FO~OOO 53
UNIVERSITÉ DE NANCY 1
U.E.R. Physique - Chimie - Biologie
.
ÉTUDE co~mmÉE Du BIL/AN HWXUQUE DE
4 PEUPLEMENTS DE SAPIN DE VANCOUVER
(J%&r &?mwh LINDL.) DE DENSITÉS DIFFÉRENTES
MÉMOI
pour l’obtention du
D.E.A. DE BIOLOGIE ET PHYSIOLOGIE VÉGÉTALES
présenté et soutenu publiquement
le 5 octobre 19812
Par
Pape Ndiengou SALL
JLKY :
Président : M.
F. MANGENOT
Assesseurs : MM. G. AUSSENAC
M . FAVRE
J. PARDE

---

SOMMAI:RE
1. INTRODUCTION
1
II. PRESENTATION DE L'ETUDE
3
III. ETUDE DU BILAN HYDRIQUE
4
1". Notion de bilan hydrique
2". Interception des précipitations
a) Généralités sur l'interception
b) Dispositif expérimental de mesure
c) Résultats
d) Discussion et conclusion
3". Evolution des nappes perchées
12
a) Dispositif de mesure
12
b) Résultats
13
4”. Mesures de la teneur en eau du sol
18
a) Concept de disponibilité en eau : la
réserve utile
18
b) Utilisation de la presse à membrane
19
b.1) Notion de pF
19
b.2) Mesures effectuées
20
c) Résultats
obtenus avec la sonde à neutrons
et calcul de 1'ETR
25
c.1) Généralités
25
c.2) Mesures effectuées
27
c.3) Résultats obtenus
29
d) Résultats par la méthode gravimétrique
32
IV. CONCLUSION GENERALE
37
- BIBLIOGRAPHIE
- ANNEXES

---

REMERCIEMENTS
--
Puissent ces quelques
lignes traduire toute ma défé-
rence à Messieurs :
MANGENOT,
Professeur à
la Faculté des Sciences de
Nancy,
PARDE,
Directeur de
la Station de Sylviculture et
Production du C.N.R.F.
AUSSENAC, mon Directeur de stage, Responsable de l'uni-
té de Bioclimatologie
au C.N.R.F.
FAVRE, Professeur a la Faculté des Sciences de Nancy.
Que Messieurs
CLERC, DESJEUNES, GRANIER, GROSS, GUEHL, WILLM
de l'unité de Bioclimatologie et l'ensemble du secré-
tariat de la Station de
Sylviculture
trouvent
ici
l'expression de ma sympathie pour leur fructueuse col-
laboration.

---

L ‘em.4
Voici l’eau dans son long circuit
Les 3 états
Qui subit sa métamorphose.
de la
matière
Vapeur légère, neige ou pluie
Glace aussi, c’est la même chose.
Venue d’un nuage elle tombe
Précipi-
.4u sol et suivant son instinct,
tations
Choisit la voie qui lui incombe
Pour aller jusqu’à son destin.
En suivant la voie de lumière
Ruissel-
Ruisselant au long du versant,
lement
Elle bondit vers la rivière,
Le lac, la mer ou l’océan.
Elle entrame en courant, tragique,
Erosion
Terre et rochers dans sa rmisson,
Milieu
de vie
Les dépose et devient, magique,
i.Jn univers pour le poisson,
Cependant que sur son dos lisse,
Activités
Pour le travail et le loisir,
Loisirs
Le bateau majestueux glisse
Et nage l’ondine a plaisir.
L’autre voie est bien pZus austère.
lnfil-
Dans la nuit du sol asséché
tration
L’eau s’infiltre et le d&aZtère
Avant de retrouver, cachée

---

Dans Zes profondeurs de la terre
Ressource
La nappe où 1 ‘on viendra puiser
Pollution
Afin que Z’homme en puisse faire
Maint emploi, même en abuser
Et la plante au sol s’alimente
Vie
En cette eau qui la fait fZeurir,
Photo -
synthèse
L ‘embeZZit, la rend opulente
Lui permettant de nous nourrir
A travers la mer ou la plante,
Evapotrans-
A 1 ‘issue de chaque parcours
piration
L’eau cède à la loi vigilante
Et devient vapeur au long cours
MaZgré la longueur du voyage
Le cycle.
Son sort, inexorablement,
La ramène Ù son blanc nuage,
Eternel recommencement.
Suzanne
MERIA UX
(L’l.N.R.A., Z’Eau et la Production Agricole.
INRA - Editions S.E.I. CNRA VERSAILLES
269 pages, 1979).

---

1. INTRODUCTION
NOUS ne dirons certainement pas que le Sapin de Vancou-
ver (Ahies grandis) n'a aucune valeur en Amérique du Nord, mais
compte tenu du peu d'intérêt qu'il y a suscité,
il n'est
Pas
étonnant de voir la place peu flatteuse qu'il occupe
dans la vie forestière de sa région d'origine : Colombie
Britannique (Ile
de Vancouver),
Californie
du Nord,
Nord
de l'Idaho et Nord-Ouest du Montana.
Aussi
surprenant
que
cela puisse paraltre, ce sont les
Européens
qui
entendent faire de cette espèce un usage
à la dimension de ce qu'on peut en attendre eu égard à ses
disponibilités adaptatives et à ses remarquables performances.
Introduit en Europe a la fin du siècle dernier, il a, dès
le lendemain de la deuxième guerre, bénéficié d'une atten-
tion particulière de la part des forestiers qui,
loin de
vouloir en faire une panacée, ont tout de même tenu à lui
donner toute l'importance qui doit être la sienne.
Ainsi, placé en tête des résineux en Angleterre par CHRISTIE
et HUMMEL
(DELVAUX,
1969) grâce aux tables de production
indiquant qu'à
l'âge de 50 ans, il avait une production
supérieure de 20 à 50% a celle de 1'Epicéa de Sitka
(Piceti site
chensis) et du Douglas (Pseudotsuga menziesii Mirb. )
- classé en
France parmi
les
"essences
de pointe"
(PARDE,
1966) du
fait
de ses
records
(accroissement)
- étudié sur le plan des races géographiques par un
Allemand (MULLER, 1935-1936) qui en distingue une côtière
et quatre continentales,
- objet de recherches poussées au niveau de la sélec-
tion des provenances pour av'oir
des éclaircissements sur
le mode de variabilité de l'espèce avec l'établissement de
lois de variabilité (LACAZE, TOMASSONE, 1967).

---

- 2-
- performant
dans
les
boisements
du Nord-Ouest de
1'Hérault (PARDE, PRAX, 19641,
- préconisé comme essence
de reboisement en Belgique
pour y avoir eu un comportement plus que satisfaisant (DEL-
VAUX, 1969), le Sapin de Vancouver ne pouvait pas ne pas être
étudié sL;r le plan de la sylviculture par le Centre National
de Recherches Forestières (C.N.R.F.) de Champenoux.
Une expérience d'espacement de plantation fut donc mise en
route en 1958 en forêt d'Amance (Meurthe-et-Moselle).
Dans un carré
latin de 16 placeaux, 4 espacements ont été
retenus :
B : 2,00m x 2,OOm
2.500 plants/ha
c : 2,50 m x 2,50 m
1.600 plants/ha
D : 3,00 m x 3,00 m
1.111 plants/ha
E : 3,50 m x 3,50 m
816 plants/ha
20 ans après, des résultats sont publiés (OSWALD, 1980). Une
éclaircie systématique à l'envers jusqu'à concurrence de 70%
de la surface terrière initiale a été réalisée au printemps
1980.
Cette
réduction
instantanée du matériel végétal a
toujours deux conséquences principales :
- une
influence
sur l'éclairement des végétaux
(photo-
synthèse)
- une modification
sur la
consommation
d'eau
(bilan
hydrique).
Nous nous sommes fixés comme cadre d'étude la deuxième com-
posante. Pour étudier l'état hydrique relatif des parcelles,
nous en
avons
choisi
4 (les écartements extrêmes 2m et
3,5m).
Face à l'essor industriel, a la croissance démogra-
phique, et à la desertisation de certaines régions du globe,
l'eau devient de plus en plus une denrée rare et précieuse
qu'il faut maîtriser pour en ffaire une utilisation ration-
nelle.
Ce
"sang de la forêt", comme l'appelle E. HERRIOT, reste
aujourd'hui plus que jamais un bien qu'il faut jalousement
garder.

---

.
.
.
I w
x
-x7
iyr
(4006 1

---

II. PRESENTATION DE L'ETUDE
Notre travail a démarré en novembre 1981 ; l'état des
peuplements était le suivant :
- absence totale de nappe perchée
- les parcelles étudiées se présentaient comme suit :
P I
: 3,50m x 3,50m
densité = 730 arbres/ha
Témoin
P II
: 2,OOm x 2,OOm
densité = 1.620 "
Eclaircie
P III
: 3,50m x 3,50m
densité = 530
II
Eclaircie
P IV
: 2,OOm x 2,OOm
densité = 1.760 "
Témoin
Chaque parcelle mesure 10 ares (figures 1, 2, 3, 4). Nous
avons fait :
- des mesures d'humidité du sol
avec la sonde à neutrons
et de profondeur de nappe d'eau
- des prélèvements de sol (méthode gravimétrique)
- des manipulations avec la presse
à membrane de Richards
- des relevés de pluie.
Dans la première partie, nous avons suivi
le circuit de
la pluie qui tombe sur le peuplement et nous l'avons frac-
tionné en 3 composantes :
c'est l'étude du cycle hydrolo-
gique.
Dans la deuxième partie de ce mémoire,
tous les termes du
bilan hydrique dont la sommation donne la pluie incidente
sont définis et étudiés.
Nous avons ensuite étudié comment la modification du micro-
climat (intervention
sylvicole) permettait
de contrôler la
distribution et la consommation de l'eau.
En conclusion,
il nous
a semblé logique,
après avoir tant
parlé de bilan,
d'en faire un de plus, non pas hydrique
cette fois-ci, mais
d'un aspect différent parce que faisant
état de l'enseignement que nous
tirons de ces résultats
obtenus après neuf mois d 'études de terrain.

---

---

---

l (6341
. \\Im)
(0.3)
.

---

III. ETUDE DU EIILAN HYDRIQUE
1. NOTION DE BILAN HYDRIQUE
A l'instar du chef d'entreprise qui choisit un moment
bien précis pour faire son bilan financier, le forestier déli-
mite un temps dans la vie de son peuplement pour dresser un
bilan d'eau.
Les
théories
récentes
affirment que
le bilan
hydrique
n'est en
fait rien d'autre que
l'expression de
la loi de "la conservation de la matière" (HILLEL, 1974). Ce
qui,
dans notre étude,
veut dire que pour un volume de sol
donné, la teneur en eau ne peut augmenter sans apport venant
de
l'extérieur
(infiltration,
remontée
capillaire) et ne
peut diminuer sans départ de l'eau vers
l'atmosphère par
évapotranspiration ou en profondeur par drainage.
Il reste évident, au-delà de ce constat, que cette dynamique
de l'eau nécessite de l'énergie : d'où la notion de bilan
d'énergie.
Ces deux bilans
(énergétique et
hydrique)
sont
donc intimement liés. Pour une période donnée, on peut donc
écrire une équation,
dite du bilan hydrique, formulée comme
suit :
(l) 'i =E+T+In+D+F+R+AS
(A~SSENA~, 1975)
'i = precipitations incidentes T = transpiration
In = interception nette
D = drainage profond
E
= évaporation du sol
F = drainage
latéral
super-
ficiel
R
= ruissellement
BS = variation
du stock d'eau
dans le sol.
Cependant cette égalité ne peut avoir de sens qu'à trois
conditions :

---

---

- 5 -
l”/ que l'état initial (humidité) du sol soit égal à
l'état final,
2O/ que le volume et les caractéristiques du sol ne va-
rient pas,
3"/ que le sol ne reçoive pas d'eau à partir d'une nappe
phréatique.
2. INTERCEPTION DES PRECIPITATIONS
a. Généralités sur l'interception
La pluie qui tombe sur un peuplement
(pluie
inciden-
te = Pi) se comporte de la façon suivante :
- Une partie parvient presqu eimmédiatement
au sol (PS)
soit directement,soit en travers'ant
le houppier ; le cas le
plus fréquent est l'action combinée des deux phénomènes.
- Une fraction arrive également au sol mais en prenant
une voie différente : elle s'écoule le long des troncs
(P,).
- Le tiers
restant,
qui est arrêté par le feuillage
et les branches jouant
le rôle d'un véritable écran, est
appelé interception (In).
Le schéma no
1 montre la destinée de la pluie qui arrive sur
un couvert forestier :
on peut d'ores et déjà constater que
l'interception
est un élément de l'évapotranspiration réelle
et de ce fait elle constitue une perte d'eau pour le système
considéré.
On peut se demander si l'eau interceptée est totalement perdue
ou si
elle peut dans certaines conditions être récupérée.
Des auteurs
pensent qu'une partie serait absorbée par les
feuilles et que son départ par évaporation entraînerait une
réduction de la transpiration : d'où un effet tampon au niveau
du bilan hydrique. En tout état de cause, la capacité d'in-
terception des cimes reste très importante.
Selon BURGER (in DELFS, 19671, 1 kilogramme d'aiguilles de Sa-
pin correspond à une surface foliaire moyenne de 5,5m*. Ainsi,
associées aux rameaux et aux branches,
les aiguilles repré-
sentent
une
surface
d'interception de plusieurs
dizaines
de m* par couronne.

---

- 6-
11 est donc intéressant de retenir qu'au niveau d'un peuple-
ment, la surface d'interception du feuillage est sensiblement
vingt fois plus importante que celle du sol.
Il reste entendu que lorsque les précipitations sont très
faibles, l'interception est maximale (100%).
Mais à partir de quelle limite peut-on dire qu'une précipi-
tation n'est plus faible ? Cela dépend évidemment des essen-
ces.
Pour le
Sapin
de Vancouver une valeur de 0,5mm a été trou-
vée ; 0,6mm et 0,4mm pour l'Epicea$
(Picea abies) et le Pin
sylvestre (Pinus sylvestris) (AUSSENAC, 1968) . En deçà de ces hau-
teurs de pluie,
l'interception est totale ; et au-de.là, le
feuillage se sature de manière progressive jusqu'à ce que la
capacité de stockage maximale soit atteinte et a partir de ce
moment (où les forces de pesanteur deviennent plus importan-
tes que les forces de tension de surface), seules sont rete-
nues les quantités additionnelles compensatrices des départs
dus à l'évaporation.
Dès lors,
il devient
intéressant de quantifier
la hauteur
d'eau maximale qu'un couvert peut retenir : ce paramètre est
appelé capacité de saturation des couronnes (S).
LEYTON etal (1965),
WEIHE en 1974 (in BOULANGEAT,
1978) ont
utilisé pour la calculer,
la droite de régression suivante :
(2) P. =P +pt-s
1
S
LEONARD (1967) propose la formule suivante :
(3) 1 = S + REt
I = interception (mm)
S = capacité de saturation (mm)
E = évaporation
(mm/h) pendant
l'averse
t = durée de l'averse en heures.
et suggère que des études soient dirigées vers une équation
de la forme :
(4) 1 = f(K) (AB)
A = surface d'interception
B = hauteur d'eau.
K = temps séparant deux remplissages consécutifs de la capa-
cité de saturation

---

.!

---

-7-
AUSSENAC (1968), avec des averses nocturnes (evapora-
tion
très
faible),
importantes et
continues a
obtenu les
valeurs suivantes :
- Sapin de Vancouver
3,8 + 1,5mm
- Epicéa
3,l i 0,8mn
- Pin sylvestre
3,0 k 0,8mm
b. Dispositif expérimental de mesures
Pour ce qui est de notre dispositif, nous avons installe
un pluviomètre
sur un support à
100 mètres du carré latin
et en plein découvert pour recueillir la pluie incidente (P i).
Nous étions donc a environ un peu plus de quatre fois la
hauteur du peuplement.
Eliminant
deux
rangées
d'arbres
de chaque
côté de
la parcelle, ceci pour
éviter les effets de bordure, nous
avons
obtenu
une placette plus
réduite dans laquelle nous
avons réparti vingt pluviomètres pour mesurer l'eau arrivant
au sol (PS). Un tirage avec la table des nombres
au hasard,
a été fait pour désigner les emplacements : 80 pluviomètres
au total ont donc été disposés dans le carré latin.
Ils
sont de type SPEIA (Syndicat Professionnel Engrais de l'Indus-
trie Azotée). Une centrale d'acquisition de mesures installée
au laboratoire de Bioclimatologie et reliée au poste météo
du C.N.R.F.
(situé à 2km du carré latin) nous servait de
référence pour constater
les différences qu'il pouvait y
avoir entre deux points de mesure si peu distants.
Après avoir mesuré tous les arbres, nous avons calculé
la moyenne géométrique dans chaque parcelle et l'arbre-moyen
était choisi pour représenter l'écoulement le long des troncs
au
niveau
du peuplement (P,).
L'idéal serait certainement
d'avoir un collier autour de chaque arbre du peuplement. Le
choix de l'arbre-moyen se justifie par le fait qu'il y a une
corrélation
entre
l'écoulement
et le diamètre de l'arbre
(DELFS, 1967). Le collier, fait de feuillard, était de temps
à autre desserré afin de ne pas É;trangler l'arbre.
Le schéma no
2 montre une
représentation
du dispositif de
mesure de l'écoulement Pt.

---

TABLEAU No1 - VALEURS DE: PS, Pt, In AU NIVEAU DE CHAQUE PARCELLE
Msultats de 18 meau
Pi
In
=
mm
%
q.W,OO mm
P.l
d = 730ar-
174,91
75 , (1
2,25
1. >OC)
56,84
24,0
--.-
bres/ha
-l---- --
P.11
d = 1620
2 ,oo
64,88
28,O
arbres/ha
---i- 1 -
164,96
71 , 1-1
4,lrô
P.III
d = 53Oar-
0,5ü
54,b2
23,5
bres/ha
- - -
P.IV
d = 1760
4 , 00
b2,03
27,O
arbres/ha
-
t
TABLEAU N”C - bi\\L,E:IIHC> i:E. F's
Pt, In AIl NIVEAII DE CFIAQIIE PAHCELL,E
-
~~~~~~~~~~~'
(résultats de lë mesures)
--~--.
Pi
In
=
mm
mm
153,00 mm
P.1
d = 730ar-
0,613
0,50
bres/ha
P.11
d = 1620
95,81
l,lU
1 , 00
arbres/ha
-
-
-
P.111
d = 53Oar-
102,87
û,32
Of20
49,a
bres/ha
P.IV
d = 1760
>!y47
52,59
34,0
arbres/ha
Pi : pluie incidente - PS : pluie arrivant au sol -
Pt : écoulement le long des troncs - In : interception

---

- 8 -
C .
Résultats
Du
29.4.1982 au
23.7.1982,
nous
avons
effectué 18
mesures de Pi,Pt, PS et In.
. In est obtenu en faisant Pi - (Ps + Pt) (5)
. Au niveau d'une parcelle PS est donné par (6)
n
z
PS
(n = 20)
1 n . Le volume d'eau s'écoulant le long des troncs est
calculé à partir du relevé fait sur l'arbre-échantillon.
Le
contenu
du récipient collecteur représente un volume
d'eau qui,
rapporté à la surface d'épandage, s'exprime. alors
en hauteur d'eau (AUSSENAC, 1975)
Pt= volume recueilli par arbre-échantillon
z nPt~N
N =nombre d'arbres du placeau
Pt=A (S -G)
P
n=nombre d'arbres-échantillon
Sp=surface du placeau
G =Surface terrière des arbres du placeau
lmm de pluie correspondant a 4Occ, nous avions mis au point
des équations qui nous donnaient directement le pt
total de
chaque placeau (ANNEXE1 ).
TOUS les résultats des relevés pluviométriques sont regroupés
dans un tableau (ANNEXEII).
Notre but n'était pas de faire un bilan annuel des pluies
mais
simplement
des mesures ponctuelles afin d'obtenir une
estimation
moyenne des précipitations arrivant au sol, de
l'écoulement le long des troncs et de l'interception (ta-
bleau no 1).
Deux pluies exceptionnelles
ont hétérogénéisé les 16 valeurs
obtenues :
il nous a semblé que l'averse du 3 au 4 juillet
ne s'était abattue que sur quelques zones de chaque parcelle :
les données recueillies nous ont paru aberrantes.
La deuxième mesure qui a perturbé nos résultats est l'orage
du 14 juillet et lIaverse matinale du lendemain.
Dans notre pluviomètre de référence nous avions obtenu 53mm.
Depuis le 8.6.1953,
c'était lis première
fois que le poste
climatologique
d'Amance enregistrait une telle valeur en 24
heures (DE~JEUNES, 1982).

---

---

- 9 -
Avec
une
telle
intensité,
la capacité
de saturation fut
vite atteinte et c'est à notre avis l'explication des très
faibles
interceptions
obtenues (3; 7; 7 et 10% pour les 4
parcelles).
En enlevant ces deux mesures (sur 18) l'interception, par
exemple pour
la parcelle
1 (d = 730 arbres/tna) est majorée
de 11%. Les résultats obtenus avec les 16 mesures sont données
dans le tableau no 2.
d. Discussion et conclusion
Une première conclusion intéressante est de constater
le faible écoulement le long des troncs du Sapin de Vancou-
ver : 0,2 ; 0,5 ; 1
et 2% Pi. Ces résultats corroborent
ceux de STALFELT en Suède (0,4% Pi)
; d'OVINGTON à Bedgebry
(0,13% Pi)
(in OVINGTON,
1954)
et d'AUSSENAC (1968) qui
trouve un écoulement maximal de 1,6% Pi.
Densité
(arbres/ha
530
620
7 :3 0
1620
1760
2174
-
Age (ans)
24
35
24
24
24
20
40
Pt% Pi
0,2
l,o
O,!jO
1,0
2,00
0,13
0,4
-
De ce tableau nous pouvons dire que,malgré sa faible valeur,
l'écoulement le long des troncs varie très sensiblement d'une
densité à l'autre. Il ne semble pas, d'après les résultats
dont nous disposons, qu'il y ait une corrélation significa-
tive avec l'âge.
Si l'on sait par ailleurs que le Douglas
(Pseudotsuga rnenziesii Mirb)
peut
avoir un
écoulement de 13%
(MITSCHERLICH et MOLL, Allemagne, 1970 ; in BOULANGEAT, 1978)
et même de 15% (AUSSENAC,
1975) ,
on comprend alors aisément
que le Sapin de Vancouver soit considéré comme une essence
forestière
à faible écoulement. La représentation schéma-
tique (figure 5) est très édifiante.

---

\\
\\

---

- 10 -
Dans cette même étude,
nous avons cherché si effectivement
il y avait une corrélation positive
entre le diamètre de
l'arbre et le volume d'eau récolté.
Pour 3 arbres-moyens la relation est vérifiée : plus l'arbre
est gros, plus il récolte d'eau [circonférence en mm de 528
(P II), 603 (P IV) et 803 (P I)]. Cependant la hauteur d'eau
clue
recueille l'arbre de 835mm, de la parcelle III, n'est
pas la plus forte valeur (ceci à chaque mesure).
A .
ESCHNER (1967) rapporte des
résultats
obtenus
sur des
sapins par HOPPE ; résultats qui justifient qu'il est possi-
ble d'avoir des relations comparables aux nôtres.
Nous savions déjà que le Sapin était un résineux à ramifica-
tion horizontale (PARDE, 1974) : ce qui peut expliquer le
faible écoulement ; mais en plus notre arbre-moyen de la
P.
III semblait avoir un mode d'insertion des branches qui
ne favorisait pas
l'écoulement de l'eau des branches au
tronc. Une fois de plus, se fait sentir l'absolue nécessité
d'avoir plusieurs arbres-échantillons dans une même parcelle.
La pluie qui
arrive au sol (P,) varie de 62,5% Pi
(p II d = 1620 arbres/ha) à67%Pi (P. III d=530 arbres/ha).
Nous avons
représenté graphiquement les courbes
(P
en % P
S
i
en fonction de Pi) de nos quatre parcelles et comparé chacune
d'elles a celle obtenue par
OVINGTON (1954) dans un peuple-
ment d'Abies grandis de densité 2 174 arbres/ha (figure 6).
Pour chaque cas de figure, nous remarquons que plus il pleut,
plus les deux courbes s'écartent.
A un PS et à un pi donnés, cet écart n'est pas le même pour
les quatre cas considérés ; la courbe d'QVINGTON est toujours
en dessous de la nôtre et la différence de densité entre
deux de nos parcelles se traduit par un écart plus ou moins
accentué selon le cas.
De ces
observations,
il ressort qu'il y a une variation de
l'eau qui arrive au sol (PS)
i fluctuation apparemment liée
à la densité.
Les
interceptions
(1,) des quatre peuplements sont
assez voisines malgré la différence de densité. Nous pensons
qu'elles
représentent des valeurs correctes en comparaison

---

4
8
42 4s 20

---

- 11 -
de celles trouvées pendant deux années de mesures en Lorraine
(A~SSENA~, 1968) ; la courbe d'interception en fonction
des précipitations qui a résulté de ces travaux est comparée
à chacune de nos quatre courbes (figure 7).
La courbe d'AUSSENAC ne se superpose à aucune des nôtres
mais l'écart est relativement faible.
En prenant la parcelle IV,
plus de deux fois et demie plus
dense
que
celle d'AUSSENAC (1760 arbres/ha contre 620),
les courbes se touchent aux environs de 20mm de pluie inci-
dente.
Pour les autres parcelles, l'écart est moindre et le chevau-
chement des deux courbes considl&réesa lieu entre 10 et 15 mm.
C'est la preuve que cette différence de variation de l'inter-
ception entre les parcelles est relativement faible.
En reprenant tous nos résultats, nous avons établi sur un
même graphique
les variations de PS, In et Pt en fonction
de la densité (figure 8). Nous avons aussi représente les
valeurs trouvées dans le carre latin de Douglas qui juxta-
pose le nôtre.
Le Sapin de Vancouver et le Douglas sont deux espèces qui
vivent dans la même aire écologique ; ils constituent des
peuplements presque toujours en mélange. Aussi nous a-t-il
paru intéressant de les comparer sur le plan des composantes
de la pluie incidente.
Nous avions déjà constaté que le Douglas avait un écou-
lement plus important que le Sapin de Vancouver (figure 5).
Par contre la quantité d'eau arrivant au sol sous 1'Abies grandis
(PS) est supérieure a celle du Douglas : les deux phénomènes
semblent se compenser.
L'interception
est sensiblement la même aussi bien au niveau
des deux espèces qu'en
fonction de la densité au sein d'un
même peuplement. Pour des plantations de même âge que les
nôtres (25 ans),
BOULANGEAT (1978) a une
interception de
35 à 37%.
C'est par conséquent au niveau de la distribution de l'eau
au sol (PS et Pt) qu'intervient l'influence de la densité ;
les peuplements à couvert fermé, que nous avons étudiés,inter-
ceptent sensiblement la même quantité d'eau.

---

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3
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1
_

---

- 12 -
3. EVOLUTION DES NAPPES PERCHEES
a. Dispositif de mesure
Nous avons travaillé sur un sol brun lessivé à pseu-
dog ley,
développé sur des mar:nes liasiques recouvertes de
limons.
11 a été étudié et décrit de facon très détaillée
(SCHNEIDER,
1972).
Aux
environs
de 50-70cm,
l'existence
d'une
couche
imperméable
de pseudoqley sert de "plancher"
à la nappe d'eau libre stagnante résultat de l'accumulation
du drainage de l'eau de gravité :
une telle nappe est dite
"perchée".
C'est donc dans notre cas une nappe alimentée par les eaux
de surface, c'est-à-dire par les eaux d'infiltration.
Elle est dite temporaire parce que disparaissant plus ou
moins rapidement selon les conditions climatiques.
Cette eau, tout en étant un stock de réserve,peut être de par
le milieu asphyxiant ou de par la limitation de la profon-
deur d'enracinement,
une contrainte majeure pour
la véqéta-
tion.
L'évolution de cette nappe a été suivie grâce à la
mise en place de tubes piézométriques.
Les piézomètres étant des appareils servant à la mesure de
compressibilité
des liquides, gaz et solides, c'est-à-dire
au pouvoir qu'ont ces
états de la matière de réduire de
volume sous l'action d'une pression (cf. Loi de MARIOTTE).
Nos piézomètres
(schéma 3) sont des tubes en polyvinyle de
80 mm de diamètre, percés de nombreux petits orifices sur
un mètre pour favoriser la pénétration de l'eau. Ils ont une
longueur
totale de 1,20 mètre et une hauteur hors-sol de
10cm.
Afin d'éviter le ruissellement le long des
tubes,
nous
avons
utilisé
une
tarière de même diamètre.
Chaque
tube est soigneusement fermé par un bouchon.
Les trous qui, de fait ont 1,lOm de profondeur, permettent
aux tubes de se situer bien en dessous du plancher argileux
(base de la nappe).
En utilisant cette marge, on risque d'avoir de l'eau dans le
tube et ceci en l'absence de nappe.

---

- -
--
1
3.

---

- 13 -
Nous avons essayé de supprimer ce risque en pompant systé-
matiquement
les
piézomètres
pour
les
vider
après
chaque
mesure.
L'eau stagnante était donc éliminée et la prochaine mesure
devait refléter fidèlement l'état réel de la nappe.
Nous disposions d'une pompe à diaphragme
qui à chaque pres-
sion délivrait 0,5 litre.
Notre but était donc de connaftre, chaque jour, le toit
de la nappe. L'Unité de Bioclimatologie avait, en la circons-
tance, mis au point une jauge électrique avec un voyant rouge
qui s'allumait dès que les électrodes touchaient l'eau et
la lecture se faisait directement sur un ruban fixe a la
tige.
Représentation et montage (schéma 4).
Wotre dispositif comprenait 29 tubes dont :
- 11 dans la parcelle la moins dense (P. III)
- et 18 également répartis dans les 3 autres parcelles.
(figures 1, 2, 3, 4).
b. Résultats
Nous
avons
fait les mesures du 28 novembre 1981 au
30 juillet
1982, mais la nappe n'était présente qu'entre le
ler décembre 1981 (après une pluie de 14 mm) et le 19 avril
1982.
Elle est apparue simultanément dans les 4 parcelles.
Nous
avons
qualifié d'hivernale
cette
période de 4 mois
et demi de présence de la nappe perchée.
Il aura fallu l'orage du
14 juillet (53mm) pour constater
des traces d'eau au fond des piézomètres. A aucun autre
moment la nappe ne s'est rechargée.
Le premier résultat intéressant est la disparition quasi
définitive de la nappe vers la mi-avril sous les quatre peu-
plements.
Ce constat corrobore les conclusions obtenues et relatives
au départ de la nappe sous les Résineux en forêt d'Amance
(LEVY, 19691, (A~SSENA~,
19751, @~~LANGEAT, 1978).

---

- 14 -
Année
Peuplement
Apparition
Disparition
1967
Sapin de Vancouver
20 octobre
19 avril
1969
Sapin de Vancouver
15 décembre
19 avril
1982
Sapin de Vancouver
Ier décembre
15 - 19 avril
1978
Douglas
6 - 8 novembre
2ème quinzaine
Avril
Pour chaque parcelle, le niveau moyen de la nappe est
donné par la moyenne des relevé:s des tubes.
t 'n
n = profondeur du toit de la nappe
(8) n =
'P
p = nombre de tubes piézométriques
Apres une mesure, l'évolution (de chaque tube est suivie qra-
phiquement et comparée par transparence aux 28 autres (ANNEXE
III).
Par
ailleurs,
nous
avons
calculé
l'écart-type
CT) lors
de la détermination du niveau moyen de la nappe afin d'éva-
luer la dispersion
des mesures autour de la moyenne. Les
corrélations
nous
ont paru satisfaisantes.
Nous
constatons
cependant un écart-type relativement élevé lors de l'appari-
tion des nappes
et qui devient
faible au moment de leur
disparition.
Parcelles
densité
(arbres/ha)
P. 1
730
30
l à 2
P. II
1760
20
l à 3
P. III
530
37
3
P. Iv
1620
15
0,5 à 1
NOUS constatons aussi que dans la P.I (730 arbres/ha) nous avons eu une
présence de nappe plus tardive (disparition le 29 avril). Il est difficile
d'expliquer ce fait mais nous pensons qu'il pourrait être lié au temps
de réaction des tubes de la parcelle. Il ne semble pas y avoir une expli-
cation topographique.
Pendant
cette
période
de non-végétation où
l'évaporation
du sol et la transpiration des végétaux sont très faibles,
l'abaissement de la nappe s'explique par
les pertes par
drainage (en profondeur et/ou latéral).

---

- 15 -
Un modèle de régression linéaire a déjà été utilisé dans un
peuplement voisin de Douglas pour quantifier le drainage
(BOULANGEAT,
1978).
Nous
avons
essayé de l'améliorer en
y intégrant l'évapotranspiration potentielle (E.T.P.).
Ainsi,
la fluctuation de la nappe,
enregistrée
entre le
jour j et le jour j + 1 (An=n.-n j + ,) dépendrait :
3
- de la profondeur de la nappe au jour j
(nj)
- de la pluie alimentant le sol au jour j
[(Ps+Pt)jl
- et de la demande climatique le jour j
(ETPj)
L'intérêt d'une
telle étude est que non seulement on
arrive, si les résultats sont satisfaisants, à les introduire
dans le calcul du bilan hydrique
(formule 1) mais aussi on
aboutit à une étude descriptive de la consommation en eau des
arbres. Lorsqu'il n'y a pas de fluctuation de la nappe,
l'eau
perdue par
drainage représente exactement la pluie qui est
arrivée au sol (ceci en l'absence de transpiration c'est-à-
dire en hiver). Ainsi, pour évaluer le drainage quotidien,
il suffit de poser bn=o. L'équation linéaire est de la forme
j+l
= a + b (nj) +C[(P~+I?~)~] t d(ETPj)
j
avec trois variables explicatives
(n,P, +Pt, ETP) et
une va-
riable expliquée ( An).
En annulant An on obtient
A
-a-h(n,) -d (ETP,)
fin= 0 + (Ps+Pt) j =
SM= D+Fmm/
C
jour (')
An= différence de deux mesures consécutives
n = niveau moyen de la nappe.
ETP = données météorologiques de Nancy-Essey
ps + Pt = pluie arrivant au sol.
Elle sera estimée à partir
des mesures que nous avons
faites sur le terrain, puisque
pendant l'hiver et à cause du gel, il nous était pratiquement
imposs.ible d'installer des pluviomètres.
Nous avons essayé de faire varier la période et les variables
prises en compte dans les modèles de régression linéaire.

---

- 16 -
Ainsi, nous avons fait les calculs suivants :
- (1) Toute la période de présence de la nappe avec les
facteurs suivants : n., n.
,An,
(Ps+P ).
3
I+l
t 7
- (2) Le même calcul que (1) mais avec ETPj en plus.
- (3) Début d'apparition de la nappe jusqu'au moment où ETP
devient
importante
avec
les
variables
njr nj + 1, An et
(PS+ P,).1
- (4) Même période que (3) mais en y incluant ETPj
- (5) Nos relevés piézométriques
nous ont montré que les tu-
bes avaient des réponses différentes : ce qui veut dire que
la nappe ne suit pas une linéarité stricte. Dans le but de
donner un aspect parabolique
a la variation du drainage,
nous avons introduit les facteurs n2
2 .
la place
j etnj+la
de n. et n.
7
I+l
Nous
avons obtenu les coefficients de corrélation suivants
(R') :
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
P. 1
0,70
0,68
0,87
0,88
0,89
P. II
0,40
0‘45
0,57
0,56
0,56
P. III
0,54
0,58
0,66
0,68
0,68
P. IV
0,50
0,50
0,55
0,75
0,57
Ces résultats ont donné des valeurs de R. qui, dans nos
conditions expérimentales, ne nous ont pas paru satisfaisan-
tes.
Elles sont plus faibles que celles trouvées au carré
latin de Douglas (BOULANGEAT, 1978) qui
n'ont cependant pas
été retenues. Notre intention n'est pas de justifier ces ré-
sultats, mais nous tentons de les expliquer :
1". Nous avons fait un calcul débouchant sur un niveau
moyen de la nappe malgré la variabilité des tubes. A notre
avis,
un seul tube piézométrique ne peut pas traduire toutes
les fluctuations au niveau de la nappe.
2". En
exploitant
les
résultats,
nous
nous
sommes
demandés si les tubes n'avaient pas été descendus un peu trop
en dessous du pseudogley. Le cas échéant, les bruits de fond
peuvent remettre en cause la validité de nos mesures.

---

- L'
- 40
- "0
- 3c
- k0
- 50
_ 60
-70
- 80
- 90
. 130
15
20
45
40
5
A
15
30
15
34
NOV
D E C

---

- 17 -
3". En période de neige et de gel, il devient diffi-
cile de corréler l'eau qui arrive au sol et celle qui a ali-
menté la nappe au moment de la mesure. Il n'était évidemment
pas question d'attendre le dégel ou la fonte de la neige pour
effectuer nos relevés.
4O. En plus de ces considérations, il apparaît fonda-
mental de faire le maximum de mesures pour espérer aboutir
à des résultats concluants.
Nos obligations scolaires ne nous ont pas permis de faire
des mesures quotidiennes:
Il faut, autant que possible, faire des relevés très rappro-
chés. Nous avons représenté pour deux parcelles (la plus dense
et la moins dense) la fluctuation de la nappe en fonction
de la pluie incidente (Pi) (figure 9).
Les courbes ont la même allure ; la nappe se vide dans les
deux cas pendant une courte période sans pluie (Ière quin-
zaine de janvier)
; le même phénomène se répète durant le
mois de février (0,3mm la 2ème quinzaine).
La nappe se recharge avec les 67,70mm tombés entre le Ier
et le 21 mars, fluctue jusqu'au 31 mars. A partir de ce
jour, elle descendra jusqu'à sa disparition totale.
Cette représentation permet tout de même de faire une étude
descriptive de la perte en eau du sol.
Elle montre, malgré une précision insuffisante pour chiffrer
le drainage, qu'il y a une corrélation positive entre le
niveau moyen de la nappe et la pluie.
Nous pouvons aussi remarquer que le niveau moyen le plus
élevé atteint par la nappe varie selon les parcelles.
Parcelles
Densité
Date
Niveau maximum
(arbres/ha)
atteint (cm)
P.I
730
8.12.1981
19,17
P. II
1620
23.12.1981
19,74
P. III
530
23.12.1981
16,91
P.IV
1760
23.12.1981
17,40
Nous remarquons que la nappe de la P. 1 qui sera la dernière à
disparaître,
atteint
son maximum
plus
tôt que celles
des
autres parcelles.

---

- 18 -
La dispolrition de la nappe, vers mi-avril, coïncide avec le
début de la saison de végétation qui implique le démarrage
de la transpiration. C'est à ce moment que la demande clima-
tique se précise : l'évapotranspiration potentielle dépasse
pour la première fois 4mm.
11 s'avère donc que la nappe constitue en fait la première
source
d'alimentation des arbres ; il devient alors possible
de parler d'un "équivalent en eau de la nappe" qui, ajouté
à la réserve utile,
représente le stock d'eau disponible
dans le sol.
Au moment de la vidange de la nappe et quand
les arbres entameront la réserve utile, nous serons à la capa-
cité au champ.
Elle n'est donc pas une nappe défavorable et
ceci d'autant plus qu'elle ne sera pas présente pour asphyxier
les racines quand ces dernières commenceront leur activité
d'absorption.
4. MESURES DE LA TENEUR EN EAU DU SOL
a. Concept de disponibilité en eau : la réserve utile
La réserve en eau du sol représente la quantité d'eau
qui, retenue par capillarité contre les forces de pesanteur,
peut être recédée à l'atmosphère par évaporation ou trans-
piration.THORYJTHWALTE propose un schéma pour évaluer mois par
mois ou sur l'ensemble de l'année 1'Evapotranspiration réelle,
les périodes
de déficit hydrîque et leur importance, de
même que l'écoulement. Ce schéma,
loin d'être universel, re-
présente un modèle qui pose le problème de la réserve utile
(HALLAIRE, 1968).
Nous savons que pour un horizon d'épaisseur (z), de densité
apparente
(d.a), la hauteur d'eau quand l'humidité est
à la valeur H est :
Qm =Hxd.ax Z
(10)
Elle est exprimée a la même unité que l'épaisseur de sol (mm
le plus souvent). Pour ce qui est de la réserve utile (R.U.),
THORNTHWAITE la suppose égale à 100mm d'eau (2 4 pouces).
S'il semble admis que la R.U. représente 45% de la quantité
d'eau contenue dans le sol à la capacité au champ (45% dont
30% de réserve facilement utilisable (RFU) et 15% "plus diffi-

---

- 19 -
cilement utilisable")
(DUTHIL, 1970) ;
il n'en demeure pas
moins
qu'on dispose de formules pour les calculer ; ainsi
2 P
RFU =
(11)
0 'i x d.a i x (HC?-H
.L
RC)
zP
RU =
(12)
0 'i x d.a i x (HCR- HF)
H
= Humidité à la capacité de rétention
CR
HRC = Humidité de rupture de lien capillaire = Humidité au
point de flétrissement temporaire : pF = 3,7.
HF = Humidité au pF = 4,2
Toujours
est-il que
des théories récentes s'opposent à ce
sujet (HILLEL, 1974).
En effet, pour VEIHMEYER et HENDRICKSON l'eau est indifférem-
ment disponible dans un intervalle défini par deux constan-
tes du sol donné : la capacité au champ (c. c) et le point
de flétrissement permanent (PFP). De leur côté RICHARDS et
WALDLEIGH estiment que la disponibilité tend à diminuer avec
la chute de la teneur en eau.
D'autres
auteurs
divisent cette disponibilité en domaines
"facilement disponible" et “disponible de façon décroissante".
b. Utilisation de la presse à membrane
b.1. notion de pF
Nous avons utilise la presse a membrane de RICHARDS
pour déterminer les teneurs en eau à différentes humidités.
Différentes forces font que le sol retient l'eau. Cette con-
trainte du sol (= succion S) représente donc la pression qu'il
faut lui appliquer pour en extraire l'eau. Pour rompre cette
tension,
une
énergie
appelée potentiel matriciel
(Y)
est
nécessaire.
SCHOFIELD (HELLER,
1969) propose d'exprimer le potentiel ma-
triciel par la hauteur de la colonne d'eau exprimée en centi-
mètres et capable d'équilibrer la succion (1 ml d'eau pèse lg).
C'est donc la hauteur à laquelle cette différence d'énergie
élève lg d'eau dans le champ de la pesanteur (CACHAN, 1981).
L'échelle de variation de Y pouvant
être très étendue dans
un système comme le sol,
il a été plus facile d'avoir une
représentation logarithmique.

---

- 20 -
Ainsi en prenant le log décimal de Y , on obtient une valeur
appelée (pF)
pF = log y
(13)
F = ancien symbole de l'énergie libre.
b-2. mesures effectuées
Pour ce qui est de notre travail, nous avons prélevé
des échantillons de sol tous les 10 centimètres dans les
quatre parcelles choisies pour notre étude.
La présence d'une dalle très dure dans la parcelle III
(d = 530 arbres/ha) a 1 mètre de profondeur nous a obligés
à ne faire que 10 prélèvements.
Au laboratoire nous avons utilise les pressions suivantes :
E?E
pression correspondante (bars)
2,5
0,32
2,9
0,80
3,3
2,00
3,8
6,31
4,2
16
Avec des pressions aussi variées, nous avons utilise la pres-
se à membrane de RICHARDS pour les valeurs supérieures à
trois bars et l'extracteur à basse pression le cas contraire.
Nos échantillons de sol étaient saturés dans des anneaux
de rétention par remontée capillaire avec de l'eau distillée.
Le prélèvement à la tarière ayant pour conséquence le rema-
niement des échantillons, il aurait été plus judicieux de
faire des fosses ;
les
contraintes
matérielles ne
nous
ont pas permis de les creuser.
Une
fois
nos
échantillons
saturés,
nous
appliquions la
pression
désirée
jusqu'à
l'absence
totale
d'écoulement
d'eau. A ce niveau de stabilité hydrique de l'échantillon,
la pression appliquée indique le potentiel matriciel.
Une dessication à 105°C dans une étuve pendant 48 heures
permet une détermination de la teneur en eau (à ce stade,
il est empiriquement admis qu'une augmentation de la tempé-
rature
ou du temps de séchage n'entraîne plus de départ
d'eau : seule l'eau de constitution reste en place).

---

TABLEAU No 3 - DENSITES APPARENTES SECHES DES QUATRE
PEIJLLEMENTS PAK NIVIitAII DE 10 cm
- -
Profondeur
P.1
d = 730 ar-
(cm)
bres/ha
10
1,194
1,174
1,272
1,226
20
1,235
1,116
1,218
1,301
30
1,387
1,321
1,375
1,446
40
1,401
1,433
1,431
1,451
50
1,452
1,470
1,437
1,487
60
1,489
1,471
1,478
1,473
70
1,443
1,428
1,475
1,494
80
1,500
1,497
1,440
1,516
90
1,535
1,441
1,414
1,489
100
1. ,492
1,478
1,385
1,475
120
1,457
1,360
1,556
140
1,542
1,436
160
1,521
1,434

---

- 21 -
Nous
avons
calculé
les
humidités
pondérales
suivant la
relation
(14) Hp = PFp;PS x 100
Hp = humidité pondérale
PF = poids de l'échantillon frais
PS = poids de l'échantillon sec.
Les valeurs des humidités volumiques obtenues sont en AN-
NEXES
IV, v, VI et VII (Humidité volumique = Humidité
pondérale x densité apparente sèche).
En calculant l'humi-
dité pondérale par rapport au poids de l'échantillon frais,
on évalue sa teneur en eau mais notre but étant d'étudier
les mouvements d'eau, il est plus expressif d'utiliser le
poids de l'échantillon sec (le rapport se fait sur une
valeur constante) .
Les densités
apparentes
sèches
des
4 parcelles
ont
été
obtenues lors de l'étalonnage de la sonde gammaneutronique.
Elles .varient de 1,116 à 1,556 g/cm3 - (tableau 3) et sont
très voisines de celles trouvées par BOULANGEAT (1978) dans
le carré latin de Douglas situe à une vingtaine de mètres
du nôtre (de 1,09 à 1,6 g/cm3). Elles résultent des diffe-
rentes :
Densité humide - Humidité volumique.
Pour la comparaison des réserves utiles
(R.U.) de nos 4
stations,
s'il
est généralement
admis que
l'humidité au
point de flétrissement est à pF 4,2, notre choix de la
limite supérieure (pF 2,5) est discutable.
Nous savons que la capacité au champ est une mesure qui se
fait insitu alors que celle de la capacité de rétention a
lieu au laboratoire (MERIAUX,
1979) et que l'écart hydrique
entre les deux termes exprime un écoulement d'eau gravitaire
(DUCHAUFOUR,
1960).
Aussi,
certains
auteurs
proposent-ils
d'appliquer aux échantillons de sol un potentiel capillaire
d'autant plus bas que la texture est grossière ; ceci dans
le but d'avoir une estimation la plus proche possible de la
capacité au champ : pF 3 pour les sols argileux ; 2,5 pour
les sols limoneux et 2,l pour les sols sableux (BONNEAU,
1961).

---

10
1
20
\\
30
Lt0
;(::
\\
50
\\
60
$0
8 0
90
pF: ::h
400
l-t,2
3,8
3,3
2,s
45

---

A 0
20
30
40
50
60
- 0
?
8 0
90
A00
-7-l

---

---

IC
20
3 0
4@
50
6c
70
80
90
400
r
pt:
42 $8
3,3
49

---

---

- 22 -
Notre choix du pF 2,5 est justifié par nos conditions de
sol et par le fait que les valeurs souvent admises ne sont
que des approximations adoptées par consensus et qui sont
des moyennes qui tentent de répondre à un besoin pratique
d'analyses
d'échantillons
puisque la technique de labora-
toire ne reflète pas fidèlement le comportement du sol en
place.
Chacune de nos
stations peut donc être caractérisée par un
profil hydrique qui nous permet non seulement d'avoir la R.U.
à chaque profondeur mais aussi de savoir après chaque mesure
d'humidité à quelle contrainte est soumise
l'eau.
(figures
10, 11, 12, 13).
Nos quatre graphiques ont la même allure.
L'avantage de faire des pF compris entre 2,5 et 4,2 est
d'obtenir des points intermédiaires qui sont déterminants
dans l'allure de la courbe pF/humidité.
Sur 1 mètre de sol, nous avons obtenu les R.U. suivantes :
P.1
= 236,36mm
P.11 = 233,76mm
P.111 = 203,65mm
P.IV = 193,41mm
La R.U.
étant étroitement liée au type de sol considéré,
on est tenté de penser obtenir approximativement les mêmes
valeurs puisque nos quatre
stations se trouvent à quelques
mètres de distance dans le même carre latin.
Il faut savoir que plusieurs facteurs peuvent être à la
base de ces variations : la texture (BONNEAU,
1961), l e
tassement du sol (PERIGAUD, 1963),
les conditions de prépa-
ration du matériau en vue de la mesure (MONNIER et KONAN,
1968) (in MERIAUX,
1979).
Les résultats
indiquant les R.U.
par tranche de 10 cm de sol (tableau 41, montrent que nous
sommes bien placés
dans les limites généralement admises :
R.U.
de 400mm en sol limoneux profond et 50 à 60mm en
sol superficiel limité à 30 cm par un horizon difficilement
pénétrable par les racines (MERIAUX, 1979). NOUS avons pris
soin,
à titre comparatil, de calculer l'espace poral (T) de
chaque niveau (10, 3.0, . . . 100cm).
En effet, l'espace por'al total (T) représente le pourcentage
de sol non occupé par la phase solide,
c'est-à-dire le
volume disponible pour l'eau et/ou l'air. Il est exprimé en %
du volume de l'échantillon (SOIL SURVEY, 1977).

---

- 23 -
Tous nos résultats d'humidité volumique au pF 2,5 c'est-à-
dire au maximum de rétention d'eau sont inférieurs aux va-
leurs d'espace poral correspondantes : c'est déjà un constat
non aberrant.
La porosité (T) est donnée par :
T = Volume de tous les pores de l'échantillon x ,,OO
Volume total de l'échantillon
(V)
orI volume de l'échantillon = masse du sol sec (MS)
densité apparente (d.a.)
et volume des pores = volume total de l'échantillon - volume
de la phase solide du sol (Vs)
masse du sol sec (M
Volume de la phase solide du sol =
S)
densité réelle (d.r.)
v - vs
Par conséquent T = V
x 100 = Ms/d.a
d.a
- -
Ms/d.r x lOO= (1 d.rf x 100
(15)
Le tableau 4 donne des valeurs de T presque deux fois supe-
rieures à
celles de la R.U correspondante mais cela ne
veut pas dire que l'air et l'eau se partagent l'espace
poral en trois fractions égales
(2 pour l'eau et 1 pour
l'air).
11 ne faut pas oublier qu'en deçà du pF 4,2 il y a de l'eau
(hygroscopique
donc non utilisable mais qu'il faut compta-
biliser). Ainsi pour
la P. 1 avec l'échantillon o - 10cm on
a une R.U de 24,66mm (=24,66%), un T de 54,94% du volume
de sol en place, et une humidité volumique de 14,48% (pF 4,2).
Nous obtenons donc une teneur en eau de 24,66-l- 14,48=39,14%.
ce qui donne une capacité en air (c.a.) égale à
54,94 - 39,14 = 15,80%
La capacité en air représente donc la différence entre la
porosité
et l'humidité volumique à la capacité au champ.
Le sol sur lequel nous avons travaillé est très compact;
il ne renferme pratiquement pas d'air et de ce fait il
reste un volume disponible pour l'eau.
Ce volume sera donc occupé par une partie du supplément
d'eau qui allait drainer une fois la capacité au champ at-
teinte.

---

-F
-P
k-2
318
313
219
t5
(0
b2
3,s
3,3
23
2S
2,o

---

- 24 -
Par conséquent, si on suppose qu'il existe une faible quan-
tité d'air piégé dans le sol, 15% environ du volume de
sol
en place seront constitués d'eau absorbable par les
plantes.
Sur les dix premiers
centimètres de la P.1, la porosité
qui représente
54,94%
du volume de sol en place se décom-
pose comme suit :
- 14,48mm d'eau capillaire non absorbable
- 24,66 de réserve utile
- 15mm d'eau disponible (en supposant 0,8% d'occupa-
tion par l'air).
La terre représente donc (100 - 54,941 45,06% du volume de
sol en place.
La nappe constitue donc
un apport d'eau non négligeable.
Nous
avons
comparé
nos
résultats à ceux
trouvés
sur un
sol brun lessivé à hydromorphie de profondeur de la forêt
domaniale de MARLY LE ROI a Paris (BELGRAND, 1978).
La R.U de 133,5mm qu'elle trouve entre 0 et 75cm est assez
voisine de la nôtre qui est de 138,62mm pour la parcelle IV.
Nous notons cependant une légère différence de densité vers
70- 80cm (1,6 a MARLY contre l,4 a AMANCE). Elle peut être
due au début d'apparition du pseudogley.
L'utilisation de la presse à membrane nous a également permis
de tracer la courbe caractéristique de l'humidité du sol
également appelée courbe pF/humidité ou courbe de rétention
de l'humidité du sol : (figure 14 : a,b,c et d). Elle est
faite pour chaque échantillon aux niveaux de prélèvement
lO-20cm, 30-40cm, 50-60cm, 70-80cm.
A un pF donné, quelqu'un qui aurait travaillé en sorption
(humidification) sur le même échantillon, trouverait une
teneur en eau plus faible.
Sur le tracé,
les
"courbes de passage"
(entre nos deux
courbes)
indiqueraient la
différence de
teneur en
eau.
Nous en concluons que notre sol argilo-limoneux présente un
comportement différent selon qu'il se dessèche ou qu'il
se réhumecte (phénomène d'hystérèsis).

---

- 25 -
En d'autres
termes,
pour un même taux d'humidité,
l'eau
est moins disponible lorsque le sol est en voie de dessi-
cation que lorsqu'il s'humidifie.
Les quatre courbes des parcelles sont pratiquement identi-
ques pour chaque niveau de prélèvement choisi. La courbe
pF/humidite de chaque parcelle peut exprimer, pour l'ensem-
ble de notre zone expérimentale, les relations entre les
diverses
caractéristiques physiques et biologiques du sol.
Une telle courbe prend toute son importance en physique du
sol parce quc.exprimant
l'influence de la structure, de la
porosité,
de la distribution des pores et de l'adsorption
sur l'état de l'eau du sol ; '"Etat et variations qui déter-
minent la direction et influencent le régime du mouvement
de l'humidité du sol et du prélèvement en eau par les plan-
tes" (HILLEL, 1974).
c. Résultats obtenus avec la sonde à neutrons et calcul
de 1'ETR
c.1. généralités
L'évapotransp iration réelle est éga le à
ETR = E t T t In
(16)
E
= évaporation
T
= transpiration
In = interception
L'évaporation représente le phénomène de vaporisation
de l'eau libre ou de ceile contenue dans
les substances
inertes (sol, bois mort...).
Elle peut représenter jusqu'à
50% du stock du sol (SCHOELLER, 1962).
La transpiration représente le rejet de vapeur d'eau
par les plantes.
Sur une consommation de 100 unités d'eau,
99% sont destinées à la transpiration, 0,85% a l'hydrata-
tion des tissus vivants et 0,15% à la métabolisation.
Ces deux processus [l'un physique (évaporation), l'au-
tre physiologique
(transpiration)] peuvent être confondus
puisqu'ils représentent des pertes au niveau du bilan. C'est
ainsi que ~'ETR désigne l'eau évaporée par un couvert végétal

---

- 26 -
soumis
aux conditions
et aux aléas climatiques
et édaphi-
ques : c'est la perte réelle du peuplement.
THORNTHWAITE a prOpOSe le terme d'évapotranspiration poten-
tielle (E.T.P.) pour exprimer les pertes d'eau en conditions
idéales.
C'est une limite supérieure des quantités d'eau
qui peuvent être évaporées. Il en donne une définition bio-
logique : "c'est la quantité d'eau transformable en vapeur
Par
évaporation
du sol et transpiration
d'une végétation
couvrant bien le sol, abondamment alimentée en eau et en
phase de croissance active:
PENMAN reprenait la même notion mais sous un aspect physi-
que : c'est, dit-il
"la quantité maximum d'énergie transfor-
mée en chaleur latente, de vaporisation de l'eau par une
surface homogène".
La formule de PENMAN [la plus utilisée
et la plus rationnelle (LEMEE, 1978)] est donnée par :
A R,/L + 7(Ea
E.T.P. =
(17)
A+-6
T
= constante psychrométrique (O,485mmHg, "C)
L = chaleur latente de vaporisation de l'eau (: 59 calo-
ries/cm2 pour lmm d'eau équivalente)
n E& = pente de la courbe de pression de vapeur à
la température de l'air en admettant que cette dernière
est approximativement la même que celle de la surface eva-
porante.
Ea = f(u) (es - ea) : équation empirique de DALTON
f(u)= une fonction de la vitesse moyenne du vent
e
= pression saturante de vapeur d'eau à la surface éva-
S
porante
e a = pression à une hauteur donnée au-dessus de cette
surface.
Pourquoi
utiliser
1'ETP alors qu'on peut avoir 1'ETR ?
L'ETP représente
la demande climatique.
C'est l'exigence
du climat qui impose à la plante un appel d'eau que cette
dernière est plus
ou moins à même de satisfaire selon ses
possibilités d'approvisionnement.

---

- 27 -
C'est donc un maximum qui dépend uniquement d'éléments clima-
tiques
(vent,
température,
rayonnement
net.. .) tandis que
1'E.T.R.
peut avoir d'autres facteurs limitants (eau, mor-
phologie du végétal...).
Des auteurs
ont donc essayé de
relier les deux termes.
Des recherches qui ont et& faites établissent des relations
entre la consommation d'eau et le rendement (BOUCHET etaL1964).
Ces travaux montrent que le rendement optimal est obtenu
lorsque les besoins en eau définis par 1'ETP sont satisfaits.
Le rendement diminue lorsque ETR est inférieure a ETP. Des
résultats obtenus sur Abies grandis montrent que
ETR/ETP varie
de 0,99 à 1,28 (AUSSENAC, 1972). Il explique ce dépassement
de l'unité par le fait que ETP est toujours établie par
rapport à une
végétation
herbacée
tandis que
l'énergie
advective présente en forêt accentue 1'ETR.
c-2. mesures effectuées
Dans
notre étude, il a été possible de calculer
1'ETR en l'absence de nappe
c'est-à-dire
en période où
le sol est en dessous de la capacité au champ.
La capacité au champ correspond à l'humidité maximale rete-
nue dans un sol lorsqu'il
n'y a plus d'écoulement par gra-
vité. En supposant les écoulements et les remontées capil-
laires négligeables, l'équation du bilan hydrique se résume à
(18) ETR = P. - As
1
(AS positif quand l'humidité du sol
augmente)
(A~SSENA~, CRAN~ER, 1979)
Dans cette formule l'eau biologiquement fixée est considé-
rée comme négligeable (SCHNOCK, 1972).
Dans chaque peuplement,
nous avons
installé un tube
de sonde en duralumin (diamètres extérieur et intérieur 45
et 41mm). Afin d'éviter tout écoulement préférentiel d'eau,
nous avons creusé les trous avec une tarière de même dia-
mètre que les tubes.
Nous
avons
essayé,
autant que possible,
d'installer les
tubes au centre d'un carré formé par quatre arbres situés
en plein milieu du peuplement. Il fallait aussi éviter de

---

TABLEAU No 5 - VALEURS DU STO(:K D'EAU (S) ET DE SA VARIATION ( AS) SUR
UN METRE DE PROFONDEUR POUR DES MESURES EFFECTUEES DU
24.11.1981 au 20.7.1982
--/--.--
-
F.
Dates T-
d = 730 ar-
P.11 d =: 1620 ar-
P.IV d = 530 a:;
bre
ha
I
des
bre:
P--e
la
-
brez
lt3.
bre 'ha
S
A S
mesures
s
AS
s
P
S
S
--z-c-
(mm)
(mm)
(mm)
(mm)
(mm)
(mm)
.-
(mm)
(mm)
I_-
24.11.81
390,86
13'7 5 , id.4
405,77
342,14
+
9,53
+
9,74
t 19,:.3
3.12.81
400,82
385, .3'7
415,x
361,27
8,63
t 16,5'7
+ 12,56
t 22,534
10.12.81
409,45
401,Cil
428,07
:384,21
- 19,41
- 10,97
- 18,63
21.01.82
398,46
x2,53
417,l.O
365,58
+ 11 25
I
+
Y,18
+
9,16
18.02.82
404,w
393, 73
42@,%8
374,74
-
5,ïO
- 10,14
-
6 , 70
23.02.82
396,16
388, 6i3
416,14
368,04
9,89
t 4,6ii
+
5,82
+ o,c;2
12.03.82
406,05
39.3, 31
42ï,96
X8,36
-
0,6'7
f O,lh
+
2,LO
19.03.82
406,51
392, t>‘7
422,12
370,76
-
1,32
-
3,29
+
O,E8
24.03.82
405,41
39.1 , 3!5
419,83
371,64
t
5,44
+
6,58
t
5,t1
31.03.82
413,lii
3 9 1.5 , 7 ' 1
426,41
377,25
- 23,75
- 14,02
- 1:3,52
- 15,c3
7.04.82
'89,41
412,B9
361,72
t
2,47
6,05
-
6,64
-
fi,80
14.04.82
391,88
,376, 711
406,25
:354,92
-
9,76
.10,13
-
8,20
-
9,Ol
30.04.82
382,12
398,05
345,91
3
5,62
5,211
-
b,OO
1,88
28.04.82
376,50
342,135
344,03
- 13,59
7,41
- 13,34
8,53
19.05.82
362,91
35.3, 08
.178, 71.
335,50
-
5,50
7,74
16,56
28.05.82
357,41
372, '78
318,94
t
5,98
1,64
+
2,49
0,25
3.06.82
363,39
344, 60
375,27
318,69
- 16,25
3,23
-
!?,17
1,83
8.06.82
347,14
34.1 , 3'7
366, 1.0
316,86
+
6,06
3
7,38
+ 12,21
9,88
17.06.82
353,20
338,9il
378,X
30%,98
-
9,02
5,20
t
E,lO
-
4,52
30.06.82
344,18
345,O'J
373,79
301,78
+
9,5e
2,65
-
5,68
+
7,14
7.07.82
354,04
342,44
368,Ll
308,92
-
6,39
4,55
+
0,21
3,16
16.07.82
347,65
133'7, 8'3
368,X2
305,76
- 13,42
- 16,26
- 19,13
8,72
20.07.82
334,23
321,6X
349,19
297,04

---

- 28 -
les placer dans un endroit qui collecterait les eaux de
ruissellement ou
celles
provenant de
l'égouttement
des
branches et des Eeuilles.
C'est ce qui explique la position un peu décalée des tubes
82 et 83 (figures 2, 3).
Compte tenu de l'hétérogénéité intra-parcellaire, il aurait
fallu installer 20 ou 30 tubes dans chaque peuplement mais
nous
n'aurions
certainement pas
eu le temps matériel de
faire toutes ces mesures.
mous avons suivi le mouvement d'eau, palier par palier (tous
les 10 cm),
avec la sonde à neutrons et nous avons fait des
prélèvements
(méthode gravimétrique) tous les 30cm pour voir
l'homogénéité hydrique aux niveaux
30, 60 et 90cm (paragra-
phe suivant).
Une mesure
était faite chaque semaine ;
la sonde était
très
sollicitée et a même
été
immobilisée pendant trois
semaines
pour panne de photomultiplicateur. Du 24.11.1981
au 20.7.1982 nous avons
fait 23 mesures (tableau 5). Nos
tubes
étaient
soigneusement
bouchés
afin d'éviter
toute
entrée d'eau. Le principe de la sonde est basé sur la pro-
priété qu'à l'hydrogène
de thermaliser (ralentir au niveau
thermique) (DAUDET,
1970) facilement les neutrons rapides.
La source de neutrons rapides (Americium - Beryllium), asso-
ciée à un détecteur de neutrons thermiques, est descendue
à l'aide d'un câble à la profondeur choisie, dans le tube
d'accès
installe dans le sol. Nous noterons que la sonde
ayant une
zone d'influente
sphérique, lorsque la mesure se
fera à 1 mètre de profondeur,
la teneur en eau indiquée
correspondra en fait à 1,05 mètre.
Apres un
temps de comptage déterminé à l'avance
(30 o u
60 secondes),
le nombre de neutrons
lents détectés est
converti en pulsions électriques qui sont approximativement
proportionnelles à
l'humidité volumique . Nous avions une
sonde
N.E.A.
(Nordisk
Elektrisk
Apparatfabrik.
DANEMARK)
(schéma 5).
L'étalonnage
de la sonde a consisté à faire des prélève-
ments de sol tous les 1 Ocm :jusqu'à 1 mètre puis tous les
20cm jusqu'à 1,60m le cas échéant. Des mesures d'humidité

---

1 ’
-~- ‘+Y------
,--,--_~-----
n .
-
--ï-ul>e A ‘cr cc&

---

- 29 -
pondérale ont été faites pour servir de référence aux trois
mesures de densité et d'humidité faites à chaque palier au
moment
de la pose des tubes et ceci en considérant les
valeurs d'humidité calculées à partir des données de la
sonde (programme USETA du CTGREF - ANTONY - NORMAND, 1973).
c-3. résultats obtenus
En l'absence de nappe perchée et avec l'équation
(18), puisque la pluie incidente (pi)
est la même au niveau
des quatre parcelles,
faire la comparaison des ETR revient
tout simplement à comparer les
variations de stock d'eau
(As>.
En trois mois (du 20.4.1982 au 20.7.1982), les différentes
ETR montrent que de la P.III (d = 530 arbres/ha) à la P. II
(d = 1620 arbres/ha) en passant par la P. 1 (d=730arbres/ha),
la variation est inférieure à 4mm d'eau (tableau 6).
A
l'échelle
d'un
hectare,
cette
différence paraît
très
faible compte
tenu du nombre d'arbres qu'il y a entre ces
deux parcelles (1620- 530= 1.090).
La P. IV avec une densité de 1760 arbres (la plus forte),
évapotranspire un peu plus que les autres parcelles.
NOUS notons une variation de 14mm entre la parcelle la moins
dense (530 arbres/ha) et celle qui a la plus forte densité
(1760 arbres/ha).
14 mm pour un rapport entre les deux parcelles d'environ
3,5
nous semble, dans nos conditions d'étude,une surconsom-
mation assez peu importante : ils correspondent à une augmen-
tation de 4,848 ;
chiffre trois fois moins élevé que les
16,7%
de différence entre deux parcelles de Douglas : l'une
témoin, l'autre éclaircie de moitié (1 rang sur 2) (AUSSENAC
et al, 1982) .
La deuxième remarque que nous faisons est que pendant cette
période il n'est tombé que 225,9mm ; valeur inférieure aux
différentes ETR ; ce qui veut dire que la pluie qui tombe
sur le peuplement
(Pi) ne compense pas
les pertes d'eau
vers l'atmosphère : on a donc un déficit au niveau du bilan.
Pendant ces trois mois, nous avons suivi l'état de desséche-
ment progressif de la parcelle IV (figure 15).

---

P

---

- 30 -
Nous avons retenu trois dates :
- Le 20.4.1982 qui représente la première mesure d'humidité
après la disparition de la nappe.
- Le 20.7.1982 où nous avons obtenu le stock le plus faible
(297,04mm) depuis le début de nos mesures.
- Entre ces deux dates nous avons choisi celle du 19.5.1982
qui représente un profil intermédiaire.
Sur le graphique,
du 20.4.1982 au 19.5.1982 nous observons
une perte d'eau jusqu'à 40cm ; la consommation devient
relativement plus
faible jusqu'à 50cm, profondeur à partir
de laquelle
on n'observe pratiquement plus
de fluctuation
d'humidité.
L'exploitation des racines semble être freinée
à ce niveau.
Par contre,
entre le 19.5.1982 et le 20.7.1982 nous remar-
quons qu'en deçà de 50 cm de profondeur, la perte en eau
continue ; dans notre sol qui est compact et où le pseudogley
provoque la présence d'une nappe perchée pendant 4 mois et
demi,
ce départ n'est certainement pas
dû à l'activité
racinaire.
A\\lec les seules mesures de teneur en eau du sol,
il nous
est impossible de déterminer les flux dans cette zone non
explorée par
les
racines. En
effet,
cette
réduction du
stock d'eau à partir de la cote 55 cm environ, peut résulter
soit d'une évaporation vers
la zone de surface, soit d'un
drainage dans la zone inférieure ou alors de l'action combi-
née des deux phénomènes.
La connaissance du gradient de potentiel est donc indispen-
sable pour déterminer le sens de l'écoulement et pour cela
il faudrait faire des mesures simultanées de tensiomètrie
et de teneur en eau.
Nous
constatons
aussi qu'il
existe encore une quantité de
la R.U dans le sol i le profil le plus sec que nous ayons
obtenu n'atteint pas le seuil critique de pF 4,2.
A cette date,
il restait sur
1 mètre de profondeur 90mm
d'eau disponible. Teneur en eau du sol le 20.7.1982
(= 297,04mm)
- teneur en eau au pF 4,2 (= 207,04mm).
Nous avons également étudié comment variait la réserve
du sol pendant la présence de la nappe perchée (figure 16).

---

/

---

- 31 -
L'humidité dans
nos quatre parcelles
fluctue toujours dans
le même sens. Le graphique montre aussi toute l'importance
du drainage pendant cette période.
Il est difficile de
se prononcer sur l'effet de la densité.
No~3 pouvons cependant remarquer que la densité et le stock
d'eau varient en sens inverse (figure 9).
L'autre
remarque
importante que
nous pouvons faire sur ce
graphique est de constater la corrélation très étroite qu'il
Y a entre
le toit de la nappe, la pluie incidente et le
stock d'eau dans le sol.
A partir de mi-avril,
(disparition
de la nappe, début de
la saison de végétation),
le stock diminue malgré d'assez
importantes
pluies :
1'ETP est élevé et la transpiration
forte.
Nous
avons
Par
ailleurs
calculé
les
ETP pour les
quatre parcelles et à chaque intervalle de mesure de sonde
en utilisant la formule de BROCHET - GERBIER (1975)
ETP = mRg + nEp
(19)
Rg = rayonnement global (calories/cm*/jour)
Ep = évaporation mesurée en mm,
sous abri à l'évaporomètre
de PICHE
m et n = facteurs de correction.
Il s'agit bien entendu de 1'ETP gazon.
Faisant la synthèse
des résultats obtenus quant à l'effet
de l'interception sur 1'ETP forêt,
et la part de l'inter-
ception (In) et de la perte par
interception (Pin) dans
l'ETR,
AUSSENAC
(1981) propose d'exprimer l'Evapotranspi-
ration potentielle nette de la façon suivante :
ETP forêt = o(ETP gazon +
In
(20)
P
P In = perte par interception (Pin)
o(
et P doivent être définis pour chaque type de peu-
plement.
Il semble qu'ils soient voisins de 0,8 pour les résineux
en climats tempérés.
Compte tenu des valeurs
d'ETP totales obtenues pendant ces
trois
mois
(environ 320mm par parcelle),
nous
espérions
aboutir à des ETR correspondantes plus élevées
(tableau 6).

---

TABLEAU No6 - RESULTATS DE L'E.T.R.,
DE L'E.T.P. ET DE 1 POUR DES PERIODES SANS NAPPE PERCHEE
(du 20.4.1982 au 20.7.1982)
P.1 d = 730 arbres/ha T P.11 d = l.620 arbres/ha T P.III d = 530 arbres/ha T P-IV d = 1760 arbres/ha
1,
Pi
I
eriodes de mesures
E.T.R.
E.T.P.
E
E*T.[<.
E. T.P.
E . T . !i .
(mm)
£
E.T.K.
E.T.P.
t
&
(mm)
(mm)
(mm)
(mm)
(mm)
(mm)
(mm)
.3.4.82 au 28.4.82
2,g
8,52
18,'36
0,46
8,13
18,26
0,44
8,90
0,48
4,78
1
18,55
18,59
0,26
8.4.82 au 19.5.82
24,25
37,84
60,34
0,63
31,66
59,53
0,53
37,59
59,53
0,63
32,78
59,29
0,55
9.5.82 au 26.5.82
890
, 13,50
22,24
0,61
15,74
21,00
0,75
13,93
0,64
24,56
21,54
1,14
6.5.82 au
3.6.82
22,0
lb,02
28,19
0 , 57
23,64
26,77
0,88
19,51
0,72
22,25
27,02
0,82
3.6.82 au
8.6.82
7, 0
23,25
23,8î
0,98
10,23
23,52
0 , 43
1
I lh,17
0,68
8,83
23,30
0,38
8.6.82 au 1'7.6.82
35,O
28,94
33,lj
Ci,87
37,38
33,61
1,ll
22,79
0,69
44,88
33,03
1,36
'7.6.82 au ..30.6.82
45,75
154;77
54,24
1,Ol
'SQ, t3 !
52,7.3
Cl,75
50,27
50,95
53,54
0,95
O.b.82 au
7.7.82
Z~,(J
lH,42
%D,Ol
0, 7i
'3O,b5
2c->, 3.3
1,16
i 33 , 68
35,14
29,03
1,21
7.7.82 au 16.7.82
53,o
59,39
42,ll
57,55
42,li-:
1,37
52,79
56,16
43,17
1,30
lh.7.82 au /O./.W
0 , 0
13,42
15,%'3
lJ,2t,
1 , 0t-J
19,1x
15 f29
8,72
15,29
0,57
t
TOTAL
274,07
323,77
270,81
319,26
L 274,76 328,52
289,05
323,80
I
-
-

---

- 32 -
L'ETR de la P. IV
(289,05mm pour
323,80mm d'ETP) paraît
être une valeur satisfaisante.
En effet, nos tubes de sonde
étant tous
installés entre quatre
arbres,
plus la densité
est forte,
plus le tube est proche de l'arbre et mieux il
reflète l'état hydrique du peuplement.
Il est peut-être un peu difficile de l'imaginer dans nos
conditions d'expérience
(700rnm en 180 jours à Nancy. Il
pleut un jour sur deux), mais
il est sûr qu'en période de
sécheresse prononcée, plus le tube est loin de l'arbre, plus
il évalue par excès le stock d'eau d'où une sous-estimation
de 1'ETR .
Un autre argument qui va dans le même sens est de constater
que sur notre profil
hydrique de la figure 15, le point
zéro (point à partir duquel l'humidité reste constante dans
le temps) n'apparaît pas ; il y a donc une perte d'eau dont
nous
n'avons
pas tenu compte
dans l'évaluation de 1'ETR.
Nous
avons
calculé
l'indice d'évapotranspiration
LETR
ETP
(21) (tableau 6). Il est nettement inférieur à 1 en période
peu pluvieuse surtout en début de végétation ; il est parfois
supérieur
à 1 (pluies de 28 et 53mm dont nous avons déjà
parlé). Plus cet indice est proche de 1, plus 1'ETR se
rapproche de 1'ETP :
la demande climatique peut alors être
satisfaite ;
le peuplement fonctionne a ETP forêt ; ce
qui veut dire que l'eau existe en quantité suffisante pour
alimenter l'évapotranspiration jusqu'à sa valeur potentielle.
d. Résultats par la méthode qravimétrique
La sonde à neutronsne nous donnait des teneurs en eau
que par palier de 10 cm (sur 1 mètre de profondeur). Nous
avons voulu savoir s'il y avait une homogénéité des teneurs
en eau à l'échelle de la parcelle entre 0 et 30 cm ; 30 et
60cm ; 60 et 90cm. Le seul moyen dont nous disposions était
la méthode gravimétrique qui
nous permettait de faire plu-
sieurs
prélèvements
à différents
endroits de la parcelle.
Nous avons donc prélevé des échantillons de sol à ces trois
niveaux, dans chaque parcelle, le 18.5.1982 et le 25.5.1982.
(8 profil s par parce11 e à chaque date).

---

TABLEAU No7 - RESULTATS DE:< PRELEVEMENTS PONDERAUX EFFECTUES LE 18.5.82
ET LE 25.5.82
/:Iyiii'
//
25.5.1982
C.V.
%
9,58
P.1
9,14
7,72
----------
----------
7,4:3
P.11
2,2b
0,08
/
_---------
__--------
9,37
P.111
4,9R
7,:w
----------
_-_-------
6,OO
P.IV
4,bO
'7,51
E.T : Ecart-type
c.v : Coefficient de variation
P.1
: d = 730 arbres/ha
P.11 : d = 1620 arbres/ha
P.111: d = 5.30 arbres/ha
P.IV : d = 1760 arbres/hs

---

- 33 -
L'emplacement
des profils
était déterminé par tirage au
sort.
Les
échantillons
étaient
aussitôt
ramenés
au laboratoire
pour être pesés et mis a l'étuve pendant 48 heures a 105"~.
Des mesures d'humidité pondérale ont été faites afin de de-
terminer les teneurs en eau.
Avec les prélèvements du 18.5.1982, pour chaque parcelle
et à chaque niveau,
nous avons calculé la moyenne, l'écart
type et le coefficient de variation.
Le même travail a été fait pour ceux du 25.5.1982 (tableau 7).
Tous les coefficients de variation sont inférieurs à 10% ;
cette valeur peut être considérée comme relativement faible
dans nos conditions expérimentales.
Entre le 18.5.1982 et le 25.5.1982, les teneurs en eau entre
0 et 90cm de profondeur des quatre parcelles ont baissé
malgré
une pluviométrie de 10,65mm : l'évapotranspiration
reste donc relativement élevée à cette période.
Cette perte d'eau varie d'une parcelle à l'autre et nous
ne trouvons pas de corrélation entre ces départs au sein
des trois niveaux d'une même placette.
Nous observons
cependant,
que la teneur en eau sur 90cm
de profondeur
le 18.5.1982 est sensiblement la même pour
trois parcelles : P. 1: 76,77%, P. II: 76,30%, P.111 : 77,42%.
La plus
dense (P. IV) a une humidité pondérale moindre
(67,86%).
Nous aurions pu
faire des comparaisons de moyennes pour
évaluer la variabilité entre les trois niveaux d'une même
parcelle mais ce n'était pas le but de l'étude.
Avec un nombre élevé de prélèvements à des dates différen-
tes, il aurait été possible de suivre dans
le temps l'évo-
lution de la variabilité et de faire des profils hydriques
en même temps.
Une étude relative à la comparaison d'un même niveau pour
les quatre parcelles aurait certainement permis
d'évaluer
l'influence de la densité.
Par conséquent, nous constatons que si certaines conditions
sont
réunies,
on peut arriver à étudier une composante
intéressante
du bilan
hydrique.
Mais
comme
beaucoup de

---

- 34 -
méthodes, celle-ci a ses limiteis :
De telles mesures ne peuvent être intéressantes que quand
le sol a un certain déficit hydrique ; il faut donc pour
cela avoir des périodes sèches assez longues.
Le choix du site de prélèvement détermine la teneur en
eau de l'échantillon et le fait de creuser le profil dans
la zone exploitée par les racines ou dans une zone nue peut
engendrer
une variation
importante
liée a l'apparition du
pseudoqley qui n'est pas la même partout.
Afin d'avoir une bonne représentativité de l'échantillonnage,
il faut faire beaucoup de profils tout en évitant le dessè-
chement des
échantillons et
en préservant
la structure
du sol.
Le plus grand inconvénient de cette méthode est qu'il est
impossible de
suivre
l'évolution de
l'homogénéité
d'un
même niveau dans le temps (avantage de la sonde).
Avec les densités moyennes,
nous
avons
obtenu les
humidités volumiques suivantes :
P. 1 d = 730 arbres/ha
Niveau
Densité moyenne
H.V. (18.5.1982)
H.V. (25.5.1982)
0 - 30
1,272
x7,55
28,54
30 - 60
1,447
37,36
35,61
60 - 90
1,493
43,73
42,37
P-11 d = 1620 arbres/ha
0 - 30
1,204
29,80
25,91
30 - 60
1,458
35,58
30,91
60 - 90
1,455
39,50
35,79
P-111 d = 530 arbres/ha
0 - 30
1,288
29,62
25,15
3 0 - 6 0
1,449
33,59
30,07
60 - 90
1,443
-45,07
41,79

---

- 35 -
P.IV d = 1760 arbres/ha
Niveau
Densité moyenne
H.V. (18.5.1982)
H.V. (25.5.1982)
(g/cm')
o- 30
1,324
30,60
27,16
30- 60
1,470
31,90
29,40
60- 90
1,500
34,58
32,57
H.V. = humidité volumique exprimée en %
Les prélèvements n'ont pas pu être poursuivis faute de
sécheresse.
Ces résultats pourraient être mieux exploités
si les prélèvements avaient eu lieu aux abords des tubes
de sonde et que des mesures neutroniques aient été faites
le même jour.
Cela prouve que cette méthode gravimétrique est une méthode
de référence. Elle doit non seulement être poursuivie dans
le temps mais a besoin d'être couplée à d'autres méthodes.
Une mesure de sonde à neutrons faite moins de 24
heures après le prélèvement pondéra1 du18.5.1982 (tableau S),
nous donne les résultats comparatifs suivants :
Niveau
Lame d'eau
Total sur 90cm Stock d'eau sur
(mm)
(méthode gravimé-
1,05 m
trique)
(sondezutrons)
o- 30
82,65
P.S
30- 60
112,08
325,92mm
362,91mm
60- 90
131,19
o- 30
89,40
P. II
30- 60
106,74
314,64mm
353,98mm
60- 90
118,SO
o- 30
88,66
P.111
30- 60
100,77
324,86mm
378,71mm
60- 90
135,23
o- 30
91,80
P.IV
30- 60
95,70
291,24mm
335,SOmm
60- 90
103,74
Les parcelles
1, II, III et IV présentent une réserve d'une
quarantaine (40) de mm d'eau entre 90 et 105cm de profon-

---

- 36 -
deur ;
valeur qui nous paraît tr&s correcte comparée à
celles fournies par les "listings".
Mieux, nous constatons une diminution de la teneur en eau
en fonction de l'importance de l'écartement. Ce résultat,
déjà
observé
avec la sonde, est confirmé par la méthode
gravimétrique.

---

- 37 -
IV. CONCLUSION GENERALE
Nous nous étions fixes comme objectif l'étude comparée
du bilan hydrique de quatre peuplements de Sapin de Vancouver
de densités différentes.
Au terme de ce travail, il nous
paraît nécessaire de tirer certaines conclusions.
Nous avons essayé d'étudier les différents facteurs de l'équa-
tion du bilan hydrique (ETR=Pi-D-F-R k AS).
NOUS avons constate que la pluie qui arrive au sol (PS)
est
sensiblement la même au niveau des quatre parcelles
(67% de Pi dans la P. III de densité 530 arbres/ha contre
64%
de la pluie
incidente dans la P.IV de densité 1760
arbres/ha).
L'écoulement le long des
troncs avec une valeur d'en-
viron 1% P.1 n'entre pratiquement pas en compte dans le bilan
pluvial. Nous savions que ce terme (P,) était relativement
faible pour les résineux : le Sapin de Vancouver le confirme.
. L'interception (1,) qui varie très peu autour de 35%
de Pi dans nos quatre parcelles est très importante compte
tenu des pertes d'eau qu'elle engendre.
En période
de nappe perchée, nous avons tenté, sans
succès, d'évaluer les drainages
vertical et latéral (Dt F)
en fonction du niveau supérieur de cette dernière.
Nos
mesures
de sonde à neutrons n'ont pas toujours
fluctué dans le même sens. Cependant, on notait à chaque
mesure un stock dégressif au fur et à mesure que la densité
diminuait.
Le bilan global,
ou plutôt la résultante de tous ces
facteurs
nous donne des consommations d'eau assez voisines
pour
les
quatre
peuplements en
cette
période de déficit
hydrique (ETR > Pi).

---

- 38 -
Il nous faut
avouer
qu'en
débutant les expérien-
ces,
nous étions
convaincus
d'aboutir à des différences au
niveau de chaque terme du bilan compte tenu des densités en
place et des opérations sylvicoles intervenues au printemps
1980.
La réalité des chiffres est autre : le couvert s'est prati-
quement
refermé deux ans
seulement après
l'éclaircie. Dans
nos conditions expérimentales, avec cette fermeture du couvert,
un peuplement
de 530 arbres/ha consomme presque la même
quantité d'eau qu'un autre de 1760 arbres/ha.
Dans la conclusion de son étude sur la croissance et la
production d'Abies grandis (ANNEXE
VIII), et en
comparaison
au Douglas,
OSWALD (1980) note des diminutions de volume
avec la densité plus rapides chez le Sapin de Vancouver. Il
pense que
ces pertes de production au niveau des grands
écartements ne pourront pas
être réduites durant une révo-
lution de 60 ans (pertes de 2%
pour un écartement de
2,5m x 2,5m et de 9% pour 3m x3m).
Aussi propose-t-il une
densité de plantation plus élevée chez Abies grandis (de
l'ordre
de 1500 à 1800 plants à l'hectare) : les conclusions sylvi-
coles et bioclimatologiques se rejoignent.
Dans le carré latin d'Abies grandis, un inventaire comparatif va
bientôt être fait et d'après les discussions que nous avons
eues
avec OSWALD,
nous pensons que la perte de production
sera très faible.
A notre avis, un intérêt de notre étude aura été d'avoir
des données chiffrées sur cette espèce qui a été relative-
ment peu étudiée.
Nous pensons également qu'il est très
intéressant,
chiffres
à l'appui,
de dire que les jeunes Sapins de Vancouver de
25 ans réagissent vigoureusement a la réduction du matériel
végétal et que dans un climat humide comme celui de la Lor-
raine
une éclaircie de 30% n'entra?ne pratiquement ni de
chute de production,
ni de variation de consommation d'eau.
En rapport avec les travaux d'AUSSENAC etal (1982) nous
pouvons tirer la conclusion que pour de jeunes peuplements
de Douglas et de Sapin
de Vancouver, une éclaircie de moitié
(50%) n'influence que très légèrement leur ~kw.iwcw et leur
bilan hydrique.
--p-o&cln~.

---

- 39 -
Alors que se
pose le problème
de l'enrésinement à
outrance, l'efficience transpiratoire
Production de bois (m3)
= Eau évapotranspirée cm') )
devient un facteur très important.
AUSSENAC (1975) a mis en évidence en forêt d'llmance, que
pour une même quantité d'eau consommée, le Sapin de Vancouver
et 1'Epicéa produisent quatre fois plus de bois que les
feuillus.
Au moment où le problème de la gestion des ressources
renouvelables est d'actualité, nous ne saurions trop insister
sur le facteur hydrique lors du choix des essences de reboi-
sement et de l'écartement.
Ainsi les espèces à bonne effi-
cience
transpiratoire
doivent
être
conseillées
dans
des
zones à faible déficit hydrique. Dans les régions enregis-
trant des déficits en eau chroniques, la production d'eau
doit être la priorité des priorités et c'est à ce moment
qu'il conviendra de trouver un compromis entre, assurer une
bonne
couverture
végétale
pour
réduire
l'évaporation en
augmentant
la densité de plantation,
et diminuer la trans-
piration et la perte par interception en intervenant par
des opérations sylvicoles.
En complément à cette étude du bilan hydrique, nous avions
espéré (mais pas souhaité) profiter d'une éventuelle séche-
resse
pour
observer la réaction de nos peuplements face
à un stress hydrique prolongé en faisant des mesures de po-
tentiel de sève avec la bombe à pression.
Nous
comptons dans un avenir proche, réaliser ce travail
dans une zone où les conditions seront "idéales".

---

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- A N N E : X E S -
- -

---

ANNEXE 1 - CALCUL DE L'ECOULEMENT DE LONG DES TRONCS (Pt)
F't x N
Pt (total) =
avec n = 1 nous avons
n (Sp - G)
N x Pt Lue en (mm) x 40
- x 10 =
en (mm)
(Sp - G) en (cm2)
Pt x 73 x 40 x 10
Pt (total )
-3
=
ZZZ
Pt x 2,9:3.10
(1 CKK) - :3,82) SO4
Parcelle .17:
: d = lb20 arbres/ha
-3333-----e-
Pt x 162 x 40 x 10
- :3
Pt (total.) =
=
pt x 6,5.10
( 1 000 - 3,525).10*
Parcelle III : d = 530 arbres/ha
3---.--------
pt x 53 x 40 x 10
-3
Pt (total) =
=
Pt x 2,12.1(!
( 1 000 - 2,7%104
Parcelle IV
: d = 1760 arbres/ha
333---3---3
Pt x 176 x 40 x 1.0
Pt (total) =
ZZ
P-b x 7,07.1cY3
( 1 000 - 5,093). 104

---

ANNEXE II -
f2ESULTATS DES HELEVES PLUVIOMETRIQUES
-
d = 730 arb.res/ha
P.11
d = lb20 arbres
Date
Pi
--*
de
PS
In
P S
Ft
In
(mm)
-
-
Relevé
mm
%
mm
%
mm
%
mm
%
mm
%
rim
-
-
24.4.82
'3 , 00
1,20
40
0
0
60
l,45
48
0
1,55
30.4.82
2,lO
0,ao
20
ù
8 0
0,44
2 1.
0
0-
1,6tî
3.5.82
0,80
Cl,04
5
0
9
9 5
0, 09
l:t
0
0
0,71
5.5.82
13 ,30
9,93
75
0, c.)b
O,%i)
3,30
24,8C
9,05
68
0,09
0,70
4,16
10.5.82
2,40
0,60
26
0
ù
1,80
74
cl, 56
2 '3
0
0
1,84
19.5.82
2,65
1,37
52
0
0
1,28
1,x
45
0
0
3.,45
25.5.82
8,OC
4,00
51
o,n1
0
'3,99
?,29
41
0 ,Ol
0,20
4,70
3.6.82
22, 00
20,OG
91
il,45
2
1,55
18,'78
84
0,68
3,50
Y,74
7.6.82
7,OO
3,85
55
0,Ol
0,lI)
3,14
3,83
0,Ol
0
3,16
14.6.82
23,OO
13,40
58
O,Ol
0, 31~
9,559
13 , 43
58
0,02
O,50
c,55
17.6.82
12,oo
10,oo
84
0,lO
(7, i3.l
1,85
l(J,OO
84
0,lO
0,90
1,90
21.6.82
4,75
1,45
31
0
0
'3, 30
.L,49
'3 :1
0
0
:;,2t?
23.6.82
13,50
9,02
67
il,01
0
4,47
11,90
88
Cl,05
0
1,55 *
28.6.82
13,50
4,07
30
0
(1
9,43
.3,65
27
0
0
Lt,85
29.6.82
14,00
10,90
78
0,04
0
3,OC
8,78
63
0,13
1 ,oo
5, ,09
5.7.82
28,OO
25,75
92
O,23
1
2,02
22,65
81
0,41
1,oo
L,94
15.7.82
53,00
5(!,05
94.
1,3:3
3
1,62
4tj,5
88
2,4;5
5,00
23.7.82
ll,oo
8,68
79
0
0
2,32
8,05
73
0
0
-_
_~--
Pi : pluie .ncidente
Pt : écoulement le long des troncs
PS : pluie arrivant au sol
In : interception

---

DU 29.4.1982 AU 23.7.1982
-
--
&a
P.ItI d = 5%) arbres/ha
P.IV d = 1760 arbres/ha
-
-
P S
Pt
PS
Pt
In
--
-- --
%
rnm
mm
mm
%
mm
%
mm
%
- - -
-
-
52
i,58
53
( ‘1
1,.16
39
0
0
1,84
61
79
O,53
25
0
19
0
0
1,7O
81
89
0,15
19
0
81
18
0
0
0,66
82
31,30
9,58
72
O,O3
27,8
LOS15
76
0,12
1
3,03
23
77
0,71
30
0
1 , ci'3
70
25
0
0
1,80
75
55
1,44
54
0
1 ,Ll
46
1,,34
51
i)
0
1,31
49
58,80
4,78
0
.i, 22
4i)
4,18
52
0
0
3,82
48
12,50 20 83
Of20
0,9~
4 ) 4i
19,,60
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1,13
5
1,27
6
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4,20
0
2 ) N!
40
4:,47
64
0,Ol
Cl
2,52
36
41,50 13,5[,
59
0
9,50
41
13,38
58
0,07
0,50
9,55
41,5
~ 15,lO
9,44
79
0,ow
L,%
21),8
9:,5b
80
0, 70
5,50
1, 7.4
14,5
69
1. , 90
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C!
L',85
tic
1,9
0
0
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60
.
12
9,43
'70
0
4 ,l i'7
'30
9,03
6 7
0,22
2
4,25
31
73
5,61
u2
0
7,w
58
4,83
3tY
@
0
8,67
64
36
1C.i , 98
78
'i > L!(J
0,02
21
10,73
77
Cl,22
1
3,05
22
18
25,75
L12
cl, %i
Cl,14
3
J2,13
79
1 ,hO
6
4,27
15
7
48,45
91
0,64
3 , 9 .t
7
42,80
81
5,!)3
9
5,17
10
27
8,23
75
0
2, '77
25
b,48
59
ù
(.)
4,52
41
PS, Pt et
n sont exprimés el2 % de Pi

---

0
T 0
-==III!
-----7

---

ANNEXE IV - ilumidités volumiques (en %) obtenues avec la presse à membrane
et l'extracteur à basse pression
Il.1 d = 730 arbres/ha
Profondeur
I
PF
(cm)
I
2,5
2 , '4
//
3 , :3
:3 , 8
4,2
f----
10
39,14
23,OB
14,48
2<’
38,1;?
24,34
la,55
30
4C!,42
2Y,ll
21,48
16,84
40
27,28
22 > 01
17,85
45,52
-38, 7'1
30,88
60
34,86
26,41
7Cl
52,%7
34,82
29 , 08
BO
55,BO
41,li)
90
100
48,65
42,19

---

.
ANNEXE V - Humidités volumiques (en %) obtenues avec la presse à membrane
et l'extracteur à basse pression
P.1
d = 1620 arbres/ha
Profondeur
(cm)
2,5
3,3
398
4,2
10
42,48
'34 83
,
2t7,59
18,55
lb,67
20
38,86
Xl, 02
23,77
l '7,45
14,43
30
40,83
3:3 82
,
xi,43
19,48
15,87
40
4,3,ai
36,24
,?9,19
%2,23
18,67
50
45,69
39,El2
‘32,78
2tï,75
23,34
60
48,98
43, oi->
36,!)4
29,54
26,40
70
49,352
44,34
%,26
30,13
26,55
80
5.3,5Y
49,40
4o,F>2
3'3,37
x0,52
Y0
52,8.3
48,07
30 , '38
31,79
29,60
100
56,40
52,50
a,57
35,43
32,65

---

ANNEXEVI - Humidités volumiques (en 00) obtenues avec la presse à membrane
et l'extracteur à basse pression
P.111 d = 530 arbres/ha
Profondeur
PF
(cm)
2,5
299
393
3,8
4,2
10
736,67 29,71 24,65 19,74 15,45
20
33,02
27,17
22,57
17,59
13,39
30
34,51
29,38
24,59
18,66
15,39
40
38,94
33,34
28,21
23,44
19,62
50
45,18
37,74
38,03
28,08
24,36
60
50,02
44,lO
38,21
33,71
29,60
70
50,05
44,65
38,47
34,22
29,37
80
50,69
45,07
38,74
32 , 53
29,89
90
51,24
44,57
39,27
34,54
31,Ol
100
58,28
52,27
46,37
40,37
35,87

---

.
ANNEXE \\iïL - tiumidités volurniques (en %) obtenues avec la presse à membrane
et l'extracteur à basse pression
PJV d = 1760 arbres/ha
Profondeur 1
1
(cm)
j
2,5
-iyi-J- 3,3
(
4,2
-l
10
?A,52
15,31
20
33,7%
I
1:3,45
30
!7,25
28,18
24,4'7
27,77
15,65
4!!
18,G
11,20
C?h,77
21,112
18,20
50
40,55
i .34, 32
29, (34
%.?J,%
l
60
42,oo
35,4?1
30 , 40
2ci,'39
22,65
'70
4%,Li>
36,63
ri1,4:3
2h,32
24,(14
80
43 > 02
37,?2
'G? , 32
27,X!
24,76
I
44,60
18,04
'3 3, Or')
28,38
44,oo
37,52
'34,c'h

---

h-u-me VIII
CROISSANCE ET PRODUCTION DE DEUX PEUPLEMENTS D’Abies grandis EN LORRAINE
Peuplement avant éclaircie
Eclaircie
Peuplement après éclaircie
Age
(ans)
Ho Hg
N
CO Cg G
V
cg
v
Hg
Cg
G
V
0-f-O
h-m
(cm)
(cm)
W-P)
(rn")
N
(cm)
(lx')
N
Irn)
(cm)
On’)
(m’)
Arboretum de la SU?ITE (54), Placeau No 7
3
3 000
29
L15.9 13.11910 218 625 34 27 i28513.7 fi4 29 9 191 218 -
34
20.9
18.5
I 285
354
298
47
41
987
19.1
67
34 7
313
381
32.6
39
26.7
23.6
985
495
260
54
59
727
24.3
a1
37.8
437
564
36.6
45
29.5
27.9
727
623
251
76
151
476
28.4
96
34.6
472
750
31.0
Forêt domaniale d’AMANCE (54), Parcelle 46
4 000
16.3
12.1
2 a54
83 40
35.0
201
964
24
13
1890 13.0 46
31.6
188
33
20.2
16.0
1 857
91 51
415
35 19
1474
16.0 54
34.8
37
23.0
19.9
1474
305
47 47
1 169 20.4 65
38.9
41
26.7
22.9
1 169
362
50 68
807 24.3 80
40.7
44
28.7
26.9
807
807 26.9 85
46.6
29.6
27.3
807
T38.6295
276
101 62
44.4
409
362
112
72
48.0
512
444
119 85
46.6
561
561
125 90
51.8
680
193
68 90
614 27.7 96
44.7
590

---