Comprendre la conductivité thermique des sols
La conductivité thermique d'un sol mesure le flux de chaleur qui traverse les particules qui le composent. Elle dépend principalement de la teneur en eau et varie considérablement d'un type de sol à l'autre. En physique des sols, les propriétés thermiques décrivent la manière dont la chaleur se propage dans le sol par conduction, convection et rayonnement. La conductivité thermique s'exprime en watts par kelvin par mètre (W·K⁻¹·m⁻¹).
Facteurs influençant la conductivité thermique des sols
De nombreux facteurs influencent le flux de chaleur dans le sol. Les plus déterminants sont la teneur en humidité et la densité sèche. D'autres paramètres jouent un rôle secondaire : le type de sol ou sa composition minérale, la température, la texture et le temps.
Le sol est constitué de particules de roche altérée, d'eau et d'espaces vides (les pores). Ces espaces vides jouent un rôle essentiel dans la conduction thermique. Ils ne sont jamais réellement vides comme dans le vide absolu : ils contiennent toujours de l'air ou de l'eau. L'air est un mauvais conducteur de chaleur, car ses molécules gazeuses sont éloignées les unes des autres et n'entrent pas en contact physique. L'eau, en revanche, est un excellent conducteur thermique : étant liquide, elle assure un meilleur contact entre les particules dans les pores du sol. L'énergie calorifique se transmet à travers ce milieu poreux jusqu'à atteindre les particules solides, qui absorbent puis transfèrent l'énergie thermique.
Humidité du sol et densité sèche
La consolidation du sol détermine sa densité sèche. Plus le sol se compacte, plus les espaces vides se réduisent et plus l'air est expulsé. Avec une consolidation accrue, l'eau pénètre dans les pores plus étroits et le sol devient plus saturé à mesure que sa densité augmente. Ainsi, lorsque l'humidité ou la densité du sol augmente, sa conductivité thermique s'accroît également. La saturation décrit la quantité d'eau présente dans le sol : un sol non saturé contient encore de l'air dans ses pores et présente donc une conductivité thermique inférieure à celle d'un sol saturé. Quant à la densité sèche, elle correspond à la masse de particules de sol par unité de volume et reflète le degré de contact entre ces particules.
Teneur en humidité du sol
À mesure que le niveau de saturation d'un sol augmente, sa conductivité thermique progresse aussi. À faible saturation, l'humidité n'enrobe que partiellement les particules du sol. Avec davantage d'eau, les espaces entre les particules commencent à se remplir et la conductivité thermique continue de monter. Lorsque le sol approche 100 % de saturation, les pores se remplissent complètement et le flux de chaleur atteint son niveau maximal pour cet échantillon. Un sol totalement saturé présente une conductivité thermique proche de celle de l'eau pure.
Types de sols et composition
Il existe plusieurs types de sols : graviers, sables, limons, argiles, ainsi que les sols riches en matières organiques ou en tourbe. L'état gelé ou dégelé de ces sols influence également leur conductivité thermique. Plus la teneur en matière organique augmente, plus la conductivité thermique diminue généralement, car les éléments organiques conduisent mal la chaleur. Toutefois, la tourbe en décomposition libère de la chaleur au cours de ce processus, ce qui explique pourquoi les tourbières peuvent être particulièrement chaudes.
Même si un sol présente une teneur en humidité élevée, cela ne signifie pas nécessairement qu'il se réchauffera plus vite qu'un sol sec. L'évaporation joue un rôle important en dissipant une grande partie de l'énergie solaire avant que le sol puisse chauffer. Les sols secs se réchauffent donc plus rapidement sous le soleil, mais refroidissent aussi plus vite la nuit. Inversement, les sols à forte teneur en humidité perdent leur eau par évaporation et montent moins vite en température durant la journée, mais ils refroidissent plus lentement la nuit grâce à cette réserve d'humidité.
Autres facteurs à prendre en compte
En agriculture, le microclimat du sol qui nourrit les semences est déterminé par la conductivité thermique du sol et sa teneur en humidité. Ces deux paramètres conditionnent la croissance et le développement précoce d'une culture. Le microclimat influence la germination des graines, la croissance des plantules et l'implantation générale de la culture. Des recherches ont montré qu'augmenter le pourcentage de matière organique dans le sol réduit sa conductivité thermique. Dans les régions chaudes, l'ajout de paillis ou d'autres amendements organiques aide ainsi à protéger les semences des températures excessives.
Source : https://jardin.98905.com/landscaping-outdoor-building/overall-landscape-planning/1007095078.html