol tendre : prise entre le pouce et l'index.
    • Sol mi-dur : prise à pleine main.
    • Sol dur : prise en forme de poing d'en haut.


Test à la houe (piochard)

Mesure de l'enfoncement.

Matériel : Une houe.

  • Enfoncer l'outil dans le sol de sorte que l'outil y reste planté de lui-même après la frappe. Essayer de cisailler le sol.
  • Selon la position du corps pour faire le test, on observe plusieurs résultats :
    • Sol tendre : test effectué avec une main.
    • Sol entre tendre et mi-dur : test effectué avec deux mains.
    • Sol mi-dur : test effectué avec une main et les jambes fléchies.
    • Sol entre mi-dur et dur : test effectué avec deux mains et les jambes fléchies.
    • Sol dur : test impossible.


Essai de pénétration

Mesure de l'enfoncement.

Matériel : Des tiges lisses, une masse.

  • Faire pénétrer dans le sol par battage un train de tiges lisses, muni à son extrémité d'une pointe de section connue. Le battage est assuré par une masse tombant d'une hauteur bien déterminée.
  • Pour une énergie de battage constante, on compte le nombre de coups de masse correspondant à un enfoncement donné du train de tiges dans le terrain. Ce nombre purement empirique peut par la suite être transformé en une résistance dynamique en fonction du type du pénétromètre utilisé.


Essai scissométrique

Mesure de la contrainte du cisaillement à la rupture (ou cohésion non drainée) pour les sols mous purement cohérents (vase, tourbe, argile molle).

Matériel : Un scissomètre (tige munie à son extrémité de 2 palettes verticales de mêmes dimensions et perpendiculaires entre elles). Il existe deux autres formes de cet appareil, le scissomètre de laboratoire et le scissomètre de poche.

  • Enfoncer le scissomètre par un vérin à la profondeur voulue, puis appliquer un moment de torsion sur la tige.
  • Permet de représenter graphiquement la contrainte de cisaillement dans le sol en fonction de la rotation imposée au moulinet ou à la palette.


Essai pressiométrique

Matériel : Un pressiomètre (un contrôleur pression/volume, une sonde pressiométrique et une tubulure de liaison), un réservoir de gaz.

Mesure de la dilatation d'une sonde cylindrique radialement dans un forage pour déterminer la relation entre la pression appliquée par la sonde sur les parois du forage et le déplacement des parois du forage.

  • Dans un forage réalisé préalablement, introduire une sonde cylindrique à une profondeur connue et procéder à la mesure.
  • Faire des mesures à des profondeurs différentes. On détermine 3 paramètres : la pression de fluage, la pression limite et le module de déformation pressiométrique.
  • Permet d'obtenir une courbe de variation volumétrique du sol en fonction de la contrainte appliquée, et de définir une relation contrainte-déformation du sol en place.
Méthode Positif Négatif
Test du

tournevis

Informations sur la consistance

du sol avant le

passage des

machines

et sur la résistance

du sol au

cisaillement.

Débutant.

Peu précis.
Test à la

houe

Permet de calculer

la cohésion du sol.

Débutant.

Peu précis.
Par

pénétration

Plusieurs essais

possibles de

pénétration

statique CPT,

dynamique DPT,

au carottier SPT.

Expert.
Au

scissométre

Pas sur sols

non saturés,

hautement

perméables

ou aux argiles

fissurées.

Expert.

Par

pression

Informe

sur la rhéologie

du terrain.

Appareil délicat

à manier.

Seulement une

reconnaissance ponctuelle

(tous les mètres au mieux).

Temps de réalisation long.

La qualité des mesures

dépend de la qualité

du forage.

Expert.


Etude de la présence d'eau

Ces méthodes permettent de choisir le type d'irrigation en fonction de l'humidité des sols. La dernière (avec le tensiomètre) permet d'étudier la pollution en sous-sol et mieux ajuster le dosage des engrais.

Test tactile

Apprécier l'état d'humidité d'un sol grâce au toucher. Sur terrain.

  • Prendre une poignée de sol et malaxer du bout des doigts.
  • On observe 5 modalités pour qualifier le sol :
    • Sec : Pas d'humidité décelable).
    • Frais.
    • Humide : Echantillon malléable, humidité voisine de la capacité au champ.
    • Très humide.
    • Saturé : Présence d'eau libre.


Méthode gravimétrique

Déterminer la teneur pondérale en matière sèche et en eau d'un sol : mesure de la différence de masse avant et après chauffage. En laboratoire.

Matériel : Une étuve, un dessiccateur, une balance analytique, un récipient n'absorbant pas l'humidité, une cuillère.

  • Placer une masse connue de sol dans un récipient préalablement séché et pesé. Déterminer la masse de l'échantillon et du récipient (m1). Placer le tout dans une étuve à 105°C jusqu'à obtenir une masse constante. Laisser refroidir le récipient dans un dessiccateur durant au minimum 45 minutes. D'autres moyens de séchage peuvent être utilisés (non normés) : le séchage par infrarouge, le séchage par source à halogène, le séchage par micro-onde.
  • Déterminer la masse du récipient (m2).
  • A la fin, on obtient la teneur en matière sèche et la teneur en eau pondérale. Attention, il y a des erreurs systématiques lorsque l'échantillon est hygroscopique et absorbe l'humidité de l'air après le séchage et avant de pouvoir être pesé).


Méthode par sonde à neutrons

Mesure de l'humidité sur le principe de la modération des neutrons rapides par les atomes d'hydrogène. Sur le terrain.

Matériel : Une tarière, une sonde à neutrons (un tube d'accès, un compteur, une source de neutrons rapides et un détecteur de neutrons thermalisés).

  • Installer dans le sol un tube d'accès (4 à 5 cm de diamètre), fermé à son extrémité inférieure. Descendre la sonde à neutrons dans le tube d'accès.
  • Mesurer le flux de neutrons thermalisés.
  • A la fin, on obtient la densité des neutrons lents.


Méthode de Richards ou méthode de la presse à membrane

Extraction de l'eau contenue dans un échantillon de sol soumis à une pression déterminée dans une enceinte fermée. En laboratoire.

Matériel : Une chambre d'extraction, une pipette, des béchers, une bouteille d'air comprimé, une étuve, une balance.

  • Les presses ont des caractères différents suivant les pressions qu'elles peuvent supporter. On distingue les presses à haute pression (P>3 bars) et les presses à basse pression (P<3 bars). On distingue également les presses à plaque et les presses à membrane.
  • Sur la plaque de porcelaine poreuse, placer les anneaux pour retenir le sol et verser dans ces anneaux les échantillons de sol et niveler. Ajouter l'eau déminéralisée sur les plaques de porcelaine posées dans un bac de saturation. Tremper les échantillons par capillarité et laisser un excès d'eau stagner sur les plaques de porcelaine. Laisser jusqu'au lendemain.
  • Au bout de 24h, enlever l'eau en excès des plaques de porcelaine avec une pipette ou une seringue. Monter les plaques de porcelaine dans la chambre d'extraction et connecter à l'intérieur les tubes d'évacuation d'eau. Fermer hermétiquement l'extracteur par serrage des écrous du couvercle. Connecter un tube collecteur en caoutchouc aux tubes d'évacuation extérieure et les amener ensemble dans un bécher en verre pour collecter l'eau extraite. Ouvrir la valve de régulation du collecteur. Ouvrir la bouteille d'air comprimé jusqu'à obtenir la bonne pression dans l'appareil. Laisser sous pression 48h. Ne pas oublier de fermer les extrémités des tubes d'évacuation pour éviter que l'eau remonte après relâchement de la pression.
  • Transférer rapidement les échantillons dans des béchers préalablement pesés et numérotés. Les peser avec le sol humide. Les mettre dans une étuve pendant 24h. Peser les béchers contenant la terre séchée.
  • A la fin, on obtient la teneur en eau correspondant à la rétention de l'eau des échantillons.


Méthode TDR

Mesure du temps de propagation dans le sol d'une onde électromagnétique à haute fréquence. Sur le terrain.

Matériel : Un réflectomètre (un générateur de signal, un guide d'onde, un coupleur, un oscilloscope, un échantillonneur), une tarière.

  • Enfoncer les deux tiges métalliques de l'appareil TDR dans le sol et faire une mesure.
  • Le générateur de signal émet une impulsion de type échelon qui se propage via un câble coaxial le long des guides d'ondes constitués de tiges métalliques parallèles. Arrivé à l'extrémité finale des guides, le front d'onde est réfléchi et repart vers l'oscilloscope qui enregistre les variations d'amplitude du signal en fonction du temps, en début du câble.
  • Des projets de recherche visent à obtenir, à partir d'une seule mesure par réflectométrie temporelle, un profil hydrique de sol, et non plus une mesure ponctuelle moyenne. Le temps de propagation des ondes varie selon la valeur de la permittivité relative du sol. La permittivité mesurée du sol est fonction des permittivités de ses constituants (air, particules minérales, eau). Celle de l'eau dominant largement, c'est la teneur relative en eau qui impose la permittivité globale ou effective du sol. Un étalonnage permet de relier celle-ci à la teneur en eau volumique du sol.


Méthode de mesure avec le tensiomètre à bougie poreuse

Déterminer la succion du sol par prélèvement de solution du sol à l'aide de lysimètres à céramique poreuse. Sur le terrain.

Matériel : Un tensiomètre à bougie poreuse avec le manomètre à vide, une pompe à vide manuelle, une tarière, des flacons, un bécher, de l'eau déminéralisée.

  • Remplir le tensiomètre d'eau très légèrement colorée. Suspendre le tube hors de l'eau durant quelques minutes. Plonger le tensiomètre dans la même eau colorée de manière à noyer complètement la bougie poreuse. A l'aide de la pompe à vide manuelle, aspirer de l'eau dans le tensiomètre, sur une hauteur de 3 à 4 mm dans le tube. Finir le remplissage d'eau dans le tube en vérifiant qu'aucune bulle de gaz soit piégée dans le tube. Fermer le tube avec un bouchon. Contrôler sur le manomètre la valeur de la pression. Placer la bougie poreuse dans le sol et réaliser les mesures.
  • Au départ, l'eau contenue dans le tensiomètre est à la pression atmosphérique. Dans le sol, les films d'eau autour des particules au contact de la bougie poreuse se développent également sur cette partie du tensiomètre. Lorsque le sol s'assèche, les films d'eau deviennent plus fins et plus limités. Le tensiomètre sur le terrain maintient constamment un équilibre entre le potentiel matriciel de l'eau dans le sol et le potentiel de l'eau dans le tube.


Méthode Positif Négatif
Test

tactile

Simple.

Gratuit.

Rapide.

Pas précis.
Méthode

gravimétrique

Un grand

nombre

d'échantillons

peut être

analysé

simultanément.

Peu coûteux.

Facile.

Mesures

longues.

Erreurs

systématiques

(avec l'humidité

de l'air).

Méthode

par

sonde à

neutrons

Mesures rapides

et non

destructrices.

Niveau

intermédiaire.

Nécessite l'étalonnage

pour chaque

site/horizon.

L'appareil est

mal adapté

à la détection de

fronts abrupts

d'humidité.

Les mesures

sont délicates à

la surface du sol.

Emets des ondes

radioactives.

Méthode

de

Richards

Matériel

coûteux.

Manipulation

dangereuse.

Expert.

Méthode

TDR

Simple.

Bonne précision.

Peut être

automatisée et

répétée pour des

analyses en

continu.

Expert.
Méthode

avec le

tensiomètre

Précis. Expert.


Une vision encore partielle

Pour déterminer la qualité globale d’un sol, l’analyse d’un seul indicateur n’est pas pertinente. En effet, le sol est un milieu très complexe et en constante interaction avec l’écosystème environnant. Il est donc parfaitement logique de raisonner à plus grande échelle en se penchant sur plusieurs indicateurs à la fois, aussi bien des indicateurs sur la biologie des sols, sur les propriétés physiques et sur les propriétés chimiques.


Une analyse du sol peut aussi être réalisée par des experts. Il existe, par exemple, une méthodologie développée par les chercheurs de l’IRD et du Cirad pour évaluer la santé des sols en étudiant leur activité biologique : Biofunctool®. Cette méthode repose sur une évaluation multi-critères des trois fonctions essentielles à la vie du sol et des organismes qui le compose : la dynamique du carbone, le cycle des nutriments et le maintien de la structure du sol.

Cette analyse peut-être réalisée soit par les experts du Cirad et de l’IRD (dans le cadre de prestations ou dans le cadre de projet de recherche et développement), soit par des experts agronomes qui ont reçu la formation (2023).


Sources

INRAE, SOLAE, Mégane PEREZ (2021), Contribution à l’appropriation et à la généralisation de l’utilisation d’indicateurs d’évaluation de la qualité des sols en Provence –Alpes – Côte d’Azur, rd-agri, https://opera-connaissances.chambres-agriculture.fr/doc_num.php?explnum_id=163817


Annexes


  1. NRCS 2010
  2. 2,0 et 2,1 Gauthier, s. d.
  3. Baize, 2016
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