Space and time variability of the soil water content at the field scale as described by the electrical resistivity method
Analyse de la variabilité spatio-temporelle de la teneur en eau des sols à l’échelle parcellaire par la méthode de résistivité électrique
Résumé
Our objective was to analyse the usefulness of the electrical resistivity method to discriminate the spatial and time variabilité of the soil water content at the field scale. The electrical resistivity was chosen as a 3D, exhaustive and non destructive method. However the interpretation of the electrical measurements is delicate because the electrical resistivity is affected by several soil parameters that are usually in interaction and can vary with time. Our study presented then two experimental parts.
Firstly, we aimed at describing by laboratory experiments the relationships between the electrical resistivity and both the soil water content and the soil salinity, in the range of these variables commonly encountered in the field for non saline soils. The temperature effect on the electrical resistivity measurements was analysed on undisturbed soil cores and the limits of validity of the conversion models commonly found in literature were discussed. We showed that the effect of the concentration of the soil solution on the soil electrical resistivity could be neglected by comparison with the effect of the water content. The latter was mainly related to the volume resistivity but, for some horizons, the surface resistivity was not negligeable, even for high water contents.
Following laboratory results, a second part of our work consisted in a time monitoring of the soil electrical resistivity and the soil moisture at the field scale. Our analysis of the spatial and temporal variability has permitted to discriminate three temporal homogeneous zones, both for electrical resistivity ans the water content, that were mainly related to the soil map. These homogeneous zones were then discussed in regard to the hydric behaviour of soils.
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 hectares 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.