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International audience; Archived soil samples from the beginning and end of three long-term field trials conducted in central France were analysed for total uranium (U) and thorium (Th) contents to evaluate the effect of 15–30 yr of phosphorus (P) fertilizer treatments on the accumulation of these elements in the topsoil. For comparison, the soil samples were also analysed for total P. Three treatments were compared: no P application (P0), 26 kg P/ha/yr (P26) and 52 kg P/ha/yr (P52). Significant effects of P fertilizer were observed on U content and, to a lesser extent, on Th content as a result of the P52 treatment at two of the field trials. This effect was demonstrated both in the analyses at the end of the field trials [P52–P0: +0.25 and +0.44 mg U/kg soil, +0.58 (not significant) and +1.03 mg Th/kg soil] and when considering the changes in U and Th contents between the beginning and the end of the field trials (end–start: +0.18 and +034 mg U/kg soil, +0.35 and +0.45 mg Th/kg soil). The P fertilizer effect was also supported by the correlations of U and Th with total levels of P in the soil. However, in one of the three trials, no significant accumulation of U or Th because of fertilizer could be seen, suggesting either that less U and Th were applied using a different P fertilizer and/or that soil heterogeneity masked significant effects.

Controversy is brewing about the potential greenhouse gas (GHG) savings resulting from the displacement of fossil energy sources by bioenergy, which mostly hinges on the uncertainty on the magnitude of nitrous oxide (N2O) emissions from arable soils occuring during feedstock production. The life-cycle GHG budget of bioenergy pathways are indeed strongly conditioned by these emissions, which are related to fertilizer nitrogen input rates but also largely controlled by soil and climate factors. The IMAGINE project, funded by by the ENERBIO/Tuck Foundation from January 2010 to December 2011 aimed at improving the estimation of N2O emissions from local to regional scales using ecosystem models and measurements and modeling of atmospheric N2O in the greater Paris basin, by using ecosystem models and measurements and modeling of atmospheric N2O. Ground fluxes were measured in two locations to assess the effect of soil type and management, crop type (including lignocellulosics such as triticale, switchgrass and miscanthus), and climate on N2O emission rates and dynamics. High-resolution maps of N2O emissions were generated over the Ile-de-France region (around Paris) with a generic ecosystem model, O-CN, and an agro-ecosystem model, CERES-EGC, using geographical databases on soils, weather data, land-use and crop management. The models were tested against ground flux measurements, and the emission maps were fed into the atmospheric chemistry-transport model CHIMERE. The maps were tested by comparing the CHIMERE simulations with time series of N2O concentrations measured at various heights in the planetary boundary layer in two locations in 2007. The emissions of N2O, as integrated at the regional scale, were used in a life-cycle assessment of representative biofuel pathways : bioethanol from wheat and sugar-beet (1st generation), and miscanthus (2nd generation process) ; biodiesel from oilseed rape. Compared to the standard methodology currently used in LCA, based on fixed emissions for N2O, the use of model-derived estimates leads to a 10 to 40 % reduction in the overall GHG emissions of biofuels. This emphasizes the importance of regional factors in the relationship between agricultural inputs and emissions (altogether with biomass yields) in the outcome of LCAs. When excluding indirect land-use change effects (iLUC), 1st generation pathways enabled GHG savings ranging from 50 to 73 % compared to fossile-derived equivalents, while this figure reached 88 % for 2nd generation bioethanol from miscanthus.

National audience; The spatial and temporal variability of soil water content on a 10 ha field has been evaluated from 9 campaigns of gravimetric soil water content measurements. A soil water content map at each date has been estimated by ordinary kriging, as well as a map of the temporal mean. Wetter and drying zones were identified on each map, and confirmed by the map of the spatial and temporal variability calculated from the Vachaud et al. (1985) index. A Factorial Kriging analysis demonstrated that this variability strongly depended on: i) the soil texture estimated from electrical resistivity measurements, and ii) the slope, altitude and fluxes directions derived from the Digital Elevation Model. This work then proposes new ways to improve irrigation at field scale.; La variation spatio-temporelle de la teneur en eau des sols d’une parcelle de 10 ha a été évaluée grâce à 9 campagnes de mesures de la teneur en eau pondérale. Une carte des teneurs en eau des sols à chaque date ainsi qu'une carte moyenne de la variabilité temporelle ont été réalisées par krigeage ordinaire. Des zones toujours plus sèches et des zones toujours plus humides ont été identifiées. La stabilité de ces zones dans le temps a été confirmée par la carte de la variabilité spatio-temporelle de la teneur en eau estimée par l'indicateur de Vachaud et al. (1985). L'analyse des ces résultats par une Analyse Factorielle Krigeante a montré que cette variabilité était expliquée par i) la texture du sol approchée par la résistivité électrique des sols et ii) les attributs morphométriques du terrain tels que l’altitude, la pente et la direction des flux. Ces travaux ouvrent de nouvelles perspectives pour améliorer la gestion de l'irrigation sur les parcelles agricoles.

National audience; Analysing the properties and functional characteristics of heterogeneous soils containing several phases requires a correct estimation of the volume proportion of each phase. In the case of stony soils, the volume percentage of rock fragments content remains difficult to estimate in situ. This paper presents a method that uses field spatial electrical resistivity measurements to determine the volume proportion of rock fragments. Based on the hypothesis that the electrical resistivity signal noise increases as the proportion of rock fragments increases, a model was developed that uses the standard deviation of the apparent electrical resistivity measurements over a small area as an indicator of rock fragments content. The model was tested on two study areas of several hectares containing soil units with varying quantities of rock fragments. The estimation of the rock fragments content was accurate, and the errors estimations were 4 and 10%.; L’analyse des propriétés et du fonctionnement des sols hétérogènes requiert une estimation correcte de la proportion de chacune des phases constituantes. Dans le cas des sols caillouteux, il est difficile d’estimer in situ la proportion de la phase caillouteuse par rapport à celle de la terre fine. Cette étude présente une méthode permettant de déterminer la proportion d’éléments grossiers dans un sol à partir de la mesure de résistivité électrique à l’échelle de la parcelle. S’appuyant sur l’hypothèse que la présence de cailloux dans le sol est à l’origine d’une augmentation du bruit du signal de la mesure de résistivité électrique, un modèle a été développé entre l’écart-type de résistivité électrique apparente et la teneur en éléments grossiers du sol. La méthodologie a été appliquée sur deux parcelles de quelques hectares présentant des disparités dans les proportions de teneurs en éléments grossiers. Les erreurs d’estimations sur ces deux études sont de 4 et 10 %.

National audience; The estimation of the hydric properties of heterogeneous soils requires the knowledge of the hydric properties of each phase. Nevertheless, for stony soils, the ability of rock fragments to retain water is often neglected. This study provides a new estimation of the Available Water Content (AWC) in stony soils at a regional scale by taking into account the hydric properties of both the rock fragments and the fine earth. Errors larger than 50% on the AWC estimation were demonstrate when the hydric properties of the rock fragments were taking into account or not. Our results then support the hypothesis that rock fragments can provide significant water to crops.; L'estimation des propriétés hydriques des sols hétérogènes nécessite la connaissance des propriétés hydriques de chaque phase. Néanmoins, pour les sols caillouteux, la capacité de rétention en eau des éléments grossiers est souvent négligée. En utilisant ce dernier paramètre, cette étude propose une meilleure estimation de la réserve utile (RU) des sols caillouteux, cartographiée à une échelle régionale. Ce nouveau calcul a permis de révéler des erreurs de plus de 50% sur l'estimation de la RU lorsque les propriétés hydriques des éléments grossiers n'étaient pas prises en compte. Ainsi, ces résultats renforcent l'hypothèse selon laquelle les éléments grossiers peuvent fournir un apport hydrique significatif aux cultures.

International audience; Stony soils, i.e. soils containing more than 35% of rock fragments, cover large areas: more than 30% of European soils are considered as stony soils and this proportion reaches 65% in Mediterranean areas. Nevertheless, the hydric properties of stony soils are still difficult to estimate for two reasons: on the one hand, the basic properties of stones, like their water retention characteristics for example, are usually unknown, and, on the other hand, the real percentage of stones in a given soil is difficult to estimate. We address here the second point and present a methodology that will help in determining the quantitative proportion of stones at field scale - over few hectares - by using spatial electrical resistivity measurements. The assumption is that electrical resistivity is highly sensitive to the stone content. Indeed, firstly, the direction of the electrical current lines is highly modified by stones and the soil behaves as a very heterogeneous porous medium, which leads to high uncertainties in the inversion of electrical resistivity data. Secondly the contact of electrodes with the soil can be faulty and the injection of current can be then strongly disturbed when the soil surface is stony. As a consequence, the resulting electrical resistivity signal can contain a high level of noise. To test this hypothesis, electrical resistivity measurements were performed on several small heterogeneous parcels (approximately 2 to 10 ha area), each one encompassing soils with different stone contents. Measurements were realised with the ARP (Automatic Resistivity Profiling) device that is composed by three arrays in V-shaped configuration: each array is composed by four electrodes-wheels, i.e. two electrical current electrodes spaced 1 m apart, and two resistivity electrodes spaced of –respectively for each array- 0.5 m; 1m; 1.7m apart. This device can therefore cover a large area in a short time and measure the electrical resistivity at field scale with a high spatial resolution. In addition, direct measurements of stones contents were realised in field on large volumes of soils sampled in several pits. In the studied areas, the stone contents varied then from less than 20% to more than 50% in stone content. By comparing the resistivity noise to the stone contents, we have shown a significant and linear correlation between both variables. This relationship was calibrated from several points within one parcel and validated at other locations. It was then used for stone content mapping at field scale. Additional analyses have enabled us to discuss the main limits of the approach: i) electrical resistivity measurements should be recorded rather in a dry period and ii) stone contents less than 20 % in volume can not be estimated and mapped. Finally, from the local estimation of stone contents and the water retention properties of both stones and the fine earth, the Available Water Content was calculated at the field scale. We demonstrated that it can vary of several millimetres for a given parcel, due to the local stone content, which indicates that water management, especially irrigation, at the parcel scale must be conducted by taking into account the variability due to the presence of stones.

International audience; Soil structure can be strongly damaged by compaction which derives from compressive forces of wheels and tillage machinery applied to soils under farming systems. Compaction process alters the spatial arrangement, size and shape of clods and aggregates. As a consequence, the soil bulk density and the soil strength increase and the soil functioning is severely disturbed with a reduction in permeability to air, water and heat which in turn affects environmental quality, root and shoot growth and consequently crop production. Compaction causes a restriction in root penetration and rooting depth, an increase in root diameter and a reduction in water and nutrient uptake. However the responses in rooting stress and then in plant growth to compaction are controversial. They depend on the degree of compaction, its depth and persistence both laterally and vertically, on the texture of soils and their capacity to transfer water and more on weather conditions. Indeed, the crop production is strongly influenced by water stocks invested by roots. It was also observed that roots are preferentially confined to macropores as earthworm’s galleries, voids, cracks, bypassing generally compacted clods with a clump effect in loose soil. For high rainfall intensity, it results in preferential water flow which may supply enough water to plants. In addition compaction damage is not irreversible. As a result of climate activity, soil cracking through wetting and drying, fauna activity, compacted clods may progressively break down with decreasing soil impedance and changing in water retention and flow. Given the above mentioned debate, the objective of this study was to examine in space and time at high resolution the eventual changes in water content and soil structure of cropped soil as compared to bare soil after a prior compaction by in-field wheel traffic. Our study focused on the growing season of wheat crop. From in-field experiment, a precise time monitoring of water content and soil structure was analysed at the soil profile scale on a loamy-clay soil. The methods used to estimate both variables consisted in local soil sampling and visual morphological descriptions supplemented by Electrical Resistivity Tomographies (ERT), which have already been proven to be useful and efficient enough to describe soil water changes and the structural variability in soils. Our results enhanced the relevant impact of compaction on water transfer and, therefore, on availability of water reserves for plants. Compacted zones created by wheel tracks and the tillage pan restricted root penetration and remained wetter than the loosen matrix. However these results depend on climatic events. As observed after rainfalls, reduced infiltration due to compaction was overcome by preferential flow pathways identified at borders of clods where roots were relatively clumped. In addition, the ploughpan was shown to be a restrictive layer for water flow. These combined effects modified in time water stocks in the rooting zone as well as the structural resilience of clods.

Les interactions complexes entre les facteurs de contrôle des émissions de N2O par les sols et la très grande hétérogénéité des sols entrainent de larges variations spatiales de ces émissions. L'objet de ce travail est d'étudier la variabilité spatiale des flux à grande échelle pour définir des méthodologies de mesure avec une meilleure prise en compte de cette variabilité. Dans ce but, 48 mesures de flux échantillonnant 77% d'une surface de 3,2 m par 2,4 m ont été réalisées dans une parcelle agricole, en couplant un spectromètre infrarouge QCL avec une chambre mobile. La méthode a permis une caractérisation sur un pas de temps court des variations spatiales et les mesures suggèrent que la variabilité spatiale des émissions de N2O sur cette surface, est liée à la disponibilité en carbone., The complex interactions between control factors as well as soil heterogeneity result in large spatial variations in soil N2O flux. The objective of this work is to study the spatial variability at large scale for defining better methodologies of N2O measurements. 48 flux measurements were thus made on a 3.2*2.4 m surface in an agricultural plot, sampling 77% of the surface thanks to the coupling of a QCL Infrared spectrometer and a mobile chamber. This method enabled to obtain a sampling on a short time step of flux spatial variations. Observations suggest that the spatial variability on this surface was linked to the availability in carbon in the soil.

This work was conducted in the framework of the DIGISOIL project, that is financed by the European Commission under the 7th Framework Programme for Research and Technological Development, Area “Environment”, Activity 6.3 “Environmental Technologies”.; International audience; The soil structure -i.e the spatial organisation of soil particles- changes in time and space at the decimetric scale under natural and anthropic pressures (climate, biological activity, tillage, compaction). Usual methods for characterising soil structure are destructive and time-consuming preventing spatial and temporal monitoring. New technological tools are then required. The Electrical Resistivity Tomography method (ERT), which is non-destructive and provides exhaustive description of the soil, has already been demonstrated to be useful for the description of the soil structure. However, the soil electrical resistivity is a physical parameter which depends not only on the soil structure but also on other soil characteristics, including soil water content. Changes in soil structure result in alterations of the soil water system and vice-versa by retroactions. These combined effects of soil properties on resistivity can restrict the interpretation of ERT in term of soil structure variability. The objective of this study was to characterise the spatial and temporal variability of the soil structure by the ERT method from the analysis of soil water-structure interactions on resistivity measurements. 2D ERT time monitoring has been performed for one year, in field on a small plot located in Beauce region (France). The soil was locally compacted by in-field wheel traffic to create structural zones with different bulk densities: compacted zones vs porous zones. The studied area covered both a cultivated zone and a bare soil zone to study different dynamics of water content. ERT consisted in Wenner array which gathered 72 electrodes spaced 0.1m apart. The volumic water content was monitored by TDR probes installed at several depths along the soil profile and in the different soil structural units (compacted and porous). The spatial and temporal variability of the soil structure in the first layer was analysed by i) vertical visual morphological profiles realised at six dates during the electrical resistivity monitoring, and ii) measurements of the bulk density on undisturbed soil cores sampled on the morphological profiles. After a 2D inverse modelling, resistivities were corrected from temperature effect. The analysis of ERT combined with bulk densities and morphological profiles showed relevant structural changes, especially in summer and winter. The porous zones were mainly affected by these changes in accordance with soil moisture variability in space and time. The electrical resistivity allowed to discriminate compacted zones which were less resistant than porous zones and to identify temporal changes in porous zones, especially the formation of cracks during summer. The compacted zones did not significantly evolve during the year, showing the slow resilience of the soil structure after compaction. Nevertheless, the electrical resistivity measurements demonstrated that cracking developed specifically at the contact between compacted clods and porous zones. As a consequence, the electrical resistivity increased in these cracking areas during the drying season due to their higher air content and decreased at the same locations due to preferential infiltration of water in the cracks. The 2D ERT allowed then us to describe the interactions between soil water content and structure.

International audience; A new type of portable infra red spectrometer (SPIRIT : SPectromètre Infra-Rouge In situ Troposphérique) using a quantum cascade laser and a patented new long multipass optical cell has been set up for the simultaneous flux measurements of two Greenhouse Gases (GHG): nitrous oxide (N2O) and methane (CH4), at the air land interface. The basics of the instrument, the data derivation for trace gas concentration determination in the atmosphere, and the chamber method to derive emission fluxes of these GHG from lands are described. The analytical performances of SPIRIT are tested in two types of lands in Region Centre (France): (i) an anthropogenized sphagnum peatland (Laguette; Neuvy sur Barangeon) characterized by vascular plants invasion (ii) a sandy soil in the site of INRA-Orléans. The ability of SPIRIT to assess with precision spatial and temporal dependence emissions of these GHG in the field is demonstrated. In addition emission modes (diffusive episodes and bubbling events) can be observed and quantified due to the high frequency (1 Hz) of the concentration measured. SPIRIT adaptation for detailed process-oriented studies of GHG flux emissions is also demonstrated by the investigation of emission dependence as a function of biotic and abiotic parameters (including diurnal cycle sensibility and emission modes); processes of C exchanges between different compartments of the biota can be studied. Such investigations are required for a better understanding of the lands to atmosphere exchange mechanisms of GHG and for the prediction of feedbacks on GHG emissions in response to anthropogenic or climate change perturbations of terrestrial ecosystems. Implications of SPIRIT in other air lands studies are also presented.

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Bulletin du GFHN; In the French Beauce region, where the agriculture is very intensive, the groundwater has been degraded for several years by nitrate and pesticides. The work presented here aims at estimating the quantity of water that reaches the basis of the soil profile on a heterogeneous field of about 20 ha. The method was the following: i) we first realised a very precise soil map, with the help of electrical resistivity, ii) the hydric properties of the soil horizons were measured, iii) the quantity of water at the basis of the soil profile was estimated by modelling. The results showed that the heterogeneity of the field induced a difference of 30% between the most conductive soils and the less conductive ones. These results evidenced the necessity of a precise knowledge of soils properties to estimate the risk of degradation of groundwater.; En Beauce, zone de cultures intensives, on observe depuis de nombreuses années une dégradation de la qualité des eaux souterraines par l’accroissement des teneurs en nitrate et en produits phytosanitaires. Dans le cadre de la directive européenne 2000/60/CE, il convient de disposer d’outils permettant une évaluation spatialisée du risque de transfert de ces produits vers la nappe, y compris à l’échelle parcellaire. Les travaux présentés ici concernent l’estimation quantitative de la lame d’eau drainée à la base du sol sur une parcelle hétérogène. La démarche, classique, a consisté à réaliser une carte des sols précises, mesurer les propriétés hydrodynamiques des horizons de sol représentatifs de la parcelle, et estimer, par modélisation, la lame d’eau drainée au cours d’une année hydrologique. L’originalité du travail réside dans l’utilisation de la résistivité électrique, une technologie non destructive pour caractériser, à deux échelles, l’hétérogénéité du milieu. Les travaux s’appuient sur une parcelle d’une vingtaine d’hectares située à Ouarville, en Beauce Chartraine. Malgré sa faible surface, la parcelle analysée est très hétérogène, les sols s’étant développés dans un limon déposé soit directement sur le calcaire, soit sur une couverture d’argile à meulière. La carte des sols a été réalisée sur la base d’une prospection géophysique par MUCEP (dispositif tracté de mesure de la résistivité électrique à trois profondeurs), d’un modèle numérique d’altitude réalisé par GPS, et de l’analyse de 180 sondages pédologiques. Des échantillons de sol non perturbés ont été prélevés dans les horizons de cinq fosses pédologiques et l’on a déterminé leurs propriétés hydrodynamiques au laboratoire par la méthode d’évaporation de Wind. Chaque unité de la carte des sols a été représentée par un profil pédologique synthétique. Le drainage annuel à la base de chaque unité a été simulé grâce au modèle Hydrus 1D sur la base d’un scénario climatique réel (pluie et évapotranspiration issues de la station de Bricy, en Beauce). Nous avons ensuite analysé la variabilité locale de la quantité d’eau drainée, à l’intérieur d’une unité de sol. Les sondages à la tarière ayant montré une très grande variabilité à courte distance du substrat, la variabilité locale a été déterminée à partir d’une prospection géophysique par panneau électrique sur une trentaine de mètres, à une résolution de 10 cm. La lame d’eau drainée a ensuite été recalculée ponctuellement. L’expression cartographique de la quantité d’eau qui arrive annuellement à la base du sol présente une très grande hétérogénéité au sein de la parcelle, avec un écart de l’ordre de 30 % sur le drainage entre les zones les moins filtrantes (187 mm dans les néoluvisols sur argile) et les plus filtrantes (246 mm pour les néoluvisols profonds sur limon). Le panneau de résistivité électrique réalisée sur l’une des unités de sol met en évidence que la succession des horizons, de même que leur épaisseur, varie à très courte distance. La quantité d’eau qui arrive à la base du sol, calculée par l’application du modèle HYDRUS 1D à différentes positions le long du transect, varie de 202 à 223 mm/an. Ces points de drainage élevés représentent autant de zones de fuite potentielles vers la nappe et mettent en évidence la nécessité d’une caractérisation très fine du fonctionnement à l’échelle parcellaire pour estimer les risques de dégradation des eaux souterraines.

International audience; Water transport in the vadose zone greatly depends on the hydric properties of soils which exhibit high variability whatever the spatial scale analysed. The determination of those properties in the field or in the laboratory involves considerable uncertainty. Recently, inverse modelling has been introduced to obtain hydric properties in situ by deducing from a measured time series of soil water content. Anyhow, the soil water content is commonly obtained by gravimetric measurements on soil samples, TDR measurements or neutron probes measurements. At the field scale, these methods give only punctual information on soil water content, with a low spatial resolution. Financial and time constraints limit the numbers of measurements locations and thus the description of the soil water content. Since recently, geophysical methods enable the monitoring of some soil characteristics on a continuous space with a high resolution. One of them, the electrical resistivity (ohm.m) -or DC method- is well adapted to characterise the soil subsurface and to describe soil properties, even if they are time-dependent. However the electrical resistivity depends on several chemical and physical soil variables that can interact. The influence of one soil parameter like the soil water content on the electrical resistivity is then hard to estimate. Our objective was then to use spatial measurements of electrical resistivity, to define zones of homogeneous electrical resistivity with time, to interpret them in terms of evolution of water content, and to compare them with a soil map. Our assumption was then that the time variation of electrical resistivity at the field scale was only due to the evolution of the soil moisture in our studied field. A time monitoring of the soil electrical resistivity and the soil moisture was realized during the year 2006, at four dates, both by the MUCEP device (MultiContinous Electrical Profiling), that gives measurements on a whole field area, and by local gravimetric measurements of the soil water content. Homogeneous zones were defined directly from measurements for the electrical resistivity, and after ordinary kriging for the water content. Our analysis of the spatial and temporal variability has permitted to discriminate three temporal homogeneous zones, both for electrical resistivity and the water content, that were mainly related to the soil map. We show that the use of electrical measurements enables (1) to directly describe the spatial and temporal evolution of soil water content at the field scale and (2) to extrapolate the temporal evolution of the water content in unknown zones. We could then describe some hydric processes, like lateral flows or upward capillary flows that would be difficult to derive from soil maps.

The modelling at the field scale of soil water behaviour requires characterizing at high resolution the variability of the representative soil state variables. In this context, we propose an empirical approach to determine at high resolution and at the field scale the spatial and temporal variability of soil water content from the spatio-temporal analysis of electrical resistivity measurements. At four dates during the year 2006, monitoring of soil water content and electrical resistivity was performed on 2ha of the studied area. From the map of temporal hydraulic variability improved by the high spatial resolution of geophysical data, homogeneous structures were delineated. These homogeneous zone were related not only to the soil units but also to the topography, i.e. the variability sources of the relevant water flows that could occur in the field., La protection des sols et l’amélioration de la qualité des eaux superficielles et souterraines nécessitent des stratégies efficaces de gestion de ces ressources, non renouvelables et fragiles. Pour apporter des éléments de réponse aux agriculteurs, aux décideurs, une meilleure compréhension des sols et de leur fonctionnement est indispensable. Il s’agit d’un véritable challenge scientifique. Les sols sont en effet des milieux complexes se caractérisant par une variabilité spatiale et temporelle multiéchelle et présentant, de ce fait, des processus -et donc un fonctionnement- variables dans l’espace et le temps. Pour appréhender une telle variabilité, la mise en oeuvre de méthodes de mesure exhaustives et non destructives est indispensable. En ce sens, les méthodes géophysiques électromagnétiques, et plus particulièrement la méthode de résistivité électrique, offrent de réelles possibilités. Exhaustive, non destructive, la mesure de résistivité électrique est particulièrement sensible aux types de sol (texture et structure du milieu), sensibilité rendant difficile l’interprétation du signal géophysique en terme de propriétés pédologiques. Néanmoins, la variabilité temporelle de mesures de résistivité ne peut être attribuée qu’à celle de variables conjoncturelles des sols, telles que, dans l’étude présentée ici, la teneur en eau. Menée à l’échelle de la parcelle agricole, notre étude visait ainsi à décrire avec une haute résolution spatiale et à l’aide de la méthode de résistivité électrique, la variabilité spatio-temporelle de teneurs en eau des sols, mais aussi, la variabilité spatio-temporelle du potentiel hydrique des sols, variables d’état représentatives du fonctionnement hydrodynamique des sols. A quatre dates de l’année 2006, un suivi de teneur en eau et de résistivité électrique est réalisé sur une jachère de 2ha. La résistivité électrique est obtenue par le dispositif MUCEP (MultiContinous Electrical Profiling) permettant un grand nombre de points de mesures couvrant l’ensemble du site d’étude. Ces données de résistivité sont inversées sur une dimension. La teneur en eau est déterminée par méthode gravimétrique sur des échantillons de sols prélevés localement sur le site. Par couplage entre (1) la relation significative obtenue in situ entre la résistivité électrique et la teneur en eau des sols et (2) la courbe de rétention des sols, une relation pétrophysique entre la résistivité électrique et le potentiel hydrique est développée. Au final, à partir de l’information géophysique, les variabilités spatio-temporelles de teneurs en eau et de potentiels hydriques des sols, et plus précisément de la couverture argilo-limoneuse des sols, sont décrites à l’échelle parcellaire. Des zones homogènes de fonctionnement hydrodynamique sont délimitées et les sources de variabilité du fonctionnement des sols sont discutées. Nous montrons que, selon les saisons, c’est soit la topographie soit le type de sol, qui rend le mieux compte du fonctionnement hydrodynamique de la parcelle.

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International audience; La forte variabilité spatiale des sols est l'une des raisons avancées pour l'utilisation des techniques d'agriculture de précision. Toutefois, un obstacle majeur à l'adoption par les agriculteurs de ces techniques est le manque de données détaillées sur les sols et sur les cultures (Robert, 1999). l'analyse des cartes de rendement et l'initialisation de modèles de culture d'aide à la décision pour une optimisation locale des interventions, impliquent la connaissance précise et exhaustive du milieu. Une cartographie à grande échelle s'impose afin de mieux apprécier la variabilité spatiale des sols et de leurs propriétés intrinsèques à l'échelle intraparcellaire. Le suivi des variations temporelles et spatiales des caractéristiques d’état du sol comme la teneur en eau serait souhaitable pour une meilleure gestion de l’irrigation.L'acquisition de la variabilité spatiale intraparcellaire des sols peut être réalisée par une cartographie détaillée avec une prospection conventionnelle à la tarière (Nicoullaud et al., cet ouvrage). Cette méthode implique des moyens proportionnels au nombre d’observations jugées nécessaires en fonction de la variabilité même du milieu, de l'efficience du pédologue cartographe et de la précision souhaitée. Elle se heurte aux difficultés d'interpolation entre les points d'observation, surtout dans le cas où l'on ne dispose pas d'indicateurs aisément accessibles à la surface du sol (couleurs, pierrosité, morphologie du relief ...). Les méthodes de cartographie par expertise montrent ici leur limite face à une cartographie qui se veut elle aussi de «précision». De plus, cette méthode privilégie la cartographie de caractéristiques pérennes et ne peut pas aborder l'analyse de la variabilité de caractéristiques conjoncturelles des sols. En effet, ces mesures et observations nécessitent un temps d'acquisition trop long incompatible avec une étude de l’évolution temporelle de variables d'état sur de grandes surfaces. Sa principale limite réside aussi dans son coût élevé.Face à ces nouveaux besoins, on cherche donc à accélérer la réalisation des mesures à l’aide d’appareils automatiques. L’un des moyens utilisés est celui de la réception d’un signal physique quelconque émis de façon naturelle ou par un émetteur. Dans ce domaine, les nouvelles méthodes spatiales (télédétection) ou de géophysique au sol permettent une acquisition rapide et exhaustive d'informations sur le sol, de façon non intrusive. I l est en effet souhaitable de pouvoir réaliser une investigation non destructive car toute excavation modifie le milieu, sa structure à l’emplacement du sondage et son fonctionnement sur un volume qui peut être beaucoup plus important.L'objectif des travaux réalisés dans le cadre de l’action «agriculture de précision » était d’expérimenter les méthodes de télédétection et de géophysique comme moyen d'aide à la cartographie et à la reconnaissance de la variabilité spatiale des sols et de leurs propriétés prennes au sein d’une parcelle. Il s'agissait également d’acquérir des données fiables sur l'état hydrique instantané de la couvert ure pédologique, et ainsi établir des suivis dans le temps permettant de rendre compte du fonctionnement hydrique des sols. Enfin, une comparaison des méthodes géophysiques au sol et de télédétection a été réalisée en termes de con vergence ct de complémentarité des résultats sur un même site expérimental.

National audience; At the field scale the spatial variability of the soil hydric behaviour could be described with a high resolution by data fusion between the electrical resistivity and the soil water content measurements. However, whereas many authors underline significant correlations between these two variables, the electrical measurements are also influenced by other soil variables (clay content, temperature, salinity…) through complex interactions. The electrical data interpretation is delicate and depends on soil types. In a calcareous context, we aim at showing the usefulness of the electrical method to discriminate the spatial variability of the soil water content at the field scale. A time- monitoring of the soil water content and the electrical resistivity was realised . The spatial variability is analysed and the soil hydric units are defined. They are finally compared to the soil units.

National audience; La mise en oeuvre à la parcelle des techniques d'agriculture de précision se base sur une segmentation de l'espace qui repose souvent sur une cartographie des sols. Dans cet article, nous présentons les différentes phases de la cartographie des sols à l'échelle parcellaire en nous appuyant sur deux exemples d'étude en région Laonnoise. Deux cartes réalisées à l'échelle du l/2 500 ont été établies en croisant différentes informations : micro-topographie, photographies aériennes, sondages à la tarière, profils pédologiques. Deux types de variabilité spatiale liés à la géomorphologie et à la géologie des deux parcelles ont été mis en évidence. La méthode de cartographie des sols par un pédologue expert comporte de nombreux avantages, entre autres l'adaptabilité aux objectifs et au milieu. Elle permet également un accès direct aux paramètres du sol nécessaires à l'utilisation de modèles de culture. Elle présente néanmoins deux limites : (1) la nécessité de réaliser de nombreux sondages et (2) la difficulté à cartographier l'incertitude sur les limites et le contenu des unités cartographiques. L'utilisation de données plus exhaustives telles des mesures de télédétection, de cartographie de rendement ou de géophysique doit permettre de diminuer le nombre de sondages et d'améliorer la pertinence de la cartographie. Enfin, compte tenu du coût telles opérations, il semble judicieux de préconiser mise en place de parcelles voire de secteurs de références où la caractérisation de la variabilité spatiale des sols et de leurs propriétés serait réalisée d'une façon approfondie. La caractérisation d'autres parcelles dans le même contexte géographique en serait ainsi considérablement allégée.

National audience; Le travail présenté s'inscrit dans le cadre d'une étude méthodologique de la modulation spatiale de la fertilisation azotée du blé. Il a été mené sur deux parcelles de 10 ha chacune, situées près de Laon, et présentant des caractéristiques pédologiques différentes. Il a consisté à créer, pour chaque parcelle, des classes de pédo-transfert (CPT) permettant d'estimer, à partir de cartes des sols établies à l'échelle du 1/2 500, les paramètres "sol" nécessaires à l'utilisation du modèle de culture Stics. Les paramètres suivants ont été étudiés pour leur grande influence sur les sorties du modèle : profondeur d'apparition d'un obstacle aux racines (obstarac); humidité massiques à la capacité au champ (Hcc) et au point de flétrissement (Hpf), densité apparente (Da), teneur en argile minéralogique (AM), de chaque horizon. Les observations ont été extraites de cartes d'impacts racinaires, effectuées au sein de fosses pédologiques, pour établir les CPT pour obstarac et de mesures, faites sur 82 points de prélèvements de chaque parcelle, pour les autres paramètres. Les résultats ont consisté à établir :(1) des critères qualitatifs pour prédire obstarac, (2) des classes combinant texture et type de matériau pour prédire Hcc, Hpf et DA et (3) une relation continue entre AM et des données analytiques. La qualité des prédictions des paramètres a permis de juger du bien fondé des méthodes utilisées. Les CPT d'obstarac semblent suffisantes, pour renseigner le modèle, dans les cas où les informations sur le sol sont accessibles. La prédiction de Hcc s'effectue quasiment sans biais et avec un RMSE de 0,02 g.g-1. La confrontation des sorties du modèle ainsi renseigné, aux variables d'intérêt mesurées, est satisfaisante. Le croisement des couches d'information sol et CPT a révélé la grande sensibilité du modèle Stics à 1a précision d'obtention de ces informations. Le déterminisme de la variabilité intra-parcellaire du stockage de l'eau et des solutés diffère selon les parcelles, avec : - la profondeur maximale d'enracinement, qui varie de 45 à 160 cm, dans la première parcelle : - la Hcc, qui varie de 6 et 23 % de teneur en eau massique, dans la seconde. La qualité des CPT obtenues pour la prédiction des paramètres du modèle est à mettre en lien avec le nombre de données acquises. Une telle approche, très lourde à mettre en oeuvre, ne peut être conçue que dans le cadre d'étude de parcelles expérimentales ou de secteurs de référence. La stratégie de constitution des CPT est tributaire du niveau de résolution spatiale choisi. Ce choix relève d'un débat pluri-disciplinaire pour permettre une modulation techniquement accessible, écologiquement utile et économiquement rentable.

National audience; On a proposé dans le papier précédent une méthode basée sur un modèle de culture pour faire des préconisations de fertilisation azotée dans le cas du blé d’hiver (et du troisième apport d’azote). On aborde ici la question de la spatialisation de ces préconisations, ou encore d’apports spatialement variables (ce qui correspond à l’acception la plus courante de l’agriculture de précision). Les conditions expérimentales de cette étude sont celles mises en place dans le cadre du projet développé à l’INRA et qui est cité à plusieurs reprises dans cet ouvrage. Dans une première partie on évalue l’intérêt de ces préconisations et apports spatialisés, par référence à une fertilisation homogène dont le réglage prend en compte ou non la connaissance de la variabilité intra parcellaire. Cette étude est conduite par simulation sur plusieurs années, sur les deux parcelles du dispositif, en considérant que la variabilité intra-parcellaire des sols est connue. Il ressort, pour cette configuration de parcelles, que les apport spatialement variables ne donnent pas en moyenne de meilleurs résultats en terme de marge brute et de bilan d’azote ; le gain essentiel est le respect en tout point de la contrainte environnementale. Dans une deuxième partie, on propose une méthode qui permette de réaliser la spatialisation du modèle en l’absence de connaissance précise de la variabilité intra-parcellaire des propriétés des sols : il s’agit d’une méthode bayésienne (GLUE) d’estimation des paramètres et variables d’entrée du modèle par assimilation d’observations sur le LAI et la teneur en azote de la culture dérivées de mesures de télédétection acquises en cours de culture. Cette méthode permet d’obtenir de meilleures prédictions des variables de sortie du modèle (dont le rendement) et potentiellement, de meilleures préconisations de fertilisation azotée, que celles fournies par l’approche de référence, basée sur la connaissance à haute résolution spatiale de la variabilité des sols. Les perspectives d’amélioration de cette méthode sont discutées.

Arable soils are a large source of nitrous oxide (N2O) emissions, making up half of the biogenic emissions worldwide. Estimating their source strength requires methods capable of capturing the spatial and temporal variability of \ony~emissions, along with the effects of crop management. Here, we applied a process-based model, CERES, with geo-referenced input data on soils, weather, and land use to map N2O emissions from wheat-cropped soils in three agriculture intensive regions in France. Emissions were mostly controlled by soil type and local climate conditions, and only to a minor extent by the doses of fertilizer nitrogen applied. As a result, the direct emission factors calculated at the regional level were much smaller (ranging from 0.0007 to 0.0033 kg N2O-N kg N) than the value of 0.0125 kg N2O-N kg N currently recommended in the IPCC Tier 1 methodology. Regional emissions were far more sensitive to the soil microbiological parameters governing denitrification and its fraction evolved as N2O, soil bulk density, and soil initial inorganic N content. Mitigation measures should therefore target a reduction in the amount of soil inorganic N upon sowing of winter crops, and a decrease of the soil N2O production potential itself. From a general perspective, taking into account the spatial variability of soils and climate thereby appears necessary to improve the accuracy of national inventories, and to tailor mitigation strategies to regional characteristics.

National audience; La cartographie des sols est une étape incontournable pour de nombreux travaux d'évaluation agronomique et environnementale. Les méthodes de prospection, qui reposent en grande partie sur l'expertise de terrain des pédologues, sont aujourd'hui très proches des travaux formalisés il y a plus de 30 ans. De nouveaux outils sont venus récemment renforcer la ' panoplie ' du pédologue. Nous avons testé l'un d'eux, la mesure de la résistivité électrique apparente du sol par l'outil MUCEP, sur une parcelle de 22 ha en Beauce chartraine. Cet appareil tracté permet une mesure quasi-simultanée pour des écartements inter-électrodes de 50, 100 et 200 cm. Nous avons intégré cette mesure géophysique au travail de cartographie des sols de la parcelle. Cette intégration s'est déroulée en plusieurs étapes. Après avoir utilisé les contrastes révélés par la mesure de résistivité pour orienter la prospection pédologique, nous avons procédé à une analyse statistique des corrélations entre les variables pédologiques et la résistivité électrique apparente. Le paramètre utilisé est le coefficient de corrélation bisériale. Ce dernier nous a permis de comparer simultanément l'effet des variables pédologiques quantitatives et qualitatives sur la résistivité. Il en ressort que la mesure de la résistivité électrique apparente est liée à de nombreuses propriétés du sol. Alors que la résistivité des écartements 50 cm et 100 cm est surtout sensible à la pierrosité de surface et à la profondeur d'apparition du calcaire, la résistivité de l'écartement 200 cm est d'abord sensible à la profondeur d'apparition du niveau argileux. Le résultat de cette analyse statistique a été exploité lors du tracé des limites entre les unités cartographiques de sol, en suivant un schéma de décision explicite. Ce dernier permet d'adapter localement, et au cas par cas, l'utilisation de la mesure de résistivité combinée au jugement d'expert. Cette étude montre que la mesure de résistivité électrique apparente MUCEP, complétée par une analyse statistique simple, peut apporter un gain de précision au travail de cartographie des sols. Ce constat est d'autant plus intéressant que le contexte géo-pédologique de cette étude est peu favorable au pédologue comme au géophysicien.

Les propriétés de rétention en eau de 42 horizons appartenant à 11 sols de la Région Centre ont été mesurées pour sept valeurs de potentiel. Les teneurs en eau volumiques ainsi déterminées ont été comparées à celles obtenues en utilisant des classes de pédotransfert (CPT) établies à partir de la base de données SOLHYDRO 1.0. Ces classes de pédotransfert utilisent soit seulement le type d'horizon et la texture (CPT texturales), soit le type d'horizon, la texture et la densité apparente de l'horizon (CPT texturo-structurales). Avec les CPT texturales, les teneurs en eau sont en moyenne légèrement surestimées (0,7 % en teneur en eau volumique). La prise en compte de la structure des horizons grâce à leur densité apparente (CPT texturo-structurales) ne réduit pas ce biais de prédiction. La précision obtenue avec les CPT texturales ou texturo-structurales est en moyenne voisine de 3 % en teneur en eau volumique. Une amélioration de la précision est enregistrée pour les horizons E, B et C et pour ceux de texture argileuse lorsque l'on passe des CPT texturales aux CPT texturo-structurales. Ainsi, sur la base de ces premiers résultats de validation, il apparaît que l'utilisation des CPT texturo-structurales n'apporte une amélioration sensible de la qualité de la prédiction (augmentation de la précision) que pour les horizons E, B ou C et les horizons de texture ALO, AS, A ou ALL. Dans les autres horizons appartenant à des sols apparentés aux sols étudiés, il apparaît justifié de se limiter à l'utilisation des CPT texturales puisque la prise en compte de la densité apparente n'améliore au mieux que très peu le biais et la précision des prédictions.

33 ref.; National audience

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La maîtrise de la gestion de la ressource en eau nécessite que soient mieux connues les interactions entre la couverture pédologique et l'eau et, de façon plus générale, comment interfère le système sol - plante - atmosphère avec le cycle de l'eau. La qualité des eaux superficielles et souterraines dépend de notre aptitude à apprécier le risque de transfert de produits polluants en fonction des choix de gestion qui sont faits pour les sols. Il est par conséquent important de bien connaître quelles sont les conséquences du fonctionnement hydrique des sols sur le cycle de l'eau. Pour décrire le fonctionnement hydrique de la couverture pédologique, il est nécessaire de connaître les propriétés hydriques (rétention en eau, conductivité hydraulique) des horizons qui la composent, mais la détermination de ces propriétés par méthodes expérimentales est généralement longue, coûteuse et difficile. Des outils de prédiction ont été développés pour les estimer. Ces outils sont pour l'essentiel des relations statistiques qui lient des caractéristiques du sol aisément accessibles (composition granulométrique, densité apparente, teneur en carbone organique) à des propriétés du sol difficilement accessibles. Ils constituent un moyen d'établir un lien entre ce qui est disponible dans les bases de données et les grandeurs nécessaires aux modèles qui décrivent le fonctionnement des sols. Parmi ces outils, les « classes de pédotransfert (CPT) » permettent d'estimer les propriétés hydriques après avoir regroupé et classé les sols selon leur composition. Ainsi, à chaque classe de composition correspondent des propriétés hydriques déterminées. Notre objectif dans cette étude est d'analyser les propriétés de rétention en eau de sols de la Région Centre et de les comparer avec celles obtenues avec des CPT proposées récemment pour les sols du territoire français à partir de la base de données SOLHYDRO