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UNIVERSITÉ DE BOURGOGNE

UFR des Sciences de la Vie, de la Terre et de l'Environnement

UMR 6298 ARTeHIS

THÈSE

Pour obtenir le grade de

Docteur de l'Université de Bourgogne

Discipline : Sciences de la Terre

par Emmanuel CHEVIGNY

Soutenance publique le 11 septembre 2014

Cartographie de la diversité des sols viticoles de versant par imagerie à haute résolution : contribution à la connaissance des terroirs Directeur de thèse

Pierre CURMI

Co-directeur de thèse

Christophe PETIT

Co-encadrante

Amélie QUIQUEREZ

Membres du Jury :

VAN LEEUWEN C. Professeur Bordeaux Sciences Agro Rapporteur ALLEMAND P. Professeur Université Claude Bernard Lyon 1 Rapporteur VAUDOUR E. Maître de conférences AgroParisTech Examinatrice

GARCIA J.

P. Professeur Université de Bourgogne Examinateur BROSSAUD F. Docteur BIVB Examinateur CURMI P. Professeur Agrosup Dijon Directeur PETIT C. Professeur Université de Paris 1 Panthéon-Sorbonne Co-directeur

Remerciements

Au terme de ce travail, j'aimerais adresser mes premiers remerciements à mes encadrants, Pierre Curmi, Christophe Petit et Amélie Quiquerez. Merci à vous pour votre engagement dans ce travail, pour vos conseils, pour toute l'aide et l'enseignement que vous avez pu m'apporter au cours de cette

thèse. Je tiens plus particulièrement à remercier Amélie qui a toujours su être à l'écoute, dans les bons

moments comme dans les plus difficiles. Je remercie les membres du jury d'avoir accepté de juger mon trava il : Kees Van Leuween, Pascal

Allemand, Emmanuelle Vaudour, Jean

-Pierre Garcia et Franck Brossaud. Je tiens à remercier également toutes les personnes qui m'ont apporté leur aide pour le bon

déroulement de ce travail. Je pense ainsi à l'équipe du Pôle Image de Lyon 1, et plus particulièrement

à Philippe Grandjean, pour s'être rendu disponible en fonction des caprices de la météo bourguignonne. Merci à l'équipe de Besançon de Chrono -Environnement, Vincent Bichet, Christophe

Loup, Charly Massa, Jean

-Pierre Simonnet, Marguerite Perrey, qui m'ont accueilli dans leur

laboratoire pour diverses analyses. Merci également à l'équipe dijonnaise de Biogéosciences, Pierre

Pellenard, Ludovic Bruneau et Jean Lévèque, de m'avoir donné l'opportunité de réaliser des analyses

au sein de leur laboratoire. Merci à Mireille Boilletot d'Agrosup Dijon pour son aide et sa

disponibilité, ainsi qu'à Christian Camerlynck pour tous les conseils qu'il m'a prodigués en

géophysique, pour son aide sur le terrain et le prêt de matériel.

Je suis également très reconnaissant envers

tous les gens de la vigne de m'avoir donné accès à leurs

parcelles. Je remercie plus particulièrement Denis Fetzmann et Boris Champy, pour l'intérêt qu'ils ont

porté à mon travail et le soutien matériel apporté lors des prospections géophysiques. Merci également

à Michel et Sébastien Deschamps pour tous les renseignements qu'ils m'ont donnés et pour le prêt

d'un enjambeur lors de la prospection géophysique. Je ne saurais oublier Luc Pavelot, Claude de

Nicolay,

Christophe Denis, Laurent Fournier, Maurice Chapuis, Pablo Chevrot, et tous les autres...

Mille mercis à Françoise pour toute l'aide que tu as pu m'apporter, pour ces bons moments passés

ensemble sur le terrain à planter des électrodes, pour les petites excursions géologiques sur la Côte et

pour tout ce que tu m'as appris pendant ces années de thèse. Que l'aventure continue... Merci à toi, Carmela, pour ces longues heures passées sur mes écrits en anglais...

Un grand merci à Laetitia Bassereau et Brigitte Colas d'Artehis, car vous avez toujours su répondre à

mes requê tes administratives. Merci à tous mes amis pour leur aide et leur soutien. Je vous salue tous... Rodrigue, Alain, Christophe, Charline, Charly, Anthony, Benjamin, Estelle, Laetitia, Ronan, Marion, Paco, Lucas,

Florent, Diane, et le meilleur pour la fin, Manu, avec qui j'ai partagé cette thèse et la sienne à distance.

C'est un grand plaisir de te revoir dans la région. Je tiens également à remercier toute ma famille pour le soutien qu'elle a pu m'apporter pendant ces années, et plus particulièrement mes parents, mes s

œurs, ma belle

-mère, et mon beau-frère Fred, pour toute leur aide et leurs conseils.

Je ne saurais terminer ces remerciements sans m'adresser à toi, Stéphanie, qui a suivi cette thèse du

début jusqu'à la fin. Toi qui as su faire preuve d'une très grande patience, surtout en ces derniers mois.

Toi qui as toujours su m'épauler dans les moments difficiles. Toi qui, il y a déjà trois ans déjà, as mis

au monde le bonheur de ma vie, notre petite Margaux. Merci pour tout !

On n'hérite pas la terre de nos ancêtres,

on l'emprunte à nos enfants.»

Antoine de Saint-Exupéry

i

Table des matières

Introduction genérale

........................................................ 1

Partie I Sol et substrat géologique de la Côte viticole : cadre général, outils et méthodes ............................. 9

Chapitre 1 Contexte de l'étude : les versants viticoles de la Côte ................................................................ 11

1.1 La Côte viticole ........................................................................

............................................ 13

1.1.1 Son histoire géologique ........................................................................

................................. 14

1.1.2 Les sols de la Côte........................................................................

......................................... 19

1.2 Caractéristiques géomorphologiques et géopédologiques des sites d'étude ........................... 22

1.3 Le paysage viticole ........................................................................

....................................... 26

1.4 La notion de " terroir » ........................................................................

................................ 33

1.5 Conclusion ........................................................................

................................................... 35

Chapitre 2 Cartographie du sol et du substrat géologique : outils et méthodes ........................................... 37

2.1 Les méthodes de cartographie conventionnelles .................................................................... 40

2.1.1 La carte géologique : objectifs et méthodes de production ....................................................... 40

2.1.2 La carte pédologique : objectifs et conception ........................................................................

. 41

2.1.3 Quelle échelle spatiale pour les études des terroirs viticoles ? .................................................. 46

2.2 Apports de la télédétection par imagerie et de la géophysique en cartographie ..................... 49

2.2.1 La télédétection par imagerie ........................................................................

........................ 50

2.2.1.1 Principe ........................................................................

....................................................... 50

2.2.1.2

Télédétection et

pédologie ........................................................................ ............................ 55

2.2.2 Méthodes d'investigation géophysique du substrat et du sol .................................................... 63

2.2.2.1

La résistivité électrique ........................................................................

................................ 63

2.2.2.2

Technique de caractérisation du substrat

: la tomographie électrique ..................................... 67

2.2.2.3

Cartographie en continu des propriétés du sol : le système ARP ............................................ 71

2.2.2.4

Application et choix des techniques en contexte viticole ......................................................... 73

2.3 Conclusion ........................................................................

................................................... 75

CHAPITRE 3 Approche interdisciplinaire de la cartographie à haute resolution de la diversité des sols viticoles

de versant et de ses déterminants .................................... 77

3.1 Élaboration d'un modèle numérique de terrain à haute résolution spatiale ............................ 81

3.2 Détermination du substrat géologique........................................................................

.......... 82

3.2.1 Acquisition des profils par tomographie électrique .................................................................. 82

3.2.2 Traitement des données de résistivité apparente .................................................................... 83

3.2.3 Interprétation géologique du profil de résistivité ..................................................................... 84

ii

3.3 Cartographie des états de surface du sol par analyse d'images THRS ...................................... 85

3.3.1 Acquisition des images THRS ........................................................................

......................... 85

3.3.2 Prétraitements des images THRS ........................................................................

................... 87

3.3.3 Méthode de classifications des images ........................................................................

........... 89

3.4 Caractérisation des états de surface ........................................................................

............. 92

3.4.1 Analyses des états de surface sur le terrain ........................................................................

..... 92

3.4.2 Analyses au laboratoire ........................................................................

................................ 93

3.4.3 Inventaire des pratiques culturales ........................................................................

................ 95

3.4.4 Test de séparabilité des EDS reconnus par imagerie ................................................................ 96

3.5 Caractérisation des types de sol ........................................................................

................... 97

3.5.1 Sondages à la tarière ........................................................................

.................................... 97

3.5.2 Caractérisation physico-chimique des sols ........................................................................

...... 98

3.6 Cartographie de l'érosion ........................................................................

............................. 99

3.7 Détermination de l'évolution de l'occupation du sol ............................................................ 100

3.8 Conclusion ........................................................................

................................................. 101

Synthèse

de la première partie " Sol et substrat géologique de la Côte viticole : cadre général, outils et

méthodes » ................................................................... 103

Partie II Diversité géopédologique à l'échelle du versant pour divers contextes géologiques ..................... 109

CHAPITRE 4 Caractérisation de la diversité géopédologique par imagerie. Application à l'échelle du versant

..................................................................................... 111

4.1 Diversité géopédologique du versant d'Aloxe-Corton à forte variabilité de faciès ................. 114

4.1

4.2 Article 1 : (En préparation) Imagery data as a tool for soil mapping in vineyard hillslopes

(Burgundy, France) ................................................... 147

4.3 Caractérisation géopédologique du versant de Cheilly-lès-Maranges à faible variabilité de

faciès............. ............................................................ 171 iii

4.4 Ouverture vers une cartographie sur une surface plus étendue .............................................. 190

Synthèse de la deuxième partie

" Diversité géopédologique à l'échelle du versant pour divers contextes géologiques » ................................................................ 197

Partie III Diversité des sols à l'échelle parcellaire : facteurs naturels et anthropiques ................................ 209

Chapitre 5 Diversité des sols viticoles à l'échelle parcellaire : influence des facteurs naturels sur l'érosion . 211

5.1 Article 2 : Assessing the impact of soil surface characteristics on vineyard erosion from

very high spatial resolution aerial images. .................... 215

5.2 Influence de la pierrosité sur l'érosion des sols viticoles à l'échelle parcellaire...................... 239

5.3 Conclusion ........................................................................

................................................. 243

Chapitre 6 L'homme, acteur de la construction des sols viticoles : une histoire plurimillénaire ................... 245

6.1 Impacts de l'homme sur le temps long ........................................................................

........ 248

6.2 Impacts de l'homme à moyen terme ........................................................................

.......... 269 Article 3: Lithology, landscape structure and management practice changes: key factors patterning vineyard soil erosion at metre-scale spatial resolution ......................................................... 271

6.3 Impacts de la mécanisation sur les sols viticoles .................................................................. 310

6.4 Conclusion ........................................................................

................................................. 316

Synthèse de la troisième partie

" Diversité des sols à l'échelle de la parcelle : facteurs naturels et anthropiques » .............................................................. 319

Discussion g

énérale et

conclusions ........................................................................ ................................. 327 iv Bibliographie ........................................................................ ................................................................. 335

Liste des figures et des tableaux ........................................................................

..................................... 355 Annexes ........................................................................ ........................................................................ 369 v

Liste des abréviations

ACP : analyse en composantes principales

AOC : appellation d'origine contrôlée

ARP : automatic resistivity profiling

DRX : diffractométrie de rayons X

EDS : état de surface du sol

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