Erik Braudeau (IRD) présente 2 concepts clefs qui permettent l'interdisciplinarité des sciences agroenvironnementales avec la science du sol.

1. ___________________________________________________________________________________________________________ www.biologie.ens.fr/bioemco Permettent l’interdisciplinarité des sciences agroenvironnementales avec la science du sol Erik Braudeau BIOEMCO, IRD, BONDY Objectif: le couplage physique (mécaniste) des modèles biologiques avec la dynamique hydrostructurale du Milieu Sol Rencontres Q@LIMEDiterrannée 6 Novembre 2009 Pedostructure et pedoclimat, concepts clefs de la physique du « Milieu Sol »

2. Le sol est « présent » à tous les niveaux d’échelle d’organisation des agro- et éco-systèmes HYDRO-PEDO- STRUCTURE et BIO Le PEDON, Volume Représentatif Elémentaire (REV) de l’unité de sol Unités géomorphologiques, pédologiques, parcelles agronomiques Unités cartographiques de relief, paysage, bassin versant , écosystèmes, etc. MICRO SCALE (Milieu Sol) HUMAN SCALE (Station, en surface du sol) GLOBAL SCALE (Systèmes terrestres) Etudes des processus dans le milieu organisé du sol ___________________________________________________________________________________________________________ www.biologie.ens.fr/bioemco MACRO SCALE (carte des sols)

4. La modélisation doit respecter les niveaux d’échelle d’organisation ___________________________________________________________________________________________________________ www.biologie.ens.fr/bioemco Modéliser physiquement le processus au niveau d’échelle où il se produit , en l’occurrence le milieu sol ; Passer par intégration à l’échelle suivante, le pédon ; la précision physique est conservée Puis passer statistiquement du pédon à l’unité caractéristique de sol : passage à une représentation statistique de la production biologique par une unité cartographique de sol ; mais la nouveauté consiste en ce que 1) l’unité cartographique représente un type de sol bien défini (caractérisé par ses horizons et leur pédostructure ) et 2) la dynamique hydro-structurale du pédon ( pédoclimat ) est en relation physique avec le climat au dessus du sol . Primary soil mapping unit Soil type Unité géomorphologique REV Unité cartographique de sol Assemblage des peds primaires Pedon Porosité inter ped Plasma argilo-humique Porosité plasmique (texturale) Unités cartographiques Pédon Pédostructure Ped primaire

5. Mesure des caractéristiques de la pédostructure sur échantillon standard ___________________________________________________________________________________________________________ www.biologie.ens.fr/bioemco Soil sample moistening Soil core Sand box La courbe de retrait V(W) est l’une des trois équations d’état caractéristiques de la pédostructure Laser spot and laser beam Measurement apparatus Balance

6. ___________________________________________________________________________________________________________ www.biologie.ens.fr/bioemco Equation du potentiel thermodynamique du « Milieu Sol » Equation du potentiel thermodynamique de Gibbs rapportée à la masse solide de la pédostructure La courbe de retrait : et la la courbe de potentiel de l’eau caractérisent le comportement hydrostructural de la pédostructure . La méthodologie de mesure au laboratoire est bien établie. Les paramètres de ces équations sont utilisés comme critères de différenciation des types de sols du point de vue fonctionnel. Le pédoclimat consiste en la mise en relation dynamique des états d’équilibre thermodynamique de la pédostructure avec les variations climatiques externes, à la surface du sol. où et Les coefficients dans l’équation d’équilibre où d G =0 sont dépendants de la teneur en eau W et constituent les équations d’état caractéristiques de l’équilibre énergétique du milieu en fonction de la teneur en eau.

7. Modélisation physique du Pédon, de la pédostructure et du pédoclimat par Kamel ® ___________________________________________________________________________________________________________ www.biologie.ens.fr/bioemco Modeling the Soil System: Bridging the Gap Between Pedology and Soil-Water Physics. Braudeau, E. and Mohtar, R.H.. Global Planetary Change Journal. 67: 51-61, 2009 Kamel®, Simile version , Braudeau, E. 2006. Agence pour la Protection des Programmes, Paris, IDDN.FR.001.390019.000.S.P.2006.000.31500. Kamel ® is a multi-scale « soil water» computer model based on the pedostructure concept Eau macro- porale air air air air S-matrix () Modèle fonctionnel de la Pédostructure Espace inter agrégats Transferts eau Inter agrégats Espace intra agrégats Transferts d’eau inter-intra agrégats Eau microporale d’absorption Eau résiduelle

8. Le nouveau paradigme de la Pédologie hydrostructurale ___________________________________________________________________________________________________________ www.biologie.ens.fr/bioemco Nature and morphology Evolution Functionality Soil Physics Pedology Axe I Axe II Axe III 1 er cas: Le pédon est un ensemble de couches homogènes, sans organisation interne. 2 ème cas: chaque horizon est caractérisé par les paramètres hydrostructuraux de sa pédostructure (équilibre et dynamique) Texture + MO et PTFs par couches de sol Types pédo-génétiques + épaisseur des horizons + Types de pédostructures Cartes thématiques SIRS-Sols =Carte pédo, unités de sol caractérisées par les paramètres de modélisation hydrostructurale du pédon

9. Deux conceptions très différentes de la cartographie des sols et du système d’information qui en découle ___________________________________________________________________________________________________________ www.biologie.ens.fr/bioemco Carte de texture d’une parcelle agronomique à deux profondeurs Carte des sols simplifiée de la Martinique (Numérisée en 2004 d’après Colmet Daage, 1969) La méthodologie du SIRS-Sols: anciennes cartes des sols numérisées et recadrées suivant l’approche systémique puis ré-renseignées avec les paramètres de modélisation du pédon/pédostructures) 3 0 0 0 3 0 0 6 0 0 M e t e r s N E W S A r g i l e u x A r g i l o - l i m o n e u x A r g i l o - s a b l e u x L i m o n o - a r g i l e u x L i m o n e u x L i m o n o - s a b l e u x E q u i l i b r é S a b l o - a r g i l e u x S a b l e u x S a b l o - l i m o n e u x S t r a t i f i é # O b s e r v a t i o n à l a t a r i è r e C l a s s e s d e t e x t u r e # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # T 1 8 T 2 1 T 2 2 T 2 3 T 0 1 T 0 3 T 1 6 T 1 7 T 0 4 T 0 8 T 1 9 T 2 0 T 2 4 T 0 2 T 0 5 T 0 6 T 0 9 T 0 7 T 1 2 T 1 1 T 1 0 T 1 3 T 1 4 T 1 5 P r o f o n d e u r : 7 0 - 9 0 c m # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # T 1 8 T 2 1 T 2 2 T 2 3 T 0 1 T 0 3 T 1 6 T 1 7 T 0 4 T 0 8 T 1 9 T 2 0 T 2 4 T 0 2 T 0 5 T 0 6 T 0 9 T 0 7 T 1 2 T 1 1 T 1 0 T 1 3 T 1 4 T 1 5 S u r f a c e : 0 - 3 0 c m

10. ___________________________________________________________________________________________________________ www.biologie.ens.fr/bioemco Wrapper Soil - Erosion Conception actuelle de la plateforme de modélisation du système sol (modèle APES) Soil - Nitrogen Soil - Roots Soil component Soil - Tillage Soil - Carbon Soil - Water Management Simulation Engine Output Global variables Soil and processes rate variables Weather Land use External events Initial state Pedon frame allows linking model components and provides common services (integrator, simulation time manager, envents handler…

11. ___________________________________________________________________________________________________________ www.biologie.ens.fr/bioemco Global variables Initial status and external events Idée de plateforme de modélisation reposant sur les concepts de pédostructure et pédoclimat Events Management Outputs Transfer of scales local/global ROOTS , PLANT NUTRITION Thermodynamic states of the organized soil medium Pedostructure and pedoclimate represent soil physical conditions for all biological activities and lifes in soil at given depth Integrated state variables of soil and processes at the pedon scale Management Weather Land use WATER, RUNOFF C - N MICROBIAL ACTIVITY SIMULATOR