This paper deals with a study of the chresard, percolation, and capillarity of twenty representative Denton County soils. The group of soils chosen vary greatly in texture thus affording excellent material for comparative studies of edaphic factors based upon this property.

La connaissance du flux d'eau que le sol peut transmettre entre une nappe peu profonde et la surface est d'importance pour la gestion de la ressource en eau et la pérennité des périmètres irrigués. En régime permanent, on estime classiquement ce flux en résolvant la loi de Darcy ; on admet donc que le processus de remontée capillaire s'effectue sous la forme d'un écoulement liquide isotherme. La solution de l'équation présente une asymptote : pour un sol et une profondeur de nappe donnés, il existe un flux limite indépendant des conditions à la surface du sol. A partir de mesures sur une colonne de sol et de calculs basés sur un modèle de transferts d'eau et de chaleur dans le sol et l'atmosphère, nous étudions l'effet de la diffusion vapeur et du couplage entre le sol et l'atmosphère sur le flux dans la zone non saturée. Nous montrons que la loi de Darcy est bien adaptée à l'estimation de ce flux d'autant que les variations climatiques diurnes sont sans conséquence sur le flux moyen.

L'étude de la structure est liée à la nécessité dans laquelle se trouvent les praticiens de créer pour la plante un milieu suffisamment aéré et humide. Comme il est, d'autre part, nécessaire que l'état physique initial du sol, obtenu par le travail des machines aratoires, persiste pendant la durée de la végétation, on est amené à étudier le degré de constance de l'état physique initial ou, autrement dit, la stabilité de la structure. Nous avons divisé cette étude en deux parties, correspondant à : a. La dégradation qui se traduit par l'affaissement du sol sous l'action de l'eau et la diminution de stabilité qui est corrélative à ce phénomène ; b. La régénération qui constitue le phénomène inverse, le sol retournant à un état poreux et retrouvant sa stabilité antérieure. La dégradation de la structure s'effectue d'après les deux mécanismes suivants : 1. L'éclatement des mottes, provoqué par la pénétration de l'eau, sous l'influence des forces capillaires dans les petits pores du sol ; 2. Par l'ensemble des phénomènes caractérisant la dispersion, c'est-à-dire le gonflement et la dispersion proprement dite, ou autrement dit pour la séparation des micelles sous l'influence de leur affinité pour l'eau. En écrivant que ces phénomènes étaient sous la dépendance de la cohésion du sol et de l'affinité du sol pour l'eau, nous avons pu montrer que la condition d'éclatement peut s'exprimer par la formule : r C + Cl < 2 A où: r est le diamètre des plus gros capillaires du sol ; C est la cohésion apparente de la terre (ensemble argile et sable) ; A est l'affinité du sol pour l'eau ; Cl est la cohésion de l'eau ; et que la condition de dispersion peut s'exprimer par la formule : Cs + Cz < 2 A où Cs est une valeur s'appliquant à l'argile seule. Nous sommes donc amenés à considérer deux cohésions Cs, la cohésion réelle qui est la plus élevé et représente la cohésion propre de l'argile, C qui est la cohésion apparente dont la valeur dépend de la liaison du sable et de l'argile, et de l'homogénéité de leur assemblage. En comparant les deux conditions de destruction, on admet aisément que l'éclatement doit se produire pour des valeurs de A qui ne produisent pas encore la dispersion. D'autre part, l'éclatement ne doit jouer vraisemblablement que pour des particules assez grosses, de l'ordre de grandeur du 1/10e de millimètre, à l'intérieur desquelles il existe des pores suffisamment gros pour que l'on puisse considérer que les phénomènes capillaires suivent les lois normales de la capillarité et des fissures créant des zones de moindre résistance. Les expériences que nous avons réalisés permettent de conclure que les facteurs envisagés jouent bien le rôle qui leur est attribué. On peut également relier à ces résultats les constatations de la pratique agricole. Par exemple, les matières humiques provenant de l'apport de fumier ou d'engrais verts, une fois fixées par l'argile et séchées, vont communiquer à cette dernière une hystérésis d'humectation qui conférera aux particules terreuses une grande stabilité. Par contre, Na produit l'effet inverse en augmentant l'affinité sol-eau. La teneur en argile d'une terre et l'augmentation de sa cohésion par pétrissage sont des agents de stabilisation. Nous avons montré ensuite que la formation de mottes cohérentes qui constitue l'une des phases de la régénération ne pouvait se produire que si les colloïdes étaient desséchés après avoir atteint un état d'hydratation minimum ou avoir été malaxés, ce qui facilite le contact entre les micelles argileuses en les orientant. La nature des liaisons assurant la cohésion des micelles argileuses et le mécanisme de la pectisation sont encore mal connus. Ce sont ces liaisons qui conditionnent la résistance à la dispersion et qui sont mesurées par la valeur Cs. Ayant ainsi étudié la dégradation et la régénération des éléments de la structure, nous avons étudié l'évolution de la stabilité de deux terres. L'une était un limon saturé par Ca et l'autre un limon ayant reçu des quantités importantes de nitrate de soude. Les résultats qui portent sur sept années d'observation ont permis l'établissement de courbes reliant l'humidité du sol au moment du prélèvement à la stabilité de la fraction grossière. Ce sont soit une ellipse (témoin) soit un cercle (parcelle ayant reçu du nitrate de soude). L'analyse de ces résultats montre que l'augmentation de stabilité résulte de la compression spontanée du sol en place due à la contraction produite par la dessiccation. Dans le cas d'une terre ayant fixé Na et ayant acquis de ce fait une tendance accrue à l'hydratation, on observe en plus une régénération partielle due à l'hydratation. Ces constatations nous amènent à dire que le problème de la structure est fonction à la fois des propriétés physico-chimiques du sol et des conditions de climat auquel ce sol est soumis. On peut remarquer d'autre part que les facteurs que nous avons mis en évidence sont justement ceux qui servent à classer les types de sol en pédologie. Or, l'une des caractéristiques les plus marquantes pour un type pédologique est la forme même des mottes de terre. C'est cette forme qui conditionne l'architecture du sol (le pédologue dit " structure "). L'identité de ces facteurs n'est pas un accident. La structure que nous avons examinée du point de vue de l'évolution est aussi celle que le pédologue envisage du point de vue systématique et l'on peut espérer qu"un jour viendra où l'on pourra expliquer l'un par l'autre. ' En définitive, ce premier essai d'explication de la stabilité de la structure et de son évolution à l'aide de données physico-chimiques montre que l'on peut arriver à représenter le mécanisme des phénomènes à l'aide de quelques variables seulement. Dans notre esprit, il constitue beaucoup plus un plan d'étude du phénomène qu'une théorie définitive des faits.

Entre 1975 et 1978 l'association GERSAR-SCET, à la suite d'un appel d'offres international émis par le Gouvernement Syrien, réalisait une étude de projet d'aménagement du secteur de la Basse Vallée de l'Euphrate. Les objectifs de cette mise en valeur étaient les suivants - répondre, dans le domaine de la production agricole, aux objectifs nationaux tout en assurant les équilibres nutritionnels de la population de la Basse Vallée ; - améliorer le revenu familial des exploitations agricoles maintenir un niveau d'emplois suffisant dans le secteur par le maintien des agriculteurs à la terre et par la création d'emplois dans les secteurs para-agricoles et les industries de transformation. Les études de reconnaissance entreprises en 1975-1976 ont mis en évidence le bon niveau actuel de mise en valeur de la région, limité malheureusement principalement par la salinisation. Aussi les types d'aménagements préconisés ont-ils essentiellement porté sur le drainage (rééquilibration du bilan sels-eaux) et l'irrigation. Le but de cette étude est de profiter du grand nombre de données disponibles concernant les sols et les eaux pour essayer de caractériser et d'analyser plus précisément ce phénomène de salinité; l'approche en est essentiellement géochimique. Dans une première partie on donne une présentation générale du secteur étudié : cadres géographique, climatique, géologique, géomorphologique, hydrogéologique, occupation des sols. Une seconde partie rassemble les données descriptives concernant les sols et les eaux du secteur étudié. La troisième partie aborde, à partir des conclusions de la seconde partie, l'étude des relations existant entre nappe et sols. On y précise les mécanismes de la salinisation. Dans la quatrième partie, après la description du bilan en eau et en sels dans la Basse Vallée de l'Euphrate, on tente de décrire ce qu'apporte un raisonnement géochimique au problème de l'irrigation; on présente ensuite une prévision de l'évolution de la salinité de l'Euphrate, consécutive aux hypothèses d'aménagement adoptées. Au niveau mondial, les prévisions (UNESCO-1978) montrent que les terres cultivées irriguées des pays en voie de développement s'accroîtront à une vitesse bien plus grande que les terres arables non irriguées. L'accroissement de la salure des sols irrigués étant un phénomène pratiquement universel (UNESCO-1978), l'étude détaillée du cas particulier de la Basse Vallée de l'Euphrate présente, en tant que référence, une utilité certaine.

Dans le contexte actuel, il devient nécessaire de trouver des énergies alternatives et de préserver les sols agricoles pour la production de ressources alimentaires. Ainsi, ce travail avait pour objectif majeur d'étudier la potentielle adaptation et utilisation d'une plante bioénergétique, le Miscanthus x giganteus, sur sites et sols fortement contaminés en métaux et métalloïdes, donc impropres à toute activité alimentaire. Le site d'étude choisi est un ancien site minier situé dans le Limousin sur lequel le traitement de l'or dans les années 60 a induit des dépôts fortement contaminés, et où un couvert végétal est actuellement en développement. Les résultats de culture mettent clairement en évidence les capacités d'adaptation de cette plante, avec un faible transfert d'éléments potentiellement toxiques, même sur des sols acides fortement contaminés (As jusqu'à 83000 mg.kg-1, Pb - 15000 mg.kg-1 et Sb - 1100 mg.kg-1) et ayant de faibles propriétés agronomiques. De plus, la biodisponibilité des métaux ne représente que 1 à 5% des teneurs totales en fonction de l'extractant utilisé, ce qui représente de très importantes valeurs, étant donné les teneurs totales. Ceci est directement lié à la minéralogie du site. La réponse du M. x giganteus au stress métallique met en évidence une forte réduction du rendement de biomasse, une faible perturbation de la photosynthèse nette, une réduction de la conductance stomatique et de la concentration intracellulaire en CO2. De plus, la plante modifie la réponse potentielle des bactéries et archées rhizosphériques oxydatrices de l'ammonium en nitrite dans la réaction de nitrification. Comme attendu, plus la contamination est importante, et plus la réponse de M. x giganteus est marquée. En dépit d'un transfert d'As, Sb et Pb très réduit vers les parties aériennes de la plante, les concentrations mesurées ne permettraient pas une revalorisation industrielle rapide du site mais la culture de la plante serait plutôt stabilisatrice du sol. Des amendements de type agronomiques seraient susceptibles d'améliorer les rendements en vue d'une revalorisation industrielle.

La matière organique des sols (MOS) représente un réservoir majeur de carbone. Certaines pratiques agricoles ont pour effet de minéraliser la MOS. Dans un système où les résidus de cultures sont retournés au sol, la biomasse racinaire contribue plus à la MOS que les parties aériennes, alors que la proportion de MO contenue dans les racines est plus faible. Afin de mieux comprendre les processus de dégradation et/ou de stabilisation de la MOS, nous avons choisi d'étudier dans une chronoséquence blé/maïs, la dynamique des marqueurs de deux biopolyesters, les cutines et les subérines, spécifiques des parties aériennes et souterraines des plantes. Le blé est une plante en C3 (13C ≈ -28‰) alors que le maïs est une plante en C4 (13C ≈ -12‰). Ce dispositif permet de suivre in situ, l'incorporation des marqueurs provenant du maïs à la MOS, par mesure de leur 13C dans le sol. Les marqueurs des cutines du maïs ne sont pas ou peu incorporés à la MOS, alors que ceux des subérines du maïs le sont, lors des six premières années de culture de maïs. Les marqueurs des cutines sont stabilisés dans le sol, soit parce qu'ils appartiennent à un compartiment chimiquement réfractaire, soit parce qu'ils sont protégés par la matrice du sol (protection physique, adsorption sur les minéraux). Les marqueurs des subérines, présentent deux compartiments cinétiques, un rapidement renouvelable, l'autre plus stable suivant les mécanismes de protections semblables à ceux des cutines. En profondeur, la concentration des marqueurs des subérines des racines de maïs augmente alors que celle des cutines diminue, indiquant que le changement de culture de blé à maïs influence la dynamique de la MOS.

L'apport aux sols de matières organiques exogènes (MOEs) d'origine résiduaire issues d'activités agricoles, urbaines ou industrielles permet d'augmenter les teneurs en matière organique des sols (MOS) et d'améliorer leur fertilité. De plus ces apports de MOEs pourraient contribuer à la limitation des émissions nettes de gaz à effet de serre en stockant du C dans les sols. Le développement d'outils de prédiction est nécessaire pour une meilleure estimation du devenir à long terme des MOEs apportées. De plus, il est important de savoir sous quelles formes la matière organique (MO) des MOEs est incorporée dans la MO du sol, ceci conditionnant la pérennité des accumulations de C après apports répétés de MOEs. Cette étude vise à mieux comprendre et prédire la dynamique d'incorporation de la MO de matières organiques exogènes dans la matière organique du sol. Elle s'est déroulée en trois étapes : (i), le développement et l'amélioration de méthodes de caractérisation de laboratoire permettant d'estimer le devenir des MOEs dans le sol (ii) le paramétrage du modèle RothC pour simuler l'accumulation de C dans les sols suite à l'apport de MOEs et (iii) l'étude des changements de composition chimique de la MOS suite à des apports répétés de MOEs.<br />L'étude de la composition chimique de la fraction dite soluble du fractionnement biochimique Van Soest a révélé que la nature chimique de cette fraction de MO change lors du traitement par compostage des MOEs: elle est très riche en polysaccharides en début de compostage et s'enrichit en MO riche en composés azotés stabilisés au cours du compostage.<br />Le potentiel d'utilisation de la spectroscopie proche infra-rouge (SPIR) pour caractériser les MOEs et leur devenir dans le sol a été étudié. Des prédictions satisfaisantes ont été obtenues pour les teneurs en C et N des MOEs ainsi que pour les fractions biochimiques Van Soest des MOEs. L'indicateur de stabilité de la MO (ISMO), estimateur de la fraction résiduelle de la MO des MOEs à long terme dans les sols, a été prédit de manière satisfaisante.<br />La potentialité de stockage de C à long terme dans un sol soumis à des apports répétés de MOEs a été étudiée en utilisant des résultats de 4 essais au champ de moyenne et longue durées. les apports répétés de MOEs ont entrainé des augmentations significatives des stocks de C dans les sols qui ont pu être reproduites de façon satisfaisante avec le modèle RothC qui a été ainsi paramétrés pour pouvoir simuler des apports de MOEs de types divers.<br />L'étude des changements dans la composition de la MOS suite à ces apports répétés de MOEs dans l'essai Qualiagro a révélé une modification préférentielle de la fraction de MOS particulaire de taille > 50 µm, en particulier par un enrichissement en lignine. La composition de la fraction de taille 0-50 µm est également modifiée mais dans une moindre mesure et de façon moins directement liée à la composition des MOEs apportées.

L'objectif de la thèse est d'étudier l'impact d'apports répétés de composts urbains sur la dynamique de l'eau et de l'azote dans le système sol-plante, en sol cultivé. La dynamique de l'eau a été suivie en sol nu et en sol cultivé avec du maïs à l'aide de sondes TDR et de tensiomètres, entre 20 et 160 cm de profondeur. Un suivi de la dynamique d'un traceur de l'eau (anion bromure) et de l'azote minéral du sol a été réalisé par des prélèvements destructifs. Les données mesurées ont été utilisées pour simuler la dynamique de l'eau et de l'azote dans le sol suite aux apports de composts à l'aide du modèle PASTIS. L'apport de composts a affecté les propriétés hydriques de l'horizon de surface du sol, en augmentant la rétention en eau et en diminuant les flux d'évaporation par rapport au témoin. Cet effet peut être relié à l'augmentation de la teneur en matière organique du sol après 10 ans d'apports des composts. La modélisation de la dynamique de carbone et de l'azote dans le sol a permis de montrer l'importance des arrières effets des apports précédents sur la fourniture en azote minéral du sol et un effet positif de l'apport de PRO sur la disponibilité de l'azote pour la plante. L'apport d'un compost à forte biodégradabilité, comme amendement organique, présente plus d'intérêt durant l'année qui suit son apport, alors que les composts à faible biodégradabilité représentent l'avantage d'avoir une minéralisation plus importante à long terme (après des apports répétés).

Les risques de dégradation physique des sols forestiers sous l'effet de contraintes mécaniques externes liées à la mécanisation des opérations forestières, augmentent considérablement. Les mécanismes et le temps nécessaires à la restauration non assistée de la qualité des sols forestiers tassés restent encore peu étudiés, et leur identification nécessite de coupler les approches physiques, chimiques et biologiques. L'objectif de ce travail était d'étudier l'impact de la circulation d'un porteur forestier sur les conditions de l'enracinement (aération, régime hydrique et pénétrabilité) ainsi que son évolution à court terme. Ce travail s'appuie sur l'observation de deux sites expérimentaux mis en place dans le Nord Est de la France, concernant des sols de morphologie similaire (couche limono-argileuse de 50 cm d'épaisseur reposant sur un substrat argileux) et ayant subi des contraintes identiques. Des paramètres physiques (température et humidité du sol, densité apparente et résistance à la pénétration) et chimiques (composition de l'atmosphère du sol) ont été suivis pendant trois à quatre ans, à des fréquences allant d'un pas de temps quotidien à annuel. Le suivi du climat du sol et de la composition de son atmosphère a mis en évidence une diminution forte des conditions aérobies pendant un à un an et demi après le passage du porteur. Cet effet initial sur l'aération du sol a diminué subitement dès l'apparition de la première période de sécheresse édaphique, probablement grâce à la formation de fissures dans l'horizon de surface du sol tassé. Cependant un effet significatif du traitement sur la composition de l'atmosphère du sol pouvait toujours être observé trois à quatre ans après tassement. Pour suivre l'évolution des propriétés physiques du sol après circulation du porteur, il a été nécessaire d'opérer une normalisation par rapport à l'humidité au moment du prélèvement. Trois ou quatre ans après la circulation du porteur, une différence toujours significative existe entre les propriétés physiques des sols témoins et celles des sols tassés. Cependant une évolution de l'impact du porteur peut être mise en évidence dans la couche de surface (0-10 cm) des deux sites. Ce début de restauration se traduit, sur un des deux sites, par une différence entre traitement qui n'est plus significative quand les sols sont humides mais qui l'est encore quand les sols sont secs. Sur le deuxième site, cette différence a diminué quelle que ce soit l'humidité du sol. Ainsi, le début de régénération de la structure du sol perturbé ne s'accompagne pas d'une disparition de son comportement de prise en masse lors de son desséchement sur un des deux sites. Ce travail a permis de mettre en évidence une évolution des conséquences du porteur en surface du sol tassé qui serait liée à des processus physiques (gonflement -retrait, gel - dégel). Cependant, l'impact sur les conditions de l'enracinement (forte résistance à la pénétration quand les sols sont secs, faible aération quand ils sont humides) reste élevé de même que sur la résilience à long terme du peuplement.

La prévision des crues est un exercice hydrologique complexe : les incertitudes y sont nombreuses, aussi bien dans le processus de modélisation hydrologique, dans la détermination de l'état initial du bassin versant avant le lancement de la prévision, que dans l'évolution des conditions météorologiques futures. Dans le cas des bassins versants non jaugés, où les observations de débits sont lacunaires voire absentes, ces incertitudes sont encore plus importantes, et le besoin de les réduire devient incontournable. Cette thèse s'intéresse à des méthodes simples et robustes qui peuvent apporter de l'information pertinente pour quantifier les incertitudes de prévision dans les bassins versants non jaugés. Le but est d'étudier la meilleure stratégie pour chercher l'information dans les bassins jaugés "donneurs", et pour la transférer vers le site non jaugé. Nous étudions les besoins pour mettre en place un modèle de simulation pluie-débit et pour effectuer une mise à jour du modèle de prévision en temps réel. Ces deux composantes de la prévision sont ainsi découplées dans notre approche. Cette thèse s'appuie sur une large base de données constituée d'environ 1000 bassins versants français, dont un jeu clé de 211 bassins versants qui permet la validation des approches développées. Elle s'appuie également sur une archive d'environ 4,5 années de prévisions d'ensemble de pluies, utilisées en forçage à la modélisation hydrologique journalière. La démarche adoptée consiste à intégrer les scenarios de transfert de l'information régionale disponible et les scenarios de la prévision météorologique d'ensemble dans un système de prévision orienté vers les bassins versants non jaugés. L'approche de prévision d'ensemble est ainsi généralisée à ce cas particulier de la prévision hydrologique. A travers plusieurs scénarios de débits futurs, nous cherchons à quantifier les incertitudes de prévisions dans les sites cibles non jaugés. Pour évaluer les différents scénarios des prévisions hydrologiques émis, un cadre de diagnostic d'évaluation des principales qualités d'un système de prévision d'ensemble, comprenant plusieurs critères numériques et graphiques, a été mis en place. Dans cette thèse, une attention particulière est prêtée aux attributs "fiabilité" et "précision" des prévisions. Nous proposons ainsi un nouveau critère graphique, nommé diagramme de précision d'ensemble. Ce critère permet notamment de mettre en valeur la qualité des prévisions qui ne sont pas forcément fiables, mais qui sont précises. Les résultats obtenus ont mis en évidence que la fiabilité des prévisions peut être améliorée sur un bassin versant non jaugé par l'utilisation de plusieurs jeux de paramètres issus des bassins versants voisins. Si la variabilité apportée par le voisinage géographique influe sur la dispersion des membres, et augmente ainsi la fiabilité des prévisions, la prise en compte des caractéristiques physiques, principalement de la surface des bassins versants, est apparue comme une alternative intéressante, influençant positivement aussi l'attribut précision des prévisions sur le site cible. De plus, il a été montré que la précision des prévisions d'ensemble sur le site non jaugé est améliorée par l'intermédiaire du transfert des bassins versants jaugés vers le site cible des corrections faites lors de la mise à jour sur les bassins voisins (mise à jour caractérisée ici par l'assimilation de la dernière observation de débit dans le modèle hydrologique, avant l'instant de prévision). Les différentes mesures de performance ont montré que la meilleure option pour améliorer la précision des prévisions serait de considérer les corrections effectuées sur le bassin le plus proche à chaque pas de temps de prévision. Le krigeage a également donné des résultats satisfaisants, marqués en plus par l'influence positive sur l'attribut fiabilité des prévisions.