La teneur en eau du sol régule de nombreux processus au-dessus et au-dessous du sol, de la production agricole aux conditions météorologiques. Il est récemment devenu une exigence de mission critique pour de nombreuses agences étatiques et fédérales. Ce protocole synthétise les efforts de plusieurs agences pour mesurer l’humidité du sol, à l’aide de capteurs électromagnétiques enterrés in situ.
Ce protocole sera utile pour les scientifiques et les ingénieurs qui espèrent déployer une seule station ou un réseau entier. La teneur en eau du sol a récemment été reconnue comme une variable climatique essentielle dans le système mondial d’observation du climat. Pourtant, il y a eu peu de normalisation dans la pratique de l’installation de capteurs enterrés in situ.
Nous espérons que le protocole écrit et la vidéo pourront améliorer la collecte de données. Il n’y a pas de moyen facile de vérifier qu’un capteur de teneur en eau du sol enterré fournit de bonnes données. Au début, il faut avoir confiance et l’assurance que les capteurs sont en bon contact avec le sol et que l’installation n’a pas affecté l’hydrologie locale du sol.
Alex White, physicien au laboratoire d’hydrologie et de télédétection ARS de l’USDA, ici à Beltsville, Maryland, fera la démonstration de la procédure. Pour commencer, connectez séparément chaque capteur à une plate-forme de contrôle des données. Utilisez le point d’interrogation et la commande d’exclamation pour interroger l’adresse du capteur et enregistrer les valeurs ainsi que le numéro de série et l’adresse SDI-12 de chaque capteur dans un livre de laboratoire.
Étiquetez ensuite la tête du capteur et l’extrémité du câble avec l’adresse SDI-12 à l’aide d’un marqueur. Configurez les capteurs de teneur en eau du sol et tous les capteurs auxiliaires dans le laboratoire, en les connectant à la plate-forme de contrôle des données et à la batterie, en laissant les capteurs de teneur en eau du sol suspendus dans l’air, insérés dans un endroit sec et / ou immergés dans l’eau. Vérifiez que les données sont enregistrées aux taux appropriés et que les valeurs sont appropriées.
Interrogez l’emplacement à l’aide de l’application USDA SoilWeb et creusez un trou de test à l’aide d’une pelle de trou de poteau. Vérifiez que la texture du champ est conforme à la description du sol. Posez une bâche sur la zone d’excavation pour protéger la surface du sol des perturbations.
Déroulez un capteur et posez la tête du capteur à la surface de la fosse. Placez ensuite l’extrémité du câble à l’endroit où se trouvera le support d’instrument, en vérifiant que la longueur du câble est correcte, ajustez au besoin et marquez l’emplacement du support avec un drapeau. À l’aide d’une pelle à trou de poteau, creusez un trou d’environ 55 centimètres de profondeur.
Nettoyez le trou à l’aide d’une bêche tranchante et assurez-vous que la face de la fosse est verticale afin que chaque capteur ait un sol non perturbé au-dessus. Gardez le trou et la zone perturbée aussi petits que possible afin qu’ils se rétablissent rapidement. Enlevez la terre par incréments de 10 centimètres et placez chaque ascenseur à l’extrémité de la bâche, en vous rapprochant à chaque incrément tout en brisant les mottes et en enlevant les grosses roches.
Ensuite, creusez une tranchée droite et étroite de plus de 10 centimètres de profondeur pour enterrer les câbles du capteur. Déroulez tous les capteurs et posez-les d’un côté de la tranchée. Notez la profondeur de tout changement évident de couleur ou de texture du sol lors de la collecte d’échantillons de sol représentatifs dans un sac de congélation d’un litre à chaque profondeur de capteur.
Vérifiez que la face de la fosse est verticale ou légèrement coupée pour vous assurer que chaque capteur aura de la terre non perturbée au-dessus. Tout d’abord, insérez le capteur de 50 centimètres et poussez le capteur horizontalement dans le sol, en essayant de ne pas bouger le capteur, car cela peut créer des lacunes. Si nécessaire, utilisez un effet de levier pour pousser doucement le capteur, en vous assurant que les dents sont complètement enfoncées dans le sol.
Orientez chaque câble de capteur du même côté de la fosse, ce qui leur permet de s’accrocher au fond de la fosse d’excavation. Prenez une photo du trou excavé et des capteurs avec un ruban à mesurer pour l’échelle. Pour le capteur de 100 centimètres, creusez un trou à 100 centimètres moins la moitié de la longueur de la dent du capteur, ou 94 centimètres dans ce cas.
Installez le capteur verticalement en le poussant dans le fond du trou à l’aide d’un outil d’installation. Remballez le trou de la tarière avec le sol excavé. Acheminez tous les câbles de capteurs de la tranchée dans le boîtier dans une section de conduit en PVC et à travers un connecteur de cloison pour entrer dans le boîtier.
Ensuite, tirez la lentille du câble dans le port inférieur du boîtier, fixez-les avec des attaches à glissière et connectez les cinq capteurs. Vérifiez que la tension sur la batterie est suffisante à l’aide d’un multimètre réglé sur CC pour la tension de courant continu. Ensuite, faites glisser le connecteur de borne du fil négatif noir sur la borne de la bêche sur le poteau négatif à la terre de la batterie et le fil rouge sur le poteau positif de la batterie.
Pour mettre le système sous tension, branchez le câble de la batterie sur le DCP. Après avoir lancé le logiciel de la plate-forme de contrôle des données, connectez un ordinateur portable à la plate-forme de contrôle des données et confirmez que tous les capteurs indiquent des valeurs numériques. Une fois que tout ce qui se trouve sous le sol fonctionne et que les câbles ont été acheminés dans le boîtier, remplissez et scellez les ouvertures au-dessus et au-dessous du sol avec du mastic électrique.
En utilisant le sol excavé plus profond le plus proche de la bâche, tassez à la main le sol autour de chaque tête de capteur, en commençant par le bas et en remontant, en évitant de déranger le capteur et en vous assurant qu’il est bien compacté. Remblayez la fosse en ascenseurs de 10 centimètres, en lissant et en compactant la surface jusqu’à ce que le capteur de 20 centimètres soit atteint. Emballez à la main le sol autour de la tête du capteur et continuez vers le haut en soulevant 10 centimètres jusqu’à ce que vous atteigniez la surface.
Couvrez-les soigneusement avec de la terre plus profonde de la bâche tout en compactant le sol dans le fond de la fosse pour fixer les câbles, en prenant soin de ne pas les tirer vers le bas avec une force. Prenez des photos de la station terminée dans les orientations nord, sud, est et ouest à partir du mât d’instruments. Délimitez l’emplacement d’installation du capteur avec un drapeau ou d’autres éléments distincts.
Cette installation sur le terrain rapporte les températures horaires de l’air et du sol, la teneur en eau du sol, les précipitations quotidiennes, le stockage de l’eau du sol et son évolution au fil du temps. Les résultats montrent une forte augmentation de la teneur en eau du sol près de la surface, avec une augmentation retardée à de plus grandes profondeurs après chaque tempête. Lors des événements de début février et avril 2022, le capteur le plus profond de 100 centimètres a atteint un plateau de 0,33 mètre cube par mètre cube, indiquant une période de saturation.
Pour une installation similaire dans le Mississippi, la teneur en eau du sol a atteint 0,60 mètre cube par mètre cube à toutes les profondeurs après 40 millimètres de précipitations, tandis que 70 millimètres supplémentaires n’ont pas affecté le stockage de l’eau du sol, suggérant un excès de ruissellement de saturation. Pour une installation similaire au Montana, le sol gelé et la couverture de neige ont produit une diminution spectaculaire de la teneur en eau du sol à la mi-mars, puis une augmentation lors du dégel, sans aucune indication de précipitations. Méfiez-vous des comportements erratiques des capteurs, tels que les pics, les changements de pas et les oscillations, qui peuvent indiquer une mauvaise installation ou une défaillance du capteur.
L’insertion du capteur peut être difficile, en particulier dans les sols rocheux, racinaires ou secs. Assurez-vous que la tête du capteur est poussée au ras du sol. Ce protocole conduira à des données plus harmonisées et uniformes sur la teneur en eau du sol, pour un large éventail d’applications, notamment la surveillance de la sécheresse, la prévision de l’approvisionnement en eau, la gestion des bassins versants et de l’agriculture, et la planification des cultures.
Le Réseau national coordonné de surveillance de l’humidité du sol est en train de créer une communauté de pratique autour de la mesure, de l’interprétation et de l’application de l’humidité du sol. Il s’agit d’un réseau de personnes qui relie les fournisseurs de données, les chercheurs et le public. Veuillez consulter la documentation pour plus de détails.
