[PDF] Cours de physique du sol : texture-structure-aération

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du sol

ORSTOM = EDITEST

INITIATIONS - DOCUMENTATIONS TECHNIQUES

no28

COURS DE

PHYSIQUE DU SOL

Volume

S. HENIN

Directeur de Recherches 1'I.N.R.A.

Professeur de Physique du

Sol i4 I'ORSTOM

Membre de I'Acad6mie d'Agriculture

COURS DE

PHYSIQUE DU

SOL

TEXTURE - STRUCTURE - AERATIBN

ORSTOM

Paris

1976 EDITEST

Bruxelles

O 1976 ORSTOM et EDITEST

ISBN : 2-7099-416-0 ISBN : 2-7099-0418-7

Table des matihres

INTRODUCTION ................................................... 9 CHAPITRE 1 . TEXTURE ......................................... 11 Introduction . Les problèmes de l'analyse granulométrique ................. 12 A . Prksentation par classes de dimensions ............................ 15 a) Représentation graphique ........................................ 17 b) Représentation globale : diagrammes de texture ...................... 22 B . Caractérisation des matériaux A l'aide de divers parametres ........... 28 a) Détermination de la densité (a s) ................................. 29 c) Evaluation de la surface spécifique (Ss) ............................. 33 d) Nombre de particules et contacts .................................. 39 Bibliographie ................................................... 40 b) Détermination du nombre de particules (n et ns) de l'échantillon ....... 31 CHAPITRE II . STRUCTURE ...................................... a) Forme et dimensions des constituants ..............................

1") le concept d'agrégat ..........................................

2") détermination de la taille des agglomérats .......................

3") étude morphologique des agrégats ............................

. l'assemblage klkmentaire ...................................... . les constituants de la structure et leur nomenclature ............... . les matiOres organiques et leur distribution dans le sol .............

4') profil ptdologique et profil cultural ............................

b) Les constquences de l'assemblage .................................

1 ") la porosité ..................................................

. dkfinitions .................................................. . principe des mgthodes de mesure de la porositc! ................... . description de quelques mgthodes de mesure de la porosit6 ......... . dimension des pores et son kvaluation ........................... . texture et diamOtre moyen des pores ............................. . arrangement &!mentaire et formes des particules ................. A . Definition et méthode d'étude ................................... 41
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7 . association de particules de tailles dgfkrentes ..................... . influence du gonflement de 1"argile sur le melange argile-squelette .

2") l'ameublissement ............................................

c) Conclusion .................................................... €3 . Dégradation de la structure ....................................... a) Mécanismes de la dégradation .....................................

1 ") la battance ..................................................

2") la prise en masse .............................................

3") les actions mécaniques ........................................

4") les actions du gel ............................................

b) Théories concernant la dégradation de la structure ...................

2") arguments en faveur de l'action gonflement-dispersion ...........

3 O) arguments concernant le mécanisme de l'(> .............

- le pikgeage de l'air ............................................ - compression de 1"air ..........................................

4") Gonclusions .................................................

c) Méthodes d'évaluation de la stabilité de la structure ..................

1") méthodes mettant en cause l'évolution d'un paramètre caractérisant

la structure : variation de la porosité et de la vitesse de filtration .... . rksistance des mottes à l'action de l'eau ..........................

2") évaluation de l'état d'agrégation par granulométrie ...............

3") la méthode française .........................................

4") indices de stabilité, comportement des sols et prélèvement des

échantillons

C . Régénération de la Structure ' ...................................... a) Amélioration de la structure ......................................

1 ") variation de la porosité ......................................

2") fragmentation du sol .........................................

3") influence de la faune du sol ...................................

b) Amelioration de la stabilité de la structure ..........................

1 O) formation de particules cohérentes .............................

2") la fixation de matières organiques : ses conskquences sur la cohésion

et l'abaissement de la mouillabilité Bibliographie ...................................................

1") mécanismes de l'action de l'eau sur un agglomérat de terre ........

. rupture et r6sistance mdcanique des agglom6rats .................. CHAPITRE III . ATMOSPHÈ= ET &RATION .................... A . Porosité et aération ............................................. a) Analyse de l'atmosphère du sol .................................... b) Composition de l'atmosphère du sol ............................... B . Mecanisme du renouvellement de I'atmosphtke du sol ................ a) Processus faisant intervenir des mouvements de masse ................ - effet de la temperature ........................................ - brassage de l'atmosph2re par l'eau .............................. - action du vent ............................................... - effet des variations de la pression baromgtrique ................... b) La diffusion .................................................... C . L'aération, les conditions d'oxydo-réduction et la respiration des plantes a) Aération et phénomènes biologiques b) Indicateurs des états d'aération .................................... Bibliographie .................................................. 72
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Introduction

Répondant à la demande de mes anciens élèves, j'ai rassemblé dans cet ouvrage l'essentiel des textes constituant mon cours de Physique du Sol. Il me faut en préciser le but et l'esprit. 11 s'adresse à de futurs pédologues et à

des élèves du 3ème cycle de géodynamique externe de l'Université. Ces élèves ont

une vocation de naturalistes et se sont génér.alement peu intéressés, au cours de leurs

études, aux disciplines physiques. De

ce fait, les problèmes devaient étre traités le plus simplement possible de façon qu'ils puissent étre accessibles au plus grand nombre. "est pourquoi, tout en m'efforçant dévoquer les sujets les plus actuels de la physique du sol, en soulignant les difficultés auxquelles se heurtent les interprétations, j'ai utilisé, aussi largement que possible. des schémas explicatifs élémentaires et intuitifs. Ceci conduit également

à utiliser comme références des

expériences parfois anciennes, car méme si on peut leur reprocher certaines imperfections, elles illustrent souvent mieux les concepts de base. C'est d'ailleurs en mettant en évidence leurs imperfections qu'il est possible d'évoquer les problèmes actuels. Evidemment, une telle attitude conduit

à faire état de travaux qui peuvent

paraître actuellement dépassés. Mais il s'agit d'un cours qui a pour but l'initiation de futurs chercheurs, et non d'un traité ayant pour objet de présenter l'état actuel des connaissances. Ces derniers ouvrages sont souvent peu pédagogiques. parce que, si on y trouve les méthodes et les explications les plus récentes. on ne sait ni pourquoi ni surtout comment les chercheurs ont abouti

à ces orientations..

11 faut maintenant circonscrire le domaine de la physique du sol. Les

phénomènes physiques y obéissent évjdemment aux mêmes lois fondamentales qu'ailleurs. Mais le système dans lequel ils se manifestent présente des particularités qui constituent des conditions modifiant le jeu de ces lois.

Essentiellement. le

sol se présente comme un filtre complexe. La circulation des fluides B travers ce filtre va être affectée par les irrégularités qu'il présente, et réciproquement les variations d'humidité et la circulation de l'eau vont en modifier la structure. La physique du sol va donc consister tout d'abord à caractériser les propriétés du filtre qu'est le sol: puis. à partir de ces descriptions. à définir les modifications apportées au milieu par un certain nombre de phénomènes. en particulier la fixation et la circulation de l'eau et complémentairement celle de ]*air. Mais on ne peut pas dissocier ces phénomènes de la circulation de la chaleur ni

des réactions mécaniques du milieu, parce que les propriétés physiques concernées

sont mises en cause par la circulation des fluides ou les mettent en cause. 9 Evidemment, la description du filtre devrait commencer par I'étude des constituants élémentaires du sol (argile. humus, sable) et de leurs propriétés spécifiques vis-à-vis des ions et des liquides. De même, on aurait pu rappeler les

propriétés générales des systèmes dispersés et la façon dont elles se manifestent avec

les constituants du sol. Mais ces sujets sont traités par d'autres professeurs ou ont fait l'objet d'études antérieures. Aussi. la description du filtre ne commence-t-elle qu'avec les notions de texture et de structure. Elles feront d'ailleurs l'objet de ce premier tome. les probli?mes concernant la circulation de l'eau et les propriétés mécaniques étant traités dans le second.

Voulant donner

à cet enseignement un caractère unitaire, j'ai choisi comme modèle général d'explication la théorie capillaire. Grâce

à elle, il est facile de passer

des notions de porosité à la circulation des fluides. Mais cette attitude commode ne signifie pas que tous les phénomènes puissent être expliqués sur cette base, et je me suis efforcé de montrer, le cas échéant. les insuffisances de ce modèle. La bibliographie fait largement état de travaux publiés en langue française. puisque le cours s'adresse à un public francophone. Les élèves pourront facilement relier ces mémoires, et dans certains d'entre eux ils trouveront une bibliographie plus complète.

Je tiens

à adresser mes remerciements à Messieurs G. MONNIER et A. COMBEAU, qui ont bien voulu relire ce texte, et me suggérer un certain nombre de modifications utiles, et à Monsieur J. CHAUSSIDON. avec qui j'ai eu de nombreuses conversations très fructueuses pour la mise au point de certaines explications.

Je tiens également

à témoigner ma gratitude à Madame H. BESSON pour l'aide qu'elle m'a apportée pour I'établissement de ce texte, et

à Madame G.BERTAUX

pour la mise au point de la bibliographie. J'ai été très heureux que Monsieur le Directeur Général de I'ORSTOM ait bien voulu accepter de faire publier cet ouvrage. et je remercie Monsieur

F. BONNET-

DUPEYRON et ses collaborateurs qui en ont assuré l'édition. 10

CHAPITRE 1

TEXTURE

INTRODUCTION

LES PROBLEMES DE L'ANALYSE GRANULOME-

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