Use of soil hydraulic and mechanical models for mapping compaction risks to the scale of France
Spatialisation de modèles de fonctionnement hydromécanique des sols appliquée à la prévision des risques de tassement à l'échelle de la France
Résumé
Soil compaction is one of the major processes of soil degradation in Europe. Compaction is mainly due to the mechanization ofagricultural and forest activities which involve use of increasingly heavy machines, even when the weather conditions may beunfavourable. The European Union Directive for soil protection in preparation will require for the Member States to zone soilcompaction risk for determining priority areas for soil prevention or soil improvement. In this context, the aim of this study is tobuild a methodology to soil compaction risk at national scale. The susceptibility of soil to compaction increases with the soil watercontent. The soil compaction risks are deduced from frequency of appearance of critical water content which implies systematiccompaction. Soil water content is estimated with the crop model STICS for 30 years on the whole French soils. Before simulations,we must (1) estimate critical water content as a function of soil and applied stress; (2) parameterize the hydraulic module of STICSso that it is adapted to the whole French soils; (3) parameterize the mechanical functioning of French soils. The results are mappedwith the Soil geographical data base of France at 1/1 000 000. The compaction risks are thus estimated for three periods of farmingoperation during winter wheat and maize cultivation: soil conditioning/sowing, nitrogenous fertilising and harvest for present andfuture climates. These three operations are characterized by the applied stress and the climatic conditions. Several criteria definingcompacted soil and compaction risk were used. Maps of soil compaction risk appeared sensitive to these criteria and also showed that compaction risk is resulting from the interaction of three factors: soil types, climate and farming systems without any dominating.The proposed methodology based on use of hydraulic and mechanical models is well adapted to the estimation of compaction risk for cultivated topsoil. But, mechanical properties for French soils must be characterised more precisely in future to limit uncertainties in the mapping of soil compaction risk.
Le tassement des sols est l'un des principaux processus de dégradation des sols en Europe. Il est principalement dû à la mécanisation des activités agricoles et forestières qui se traduit par des passages d’engins de plus en plus lourds, très souvent en conditions climatiques défavorables. La directive cadre pour la protection des sols en préparation envisage de demander aux Etats membres de l’Union Européenne de recenser les zones les plus sensibles au tassement en vue d’appliquer des mesures de prévention ou de réhabilitation. Le but de notre étude est de développer une méthode d’estimation des risques de tassement des sols et de l’appliquer à l’échelle de la France métropolitaine. La sensibilité des sols au tassement dépend du type de sol et augmente avec la teneur en eau. L’intensité du tassement dépend de la charge appliquée à la surface du sol. L’estimation des risques de tassement repose sur la fréquence d’occurrence d’une teneur en eau critique qui engendre une intensité de tassement pénalisant le fonctionnement des sols et des cultures. Elle fait appel à deux modèles : le modèle de culture STICS pour le calcul de l’évolution journalière de la teneur en eau des sols, le modèle de déformation COMPSOIL pour le calcul des teneurs en eau critiques en fonction des engins utilisés. Ces deux modèles sont appliqués sur la Base de Données Géographique des Sols de France au 1/1 000 000ème. Une amélioration du paramétrage du module hydrique de STICS adapté à cette base de données est proposée. Les risques de tassement des sols sont estimés pour trois périodes d’intervention au cours d’une culture de blé d’hiver ou de maïs : le semis, la fertilisation azotée et la récolte, en fonction de scénarios climatiques actuels et futurs. Plusieurs critères de définition d’un sol tassé et d’un risque de tassement ont été utilisés. La cartographie des risques de tassement (1) s’avère très sensible au choix de ces critères, (2) résulte de la combinaison des trois facteurs : type de sol, climat et système de culture, sans facteur prédominant. La méthodologie proposée, basée sur l’utilisation de modèles de fonctionnement hydromécanique, est bien adaptée à l’estimation des risques de tassement des horizons de surface des sols cultivés. Une caractérisation plus précise des propriétés mécaniques des sols français est à envisager pour réduire les incertitudes sur la cartographie des risques.
Domaines
Sciences agricoles
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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