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UNIVERSITÉ DE BOURGOGNE
UFR des Sciences de la Vie, de la Terre et de l'EnvironnementUMR 6298 ARTeHIS
THÈSE
Pour obtenir le grade de
Docteur de l'Université de Bourgogne
Discipline : Sciences de la Terre
par Emmanuel CHEVIGNYSoutenance 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 thèsePierre 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 ExaminatriceGARCIA 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-directeurRemerciements
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 cettethèse. 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, PascalAllemand, Emmanuelle Vaudour, Jean
-Pierre Garcia et Franck Brossaud. Je tiens à remercier également toutes les personnes qui m'ont apporté leur aide pour le bondéroulement 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, ChristopheLoup, Charly Massa, Jean
-Pierre Simonnet, Marguerite Perrey, qui m'ont accueilli dans leurlaboratoire 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 sadisponibilité, 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 leursparcelles. 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 deNicolay,
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 surs, 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
iTable des matières
Introduction genérale
........................................................ 1Partie 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 ........................................................................
............................................ 131.1.1 Son histoire géologique ........................................................................
................................. 141.1.2 Les sols de la Côte........................................................................
......................................... 191.2 Caractéristiques géomorphologiques et géopédologiques des sites d'étude ........................... 22
1.3 Le paysage viticole ........................................................................
....................................... 261.4 La notion de " terroir » ........................................................................
................................ 331.5 Conclusion ........................................................................
................................................... 35Chapitre 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 ........................................................................
. 412.1.3 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 ........................................................................
........................ 502.2.1.1 Principe ........................................................................
....................................................... 502.2.1.2
Télédétection et
pédologie ........................................................................ ............................ 552.2.2 Méthodes d'investigation géophysique du substrat et du sol .................................................... 63
2.2.2.1
La résistivité électrique ........................................................................
................................ 632.2.2.2
Technique de caractérisation du substrat
: la tomographie électrique ..................................... 672.2.2.3
Cartographie en continu des propriétés du sol : le système ARP ............................................ 712.2.2.4
Application et choix des techniques en contexte viticole ......................................................... 73
2.3 Conclusion ........................................................................
................................................... 75CHAPITRE 3 Approche interdisciplinaire de la cartographie à haute resolution de la diversité des sols viticoles
de versant et de ses déterminants .................................... 773.1 Élaboration d'un modèle numérique de terrain à haute résolution spatiale ............................ 81
3.2 Détermination du substrat géologique........................................................................
.......... 823.2.1 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
ii3.3 Cartographie des états de surface du sol par analyse d'images THRS ...................................... 85
3.3.1 Acquisition des images THRS ........................................................................
......................... 853.3.2 Prétraitements des images THRS ........................................................................
................... 873.3.3 Méthode de classifications des images ........................................................................
........... 893.4 Caractérisation des états de surface ........................................................................
............. 923.4.1 Analyses des états de surface sur le terrain ........................................................................
..... 923.4.2 Analyses au laboratoire ........................................................................
................................ 933.4.3 Inventaire des pratiques culturales ........................................................................
................ 953.4.4 Test de séparabilité des EDS reconnus par imagerie ................................................................ 96
3.5 Caractérisation des types de sol ........................................................................
................... 973.5.1 Sondages à la tarière ........................................................................
.................................... 973.5.2 Caractérisation physico-chimique des sols ........................................................................
...... 983.6 Cartographie de l'érosion ........................................................................
............................. 993.7 Détermination de l'évolution de l'occupation du sol ............................................................ 100
3.8 Conclusion ........................................................................
................................................. 101Synthèse
de la première partie " Sol et substrat géologique de la Côte viticole : cadre général, outils et
méthodes » ................................................................... 103Partie 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
..................................................................................... 1114.1 Diversité géopédologique du versant d'Aloxe-Corton à forte variabilité de faciès ................. 114
4.14.2 Article 1 : (En préparation) Imagery data as a tool for soil mapping in vineyard hillslopes
(Burgundy, France) ................................................... 1474.3 Caractérisation géopédologique du versant de Cheilly-lès-Maranges à faible variabilité de
faciès............. ............................................................ 171 iii4.4 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 » ................................................................ 197Partie 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. .................... 2155.2 Influence de la pierrosité sur l'érosion des sols viticoles à l'échelle parcellaire...................... 239
5.3 Conclusion ........................................................................
................................................. 243Chapitre 6 L'homme, acteur de la construction des sols viticoles : une histoire plurimillénaire ................... 245
6.1 Impacts de l'homme sur le temps long ........................................................................
........ 2486.2 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 ......................................................... 2716.3 Impacts de la mécanisation sur les sols viticoles .................................................................. 310
6.4 Conclusion ........................................................................
................................................. 316Synthèse de la troisième partie
" Diversité des sols à l'échelle de la parcelle : facteurs naturels et anthropiques » .............................................................. 319Discussion g
énérale et
conclusions ........................................................................ ................................. 327 iv Bibliographie ........................................................................ ................................................................. 335Liste des figures et des tableaux ........................................................................
..................................... 355 Annexes ........................................................................ ........................................................................ 369 vListe 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
ERT : electrical resistivity tomography
GPS : global positioning system
ISODATA
iterative self -organizing data analysis technique algorithmISOMAP : isometric feature mapping
LiDAR : light
detection and rangingMNE : modèle numérique d'élévation
MNT : modèle numérique de terrain
MUCEP : multipole continous electrical profiling
PCA : principal component analysisRMS : root mean square
RVB : rouge vert bleu
SIG : système d'information géographique
SUM : stock unearthing measurement
SVM : support vector machine
THRS : très haute résolution spatiale
t-SNE : t-distributed stochastic neighbor UCS : unité cartographique de solUTS : unité typologique de sol
VHSR : very high spatial resolution
viIntroduction générale
1Introduction générale
Introduction générale
3Introduction générale
Le terroir est une notion qui résulte d'interactions entre des facteurs physiques du milieu, desfacteurs climatiques, des facteurs biologiques et des facteurs anthropiques (Vaudour, 2003). Il s'agit
d'une notion complexe, abordée le plus souvent, en fonction des préoccupations des scientifiques, par
quotesdbs_dbs45.pdfusesText_45