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Unlysimètre (dugrec ancienλύσις « action de délier, dissolution, fin »[1]) est un dispositif permettant d’étudier et de mesurer l’évolution de l’eau dans un sol naturel, agricole, forestier, expérimental,pollué ou dans unécotron[2]. Le motlysimètre décrit différents appareils, qui ont cependant en commun d’analyser les interactions Eau-Sol-Vivant, la part du vivant pouvant être limitée aux végétaux, ou incluant la microfaune et flore dusol, selon les cas. Lorsqu'il s'agit de mesurer uniquement l'évaporation des sols avec couverture végétale, on doit utiliser le terme « évapotranspiromètre »[3]. Dans ce cas, le bac est muni d'un appareil de mesure des quantités d'eau ajoutées et perdues parévapotranspiration[4].
Malgré ses limitations, le lysimètre a permis de mieux comprendre le fonctionnement des sols, bien plus complexe qu’il n’y paraît au premier abord. Il permet notamment de caler certains modèles de transferts d'eau, de nutriments, de polluants (eutrophisants,pesticides, etc.), en milieu agricole, naturel ou dans des sols très loin de l'état naturel tels que ceux desterrains de golf.
Le lysimètre simple se présente comme un cylindre (ou un bac) en métal, béton ou plastique ouvert en surface et rempli par le sol à tester. Ses côtés descendent de1 à 2 m, ou plus, sous la surface profondeur et sont étanches, alors que le fond laissepercoler l’eau afin qu’on puisse la récolter. La végétation et les conditions à chaque niveau, surtout la teneur en eau, sont maintenues sensiblement identiques à celles du terrain en place. La mesure du débit d'eau et de différents autres composants à la base permet de connaître les caractéristiques du sol étudié[5]. Il peut être placéin situ (sur le terrain à étudier) ouex situ (en laboratoire). Le lysimètre de précision permet en plus une pesée permanente du système.
La cuve du lysimètre est emplie du même type de sol que celui du terrain avoisinant, ou mieux il est rempli d’une carotte prise dans le sol « le moins perturbé possible » à proximité. Ceci est une opération délicate, car l’extraction, le transport, la déshydratation ou la mise à l’air du bloc modifient la structure du sol prélevé ou l’activité ou la composition bactérienne. La quantité de sol placée dans un lysimètre varie de quelques kilogrammes à plusieurs dizaines de tonnes comme àBushland au Texas (en)[6].
Des accès horizontaux ou verticaux (généralement des tuyaux en matériaux chimiquement neutres), poreux sur toute ou une partie de leur longueur, permettent l’extraction de solutions aqueuses ou de gaz à différentes profondeurs du sol enfermé dans le lysimètre. Un système de pompe à main ou d’aspiration peut être associé pour la récupération de lasolution du sol, par exemple via une bougie poreuse[7].
Un lysimètre ayant une surface d'évaporation d’unmètre carré permet de faciliter les calculs et conversions (1 litre d’eau = 1 mm/m2). Son système de pesée doit être périodiquementétalonné pour maintenir la validité des mesures. L’évolution récente des capteurs et du matériel de mesure doté de mémoire électronique permet une grande autonomie de l'appareil. Des appareils récents permettent des mesures ponctuelles de température et humidité par un rayon laser qui perturbent moins le sol.
Le lysimètre est le plus souvent associé avec unestation météorologique pour noter les conditions de vents, hygrométriques et de précipitations non seulement sousabri Stevenson mais ayant aussi des capteurs thermo-hygrométrique au niveau du sol. Des panneaux solaires permettent aussi l’alimentation électrique de sites isolés.
Le lysimètre permet d’étudier et comparer le comportement de l’eau et de ses solutés dans son parcours dans le sol, ou lors de son rejet vers le compartiment atmosphérique via l’évaporation et la transpiration des plantes ou de la microflore et microfaune du sol (infiltration, solubilisation de minéraux, température selon la profondeur, le type de sol et le taux de végétalisation ou la nature des végétaux, tension électrique/conductivité (traduisant la teneurs en sels), variation d’acidité et de dureté ou de composition de l’eau, mesure des flux). Un lysimètre de précision permet le calcul de l’évapotranspiration sur de courtes périodes. Des mesures autensiomètre ou parsonde à neutrons permettent de calculer la relation « Humidité-profondeur-temps » et d'en déduire la teneur en eau par volume ainsi que la densité sèche correspondante. Cela donne le profil d’humidité du sol.
Ces paramètres sont importants pour étudier l’impact dudésherbage, de labattance des sols, du tassement des sols agricoles ou forestiers à la suite des pratiques de cultures, l’impact de divers polluants et/ou intrants agricoles, duréchauffement climatique, dessécheresses, de la migration de polluants dans un sol pollué, etc. En laboratoire ouin situ, il est possible de faire varier certains paramètres (par exemple simuler une augmentation des pluies, de la température moyenne ou au contraire une diminution de ces facteurs) afin d’étalonner certains modèles.
Bien que le sol étudié, naturel ouanthropisé (sol agricole, urbain et/ou pollué), soit aussi proche que possible que l'original, il est différent pour certaines caractéristiques. Sa compositepédologique et son fonctionnement écologique peuvent diverger avec le temps à cause de son confinement. Par exemple, l’eau y pénètre et en sort, mais pas les organismes fouisseurs comme les vers de terre qui auront une évolution de population différente. La variation de composition du sol par lesmicro-organisme et les apports de roche-mère par les racines sont également différents. L’évaporation y diffère légèrement et la circulation horizontale ne peut s’effectuer hors du volume contraint par l’installation. Les lysimètres de laboratoires, mêmein situ, ne sont généralement pas équipés pour simuler la remontée du niveau de lanappe phréatique ou la subir réellement. Des capteurs dans le sol original à proximité, rendent cependant possible d'observer dans quelle mesure le lysimètre a pu modifier certains paramètres.
Les lysimètres fermés classiques ne permettent pas l’étude des systèmes eau-sols-racines-mycorhizes dans le cas où les racines sont celles de grands arbres, seulement pour des arbustes[8]. Certains systèmes ont uneinertie thermique qui diffère fortement de celle du sol réel mais qui peut être mesurée ou en partie compensée.
Finalement, un seul lysimètre ne donne pas d’informations sur ce qui se passe aux grandes échelles, il faut alors construire un réseau de lysimètres associés à despiézomètres ou d’autres systèmes de surveillance[9].
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