L’eau et le sol

> > L’eau et le sol ; écrit le: 23 mars 2012 par abir modifié le 17 novembre 2014

L’eau et le sol

Dans le sol, la présence de l’eau est commandée par trois mécanismes, l’attraction à la surface des grains du sol, l’évapotranspiration, associant l’évaporation physique et la transpiration des végétaux, et l’écoulement dans les interstices sous l’effet de la gra­vité terrestre, qui conduisent à y distinguer trois compartiments depuis la surface vers la profondeur :

–    Le compartiment de surface ou zone d’évaporation.

–    Le compartiment dit « intermédiaire » ou zone d’aération.

–    Et le compartiment de profondeur ou zone saturée.

Les deux premiers compartiments constituent la zone non saturée du sol : une partie de l’eau qui s’infiltre y est retenue, ce qui lui confère une certaine humidité ; 1 autre partie poursuit son cheminement en profondeur, librement, sous la seule action de la pesanteur, vers le troisième compartiment où elle s’accumule et remplit tous les vides de la roche : c’est la zone saturée.

Dans le compartiment de surface, ou « zone d’évaporation », que colonisent les racines des plantes, l’eau retenue peut être reprise par l’évaporation directe mais elle est surtout utilisée par les plantes pour leur transpiration : la réserve hydrique (Ru) correspond aux quantités d’eau maximum que les plantes sont susceptibles d’y prélever en fonction de leurs besoins. L’humidité de ce compartiment est très variable et dépend des conditions météorologiques (le temps qu’il fait), et notamment du rythme des pluies.

En dessous, le compartiment intermédiaire ou «zone d’aération», non soumis — ou très faiblement – à l’évaporation ou à l’extraction racinaire, est essentiellement une zone de transit, dans laquelle l’eau circule vers la profondeur. Son humidité reste rela­tivement stable, conditionnée par sa capacité à retenir l’eau et n’augmentant que de manière transitoire lors de précipitations. Ceci explique le faible rôle hydrologique de ce compartiment, n’intervenant guère, notamment sous climats tempérés, que sur la durée d’acheminement de l’eau gagnant le compartiment de profondeur.

Le compartiment de profondeur, ou « zone de saturation », est limité à sa partie infé­rieure par un niveau imperméable ou de faible perméabilité au-dessus duquel 1 eau d’infiltration s’accumule : elle occupe ainsi tous les interstices du sol et se déplace alors horizontalement, à des profondeurs, sur des épaisseurs et en quantités très variables en fonction des conditions géologiques et climatiques. Elle circule lentement jusqu’à recouper la surface du sol et rejoindre le réseau hydrographique. Cette eau souterraine, qui alimente les cours d’eau et emplit les puits avec une relative indépendance vis-à- vis de l’événement pluviométrique, constitue la réserve hydrologique (Rh).

 Notions générales et définitions

La compréhension du fonctionnement des réserves hydrique et hydrologique passe par l’observation des caractéristiques du milieu, le sol, et la connaissance des méca­nismes qui règlent les relations entre l’eau et le sol.

 Les données physiques du sol

Le sol, sous nos pas, est composé de trois phases : la phase solide (les éléments de roche), la phase gazeuse (l’air qu’il contient) et la phase liquide (l’eau présente). La phase solide, constante, constitue le « squelette » du sol. Les deux autres phases occu­pent les vides du sol laissés par l’agencement des éléments solides. Les quantités d’air et d’eau présentes dans le sol varient de façon antagoniste en fonction des conditions climatiques et déterminent l’état hydrique du sol.

 Le sol

Le sol auquel il est fait référence ici doit être compris au sens large : il s’agit de terrains meubles, constitués d’éléments homométriques (de même taille) ou hétérométriques (de tailles différentes), dont les dimensions peuvent aller de l’argile (< 2 |J.) aux blocs (> 20 cm), mais comportant nécessairement une certaine fraction fine (argile < 2 (J., limons < 20 JLL, sables fins < 0,2 mm).

La roche cohérente en place est plutôt désignée par le terme « sous-sol » mais, pour ce qui concerne les mouvements de l’eau, cette distinction n’a pas une grande réalité, le sol et le sous-sol formant un milieu continu : pour une roche cohérente perméable surmontée d’une épaisseur d’alluvions, par exemple, la limite supérieure de la zone saturée pourra se situer indifféremment dans l’une ou l’autre formation en fonction de sa profondeur.

Cependant, cette continuité hydraulique ne signifie pas une uniformité des com­portements de l’eau, chaque milieu présentant des caractéristiques propres. Le sol, tel qu’il vient d’être défini, consiste en une architecture de particules rocheuses, la matrice du sol, entre lesquelles se trouvent des espaces dont la taille et l’agencement dépen­dent de la texture et de la structure de ce sol-»

–     La texture d’un sol est sa composition en particules de différentes dimensions ou composition granulométrique.

–       La structure est l’agencement des particules du sol, son architecture.

L’ensemble des espaces (pores, interstices, fissures…) résultant de la granulométrie et de l’architecture constitue la porosité du sol.

 L’état hydrique d’un sol

Uétat hydrique d’un sol désigne son état d’humidité par rapport à ses capacités maxi­males d’emmagasinement. La teneur en eau d’un sol correspond à la quantité d’eau qu’il contient à un instant donné. L’état hydrique d’un sol est en général exprimé par le taux de saturation : c’est le rapport (en %) entre son humidité effective (ou teneur en eau) et son humidité maximale (ou teneur en eau à saturation) ; il varie de 0 à 100 % (sol saturé).

L’état hydrique peut être exprimé en humidité volumique, aussi appelée teneur en eau volumique : c’est le rapport du volume d’eau Vh sur le volume total Vt d’un échan­tillon de sol (en m3/m3 ou %). L’humidité volumique varie entre 0, lorsque le sol est complètement sec et la valeur de la porosité totale lorsqu’il est complètement saturé.

Une variante de l’humidité volumique est X humidité pondérale (rapport entre la niasse d’eau contenue dans un échantillon et la masse sèche de ses composants solides en kg/kg, ou %).

La masse volumique sèche (en g/cm3), d’où l’on tire, par rapport à l’eau, la densité sèche (ds, sans dimension), est la masse par unité de volume de la seule phase solide (Ms/Vs) ; la masse volumique apparente sèche, qui donne donc la densité apparente sèche (ou simplement densité apparente, dj, rapporte la masse de la phase solide au volume total de l’échantillon (Ms/Vt). La porosité totale (n, en %) se déduit de ces densités.

Vidéo : L’eau et le sol

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