Le suivi du bilan hydrique des sols est une opération complexe car il n'existe pas actuellement d'appareil simple pour mesurer en routine le volume d'eau du sol. Il y a bien la sonde à neutrons, appareil précis mais d'une manipulation délicate. Son principe repose sur l'émission de neutrons par une source radiol'émission de neutrons par une source radio-active et la réception des particules par les molécules d'eau. La quantité d'eau contenue est fonction du rapport neutrons reçus sur neutrons émis. En étude de routine, on préfère calculer la réserve d'eau du sol à partir des données élémentaires fournies par les stations météorologiques: pluviométrie, température et humidité de l'atmosphère, vitesse du vent, insolation. Le régime des précipitations au cours de l'année est exprimé conjointement avec la température moyenne mensuelle sous forme de diagrammes ombrothermiques. Par convention, l'échelle des température en ° C est doublée par rapport à celle des précipitations exprimée en mm.
L'ETR peut être mesurée expérimentalement à l'aide de cases lysimétriques. Une case lysimétrique est un bac exposé en plein air qui contient un sol couvert d'un certain type de végétation, ou laissé à nu, dont on évalue la quantité d'eau infiltrée et drainée par rapport à celle apportée par les précipitations. Certains lysimètres peuvent être pesés régulièrement pour connaître le volume d'eau contenu dans le sol.
On calcule plutôt l'évapo-transpiration à l'aide de formules empiriques comme celle de Thornthwaite, de Penman ou de Turc. On distingue l'évapotranspiration potentielle (ETP) qui est le pouvoir évaporant de l'atmosphère sur un sol avec couvert végétal disposant de l'eau en abondance. L'évapotranspiration réelle (ETR) correspond à la perte en eau d'un sol quand l'eau vient à manquer: l'ETR est fonction de l'ETP et de la quantité d'eau présente dans le sol.
ETP = k ( T/(T+15) ).(Rg+50) (mm/mois)
- T: température mensuelle moyenne
- Rg: radiation solaire globale
- k= 0,37 pour février
- k=0,40 pour les autres mois
Rg = Iga (0,18+0,62 h/H)
- Iga: radiation solaire directe en l'absence d'atmosphère
- h/H: durée réelle d'insolation/durée maximale possible (varie entre 1 et 0,1)
| Valeurs d'Iga | ||
| latitude nord | 40° | 50° |
| janvier | 364 | 222 |
| février | 495 | 360 |
| mars | 673 | 562 |
| avril | 833 | 764 |
| mai | 944 | 920 |
| juin | 985 | 983 |
| juillet | 958 | 938 |
| août | 858 | 800 |
| septembre | 710 | 607 |
| octobre | 536 | 404 |
| novembre | 390 | 246 |
| décembre | 323 | 180 |
TABLEAU B : Calcul de l'ETP par la formule de Turc.
TABLEAU C : Calcul de l'ETR par la formule de Turc (cette formule peut être utilisée lorsque les valeurs décadaires ou mensuelles de la température et des précipitations ne sont pas disponibles).
TABLEAU D: Bilan annuel calculé dans un site de Turquie.
L'ETP varie largement selon les régions et les périodes de l'année: dans le Bassin Parisien, elle n'est que de quelques mm dans un mois d'hiver mais peut atteindre 200 mm en juillet. La valeur moyenne de l''ETR en France correspond aux 3/5 des précipitations.
Les précipitations efficaces sont égales à la quantité d'eau apportée par les précipitations moins l'évapotranspiration réelle: c'est la quantité d'eau qui pénètre dans le sol et qui constitue la réserve utile; une partie descend vers la nappe quand la capacité maximale de la réserve utile est dépassée. Le cas de la neige est particulier. Initialement, l'humidification du sol, l'infiltration et le ruissellement sont nuls. L'évaporation a lieu sous forme de sublimation (passage directe de l'état solide à l'état gazeux). A la fonte, l'infiltration est importante car l'apport d'eau est lent. Le ruissellement est généralement faible; il est en revanche grand quand le sol est gelé en profondeur et s'oppose à l'infiltration.
L'étude du bilan hydrique a une grande importance pour les cultures industrielles. L'évaluation de la réserve utile du sol permet de décider de la nécessité de l'irrigation bien avant les signes de fanaison de la plante. Néanmoins, l'ETP est une valeur moyenne calculée pour une couverture végétale et un sol naturel qui ne correspond pas aux conditions particulières des terres de culture. Il faut tenir compte de l'espèce végétale cultivée et de son état de végétation. On module la valeur de l'ETP par un coefficient cultural kc peut être supérieur à 1 en période de pleine activité de la plante. Cette valeur de l'ETP sur terre cultivée est l'Evapo-Transpiration Maximale ou ETM.
ETM = ETP . Kc
Pour obtenir un rendement maximum, il faut que les plantes disposent toujours de suffisamment d'eau pour évaporer une quantité égale à l'ETM. Il faut donc compléter le volume d'eau apporté par les précipitations par des prélèvements au réseau de surface ou à la nappe. Cette pratique peut entraîner une surexploitation de la ressource si le volume supplémentaire prélevé est supérieur selon les cas au ruissellement et/ou à l'infiltration à la nappe.
TABLEAU E: Importance de l'évapo-transpiration dans le cycle de l'eau mondial.
| MOIS | OCT | NOV | DEC | JAN | FEV | MAR | AVR | MAI | JUIN | JUIL | AOUT | SEPT | TOTAL |
| P | 28.6 | 53.4 | 70.3 | 41.4 | 86.5 | 14.1 | 64.3 | 9,1 | 56,2 | 39,4 | 11,8 | 30 | 505,1 |
| ETP | 40.0 | 9.2 | 17.1 | 16.2 | 35.1 | 50.9 | 80.9 | 120.6 | 104.7 | 143.2 | 118,7 | 67,4 | 804 |
| P-ETP | -11.4 | 44.2 | 53.2 | 25.2 | 51.4 | -36.8 | -16.6 | -111.5 | -48.5 | -103.8 | -106.9 | -37.4 | -298.9 |
| RFU | 0.0 | 44.2 | 97.4 | 100.0 | 100.0 | 63.2 | 46.6 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 451.4 |
| transfert | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 22.6 | 51.4 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 74.0 |
| ETR | 28.6 | 9.2 | 17.1 | 16.2 | 35.1 | 50.9 | 80.9 | 55.7 | 56.2 | 39.4 | 11.8 | 30.0 | 431.1 |
Rambouillet, 1989-90 (modifié d'après Coulomb, 1992)
TABLEAU 1-F: Bilan hydrique à Reims (d'après Chiesi) et à Rambouillet (d'après Coulomb).