Et si quelques photos suffisaient à mesurer la densité d’un sol ?

La densité apparente : une propriété clé pour comprendre les sols 

Creuser un trou dans le sol, peser la terre, calculer un volume… Derrière ces étapes relativement simples se cache l’une des mesures les plus importantes pour les scientifiques du sol : la densité apparente. Elle correspond à la masse de la terre ramenée au volume qu’elle occupe. Cette valeur renseigne sur la structure du sol et sur les espaces vides qu’il contient. Ces « pores » jouent un rôle essentiel : ils permettent à l’eau de circuler, aux racines de se développer et à l’air de pénétrer dans le sol. Cette information est également indispensable pour estimer la quantité de carbone stockée dans les sols, un enjeu majeur dans les recherches sur le climat. Malgré son importance, la densité apparente du sol reste difficile à mesurer de manière fiable et rapide. Les méthodes classiques demandent du temps et peuvent devenir impraticables dans certains types de sols, notamment ceux riches en cailloux.

Des méthodes traditionnelles parfois limitées

La technique de référence consiste généralement à prélever un échantillon de sol avec un cylindre métallique dont le volume est connu. L’échantillon est ensuite séché et pesé afin de calculer la densité. Mais cette approche montre rapidement ses limites. Dans les sols pierreux, le cylindre peut dévier ou comprimer la terre, ce qui fausse les mesures. Dans certains cas, il devient même impossible de l’enfoncer correctement et la mesure au cylindre n’est donc pas faisable. 

Une autre méthode consiste à creuser un petit trou dans le sol puis à mesurer son volume à l’aide d’un ballon en caoutchouc rempli d’eau ou en remplissant le trou avec du sable normé. Cette technique fonctionne mieux dans les sols caillouteux, mais elle peut surestimer le volume du trou, ce qui conduit à des valeurs de densité plus faibles que la réalité. Elles sont surtout beaucoup plus lourdes que la méthode au cylindre et nécessitent de décaisser tout le sol situé au-dessus de la zone où l’on fait la mesure.

Reconstituer un trou en 3D grâce à des photos

Pour contourner ces difficultés, les chercheurs de l’UMR LISAH ont testé une approche issue de la photogrammétrie appelée Structure from Motion (SfM). Le principe est simple : prendre une série de photographies d’un objet sous différents angles afin de permettre à un logiciel de reconstruire un modèle tridimensionnel très précis. Dans leur expérience, les scientifiques creusent une petite excavation dans un profil de sol, prennent plusieurs photos avant et après avoir retiré la terre, puis utilisent un logiciel qu’ils ont développé pour reconstituer la forme du trou en trois dimensions. Le volume exact de la cavité peut alors être calculé automatiquement. En combinant ce volume avec la masse de la terre prélevée, il devient possible de déterminer la densité du sol, sans dépendre d’outils mécaniques difficiles à utiliser.

Des tests sur des sols très différents

Pour vérifier la fiabilité de cette méthode, les spécialistes l’ont testée sur dix horizons de sol situés dans plusieurs sites du sud de la France. Les sols étudiés présentaient des caractéristiques très variées : textures différentes, profondeurs variables et une proportion de pierres allant de presque zéro à plus de 70%. Les résultats montrent que la photogrammétrie fournit des mesures de densité très proches de celles obtenues avec la méthode de référence, tout en restant applicable dans des conditions où les techniques classiques deviennent difficiles. La méthode s’est révélée particulièrement robuste dans les sols riches en cailloux, où les prélèvements au cylindre sont souvent impossibles.

Et demain, des mesures avec un smartphone ?

Les chercheurs ont également testé un capteur laser léger appelé flash LiDAR, capable de scanner l’environnement en trois dimensions. Les résultats se sont révélés moins précis que ceux obtenus avec les photographies, principalement en raison de la résolution limitée du capteur utilisé. Cependant, les auteurs soulignent que l’évolution rapide des capteurs et des appareils photo — notamment ceux intégrés dans les smartphones — pourrait bientôt rendre ces techniques encore plus simples à utiliser. Dans un futur proche, un téléphone pourrait suffire pour mesurer la densité d’un sol directement sur le terrain.

Pour les spécialistes, disposer de mesures plus rapides et plus fiables pourrait changer la donne. Les bases de données sur les sols manquent encore de nombreuses informations sur la densité, notamment parce que les méthodes actuelles sont longues à mettre en œuvre. En facilitant ces mesures, la photogrammétrie pourrait améliorer la compréhension de la structure des sols, affiner les estimations de stockage du carbone et aider à mieux gérer les terres agricoles. Parfois, une innovation simple — comme prendre des photos d’un trou dans le sol — peut ouvrir la voie à de nouvelles façons d’observer la planète.

Voir la méthode de photogrammétrie en vidéo