Activité biologique du sol – Dispositif Capbiosol- 1ère évaluation

Héliantis Humanis a imaginé un dispositif simple de mesure de l’activité biologique du sol , le «capbiosol» (pour CAPteur de l’acivité BIOlogique du SOL – Voir l’article). Dans son expérimentation «Couverture hivernale du sol»  (voir l’article), elle a opéré a un premier prélèvement d’un «capbiosol» pour vérifier le niveau d’activité biologique actuel  et déterminer le moment le plus favorable pour récupérer les capteurs dans les différents traitements pour mesurer leur rôle dans l’activité biologique des sols.  A cette fin, 5 capteurs ont été enfouis à 10 cm de profondeur dans une parcelle du dispositif expérimental non utilisée dans l’expérimentation. Ces capteurs ont été installés le  23 octobre, donc 3 mois avant le prélèvement du 1er (effectué le 22 janvier).

Premières observations

Le capteur prélevé témoigne d’une certaine activité biologique (image 1) mesurée par la dégradation du tissu de coton. Il a pu être récupéré apparemment sans perte de matière. Le maillage dense du grillage qui enserre le tissu en coton (10X10 mailles de 12mm), et l’épaisseur de ce dernier évitent apparemment toute dégradation qui n’est pas due à l’activité biologique du sol lors de l’extraction.

Le dispositif parait donc  aisé d’utilisation et peut se récupérer sans difficulté particulière. Il semble adapté à la mesure pour lequel il a été conçu. Il donne des résultats mesurables assez rapidement (3 mois pour celui-ci).

Mesure de l’activité biologique du sol

Mesure visuelle

La trame du dispositif représente 100 petits carrés de 12×12 mm qui permet, par un simple comptage de calculer, un pourcentage de dégradation par les micro-organismes du sol. Toutefois, la mesure visuelle du niveau de dégradation du tissu n’est pas aisée. Une tentative a été effectuée en comptabilisant le nombre de mailles dans lesquelles le tissu est soit absent, soit bien dégradé (à plus de 50%). Cette évaluation a donné un pourcentage de dégradation de 40%. Si on voulait conserver cette méthode d’évaluation simple, il faudrait faire intervenir plusieurs opérateurs pour fiabiliser la mesure.

Par ailleurs, le comptage semble plus aisé sur l’image du capteur telle que décrite dans le paragraphe suivant (image 2) que directement sur le capteur lui-même.

Analyse numérique

Elle consiste à analyser l’image par ordinateur à l’aide d’un programme  de traitement d’image. Le programme utilisé a été écrit en langage Python en utilisant la bibliothèque Pillow.

L’image du capteur, réalisée sur fond noir, est dans un premier temps chargée dans le logiciel de traitement d’image GIMP et recadrée de manière à ne conserver que le dispositif lui même.

Elle subit ensuite un traitement utilisant la fonction «Seuil» de GIMP qui transforme chaque pixel de l’image en noir ou en blanc suivant sa tonalité. Le contraste de l’image a préalablement été augmenté pour assurer une distribution plus franche des différentes tonalités.

Il suffit ensuite d’analyser l’image avec le programme Python qui va comptabiliser les pixels noirs et les pixels blancs. Ce programme donne les résultats en nombre de pixels de chacune des deux couleurs et en pourcentage.

Résultats

L’analyse numérique de l’image traitée du dispositif utilisé (image 1) à un seuil de 127 (image 2)  donne un taux de dégradation de 36,6% (proportion des pixels noirs) à comparer aux 40% obtenus par la méthode visuelle.

Impact du seuil retenu

La fonction «Seuil» transforme les pixels en noir ou en blanc suivant que leur tonalité est inférieure ou supérieure à une certaine valeur que l’on peut choisir. Par défaut, cette valeur est de 127, ce qui répartit les pixels dans chaque couleur suivant qu’ils sont dans la 1ère moitié gauche de l’histogramme des tonalités (pixels noirs) ou dans la 2ème moitié (pixels blanc).

Le choix de la valeur de seuil a une incidence sur le résultat du traitement d’image suivant la proportion de pixels de tonalité grise qu’elle fait passer d’un côté ou de l’autre du seuil. En première approche, il est apparu logique de conserver la valeur de seuil par défaut (127)  dont l’utilisation parait pertinente. En comparatif entre différents dispositif, il suffit de prendre la même valeur pour chaque traitement.

Une autre difficulté réside dans le fait que la trame du grillage réagit à la lumière en prenant des tonalités qui risquent d’être classées dans les blancs et donc surestimer leur mesure. Toutefois une vérification sur un dispositif qui n’a jamais servi (Image ci-contre) montre que la trame ne représente qu’un  maximum de l’ordre de 10% sur un dispositif vierge. L’impact de la trame sera donc inférieur à 10% sur un dispositif où la quantité de tissu restant est inférieure à 100%. Par exemple sur le dispositif analysé, l’erreur serait au maximum de 6¨% si toute la trame passait dans les pixels blancs, ce qui n’est pas le cas.

 

 

 

 

 

Conclusion et perspectives

Il est possible de déterminer l’activité biologique du sol sur une période assez courte (3 mois) en utilisant le dispositif «Capbiosol» mis au point par l’association Héliantis Humanis. Toutefois, en l’absence de références, cette mesure ne peut être utilisée qu’en comparatif entre par exemple :

•  différents jardins, pour comparer l’effet de différentes pratiques culturales (par exemple labour ou non labour)
•  différents endroits dans un même jardin, pour par exemple déterminer les besoins en amendements organiques,
• entre différents traitements du sol, comme va le faire l’association (en l’occurance la couverture hivernale).
• avant ou après une intervention sur le sol (incorporation d’un amendement organique)

Ce premier test est concluant :

•  le dispositif se récupère facilement sans altération préjudiciable (il faut seulement penser à marquer clairement l’emplacement …)
• le dispositif est sensible, des résultats mesurables étant disponibles après une période d’enfouissement de seulement  3 mois

avec toutefois quelques limites :

• la mesure visuelle sur le capteur lui-même est délicate, elle est un peu plus aisée sur une image traitée du capteur
• le traitement numérique est simple mais les résultats pourraient être sensibles au traitement préalable de l’image, notamment au seuil de répartition entre pixels blancs et noirs. En 1ère approche, ce seuil peut être pris égal à 127 (dans le cas d’un traitement via GIMP).
• la trame lié au grillage dont est constitué le dispositif peut générer une erreur. La trame est indispensable car elle permet de retirer le dispositif sans perte de matière. Une trame plus mate éviterait que la photo crée des tonalités blanches. l’idéal serait que la trame supérieure du capteur soit amovible, mais il faut vérifier que son enlèvement pour la photo ne dégrade pas le tissu et donc les résutats.

Cet article décrit une première évaluation de ce capteur. 4 autres sont enfouis dans la même parcelle de 1,5×1,5m. Ils permettront de mesurer la variabilité de la mesure. Un capteur est enfoui dans chaque parcelle de l’expérimentation couverture hivernale du sol (5 traitements x 3 réplicats), ce qui permettra d’appréhender la sensibilité du dispositif.

Cette première approche peut être considérée comme concluante et le dispositif «capbiosol» imaginé par l’association Héliantis Humanis semble efficace pour mesurer l’activité biologique des sols, en comparatif dans un premier temps, puis de manière absolue au fur et à mesure que des données seront recueillies dans des situations différentes.

Enfin, il n’est pas inutile de faire remarquer que ce dispositif ne coûte quasiment rien, sous réserve bien sûr de disposer de drap en coton épais de la grand-mère de son épouse …