STRATÉGIES D’ÉCHANTILLONNAGE ET ESTIMATION DE L’ÉVAPOTRANSPIRATION RÉELLE PAR LA MÉTHODE DU BILAN HYDRIQUE AU SOL

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  STRATÉGIES D’ÉCHANTILLONNAGE ET ESTIMATION DE L’ÉVAPOTRANSPIRATION RÉELLE PAR LA MÉTHODE DU BILAN HYDRIQUE AU SOL
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  Xe ournées hydrologiques - Orstom - Septembre 1994 13 STRATÉGIES ’ÉCHANTILLONNAGE ET ESTIMATION DE L’ÉVAPOTRANSPIRATION RÉELLE PAR LA MÉTHODE DU BILAN HYDRIQUE AU SOL P. BERTUZZI’, zyx . BRUCKLER‘ ET A. CHANZY‘ z Ce travail évalue les conséquences du choix de différentes tratégies d’échan- tillonnage de la teneur en eau u sol sur la mesure de l’évapotranspiration réelle journalière et cumulée, l’échelle d’une parcelle cultivée, par a méthode du ilan hydrique au sol. Les données expérimentales de base proviennent du suivi du bilhydrique d’une culture de soja. Quatre ites tensio-neutroniques (couche de sol 0,O-1,6 m) ont été équipés et suivis au pas de temps ournalier sur une durée de 90 jours après le semis. La variabilité des données expérimentales du bilan hydrique est utilisée dans ne procédure de simulation stochastique. C’est partir de cette simulation stochastique que sont comparées quatre tratégies d’échan- tillonnage de la parcelle stratégie 1 : suivi de 1 O sites tensio-neutroniques fixes u cours de la campagne de mesure ; stratégie 2 : suivi de 10 sites tensio-neutroniques fixes au cours de acampagne de mesure, avec une amélioration de la détermination u bilan hydrique dans la couche 0,OO-0,20 m par un échantillonnage ournalier et destructif de 10 profils par gravimétrie ; stratégie zyxwvu   : suivi de 10 sites tensio-neutroniques fixes au cours de a campagne de mesure, avec une amélioration de a détermination du bilan hydrique dans la couche 0,OO-0,20 m sur chaque site fixe. La différence avec a stratégie 2 réside dans la non prise en compte e la variabilité spatiale introduite par l’échantillon- nage destructif de 10 profils gravimètriques ; ‘Inra, Unité de Sciences du sol, Domaine Saint Paul, Site Agroparc, 849 4 Avignon cedex 9.  strdgie 4 zyxwv   zyxw uivi de zyxw 6 sites tensio-neutroniques au cours de la campagne de mesure. Cette stratégie diffère de la stratégie 3 uniquement par le changement journalier de sites. Les résultats obtenus montrent que la variabilité spatio-temporelle de L’ETW journalière est importante. Elle varie entre +/- 1 mm.j-’ a +/- 3 mm.j-l selon 1 stratégie d’échmtillomage utilisee. Les strategies et 2 sont les plus défavora- bles. La plus faible variabilité est obtenue avec a stratégie 4 qui est néamoins la plus inadaptée en pratique. La stratégie constitue lemeilleur omproHlis entre la précision attendue de l’estimation de 1’ETR et les conditions expérimentales de faisabilite. Les mesures de l’évapotranspiration réelle zy ETR), différentes 6chelles d’espace et de temps constituent souvent des mesures de reference utilisées comme variables de calage ou de validation pour la mise au point de modules hydriques de modèles agrométéorologiques BRISSON t zyx l., 1992 ) ou de modèles mecmistes de transfert d’eau dans e continuum sol-pla~te-atmosphère CAMILLO et al. 1983 ; CHOUD~Y t MONTEITH, 9 8 ; WITONO t BRZTCKLER, 989). Trois grands groupes de mCtbode, s’appliquant aux trois compartiments differents du continuum sol-plante-atmosphère, sont couramment tilises : -dans les basses couches e l’atmosphère, les methodes microclimatiques, basees sur la mesure des Cchanges turbulents de masse et de chaleur 1988); - ans le couvert végétal, les methodes physiologiques, basées sur des techniques de flumètrie qui permettent une mesure directe de I’ETW, supposée limitée dans e cas à la transpiration des plantes (SKURATANI, ans le sol, le bilan hydrique qui utilise les techniques d’humidimetrie neutronique et de tensiomktrie. (DAUDET t VACHAUD, 977 ; VACHAUD Parmi toutes ces methodes, il n’existe pas une methode universelle, de référence applicable dans toutes les situations expérimentales et a toutes les échelles (SHARMA, 985). Chacune présente ses avantages et ses inconvénients. Dans cette étude, nous nous intéressons plus particulihxment au cas du bilan hydrique dans le sol. Un des principaux inconvénients de cette méthode résulte du caractère local du bilan effectué u voisinage du site neutronique. La mesure de I’ETR par cette méthode, à l’echelle d’une parcelle cultivée, depend de la stratégie d’Cchantillonnage (PEYREMORTE t al. 1972 ; DUNIN t ASTON, 98 1 ; (PERRIER i i al. 1975 ; IC0SKY € PETERS, 1977 i TER, 198 1 PAL 1981 VALANCOGNE et NASR, 1989). et al., 1978).  X‘journkes ydrologiques - Orstom - Septembre 1994 1.5 RAMBAL et al.., 1984 ; zyx AUCLIN t al. 1984). Elle implique a multiplication du nombre de ites neutroniques afin e prendre en compte a variabilité spatiale de la teneur en au et des propriétés hydrodynamiques dans e sol. Dans a pratique, cette multiplication u nombre de sites n’est as toujours compatible avec a durée nécessaire pour les mesures et les moyens humain ou matériel disponibles. De nombreux travaux ont été publiés pour décrire la variabilité patiale de la teneur en eau et des ropriétés hydrodynamiques (NIELSEN et al., 1973 ; GAJEM t al., 1981). Néanmoins, il existe, à ce jour, peu de travaux s’intéressant à décrire directement lavariabilité spatiale de 1’ETR. Récemment deux rticles publiés par VANDERAVERE t al. 1 994) décrivent une méthode d’analyse de ’erreur locale et spatiale de I’ETR basée ur une procédure statistique lassique d’analyse de la décomposition de a variance associée ux termes du bilan hydrique. ous avons eu recours à une autre démarche, de type stochastique, afin : e simuler les variations spatio-temporelles des teneurs neau volumique dans le sol et du flux d’eau en profondeur la base de a couche de sol explorée ; t d’évaluer les conséquences de cette variabilité ur la mesure de ‘ETR, en fonction du choix de a stratégie d’échantillonnage et des techniques de mesure utilisées sur la mesure journalière et cumulée de I’ETR. PROCÉDURE DE SIMULATION zyxw OBJECTIF L’objectif de la procédure de simulation est de générer chaque jour, en es teneurs en eau (6) à différentes profondeurs entre la surface du sol e flux d’eau (qmJ en profondeur. 1 O00 sites supposés régulièrement répartis ur la parcelle : et le fond de la couche de sol explorée ; La procédure suppose que a moyenne et la variance des grandeurs (6, qmJ sont des estimateurs sans biais des (( vraies )) moyenne et variance observées expérimentalement. La variabilité spatiale, supposée isotrope et aléatoire, est décrite par une loi normale. Cette hypothèse n’est généralement pas vérifiée. Néanmoins, sur le site étudié dans le adre d’une autre expérimentation (relief plat, même technique de préparation du sol et d’apport d’eau), il été montré, pour une couche e sol zyxw O O 0,2 ml que les distributions des eneurs en eau et des densités sèches (maillage triangulaire de 52 points sur la parcelle) étaient aléatoires (BERTUZZI t al., 1987).  Pour la teneur en eau zyxw   , a procédure zyx e simulation commence aprts chaque apport d’eau, par le tirages de 1 O00 probabilitks zy fi ] g6nCrées sur un loi omale centrke et rCduite. Ensuite, chaque our, on utilise la moyenne z pl et 1’6cart-type a) bsem6s exp6rimentalement chaque profondeur pour simuler e champ de 1 O00 teneurs en eau (4) par la relation : zyx pfi). l f d Il a t;et bsewC expérimentalement a persistance du classement des sites en fonction de 1’;ettat d’humectation initial u profil. Au cours du dessbckement, les sites les plus ecs restent les plus secs, les plus humides restent les plus humideNous avons pris en te ce fait en imposant, quelle que soit la profondeur, la mSme probabilite Goures du esskchement u sol. Nous avons appliquk a m me procédure pour le flux en profondeur (q,,). Quatre stratkgies ont te etenues : zyx srrardgiie 1 : uivi de 16 sitestensio-neutronique ixes au cours de la campagne de mesure ; es mesures de teneurs n eau ont rkaliskes &partir e O 15 mjusqu’ii 1,55 m avec un pas d’6chantillonnage de O lO m ; strafkgie 2 : uivi de 10 sites tensio-neutroniques ixees au cours de la campagne de mesure, avec une amClioration de a dktemination du bilan hydrique ms la couche OY8O-O,2O m par un Cchantillonna~ejou~nalier t destructifde 16 prsfiils par gravimetrie (9 couches 6,00-0,01, Q701-0,02, ,02-Q,03, OYO3-O,O4, 0,04- 0,05, 0,05-0,O7, ,07-0,1O, 6,10-0,15 et 0,15-O,20 m) stratkgie 3 : uivi de 16 sites tensio-neutroniques ixes au cours de a campagne de mesure, avec une amélioration de la d6temination du bilan hydrique dans la couche 0,OO-O,20 m sur chaque site fixe. La diff6rence avec la stratbgie 2 réside dans la non prise en compte de a variabilit6 spatiale introduite par 1’Cchantillon- nage destructif de 10 profils gravimbtriques ; stratkgie 4 : uivi de 1 O sites tensio-neutroniques au cours de la campagne mesure. Cette strat6gie diffbre de la strat6gie 3 uniquement par le changement journalier de sites. La procédure de simulation utiliske interdit la réutilisation d’un site dkjk exploit6 quelle que oit la stratégie &tudiCe.  x journées hydrologiques - Orstom - Septembre z 994 17 MATERIEL T METHODE zyxw 'expérimentation a été réalisée sur le site de Poirson (parcelle de z  3 ha) de l'Institut national de la recherche agronomique Montfavet. Le ol est de exture limono-argileuse (27 %argile et 62 %de limon). Une culture de soja a été semée et le bilan hydrique aété suivi au pas de temps ournalier pendant 73 ours après le semis, puis vecunpas de temps croissant de à 4 jours jusqu'àla récolte (93& jour après le semis). L'alimentation hydrique de la culture a été assurée principalement par irrigation par aspersion (au otal 228'7 mmd'eau en apports principaux). La pluie naturelle ne représente que 17 des apports totaux. La parcelle expérimentale est divisée en rois sous-parcelles de urface égale (figure 1). Sur la parcelle centrale, quatre sites tensio-neutroniques ont été installés. Chaque site omprend un ube d'accès neutronique et de 15 tensiomètres (manomètre à mercure) en position circulaire un rayon de un mètre utour du tube. Les mesures neutroniques ont réalisées de zy   15 m à 1,55 m, avec un pas de résolution de 0, 1 m. La sonde àneutrons utilisée a été étalonnée sur le terrain. La précision des teneurs en eau est de environ 0,016 0,018 m3.m-3.. PARCELLE A +++++++++ S i . S +++ + +++Si-++++ +++++S++ +f+ ,,:..-.. _.I : ... - '. i +++++ +++++++++ +++++ ++ .- < -. . .- - . .. -) -, . +++++++++ O Mesure neutronique + Mesure gravimetrique N Tube neutronique T Tensiometre PARCELLE B PARCELLE C +++++++++ O O +++++++++ ++++t++t+ +-t+f+++++ +++++++++ . _. ^ . ... ... . .t- . . ++++++++ +++++++++ +++++++ + 4-4- ++ + ++ ++ - . .- . . I .. longueur = 6 m zy Figure 1 Le dispositif exprimental.
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