9. PERMÉABILITÉ DU SOL

Plus le sol est perméable, plus l'eau s'infiltre.
Parfois le sol est si perméable et l'infiltration si importante qu'il n'est pas possible d'y construire un étang sans recourir à des techniques spéciales de construction. Ces techniques sont le sujet d'un autre volume de la présente collection.

Les sols sont généralement disposés en couches, et souvent la qualité du sol varie considérablement d'une couche à l'autre. Il importe de déterminer, avant de construire l'étang, comment se répartissent les couches perméables et imperméables. L'étang doit être conçu de façon à éviter que le fond soitconstitué d'une couche perméable qui laisserait passer trop d'eau dans le sous-sol par infiltration.

Les digues de l'étang devraient être construites avec un sol dont on est sûr qu'il retiendra l'eau. Une fois encore, c'est en fonction de ces critères qu'il faudra vérifier la qualité du sol.

9.1 Quels facteurs influent sur la perméabilité du sol?

De nombreux facteurs influent sur la perméabilité du sol. Certains, comme les fissures et les trous, sont très localisés, et il est difficile de calculer des valeurs représentatives de la perméabilité au départ des mesures faites. Une étude sérieuse des profils de sol est indispensable pour vérifier ces mesures. Mais c'est surtout en observant la texture du sol, la structure, la consistance, la couleur et les taches, la disposition des couches, les pores visibles et la profondeur de couches imperméables, telles que lit rocheux et claypan*, que l'on pourra décider si les mesures de la perméabilité sont vraiment représentatives.

Note. Vous avez déjà appris que le sol est constitué d'un certain nombre d'horizons ayant chacun des propriétés physiques et chimiques généralement différentes. Pour déterminer la perméabilité du sol dans son ensemble, il convient d'étudier chaque horizon séparément.

9.2 La perméabilité du sol est liée à la texture et à la structure du sol

La taille des pores du sol a beaucoup d'importance en ce qui concerne le taux d'infiltration (pénétration de l'eau dans le soi) et le taux de percolation (déplacement de l'eau à l'intérieur du sol). La taille et le nombre des pores dépendent étroitement de la texture et de la structure du sol et influent également sur sa perméabilité.

Variation de la perméabilité en fonction de la texture du sol

En général, plus la texture du sol est fine, plus la perméabilité est feble, ainsi que le montrent les tableaux suivants:

Variation de la perméabilité en fonction de la structure

La stucture peut influencer considérablement les taux de perméabilité indiqués ci-dessus, comme suit:

Il est de pratique courante de modifier la structure du sol pour réduire la perméabilité, par exemple en culture irriguée dans le cas de la mise en boue des rizières et dans certains travaux de génie civil lors de la compaction* mécanique de barrages de terre. Pour les étangs piscicoles, on peut effectuer les mêmes opérations pour réduire les infiltrations.

Pour les besoins de l'agriculture et de la conservation des terres, les classes de perméabilité des sols sont basées sur les taux de perméabilité. Pour les travaux de génie civil, elles sont basées sur le coefficient de perméabilité (voir tableaux 15 et 16).

Pour les besoins de la pisciculture, il y a deux manières de décrire la perméabilité des sols. Ce sont:

• Le coefficient de perméabilité.
• Le taux d'infiltration.

Pour décider de l'emplacement des étangs et pour la construction des digues, on utilise généralement le coefficient de perméabilité afin d'évaluer l'aptitude d'un horizon pédologique particulier.

• On peut construire des digues sans noyau argileux imperméable avec des sols ayant un coefficient de perméabilité inférieur à K=1 x 10^-4 m/s.
• Le fond des étangs peut être constitué de sols ayant un coefficient de perméabilité inférieur à K = 5 x 10^-6 m/s.

Pour l'aménagement des étangs, c'est le taux des fuites par infiltration qu'on utilise le plus souvent:

• Pour la pisciculture commerciale, on considère comme acceptable un taux moyen d'infiltration de 1 à 2 cm par jour. En revanche, on devrait prendre des mesures correctives pour réduire la perméabilité du sol quand ce taux est plus important, en particulier quand il atteint ou dépasse 10 cm par jour.

9.4 Mesure de la perméabilité du sol au laboratoire

Pour mesurer au laboratoire la perméabilité d'un échantillon de sol intact, on soumet une colonne de sol à des conditions particulières, comme la saturation en eau et la pression constante sous eau. Les résultats vous seront communiqués soit sous la forme de taux de perméabilité (voir tableau 15), soit sous la forme de coefficient de perméabilité (voir tableau 16).

9.5 Mesure de la perméabilité du sol sur le terrain

Pour mesurer la perméabilité du sol sur le terrain, vous pouvez utiliser l'un des tests suivants:

• L'évaluation visuelle du taux de perméabilité des horizons pédologiques.
• Un test de terrain simple permettant d'estimer la perméabilité du sol.
• Un test de terrain plus précis permettant de mesurer les taux de perméabilité.

Evaluation visuelle du taux de perméabilité d'horizons pédologiques

On peut évaluer la perméabilité de chaque horizon en étudiant visuellement les caractéristiques du sol qui, d'après les pédologues, ont un rapport étroit avec les classes de perméabilité. Le facteur le plus important dans l'évaluation de la perméabilité est la structure du sol: son type, son degré, et les caractéristiques d'agrégation comme la relation qui existe entre les dimensions (en longueur et en largeur) des agrégats et la direction et l'importance du chevauchement.

Ni la texture du sol ni les taches de couleur ne sont des critères fiables en soi. Ce sont toutefois des propriétés qui, jointes aux caractéristiques structurales, peuvent aider à estimer la perméabilité du sol. Pour évaluer visuellement la perméabilité des horizons pédologiques, procédez comme suit:

• Examinez un profil pédologique frais dans une fosse à ciel ouvert.
• Déterminez les horizons pédologiques existants.
• A l'aide du tableau 17A, évaluez, en étudiant attentivement les caractéristiques structurales du sol, la classe de perméabilité à laquelle chaque horizon appartient.
• Vérifiez vos résultats en les confrontant aux autres propriétés du sol figurant au tableau 17B.
• La gamme des taux de perméabilité peut alors être obtenue du tableau 15.

TABLEAU 17A Indicateurs visuels de la perméabilité: caractéristiques de la structure du sol

Test de terrain simple pour estimer la perméabilité du sol Creusez un trou jusqu'à votre taille.		Tôt le matin, remplissez-le d'eau jusqu'au bord.
Le soir, une certaine quantité d'eau aura disparu dans le sol.
Remplissez de nouveau le trou jusqu'au bord et couvrez-le de planches ou de branches feuillues.
Si, le lendemain matin, presque toute l'eau est restée dans le trou, la perméabilité est appropriée, et l'on pourra construire à cet endroit un étang d'élevage.
Refaites ce test en différents endroits, autant de fois qu'il est nécessaire, selon la qualité du sol.

Test de terrain plus précis pour mesurer les taux de perméabilité
Examinez attentivement les croquis que vous avez faits en étudiant les profils de sol. Note.Vous pourriez aussi utiliser la méthode visuelle pour estimer la perméabilité (voir tableaux 17A et 17B).		En tenant compte de la texture et de la structure, déterminez les horizons pédologiques qui semblent avoir la perméabilité la plus faible.
Signalez sur vos croquis les horizons qui semblent avoir la perméabilité la plus faible. Utilisez un crayon de couleur. Note. L'eau s'infiltre dans le sol soit horizontalement, soit verticalement, mais seules vous concernent les fuites verticales qui sont surtout celles qui se produisent dans les étangs.
Creusez un trou d'environ 30 cm de diamètre, jusqu'à ce que vous atteigniez le premier horizon moins perméable.		Enduisez les parois du trou d'argile lourde mouillée, ou doublez- les de plastique, si vous en avez, pour les rendre imperméables.
Versez de l'eau dans le trou jusqu'à une hauteur de 10 cm.

• Tout d'abord, l'eau s'infiltrera assez rapidement et vous devrez en rajouter pour compenser les pertes. Quand les pores du sol seront pleins d'eau, l'infiltration ralentira. Ce sera le moment de mesurer la perméabilité de l'horizon situé au fond du trou.

Assurez-vous qu'il y a encore à peu près 10 cm d'eau dans le trou, sinon rajoutez-en jusqu'à ce niveau.		Mettez une règle graduée dans l'eau et notez la hauteur d'eau exacte, en millimètres (mm).
Vérifiez le niveau de l'eau dans le trou toutes les heures, pendant plusieurs heures. Notez le volume des pertes pour chaque heure. Si l'eau disparaît trop rapidement, relevez encore le niveau à 10 cm. Mesurez très soigneusement la hauteur d'eau.

Quand vous commencez à obtenir des mesures horaires à peu près semblables, la vitesse de perméabilité est constante et vous pouvez cesser de mesurer. Si, pour chaque heure successive, l'infiltration présente de grandes différences, continuez à verser de l'eau pour garder une hauteur de 10 cm jusqu'à ce que la vitesse d'infiltration devienne à peu près régulière. Note. Un horizon présentant une perméabilité satisfaisante pour constituer le fond d'un étang doit avoir une épaisseur minimale de 0,7-1 m, à moins qu'il n'existe des horizons plus profonds ayant une perméabilité et une épaisseur appropriées. Comparez maintenant vos résultats avec les valeurs ci-après:

Un taux de perméabilité supérieur à 5 mm/h peut être dû à une structure fortement développée. Dans ce cas, il faut essayer de réduire le taux de perméabilité en détruisant la structure de la manière suivante:

• Si ce nouveau taux de perméabilité ne dépasse pas 4 mm/h, vous pouvez considérer que l'horizon est apte à constituer le fond d'un étang. Mais tout le fond de l'étang devra être mis en boue avant d'être mis sous eau.

• Si ce nouveau taux de perméabilité dépasse 4 mm/h, cela peut être dû à la présence d'un horizon perméable au-dessous de celui que vous avez testé. Il arrive souvent que l'on trouve ce genre de couche perméable entre des couches de sol semi-perméables ou même imperméables.

Vérifiez cette hypothèse à l'aide du test suivant... Creusez un nouveau trou de 30 cm de diamètre, à travers la première couche moins perméable (A) jusqu'au sommet de la couche moins perméable suivante (B). Refaites l'essai de perméabilité jusqu'à ce que vos mesures indiquent une infiltration presque constante. Si, cette fois, le taux de perméabilité ne dépasse pas 3 mm/h, cet horizon peut constituer le fond de votre étang. Mais n'oubliez pas que cette faible perméabilité doit caractériser une couche d'au moins 0,7-1 m d'épaisseur pour que les infiltrations d'eau à travers le fond de l'étang restent limitées.

Note. En construisant votre étang, vous n'avez pas nécessairement besoin d'enlever une couche perméable peu profonde, si elle recouvre une autre couche non perméable et capable de retenir l'eau. Il vous faut, cependant, descendre jusqu'à la couche imperméable plus profonde pour construire les digues de l'étang, afin d'obtenir un bassin bien fermé et d'éviter les infiltrations horizontales (voir section 90).

9.6 Comment calculer les coefficients de perméabilité

Pour obtenir une mesure plus précise de la perméabilité du sol, vous pouvez effectuer, sur le terrain, l'essai suivant qui vous donnera une valeur du coefficient de perméabilité:

Au moyen d'une tarière à godet, percez un trou d'environ 1 m de profondeur (A) dans le sol de l'emplacement que vous aurez choisi pour déterminer le coefficient de perméabilité.		Remplissez le trou d'eau jusqu'au bord (B/C).
Pendant au moins 20 min (B/C), remplissez le trou jusqu'au bord toutes les 5 min, pour être sûr que le sol est complètement saturé. Remplissez le trou à ras bord une dernière fois et commencez à mesurer la vitesse à laquelle la surface de l'eau descend, en utilisant une montre pour mesurer le temps et une règle graduée en centimètres pour mesurer la distance P entre la surface de l'eau et le sommet du trou (D). Cessez de mesurer quand la vitesse devient à peu près constante. Exemple La vitesse devient constante

• Mesurez la profondeur totale exacte du trou (H) et son diamètre (D). Exprimez toutes les mesures en mètres (m):

H = 1,115 m et D = 12 cm ou 0,12 m

• Pour chacune des deux mesures consécutives temps/distance, calculez le coefficient de perméabilité K au moyen de la formule suivante:

K = [(D ÷ 2) x In (h₁ ÷ h₂)] ÷ 2 (t₂ - t₁)

où (D ÷ 2) représente le rayon du trou, ou son demi-diamètre,en mètres;
In représente le logarithme naturel; h₁ et h₂ sont les deux profondeurs d'eau consécutives, enmètres, à savoir h₁ la profondeur au début de la mesure et h₂ la profondeur à la fin de la période considérée;
(t₁ - t₂) exprime, en secondes, la durée écoulée entre deuxmesures consécutives.

Note. On peut calculer rapidement les valeurs de h en faisant la différence entre la profondeur totale du trou (H) et les valeurs successives de P. Faites bien attention d'exprimer toutes les mesures en mètres et en secondes pour obtenir K en m/s.

• Enfin, comparez vos valeurs K (en m/s) avec les valeurs du tableau 16.

Exemple

Si (D ÷ 2) = 0,12 m ÷ 2 = 0,06 m et H = 1,15 m, on calcule, l'une après l'autre, les différentes valeurs de K selon la formule (voir tableau 18).

Note. Pour obtenir le logarithme naturel de (h₁ ÷ h₂), vous utiliserez soit une table de logarithme, soit une calculatrice de poche. Rappelezvous que 10^-6 = 0,000001 et que 6,8 x 10^-6 = 0,0000068.

Note. Rappelez-vous également que l'exposant négatif de 10 indique la place du chiffre décimal qu'il faut donner au multiplicateur:
K = 2 x 10^-3 = 0,002 m/s
K = 5 x 10^-7 = 0,0000005 m/s

Si vous voulez comparer une valeur K (m/s) avec les taux de perméabilité (cm/jour), multipliez K
par 8 640 000 ou 864 x 10⁴comme par example

K = 1 x 10^-5 m/s = 86,4 cm/jour

NOTE. La formule pour calculer les coefficients de perméabilité est K = [(D ÷ 2) x In (h₁ ÷ h₂)] ÷ 2 (t₂ - t₁)
ou A ÷ B (voir section 96).