La présence d'une nappe d'eau dans des sols hydromorphes forestiers : à quelle profondeur, quand et combien de temps ? Les apports d'un suivi piézométrique pluriannuel
Résumé
Les caractéristiques morphologiques des sols hydromorphes permettent un diagnostic robuste des horizons concernés par l'ennoyage (ou engorgement) et de l'intensité du déficit en oxygène (Baize et Jabiol 2011). Ce diagnostic est utilisé notamment pour évaluer l'intensité de la contrainte représentée par l'ennoyage et ses conséquences sur les systèmes racinaires. Le diagnostic "zone humide" défini dans l'arrêté de 2009 est aussi basé en première approche sur l'abondance des taches d'oxydation et de réduction (MDDE GIS SOL 2013). Le régime de l'engorgement est caractérisé par les oscillations de la nappe et son temps de séjours. Il se traduit par des épisodes d'hypoxie plus ou moins sévères allant jusqu'à l'anoxie, qui laissent leur empreinte sur la morphologie du sol. Dans les sols à nappe temporaire, le lien entre la morphologie et la durée de présence de la nappe d'eau, ainsi que son oxygénation n'est pas aussi direct que dans les sols à nappe permanente. L'évaluation de l'intensité de la contrainte pour la végétation doit non seulement prendre en compte l'abondance et la profondeur des taches, mais aussi la période de l'année durant laquelle elle est présente (Levy et Lefèvre 2001, Jabiol et al. 2009). Des méthodes comme celle de Blavet et al. (2000) ou de Tassinari et al. (2002) ont été développées pour établir des relations entre les couleurs et les modalités d'ennoyage, mais ces approches sont difficilement généralisables. Afin de mieux décrire le fonctionnement des sols à ennoyage temporaire et de mieux évaluer les contraintes pour la végétation, nous avons entrepris de préciser les modalités d'engorgement dans des sols forestiers par un suivi piézométrique quotidien durant plusieurs années dans des sols représentatif du massif de Chaux (Jura).
Contexte et méthodes
Les 12 sols étudiés sont situés en forêt de Chaux (Jura). Le substrat géologique est constitué d'un cailloutis silicaté imperméable surmonté par un matériau argilo-limoneux lui-même recouvert par un dépôt limoneux. Les sols occupent les positions topographiques caractéristiques du massif : plateaux, pentes bordant les plateaux et vallons qui entaillent les plateaux où circulent des ruisseaux temporaires. Les sols sont majoritairement acides à nappe temporaire (Plaisance 1965, Bailly 1989). Les variations de la profondeur d'apparition de la nappe ont été suivies durant 3 à 5 ans grâce à des sondes piézométriques (Mini-Diver Schlumberger) avec un pas de temps de mesure de 12 heures.
Le fonctionnement piézométrique
Les durées d'ennoyage annuelles cumulées varient de 0 à 11 mois dans le premier mètre. Le sol où aucune période d'ennoyage n'a été détectée présente des concrétions indurées. L'ennoyage le plus long est mesuré dans un petit vallon marécageux en bordure de plateau. L'installation des nappes intervient entre octobre et décembre. Elles persistent jusqu'à mai ou juillet. Le régime des précipitations influence fortement la durée d'ennoyage, mais ce sont les conditions stationnelles qui déterminent les modalités de fluctuation du niveau de la nappe. Contrairement à ce qui est généralement admis, les sols à fragipan (plateau et bordure de plateau) présentent une nappe perchée qui apparaît dans les 50 premiers centimètres durant moins de 10 jours. Les nappes perchées sont présentes seulement en automne. Au début de la période de végétation en mars et avril, les durées d'ennoyage sont très différentes selon les situations topographiques.
Conclusions
En dehors des sols dont l'hydromorphie consiste seulement en des concrétions ferro-manganiques indurées, les traits d'hydromorphie sont fonctionnels malgré leur ancienneté. Les mesures quotidiennes permettent de suivre les oscillations rapides de la nappe dans les sols les plus perméables. La forte variation interannuelle de la lame d'eau précipitée justifie un suivi pluriannuel de la piézométrie. Des études sont en cours pour relier le fonctionnement piézométrique aux variations du potentiel d'oxydo-réduction et ses conséquences sur la mise en solution des oxyhydroxydes de Fe et de Mn et des éléments traces associés, notamment les terres rares.
Baize D., Jabiol B., 2011. Guide pour la description des sols. Ed. Quæ, 429 p.
Bailly G., 1989. Catalogue des types de stations forestières du massif de Chaux. Office National des Forêts, Dir. Rég. de Franche-Comté et Service Départemental du Jura, 233 p.
Blavet D., Mathe E., Leprun J.C., 2000. Relations between soil colour and waterlogging duration en a representative hillside of the West African granito-gneissic bedrock. Catena, 39, 187-210.
Jabiol B., Lévy G., Bonneau M., Brêthes A. 2009. Comprendre les sols pour mieux gérer les forêts. Ed. AgroParisTech, 624 p.
Levy G., Lefèvre Y., 2001. La forêt et sa culture sur sol à nappe temporaire. ENGREF, 223 p.
MEDDE, GIS Sol, 2013. Guide pour l’identification et la délimitation des sols de zones humides. Ministère de l’Écologie, du Développement Durable et de l’Énergie, GIS Sol, 63 p.
Plaisance G., 1965. Les sols à marbrures de la forêt de Chaux (Jura). Ann. Sci. For. 22, 4, 449-676.
Tassinari C., Lagacherie P., Bouzigues R., Legros J.P., 2002. Estimating soil water saturation from morphological soil indicators in a pedologically contrasted Mediterranean region. Geoderma, 108, 225-235.
Domaines
Science des sols
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