Transferts d'eau et des ions potassium et nitrate dans un sol à capacité d'échange anionique sous un couvert redistributeur de la pluie : étude expérimentale et modélisation dans une bananeraie fertilisée sur un andosol

La compréhension des transferts d'eau et d'ions dans la zone non saturée d'un andosol sous bananeraie est complexe car gouvernée par des mécanismes hydrodynamiques et chimiques intervenant à des échelles spatiales différentes. D'une part, le bananier intercepte la pluie incidente et la concentre plus de 20 fois le long de son pseudo-tronc (stemflow). D'autre part, les engrais solubles épandus manuellement et intensivement à proximité du pseudo-tronc sont exposés à ce stemflow, qui les entraîne vers les horizons superficiels et profonds du sol à charges variables où existe une adsorption conjointe d'anions et de cations. Ces caractéristiques font des bananeraies sur andosol des configurations culturales sur lesquelles on ne peut porter de diagnostic ni suggérer des pratiques de fertilisation optimisées que si l'on comprend et sait prévoir les flux sortants de solutés. Des expérimentations en laboratoire - mesure des paramètres hydrodynamiques (Wind), batch, colonnes de sol - et in situ - mesure des paramètres hydrodynamiques (Beerkan, Decagon, Trims, infiltromètre double anneaux), lysimétrie à succion contrôlée, tensiométrie - associés à des modèles numériques - HYDRUS 1D/2D/3D - sont utilisés pour gérer de tels systèmes. Les objectifs de la thèse sont de (i) mesurer et modéliser les transferts hydriques à l'échelle de la plante et de son rang (ii) mesurer et analyser le comportement des ions, K+ et NO3 à l'échelle du batch, de la colonne de sol et au champ (iii) modéliser les transferts hydriques et de ces ions à l'échelle de la colonne de sol. Les résultats des isothermes de sorption établis en systèmes batch montrent la capacité des horizons B, en conditions acides, à adsorber préférentiellement les nitrates relativement au potassium et inversement pour l'horizon A. Les mesures en colonne de sol ont permis de confirmer ce comportement. Une modélisation satisfaisante est obtenue en une dimension grâce au calage des paramètres des isothermes linéaires, Langmuir-Freundlich. Au champ, les résultats montrent que l'impact du stemflow concerne essentiellement l'aplomb du bananier et son aval immédiat. Les paramètres hydrauliques (courbe de rétention, conductivité hydraulique en fonction de la charge) évalués par une procédure inverse prenant comme fonction objective les écoulements lysimétriques ont été conformes aux mesures par infiltromètres à double anneau pour la conductivité hydraulique à saturation. La modélisation bi ou tri-dimensionnelle des transferts hydriques est validée par comparaison avec les données tensiométriques. L'identité des écoulements simulés obtenus avec et sans lysimètre a permis de montrer que le dispositif est généralement sans biais sur les périodes étudiées. Le bilan hydrique à l'échelle d'une maille élémentaire et sur 168 jours est équilibré à 4% près, malgré une pluviométrie considérable de 4120 mm. La modélisation des transferts de solutés à l'échelle du bananier n'est pas envisagée car, compte tenu de l'intensité des flux d'eau, il n'est pas possible d'atteindre l'équilibre in situ. Cependant, les expérimentations ont montré que l'impact du stemflow sur les pertes d'azote nitrique et de potassium devient considérable lorsque les engrais sont apportés au pied du bananier : ces ions n'ont alors pas le temps d'interagir avec les capacités d'échange anionique et cationique, et se trouvent rapidement lessivés. Cet impact affecte peu la rétention des nitrates si les fertilisations azotées sont épandues de manière diffuse. Malgré les pluviométries très élevées qu'ils subissent, les andosols sont donc capable de tamponner le lessivage des nitrates abondants sous fertilisation azotée excessive, sauf si les apports d'engrais sont exposés à des drainages localisés suralimentés dus à la concentration de la pluie par des peuplements végétaux cultivés. (Résumé d'auteur