Lorsqu'il s'agit de mesurer l'humidité du sol, la perturbation du site est inévitable. Nous pouvons nous rassurer en pensant que les capteurs de sol nous donneront des informations sur l'eau du sol même si une grande partie du sol du site a été perturbée. Nous pouvons aussi penser qu'il importe peu que les propriétés du sol soient modifiées autour du capteur parce que les aiguilles sont insérées dans un sol non perturbé. Le fait est que la perturbation du site est importante et qu'il existe des moyens de réduire son impact sur les données relatives à l'humidité du sol. Vous trouverez ci-dessous une exploration de la perturbation du site et de la manière dont les chercheurs peuvent adapter leurs techniques d'installation pour lutter contre l'incertitude de leurs données.
Lors de l'installation d'un capteur d'humidité du sol, il est important de perturber le moins possible le sol afin d'obtenir une mesure représentative. Il existe des méthodes sans perturbation, telles que le satellite, le radar à pénétration de sol et COSMOS. Toutefois, ces méthodes se heurtent à des difficultés qui les rendent impraticables en tant qu'approche unique de la teneur en eau. Le satellite a une grande empreinte, mais il mesure généralement les 5 à 10 cm supérieurs du sol, et la résolution et la fréquence de mesure sont faibles. Le géoradar a une grande résolution, mais il est coûteux et l'interprétation des données est difficile lorsqu'on ne connaît pas la profondeur de la limite inférieure. COSMOS est une méthode neutronique non invasive basée au sol qui mesure en continu et atteint une profondeur supérieure à celle d'un satellite sur une zone allant jusqu'à 800 mètres de diamètre. Mais son coût est prohibitif pour de nombreuses applications et elle est sensible à la fois à la végétation et au sol, de sorte que les chercheurs doivent séparer les deux signaux. Ces méthodes ne sont pas encore prêtes à remplacer les capteurs d'humidité du sol, mais elles fonctionnent bien lorsqu'elles sont utilisées en tandem avec les données de terrain que les capteurs d'humidité du sol peuvent fournir.
Après la perturbation d'un site de recherche, il peut s'écouler jusqu'à six mois, voire plus, avant que le sol ne revienne à son état naturel. Les facteurs d'influence comprennent les précipitations (les climats humides reviennent à la "normale" plus rapidement que les climats secs), le type de sol et la densité du sol. Il est fréquent que les chercheurs ignorent les deux ou trois premiers mois de données en attendant le retour à l'équilibre. Lorsque les chercheurs creusent, ils enlèvent de l'herbe ou des plantes matures, puis les remplacent. Souvent, ces plantes sont difficiles à réimplanter et, en cas de perturbation à grande échelle, un grand nombre d'entre elles ne se portent pas bien ou meurent. Comme ces plantes ne transpirent plus d'eau, l'équilibre hydrique est modifié, ce qui peut avoir un impact critique sur les données relatives à l'humidité du sol. Toute option permettant de perturber une surface moindre peut réduire la mortalité des plantes et améliorer les résultats.
Lorsque le sol est déplacé ou compacté, cela a un impact disproportionné sur les micro et macropores, de minuscules tubes capillaires avec une large gamme de tailles de pores qui donnent au sol sa structure et permettent le mouvement de l'eau. La perturbation du site et le compactage du sol détruisent les macropores du sol, ce qui ralentit le mouvement de l'eau et l'oblige à emprunter des voies différentes. Cela a un impact sur la recharge en dessous de la zone altérée. Toute option d'installation qui enlève moins de sol minimisera ce problème.
Le contraire du compactage se produit lorsque le sol est remblayé de manière trop lâche. Cela provoque un écoulement préférentiel le long des parois d'un trou de forage ou d'une tranchée, ce qui permet à l'eau de pénétrer dans la zone en plus grande quantité que d'habitude. Cet excès d'eau est souvent absorbé dans le sol non perturbé où sont insérées les aiguilles du capteur, ce qui fausse les données sur l'humidité du sol. Pour lutter contre ce problème, les chercheurs doivent prévoir du temps pour remblayer soigneusement le trou afin d'obtenir une densité appropriée. Pour ce faire, il faut ajouter de la terre et la tasser par couches jusqu'à ce qu'il y ait un léger monticule à la surface pour empêcher la formation de flaques d'eau. Si la surface est plate, le sol peut se déposer dans une dépression au fil du temps. Les grandes fosses peuvent donner lieu à des dépressions de taille importante qui recueilleront préférentiellement l'eau et modifieront la manière dont l'eau s'infiltre dans le sol autour des capteurs.
Le mélange des couches d'horizon du sol lors du remblaiement d'une fosse d'installation peut modifier radicalement les propriétés hydrauliques du sol. Par exemple : si un sol présente un horizon A sableux et un horizon B argileux, l'inversion ou le mélange des couches aurait des conséquences évidentes. Certaines couches de sol sont faciles à différencier, tandis que d'autres types de sol ont des horizons difficiles à distinguer. C'est pourquoi le sol doit être soigneusement enlevé et remis en place par couches, afin d'éviter toute modification de l'hydrologie du sol. Les chercheurs peuvent y parvenir en posant des bâches autour de la fosse d'installation et en retirant soigneusement le sol, couche par couche, en le plaçant sur les bâches dans l'ordre. Il est facile de mélanger les couches, c'est pourquoi il est utile de préparer une méthode pour se souvenir des couches avant de commencer. Après l'installation du capteur, les chercheurs doivent replacer les couches de terre dans la fosse dans l'ordre inverse, en les ré-emballant pour obtenir la densité correcte entre chaque couche.
Creuser une tranchée pour installer des capteurs d'humidité du sol peut potentiellement détruire de grands systèmes racinaires, en particulier si les chercheurs creusent dans une zone avec des arbustes et des arbres matures. Les racines étant le principal mécanisme d'épuisement de l'eau dans le sol, leur mort modifie la représentativité des mesures de l'humidité du sol pour l'ensemble de la zone de recherche. Si toutes les racines situées à proximité des capteurs sont tuées, les mesures peuvent suggérer que l'eau est plus abondante qu'elle ne l'est en réalité. Les chercheurs peuvent réduire ce problème en utilisant des trous de forage stratégiquement placés qui perturbent moins de systèmes racinaires.
L'un des avantages de l'installation d'une tranchée est que les chercheurs peuvent voir l'ensemble du profil du sol, ce qui leur permet d'identifier plus facilement les couches dures, de déterminer les horizons et les types de sol, et d'identifier la structure et la formation du sol. Toutefois, le creusement d'une grande tranchée entraîne l'enlèvement d'une quantité massive de sol. Et une fois que tout ce sol est remis en place, de nombreux macropores sont probablement écrasés et il existe désormais une discontinuité hydraulique dans le sol, ce qui augmente la possibilité que l'eau soit artificiellement détournée des capteurs ou dirigée vers eux. La situation empire si un chercheur utilise une pelleteuse pour gagner du temps. Les chenilles et les patins de la pelleteuse compactent le sol, surtout s'il est humide, et la grande pelle arrache les plantes et les systèmes racinaires.
Les sondes profilées sont attrayantes parce qu'elles utilisent de petits trous de forage qui perturbent moins le sol. Cependant, le facteur de forme rigide et rectiligne d'une sonde profilée exige une paroi parfaitement perpendiculaire pour assurer un bon contact entre le sol et le capteur. Malheureusement, les parois d'un trou de forage sont rarement parfaitement perpendiculaires. Il y a des courbes et des fosses le long de la paroi du sol. Une sonde profilée droite obtient rarement une bonne connectivité et l'installation est souvent perturbée par des trous d'air et des flux préférentiels. Les utilisateurs de sondes profilées essaient souvent de compenser en remblayant avec un épais coulis de boue, mais cette méthode présente également des difficultés, notamment l'introduction de sol non indigène et les imprécisions causées par les fissures qui se produisent lorsque le sol sèche. Pour atténuer ces problèmes, la nouvelle sonde profiléeTEROS 54 de METER est dotée d'une conception brevetée à quatre ailettes, spécialement conçue pour assurer un bon contact entre le sol et la sonde.
Un forage perturbe les couches du sol, mais l'importance relative de l'impact sur le site est une fraction de ce qu'elle serait dans le cas d'une installation en tranchée. Une tranchée peut avoir une longueur de 60 à 90 cm et une largeur de 40 cm. Un forage réalisé à l'aide d'une petite tarière manuelle et de l'outil de forage TEROS Borehole Installation Tool crée un trou de 10 cm de diamètre seulement, soit 2 à 3 % de la surface d'une tranchée. Comme l'ampleur de la perturbation du site est réduite, moins de macropores, de racines et de plantes sont perturbés, et le site peut revenir à son état naturel beaucoup plus rapidement. En outre, lorsque l'outil d'installation est utilisé à l'intérieur d'un petit trou de forage, un bon contact entre le sol et le capteur est assuré, et il est beaucoup plus facile de séparer les couches d'horizon et de reconditionner à la densité correcte du sol, car il y a moins de sol à séparer.
La clé pour réduire l'impact de la perturbation du site sur les données relatives à l'humidité du sol est de contrôler l'ampleur de la perturbation. L'excavation à grande échelle affecte des zones plus vastes, alors que le forage d'un petit trou de sonde aura beaucoup moins d'impact sur les plantes environnantes et les propriétés hydrauliques du sol, ce qui permettra au site de recherche de revenir à son état naturel beaucoup plus rapidement.
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