Physique du sol et relations hydriques
La physique du sol étudie l'état physique et le comportement du sol, en particulier la manière dont l'eau est retenue et se déplace à travers le réseau poreux, la structure du cadre solide, et le mouvement de la chaleur et de l'air en son sein.
Definition
La physique du sol est l'étude des propriétés et processus physiques des sols, en particulier la rétention et le transport de l'eau, de l'air et de la chaleur dans le milieu poreux formé par les solides du sol et leurs espaces poraux.
Scope
Ce domaine couvre le stockage et l'état énergétique de l'eau du sol, le mouvement de l'eau par infiltration et écoulement non saturé, l'architecture de la structure et de la porosité du sol, ainsi que le transport de la chaleur et des gaz. Il considère le sol comme un milieu poreux triphasique composé de solides, d'eau et d'air, et fournit la base physique pour l'irrigation, le drainage et l'approvisionnement en eau des plantes, qualifié ici de relations sol-eau pour le distinguer de l'eau souterraine et de l'hydrologie de surface.
Sub-topics
Core questions
- Comment l'eau est-elle retenue dans le sol, et comment décrit-on son état énergétique ?
- Comment l'eau s'infiltre-t-elle et se déplace-t-elle à travers un sol non saturé ?
- Comment la structure et la porosité du sol régissent-elles le stockage et l'écoulement ?
- Comment la chaleur et l'air se déplacent-ils à travers le sol et affectent-ils les racines et les microbes ?
Key concepts
- Potentiel hydrique du sol (matriciel, gravitationnel, osmotique)
- Courbe de rétention d'eau
- Capacité au champ et point de flétrissement
- Conductivité hydraulique
- Infiltration et écoulement non saturé
- Porosité, densité apparente et aération
Key theories
- Potentiel hydrique du sol
- L'état énergétique de l'eau du sol est décrit par son potentiel total, somme des composantes gravitationnelle, matricielle et osmotique, qui détermine si et dans quelle direction l'eau se déplacera et sa disponibilité pour les plantes.
- Équation de Richards pour l'écoulement non saturé
- Richards a combiné la loi de Darcy avec la conservation de la masse pour le sol non saturé, aboutissant à une équation aux dérivées partielles dans laquelle la conductivité hydraulique dépend fortement de la teneur en eau, constituant le fondement de la dynamique quantitative de l'eau dans le sol.
- Milieu poreux triphasique
- Le comportement du sol est régi par les proportions relatives et l'arrangement des solides, de l'eau et de l'air ; la distribution de la taille des pores, déterminée par la texture et la structure, contrôle la rétention d'eau, le drainage, l'aération et le flux de chaleur.
Clinical relevance
La physique du sol est fondamentale pour la gestion de l'eau en agriculture et pour l'environnement : elle détermine la quantité d'eau qu'un sol peut stocker pour les plantes, la vitesse à laquelle elle s'infiltre et se draine, la conception des systèmes d'irrigation et de drainage, et la manière dont le compactage et la perte de structure altèrent la croissance des racines et augmentent le ruissellement et l'érosion.
History
La physique quantitative du sol a émergé du concept de potentiel capillaire de Buckingham au début du XXe siècle, de l'équation de Richards de 1931 pour l'écoulement non saturé, et des travaux du milieu du siècle sur la rétention d'eau et la capacité au champ. Les ouvrages de Hillel ont synthétisé le domaine, reliant la physique de l'eau du sol à la croissance des plantes et aux processus environnementaux.
Key figures
- Daniel Hillel
- Lorenzo A. Richards
- Edgar Buckingham
Related topics
Seminal works
- hillel1998
- richards1931
- brady2016
Frequently asked questions
- Pourquoi le sol sableux sèche-t-il plus vite que le sol argileux ?
- Les sols sableux possèdent de grands pores qui se drainent rapidement sous l'effet de la gravité et retiennent peu d'eau contre celle-ci, tandis que les sols argileux ont de nombreux pores fins qui retiennent l'eau par des forces capillaires et de surface, de sorte que les argiles stockent plus d'eau disponible pour les plantes et sèchent plus lentement.
- Que signifie le potentiel hydrique du sol ?
- Le potentiel hydrique du sol mesure l'état énergétique de l'eau dans le sol par rapport à l'eau libre ; l'eau se déplace d'un potentiel plus élevé vers un potentiel plus faible, et plus le potentiel est négatif, plus l'eau est fortement retenue et plus les plantes doivent travailler pour l'extraire.