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Pratiques agricoles et fonctionnement
hydrique des sols
Lionel Alletto
Chambre régionale d’agriculture Occitanie
Chercheur INRAE UMR Agroécologies,
Innovations, Territoires
lionel.alletto@occitanie.chambagri.fr

@LionelAlletto

Principaux processus du fonctionnement
hydrique des sols
Pluie
Evaporation
Transpiration
Infiltration

Ruissellement

Irrigation
Pratiques agricoles et fonctionnement hydrique des sols – 29/01/2020

2

Le sol : un système en interaction entre composantes
physiques, chimiques et biologiques
Etat physique structure
fonctionnement hydrique

richesse, abondance
Etat
éléments nutritifs chimique

SOL
= système interactif

disponibilité

 Le diagnostic préalable doit
être le plus complet possible…

diversité, abondance
Etat
biologique

Pratiques agricoles et fonctionnement hydrique des sols – 29/01/2020

activité (fonctions)

3

Gestion durable des sols

© Sarthou JP

Le Sol : ressource non renouvelable à l’échelle d’une génération…
=> De nombreuses causes de dégradation :
- Salinisation
- Erosion
- Contamination
- Perte en matière organique
- Perte de biodiversité
- Compaction
- Imperméabilisation
- Inondations
- …

Pratiques agricoles et fonctionnement hydrique des sols – 29/01/2020

4

Les sols : une grande diversité, des sensibilités différentes aux
dégradations mais des principes communs de fonctionnement

Pratiques agricoles et fonctionnement hydrique des sols – 29/01/2020

5

Quelques éléments de fonctionnement
des sols
Matières organiques du
sol : ciment du squelette !
Argiles

Sables

Limons
Sables

Limons

Argiles

Limons

Argiles

Sables
Argiles

Sables

Agrégat

Fraction minérale :
réactivité sables < Limons << Argiles
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6

Quelques éléments de fonctionnement
des sols
Consommation des matières
organiques = libération de CO2
Argiles / MO
=> CAH
Microorganismes du sol
(bactéries, champignons)

Consommation des matières
organiques = libération de NO3Limons / Sables

… pouvant migrer vers les eaux
(non retenu par le CAH)

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7

Quelques éléments de fonctionnement
des sols
Le Sol : réserve de nourriture pour plantes et faune / flore
la taille de la réserve dépend :
- de la texture (MO, argiles notamment)
- de la structure (porosité)

la richesse (taux de saturation) et
la diversité des éléments nutritifs
dépendent :
- des prélèvements / pertes
- des restitutions
- du pH du sol
Sol acide : perte de
diversité (Al3+)

Dégradation des sols, notamment l’érosion joue un rôle
majeur sur ce service notamment au travers de la gestion
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des MOS (en interaction avec le pH)

8

Quelques éléments de fonctionnement
hydrique des sols
L’eau (H2O) est une molécule polaire…
Å (Ångström) = 10-10 m = 0,1 nm

… ce qui la rend très réactive, en particulier dans les
différents compartiments de l’environnement.
http://wwwarpe.snv.jussieu.fr/td_2_fr/lsh.html
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9

Quelques éléments de fonctionnement
hydrique des sols
Pluie
Evaporation
Transpiration
Infiltration

Ruissellement

Irrigation
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10

Quelques éléments de fonctionnement
hydrique des sols : rétention/infiltration
Eau du sol (solution du sol)

Argiles

-

-

-

Limons / Sables

-- - - -

Matières organiques
Charges négatives

Hydratation des argiles =
augmentation de l’espace interfoliaire

Calcium (Ca2+)

-- - --- - --- -- -- -- -

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11

Quelques éléments de fonctionnement
hydrique des sols : rétention/infiltration

Dans les pores de
petits diamètres,
l’attraction
exercée par les
particules solides
reste forte = l’eau
est bien retenue

Au cœur du
macropore : énergie
de liaison faible =
l’eau n’est pas
retenue

 Explication des remontées
 Potentiel hydrique = état
capillaires
énergétique
de l’eau dans le sol
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Quelques éléments de fonctionnement
hydrique des sols : infiltration de l’eau
Conséquences :
1- l’eau circule dans un sol en empruntant des pores de taille de
Si intensité de pluie :
porosité croissante :

< capacité infiltration pores de taille 1
> capacité infiltration pores de taille 1
< capacité infiltration pores de taille 2

> capacité infiltration pores de taille 2
< capacité infiltration pores de taille 3
> capacité infiltration pores de taille 3 :
refus d’infiltration

2- les capacités d’infiltration d’un sol vont directement dépendre
de la porosité totale mais aussi de la distribution des différentes
gammes de pores et de leur connectivité
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Quelques éléments de fonctionnement
hydrique des sols : rétention

Pratiques agricoles et fonctionnement hydrique des sols – 29/01/2020

14

0-30 cm : horizon
« travaillé »
30-50 cm : Bt1

50-65 cm : Bt2

65-110 cm : C1

>110 cm : C2

Teneur en eau Teneur en eau Teneur en eau Teneur en eau

Réservoir Utilisable = prof. x d. app. x (qté eau à
capacité de rétention – qté eau au PFP)

RU1

Disponibilité de l’eau

RU2

Disponibilité de l’eau

RU3

Disponibilité de l’eau

RU4

Disponibilité de l’eau

C2 : non exploré par les racines…

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15

0-30 cm : horizon
« travaillé »
30-50 cm : Bt1

50-65 cm : Bt2

65-110 cm : C1

>110 cm : C2

Teneur en eau Teneur en eau Teneur en eau Teneur en eau

Réservoir Utilisable = prof. x d. app. x (qté eau à
capacité de rétention – qté eau au PFP)
Effets :
RU1

Travail du sol ;
Plante ; (Sol)

Disponibilité de l’eau

RU2

Plante ; (Travail
du sol) ; (Sol)

Disponibilité de l’eau

RU3

Plante ; (Sol)

Disponibilité de l’eau

RU4

Plante ; (Sol)
Disponibilité de l’eau

C2 : non exploré par les racines…

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Effets complémentaires :
Rétention d’eau
Propriétés hydriques
f(propriétés physiques, chimiques, biologiques)

Rétention en eau (réservoir utilisable)
► Quantité d’eau que le sol peut stocker et
restituer aux plantes
► Utilisé dans des OAD agricoles (irrigation) ;
dans des outils d’aménagement ou d’évaluation
des risques ; dans des modèles de recherche
(croissance des cultures, fonctionnement des sols,
climat …)

► Mesure : longue et coûteuse
► Estimation : fonctions de pédotransfert
θ(h) = a+(b*Cl)+(c*Si)+(d*OC)+(e*rho) (Al Majou et al., 2007)
Continue θ(h) = a+(b*Sa)+(c*Si)+(d*Cl)+(e*OM)+(f*rho)+(g*θ )+(h*θ
330
15000)
(Rawls et al., 1982)
1

θ330 = 0.2449–(0,1887*𝑂𝐶+1)+(0.004527*Cl)+(0.001535*Si)
1

Discrète

1

+(0.001442*Si*𝑂𝐶+1)–(0.00005110*Si*Cl)+(0.0008676*Cl*𝑂𝐶+1)
1

θ15000 = 0.09878+(0.002127*Cl)–(0.0008366*Si)–(0.07670*𝑂𝐶+1)+
1

1

(0.00003853*Si*Cl)+ (0.002330*Cl*𝑂𝐶+1 )+(0.0009498*Si*𝑂𝐶+1 )
(Tóth et al., 2015)

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Effets complémentaires :
Rétention d’eau
Travail / non-travail du sol

Rétention en eau : Prévision du RU
CASDAR TTSI (2009-2012)

CIMS

Rotation des cultures

Thèse de Sixtine Cueff (2017-2020)

Données issues de 61 parcelles réparties entre 19 agriculteurs
Année de passage en TTSI: 1987-2003
Rotation

Nb

Nb

> 4 ans

26

Présence

46

> 2 ans & ≤ 4
ans

19

Absence

15

≤ 2 ans

7

Non fixée

9

Travail du sol

Nb

Semis direct

32

Couverts
végétaux

Non labour
superficiel

21

Non labour profond

8

► Effet significatif des interactions entre pratiques agricoles en ACS sur le réservoir
utilisable (RU les plus élevés observés sur parcelles en SD avec couvert rotation non fixée)

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Effets complémentaires :
Rétention d’eau
Travail / non-travail du sol

CASDAR TTSI (2009-2012)

CIMS

Rotation des cultures

Thèse de Sixtine Cueff (2017-2020)

Données issues de 61 parcelles réparties entre 19 agriculteurs
Année de passage en TTSI: 1987-2003
Rotation

Nb

Nb

> 4 ans

26

Présence

46

> 2 ans & ≤ 4
ans

19

Absence

15

≤ 2 ans

7

Non fixée

9

Travail du sol

Nb

Semis direct

32

Couverts
végétaux

Non labour
superficiel

21

Non labour profond

8

► Utilisation de 19 FPT pour estimer le RU de parcelles en ACS

Résultats non satisfaisants !
Travail en cours pour intégrer des paramètres « agronomiques »
(traduisant d’une évolution de la structure du sol) ► FAPT ??

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Quelques éléments de fonctionnement
hydrique des sols
Idées reçues
« les galeries de vers de terre permettent de faire circuler l’eau »
-> Partiellement vrai : circulation de l’eau lorsque le sol est saturé
(ex. après une très forte pluie ou une période de pluie assez
longue…)
« les macropores permettent d’améliorer le réservoir utilisable »
ou « les macropores favorisent les remontées capillaires »
-> Faux ou de façon très peu significative, par exemple via les MO
recouvrant les parois des vers…, pas de remontées capillaires

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20

Pour un bon fonctionnement
hydrique des sols
-> Favoriser l’infiltration de l’eau et réduire le ruissellement /
érosion

-> Favoriser la rétention de l’eau

-> Limiter les zones de discontinuité hydraulique

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1- Réduire l’énergie cinétique des pluies
Présence d’un couvert végétal à la surface du sol

Période d’interculture

Cycle cultural des cultures marchandes

Présence d’un mulch

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22

1- Réduire l’énergie cinétique des pluies

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23

1- Réduire l’énergie cinétique des pluies
Quantité de
résidus

Ruissellement

Erosion

(% précipitations)

(t/ha)

0

45

12

0,25

40

3

0,5

25

1

1

0,5

0,3

2

0,1

0

4

0

0

(t/ha)

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24

Maïs

Sorgho

Blé

Soja

25

25

50

50

75

75

90

90

Pratiques agricoles et fonctionnement hydrique des sols – 29/01/2020

25

Pratiques agricoles et fonctionnement hydrique des sols – 29/01/2020

26

Pratiques agricoles et fonctionnement hydrique des sols – 29/01/2020

27

2- Stabiliser les agrégats
Accroitre les teneurs en C organique dans les
horizons de surface des sols

 Intégrer un suivi du pH dans le
raisonnement : à adapter f° type de sol

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28

le travail du sol comme levier pour accroitre la
stabilité des agrégats

19 juillet 2005
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Technique conventionnelle

270 mm de pluie

29

Technique de conservation

2- Stabiliser les agrégats
la stabilité des agrégats dépend des types de sol : si
sols très argileux, le raisonnement du travail du sol doit être accompagné d’une
réflexion sur les autres leviers (couverture du sol notamment)

(Gross, 1996)
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30

3- Accroitre les capacités d’infiltration
Commencer par connaitre les intensités et cumul de
pluies de la zone : si pluies d’orages à forte intensité mais sur des
périodes courtes, la macroporosité joue tout son rôle !
40 cm

On compte alors sur nos amis …

 Ksat (conductivité hydraulique à
saturation) dans les galeries de vdt peut varier
de 50 à 500 mm/h !

60 cm

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31

3- Accroitre les capacités d’infiltration
Accroitre l’infiltration dès la surface du sol :

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32

 Conductivité
hydraulique : aptitude
du milieu poreux à
transmettre l’eau qu’il
contient pour une
teneur en eau donnée
(ou un potentiel
matriciel donné).

3- Accroitre les capacités d’infiltration

Forte dynamique temporelle

(Sauer et al. 1990 ; Green et al., 2003 ; Stange et Horn, 2005 ; Strudley et al., 2008)

Densité apparente en labour
Peu prise en compte dans modèles

L-3

M
/
L T-1

(Angulo-Jaramillo et al., 1997 ; Strudley et al., 2008)

Dynamique en ACS

Conductivité hydraulique (à saturation) en labour

Wsol primaire

Temps / Cumul de pluies / …

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(Alletto et al., 2015)
33

3- Accroitre les capacités d’infiltration
▣ Test érosion en conditions
contrôlées

 Matière en suspension (MES) en g/L
 Quantité d’eau ruisselée Lr (lame
d’eau ruisselée)

 Placette 2.7 m²
 Pluviomètres
 Echantillonnage des eaux de
ruissellement
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34

3- Accroitre les capacités d’infiltration

Lr/P = 23%
Lr/P = 5%

 Des difficultés pour se positionner dans les mêmes conditions expérimentales




Stabilisation à environ 150-200 mm/h de pluies durant 20 min chez Abadie (en ACS)
alors que sur la parcelle voisine (en labour), l’intensité de pluie n’a pas été régulée
convenablement et sur une durée équivalente (au final ≈ 60 mm de pluie ont été
appliqués chez Abadie contre ≈ 28 mm chez Rousseau)
Pluies ruisselées chez Abadie ≈ 3 mm vs. 6,4 mm chez Rousseau

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35

3- Accroitre les capacités d’infiltration

0.3 g/L

12 g/L

 Une érosion générée très significativement plus faible en ACS
 Il faudrait également tenir compte des écoulements hypodermiques
également à l’origine d’une érosion

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36

3- Accroitre les capacités d’infiltration

Pratiques agricoles et fonctionnement hydrique des sols – 29/01/2020

37

3- Accroitre les capacités d’infiltration
A PRENDRE EN COMPTE SUR L’ENSEMBLE DU PROFIL DE SOL : RUISSELLEMENT HYPODERMIQUE

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38

4- Recréer des ruptures de pente, réduire
la longueur des parcelles
Augmentation de la rugosité et de la
sinuosité pour limiter la vitesse de la
lame d’eau sur la parcelle ( énergie
d’arrachement)
© Wikipedia

© University of Hertfordshire, 2011

Pratiques agricoles et fonctionnement hydrique des sols – 29/01/2020
© University of Hertfordshire, 2011

39

5- Réduire / supprimer le travail du sol
Technique de travail du sol de conservation : toute technique culturale visant à maintenir :
- plus de 30 % de la surface du sol couverte après le semis pour lutter contre
l’érosion hydrique,
- plus de 1.1 t ha-1 de résidus en surface après le semis pour lutter contre l’érosion
éolienne (Gebhardt et al., 1985)
► Un gradient de pratiques répondant à ces objectifs

TS

SD

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SCV
40

6- Maximiser la couverture du sol dans
l’espace et le temps
Implique le plus souvent de reconcevoir le système
de culture

= les démarches participatives sont des outils
pertinents pour inciter les acteurs (agriculteurs) à
définir leurs objectifs et à mobiliser différents leviers
Dans certaines situations, il faut aller loin dans la
couverture du sol pour limiter l’érosion et combiner
tous les moyens d’action…

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6- Maximiser la couverture du sol dans
l’espace et le temps
illustration d’une parcelle en ACS depuis 10 ans, sur
sol argilo-calcaire… cela n’a pas suffit…

Pratiques agricoles et fonctionnement hydrique des sols – 29/01/2020

42

6- Maximiser la couverture du sol dans
l’espace et le temps
illustration d’une parcelle en ACS depuis 10 ans, sur
sol argilo-calcaire… cela n’a pas suffit…

Pratiques agricoles et fonctionnement hydrique des sols – 29/01/2020

43

Pour aller plus loin…

Pratiques agricoles et fonctionnement hydrique des sols – 29/01/2020

44

Merci de votre attention

Contact : lionel.alletto@occitanie.chambagri.fr
45
@LionelAlletto

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