Propriétés hydrodynamiques des principaux types de sol du Burkina

Soil Water Balance in Vie Sudano-Sahdian Zone (Proceedings of the Niamey Workshop, February 1991). IAHS Publ. no. 199,1991.

Propriétés hydrodynamiques des principaux types de sol du Burkina Faso

Y. DEMBELE & L. SOME INERA, 03 BP 7192, Ouagadougou 03, Burkina Faso

Résumé L'article présente une synthèse des données hydrodynamiques des principaux types de sol du Burkina Faso. Les sols sont généralement pauvres en éléments fertilisants, notamment l'azote et le phosphore, avec une mauvaise structure. Leurs propriétés physiques et hydrodynamiques sont de ce fait, défavorables à l'infiltration et à la rétention de l'eau. Des exemples assez détaillés sont donnés à partir des profils de sol réalisés dans plusieurs sites du pays, notamment sur les sols ferrugineux tropicaux et les sols peu évolués qui représentent respectivement 39% et 26% des sols burkinabé.

INTRODUCTION

Les sols du Burkina ont été étudiés par plusieurs institutions de recherche et organismes de développement. En 1969, l'Institut de Recherche Scientifique pour le Développement en Coopération (ORSTOM) avait réalisé une première couverture du territoire et dressé une carte pédologique qui constitue toujours aujourd'hui la base de la plupart des études pédologiques menées dans le pays (Bunasols, 1985).

Les pédologues ont classé l'ensemble des sols du pays en huit groupes principaux, qui a été proposé par le Bureau National des Sols (Bunasols) en 1985 sur la base d'autres études antérieures (Peron et al, 1975).

Chaque groupe de sols présente des caractéristiques et des contraintes révélées par les différentes études (Jenny, 1964; Leprun & Moreau, 1964; Kilian, 1974; Guillobez, 1979; Barro, 1981).

De façon générale, les sols du Burkina ont un faible niveau de teneur en éléments fertilisants, notamment en phosphore et azote. Leur profondeur est généralement limitée par une cuirasse qui affleure même en surface en certains endroits. Le niveau de la réserve en eau varie avec la toposéquence. Généralement faible en haut de pente (<60 mm/mètre de sol), la réserve utile peut dépasser 150 mm/mètre dans les sols alluvionnaires le long des cours d'eau. C'est le cas par exemple des sols de la plaine irriguée du Sourou (Somé & Nicou, 1983). Ces sols subissent de façon très accrue le ruissellement et l'érosion hydrique (Roose, 1977). L'érosion éolienne est plus manifeste dans la zone septentrionnale sahélienne, où la pluviométrie moyenne annuelle est égale ou inférieure à 600 mm.

Le présent article est essentiellement une revue de données obtenues par de nombreux auteurs et souvent difficiles à retrouver. Cette synthèse sera complétée par les données des mesures effectuées entre 1982 et 1988 dans

217

Y.Dembélé&L.Somé 218

plusieurs sites particuliers. La présentation de données d'analyses de sol, réalisées par plusieurs

laboratoires, donne en elle même, la principale limite d'interprétation des résultats.

Elle a seulement pour objectif de donner une vue d'ensemble des contraintes physiques et hydrodynamiques des principaux groupes de sols rencontrés au Burkina Faso et de soulever les problèmes que cela pose pour l'amélioration du bilan hydrique des cultures.

TYPOLOGIE GENERALE DES SOLS DU BURKINA FASO

Des différentes études de prospections pédologiques effectuées dans le pays (ORSTOM, 1955-1969; Geres 1964-1965; IRAT-AW 1974-1977; FAO 1976-1977; Bunasols 1977-1988), il ressort que d'après la classification française (en usage au Burkina Faso), les proportions des différents types de sol sont les suivantes:

sols ferrugineux tropicaux: 39% sols peu évolués: 26% sols hydromorphes: 13% sols bruns eutrophes: 6% sols vertisols: 6% sols halomorphes à structure dégradée: 5% sols minéraux bruts: 3% sols ferrallitiques: 2%

PROPRIETES PHYSIQUES ET HYDRODYNAMIQUES DES PRINCIPAUX TYPES DE SOL

Généralités

Le sol constitue le réservoir où les plantes puisent l'eau et les éléments minéraux nécessaires à leurs bessoins.

La capacité de ce réservoir dépend non seulement des caractéristiques du sol, mais aussi de la profondeur exploitable par les racines, d'où la notion de réserve utile racinaire (RUR).

La texture et surtout la structure du sol jouent un rôle important dans la dynamique de l'enracinement des cultures (Chopart, 1980).

La structure détermine aussi la masse volumique sèche (densité apparente) du sol et par conséquent la porosité. Les propriétés physiques du sol déterminent également ses caractéristiques hydrodynamiques, notamment la perméabilité, la capacité au champ, le point de flétrissement permanent et la réserve en eau utile.

Démarche méthodologique

Les études réalisées au Burkina sur les caractéristiques hydrodynamiques des sols

219 Propriétés hydrodynamiques des principaux types de sol

sont nombreuses (Bunasols, 1987). Elles ont été effectuées soit dans le cadre d'études pédologiques globales par l'ORSTOM et le Bureau National des Sols, soit dans le cadre de projets de développement. Certains résultats ont été obtenus par des chercheurs de l'Institut d'Etudes et de Recherches Agricoles (INERA) (Nicou et al, 1987; Leclercq & Dembélé, 1987). Notre souhait aurait été de pouvoir présenter une synthèse globale de ces travaux. Mais compte tenu du volume des données disponible sur le sujet, nous nous limiterons ici à la présentation de quelques exemples représentatifs des principales situations.

Nous avons pour ce faire procédé comme suit: choix d'un ou de deux sites étudiés par groupe pédologique;

- sélection des paramètres les plus significatifs et les plus disponibles dans les études: * la texture que nous avons représentée sous forme de trois fractions:

argile, limon, sable; * les caractéristiques hydrodynamiques:

- la masse volumique apparente sèche (densité apparente): elle a été déterminée soit par la méthode de l'anneau, soit par celle du densitomètre à membrane;

- humidité pondérale à pF 2.5 et à pF 4.2; - réserve utile cumulée sur tout le profil exprimée en millimètres par

mètre de sol. Nous avons considéré des horizons de 20 cm jusqu'à 100 cm de

profondeur qui est généralement la limite du front d'enracinement des cultures annuelles pratiquées dans le pays (Nicou et al, 1987; Somé, 1989).

Sols ferrugineux tropicaux Deux exemples sont ici analysés: les terres hautes de Saria (Tableau 1) sur le plateau central et les sols de Karfiguèla (Tableau 2) dans le sud-ouest du pays.

Les sols de Saria ont été étudiés par de nombreux auteurs (Jenny, 1964; Arrivets, 1973; Sédogo, 1981). En haut de pente, ce sont des sols gravillonnaires filtrants à carapace affleurante. Cette carapace présente des fissures permettant au système d'enracinement fascicule des céréales de descendre en profondeur (Somé, 1989). Ces sols "prennent en masse" très rapidement dès qu'ils sont soumis à la dessiccation. Les argiles peu gonflantes essentiellement de la kaolinite avec la prédominance de sables fins expliqueraient cet état de chose et certainement aussi la faiblesse de la vitesse d'infiltration: 10-20 mm h"1 alors que l'intensité de la pluie peut atteindre 120 mm h"1.

Le Tableau 1 montre une densité apparente généralement très élevée sur tout le profil.

La réserve utile est d'environ 100 mm sur une profondeur d'un mètre. Elle augmente régulièrement vers la profondeur (Tableau 1). L'humidité pondérale à la capacité de rétention (pF 2.5) et au point de flétrissement (pF 4.2) augmente rapidement de la surface vers les profondeurs pour doubler aux environs de 1 m. Cette variation est proportionnelle à celle du taux d'argile et de limon et inversement proportionnelle à celle du sable.


Tableau 1 Données analytiques physiques du profil de sol de Saria (haut de toposéquence)

Profondeur (cm)

0-20 20-40 40-60 60-80 80-100

Tableau 2 Karfiguèla

Profondeur (cm)

0-20 20-40 40-60 60-80 80-100

Granulométrie: A%

10.7 14.8 22.2 24.9 33.6

L%

7.1 7.0 8.4

11.8 12.8

S%

82.1 78.1 79.4 63.3 53.6

Da

1.7 1.7 1.9 1.8 1.9

Données analytiques

Granulométrie: A%

3.1 4.4 3.6 9.4

15.8

L%

6.5 5.3 6.5 7.5

19.0

S%

90.4 90.2 89.9 83.0 65.2

Da

1.7 1.7 1.7 1.8 1.7

Hp%: pF2.5

13.5 19.1 20.7 20.0 21.7

physiques du

Hp%: pP2.5

5.8 5.0 4.8

10.3 11.0

pF4.2

6.5 10.1 13.9 14.3 14.8

profil

pF4.2

1.4 1.9 2.2 4.3 5.4

RU" (mm)

17.9 40.1 61.5 79.7

102.3

de sol

RU" (mm)

15.5 26.1 34.8 56.4 76.6

Da = masse volumique apparente sèche Hp = humidité pondérale RU = Réserve utile cumulée (elle a été corrigée en tenant compte du taux des éléments

grossiers) A% = pourcentage des argiles L% = pourcentage des limons S% = pourcentage des sables

Les sob de Karfiguèla sont des sols ferrugineux tropicaux lessivés moyennement profonds dont la texture est à dominance sableuse ou sablo-argileuse (Moreau, 1967; Leclercq & Dembélé, 1986). Leur infiltration verticale est très rapide.

Comme le montre le Tableau 2, la proportion des sables est prépondérante dans la texture des sols de Karfiguèla sur les fractions argileuse et limoneuse même dans les couches profondes. On voit également qu'il y a un lessivage des argiles vers les profondeurs, même si leur proportion ne dépasse pas 16% à un mètre de profondeur. La "densité apparente" ne varie pas beaucoup tout au long du profil.

L'humidité pondérale à la capacité de rétention et au point de flétrissement sont très faibles entre la surface et 60 cm de profondeur. L'humidité augmente ensuite de façon importante et peut atteindre le double des valeurs des horizons superficiels en ce qui concerne la capacité de rétention voire le quadruple dans le cas du point de flétrissement. Ce même phénomène, qui est observé dans le profil de Saria haut, avec cependant des augmentations moindres, est certainement dû au lessivage des éléments fins vers les profondeurs.

La proportion des éléments fins étant beaucoup plus faible dans le profil


Tableau 3 Données analytiques physiques du profil de sol de Farako-Bà

Profondeur (cm)

0-20 20-40 40-60 60-80 80-100

Granulométrie: A%

6.6 22.0 29.0 28.8 28.0

L%

11.5 13.9 13.0 12.8 13.6

S%

84.6 64.1 57.9 58.3 58.3

Da

1.6 1.5 1.5 1.6 1.7

Hp%: pF2.5

8.5 13.1 17.7 19.3 18.6

pF4.2

2.8 7.8

11.9 13.0 12.9

RU* (mm)

18.4 34.1 52.1 72.8

111.1



de Karfiguèla par rapport à celui de Saria, la réserve utile totale est de ce fait plus réduite (Tableau 2). Elle est de 77 mm environ.

Sols ferrallitiques L'exemple pris ici est celui de la station de recherche agronomique de Farako-Bâ. Les sols de cette station sont faiblement ferrallitiques généralement profonds à texture sablo-argileuse, voire sableuse en surface (Nicou et al., 1987; Leclercq & Dembélé, 1987).

Les résultats reportés au Tableau 3 font apparaître ce qui suit: Au niveau des 20 premiers centimètres, la proportion d'argile est faible

et le sable prédominant. Au-dessous de ce niveau, on constate que jusqu'à 1 m, les trois fractions du sol sont bien représentées avec toujours une prédominance du sable, et qu'au delà de 40 cm la texture est relativement constante. Une remarque analogue peut être faite également au niveau de l'humidité pondérale à la capacité de rétention et au point de flétrissement où, après une légère augmentation dans les 40 premiers centimètres, on voit que l'humidité reste assez constante. Ces valeurs très élevées à pF 4.2 sont la conséquence de l'importance des éléments fins à ce niveau. Cela expliquerait alors la valeur assez faible de la réserve utile du sol.

Sols bruns eutrophes Des analyses ont été effectuées sur ce type de sol à Sabouna au nord du pays dans une zone où, selon les pédologues, dominent les sols peu évolués d'érosion.

Les sols de Sabouna sont donc bruns eutrophes à recouvrement sableux (Barro, 1981).

En effet, en se référant au Tableau 4, on constate qu'en dehors des 20 premiers centimètres où les sables sont assez abondants et les argiles faiblement représentées, le profil est du point de vue de sa texture, relativement homogène avec beaucoup plus d'argile (30-35%).

La réserve utile sur 1 m est très importante puisqu'elle dépasse largement les 200 mm. Les valeurs élevées de l'humidité à la capacité de rétention en sont sans doute la cause.

Y. Dembélê & L. Somê 222

Tableau 4 Données analytiques physiques du profil de sol de Sabouna

Profondeur (cm)

0-20 20-40 40-60 60-80 80-100

Granulométrie: A%

22.3 31.5 32.4 33.2 34.4

L%

8.5 9.4 9.8 9.9

10.2

S%

69,1 59.1 57.8 56.8 55.4

Da

1.4 1.7 1.8 2.4 1.8

Hp%: pF2.5

15.7 21.4 23.2 253 25.9

pF4.2

8.2 12.3 12.8 13.3 14.1

RU" (mm)

22.2 53.0 90.0

149.8 236.4



La "densité apparente" est très forte, sauf dans les couches superficielles et avoisine 2.5 entre 60 et 80 cm.

Sols hydromorphes vertiques Ce type de sol domine au Sourou et dans une bonne partie de l'ouest du pays.

Au Sourou, les sols hydromorphes vertiques présentés ici semblent avoir été constitués à partir d'alluvions argileuses. La texture est limono-argileuse facilement battante après une pluie torrentielle et même après les irrigations par aspersion.

La région est une plaine alluviale faiblement ondulée à pente presque nulle. Les sols sont à drainage modéré.

Le Tableau 5 montre la prédominance des limons dans les 60 premiers centimètres de ces sols. L'argile devient par la suite prépondérante.

La densité apparente augmente légèrement de la surface vers les couches profondes.

Le niveau moyen de la capacité de rétention et les valeurs fortes de l'humidité au point de flétrissement font que la réserve utile est également de niveau moyen (environ 95 mm) sur l'ensemble du profil.

Sols peu évolués Pour ce type de sol, nous présentons les résultats obtenus à Diapangou à l'est du pays.

Les sols appartiennent à la catégorie pédologique des sols peu évolués d'érosion sur matériaux gravillonnaires.

Mais comme mentionné plus haut, il existe au sein de ces grandes unités plusieurs textures. Nous allons donc analyser pour cette région trois sites à textures différentes que nous avons notées respectivement:

sol gravillonnaire, sol argileux, sol sableux. L'analyse du Tableau 6 appelle les remarques suivantes: La densité apparente de ces sols est relativement faible. Sa valeur


Tableau 5 Données analytiques physiques du profil de sol de Sourou (Di)

Profondeur (cm)

0-20 20-40 40-60 60-80 80-100

Granulomêtrie: A%

24.5 26.2 29.2 45.1 44.9

L%

40.5 41.1 37.4 23.9 23.2

S%

34.9 32.6 33.4 31.0 31.9

Da

1.6 1.6 1.7 1.8 1.7

Hp%: pF15

18.2 19.6 19.0 17.2 18.5

pF4.2

11.0 13.4 13.8 12.5 13.6

RU* (mm)

23.0 42.8 60.5 77.4 94.0



moyenne varie de 1.4 pour les sites sableux à 1.5 pour les sites gravillonnaires. La densité apparente des sites argileux est un peu plus élevée et à l'exception des horizons supérieurs où elle vaut 1.3, sa valeur moyenne est de 1.7. La réserve utile est pratiquement identique entre les sites gravillonnaire et sableux. Néanmoins, la légère différence texturale entre les deux types de sol fait que le sol gravillonnaire qui contient plus d'argile a une humidité pondérale plus élevée aussi bien à pF 2.5 qu'à pF 4.2. Au niveau du site argileux, les humidités pondérales sont encore plus

élevées que dans le site gravillonnaire, mais beaucoup plus élevés à pF 2.5 qu'à pF 4.2. La RU qui en découle est, par conséquent, plus élevée.

Etude de la vitesse d'infiltration sur deux types de sol La vitesse d'infiltration d'un sol est une valeur indicative de sa perméabilité. La perméabilité d'un sol est d'autant plus grande que sa macroporosité est plus élevée.

Habituellement la vitesse d'infiltration est beaucoup plus grande au début d'une irrigation ou d'une chute de pluie que quelques heures après (Israelsen & Hansen, 1965).

Les deux exemples de vitesse d'infiltration que nous donnons ici, concernent:

Un sol brun eutrophe tropical vertique formé sur alluvion. Ce sol profond est situé à Di (ouest du pays) et a une texture limono-argileuse. Densité apparente moyenne: 1.70. Un sol ferrugineux tropical lessivé induré à texture limono-argilo-sableuse, peu profond. Densité apparente moyenne: 1.58. La méthode utilisée est celle de l'infiltration à double anneaux en

fonction du temps. Sur les sols bruns eutrophes vertiques limono-argileux de Di, la

diminution de la vitesse d'infiltration en fonction du temps est beaucoup plus rapide surtout dans les 40 premières minutes. Dans cet intervalle de temps il

Y. Dembélé & L. Somé 224

Tableau 6 Données analytiques physiques du profil de sol de Diapangou

Profondeur (cm)

Gravillonnaire 0-20

20-40 40-60 60-80

Argileux 0-20

20-40 40-60 60-80 Sableux

0-20 20-40 40-60

Granulométrie: A%

12.1 20.3 35.8 41.6

28.9 37.5 43.8 44.3

9.2 11.9 16.9

L%

4.3 4.5 5.5 7.0

10.5 11.2 6.0 5.7

8.8 9.2 9.4

S%

83.6 75.2 58.7 51.4

60.6 51.3 50.2 50.0

81.9 78.9 73.7

Da

1.4 1.7 1.4 1.5

1.3 1.7 1.7 1.7

1.4 1.4 1.5

Hp%: pF2.5

10.4 13.6 22.5 25.5

19.8 25.9 28.3 28.1

10.8 10.5 12.9

pF4.2

4.0 6.5

13.1 15.6

8.6 13.5 17.5 18.1

3.1 3.8 5.1

RU* (mm)

17.8 41.9 68.8 985

29.1 71.3

108.6 142.6

21.4 40.6 64.4

Da - masse volumique apparente sèche Hp = humidité pondérale RU = Réserve utile cumulée (elle a été corrigée en tenant compte du taux des éléments


atteint 7 cm h"1. Elle est ensuite très lente et se stabilise vers la valeur de 3.5 cm h"1 correspondant aux normes généralement proposées dans la littérature pour ce type de sol.

La rapide diminution de la vitesse d'infiltration est sans doute due à l'abondance des éléments fins, notamment les argiles qui se gonflent en absordant de l'eau diminuant ainsi la porosité du sol.

Sur les sols ferrugineux tropicaux lessivés, à texture limono-argilo-sableuse de la Vallée du Kou, la diminution de la vitesse d'infiltration est plus progressive. Au bout de la première heure, elle diminue de 5 cm h"1. Elle devient par la suite lente, mais la vitesse d'infiltration arrive plus rapidement à saturation qu'à Di. Cette saturation est atteinte au bout de 4 h 30 environ à un niveau de 6.5 cm h"1, ce qui correspond approximativement au double de la valeur enregistrée à Di.

Analyse comparative des caractéristiques hydrodynamiques

L'analyse des données physiques des différents sols indique que les densités apparentes les plus fortes et les plus faibles se rencontrent respectivement, sur les sols ferrugineux de Saria et ferrallitiques de Farako-Bâ.

Les réserves utiles des sols ne sont pas très différentes entre elles (Tableaux 1 et 3).

L'humidité pondérale à pF 2.5 est plus élevée à Saria (sauf dans l'horizon supérieur) qu'à Farako-Bâ. Il en est de même pour l'humidité à pF 4.2.


Les sols bruns eutrophes de Sabouna montrent la densité apparente la plus faible en surface. Mais cette valeur augmente très rapidement avec la profondeur où elle atteint la valeur exceptionnellement élevée de 2.4.

La texture limono-argilo-sableuse sur tout le profil ne permet pas d'expliquer cette grande variation de la densité apparente. L'humidité pondérale à la capacité de rétention augmente de façon progressive avec la profondeur à partir de 20 cm. Elle devient élevée par rapport aux autres sols jusqu'à 100 cm. En analysant la composition granulométrique des différents sols (Tableaux 1 à 6), on constate que les sols de Sabouna contiennent beaucoup plus d'éléments fins (argile + limon) que les autres sols exception faite de ceux de Di et du site argileux de Diapangou. Us présentent la valeur la plus élevée de RU, alors que la plus faible RU est enregistrée sur le sol ferrugineux de Karfiguèla dont la texture est sableuse en surface et limono-sableuse en profondeur.

En ce qui concerne la synthèse présentée ici sur les caractéristiques hydrodynamiques des sols hydromorphes vertiques de Di, l'analyse du Tableau 5 fait ressortir les remarques suivantes:

faible densité apparente, à tel point qu'elle a des valeurs légèrement inférieures à celles des sols sableux; RU beaucoup plus faible que celle rencontrée dans d'autres profils sur le même site. Nicou et Somé en 1983 ont trouvé une valeur de 150 mm m"1 de sol. Cette différence est-elle imputable aux méthodes d'analyse des laboratoires? En tout cas, au vu des données il nous semble que la faiblesse de la

réserve utile du profil présenté dans le Tableau 5 serait due aux valeurs trop faibles des densités apparentes, mais également en partie à l'humidité pondérale à pF 2.5 dont le niveau est relativement bas pour ces sols.

Par ailleurs, le profil de Di présente une densité apparente plus faible qu'à Saria, mais une RU pratiquement identique.

L'humidité pondérale à pF 2.5 et pF 4.2 est plus grande à Di dans les horizons supérieurs.

Ce rapport s'inverse à partir de 30 cm pour pF 2.5 et à 50 cm pour pF 4.2.

Les sols peu évolués de Diapangou ont une RU assez faible en surface, notamment pour les sites sableux et gravillonnaire mais augmente rapidement avec la profondeur (Tableau 6). Dans les sites argileux, la RU devient même supérieure à celle observée à Sabouna du moins jusqu'à 70 cm. Dans les sites sableux et gravillonnaire, la RU dépasse légèrement celle des autres types de sol.

CONCLUSION

L'étude a montré qu'il existe beaucoup de données descriptives des sols, mais malheureusement peu de résultats sur les caractéristiques liées à la dynamique de l'eau dans le profil.

Elle a aussi permis de montrer qu'à l'intérieur des unités de sols décrits par les pédologues, il existe souvent des hétérogénéités importantes,


notamment du point de vue textural. En attestent les profils de sol du site de Diapangou.

Les données ayant été obtenues dans des laboratoires différents peuvent expliquer en partie certains résultats qui paraissent contradictoires. Cela constitue en soi, la principale limite de ce travail de synthèse, qui donne néanmoins des indications générales sur les contraintes physiques et hydrodynamiques des sols du Burkina Faso.

On n'a pas tenu compte dans l'analyse des données des propriétés chimiques qui peuvent influer de façon notable sur les caractéristiques hydrodynamiques des sols, notamment en ce qui concerne la matière organique qui améliore leur structure.

Cela s'explique essentiellement par le manque de résultats disponibles en la matière. Certes de nombreuses études ont été consacrées à la fertilisation, mais elles mettent en général l'accent sur l'impact de celle-ci sur la plante et son rendement plutôt que sur l'amélioration du profil du sol.

Il conviendrait aussi, à partir de l'important réseau de profils pédologiques réalisés dans le pays, de compléter les données analytiques descriptives par des mesures sur les propriétés hydriques et des études sur les aptitudes culturales des principaux groupes de sols étudiés.

Cela permettra alors d'avoir une vue globale et intégrée de la situation des sols du Burkina qui ont été étudiés très souvent de façon sectorielle et ponctuelle.

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Somé, L. (1989) Diagnostic agropédoclimatique du risque de sécheresse au Burkina Faso. Etude de quelques techniques agronomiques améliorant la résistance pour les cultures de sorgho, de mil et de maïs. Thèse de Doctorat Spécialité: physiologie, biologie des organismes et des populations, Université de Montpellier II, Sciences et Techniques du Languedoc.