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Un matelas d'air sous les rizières du Sénégal

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Essentiellement utilisée pour la culture du riz, l'irrigation "submergente" implique l'apport de grandes quantités d'eau. Or, dans certaines régions, cette eau ne pénètre pas le sol en profondeur. Ce phénomène, qui peut entraîner une forte dégradation des sols et affecter les cultures, a récemment fait l'objet d'une étude menée dans une rizière de la vallée du fleuve Sénégal par une équipe de chercheur de l'IRD et de l'Université fédérale de Pernambuco du Brésil.

Des bilans hydriques réalisés sur une centaine de jours ont confirmé l'absence d'infiltration d'eau en dessous de 40 cm de profondeur. Le recours à des modèles mathématiques a ensuite permis de comprendre que l'air, retenu dans le sol sec en raison de la présence d'argile, se retrouve piégé entre la nappe phréatique et le front d'humectation progressant depuis la surface. Agissant alors comme un frein, ce matelas d'air ralentirait puis bloquerait le drainage de l'eau dans le sol. Cette étude offre de nouvelles perspectives pour tenter d'expliquer la forte salinisation du sol dans certaines régions du monde.

La riziculture est grande consommatrice d'eau, notamment lorsqu'elle est pratiquée en culture submergée. Une lame d'eau doit être maintenue à la surface du sol pendant toute la durée de la mise en culture, ce qui favorise son écoulement vers la profondeur. Dans certaines régions cependant, on a remarqué depuis plusieurs années que l'eau a tendance à ne pas s'infiltrer profondément dans le sol. Ce comportement atypique, jusqu'ici mal connu, devient un problème dans les rizières des régions arides car ses effets peuvent être néfastes. S'il permet d'économiser l'eau, dans la mesure où celle-ci ne s'écoule pas trop profondément et reste entièrement disponible pour la croissance du riz, il peut entraîner en contrepartie des risques de dégradation des sols. En effet, l'absence d'infiltration provoque l'accumulation des sels minéraux dans la zone racinaire, induisant de fait une forte salinisation. Celle-ci est susceptible d'engendrer un stress hydrique sur les plantes, limitant ainsi leur croissance, ou les faisant dépérir.

En saison sèche, casiers à riz atteint par la salinisation (premier plan) alors que d'autres casiers restent indemnes (arrière plan).  ©IRD/Hartmann, Christian
En saison sèche, casiers à riz atteint par la salinisation (premier plan) alors que d'autres casiers restent indemnes (arrière plan).
©IRD/Hartmann, Christian

Comment expliquer un aussi faible drainage ? Des chercheurs appartenant à l'unité de recherche 67-ARIANE "Les sols cultivés à fortes contraintes physico-chimiques des régions chaudes" de l'IRD, en collaboration avec un chercheur brésilien, ont établi des bilans hydriques dans des parcelles paysannes cultivées en riz dans la vallée du fleuve Sénégal et fait appel à des modèles pour déterminer le comportement de l'eau dans le sol.

Les rizières, aménagées sur des sols argileux, se trouvent au-dessus d'une nappe phréatique située entre 1,50 m et 2 m de profondeur. Les chercheurs ont comptabilisé durant toute la période de culture, c'est-à-dire une centaine de jours, les entrées et les sorties d'eau. Il est ainsi apparu que l'essentiel de l'eau apportée dans la parcelle était consommé par la plante et que le taux d'infiltration moyen était très faible (inférieur à 0.1 mm/j). Afin d'obtenir un bilan hydrique plus précis, des mesures concernant la tension et la pression capillaire de l'eau dans le sol, la teneur en eau, et la profondeur de la nappe ont ensuite été réalisées. Ces mesures ont montré que l'eau apportée par l'irrigation ne s'infiltrait pratiquement pas au-delà de 40 cm sous la surface. Il existe en effet une zone située entre 40 et 50 cm de profondeur qui ne se sature pas en eau pendant la période de culture. En outre, les calculs de flux d'infiltration confirmant ceux mesurés à l'échelle de la parcelle ont mis en évidence que la nappe phréatique, quant à elle, était essentiellement alimentée par des fuites à la base du canal d'irrigation et non par infiltration de la lame d'eau en surface.

À la lumière de ces résultats, les chercheurs ont suggéré la présence d'un matelas d'air isolant sous les rizières. Cette hypothèse a ensuite été rapidement confirmée par le recours à des modèles numériques. Jusqu'ici, la plupart des modèles de transfert d'eau dans les sols, tel le modèle Hydrus, considéraient que l'air s'échappait librement et n'affectait pas l'infiltration de l'eau. Or, ce postulat, valable dans bon nombre de situations de terrain, s'avère inexact dans le cas de cette étude. Grâce à un modèle prenant en compte la présence d'air, les chercheurs ont montré que l'air contenu dans le sol serait en fait piégé entre deux fronts humides : le front d'infiltration depuis la surface d'une part, la nappe en profondeur d'autre part. Ce matelas d'air perturberait la pénétration de l'eau dans la mesure où il faut que cet air puisse s'évacuer de la porosité du sol afin que l'eau puisse l'y remplacer.

Les quantités d'eau importantes apportées dans les parcelles sont donc presque intégralement consommées par les plantes en culture et l'absence de drainage en profondeur ne permet pas la dilution du sel. Il est très probable que le piégeage d'air soit un phénomène très répandu dans tous les périmètres rizicoles irrigués de la planète où les sols sont argileux. Ce phénomène pourrait notamment expliquer la forte salinisation qui affecte les rizières situées au Nord-Est de la Thaïlande. De futures investigations y seront bientôt menées afin de quantifier l'incidence des matelas d'air sur les bilans d'eau et de sels. À terme, des pratiques culturales susceptibles de remédier au faible drainage et à l'accumulation de sels pourraient être envisagées.

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