Les horizons d'accumulations carbonatées (HAC) en Champagne-Ardenne ; répartition régionale, caractérisation et conséquences sur les transferts hydriques - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2014

Carbonate accumulation horizons (CAH) in Champagne-Ardenne (north-east of Paris basin, France); regional breakdown, characterization and impacts on water transfers

Les horizons d'accumulations carbonatées (HAC) en Champagne-Ardenne ; répartition régionale, caractérisation et conséquences sur les transferts hydriques

Résumé

Carbonate accumulation horizons (CAH) are structures un-systematically present in Champagne-Ardenne soils (NE of France). Localized under the rendic leptosol, these features exhibit a thickness between 5 and 20 cm. They are composed by centimetric chalk cryoclasts packed in a carbonated matrix. Previous studies have led to hypothesize CAH establishment by physicochemical and biological processes from 14000 year BP to actual. However, questions remain about their regional distribution, their characterization compared to other soil horizons and their impact on water transfers. Dynamic penetrometry showed that CAH indirect localization on the field was extremely difficult. However, literature data analyzing has allowed to determine a CAH preferential localization context according to environmental parameters. CAH characterization has been realized by colorimetry, geochemistry, total water porosity, mercury injection porosimetry and micromorphological analyzes. CAH are clearly different from the over and underlying horizons. CAH show colors related to their composition and singular micromorphologies linked to a different porous network. These analyzes also allow to complete the establishment hypotheses. Water transfers were studied by methods that are currently used for the study on building stones (capillary absorption and drying kinetic study and Karsten pipe infiltrations). CAH show a singular behaviour. CAH do not impede water transfers (infiltration and capillary rise) contrary to what is generally sated into literature. The bad hydraulic properties of CAH underlying horizon cause the formation of perched water table which induces lateralized flows during drying periods into slope contexts at the scale of soil profiles. The CAH presence can delay rendic leptosol erosion and surface runoff. During dry periods, the good CAH hydraulic properties allow water contained into perched water table to supply the rendic leptosol. CAH thus form a water reserve which slows the drying of the organo-mineral horizon. Characterization, calco-carbonic balances and water transfers data cross-referring also allows to suggest a CAH seasonal evolution. CAH could develop during dry periods and decline during wetter periods but the annual balance suggests that CAH are actually in a degradation period at their lower part. This may be exacerbated by actual farming practices.
Les sols de Champagne-Ardenne présentent de manière non systématique des horizons d'accumulations carbonatées (HAC). Ces HAC présentent une épaisseur variant entre 5 et 20 cm et sont localisés sous l'horizon organo-minéral à une trentaine de centimètres de profondeur. Ils se présentent sous la forme de cryoclastes crayeux centimétriques emballés dans une matrice silto-argileuse carbonatée. Des études antérieures focalisées sur ce type de structures ont permis l'établissement d'une hypothèse de formation polyphasée et polygénique par l'entremise de phénomènes physico-chimique et biologiques de 14000 ans BP à l'actuel. Cependant, certaines questions restent encore en suspens et notamment en ce qui concerne la localisation des HAC dans le cadre régional champardennais, leur caractérisation par rapport aux autres horizons des profils de sol ainsi que leur rôle dans les transferts hydriques. L'étude pénétrométrique réalisée dans ces travaux a montré que la localisation des HAC par reconnaissance indirecte s'avère extrêmement difficile. Cependant, l'analyse de données issues de sources bibliographiques variées a permis la détermination d'un contexte actuel de localisation préférentielle des HAC de Champagne-Ardenne en fonction de différents paramètres environnementaux. La caractérisation des HAC par rapport aux autres horizons des profils de sols a été réalisée par colorimétrie, pénétrométrie dynamique, géochimie, étude de la porosité totale à l'eau, porosimétrie par injection de mercure et par une étude micromorphologique sur des échantillons prélevés tout au long des profils. Ces analyses montrent que les HAC sont clairement différents des horizons sus et sous-jacents. Les HAC présentent des couleurs plus claires liées à leur composition singulière et des micromorphologies différentes des autres horizons du profil pédologique ce qui justifie les réseaux poreux différents identifiés par porosimétrie par injection de mercure. Ces différentes études permettent également de compléter certaine phases des hypothèses de formation établies dans les études antérieures. L'étude des transferts hydriques a été réalisée en laboratoire par des méthodes habituellement utilisées dans l'étude des pierres en œuvre (cinétiques d'absorption capillaire et d'évaporation et infiltrations à la pipette de Karsten). Ces travaux montrent que les HAC ont un comportement différent des autres horizons vis-à-vis des transferts hydriques ce qui est directement à lier à leur morphologie différente. Contrairement a ce qui est généralement avancé dans la bibliographie, les HAC ne font pas obstacle aux transferts hydriques que ce soit en infiltration ou en capillarité mais les favorisent de part leur réseau poreux singulier. Dans les profils de sols de Champagne-Ardenne, les mauvaises propriétés hydrauliques des grèzes est responsable en période de drainage la formation d’une nappe perchée qui induit des écoulements de subsurface en contexte de pente. La présence d’un HAC permet de retarder l’érosion du RENDOSOL plus meuble ainsi que le ruissellement de surface. En périodes d’arrêt du drainage, les bonnes propriétés de transferts hydriques des HAC permet aux eaux de la nappe perchés qu’ils contiennent d’alimenter le RENDOSOL. Les HAC forment donc une réserve d’eau qui ralentit le dessèchement de l’horizon organo-minéral. Le croisement des nouvelles données de caractérisation des HAC avec celles concernant d'une part les transferts hydriques et, d'autre part, l’évolution annuelle des équilibres calco-carboniques permet de mettre en lumière une saisonnalité de l’évolution des HAC. Ces structures sont dans des dynamiques de genèse en périodes sèches et dans des dynamiques de dégradation en périodes plus humides. Le bilan général tend à montrer que les HAC sont dans une dynamique générale de dégradation et notamment dans leur partie la plus inférieure. Ce phénomène pourrait être accentué par les pratiques agricoles.
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Dates et versions

tel-01146005 , version 1 (27-04-2015)

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  • HAL Id : tel-01146005 , version 1

Citer

Damien Linoir. Les horizons d'accumulations carbonatées (HAC) en Champagne-Ardenne ; répartition régionale, caractérisation et conséquences sur les transferts hydriques. Interfaces continentales, environnement. Université de Reims Champagne-Ardenne, 2014. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01146005⟩
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