Exploitation statistique d’une mesure de résistivité électrique apparente pour l’aide à la

Tabbagh

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Exploitation statistique d’une mesure de résistivité électrique apparente pour l’aide à la cartographie des sols 1, 2, # 1 1 2Julien MOEYS , Bernard NICOULLAUD , Abel DORIGNY , Yves COQUET & 1Isabelle COUSIN 1. INRA, Unité de Science du Sol, Avenue de la Pomme de Pin, BP 20619. 45166 Ardon Cedex 2. UMR INRA/INA-PG Environnement et Grandes Cultures. INA-PG, centre de Grignon, BP 01, 78850 Thiverval–Grignon #. Correspondant : [e-mail] Abstract This study presents the join analysis of soil observations with auger holes and quasi-continuous apparent resistivity measurements along transects on a 22.5 ha plot. We have shown that it was possible to establish correlation and linear regression between electrical resistivity and soil depth or the thickness of the clayey layer. The ranking of soil properties given their influence on soil electrical resistivity varies with the inter-electrode spacing of the electrical resistivity measurements. If buhrstone and/or limestone content and limestone depth st ndrank respectively 1 and 2 with 0.5 and 1 m inter-electrode spacing, the thickness of clayey layer appears to be most influent with the 2 m spacing. Stone content and limrd ndrank respectively 3 and 2 . These results show that it is possible to correlate electrical resistivity measures with quantitative and quantitative field observations of soil properties and then to improve delineation of soil map units. Contexte & ...

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Extrait

Exploitation statistique d’une mesure de résistivité électrique

apparente pour l’aide à la cartographie des sols

Julien MOEYS

1, 2, #

, Bernard NICOULLAUD

1

, Abel DORIGNY

1

, Yves COQUET

2

&

Isabelle COUSIN

1

1. INRA, Unité de Science du Sol, Avenue de la Pomme de Pin, BP 20619. 45166 Ardon Cedex

2. UMR INRA/INA-PG Environnement et Grandes Cultures. INA-PG, centre de Grignon, BP 01, 78850

Thiverval–Grignon

#. Correspondant : [e-mail]

Abstract

This study presents the join analysis of soil observations with auger holes and quasi-

continuous apparent resistivity measurements along transects on a 22.5 ha plot. We have

shown that it was possible to establish correlation and linear regression between electrical

resistivity and soil depth or the thickness of the clayey layer. The ranking of soil properties

given their influence on soil electrical resistivity varies with the inter-electrode spacing of the

electrical resistivity measurements. If buhrstone and/or limestone content and limestone depth

rank respectively 1

st

and 2

nd

with 0.5 and 1 m inter-electrode spacing, the thickness of clayey

layer appears to be most influent with the 2 m spacing. Stone content and limestone depth

rank respectively 3

rd

and 2

nd

. These results show that it is possible to correlate electrical

resistivity measures with quantitative and quantitative field observations of soil properties and

then to improve delineation of soil map units.

Contexte & objectifs

Le programme ESHEL, dans lequel s’inscrit cette étude, vise à mieux comprendre les

mécanismes de transport et de dissipation des produits phytosanitaires dans les sols de

Beauce. La cartographie à grande échelle des sols d’une parcelle de 22,5 ha est une étape clef

de ce programme. Elle servira en effet de support à la spatialisation des mesures de propriétés

hydriques des sols, ainsi que des propriétés d’adsorption et de dégradation d’un herbicide.

Ce travail de cartographie des sols s’est appuyé à la fois sur une prospection par des

sondages tarière et sur une cartographie de la résistivité électrique apparente (à 3 écartements

inter-électrodes). L’exploitation conjointe de la mesure de résistivité électrique et des

observations du sol à la tarière est l’objet du travail présenté ici. La mesure de résistivité a été

analysée en deux étapes : (i) Étude de l’influence des propriétés intrinsèques du sol (évaluées

de manière quantitative ou qualitative par le pédologue lors de la prospection à la tarière) sur

les 3 mesure de résistivité électrique apparente (ii) Évaluation de stratégies d’exploitation de

la mesure de résistivité électrique pour estimer la valeur de certaines variables pédologiques

ou pour positionner les limites entre unités cartographiques de sol (UCS).

1

Matériels & méthodes

Le site est une parcelle de 22,5 ha, située sur la commune de Ouarville (Eure-et-Loir),

coupée dans sa largeur par un talweg qui délimite 2 versants et le début d’un plateau. Des

fosses pédologiques ont été ouvertes, décrites et échantillonnées (6 profils) et 140 sondages

tarière ont été décrits. Une mesure de résistivité électrique apparente a été effectuée en juillet

2003 (conditions sèches), à l’aide d’un MUCEP (MUlti Continuous Electrical Profiling ;

Panissod

et al.

, 1998, Michot, 2003). A chaque point de sondage tarière ont ainsi été associées

les variables pédologiques décrites lors de l’observation et les mesures de résistivité

apparente. Nous avons testé les corrélations linéaires entre les différentes variables collectées

et tenté d’établir des régressions linéaires entre les variables pédologiques et les mesures de

résistivité apparente (test de la pente). Afin d’étudier simultanément l’effet des variables

qualitatives et quantitatives, nous avons établi un classement de leur influence sur la mesure

de résistivité apparente (1 classement par écartement inter-électrodes) au moyen d’une mesure

de distance qu’est la Somme des Carrés des écarts inter Groupes (nommée ici SCEiG). Cette

étape nécessite de transformer les variables pédologiques en variables binaires.

Résultats

La prospection à la tarière a permis d’identifier les différents horizons pédologiques

présents sur la parcelle et leur ordre d’apparition. Ceux ci présentent parfois une hétérogénéité

à courte distance et leur répartition peut être complexe. L’ensemble des sols reposent sur un

calcaire altéré. Celui-ci est sub-affleurant dans le bas du versant est. Les plaquages d’argiles à

meulière sont fréquents et importants sur le versant ouest, et plus localisés sur le versant est.

Les cartes de résistivité apparente obtenues au MUCEP montrent bien cette zonation marquée

de la parcelle, notamment sur les écartements 2 et 3 (Figure 1).

Il existe un lien linéaire entre toutes les variables quantitatives mesurées, mais celui-ci

est faible (Tableau 1). On peut établir des régressions linéaires entre variables pédologiques et

mesures de résistivité apparente (variable expliquée). Ces dernières permettent d’estimer la

valeur de certaines variables pédologiques à partir des mesures de résistivité apparente. Une

carte de la profondeur d’apparition du calcaire a ainsi été calculée (Figure 2). Une évaluation

de la qualité de cette régressions (par cross-validation) indique cependant une erreur moyenne

(en valeur absolue) d’une trentaine de cm. Nous avons aussi essayé de recalculer des

régressions par grands types de sols, ce qui rejoint l’idée d’une utilisation différenciée de la

mesure de résistivité selon le milieu pédologique. Dans ce cas, des différences de pentes en

cohérence avec l’ordre d’influence des critères pédologiques sont observées mais les

différences ne sont pas significatives.

Le classement des variables pédologiques qualitatives et quantitatives selon leur

influence sur la mesure de résistivité apparente (d’après le SCEiG) diffère selon les

écartements. Pour les écartements 0,5 et 1 m l’ordre est le suivant : (1) charge en cailloux

calcaires de surface, (2) profondeur d’apparition du calcaire, (3) type pédologique, (4)

épaisseur du niveau argileux. Pour l’écartement 2 m, on obtient : (1) épaisseur du niveau

argileux, (2) profondeur d’apparition du calcaire, (3) charge en cailloux calcaires de surface.

2

Tableau 1 : Matrice des coefficients de corrélations « r » montrant les liens existant entre les

différentes variables étudiées (

en gras les valeurs significatives

).

RV1

RV2

RV3

PCA

EpA

EG tot

EG me

EG ca

RV1

-

RV2

0.61

-

RV3

0.47

0.88

-

PCA

- 0.40

- 0.52

- 0.47

-

EpA

- 0.22

- 0.31

- 0.28

0.74

-

EG tot

0.52

0.39

0.32

- 0.53

-0.17

-

EG me

0.38

0.23

0.17

- 0.37

-0.07

0.86

-

EG ca

0.45

0.42

0.35

- 0.48

-0.21

0.67

0.19

-

%AS

0.29

0.39

0.37

- 0.44

-0.14

0.45

0.40

0.28

Résultats sur 85 sondages. PCA : Profondeur d’apparition du matériau calcaire ; EpA :

Épaisseur du niveau argileux ; RV1, 2, 3 : Résistivité apparente des écartements 1, 2 et 3 ; EG

tot : Charge de surface en éléments grossiers (calcaire + meulières) ; EG me : Charge en

éléments grossiers de meulières (surface) ; EG ca : Charge en éléments grossiers de calcaire

(surface). %AS : Pourcentage d’argile de l’horizon de surface.

Discussion

Les résultats exposés ci-dessus ont permis d’exploiter de manière originale la mesure de

résistivité apparente, dans un contexte où le nombre de variable pédologiques intervenant sur

la mesure de résistivité et leur variation à courte distance rend incertaine une inversion

classique de données géophysiques (non-unicité de la solution).

La dispersion observée dans les régressions utilisées est due à la différence entre le

volume observé à la tarière et le volume prospecté par le MUCEP (et au décalage spatial

inévitable entre les 2 mesures) dans un milieu où la variabilité à faible distance (pierrosité,

teneur en argile, profondeur du calcaire) est élevée.

Ces résultats nous ont amené à préférer une stratégie d’exploitation de la résistivité

électrique de type empirique. Une première exploitation des sondages tarière a permis

d’effectuer un zonage de la parcelle en fonction de critères pédologiques et topographique.

Ensuite, les limites entres les UCS du versant ouest ont été positionnée en s’aidant de la

résistivité de l’écartement 3, du fait de sa plus grande sensibilité aux niveaux argileux. Les

limites entre les UCS du versant est ont été positionnée en s’aidant de l’écartement 2, du fait

de sa plus grande sensibilité à la charge en cailloux calcaire et à la profondeur d’apparition du

calcaire.

Conclusion

Les variables pédologiques qui sont décrites lors de sondages tarière expliquent une

partie de la mesure de résistivité électrique apparente. Il a été possible de les classer selon leur

influence sur les mesures de résistivité apparente (3 écartements). Dans ce contexte, nous

avons pu adapter l’utilisation des différents écartements de mesures aux différents milieux

étudiés sur la parcelle.

Références

Michot D., 2003. Intérêt de la géophysique de subsurface et de la télédétection multispectrale

pour la cartographie des sols et le suivi de leur fonctionnement hydrique à l’échelle

intraparcellaire. Thèse de Science. de la Terre : Pédologie - géophysique, U. de Paris

VI, 394 p.

Panissod C., Dabas M., Jolivet A. & Tabbagh A., 1998. A Novel Mobile Multimode System

3

(MUCEP) for shallow (0-3m) geoelectrical investigation: The « Vol-de-canards »

array. Geophysical Prospecting, 45, 983–1002.

Figure 1 : Cartes de résistivité apparente obtenues sur le site d’étude après prospection par le

MUCEP (Écartements de 1 m et 2 m)

Figure 2 : Carte de profondeur d’apparition du calcaire estimée à partir des valeurs de

résistivités de l’écartement 2

4