Impact des liaisons électriques souterraines en plein champ sur la température du sol et la croissance des cultures
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Impact des liaisons électriques
souterraines en plein champ sur
la température du sol et la
croissance des cultures
1
2
3 4
Tuteurs :
Jean ISOARD (RTE)
Alexandre IRLE (RTE)
Alexandra JULLIEN (AgroParisTech)
Stage de fin d’étude (2010)
Pauline BONNEVIOT
Remerciements :
Laetitia PASSOT, Jean ISOARD et Alexandre IRLE du service environnement réseaux de RTE.
Olivier SOULARUE, Frédéric LESUR et Jérôme HERREROS du département liaisons souterraines de
RTE. François FIANCETTE et Bertrand LOUSSOUARN du Groupe d’Ingénieries de Maintenance
Réseaux de Nantes. Axel GAYRAUD et Pierrick MICHEL de la chambre d’agriculture de Loire-
Atlantique. Bertrand ROUX de la chambre d’agriculture de la Sarthe. Alexandra JULLIEN, Liliane BEL et
Yves COQUET, enseignant chercheurs à AgroParisTech.
5
Photographies :
1. Mise en place d’une ligne souterraine (RTE)
2. Champ d’orge traversé par une ligne souterraine (P. Bonneviot, 06/2010) (Ligne dans l’axe de la perspective)
3. Bornes de signalisation sur la liaison Auvers-Sablé (P. Bonneviot, 04/2010)
4. Bornes de signalisation sur la liaison Cherré-Vibraye (P. Bonneviot, 04/2010)
5. Borne repère de la ligne Auvers-Sablé (P. Bonneviot, 04/2010)
SOMMAIRE
Abstract ___________________________________________________________________ 1
Résumé ___________________________________________________________________ 2
RTE enterre les lignes à haute et très haute tension________________________________ 3
I. LES ETUDES EXISTANTES MONTRENT QU’UN IMPACT
POTENTIELLEMENT IMPORTANT EST ENVISAGEABLE __________________ 5
1. Le développement des plantes peut être affecté par la présence des lignes _______ 5
2. Le déroulement des travaux peut être à l’origine d’impacts sur le sol et le
développement des cultures _______________________________________________ 6
3. Les LS en fonctionnement peuvent impacter les sols et les plantes de façon
permanente ____________________________________________________________ 9
II. PROBLEMATIQUE ET STRATEGIE : COMMENT DETECTER LES IMPACTS
DES LIGNES SUR LES CULTURES ? _____________________________________ 12
1. Deux enjeux pour l’étude ____________________________________________ 12
2. Les facteurs à étudier : quels indicateurs mesurer ? ________________________ 12
3. Comment mettre en évidence et expliquer un impact potentiel ? ______________ 13
III. MATERIEL ET METHODE : ETUDE COMPLETE DE DEUX PARCELLES ET
PARTIELLE DE DIX PARCELLES _______________________________________ 14
1. Etude complète de deux parcelles ______________________________________ 15
2. Protocole pour les dix parcelles étudiées partiellement _____________________ 19
4. Données qualitatives recueillies sur chaque parcelle _______________________ 21
5. Modèles statistiques associés aux mesures _______________________________ 22
IV. RESULTATS : UN IMPACT FAIBLE OU INEXISTANT _________________ 25
1. Dispositifs de mesures réellement mis en place ___________________________ 25
2. Résultats sur les parcelles en suivi complet : un impact faible ou inexistant _____ 26
3. Résultats sur les neufs parcelles en suivi partiel: des impacts faibles mais très
variables _____________________________________________________________ 36
V. LIMITES DE L’ETUDE ET PROPOSITION DE NOUVELLES MESURES
POUR CARACTERISER PLUS FINEMENT L’IMPACT _____________________ 40
CONCLUSION : Un impact globalement faible, à confirmer par de nouvelles mesures ____ 43
Bibliographie ______________________________________________________ 44
Annexes __________________________________________________________ 45
Vues aériennes de liaisons souterraines plein champ _______________________ 45
Récapitulatif temps, matériel et coûts ___________________________________ 47
Division de la France en 7 zones RTE __________________________________ 48
Localisation des 6 LS envisagées pour l’étude ____________________________ 48
Variations journalières de température du sol_____________________________ 52
Modèle de température, résultats R et analyses des résidus, parcelles 1 et 2 _____ 54
Evolution du nombre d’épis et de plantes en fin de cycle cultural, parcelle 1 ____ 57
Mesures de températures de surface ____________________________________ 58
Analyse des résidus de l’ANOVA sur la biomasse des parcelles en suivi partiel _ 59
Programmes R _____________________________________________________ 62
Photographies des échantillons ________________________________________ 66
Paysages au-dessus des lignes_________________________________________ 70
Mise en œuvre du protocole de mesures _________________________________ 74
Compléments d’informations sur les entretiens avec les agriculteurs __________ 78
Abstract
More and more often, people are opposed to the construction of aerial electric cables, to
protect landscapes. The solution is to bury it into the soil. This technology, available just for the 63kV
and 90kV power cable in France, is more expensive than the aerial is. To reduce the costs, the
optimization of the plan leads to go straight, so inevitably trough agricultural fields. Do the
underground power cable have any impact on crops ? What are the processes behind these impacts
? The existing qualitative studies mention the possibility of an important impact. This study led to
quantitative measures on cereals and corn. The actual impacts are far less important than what was
expected. Measures revealed an increase of 0.5 °C of the soil temperature around the cables. This
temperature increase turned out to be limited. As a result, the soil warming due to the cable proved
to be harmless to crops, but it can even be a favourable warm-up for them. Three out of eleven
studied plot show showed the line ha has a positive impact on crops development. For instance, in a
wheat plot, it was observed 600 ears per square meter above the electric line, and only 500 ears per
square meter elsewhere in the field. Somehow, some cases revealed a negative impact of the cables:
in one plot, the number of ears per square meters decreased by 20 per cent above the line. For the
other plots, no impact could be found. The line environment plays a big role in its impact, especially
the crop specie and the type of soil. In general, underground power cables have limited or
nonexistent impacts on cereals and corns. It could be interesting to measure soil temperature in
winter, when the gap between the cable temperature and the soil temperature is probably wider
(colder soil and warmer cable due to higher electric consumption). Different results could be found
diversifying the crop species, the kind of soil and line.
Keywords : Underground power cable / Environmental impact / Soil temperature / biomass
assessment / Yield
-1-
Résumé
Aujourd’hui, il existe une forte pression sociétale pour limiter la gêne liée aux lignes
électriques à haute et très haute tension. En particulier, l’enfouissement des lignes aériennes
existantes ou le recours à la construction de lignes souterraines pour les nouveaux ouvrages sont des
demandes couramment formulées à RTE, le gestionnaire du réseau de transport d’électricité
français. Afin de pallier au surcoût lié à la construction des ouvrages en souterrain, RTE cherche à
optimiser le tracé de ses ouvrages, notamment en passant en ligne droite. En zone rurale, RTE est
donc amené de plus en plus à passer à travers champs. Une question se pose alors : les lignes
souterraines à haute tension ont-elles des impacts sur les cultures ? Quels sont les facteurs à
l’origine de ces impacts ? Les quelques études qualitatives et de modélisation existantes montrent
que les impacts pourraient être importants. Cette étude a permis de vérifier sur le terrain et de façon
quantitative les effets réels des lignes souterraines sur céréales et maïs. Les impacts réels sont bien
moins importants que ceux pressentis, voire nuls. L’échauffement du sol par la ligne n’excède pas
0,5°C sur 1,5m de part et d’autre de la ligne, ce qui amène à des températures tout à fait viables et
même favorables au développement des plantes. Pour trois des onze parcelles étudiées, la présence
de la ligne s’avère positive à l’endroit de la ligne : sur une parcelle, il est observé 600 épis au mètre
carré sur la ligne, contre 500 dans le reste de la parcelle. Pour deux parcelles, elle est négative, avec
une diminution de 20% du nombre d’épis au mètre carré sur la ligne pour l’une et une diminution du
nombre de feuilles sur la ligne pour l’autre. Pour le reste des parcelles, aucun impact n’a pu être mis
en évidence. Les impacts, lorsqu’il y en a, sont très variables selon l’environnement de la ligne, le
type de culture, de sol. Globalement, les impacts des lignes souterraines à haute tension sur les
céréales et le maïs sont faibles voire inexistants. Il serait intéressant de refaire des mesures de
température du sol autour de la ligne en hiver, où l’échauffement doit être plus fort, et le sol plus
froid. De nombreuses autres cultures, sur des types de sols différents de ceux de l’étude, peuvent
présenter un impact plus marqué : sur des sols meubles, où les racines pénètrent en profondeur, la
présence de la ligne peut être plus marquée.
Mots clés : Ligne électrique à haute tension / Impact environnemental / Température du sol /
estimation de biomasse / Rendements
-2-
RTE enterre les lignes à haute et très haute tension
RTE est une entreprise à capitaux publics, filiale du groupe EDF. Elle est chargée de la gestion
du Réseau de Transport de l’Electricité : l’exploitation, la maintenance et le développement des
quelques 100 000 km de lignes à haute tension et très haute tension, de 63 000 Volts à 400 000
Volts. Depuis 2005, RTE s’est engagé auprès de l’Etat à mettre en souterrain au moins 30% du réseau
d’électricité français et surtout à ne pas accroitre le réseau aérien. Par exemple, lorsqu’une nouvelle
ligne aérienne est construite, une longueur équivalente de ligne aérienne est démontée ou mise en
souterrain. En 2009, 69% des nouvelles lignes haute tension 63 kV et 90 kV ont été construites en
souterrain 1 .
Pour la haute tension (63 kV et 90 kV), la mise en souterrain engendre un surcoût de 30% à
50% par rapport à la technologie aérienne. Pour la très haute tension (225 kV et 400 kV), le coût est
multiplié par 2 et jusqu’à 15 selon les technologies employées. Pour limiter le coût de la mise en
souterrain, une solution est de passer « tout droit ». Cela permet de limiter l’ampleur des travaux,
d’utiliser moins de câbles et de construire moins de jonctions entre ces câbles.
En ville, la technologie en souterrain est déjà beaucoup employée, notamment à Paris depuis
plus de 60 ans. En zone rurale, les lignes souterraines (LS) sont moins nombreuses et, jusqu’à très
récemment, étaient principalement installées sous les chemins. Ces tracés, suivant les axes publics
de communications, permettaient de limiter le nombre d’interlocuteurs lors de la mise en place du
projet. Mais depuis 2005, RTE favorise de plus en plus le passage des LS « tout droit », donc parfois à
travers champs. Cette nouvelle stratégie soulève de nouveaux défis pour les équipes projets de RTE,
notamment en termes d’acceptation des ouvrages par le milieu agricole. En particulier, RTE
n’indemnise pas les exploitants agricoles pour les parcelles à l’intérieur desquelles il construit des
lignes souterraines. En effet, en vertu d’un accord passé avec l’APCA et la FNSEA, il est
communément admis que les exploitants agricoles ne subissent aucun préjudice suite à l’installation
d’une ligne souterraine. Dans certaines situations, les réticences des agriculteurs, couplées à cette
absence d’indemnisation ont pu amener les Chambres d’Agriculture à déclarer préférer la
construction d’une ligne aérienne. Des études d’impact menées par RTE et des travaux de recherche
bibliographiques et de modélisation, réalisées par AgroParisTech, indiquent qu’une ligne en
fonctionnement peut impacter fortement les cultures (cf paragraphe I). Les photographies aériennes
des parcelles au-dessus des LS montrent que le questionnement est légitime et que d’éventuels
impacts sur les cultures sont possibles (cf Figure 1 et Annexe 1).
1
www.audeladeslignes.com (Blog de RTE)
-3-
Tracé visible
des travaux,
emplacement
réel de la
ligne
Tracé de la
ligne sur SIG
ANNEXE 4
Ligne 63kV Locmalo-Plouay. Mise en service : 2005 ; prise de vue : 2005.
Ligne 90kV Pleumartin-Preuilly. Mise en service 2005 ; Prise de vue : 2007.
Figure 1 : Photographies aériennes GoogleEarth surimposée avec le tracé des lignes du Système
d’Information Géographique de RTE.
Les protocoles d’accords actuels avec la profession agricole indiquent que « Lorsque la
profondeur du dispositif avertisseur (filet ou grillage) est supérieure à 0,80 mètres, l’exploitant ne
subit en général aucune gêne sensible et seul le propriétaire bénéficie alors d’une indemnité au titre
de la servitude. ». Cependant, aujourd’hui, il n’existe pas d’éléments précis et objectifs permettant
d’étayer ou d’infirmer cette affirmation. Dans un contexte de développement accru des ouvrages
souterrains « plein champ », RTE a décidé de vérifier sur le terrain l’impact des LS sur les cultures à
travers ce stage. Cette étude visera à répondre à plusieurs questions :
Les LS en fonctionnement normal induisent-elles une modification du développement des
cultures à l’aplomb et une perte de rendement pour les agriculteurs ? Si oui de combien et pendant
combien d’années ? Est-ce dû à l’échauffement du sol par les lignes à haute tension ?
-4-
Pour mener à bien ce projet, des connaissances agronomiques sur les sols et les cultures,
ainsi que sur les méthodes de mesure sont nécessaires, mais quasi absentes au sein de RTE. Des
connaissances de départ en agronomie ont permis l’élaboration d’un protocole pertinent et réaliste.
Le stage a nécessité la mobilisation d’un réseau d’appui pour la mise en œuvre des mesures et la
mise à disposition du matériel (Chambres d’Agriculture, AgroParisTech, INRA). Enfin les résultats
obtenus ont permis la proposition de perspectives pertinentes pour les éventuelles suites de l’étude.
A partir des informations existantes sur les impacts des LS, présentés dans la première partie, la
partie II explique la stratégie qui a été mise en place pour détecter un éventuel impact des LS. La
partie Matériel et Méthode présente le travail des premiers mois du stage, qui furent dédiés à la
conception du protocole et la préparation des analyses statistiques, le planning et la prise de contact
avec les différents acteurs (RTE, Chambres d’Agriculture, Agriculteurs). L’acquisition des données,
l’ajustement du protocole théorique aux situations pratiques, les analyses statistiques (voir partie
résultats) et la rédaction du rapport ont été réalisés au cours des trois derniers mois.
Trois comités de pilotage ont permis de suivre les avancées du travail, en rassemblant les
différents partenaires du stage : l’Assemblée Permanente des Chambres d’Agriculture, RTE et
AgroParisTech.
I. LES ETUDES EXISTANTES MONTRENT QU’UN IMPACT
POTENTIELLEMENT IMPORTANT EST ENVISAGEABLE
En respect de ses obligations légales, RTE réalise des études sur l’impact environnemental de
la grande majorité de ses projets. Ces études permettent d’évaluer a priori l’impact potentiel de
chaque nouvel ouvrage sur son environnement, et ainsi d’adapter les modalités de travaux pour
limiter ces impacts. Quelques ouvrages souterrains « plein champ » ont par ailleurs fait l’objet de
suivis spécifiques sur les quelques années ayant suivi leur mise en service.
1. Le développement des plantes peut être affecté par la
présence des lignes
Deux études d’impact indiquent des problèmes ponctuels de non repousse de la végétation
naturelle, un à deux ans après les travaux (DULAU et al., 2007 et 2009) [4] [5]. Sur les grandes
cultures, il est observé que « ponctuellement, la hauteur de la culture était très légèrement
inférieure » après un an, et encore plus ponctuellement après 2 ans de mise en service de la ligne
(DULAU et al., 2007). Une étude de RAYNAUD et KOUDINOFF (2008) mentionne des baisses de
rendements ponctuelles des cultures dans les années qui suivent les travaux [10]. Il conclue aussi que
« l’échauffement produit à proximité des câbles est sans effet notoire sur les rendements des
cultures. Il concerne seulement les végétaux situés à l’aplomb des câbles, aux racines profondes
(telles que la betterave ou le colza) et sur la surface d’emprise assez faible de la liaison ». BARREAU
et BARREAU (2008), notent dans une étude d’impact sur la ligne Locmalo-Plouay que les pertes de
production sur les cultures d’hiver (blé, orge, pois d’automne) sont inexistantes ou négligeables [1].
Les productions mises en place au printemps (maïs, orge de printemps), par contre, marquent la
présence de la ligne. Pour ces cultures, il estime des pertes de production comprises entre 25% et
50% sur une largeur de 8 à 10m l’année suivant les travaux. D’après lui, trois ans seraient nécessaires
pour que la situation initiale se rétablisse dans les sols sableux de Bretagne. Cette étude d’impact a
également noté une différence entre l’agriculture intensive, moins sensible aux effets de la ligne, et
l’agriculture extensive, plus impactée.
Quels sont les facteurs potentiellement à l’origine de ces impacts ?
-5-
2. Le déroulement des travaux peut être à l’origine d’impacts sur
le sol et le développement des cultures
Dans les protocoles d’accords entre l’APCA, la FNSEA et RTE, les dommages générés par les
travaux sont appelés « Dommages Instantanés ». Ils peuvent toutefois persister quelques années.
a. Déroulement d’un chantier de mise en souterrain d’une ligne à
haute tension
Lors de la mise en place d’une LS en plein champ, les premiers horizons de terre (30 à 40 cm),
appelés « terre végétale » (ou humus) sont mis en attente sur la largeur de la piste de chantier
(Figure 2). Une tranchée de 30 à 45 cm de large est creusée et la terre extraite est remise en place
après la pose des câbles. L’ouverture de la tranchée peut se faire avec des engins de chantier
traditionnels, dont le poids n’excède pas ceux des engins agricoles. Les câbles sont soit déroulés dans
la tranchée avec un engin portant les câbles enroulés, soit posés en barre près de la tranchée, et
descendus à la main dans le fond de la fouille (Figure 3). Un deuxième mode de pose, dit
« mécanisé », est réalisé avec une trancheuse conçue pour creuser la tranchée, enfouir les câbles et
remblayer en un seul passage, limitant ainsi la durée du chantier (Figure 4). La trancheuse est une
machine multi-fonctionnelle, plus lourde que les engins de chantier traditionnels.
Les câbles sont enfouis à 1 m de la surface, et le bas de l’ouvrage se situe au maximum à
1,50m de profondeur. Le remblai se fait avec la terre qui a été extraite. Elle peut subir un tassement
sur 20 à 30 cm au-dessus de l’ouvrage 2 . Le reste de la terre, et notamment les premiers horizons de
terre (30 à 40 cm), sont remis en place sans tassement. Malgré ces précautions, la structure du sol
est perturbée. Une étude théorique de modélisation, réalisée en 2009 par AgroParisTech, a mis en
évidence une possible augmentation de la chaleur du sol autour de la ligne, entrainant des effets
possibles sur la croissance du couvert végétal et les rendements.
Figure 2 : Terre végétale mise en attente
2
Recueil des solutions types des lignes souterraines, 2005 (document interne RTE) ; entretiens avec O.
SOULARUE, Ingénieur liaisons souterraines et B. GRENIER, chargé d’études Liaisons Souterraines.
-6-
Pose en tourets
Pose en barres (à la main)
Figure 3 : Pose traditionnelle d’une ligne souterraine en plein champ (photographies internes RTE)
Figure 4 : Pose mécanisée d’une ligne souterraine en plein champ (Recueil de Solutions Types, Partie IV p
45, document interne RTE)
b. Le sol subit des tassements lors des travaux, qui peuvent durer
plusieurs années
Une étude de DULAU et al. (2009) sur la ligne souterraine Cherré-Vibraye, relève la présence
de zones tassées au niveau de la piste de chantier. COQUET et al. (2008) envisagent également un
possible tassement du sol par les engins de chantier [4] [3]. Ils précisent que l’intensité du tassement
dépend de :
La nature du sol (qui détermine la sensibilité à la compaction)
La teneur en eau : plus un sol est humide, plus il est sensible à la compaction (si les
travaux sont fait en condition humide ou sèche…)
Des caractéristiques des engins (poids et surface portante, vitesse…)
Dans cette étude, il est estimé un délai de 2 à 4 ans de culture sans tassements pour que la
compaction initiale du sol soit retrouvée après un tassement.
La pose avec trancheuse permet de limiter la largeur de la piste de chantier, mais la
trancheuse, plus lourde que les engins traditionnels, peut induire un tassement du sol plus
important. La bande de chantier affectée par le passage des engins lors des travaux, peut-être large
de 6m à 12m, selon les conditions du chantier (BARREAU et BARREAU, 2008) [1]. Lors d’une pose
-7-traditionnelle, la piste de chantier se situe d’un côté de la fouille, donc la bande de tassement
également. Pour une pose mécanisée, la trancheuse enjambe la tranchée, induisant un tassement
équivalent des deux côtés de la tranchée.
Dans toutes les études d’impact, il est admis que des précautions particulières prises lors des
travaux permettent de réduire considérablement cet impact. RTE s’est engagé vis à vis de la
profession agricole, par exemple, à interrompre les chantiers en cas de forte pluie.
Pour mesurer le tassement, il faut mesurer la densité apparente du sol. D’après YORO et
GODO (1990), quatre méthodes permettent cette mesure in situ : la méthode au cylindre, la
méthode au sable, la méthode au densitomètre à membrane et la méthode par gammamétrie. Les
trois premières méthodes se basent sur la mesure du volume et du poids sec d’un échantillon de sol
[12] [13]. La méthode au cylindre permet le prélèvement d’un volume de sol connu dans un cylindre,
à l’aide d’un matériel spécifique3 . Pour la méthode au sable et au densitomètre, il faut de même
prélever un échantillon de terre pour le peser. Le volume est mesuré en comblant la cavité in situ
avec un volume mesuré de sable ou d’eau (respectivement suivant la méthode), de densité connue
(MUSY & SOUTTER, 1991) [15]. La gammamétrie est une méthode qui utilise les rayons gamma. Un
émetteur est disposé dans le sol. Le récepteur est placé dans le même horizon de sol, à 15 à 30 cm de
l’émetteur.
c. Le creusement d’une tranchée peut entraîner un décompactage et
du drainage
La tranchée peut avoir, selon la nature et la teneur en eau des sols, un effet drainant (bien
que moins important qu’un drain). L’effet tranchée s’estompe au cours du temps, bien que l’on ne
sache pas à quelle vitesse. Cet effet dépend beaucoup de la nature des sol, et peut donc avoir un
impact positif ou neutre sur les cultures selon si le sol est hydromorphe ou non (COQUET et al.,
2008). Les observations de DULAU et al. (2009) confirme que les sols sont généralement plus
humides au niveau de la tranchée, ce qui indique une circulation de l’eau préférentielle dans la
tranchée. RAIMBAUD et KOUDINOFF, en 2003, avaient déjà mentionné un possible effet drainant
dans les parcelles à forte pente.
Le décompactage se mesure de la même manière que le tassement : ces deux phénomènes
sont des modifications de densité apparente du sol.
Le drainage peut être estimé en comparant des mesures d’humidité du sol dans la tranchée
et ailleurs dans la parcelle. Les mesures d’humidité peuvent être réalisées en continu ou de façon
ponctuelle. Il existe deux types de mesures en continu : l’un est basé sur la propagation d’ondes
électromagnétiques et l’autre sur la propagation d’une source radioactive scellée de neutrons
rapides. Avec la méthode de mesure ponctuelle de l’humidité, il s’agit de prélever un échantillon de
terre à peser en frais, puis en sec après séchage à l’étuve, pour obtenir un taux d’humidité du sol.4
d. Plus de pierres en surface à l’endroit du chantier
Une étude d’impact mentionne la présence d’éléments grossiers en surface (DULAU et al.,
2009), ainsi qu’une absence ponctuelle de végétation due à une « remontée de cailloux » (DULAU et
al., 2007). Ce point fait l’objet d’un cahier des charges précis de RTE pour la conduite du chantier,
avec un broyage systématique des pierres extraites. Une importante question se pose alors : y-a-t’il
vraiment plus de pierres en surface à l’endroit de la tranchée ?
3
Mode opératoire de prélèvement d’échantillons de l’Unité de Recherche 272, INRA (référence MO-MET-12,
2008)
4
Entretiens avec Yves COQUET, enseignant-chercheur à AgroParisTech en sciences du sol.
-8-Une méthode d’estimation de la pierrosité de surface consiste à évaluer à vue un
pourcentage d’éléments grossiers à l’aide d’une grille.
3. Les LS en fonctionnement peuvent impacter les sols et les
plantes de façon permanente
Les impacts dus au fonctionnement de la LS sont classés dans les « Dommages Permanents »
dans les protocoles d’accord de RTE avec la profession agricole.
a. Les lignes à haute tension dégagent de la chaleur par effet Joule
Une ligne électrique à haute tension dégage de la chaleur par effet Joule. Le phénomène
d’échauffement des lignes électriques est donc directement et uniquement corrélé à la puissance
transitée par la ligne (P = RI²). Pour un ouvrage donné, la résistance est globalement invariante. Elle
est fixée lors du dimensionnement de la liaison et du choix des matériaux. La puissance, et donc
l’échauffement, varie donc avec le niveau de tension de l’ouvrage en particulier. Seule l’intensité
transitée (et donc in fine la consommation électrique) est un facteur de variation de la température
de la ligne. Les câbles ont été dimensionnés pour supporter une intensité maximale admissible en
permanence. D’après les ingénieurs de la division Liaisons Souterraines de RTE, la valeur disponible
qui représente le mieux l’échauffement d’une LS est en fait le pourcentage de l’intensité maximale
admissible en permanence en dessous de laquelle on se trouve 50% du temps (I/IMAP50). C’est donc
cette valeur qui sera prise en compte pour évaluer l’échauffement d’une ligne par rapport à son
transit.
Une augmentation de la température peut modifier la structure du sol, sa composition
chimique et le développement des racines et des parties aériennes de la plante. Toutefois, COQUET
et al. (2008) estiment qu’étant donné le dégagement de chaleur direct d’une ligne (60°C maximum)
peu d’impacts sont à prévoir sur la structure et la composition organo-minérale du sol.
La température du sol est fortement corrélée à la température de l’air et à ses propriétés
physico-chimiques. Un sol est caractérisé, entre autre, par sa résistivité thermique. La résistivité
thermique mesure la capacité d’un matériau à résister au passage de la chaleur ; elle s’exprime en
K.m/W. Il s’agit de l’inverse de la conductivité thermique. Ces deux grandeurs dépendent de la
composition en matière minérale et organique d’un sol, de la forme et de l’arrangement de ses
constituants, des liaisons entre ses particules (ou potentiel matriciel), ainsi que de la teneur en air
(ou porosité) (MUSY & SOUTTER, 1991). Les minéraux sont de bons conducteurs de chaleur (2,90
W/K/m en moyenne), tandis que les composées organiques ou l’air sont de mauvais conducteurs de
chaleur (respectivement 0,25 W/K/m et 0,023 W/K/m) (MUSY & SOUTTER, 1991). En l’occurrence,
plus un sol est « aéré », moins il conduit la chaleur.
La conductivité thermique du sol est une donnée prise en compte lors du dimensionnement
des ouvrages électriques souterrains, puisque la capacité de refroidissement du sol est un des
facteurs limitant le transit dans la ligne. Par exemple, un sol argileux sec a une résistivité thermique
d’environ 1,5 K.m/W, tandis qu’un sol sableux sec peut avoir une résistivité thermique de l’ordre de
0,7 K.m/W (cf Figure 5)5. RTE préfèrera donc un sol sableux, qui conduit mieux la chaleur qu’un sol
argileux, et qui permettra une évacuation de la chaleur plus efficace.
Un sol humide a une résistivité thermique plus faible que le même sol sec (cf Figure 5). En
hivers, le sol, humide, dissipera plus facilement la chaleur dégagée par les lignes qu’en été.
5
Chiffres tirés de Problématique de l’environnement thermique des liaisons souterraines, thématique présentée
lors du Séminaire Sol par Frédéric LESUR, du département liaisons souterraines.
-9-Figure 5 : Conductivité thermique de différents types de sols (en W/K/m) en fonction de la teneur en eau
(MUSY & SOUTTER, 1991)
Par ailleurs, si la ligne dégage une chaleur qui dessèche son environnement, la résistivité
thermique du milieu augmente, et la chaleur n’est plus dissipée aussi efficacement. Un phénomène
d’emballement thermique peut alors apparaître : le câble chauffe et dessèche son environnement
qui ne dissipe plus assez rapidement la chaleur produite ; la température augmente trop fortement
et le câble est endommagé.
Pour éviter les cas d’emballement thermique, les ouvrages sont dimensionnés en prenant en
compte les caractéristiques thermiques des milieux qui entourent la ligne et ce à l’aide de deux
logiciels utilisés par RTE : PRISCADE et FLU 2D. Ils permettent, à partir de données de transit, de
modéliser la complexité des échanges thermiques au sein des câbles et des fourreaux et de
déterminer la température dégagée par la ligne. Ils utilisent la norme internationale pour calculer les
capacités de transport en régime permanent6, et modélisent la température dissipée par diffusion
dans le milieu environnant. Les résultats sont présentés sous forme d’isothermes autour d’une coupe
transversale de la LS, avec un gradient décroissant de température en s’éloignant de la LS. Les
résultats obtenus par modélisation avec ces logiciels sont erronés lorsque le milieu est aussi
complexe que le sol. Ces modèles, par exemple, ne prennent pas en compte l’existence de différents
horizons de sols et les flux d’eau dans le sol.
Une étude de modélisation de la température autour de la ligne a été réalisée par BOUCHON
et al. en 2009 [2]. Les objectifs étaient de déterminer la distance minimale à la ligne au-delà de
laquelle la température du sol n’est pas létale pour les cultures. Le logiciel utilisé, HYDRUS, permet
des modélisations en deux dimensions du système hydrique sol-plante, en calculant les transferts de
chaleurs et les flux d’eau. Le câble a été considéré comme une source de chaleur constante de 55°C à
60°C, ce qui correspond à l’échauffement provoqué par le transit maximal admissible en
permanence. Différentes situations ont été simulées, en faisant varier le milieu physique environnant
(le type de sol, la température à l’interface fourreaux/sol, le potentiel matriciel et la température du
sol initial, la température de l’air, les précipitations) et l’environnement végétal de la ligne :
l’évapotranspiration, le couvert végétal. Pour un sol limoneux avec un couvert végétal de luzerne, la
modélisation avec HYDRUS donne une température de 27°C à 30cm de profondeur et de 44°C à 1m
de profondeur à une distance de 50cm de la LS (température initiale du sol fixée à 15°C). Ces
résultats montrent que « les LS peuvent causer un impact dommageable aux plantes sur une distance
6
IEC 60287-2-1 (2001-11) Electric cables - Calculation of the current rating. Part 2-1: Thermal resistance -
Calculation of thermal resistance
- 10 -de un à trois mètres de part et d’autre de la LS. ». Les modélisations ont été réalisées un transit
constant maximal dans la ligne, ce qui entraîne une température de 60°C en hivers et 55°C en été à
l’interface entre le sol et les fourreaux contenant les câbles. Nous verrons que cette hypothèse est
erronée, puisque les lignes électriques ne transitent jamais de manière permanente le courant
maximal admissible d’un point de vue technique. La température à l’interface sol/fourreaux en
fonctionnement normal est de l’ordre de 30°C.
b. Les champs magnétiques et électriques sont écartés de l’étude
Le champ magnétique à 1m de la surface du sol à l’aplomb d’une LS est au maximum de 9
μT. Les études existantes sur l’impact des champs magnétiques sur les plantes montrent que de forts
champs magnétiques (entre 30 et 250 mT) appliqués durant des laps de temps courts (15s) ont des
effets positifs sur la germination et la croissance des plantes [6][7][8]. L’effet de très faibles champs
magnétiques sur le long terme n’a pas été étudié. Toutefois, compte tenu de la très faible intensité
du champ magnétique émanant des LS et sachant qu’il décroit très vite avec la distance à la ligne
(avec le carré de la distance), son impact sur les plantes devrait être négligeable. Ce paramètre ne
sera pas pris en compte dans l’étude.
Il n’y a pas de champ électrique émanant de la LS, du fait d’un blindage spécifique aux
liaisons souterraines.
c. Variation de l’impact en fonction du type de sol
COQUET et al. (2008) classent les sols en quatre catégories pour lesquelles les impacts
peuvent être différents : les sols sains (par exemple de limons profonds), pour lesquels les impacts
négatifs, liés aux travaux, peuvent être facilement évités ; les sols hydromorphes, où la ligne peut
avoir des effets positifs sur son environnement proche, mais les travaux risquent d’impacter
fortement le sol ; les sols superficiels, où la ligne pourrait avoir un effet globalement neutre ; les sols
acides, où des effets positifs et négatifs sont couplés. En 2007, DULAU et al. avaient déjà remarqué la
différence d’impact sur les sols sains et les sols hydromorphes (Ligne Locmalo-Plouay). D’autres
observations sur le terrain en 2009 confirment que l’impact semble quasi-nul sur les sols bien
drainants (DULAU et al., 2009, Sur la ligne Cherré-Vibraye).
CONCLUSION SUR LES FACTEURS POUVANT IMPACTER LE DEVELOPPEMENT DES PLANTES A
L’APLOMB DES LS :
Facteurs éventuels Nature du dommage Caractéristiques à mesurer
Tassement du sol Semi-Permanent Densité apparente du sol
Décompactage du sol Semi-Permanent Densité apparente du sol
Drainage par la LS Permanent ou Semi-Permanent Humidité du sol
Présence de pierres en Estimation de la pierrosité de
Instantané ou Semi-Permanent
surface surface
Echauffement du sol Permanent Température du sol
- 11 -II. PROBLEMATIQUE ET STRATEGIE : COMMENT DETECTER LES
IMPACTS DES LIGNES SUR LES CULTURES ?
1. Deux enjeux pour l’étude
Les études théoriques de modélisation de la température font suspecter un important effet
température, néfaste voire létal pour les plantes. Toutefois, certaines hypothèses des modèles sont
erronées. De plus, pour les trois logiciels, les modèles réalisés sont valables pour un régime
permanent, où l’échauffement (et donc le transit) dans la LS serait constant et où les conditions
d’humidité et de porosité du sol seraient invariants. Ces modèles sont à valider par des mesures in
situ des gradients de température et des impacts sur les plantes. Si les modèles sont vérifiés et des
impacts effectivement observés sur les plantes, il faudra réfléchir aux mesures à prendre pour
réduire ces impacts. Dans le cas contraire, il faut revenir aux logiciels pour les paramétrer à nouveau,
afin d’optimiser les prédictions réalisées.
Les études bibliographiques montrent que d’autres facteurs peuvent impacter les cultures :
le tassement, l’effet drainant, le décompactage, la présence de pierres. Quelle est la part de ces
facteurs par rapport à l’effet température ? Comment établir un diagnostic sur l’impact de la ligne ?
2. Les facteurs à étudier : quels indicateurs mesurer ?
Comment mettre en évidence un éventuel impact des lignes souterraines sur les grandes
cultures ? S’il est avéré, comment expliquer cet impact ? Comment déterminer quels facteurs sont à
l’origine de cet impact potentiel ? Quels sont en conséquence les possibilités de diminuer cet impact
potentiel ?
Les recherches bibliographiques montrent que l’échauffement du sol est un facteur
potentiellement très impactant lors du fonctionnement de la LS. L’étude se focalisera sur les mesures
de température du sol autour de la ligne, étant donné son importance potentielle pour les
agriculteurs et pour RTE.
Le tassement peut s’avérer assez important selon les types de sols et les conditions dans
lesquelles ont été réalisés les travaux. Toutefois, aucune mesure de tassement ne sera effectuée
dans cette étude, étant donné la difficulté de la mise en œuvre et le matériel nécessaire. Des relevés
seront faits sur des LS plus ou moins récentes, afin de déterminer le temps nécessaire après les
travaux pour un retour à la normale de la structure du sol.
Pour évaluer l’effet drainant, potentiellement impactant, il faut réaliser des mesures
d’humidité, qui ne pourront pas être mises en place dans le temps imparti. Le décompactage du sol
au niveau de la tranchée se mesure, comme le tassement, par des méthodes trop lourdes à mettre
en place au cours de cette étude.
La pierrosité de surface potentiellement plus importante au niveau de la tranchée peut être
facilement et rapidement mesurée grâce à des grilles d’estimation d’éléments grossiers.
Le temps imparti pour l’étude est trop court pour pouvoir réaliser des études de sol, mais
une enquête auprès des agriculteurs permettra d’avoir une première idée du type de sol.
Les impacts potentiels retenus pour cette étude sont :
Un échauffement du sol dû au dégagement de chaleur de la LS. L’échauffement du
sol est envisageable jusqu’à 3m de part et d’autre de la ligne (BOUCHON, 2009). Avec
la précision de localisation, l’effet température sera considéré sur une bande de 6,80
m. Au-delà, l’effet température est considéré inexistant.
Un effet de tassement dû au passage des engins de chantier lors des travaux, qui
diffère selon le mode de pose.
- 12 - Un effet dû à la perturbation de la structure du sol lors des travaux, appelé « effet
tranchée », sur une largeur de 30 cm à 45 cm. (l’effet tranchée combine l’effet
drainant et le décompactage).
Ces impacts possibles interviennent à des distances différentes de la ligne. Cette dernière
peut être localisée à 20cm près avec un compteur de champs magnétiques 50Hz.
Pose traditionnelle
Légende :
Fourreau PEHD
Câble électrique
Ame du câble
Echelle non respectée sur les schémas
Pose mécanisée
Figure 6 : Emprise théorique des différents impacts possibles des LS
3. Comment mettre en évidence et expliquer un impact
potentiel ?
Pour RTE, l’objectif premier de cette étude est de déterminer si les LS peuvent causer des
préjudices aux agriculteurs, donc si les rendements sont impactés par les LS. L’étude cherchera donc
à évaluer les rendements en grains et l’indice de récolte (masse sèche des grains divisée par la
masse sèche totale de la plante). Ces deux variables sont influencées par la germination et le
développement végétatif de la plante dans un premier temps, puis par le développement et le
remplissage des grains. Des mesures sur ces paramètres donnent donc des indications sur ces deux
variables d’intérêt. A chaque stade de développement de la plante, il est possible de mesurer des
indicateurs pour caractériser le développement : le nombre de pieds donne des indications sur le
taux de germination, le nombre de tiges et de feuilles sur le développement végétatif des plantes, la
hauteur du couvert végétal donne une estimation de la croissance et les mesures d’humidité des
grains renseignent de façon indirecte sur le stade de maturation des plantes. Avant la récolte, il est
possible de peser en frais et après passage à l’étuve des échantillons de plante. La pesée de matière
fraîche et sèche nécessite des prélèvements destructifs, mais permet de conforter les observations
de biomasse. Pour connaître de façon précise les impacts sur chaque étape du développement des
- 13 -plantes, il est possible de réaliser un suivi en dynamique des mêmes échantillons de plantes, en
mesurant à chaque stade de développement les estimateurs de biomasse décrits précédemment. Les
mesures en dynamiques, plus lourdes à mettre en œuvre, permettent toutefois de mieux
comprendre l’impact sur le développement de la culture et la formation des rendements.
Pour expliquer les impacts sur les plantes, les trois facteurs retenus pour cette étude (cf II.1.)
doivent être mesurés :
L’effet température pourra être apprécié en mesurant la température du sol en différents
endroits autour de la ligne, pour notamment construire des courbes de température du sol en
fonction de la distance à la ligne. Il sera ensuite possible de paramétrer les logiciels PRISCADE et FLU
2D utilisés par RTE afin de retrouver la situation observée. Cela permettra d’évaluer ensuite
l’échauffement du sol en hiver, de déterminer un seuil de transit à partir duquel il n’y a pas
d’échauffement du sol, ou encore comparer avec les résultats obtenus par BOUCHON en 2009 avec
le logiciel HYDRUS.
Les effets tassement et tranchée seront évalués indirectement, à travers les estimations de
biomasse. En effet, l’influence des différents facteurs varie selon la distance à la ligne (cf. schéma). Il
est donc possible, en choisissant pertinemment les points de mesures effectués, de faire des
estimations de biomasse à des endroits où les facteurs n’influent pas tous sur le couvert végétal. En
se situant au niveau de la tranchée, les effets température et tranchée seront présents, mais pas
l’effet tassement. A deux mètres, l’effet température sera peut-être faible voire nul, et l’effet
tassement sera présent. A cinq mètres de la ligne, on ne retrouve que l’effet tassement seul pour une
pose traditionnelle. Pour une pose mécanisée, il n’y a plus ni effet tassement ni effet température à
cinq mètres de la ligne. Enfin, pour les deux modes de pose, les mesures effectuées à 15m sont
considérées comme des témoins, non impactés par les travaux et le fonctionnement de la LS. Les
mesures en fonction de la distance à la ligne permettront donc d’estimer indirectement la part de
l’effet tranchée et du tassement. Cette méthode permettra de délimiter la zone de culture
éventuellement affectée par la LS. Elle nous permettra également de déterminer la contribution
particulière de chaque facteur à l’impact total de l’ouvrage.
Certaines des mesures évoquées sont assez coûteuses et ne pourront donc être réalisées que
sur un nombre limité de parcelles. Les mesures de rendement, le suivi en dynamique du couvert et
les mesures de température ne seront effectuées que sur deux parcelles.
Afin d’avoir un aperçu de la diversité des réponses et des effets, une plus large gamme de
situations sera étudiée : cultures différentes, types de sols différents, lignes électriques d’âges
différents et de transits différents. Dix parcelles seront étudiées selon ce protocole plus léger : les
mesures ne seront effectuées qu’au-dessus de la ligne et à 15m. Sur ces données seront effectuées
des tests de comparaisons entre les résultats obtenus sur la ligne et à 15m.
Pour toutes les parcelles, des entretiens avec les agriculteurs permettront de mieux
comprendre les éventuels impacts mesurés et peut-être d’en découvrir l’origine, voire de se rendre
compte d’impacts non observés sur le terrain.
Enfin, il s’agira d’expliquer les variations observées sur les plantes par les modifications
subies par le milieu et l’environnement initial.
L’expérience sera donc menée à deux niveaux :
2 parcelles feront l’objet d’un suivi complet (température du sol, estimations de la biomasse
et mesures de rendements)
10 parcelles seront étudiées partiellement (estimations de biomasse uniquement)
III. MATERIEL ET METHODE : ETUDE COMPLETE DE DEUX PARCELLES
ET PARTIELLE DE DIX PARCELLES
- 14 -Ce protocole a été réalisé a priori, sans connaissance préalable des conditions de terrain. Il en
découle une certaine différence entre ce protocole théorique et celui effectivement réalisé. Les
écarts entre le protocole théorique et celui réellement mis en place sont expliqués au début de la
partie IV des résultats. En annexe sont résumés le temps et le matériel nécessaire, ainsi que le coût
de ce protocole.
1. Etude complète de deux parcelles
Deux parcelles feront l’objet de mesures en fonction de la distance à la ligne, afin de
construire des courbes de réponse en fonction de cette distance. Cette démarche a pour objectif de
déterminer la surface éventuellement impactée par la présence et la mise en place de la LS, les
facteurs à l’origine de chaque impact et la part de chacun : l’augmentation de température, le
tassement lors des travaux et/ou l’effet tranchée. Dans un premier temps, une seule parcelle est
choisie pour faire les premiers relevés de température, et selon les résultats obtenus, il sera fait
ensuite le choix de la deuxième parcelle. La première parcelle doit être traversée par la ligne qui
transite le plus, donc qui est susceptible d’échauffer le plus le sol. Si un échauffement du sol est
observé autour de cette ligne, la deuxième parcelle sera choisie sur une LS qui transite moins de
courant, afin d’estimer la relation entre l’intensité du courant transité et l’échauffement du sol
alentour. Dans le cas où la première parcelle ne présente pas d’échauffement du sol près de la LS, il
sera envisagé de mesurer la température dans une parcelle ayant un type de sol qui conduit mieux la
chaleur, ou bien une parcelle où la culture est plus exigeante en eau. Dans les deux cas, l’objectif sera
de choisir une parcelle où il est susceptible d’y avoir un échauffement du sol significatif. Il sera
également envisagé de choisir la deuxième parcelle sur une ligne plus ancienne, sur laquelle le
tassement se sera estompé.
Il est indispensable de savoir localiser sur ces parcelles la zone qui a subit le tassement dans
le cas d’une pose traditionnelle (tassement asymétrique par rapport à la LS). Sur ces parcelles, on
réalise des mesures sur les facteurs à expliquer (rendement et biomasse) et sur un facteur explicatif :
la température.
a. Mesures de température pour évaluer l’échauffement réel du sol
Un relevé de température doit être réalisé sur une zone assez vaste, pour pouvoir vérifier sur le
terrain la surface concernée par un échauffement du à la LS. En effet, aucune mesure de
température de sol n’a été effectuée autour des ouvrages existants. Il s’agit donc de déterminer si
sur le terrain, la température peut effectivement avoir un effet sur les cultures.
Les mesures de température s’effectuent selon un transect perpendiculaire à la LS. Quatre
points de mesures sont réalisés sur ce transect : un relevé à l’aplomb de la LS (effet température et
tranchée cumulés), un à 2m de la LS (effet température et tassement cumulés), un à 5m (effet
tassement seul) et un à 15m (témoin : pas d’impact de la LS). Les mesures sont prises à 30 cm de
profondeur (densité maximale des racines dans les 30 premiers centimètres de sol) et à 1m de
profondeur (enracinement maximal des racines, faible variation journalière de la température), sauf
au-dessus de la LS, où pour des raisons de sécurité, le second capteur sera installé à 0,80m. Une
mesure de la température de l’air est effectuée au-dessus de la LS et à 2m.
On relève également le transit de la LS lors des journées de mesure (données
confidentielles).
- 15 -Vous pouvez aussi lire
