Caractérisation de la variabilité spatiale des sols à l'échelle intraparcellaire à l'aide de méthodes géophysqiques PDF Download
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Author: Christian Dikwemi Savuvu Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 45
Book Description
Le but de ce travail était de caractériser la variabilité spatiale initiale de propriétés physico-chimiques de l'horizon cultural de la parcelle expérimentale du nouvel observatoire de recherches en environnement, dédié à l'acquisition de connaissances sur les effets agronomiques et environnementaux des apports d'effluents issus des élevages, et cela avant toute pratique culturale et avant l'application de tout traitement. Pour caractériser cette variabilité spatiale, nous avons utilisé des méthodes géophysiques à haute densité d'échantillonnage, non destructive, nous permettant ainsi d'éviter de perturber les propriétés de structure du sol. Des mesures ponctuelles de la résistivité électrique ont été réalisées d'une part et d'autre part les teneurs en carbone organique ont été prédites par spectrométrie Vis-PIR. La variabilité de la résistivité apparente permet d'appréhender la variabilité des sols de notre site d'autant plus que la résistivité apparente varie en fonction de texture, de l'humidité et d'autres propriétés de structure du sol notamment la densité apparente. La teneur en carbone prédite et estimée se situent en dans un même ordre de grandeur, ce qui nous pousse à conclure que le modèle de prédiction de la teneur en carbone à partir des spectres était satisfaisant, avec R2 = 0,76, RMSE = 0.32% et RPD (Ratio of prediction deviation) = 2,03. La carte des teneurs en carbone organique estimée par spectrométrie montre une structure spatiale avec des teneurs élevées sur la bordure Est de la parcelle étudiée.
Author: Christian Dikwemi Savuvu Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 45
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Le but de ce travail était de caractériser la variabilité spatiale initiale de propriétés physico-chimiques de l'horizon cultural de la parcelle expérimentale du nouvel observatoire de recherches en environnement, dédié à l'acquisition de connaissances sur les effets agronomiques et environnementaux des apports d'effluents issus des élevages, et cela avant toute pratique culturale et avant l'application de tout traitement. Pour caractériser cette variabilité spatiale, nous avons utilisé des méthodes géophysiques à haute densité d'échantillonnage, non destructive, nous permettant ainsi d'éviter de perturber les propriétés de structure du sol. Des mesures ponctuelles de la résistivité électrique ont été réalisées d'une part et d'autre part les teneurs en carbone organique ont été prédites par spectrométrie Vis-PIR. La variabilité de la résistivité apparente permet d'appréhender la variabilité des sols de notre site d'autant plus que la résistivité apparente varie en fonction de texture, de l'humidité et d'autres propriétés de structure du sol notamment la densité apparente. La teneur en carbone prédite et estimée se situent en dans un même ordre de grandeur, ce qui nous pousse à conclure que le modèle de prédiction de la teneur en carbone à partir des spectres était satisfaisant, avec R2 = 0,76, RMSE = 0.32% et RPD (Ratio of prediction deviation) = 2,03. La carte des teneurs en carbone organique estimée par spectrométrie montre une structure spatiale avec des teneurs élevées sur la bordure Est de la parcelle étudiée.
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Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre de la modélisation du fonctionnement hydrodynamique spatialisé des sols à l’échelle intraparcellaire. L’objectif est de discuter les potentialités d’une méthode géophysique électrique - la résistivité électrique - pour la caractérisation de la variabilité spatio-temporelle des teneurs en eau des sols à l’échelle parcellaire. La méthode géophysique de résistivité électrique a été choisie car elle intègre les sols dans leurs trois dimensions, est exhaustive et non destructive. Cependant, si la résistivité électrique est fonction de la teneur en eau des sols, elle dépend également d’autres variables pédologiques. Pour atteindre notre objectif, notre travail s’est donc déroulé en deux étapes. Dans un premier temps, l’effet de plusieurs variables du sol sur la résistivité électrique a été analysé en conditions contrôlées au laboratoire. Nous avons mis en évidence que, dans la gamme de concentration en solutés fréquemment retrouvée dans les sols de notre site d’étude, la concentration de la solution du sol influençait peu la résistivité électrique. Celle-ci est, en revanche, très dépendante de la teneur en eau, donc de la composante volumique de la résistivité. Cependant, pour certains horizons, la résistivité d’origine surfacique ne peut être négligée, quelle que soit la teneur en eau de l’horizon. Nous avons également analysé les effets de la température sur la résistivité électrique du sol et nous avons discuté des limites d’application des modèles de conversion de la littérature dans le cadre d’étude sur des échantillons de sol non perturbés. Dans un second temps, et sur la base de ces résultats de laboratoire, nous avons mené une analyse comparative spatio-temporelle entre des mesures de résistivité électrique et des mesures de teneur en eau sur une parcelle de 2 ha en Petite Beauce, à l’échelle de la saison. Nous avons montré que la résistivité électrique permet de décrire, sous certaines conditions, la variabilité spatio-temporelle des teneurs en eau avec une haute résolution et conduit à délimiter des zones présentant une homogénéité spatio-temporelle de teneurs en eau.
Author: Jonathan Lafond Publisher: ISBN: Category : Soil aeration Languages : en Pages : 0
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L'étude menée dans cette thèse avait pour but de développer et d'approfondir nos connaissances sur la relation entre le mouvement diffusif des gaz dans le sol et certaines propriétés physiques du sol, à trois niveaux d'observations : micro-, méso- et macroéchelle. À cette fin, cinq objectifs ont été définis : (1) micro-échelle - mise en évidence de la relation entre la porosité du sol, décrite par des paramètres multi-fractals et calculée sur des images de systèmes porals en 3-D obtenues de données CT scan (tomodensitométrie assistée par ordinateur), et la diffusion des gaz mesurée en laboratoire à méso-échelle; (2) méso-échelle - mesures sur des colonnes de sol en laboratoire des coefficients de diffusion relatifs des gaz dans le sol (Dc/D0) et sélection d'un modèle de prédiction optimal basé sur des caractéristiques physiques du sol; (3) macro-échelle - mise en application du modèle de prédiction de Ds/D0 par une analyse temporelle des patrons de distribution spatiale multi-échelles de Ds/D0 en sol agricole; (4) multi-échelle - intégration de DJD0 et de sa relation avec les paramètres physiques des sols agricoles décrivant la porosité aux trois niveaux d'observations; (5) macro-échelle - application concrète du transfert d'échelle (méso à macro) par une approche simple permettant d'estimer l'oxydation du méthane dans un sol de recouvrement de site d'enfouissement. Les résultats ont montré que : (1) à micro-échelle, il existe une forte corrélation entre Ds/D0 et certains paramètres multi-fractals décrivant la porosité du sol. Une loi de puissance d'ordre deux serait applicable comme relation d'échelle de Ds/D0. (2) À mésoéchelle, le modèle de Millington et Quirk (1961), aussi une loi de puissance, s'avère être le plus performant pour les sols agricoles et le sol de recouvrement de site d'enfouissement. (3) À macro-échelle, ce modèle permet l'analyse de la variabilité spatio-temporelle de Dç/Do à l'échelle d'un champ. Cela a révélé une variabilité spatiale élevée de Ds/D0, dépendante de la distance dans le champ, et dont la structure spatiale se maintient au cours d'une saison de croissance. (4) L'intégration de ces trois échelles a permis d'esquisser un pont empirique entre certaines propriétés physiques du sol et Ds/D0 sur trois niveaux d'observations. (5) Une approche simple a pu être validée à macro-échelle où ce modèle de prédiction de Ds/D0 s'est avéré adéquat pour estimer l'oxydation du méthane à partir de propriétés physiques du sol faciles à mesurer.
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Les sols constituent une ressource essentielle, rendant de nombreux services écosystémiques, mais sont soumis à de nombreuses dégradations (érosion, diminutions des teneurs en carbone organique...). En vue d'une meilleure gestion, des outils prédictifs intégrant différentes propriétés du sol sont nécessaires pour évaluer l'impact des activités humaines et des changements globaux sur les sols. L'objectif de la thèse est de développer une démarche de modélisation de l'évolution des sols au sein d'un paysage agricole complexe et sur une durée de quelques décennies, en tenant compte d'évolutions d'occupation des sols et de climat. Deux processus ont été considérés : la redistribution des sols (érosion-dépôt) et la dynamique du carbone organique (C). La zone d'étude considérée est un paysage agricole bocager de 1 000 ha situé au sein de la Zone Atelier Armorique. L'évolution des sols a été modélisée en couplant deux modèles dynamiques spatialement distribués : (i) le modèle LandSoil simule la redistribution des sols par érosion hydrique et aratoire, (ii) le modèle C simule la dynamique du carbone dans la totalité des horizons organo-minéraux, en tenant compte des variations d'épaisseur de sol. Le modèle LandSoil a été calibré pour être utilisé dans le contexte des sols limoneux bretons, à partir de mesures expérimentales disponibles à l'échelle de la parcelle. L'aptitude de LandSoil à modéliser la redistribution des sols aux abords des haies a été évaluée en comparant les résultats de LandSoil à des estimations par le 137Cs. Pour initialiser les entrées sols des deux modèles, des cartographies 3D à haute résolution spatiale (2 m) ont été réalisée par méthodes d'apprentissage. Des simulations de l'évolution des sols ont été réalisées sur la période 2010 - 2100, pour des scénarios croisant des modalités de structure du paysage (occupation du sol et présence de haies) et de climat (climat stationnaire ou changement climatique). La comparaison des scénarios montre que le facteur majeur d'évolution des sols à l'échelle du paysage est l'occupation des sols, suivi du changement climatique puis de la présence de haies. La redistribution des sols conduit à une perte nette de C à l'échelle du paysage, surtout due à la perte nette de sol hors du système. Tous les paysages modélisés montrent une sensibilité au changement climatique, mais avec des amplitudes variables, les paysages les plus homogènes (absence de haies) et cultivées intensivement étant les plus sensibles. La méthode de modélisation mise en place permet de simuler dynamiquement l'évolution couplée de la redistribution des sols et de la dynamique du C à l'échelle du paysage, à haute résolution 3D et sur des temps longs. Son amélioration reposera notamment sur le couplage d'autres processus d'évolution des sols et sur son intégration dans des modèles plus globaux.
Author: Nicolas Saby Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 133
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L’objectif de ce travail de thèse est d’étudier l’apport des bases de données géographiques dans la surveillance la qualité des sols au niveau d’un pays. Les bases de dodnnées utilisées sont issues des programmes nationaux français de surveillance. Nous avons choisi d’aborder cette question par le choix de techniques d’analyses statistiques spatiales et temporelles adaptées au type d’échantillonnage et à la nature de l’information à explorer. Parmi l’ensemble des variables mesurables sur le sol, nous nous sommes focalisées sur des propriétés du sol à fort impact environnemental que sont les teneurs en carbonne et en éléments traces métalliques. Nos résultats montrent qu’il est possible de produire des cartographies nationales de ces propriétés, de mettre en évidence les gradients importants, et de les attribuer à des processus naturels et anthropiques. Les évolutions temporelles majeures peuvent être détectées et expliquées. Nous soulevons les limites des dispositifs actuels et des techniques d’analyse spatiales employées et nous proposons des pistes futures pour la surveillance des sols.
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Ce travail présente et évalue quelques développements méthodologiques de changement d'échelle dans la description des échanges d'eau et d'énergie à la surface des continents. L'étude est motivée par deux objectifs principaux : i) évaluer l'impact dans la modélisation des Transferts S ol-Végétation-Atmosphère (TSVA) de l'hétérogénéité des couverts végétaux et de la variabilité des caractéristiques de l'interface SVA, et ii) proposer des méthodes de transfert des formalismes et des paramètres de l'échelle locale vers l'échelle régionale. Dans un premier temps, nous avons cherché une représentation adéquate de l'hétérogénéité à très petite échelle de la couverture végétale. Les couverts épars sont souvent décrits au moyen de modèles TSVA « double-source » où le substrat et la végétation épigée sont couplés dynamiquement et organisés en deux couches superposées. Un indice de rugosité a été utilisé pour discriminer le taux d'éparsité à partir duquel une description « mosaïque », où substrat et végétation fonctionnent comme de simples sources juxtaposées horizontalement, devient nécessaire. Une Analyse Statistique a ensuite été conduite à l'échelle du paysage et à l'aide du modèle SiSPAT (Simple Soil Plant Atmosphere Transfer model) pour évaluer la sensibilité sur la saison puis l'année des diverses composantes du cycle de l'eau aux variations des paramètres de l'interface SVA. Quelques règles d'agrégation des paramètres pour relier les paramètres locaux à un paramètre « effectif » représentatif de la région ont été vérifiées ou invalidées par cette méthode. Pour régionaliser la représentation m ono-dimensionnelle verticale, les distributions spatiales déterministes et stochastiques du modèle SiSPAT ont enfin été développés puis testés pour un bassin versant Australien au relief peu contrasté. Pour s'affranchir de la complexité analytique du modèle SiSPAT lorsque l'on s'intéresse à la spatialisation des processus, un schéma analytique simple de type capacitif a été construit et partiellement évalué.
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La répartition des pluies entre infiltration, détention superficielle et ruissellement sous contrôle dynamique des états de surface doivent être mieux compris et intégrés dans les modèles de ruissellement. D’un point de vue expérimental, il manque une mesure effective de la detention superficielle qui nécessite une mesure fiable du microrelief du sol. D’un point de vue théorique, les lois utilisées dans les modèles en considérant un milieu homogène peuvent être inadéquates car le sol est un milieu complexe et hétérogène. L’objectif de ce travail concernait ces deux aspects. Dans un premier temps nous avons développé un capteur photogrammétrique (matériel et logiciel) d’une part pour obtenir des modèles numériques de terrain à petite échelle (surface de 1 m2), précis et avec une résolution spatiale fine (1 mm dans les deux directions horizontales), et d’autre part poursuivre l’évolution de la détention superficielle d’eau au cours de la pluie. Ce capteur a été validé par comparaison avec un capteur de référence (rugosimètre laser). Dans un deuxième temps, nous avons caractérisé l’effet de l’hétérogénéité du sol et du microrelief de sa surface dans le partage infiltration-ruissellement. Pour mieux comprendre le rôle des heterogeneities du sol dans le partage infiltration–ruissellement, nous avons travaillé sous simulation de pluie sur une parcelle naturelle de 1 m2, horizontale, sans rugosité marquée ni variabilité apparente des états de surface. Les résultats ont montré qu’il existe une forte variabilité locale des propriétés hydrodynamiques (courbes de rétention et de conductivité hydraulique). L’influence de ces hétérogénéités sur le ruissellement a été déterminée par l’utilisation du modèle PASTIS. Des expérimentations en conditions contrôlées sur une maquette physique de sol ont permis de mettre en relation l’infiltration distribuée dans le sol et la genèse du ruissellement à la surface. Un code a finalement été développé et validé pour gérer la redistribution latérale des excès d’eau à la surface du sol. Ce code peut être couplé à un modèle mécaniste d’infiltration distribuée 3D
Author: Daniel Reutenauer Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages :
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LES PROPRIETES HYDRIQUES DES SOLS ET DES FORMATIONS SUPERFICIELLES (RETENTION HYDRIQUE ET CONDUCTIVITE HYDRAULIQUE) COMMANDENT LES MECANISMES DE REDISTRIBUTION DES PRECIPITATIONS ET LES TRANSFERTS HYDRIQUES DANS LES SOLS. L'ETUDE DES PROPRIETES HYDRIQUES TROUVE DE CE FAIT DES APPLICATIONS PRATIQUES DANS L'ENSEMBLE DES DISCIPLINES SCIENTIFIQUES RELATIVES A LA GESTION DES RESSOURCES EN EAU, DONT L'ENJEU ECONOMIQUE ET ECOLOGIQUE EST CONSIDERABLE. LES CARACTERISTIQUES GEOMETRIQUES ET HYDRIQUES DES SOLS RESULTENT DE LEUR EVOLUTION GEOMORPHOLOGIQUE ET PEDOLOGIQUE. LE MOYEN LE PLUS ECONOMIQUE, MAIS AUSSI LE PLUS REALISTE, D'ABORDER L'ETUDE DE LA VARIABILITE SPATIALE DES PROPRIETES HYDRIQUES A MOYENNE ECHELLE CONSISTE DONC EN : - UNE DISCRETISATION PREALABLE DE LA ZONE D'ETUDE EN UNITES MORPHOLOGIQUES HOMOGENES, A L'AIDE DE CRITERES NATURALISTES; - UN ECHANTILLONNAGE ALLEGE AU SEIN DE CHAQUE UNITE; - UNE VERIFICATION STATISTIQUE GLOBALE (ANALYSES FACTORIELLES) DE LA PERTINENCE DU DECOUPAGE DE L'ESPACE EFFECTUE. LES PROPRIETES PHYSIQUES (DENSITE APPARENTE, TEXTURE, MATIERE ORGANIQUE) ET HYDRIQUES ONT ETE MESUREES AU LABORATOIRE SUR 444 ECHANTILLONS DE SOL, APRES MISE AU POINT DE L'APPAREILLAGE NECESSAIRE. L'ETUDE ANALYTIQUE DES DIFFERENTES VARIABLES MONTRE QUE : - LA TEXTURE EST ESSENTIELLEMENT LIEE A LA NATURE DE LA ROCHE-MERE, - LES PROPRIETES HYDRIQUES SONT DETERMINEES PAR L'ETAGE PHYTOCLIMATIQUE ...
Author: Christian Dikwemi Savuvu
Author: Christian Dikwemi Savuvu
Author: Arlène Besson
Author: Jonathan Lafond
Author: Marine Lacoste
Author: Yvan Langlois
Author: Nicolas Saby
Author: Jean-Paul Legros
Author: Gilles Boulet
Author: MohammadReza Mirzaei Gharehlar
Author: Daniel Reutenauer