Lysimètre

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Un lysimètre (du grec ancien λύσις « action de délier, dissolution, fin »^[1]) est un dispositif permettant d’étudier et de mesurer l’évolution de l’eau dans un sol naturel, agricole, forestier, expérimental, pollué ou dans un écotron.

Définition et description

Le mot lysimètre décrit en fait différents appareils, qui ont cependant en commun d’analyser les interactions Eau-Sol-Vivant, la part du vivant pouvant être limitée aux végétaux, ou incluant la microfaune et flore du sol, selon les cas.

Le lysimètre simple se présente généralement comme un cylindre (ou un bac, en métal, béton, plastique) étanche par ses côtés (1 à 2 m ou plus de profondeur) dont le fond laisse percoler l’eau afin qu’on puisse la récolter en en mesurant le débit et pour y mesurer différents paramètres et leur évolution dans cet échantillon. Il peut être placé in situ (sur le terrain à étudier) ou ex situ (en laboratoire).

Le lysimètre de précision permet en outre une pesée permanente du système.

La cuve du lysimètre est empli du même type de sol que celui du terrain avoisinant, ou mieux il est rempli d’un bloc monolithique de sol « le moins perturbé possible » prélevé à proximité (opération délicate, car l’extraction, le transport, la déshydration ou la mise à l’air du bloc modifient déjà la structure du sol prélevé ou l’activité ou la composition bactériennes)..

La quantité de sol placée dans un lysimètre varie de quelques kilogrammes à plusieurs dizaines de tonnes comme à Bushland au Texas^[2]

Des accès horizontaux ou verticaux (généralement des tuyaux en matériaux chimiquement neutres), éventuellement poreux sur toute ou une partie de leur longueur, permettent l’extraction de solutions aqueuses ou de gaz à différentes profondeurs du sol enfermé dans le lysimètre.

Un système de pompe à main ou d’aspiration peut être associé pour la récupération de la solution du sol, par exemple via une bougie poreuse. (ex : http://pbisotopes.ess.sunysb.edu/reports/schuchman/lysimeter_fetter.jpg)

Le lysimètre est utilement associé à une petite station météo locale (une mesure du couple thermohygrométrique au niveau du sol et pas seulement sous-abri est recommandée).

Utilisation

Le lysimètre permet d’étudier et comparer le comportement de l’eau et de ses solutés dans son parcours dans le sol, ou lors de son rejet vers le compartiment atmosphérique via l’évaporation et la transpiration des plantes ou de la microflore et microfaune du sol (infiltration, solubilisation de minéraux, température selon la profondeur, le type de sol et le taux de végétalisation ou la nature des végétaux, tension électrique/conductivité (traduisant la teneurs en sels), variation d’acidité et de dureté ou de composition de l’eau, mesure des flux). Un lysimètre de précision permet le calcul de l’évapotranspiration sur des périodes de courte durée

Ces paramètres peuvent être importants pour étudier par exemple l’impact du désherbage, de la battance des sols, du tassement des sols agricoles ou forestiers suite aux pratiques agricoles ou de foresterie, l’impact de divers polluants et/ou intrants agricoles, du réchauffement climatique, des sécheresses, la migration de polluants dans un sol pollué, etc.

Avec des mesures de tensiométrie, et mesures gamma-neutroniques (sonde à neutrons), on peut calculer la relation theta (H,z,t) et déduire les teneurs en eau volumiques ainsi que les densité sèches correspondantes pour fournir un profil d’humidité du sol. En laboratoire ou in situ, il devient possible de faire varier certains paramètres (exemple simuler une augmentation des pluies, de la température moyenne ou au contraire une diminution de ces facteurs, afin par exemple d’étalonner certains modèles)

Limites

S’il se rapproche du sol que l’on veut étudier, naturel ou anthropisé (sol agricole, urbain et/ou pollué), le compartiment ainsi isolé en reste différent pour certaines caractéristique. Son état pédologique et son fonctionnement écologique peuvent avec le temps diverger car l’écologie du sol y est contrainte par le faible volume de sol et son isolement (l’eau y pénètre et en sort, mais non les organismes fouisseurs ; ex : les vers de terre peuvent y disparaître et ne pas pouvoir y revenir), la décolmatation continue du sol et la production de sol à partir de la roche-mère par les racines ou micro-organismes peuvent y différer, etc. L’évaporation y diffère légèrement et si la circulation horizontale des éléments physiques et vivants y est entretenue ou permise, leur circulation horizontale ne peut s’effectuer hors du volume contraint par l’installation.

Les lysimètres fermés classiques ne permettent pas l’étude des systèmes eau-sols-racines-mycorhizes dans le cas où les racines sont celles de grands arbres ; Mais on a étudié le cas d’un sol avec petit arbre. (http://lawr.ucdavis.edu/classes/hyd143/hyd143week2.html)

Certains systèmes ont une inertie thermique qui diffère fortement de celle du sol réel (mais qui peut être mesurée ou pour partie compensée).

Les lysimètres de laboratoires, même in situ, ne sont généralement pas équipés pour simuler la remontée du niveau de la nappe ou la subir réellement.

un seul lysimètre ne donne pas d’informations sur ce qui se passe aux échelles paysagères, il faut alors construire un réseau de lysimètres associés à des piézomètres ou d’autres systèmes de monitoring. (ex : http://snobear.colorado.edu/Tyler/soddie/, http://snobear.colorado.edu/Tyler/soddie/lysimeter_array.jpg)

Conclusion

Le lysimètre a néanmoins permis de mieux comprendre le fonctionnement des sols, bien plus complexe qu’il n’y paraît au premier abord, et toujours mal compris. Il permet notamment de caler certains modèles de transferts d'eau, de nutriments, de polluants (eutrophisants, pesticides...), en milieu agricole, naturel ou dans des sols très artificialisés tels que ceux des golfs.

Conseils pratiques

• Une surface évaporante d’un mètre carré permet de faciliter les calculs et conversions (1 litre d’eau = 1 mm/m2).
• Le système de pesée doit être périodiquement étalonné.
• L’évolution récente des sondes et matériels de mesure dotés de mémoire électronique et capacités d’autonomies permettent de moins intervenir. Ces matériels peuvent aussi pour certains équiper le sol original à proximité pour observer dans quelle mesure le lysimètre a pu modifier certains paramètres.

Les panneaux solaires permettent l’alimentation électriques de sites isolés Des matériels récents permettent des mesures ponctuelles de température et humidité sur une surface matérialisée par un rayon laser

Notes et références

Liens internes

• Pédologie
• écotron
• Humus
• Sol pollué
• Lixiviation

Liens externes

• Aux Pays-Bas
• En Belgique
• Site avec photos / allemand et anglais
• [2]
• Rapport d'activité 2008 de la Station lysimétrique expérimentale d'Homécourt