Modélisation de l’évolution de l’infiltrabilité à partir de la représentation de la dynamique des états de surface du sol

 L’inltrabilité du sol évolue entre les actions culturales sous l’eet de diérents processus biophysiques que nous avons cherché à modéliser. On a ainsi présenté dans les chapitres précédents un modèle d’évolution des états de surface des sols nus après travail du sol et un modèle de dynamique du couvert herbacé pour les sols entretenus par travail du sol, désherbage chimique ou une combinaison des deux. On présente dans cette partie comment les deux modélisations sont conjuguées pour permettre une modélisation dynamique des états de surface du sol. En eet, notre approche pour représenter la dynamique de l’inltrabilité de la surface du sol passe par la détermination des états de surface du sol et pratiquement par l’utilisation d’une typologie d’états de surface adaptée à notre zone d’étude (Andrieux et al., 2001). Dans cette typologie, chaque type d’état de surface a été déni en terme d’inltrabilité de surface du sol par des mesures réalisées au simulateur de pluie. On peut donc représenter la dynamique d’inltrabilité en modélisant l’évolution des états de surface. Cependant, cette approche pose diérentes questions auxquelles cette partie tente de répondre :  Les états de surface tels que dénis dans la typologie ont une variation discrète, comment passer de cette évolution discrète à la dynamique continue de l’inltrabilité du sol ?  Les modélisations mises en oeuvre pour représenter les facteurs de variations des états de surface reposent sur la représentation de diérents processus qui se déroulent en parallèle dans le temps, comment alors les combiner ?

Matériel et méthodes

La démarche générale mise en oeuvre a consisté à réaliser une représentation de l’évolution de l’inltrabilité sur sols nus puis de la compléter avec l’eet de la couverture herbacée en cherchant à évaluer et à intégrer les eets potentiels croisés entre les deux processus. La modélisation ainsi construite permet de simuler diérents itinéraires techniques d’entretien 203 204 Chapitre 7 : Modélisation de l’évolution de l’inltrabilité du sol. Rappelons qu’on ne s’intéresse pas à la dynamique de l’inltrabilité sur les zones entretenues par enherbement permanent, considérant que l’inltrabilité y est stable. 

L’évolution de l’inltrabilité dans le cadre de l’évolution des états de surface sur sols nus

Figure 7.1  Les trois types d’états de surface modélisés sur sols nus après travail du sol Le modèle présenté au chapitre 4 simule la dynamique des états de surface après un travail du sol pour des sols présentant des croûtes de type structurales comme c’est majoritairement le cas pour notre zone d’étude. En se basant sur le cumul d’énergie cinétique à partir de la date de travail du sol et le taux de couverture du sol par les cailloux, une régression logistique fournit des probabilités d’occurence pour trois types d’états de surface (gure 7.1) : un état fraîchement travaillé très inltrant (nommé T), un état qui présente un développement partiel de la croûte de surface et une compaction limitée (nommé TCst), un état croûté et compacté de la surface du sol (nommé Cst). Le modèle montre que les cumuls d’énergie cinétique nécessaires au passage de l’état créé par le travail du sol (T) à l’état suivant (TCst) sont faibles et que l’évolution est conditionnée uniquement par l’énergie cinétique. Par la suite, l’évolution de l’état TCst à l’état Cst est plus progressif sous l’eet de la pluie et de la présence plus ou moins importante de cailloux, ceux-ci accélérant l’évolution. Compte tenu de ces dynamiques, on représente la dynamique de l’inltrabilité comme représentée sur la figure 7.2. Figure 7.2  Représentation de l’évolution de l’inltrabilité sur sol nu après un travail du sol On considère que tant que le modèle indique une plus forte probabilité de l’état T, l’inltrabilité n’évolue pas. En eet, le passage de T à TCst nécessite peu d’énergie cinétique de la pluie, la transition est rapide. L’inltrabilité est alors maximale et correspond à la valeur associée dans la typologie à l’état de surface T soit K = KT = Kmax. Une fois que le modèle indique une plus forte probabilité de l’état de surface TCst, la dynamique d’évolution pouvant être plus lente, on dénit une évolution progressive de l’inltrabilité. L’évolution est considérée comme linéaire entre deux cumuls d’énergie cinétique (A et B) qui sont respectivement, pour un sol avec une couverture en cailloux donnée, le cumul nécessaire pour que la probabilité d’observer 7.2 Matériel et méthodes 205 TCst soit plus grande que celle d’observer T (A) et le cumul nécessaire pour que la probabilité d’observer Cst soit plus grande que celle d’observer TCst (B) (gure 7.3). Dans ce cas K = Kmax − ( (Kmax−Kmin) (CumEC −A) (B−A) ). Figure 7.3  Forme des courbes de probabilités des trois diérents types d’état de surface selon le cumul d’énergie cinétique Dès que le modèle indique une probabilité plus forte pour Cst, on considère que l’évolution de l’in- ltrabilité est limitée, les valeurs d’inltrabilité associées à cet état de surface dans la typologie étant de 10.8 mm/h. On fait alors l’hypothèse que l’inltrabilité a atteint sa valeur minimale et n’évolue plus : K = KCst = Kmin. Pour les sols non travaillés, on suppose que l’état de surface est stable et a atteint son stade de dégradation maximum correspondant à la présence d’une croûte continue consolidée et à une inltrabilité équivalente à Kmin.

L’évolution de l’inltrabilité sous l’effet du développement de la couverture herbacée 

Sur un état de surface évolué présentant une croûte structurale continue et consolidée Dans la typologie des états de surface est déni un type qui correspond à la couverture d’un sol croûté par des plantes herbacées à hauteur de 50% ou plus (nommé VCst). Cet état est associé à une inltrabilité de 26.4 mm/h. Par rapport à un état de surface du sol croûté de type Cst, la présence de végétation permet un gain d’inltrabilité important. Nous représentons ce gain sur la base des hypothèses suivantes, dont les deux premières sont directement issues des observations in situ d’Andrieux et al. (2001) :  Quand la couverture herbacée est inférieure à 25%, l’augmentation est considérée nulle et l’inltrabilité reste égale à celle de Cst, à savoir Kmin.  Quand la couverture herbacée dépasse les 50% de la surface, l’augmentation d’inltrabilité est maximale et stable, elle est égale à KV Cst.  Entre 25 et 50%, on suppose que l’augmentation de l’inltrabilité est strictement proportionnelle à l’augmentation de taux de couverture à partir de la valeur de 25%. Cette phase non prévue par la typologie d’Andrieux et al. (2001) permet de représenter l’évolution progressive de l’inltrabilité entre les stades Cst et VCst.  Figure 7.4  Représentation de l’évolution de l’inltrabilité sous l’eet de la croissance d’un couvert herbacé sur un sol compacté présentant une croûte structurale continue (Cst) Le modèle peut ainsi être exprimé de la manière suivante (gure 7.4) : soit Tc le taux de couverture herbacée du sol, Si Tc < 25%, K = Kmin ; Si 25%6Tc650%, K = Kmin + (KV Cst − Kmin) (T c−25) (50−25) ; Si Tc > 50%, K = KV Cst. 

Sur un état de surface ne présentant pas de croûte structurale consolidée

Dans les cas où l’entretien du sol est réalisé partiellement ou totalement par travail du sol, il peut y avoir en théorie concomitance entre les processus de consolidation et de croûtage de la surface du sol et les processus de développement de la couverture herbacée. Ce cas est toutefois peu probable car, le plus souvent, dans le temps nécessaire à la croissance des adventices après un travail du sol, les pluies qui surviennent font évoluer l’état de surface jusqu’au niveau le plus évolué en termes de croûte et de compaction (Cst). Cependant, de manière exceptionnelle, des couvertures entre 25 et 50% par la végétation ont pu être observées sur des sols à croûte non consolidée (TCst) lors de campagnes de relevés des états de surface sur le bassin versant de Roujan. Par exemple, ce cas n’a été rencontré que 5 fois en 2007 sur 625 observations concernant 42 parcelles. Par souci d’exhaustivité, il nous a néanmoins semblé important d’en proposer une modélisation.  Nous avons donc généralisé les choix de représentation de l’évolution de l’inltrabilité due au développement de couverture herbacée pour les sols à croûte consolidée (voir section précédente) au cas des sols à croûte non consolidée. Les hypothèses suivantes sont émises :  Le développement d’un couvert herbacé sur un sol à croûte non consolidée produit une augmentation potentielle d’inltrabilité dont l’amplitude relative est similaire à celle produite par le développement d’un couvert herbacé sur un état de surface croûté (Cst).  L’augmentation d’inltrabilité consécutive au développement du couvert herbacé ne peut toutefois conduire à une inltrabilité supérieure à celle, notée Kmax, d’un sol fraîchement travaillé, toujours considéré comme le plus inltrant dans la littérature. En conséquence, le modèle généralisé d’évolution de l’inltrabilité, incluant le cas des sols avec croûtes consolidées et non consolidées, s’exprime ainsi : Soit C, le coecient multiplicateur de l’inltrabilité lorsque le degré de couverture herbacée du sol passe de 25% à 50%. C est estimé par le ratio KV Cst/KCst. Soit Kinit, l’inltrabilité du sol nu avec croûte avant développement de la couverture herbacée. Si Tc < 25%, K = Kinit ; Si 25%6Tc650%, K = min n Kinit + (C Kinit − Kinit) (T c−25) (50−25) , Kmaxo ; Si Tc > 50%, K = min {C Kinit , Kmax}. En conclusion, on évalue d’abord l’inltrabilité sur sol nu Kinit puis on met éventuellement à jour cette inltrabilité en prenant en compte la couverture herbacée.

Contrôle de cohérence de la modélisation de l’évolution de l’inltrabilité

Pour évaluer la modélisation de la dynamique de l’inltrabilité, nous procédons comme précédemment à un contrôle de la cohérence des résultats de simulation. A cet eet, nous avons simulé les mêmes itinéraires techniques que pour le contrôle de la modélisation de la couverture herbacée (tableau 6.1) avec les mêmes paramètres climatiques et pour une humidité xée à −0.088 MP a. Pour la simulation Kmax = 30mm/h, Kmin = 10mm/h, et C = 2.5. Pour chaque itinéraire technique, on a doublé les simulations pour considérer deux valeurs de couverture du sol par les cailloux : une couverture de 0-25% et une couverture de plus de 50%.