Comprendre et modéliser les sols : l’interaction entre la pédologie de terrain et la cartographie numérique des sols

Auteur: Simon Tanner
_{DOI: 10.5281/zenodo.23731316}

Ce premier article porte sur la cartographie pilote des sols menée sur une surface d’environ 1 000 hectares dans les communes de Wohlen et de Meikirch. Dans le cadre de ce projet pilote, des méthodes et des outils destinés aux futures cartographies des sols ont été testés, évalués et développés. L’intégration de méthodes de cartographie numérique des sols (Digital Soil Mapping, DSM) dans le processus de cartographie a constitué un élément central du projet.

Par ailleurs, les forages mécanisés ont été testés comme alternative aux fosses pédologiques et aux sondages manuels. Parmi les autres axes de travail figuraient le développement de nouvelles méthodes de prélèvement et d’analyse des paramètres physiques et chimiques des sols, la mise en œuvre sur le terrain de plans d’échantillonnage sans délimitation simultanée des polygones, ainsi que le transfert de connaissances au personnel de terrain inexpérimenté pendant le déroulement des travaux de cartographie.

Enfin, des outils numériques complémentaires ont été introduits et testés pour faciliter la logistique des échantillons et la saisie des données relatives à la description des horizons de chaque point d’échantillonnage.

^{Paysage vallonné de molasse marqué par des dépôts morainiques, avec des dépressions localement humides, dans le périmètre cartographié du Plateau bernois.}

Dans le cadre du projet, nous avons démontré que les méthodes de cartographie numérique des sols (DSM) sont applicables dans ce périmètre exigeant et indispensables à la cartographie des sols à grande échelle. La réussite repose sur l’articulation entre les méthodes DSM et la pédologie de terrain, ainsi que sur la qualité des données recueillies sur le terrain. Pour les paramètres pouvant être déterminés par analyse, tels que la granulométrie ou la teneur en carbone organique (Corg), la qualité des données peut être encore améliorée grâce à la spectroscopie.

Pour obtenir des données de qualité sur les paramètres fonctionnels des sols, les pédologues de terrain comme les spécialistes du DSM doivent analyser et comprendre le périmètre cartographié sous l’angle de la pédogenèse. Cela nécessite une collaboration étroite entre ces deux domaines d’expertise.

Une démarche efficace suppose ainsi de mobiliser, de manière itérative, des connaissances théoriques et pratiques en pédologie, ainsi que des compétences en analyse de données. Nous avons procédé de la manière suivante :

Phase de conception :

Le périmètre cartographié a été parcouru par des pédologues de terrain expérimentés, qui ont identifié les principaux facteurs de formation des sols. En concertation avec les spécialistes chargés de l’application des méthodes DSM, cette analyse a permis de sélectionner un ensemble pertinent de covariables environnementales pour élaborer le plan d’échantillonnage.

^{La relation sol-paysage est étudiée conceptuellement sur le terrain selon une approche pédologique, puis traduite en facteurs numériques de pédogenèse sous forme de covariables environnementales.}

Phase de sélection des profils :

La présélection des profils pédologiques s’est appuyée sur des points d’échantillonnage définis statistiquement ainsi que sur des points choisis librement sur le terrain. En vue de la sélection définitive des profils, cette présélection a fait l’objet d’une vérification statistique afin de garantir une bonne représentativité de l’ensemble des sous-unités pédologiques. Elle a également été contrôlée manuellement par des spécialistes en pédologie, afin de prendre en compte les pédons rares, mais néanmoins pertinents.

^{La diversité des sols et des paysages se reflète également dans les profils pédologiques. À gauche : sol brun lessivé érodé, avec une accumulation d’argile en bandes dans le grès altéré. Au centre : sol brun lessivé colluvial développé dans une moraine. À droite : sol hydromorphe bariolé colluvial développé dans des colluvions de versant.}

Phase de cartographie de terrain:

La possibilité de choisir librement une part significative des points de prélèvement durant la phase de cartographie permet de combler les lacunes des plans d’échantillonnage résultant de données géospatiales incomplètes. Même des données géospatiales de haute qualité ne permettent pas de représenter l’ensemble des facteurs de pédogenèse, en particulier les influences anthropiques. De plus, la pertinence de ces facteurs pour les propriétés actuelles des sols n’est pas connue et ne peut donc pas être prise en compte dans les modèles statistiques. L’expertise de terrain permet de compenser ces données erronées ou incomplètes ainsi que les lacunes dans les connaissances.

Après la phase d’étude des profils, la cartographie de terrain a été subdivisée en deux phases successives : la cartographie principale et la phase d’affinement. Cette approche a permis de traiter de manière ciblée les incertitudes inhérentes au processus de cartographie.

Les propriétés des sols ont été prédites spatialement à partir des données ponctuelles à l’aide de modèles de cartographie numérique des sols (Digital Soil Mapping, DSM). Les cartes obtenues ont ensuite fait l’objet d’analyses statistiques et pédologiques. Sur cette base, des plans d’échantillonnage ciblés pour la phase d’affinement ont été élaborés en fonction des différentes exigences de qualité des produits cartographiques. Ainsi, des prélèvements supplémentaires n’ont été effectués que dans les zones où la qualité des cartes était insuffisante, ce qui s’est traduit par des densités d’échantillonnage variables selon les sous-régions.

Cette approche permet de rendre la cartographie plus ciblée et potentiellement plus efficace, en adaptant les moyens mobilisés aux exigences spécifiques de chaque produit cartographique.

^{Points de calibration relevés dans un secteur de la zone de cartographie de Wohlen/Meikirch. La densité d’échantillonnage varie selon les milieux : elle est faible en forêt (~ 1,3 point/ha), moyenne dans les terres cultivées sur la colline morainique au nord (~ 1,8 point/ha) et élevée dans les terres cultivées de la plaine drainée d’origine fluviatile, influencée par la nappe phréatique, visible au centre de l’image (~ 2,5 points/ha).}

Le principal facteur limitant la qualité n’est pas la densité des relevés (~ 2 sondages/ha), mais l’incohérence du jeu de données. Celle-ci résultait des faiblesses du système de classification actuel (FAL24 et KLABS2010), ainsi que des difficultés liées à l’évaluation du régime hydrique des sols drainés influencés par la nappe phréatique. Le recours à un nombre plus élevé de pédologues de terrain que lors des cartographies classiques, avec des niveaux d’expérience très variables, n’a pas pu être entièrement compensé par le processus de calibration et d’assurance qualité.

La manière dont de bonnes connaissances préalables du paysage pédologique peuvent améliorer le niveau initial de calibration des pédologues de terrain lors des campagnes de cartographie sera abordée dans le deuxième article de blog.

Les méthodes de relevé mécanisées et les méthodes d’analyse spectrale peuvent améliorer l’efficacité et la qualité. Leur intérêt dépend toutefois de leur intégration cohérente avec les autres méthodes et étapes de travail. Les efforts nécessaires à leur mise en œuvre ne doivent pas être sous-estimés ; leur utilisation devrait donc être ciblée. Les sondages à grand diamètre peuvent remplacer partiellement les profils réalisés à la pelle mécanique, mais les fosses pédologiques restent indispensables. Les autres méthodes testées se sont révélées insuffisamment efficaces et pertinentes pour que leur utilisation puisse être recommandée de manière systématique.

^{Les sondages de petit diamètre réalisés à l’aide de véhicules de forage peuvent, par exemple, être utilisés lorsque les sols sont gelés (à gauche). Les carottes de battage de grand diamètre peuvent servir de méthode de sondage complémentaire aux fosses pédologiques et aux sondages manuels.}

Aucun inconvénient majeur n’a été constaté dans l’utilisation des outils numériques testés, tels que les tablettes et les bases de données dotées de formulaires de saisie pour les travaux de terrain. Ces outils sont même indispensables à la mise en œuvre des méthodes de cartographie numérique des sols (Digital Soil Mapping, DSM).

Un autre aspect concernait l’utilisation des systèmes numériques d’information pédologique et des cartes thématiques. Les cartes des sols sont souvent peu utilisées lorsqu’elles ne couvrent que des secteurs discontinus ou de petites surfaces. Il manque également des prescriptions contraignantes concernant la qualité et l’échelle des cartes, ainsi que des seuils décisionnels clairement définis pour l’utilisation de ces cartes matricielles, ce qui complique leur interprétation.

Par ailleurs, les exemples concrets et les retours d’expérience font défaut concernant les nouvelles possibilités d’agrégation et de combinaison des informations offertes par les cartes matricielles. Il est donc difficile de formuler précisément les besoins.

Cette situation nécessite une démarche participative et coordonnée entre les utilisateurs et utilisatrices issus de différents domaines d’application et les producteurs et productrices des cartes, afin de rendre les bénéfices de ces outils tangibles et de valoriser pleinement leur potentiel.

^{Carte détaillée modélisée des types de sols issue de la cartographie de Wohlen/Meikirch, établie à partir de 1 980 points de calibration pour une superficie cartographiée de 980 ha. L’échelle correspond approximativement à une échelle comprise entre 1:5 000 et 1:10 000, conformément à une cartographie réalisée selon la norme KA23.}

La cartographie pilote a montré que les méthodes de cartographie numérique des sols (Digital Soil Mapping, DSM) sont désormais opérationnelles pour les cartographies pédologiques à grande échelle. Toutefois, la qualité des cartes ne dépend pas tant des modèles eux-mêmes que de la qualité et de la cohérence des données de terrain, ainsi que d’une compréhension commune des sols par l’ensemble des personnes impliquées.

Les principaux défis liés à la production efficace de cartes d’information pédologique de qualité ne résident pas tant dans l’utilisation des différentes méthodes et des outils, qui fonctionnent bien, que dans leur mise en œuvre coordonnée et ciblée. Cela nécessite des exigences de qualité globales pour les produits finaux, différenciées selon les typologies paysagères et les usages des sols.

La constitution d’un jeu de données initial de haute qualité est déterminante. Elle repose notamment sur une solide formation théorique en pédologie des personnes chargées de la cartographie de terrain, ainsi que sur une connaissance de base de la diversité des sols du canton de Berne.

Lorsque le nombre de points de prélèvement par unité de surface diminue, chaque point acquiert une importance accrue. La compréhension pédologique, associée à la connaissance du paysage, devient donc encore plus essentielle. La calibration et l’assurance qualité régulière et cohérente à l’échelle de l’ensemble du canton, tout au long du projet de cartographie et malgré le nombre important de personnes impliquées dans les relevés de terrain, jouent ainsi un rôle déterminant.

Pour y parvenir, une collaboration étroite entre toutes les parties prenantes est indispensable, de même qu’une bonne coordination des tâches.

Simon Tanner
Berner Fachhochschule

Hochschule für Agrar-, Forst- und Lebensmittelwissenschaften HAFL
Länggasse 85
3052 Zollikofen