Partition de l'évapotranspiration réelle en évaporation du sol et transpiration des couverts végétaux à partir du traçage isotopique (18O) en milieu contrôlé : expérimentation et modélisation SiSPAT_Isotope - CNRS - Centre national de la recherche scientifique Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2009

Partitioning of Evapotranspiration into Soil Evaporation and Plant. Transpiration using isotopes of water in controlled conditions: experiments and SiSPAT_Isotopes modelisation

Partition de l'évapotranspiration réelle en évaporation du sol et transpiration des couverts végétaux à partir du traçage isotopique (18O) en milieu contrôlé : expérimentation et modélisation SiSPAT_Isotope

Résumé

Evapotranspiration (ET) is a major component of continental precipitation recycling. In order to improve our knowledge of the water cycle at different scales, it is therefore crucial to know the amount and origin of water lost to the atmosphere through ET (i.e. Soil Evaporation and/or Plant Transpiration). ET from a monolith of soil with a tall fescue cover (Festuca arundinacea L.) was measured in a series of controlled conditions (climat chamber) experiments over the course of the growing period. Heavy stable isotopes were used to partition ET into Soil Evaporation and Plant Transpiration components at different stages of growth from bare soil to full canopy. The contribution of Soil Evaporation to Evapotranspiration decreased during the experiment from 100% (bare soil) to 94% (at 16 days after seeding), 83% (at 28 days), 70% (at 36 days) and finally dropped down to 5% (at 43 days). Experiment under controlled conditions allowed each partition value to be associated with a detailed description of vegetation characteristics (Leaf Area Index, Root Distribution Densitiy) as well as soil and climat conditions. The nature and amount of data gathered here gave us the opportunity to evaluate the performance of a model of heat, water and isotopes transfer through the soil, vegetation and atmosphere, SiSPAT_Isotopes (Simple Soil Plant Atmosphere Transfer model, Braud et al., 1995; 2000; 2002). The model proved reliable under the monolith experimental conditions. Moreover, this study enabled the evaluation of the model's isotopes transfer module within the soil and the plant: isotopic profiles and fluxes within the soil as well as plant extraction depths could be modelled. It was possible to simulate continuously the experiment and analyse into more details the outputs of the model that cannot be normally measured.
L'évapotranspiration est un terme majeur du recyclage des précipitations au niveau des surfaces continentales. En vue de compléter notre connaissance du cycle de l'eau à différentes échelles, il est donc essentiel de connaître à la fois les quantités d'eau libérées par évapotranspiration dans l'atmosphère ainsi que leurs origines possibles (évaporation du sol et/ou transpiration des couverts végétaux). L'utilisation des isotopes stables et lourds de l'eau lors d'une série d'études réalisées sur monolithes de sol en milieu contrôlé (réacteur biogéochimique) nous a permis de déterminer l'évolution de la partition de l'évapotranspiration en évaporation du sol et transpiration des plantes au cours du développement d'un couvert de fétuque élevée. Il a fallu pour cela maintenir le système sol-plante en régime hydrique permanent de manière à ce qu'il atteigne l'état isotopique stationnaire. La contribution de l'évaporation du sol à l'évapotranspiration réelle a diminué durant l'expérience de 100% (sol nu) à 94% (16 jours suivant le semis), 83% (28 jours), 70% (36 jours) pour finalement atteindre 5% (43 jours). Le recours au milieu contrôlé nous a permis d'atteindre l'état isotopique stationnaire recherché et associer à chaque valeur de partition une description détaillée du couvert végétal (indice foliaire, profil de densité racinaire) ainsi que des conditions climatiques dans l'atmosphère du réacteur et hydriques dans le sol. La nature et la quantité de données à disposition permettent l'évaluation du fonctionnement d'un modèle de flux de chaleur, d'eau et d'isotopes à travers le continuum sol-plante-atmosphère SiSPAT_Isotopes (Simple Soil Plant Atmosphere Transfer model, Braud et al., 1995 ; 2000 ; 2002). On a pu constater que la structure du modèle était suffisamment souple pour être adaptée aux conditions expérimentales. Ce travail a tout particulièrement permis l'évaluation du module de transport des isotopes dans le sol et la plante : on a pu modéliser les profils ainsi que les flux d'isotopes dans le sol et déterminer les profondeurs d'extraction racinaire. Il a été possible de simuler l'expérience en continu, y compris en régime transitoire et d'analyser plus en détail, en s'appuyant sur les sorties du modèle non accessibles à la mesure, les hypothèses faites lors de l'expérience, notamment l'atteinte de régime hydrique permanent et d'état isotopique stationnaire.
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tel-02593207 , version 1 (15-05-2020)

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Citer

Youri Rothfuss. Partition de l'évapotranspiration réelle en évaporation du sol et transpiration des couverts végétaux à partir du traçage isotopique (18O) en milieu contrôlé : expérimentation et modélisation SiSPAT_Isotope. Sciences de l'environnement. Thèse de doctorat, spécialité Biogéochimie isotopique de l'eau, Université Pierre et Marie Curie, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-02593207⟩
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