Capteur de flux thermique : l'effet des variations de température du sol sur son flux thermique

Les capteurs de flux thermique du sol sont des appareils instrumentaux principalement utilisés pour mesurer le bilan énergétique du sol et la conductivité thermique de la couche de sol.

Le flux de chaleur est un paramètre important décrivant le bilan thermique du sol, qui est l'une des composantes essentielles du bilan énergétique de surface. Ses variations ont un impact majeur sur le couplage eau-chaleur du sol, le changement climatique et la production agricole. Lorsque la surface du sol absorbe l'énergie solaire, la chaleur est transférée aux couches plus profondes par conduction moléculaire, ce qui augmente la température des couches inférieures. Inversement, la chaleur est exportée vers l'extérieur des couches plus profondes lorsque la surface du sol se refroidit et que la température baisse en dessous des couches profondes.

L'état thermique du sol s'exprime en termes de température, qui n'est pas en soi une propriété physique du sol. La température du sol est l'un des facteurs les plus importants affectant le climat forestier et est étroitement liée à la croissance des plantes. En général, la température optimale du sol requise par les racines des plantes est de 20 à 25 °C. Des températures du sol trop élevées ou trop basses affecteront la croissance des racines forestières. Les différents types de végétation et les conditions du terrain déterminent les variations de température du sol. La température du sol affecte directement la transpiration des plantes, la respiration et l'absorption racinaires, l'infiltration du sol et la vitesse de dissolution de divers sels minéraux dans la solution du sol, affectant ainsi la croissance des forêts.

Les propriétés thermiques du sol sont des propriétés physiques qui influencent le flux thermique et les variations de température. Elles comprennent principalement la conductivité thermique, la capacité thermique et le coefficient de diffusion thermique. Sous un certain gradient de température, l'intensité des échanges thermiques dépend de la conductivité thermique du sol. L'amplitude du coefficient de conductivité thermique dépend des propriétés morphologiques du contact entre les particules du sol et de sa teneur en eau.

Le flux thermique des sols forestiers est principalement influencé par la végétation et la température du sol. Ce flux est faible car la surface des sols forestiers est souvent recouverte d'une épaisse couche de feuilles mortes. Parallèlement, l'absorption et la réflexion du rayonnement solaire par la végétation influencent également la répartition du flux thermique à la surface des sols forestiers.

Le flux thermique des sols agricoles est influencé par divers facteurs, tels que le type de culture, l'état hydrique et la nature du sol. La variabilité des flux thermiques dans les champs agricoles varie selon les cultures. Par exemple, la distribution du flux thermique diffère entre les champs de blé et de maïs. Le flux thermique dans les terres agricoles augmente avec l'humidité du sol, mais diminue lorsque celle-ci dépasse une certaine limite.

Les caractéristiques des variations du flux thermique varient selon les types de sols, et ces variations sont influencées par divers facteurs. Par exemple, le flux thermique des sols humides est plus élevé que celui des sols secs ; celui des sols forestiers est plus faible ; celui des sols agricoles est influencé par l'humidité et le type de culture ; celui des sols de prairies par le type de végétation et de couverture végétale.

Comprendre les caractéristiques des changements de flux de chaleur dans différents types de sols permet de mieux étudier le processus de couplage eau-chaleur du sol, le changement climatique, la production agricole et d’autres problèmes.