Slumping of cultivated sandy soils : factors, processes and indicators

par Hongtao Hao

Thèse de doctorat en Doctorat sciences de l'Univers

Sous la direction de Guy Richard et de Roland Poss.

Soutenue le 10-12-2010

à Orléans , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences et technologies (Orléans) , en partenariat avec Institut National de Recherche Agronomique (laboratoire) .

Le président du jury était Ary Bruand.

Le jury était composé de Guy Richard, Roland Poss, Ary Bruand, Philippe Claudin, Michel Grimaldi, Christian Hartmann, Bo Sun.

Les rapporteurs étaient Philippe Claudin, Michel Grimaldi.

  • Titre traduit

    Slumping des sols cultivés sableux : processus, facteurs et indicateurs


  • Résumé

    Les sols sableux peuvent constituer une réserve potentielle de sols cultivables mais leur mise en valeur entraîne toujours des dégradations de la structure et une baisse du potentiel agricole. Une dégradation très fréquente est l’affaissement des couches labourées sous l’action de la pluie, ou slumping. Notre objectif était d’identifier les mécanismes et les facteurs déterminants du slumping afin de proposer des techniques de prévention. L’étude a été conduite sous pluies naturelles (au champ) et simulées (au laboratoire). Au champ, la cinétique d’évolution des caractéristiques hydriques et physiques du sol a été suivie après un labour à 20 ou à 40 cm de profondeur, dans un sol sableux tropical Thaïlande. Au laboratoire, un sol cultivé modèle a été élaboré dans un cylindre (h et Ø = 20 cm) à partir i) du sol prélevé dans le champ expérimental, ii) de la fraction sable (> 50 μm) extraite de ce même sol. Les sols modèles ont subi des pluies d’intensité variable (de 20 à 120 mm/h) après mise en place sur une table à succion (20 à 90 hPa). Le slumping se produit lorsque deux conditions sont réunies: (1) l’eau doit atteindre un potentiel proche de 0 hPa ce qui réduit la cohésion et aboutit à un équilibre fragile du sol comme décrit par la physique des milieux granulaires; (2) ce potentiel doit être maintenu assez longtemps pour qu’une instabilité se produise et entraine une brusque et importante diminution de la cohésion, donc l’effondrement du matériau. Si la fraction fine (<50 μm) est retirée du sol, aucun effondrement n’est observé, démontrant l’importance de cette fraction limonoargileuse, pourtant minoritaire (<10-15 % en masse), dans l’instabilisation et le slumping. La prévention du slumping et la gestion des sols sableux sont discutées en guise de conclusion.


  • Résumé

    The sandy soil can serve as a potential reserve for cultivation. However, they are often considered as marginal because prone to have low productivity and problems of structure degradation. One of the degradations is compaction caused by rainfall or irrigation, which is called slumping. Our objective is to identify the processes and factors that affect slumping. The study had been done under natural conditions (field) and simulated conditions (laboratory) respectively. In the field, a tropical sandy soil in Thailand was selected. After 20 cm and 40 cm depth tillage, the dynamic of hydraulic and physical characteristics were measured. In laboratory, a cultivated soil model was build in a cylinder (height and diameter was 20 cm). We used two materials: 1) the original soil from the experiment field site, and 2) the sand fraction (> 50 μm) extracted from this soil. These model soils were submitted to rainfalls with different intensity (20 to 120 mm h-1), combined with different suction (20 to 90 hPa) on a suction table which can support the cylinder. The slumping for soil happens when two conditions were met: 1) the water potential reached a threshold value near 0 hPa. In this value, the soil cohesion decreased and a fragile equilibrium conditions were reached according to granular material theory; 2) the potential value was kept long enough and the cohesion continue decrease until they can no more support the equilibrium, so slumping happens. Surprisingly, in our treatment, when the fine particles (<50 μm) were taken out from the soil, no slumping was observed. This demonstrates the particles of clay and silt are very important to soil stability, even their content were very low as less than 10 percent. The possible ways to prevent slumping and management of sandy soils are also discussed.


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