L’INFILTRATION DE L’EAU DANS LE SOL

Comprendre, mesurer et améliorer la capacité d’un sol à recevoir l’eau

L’infiltration constitue l’une des fonctions hydrologiques fondamentales d’un sol.

Lorsqu’une pluie atteint le sol, elle ne devient pas automatiquement une ressource pour les plantes. Une partie peut :

s’infiltrer ;
ruisseler ;
s’évaporer ;
être interceptée par la végétation ;
être temporairement stockée en surface ;
rejoindre rapidement les horizons profonds.

L’enjeu de l’hydrologie régénérative est donc de favoriser une infiltration suffisamment rapide pour limiter le ruissellement, mais également suffisamment fonctionnelle pour permettre le stockage de l’eau dans la zone racinaire.

Un sol vivant n’est pas simplement un sol qui absorbe beaucoup d’eau : c’est un sol dont la structure permet à l’eau de pénétrer, de circuler, de se stocker et d’être redistribuée.

1. Qu’est-ce que l’infiltration ?

L’infiltration correspond au passage de l’eau depuis la surface vers le sol.

À ne pas confondre avec :

infiltration : entrée de l’eau dans le sol ;
percolation : déplacement de l’eau à travers les horizons ;
drainage : transfert de l’eau vers les profondeurs ou vers une zone de sortie ;
ruissellement : déplacement de l’eau à la surface.

Le schéma fondamental est :

                 PLUIE                   ↓        ┌───────────────────┐        │      SURFACE      │        └───────────────────┘             ↙          ↘      INFILTRATION     RUISSELLEMENT           ↓      ZONE RACINAIRE           ↓      STOCKAGE / CIRCULATION           ↓       DRAINAGE PROFOND

2. Le taux d’infiltration

On caractérise généralement l’infiltration par un flux d’infiltration, souvent exprimé en :

mm/h ;
mm/min ;
cm/h.

Par exemple : 20 mm/h

signifie que, dans les conditions de l’essai, le sol peut recevoir approximativement une lame d’eau de 20 mm par heure.

Attention :

le taux d’infiltration n’est pas une propriété parfaitement constante du sol.

Il évolue avec :

l’humidité initiale ;
la saturation ;
la structure ;
la pluie ;
la température ;
la pression ;
la couverture du sol.

3. Infiltration initiale et infiltration stabilisée

Après le début d’une pluie ou d’un essai, l’infiltration peut être très rapide.

Puis elle diminue progressivement.

On observe souvent :

Tauxd'infiltration↑│\│ \│  \│   \______│          ─────────└────────────────────→ temps

On peut distinguer :

Infiltration initiale

Très influencée par :

état sec ;
macropores ;
fissures ;
galeries ;
structure superficielle.

Infiltration stabilisée

Elle correspond à un régime plus représentatif du fonctionnement hydraulique du sol dans les conditions de l’essai.

4. Les principaux facteurs

L’infiltration dépend d’un grand nombre de paramètres.

Facteurs physiques

texture ;
structure ;
porosité ;
densité apparente ;
compaction ;
pierrosité ;
fissuration ;
profondeur.

Facteurs biologiques

racines ;
lombrics ;
champignons ;
microorganismes ;
activité de la faune.

Facteurs de surface

paillage ;
litière ;
végétation ;
croûte de battance ;
sol nu.

Facteurs météorologiques

intensité de pluie ;
durée ;
température ;
humidité initiale.

Facteurs topographiques

pente ;
microrelief ;
position dans le paysage.

5. La texture

La texture influence la taille et la distribution des pores.

Sable

Généralement :

infiltration potentiellement rapide ;
drainage rapide ;
faible rétention.

Argile

Souvent :

infiltration plus lente ;
forte rétention ;
comportement très dépendant de la structure.

Limon

Le comportement peut être intermédiaire, mais les sols limoneux sont particulièrement sensibles à la formation d’une croûte superficielle.

6. La structure est souvent déterminante

Deux sols ayant exactement la même texture peuvent avoir des infiltrations très différentes.

Pourquoi ?

Parce que la structure contrôle :

les macropores ;
la connectivité des pores ;
les agrégats ;
les fissures ;
les galeries biologiques.

Un sol argileux bien structuré peut donc présenter une infiltration nettement supérieure à celle d’un sol argileux compacté.

7. La compaction

La compaction détruit ou réduit certains espaces poreux.

Elle peut être provoquée par :

passages d’engins ;
piétinement ;
travail du sol inadapté ;
circulation répétée ;
sols travaillés lorsqu’ils sont trop humides.

Conséquences possibles :

COMPACTION    ↓↓ macroporosité    ↓↓ infiltration    ↓↑ ruissellement    ↓↑ érosion

C’est une boucle de dégradation particulièrement importante.

8. La croûte de battance

Sur certains sols, notamment limoneux, les gouttes de pluie peuvent désagréger les agrégats superficiels.

Les particules fines peuvent ensuite colmater les pores.

Il se forme une couche superficielle relativement imperméable.

On obtient :

pluie → désagrégation → colmatage → croûte → diminution de l’infiltration → ruissellement.

9. Le rôle des racines

Les racines sont de véritables architectes hydrauliques du sol.

Elles :

pénètrent les horizons ;
créent des conduits ;
stabilisent les agrégats ;
augmentent la porosité ;
favorisent l’activité biologique.

Après leur décomposition, les anciennes racines peuvent laisser des macropores.

10. Racines vivantes et anciennes racines

Il faut distinguer deux mécanismes.

Racine vivante

Elle :

modifie localement la structure ;
absorbe de l’eau ;
stimule la biologie ;
crée des interfaces racine-sol.

Ancien canal racinaire

Après disparition de la racine, le canal peut devenir :

une voie préférentielle d’infiltration.

Ce phénomène est particulièrement important dans les systèmes végétaux diversifiés.

11. Les racines profondes

Les végétaux à enracinement profond peuvent créer des voies hydrauliques traversant plusieurs horizons.

Cela permet potentiellement :

d’infiltrer plus profondément ;
de connecter différents horizons ;
de favoriser la recharge locale ;
de redistribuer l’eau.

C’est une raison importante pour laquelle l’agroforesterie peut avoir un rôle hydrologique.

Mais il faut toujours vérifier le contexte :

une racine ne crée pas automatiquement une voie d’infiltration fonctionnelle ; les conditions structurales et hydriques restent déterminantes.

12. Les lombrics

Les lombrics jouent un rôle majeur dans la bioturbation.

Certaines espèces créent des galeries relativement profondes.

Ces galeries peuvent :

augmenter la macroporosité ;
améliorer la circulation de l’air ;
favoriser l’infiltration ;
transporter de la matière organique vers les horizons profonds.

On peut représenter :

        SURFACE────────────────────       ↓ pluie       ↓    ╲     ╱     ╲   ╱      ╲ ╱       │       │  galerie       │       │       ↓

13. Attention : une galerie n’est pas toujours un conduit hydraulique parfait

Selon les conditions, elle peut :

être ouverte ;
être remplie de déjections ;
s’effondrer ;
être déconnectée ;
devenir hydrophobe localement ;
être colmatée.

L’effet des lombrics doit donc être mesuré, et non supposé.

C’est un principe important de la méthode Omakëya™ :

une fonction écologique doit être vérifiée par observation ou mesure lorsqu’elle intervient dans un dimensionnement.

14. Le paillage

Le paillage agit principalement à la surface.

Il peut :

amortir l’énergie des gouttes ;
limiter la battance ;
ralentir l’écoulement ;
maintenir une humidité superficielle ;
favoriser l’activité biologique ;
réduire l’évaporation.

Il peut donc favoriser indirectement l’infiltration.

15. Paillage ≠ augmentation automatique de l’infiltration

Le résultat dépend :

du type de paillage ;
de son épaisseur ;
de son degré de décomposition ;
de la pente ;
de la texture ;
de la pluie ;
de l’état du sol.

Un paillage très hydrophobe ou mal positionné peut même temporairement réduire l’entrée de l’eau.

Il faut donc considérer le paillage comme un composant du système hydrologique, pas comme une solution universelle.

16. La litière forestière

La litière constitue un exemple particulièrement intéressant.

Elle :

intercepte les gouttes ;
réduit leur vitesse ;
protège les agrégats ;
stocke temporairement de l’eau ;
favorise l’activité biologique ;
transmet progressivement l’eau au sol.

La forêt fonctionne donc comme un système d’infiltration distribué.

17. Mesurer l’infiltration

Il existe plusieurs méthodes.

Les principales sont :

infiltromètre à double anneau ;
infiltromètre à simple anneau ;
infiltromètre à disque ;
tests d’infiltration simplifiés ;
mesures pluviométriques et observation du ruissellement ;
essais comparatifs sur parcelles.

Le choix dépend de l’objectif.

18. L’infiltromètre à double anneau

C’est l’une des méthodes classiques de mesure.

Le dispositif comporte deux anneaux concentriques :

         ANNEAU EXTERNE       ┌───────────────┐       │               │       │  ┌─────────┐  │       │  │         │  │       │  │ ANNEAU  │  │       │  │ INTERNE │  │       │  │         │  │       │  └─────────┘  │       │               │       └───────────────┘

L’eau est maintenue dans les deux anneaux.

On mesure principalement la vitesse de diminution du niveau dans l’anneau intérieur.

19. Pourquoi deux anneaux ?

L’anneau externe sert notamment à limiter les flux latéraux à proximité de la zone de mesure.

L’objectif est de rapprocher le flux dans l’anneau interne d’un écoulement principalement vertical.

Cela améliore la représentativité de l’essai par rapport à un simple anneau.

20. Principe de mesure

On peut relever :

hauteur d’eau initiale ;
hauteur d’eau au temps t1 ;
hauteur au temps t2 ;
température ;
état initial du sol.

Si une hauteur Δh disparaît pendant une durée Δt, on obtient approximativement : f=ΔtΔh

avec conversion éventuelle en mm/h.

21. Exemple

Supposons une baisse de : 30 mm

en : 20 minutes.

Alors : f=2030×60 f=90 mm/h

Cela signifie que le flux mesuré correspond approximativement à 90 mm/h pendant cette période.

22. Mais attention à l’interprétation

Un essai d’infiltration ne donne pas automatiquement :

« la capacité hydraulique universelle du terrain ».

Le résultat dépend notamment :

de l’emplacement ;
de l’humidité initiale ;
de la profondeur perturbée ;
de la méthode ;
de la durée ;
de la température ;
de la structure locale.

Un jardin de 2 000 m² peut présenter plusieurs valeurs d’infiltration très différentes.

23. Répéter les mesures

Pour un véritable diagnostic Omakëya™, il est préférable de réaliser plusieurs points de mesure.

Par exemple :

zone compactée ;
zone végétalisée ;
sous arbre ;
potager ;
prairie ;
zone nue ;
proximité d’une mare.

On obtient alors une cartographie de l’infiltration.

24. Exemple de protocole de terrain

Étape 1 — Cartographier

Identifier les unités homogènes.

Étape 2 — Décrire

Noter :

pente ;
végétation ;
couverture ;
texture apparente ;
compaction ;
présence de racines ;
présence de galeries.

Étape 3 — Mesurer

Réaliser plusieurs essais.

Étape 4 — Comparer

Calculer :

infiltration initiale ;
infiltration moyenne ;
infiltration stabilisée.

Étape 5 — Cartographier

Associer les valeurs au SIG.

25. Comparer plusieurs situations

Un protocole particulièrement intéressant consiste à comparer :

A — Sol nu

B — Sol paillé

C — Sol sous végétation

D — Sol sous arbre

E — Sol fortement raciné

F — Sol riche en galeries

Cela permet de tester expérimentalement l’effet des pratiques de restauration.

26. Exemple de tableau de terrain

Zone	Couverture	Racines	Lombrics	Compaction	Infiltration stabilisée
A	Sol nu	faible	faible	forte	8 mm/h
B	Paillage	moyenne	moyenne	faible	35 mm/h
C	Prairie	forte	forte	faible	60 mm/h
D	Sous arbre	très forte	forte	faible	75 mm/h
E	Zone compactée	faible	faible	très forte	4 mm/h

Les valeurs de ce tableau sont illustratives : elles ne doivent évidemment pas être présentées comme des valeurs universelles.

27. Le rôle de l’intensité de pluie

L’infiltration doit être comparée à l’intensité de la pluie.

Si : ipluie<finfiltration

l’infiltration peut potentiellement absorber toute la pluie.

Si : ipluie>finfiltration

un excédent peut apparaître sous forme de ruissellement.

Conceptuellement :

        INTENSITÉ DE PLUIE                ↓          ┌─────┴─────┐          ↓           ↓     infiltration   excédent                      ↓                 ruissellement

28. Une notion essentielle pour l’hydrologie régénérative

L’objectif n’est donc pas simplement :

augmenter l’infiltration à tout prix.

Il faut :

adapter la capacité d’infiltration au régime hydrologique du site.

Une infiltration très élevée peut être recherchée pour :

réduire le ruissellement ;
recharger une zone racinaire ;
favoriser l’infiltration locale.

Mais dans certains contextes, un transfert profond excessif peut aussi entraîner :

lessivage ;
transfert de nitrates ;
pollution des nappes ;
perte de nutriments.

Le dimensionnement doit donc être systémique.

29. L’infiltration et les nutriments

L’eau qui s’infiltre peut transporter :

nitrates ;
phosphates dissous ;
potassium ;
carbone organique dissous ;
pesticides ;
sels.

La gestion de l’eau et celle de la fertilité sont donc indissociables.

C’est précisément l’un des fondements du Tome 7 :

le cycle de l’eau ne peut pas être séparé du cycle des éléments.

30. Infiltration et carbone

La structure du sol est également liée au carbone organique.

Un sol riche en matière organique et biologiquement actif peut développer une structure agrégée favorisant une architecture poreuse complexe.

On obtient une boucle potentielle :

végétation

↓

matière organique

↓

activité biologique

↓

agrégation

↓

porosité

↓

infiltration

↓

eau disponible

↓

végétation

La boucle doit toutefois être évaluée localement : elle n’est pas automatique.

31. Le modèle Omakëya™ de l’infiltration

On peut formaliser la fonction ainsi : I=f(T,S,P,C,B,R,L,M,H)

où, conceptuellement :

T = texture ;
S = structure ;
P = porosité ;
C = compaction ;
B = couverture biologique ;
R = racines ;
L = lombrics ;
M = mulch/paillage ;
H = humidité initiale.

Ce n’est pas une équation universelle de calcul, mais une structure conceptuelle du modèle diagnostique.

32. Vers une cartographie hydrologique du sol

Avec suffisamment de mesures, on peut créer une carte :

┌──────────────────────────────┐│       PARCELLE OMAKËYA       ││                              ││   20       35       60       ││      45            75        ││                              ││   8        15       40       ││                              │└──────────────────────────────┘

Chaque valeur représente un taux d’infiltration mesuré ou estimé.

Cette carte peut ensuite être croisée avec :

pente ;
occupation du sol ;
végétation ;
texture ;
réseau de drainage ;
topographie ;
profondeur du sol.

33. Le SIG devient alors un outil d’ingénierie

On peut superposer :

couche 1 : topographie

couche 2 : sols

couche 3 : infiltration

couche 4 : ruissellement

couche 5 : végétation

couche 6 : réseau hydrographique

couche 7 : ouvrages hydrauliques

On passe ainsi d’un simple test de terrain à une véritable cartographie hydrologique fonctionnelle.

34. Du diagnostic au dimensionnement

Une fois l’infiltration connue, on peut dimensionner :

noues ;
jardins de pluie ;
bassins d’infiltration ;
mares ;
fossés végétalisés ;
terrasses ;
zones humides artificielles ;
systèmes de récupération des eaux pluviales.

L’infiltration devient donc une donnée d’ingénierie.

35. La logique Omakëya™

Le raisonnement complet peut être représenté ainsi :

OBSERVATION     ↓DIAGNOSTIC DU SOL     ↓MESURE DE L'INFILTRATION     ↓CARTOGRAPHIE     ↓MODÉLISATION DU RUISSELLEMENT     ↓CONCEPTION HYDROLOGIQUE     ↓DIMENSIONNEMENT     ↓RÉALISATION     ↓MESURE APRÈS TRAVAUX     ↓COMPARAISON     ↓AMÉLIORATION

36. Mesurer avant et après

C’est un principe particulièrement important.

Une restauration écologique devrait pouvoir être évaluée.

Par exemple :

Avant restauration f=8 mm/h

Après restauration f=42 mm/h

On peut alors quantifier l’évolution.

Mais il faut conserver :

même méthode ;
conditions comparables ;
plusieurs points ;
répétitions ;
historique climatique.

37. Indicateur Omakëya™ d’infiltration

On pourrait créer un indicateur simple : Irel=favantfapreˋs

Dans l’exemple : Irel=842=5,25

Le flux mesuré serait donc environ 5,25 fois supérieur dans les conditions comparées.

Ce ratio n’est toutefois pertinent que si les protocoles sont réellement comparables.

38. Un indicateur encore plus intéressant : l’eau infiltrée

Pour l’ingénierie des écosystèmes, il faut aller au-delà du seul taux instantané.

On peut chercher à quantifier : Vinfiltreˊ

sur une pluie donnée.

On passe alors de :

« mon sol infiltre 40 mm/h »

à :

« lors d’un événement pluvieux donné, mon système a infiltré X m³ et évité Y m³ de ruissellement ».

C’est beaucoup plus pertinent pour un projet territorial.

39. L’infiltration est donc une propriété physique, biologique et paysagère.

Elle dépend de l’interaction entre :

pluie

↓

surface

↓

structure

↓

porosité

↓

racines

↓

lombrics

↓

matière organique

↓

eau

↓

plantes

↓

atmosphère

La Vision Omakëya™ ne cherche donc pas simplement à « faire entrer l’eau dans le sol ».

Elle cherche à construire une architecture vivante de l’eau, capable de transformer les précipitations en une ressource durable.

La meilleure pluie est celle qui ne devient ni ruissellement destructeur ni drainage inutile, mais qui entre dans le système vivant, y circule, y reste suffisamment longtemps et devient disponible pour les organismes qui en ont besoin.