Explorer les sous-sols agricoles du Potager

21 mai 2021

 
 

Une vision agronomique et patrimoniale des sols

La première semaine de mai, une équipe dirigée par Rémi Clément, géophysicien à l'Institut national de recherche pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (INRAE) et membre de l'unité de recherche Réduire, réutiliser, valoriser les eaux résiduaires (REVERSAAL), est intervenue durant quatre jours au Potager du Roi pour réaliser des mesures des sous-sols agricoles, essentielles pour la connaissance agronomique et patrimoniale du site.
 
 
 
 
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L'équipe de recherche dirigée par Rémi Clément en train de réaliser la technique du pénétromètre dynamique. Photo : Julien Tournebize

 
 
 
 

Les analyses de sols au Potager : état des lieux et recherches en cours

Les analyses de sols, qu'elles soient physico-chimiques ou biologiques, sont des outils de pilotage agronomique essentiels pour calculer les apports d'amendement et de fertilisant dont le sol a besoin ainsi que pour évaluer sa viabilité face aux cultures.

En règle générale, elles sont réalisées tous les cinq ans pour les grandes cultures, telles que les céréales ou les oléaginaux, et elles sont annuelles lorsqu'elles concernent des reliquats d'engrais azotés.

Des analyses des sols du Potager ont été effectuées en 1997, 2000, 2011 et en 2020-21, sur un à quatre lieux d'échantillonnage. Ces prélèvements participent au bon pilotage agronomique et patrimonial du site.

 
 
 
 

Exemples de trois récapitulatifs d'analyses des sols effectuées en 2000 et 2011



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Construit sur un espace marécageux et né des déblais du creusement de la Pièce d'eau des Suisses, le Potager du Roi a été rendu cultivable grâce au décapage des terres agricoles du quartier Saint-Louis et du coteau de Satory. Il tire d'ailleurs la fertilité de ses terres du dépôt de 900 tombereaux de fumier chaque année pendant 100 ans entre la création du jardin et la Révolution française.

Cette création artificielle attire depuis quelques années des projets de recherche. Ainsi, depuis 2019, deux jeunes chercheurs de l'équipe du Laboratoire Sols et environnement (LSE) de l'Université de Lorraine / INRAE qui travaillent sur l'évolution à long terme des technosols c'est-à-dire des sols construits ou formés principalement par l'action des hommes, s'y intéressent car, en plus de constituer un technosol urbain, les apports et l'intensité des cultures pratiquées sur ses sols sont connus depuis 340 ans.

Dernièrement, l'équipe de Rémi Clément a enregistré quatre types de mesures :

  • deux relevant de la géophysique : la conductivité électrique de la surface du sol et les profils de résistivité électrique ;
  • deux relevant de la géotechnique : la vitesse d'infiltration de l'eau et la mesure de la compaction par pénétromètre dynamique.
 
 
 
 
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L'équipement pour la mesure de la conductivité électrique au jardin Lelieur, au nord-est du Potager du Roi. On voit la canne anglaise montée avec deux bobines, un instrument de monitoring et une casquette (non présente sur la photo) de géolocalisation de la personne porteuse de l'outil. Photo : Julien Tournebize

La mesure de la conductivité électrique de la surface du sol fonctionne de manière similaire à un détecteur de métaux. Elle permet de repérer, mais sans les identifier précisément, des changements structurels en sous-sol. Ce n'est seulement qu'à partir du dessin ou tracé de ces structures qu'il est possible d'émettre des hypothèses sur leur identité. En d'autres termes, une structure linéaire et étroite pourrait constituer un drain dont l'existence serait ensuite à confirmer par le biais d'un sondage intrusif.

 
 
 
 
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Rémi Clément en train de prendre des mesures de résistivité électrique. L'équipement traverse la totalité du Grand Carré : espaces de cultures, passe-pieds, rangs d'arbres, allées... tout. Photo : Antoine Jacobsohn

Les profils de résistivité électrique sont construits à partir de l'introduction d'électrodes dans le sol ayant vocation à mesurer la résistance de ce dernier au courant électrique émis. Selon l'écartement des électrodes, il est possible de dessiner un profil plus ou moins profond des différentes couches de matériaux constituant le sol. Ce profil se matérialise par une sorte de « coupe » représentant la consistance du sol sans qu'il y ait eu besoin de creuser une longue fosse.

Si les mesures géophysiques ne nécessitent pas de faire des trous, les mesures géotechniques nécessitent des interventions localisées et puissantes.

 
 
 
 
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Des essais d'infiltration sont ici menés en parallèle. Photo : Antoine Jacobsohn

Pour mesurer la vitesse d'infiltration, il est nécessaire de creuser un trou d'une profondeur maximale de 1m50 avec une tarière de 10 cm de diamètre. La mesure s'effectue ensuite en évaluant la quantité d'eau nécessaire pour maintenir le niveau d'eau dans la cavité pendant un temps donné.

 
 
 
 
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Les essais de pénétromètre dynamique sont ici réalisés à mi-chemin de la traversée du Grand Carré. Photo : Antoine Jacobsohn

Dans le cas du pénétromètre dynamique, le système ressemble à celui de la machine à coup du marteau des jeux forains. Il s'agit de taper régulièrement sur la tête d'une tige métallique pour la faire descendre dans le sol. Un dispositif sur le haut de la tige métallique mesure alors la force nécessaire pour traverser les matériaux du sol.

Les mesures de la vitesse d'infiltration et celles de la compaction du sol sont complémentaires aux premières et offrent la possibilité d'élaborer des hypothèses sur la circulation de l'eau dans le sous-sol.

Selon Rémi Clément, « les données géophysiques sont imprécises mais distribuées (en 2D et 3D), tandis que les données géotechniques sont puissantes mais localisées. Si l'on fusionne ces deux types de données, on peut remonter via des approches statistiques à des cartes fines des propriétés physiques du sol. »

Les intérêts et les recherches des uns et des autres pourraient trouver des synergies sur le site du Potager du Roi. En revanche, tous ont besoin de tester leurs méthodes et outils avant de trouver des problématiques partagées.
 
 
 
 

De possibles synergies entre les différents projets de recherche

Les outils du géophysicien Rémi Clément et de son équipe apportent des informations sur la présence de structures souterraines par rapport à l'écoulement des eaux, ainsi que sur la pertinence des prélèvements ponctuels d'échantillons.

Pour ce qui concerne l'eau, Julien Tournebize, chercheur d'INRAE et responsable de l'équipe ARTEMHYS (Atténuation, rémédiation, transfert et modélisation des hydrosystèmes), travaille depuis plusieurs années sur les questions pratiques d'écoulement d'eau du Plateau de Saclay. Cette équipe pourrait utiliser les outils de géophysique pour trouver des drains non précédemment repérés au Potager du Roi.

Le profil réalisé par la mesure de la résistivité électrique pourrait fournir des données pour le projet Biodiversité fonctionnelle et successions d'usages des sols urbains du Centre d'études et d'expertises sur les risques, l'environnement, la mobilité et l'aménagement (CEREMA). Ce projet fait l'objet d'une demande de financement qui permettrait également de trouver des suites utiles aux travaux des chercheurs du Laboratoire sols et environnement d'INRAE / Université de Lorraine.

 
 
 
 

La consolidation des outils de pilotage agronomique essentiels à la bonne conduite des cultures

À ce jour, les archives du service des jardiniers du Potager ne documentent pas les analyses de sols antérieures à 1987 (nous aurons peut-être l'occasion de revenir sur cette question dans une contribution ultérieure). Les plus anciennes retrouvées ne datent que des années 1940 et correspondent aux recherches sur les oligoéléments du sol réalisées par Désiré Leroux. En dépit de l'installation en 1874 de l'École nationale d'horticulture, qui fut un moteur pour les recherches en chimie horticole et analyses du sol, nous n'avons pas retrouvé à ce jour de données plus récentes et plus précises car elles restent générales et font figurer le sol du Potager comme une seule entité homogène.

Nous espérons réussir à retrouver les archives de chercheurs des années 1960, 1970 et 1980, comme ceux d'Alfred Anstett, professeur des sciences du sol sur le site du Potager de 1955 à 1991, dont les travaux sont encore utilisés aujourd'hui pour le raisonnement des fertilisations des légumes en culture biologique.

 
 
 
 
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Portrait d'Alfred Anstett, professeur des sciences du sol sur le site du Potager de 1955 à 1991.
 
 
 
 

Pour l'heure, les jardiniers éprouvent des difficultés à construire des outils de pilotage agronomiques face à l'hétérogénéité des sols du Potager.

Les sols des jardins d'arbres fruitiers au sud-est du site sont humides et subissent une forte remontée de la nappe phréatique l'hiver (à environ 40 cm de profondeur seulement). Les évolutions de la matière organique, de l'activité biologique ainsi que d'autres caractéristiques sont différentes des sols plus secs, et pourtant plus à l'ombre, des jardins fruitiers situés au nord-ouest du site.

Les connaissances apportées par les analyses physique, chimique et biologique du sol sont essentielles pour orienter le choix des matériaux utilisés (terreau, engrais, paillage) et des interventions sur les sols (« cultivion », « grelinette », découpe de l'enherbement...).

L'hétérogénéité se retrouve également dans le Grand Carré central qui couvre environ 3 hectares. Les sols des terrasses et des rampes autour n'ont pas de prédispositions identiques (pente, cultures, piétinement...) tandis que les carrés composant le coeur du Grand Carré, tout en étant d'une granulométrie similaire, présentent des différences notables. Par exemple, les effets de l'occultation des sols du carré 3, du côté est, ne sont pas identiques à ceux du carré 15 et de sa réplique sur le côté uuest. Au niveau du carré 15, une croûte dure et difficile à travailler s'est formée alors qu'aucun effet comparable n'a été observé dans le carré 3.

L'OCCULTATION

L'occultation consiste en la couverture du sol par un matériau opaque, qui ne laisse pas passer la lumière. Son but est d'éliminer ou de diminuer fortement la présence des plantes non souhaitées et cela en un minimum d'effort. Sa durée est variable selon son intégration dans le calendrier des cultures et le système de rotation. Au Potager du Roi, le système de rotation varie entre 6 semaines et 16 mois. Dans le cadre d'une rotation longue, le sol est préparé par la culture d'un engrais vert pour qu'il reste vivant et l'occultation sur la totalité de la période n'est pas entière car une culture dans des trous est souvent pratiquée à travers le matériau opaque.

Les informations produites, récoltées et analysées par les équipes du Laboratoire sol et environnement à Nancy et de REVERSAAL à Villeurbanne seront utilisées dans le cadre du pilotage des cultures. Des indications sont notamment attendues concernant la répartition des besoins en eau et la fertilité et l'activité biologique des sols vivants.

 
 
 
 

Une connaissance du patrimoine sol et sous-sol du site

Les plans anciens et contemporains que nous utilisons demandent à être croisés avec les résultats d'enquêtes de terrain.

 
 
 
 
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Plan de comparaison entre l'état fin du 18e et l'état en septembre 2016, 1/2000. Production : 2BDM Architectes - Jean Moulin, Architecte en chef des Monuments historiques
 
 
 
 

Les outils utilisés par l'équipe de Rémi Clément peuvent servir à suivre les conduits d'alimentation (métalliques), parfois d'assainissement, ainsi qu'à révéler la présence de structures ou de substances souterraines diverses. Dans le cadre de l'archéologie agraire et horticole, il serait utile de pouvoir identifier et mesurer les fosses de plantations anciennes des arbres fruitiers du Potager du Roi et ainsi les comparer à celles trouvées dans d'autres lieux. Ces outils pourront peut-être contribuer à identifier des lieux de dépôt de gadoues ou de fumiers, des dépotoirs ponctuels, différents types de remblais ou de fondations d'armatures de palissage. Toutes ces informations participent à en apprendre davantage sur l'histoire du Potager du Roi notamment en ce qui concerne les pratiques agricoles et les travaux de réparation, conservation ou modification du site.

Après cette première prise de connaissance du site par nos partenaires, nous pouvons préparer de futures campagnes de recherche.

Nous pourrions peut-être :

  • repérer les emplacements des murs biais qui ont été démontés au début du 19e siècle et coupaient l'actuel jardin Hardy en quatre lanières et deux triangles ;
  • confirmer les changements d'alignement des carrés du Grand Carré réalisés dans les années 1780 (et peut-être de nouveau dans les années 1860 ou 1880) ;
  • faire une cartographie des sous-sols des allées pour identifier la présence de différents types de constructions (ie « hérisson » ou non) ce qui serait utile pour les prévisions / les estimations des travaux ;
  • identifier la présence de drains qui ne sont pas présents sur nos plans et suivre des drains dont nous avons pu repérer la présence et non l'exutoire ou les sorties.

D'autres idées apparaîtront au cours des études et il faudra encore un certain temps avant de pouvoir rendre compte des résultats.

L'identification de ces éléments patrimoniaux nous permettra de planifier au mieux l'insertion de nouveaux systèmes d'irrigation et de drainage en minimisant la destruction des ouvrages anciens encore utiles et en contribuant à l'équilibre de notre agroécosystème historique.