Introduction

« L’agriculture de précision » ou le « greenkeeping de précision » en ce qui concerne les terrains de sports implique désormais des raisonnements parfois complexes autour des différents paramètres mesurés. La teneur en matière organique réalisée par les laboratoires d’analyse de terres est notamment un paramètre de suivi important pour mieux comprendre l’évolution des terrains.

En pratique, l’intendant réalise de manière régulière (une à plusieurs fois par an) des analyses du carbone organique qui permet d’estimer la teneur en matière organique par le biais des analyses de sol. A ce titre, l’échantillonnage et le nombre de mesures impacte de manière significative la moyenne globale estimée sur le terrain lors de chaque analyse.

Le but de cet article est de montrer l’impact de l’échantillonnage sur la mesure finale de matière organique censée représenter la valeur moyenne à l’échelle du terrain.

Matériel et méthode

Le terrain de l’étude est un terrain hybride de haut niveau équipé de la technologie AirFibr (substrat composé d’une matrice de sable, liège et fibres synthétiques, fabriqué par la société Natural Grass). Le support est parfaitement mélangé en centrale.

Juste après scalpage de la couche superficielle engazonnée, le terrain a été échantillonné sur les 2-3 premiers centimètres sous la couche retirée en prenant soin de ne pas prélever dans les zones où une légère accumulation de feutre était encore visible.

  • Les 11 premiers prélèvements ont été effectués selon une grille permettant de couvrir la surface du terrain (Sud, Nord, Est, Ouest, centre, …).
  • Les deux derniers prélèvements ont été effectués au même endroit que le 11ème prélèvement dans un rayon de 50 cm permettant d’évaluer la variabilité de la teneur en matière organique sur une petite échelle (prélèvements 11, 12 et 13).

Chacun de ces prélèvements individuels ont été envoyés au laboratoire pour 13 analyses du taux de carbone organique (Matière organique (g/kg) = Carbone organique (g/kg) x 1.72).

En parallèle, 10 prélèvements totalement aléatoires ont été effectués sur l’ensemble du terrain puis mélangés dans un seau et envoyés au laboratoire pour analyse du carbone organique (méthode dite “composite” couramment utilisée sur les terrains de sports, voir figure 1).

Prélèvement des échantillons sur le terrain après scalpage
Figure 1 : Prélèvement des échantillons sur le terrain après scalpage

Ainsi, le but est de vérifier la variabilité de la teneur en matière organique sur le terrain et de comparer cette variabilité à la valeur moyenne obtenue avec la méthode d’analyse standard composite.

Il aurait bien évidemment été intéressant d’augmenter le nombre de prélèvements jusqu’à 20 ou 30 pour avoir une idée plus robuste de la distribution des teneurs en matière organique sur le terrain mais le coût des analyses commençait à être élevé et le temps me manquait pour en faire autant.

Le principe consiste ensuite à réaliser (selon la même méthode que dans l’article sur l’échantillonnage minimal de l’humidité sur les terrains de sports) :

a) un nombre élevé de tirages aléatoires (1000 dans la présente étude) sur des sous-échantillons de la série de 13 mesures et de calculer leur moyenne arithmétique.

Ainsi, 1000 paires aléatoires, triplés, quadruplés, jusqu’aux 13 mesures sont tirées sur le jeu de données et les moyennes arithmétique sont ensuite calculées.

Le but est de voir quelle aurait été la moyenne estimée si 2,3,4, … ,12 mesures avaient été réalisées au lieu des 13 mesures totales.

La précision souhaitée est fixée à 0.25% de matière organique autour de la moyenne des 13 mesures totales (moyenne des 13 mesures totales +/-0.5% : ce sont les points compris dans le rectangle formé par les lignes pointillés noires sur la figure 3).

b) Les moyennes comprises dans cet intervalle de précision sont ensuite sélectionnées. Le nombre de moyennes comprises dans ce niveau de précision est ensuite évalué pour chaque nombre de sous-échantillon 2,3,4, …,13.

c) Le nombre de sous-échantillons à partir duquel 90% des moyennes se retrouvent dans l’intervalle de précision choisi (0.5% de matière organique autour de la moyenne du nombre total d’échantillons) est ensuite déterminé (voir la figure 4). La précision est ainsi de 0.5% de matière organique avec une marge d’erreur de 10%.

On obtient ainsi le nombre de mesures minimal qu’il aurait fallu réaliser pour obtenir la moyenne du nombre total des 13 points de mesures.

Résultats

Résultats des analyses de matière organique

Les statistiques des résultats d’analyses pour l’ensemble des mesures de la matière organique sont synthétisées dans le tableau ci-dessous. L’éclatement des valeurs est plutôt élevé. La valeur minimale (1.55%) est 2.5 fois inférieure à la valeur maximale mesurée (3.85%). 15% des valeurs sont inférieures à 2.11% et 50% inférieures à 2.63%. 75% des valeurs sont inférieures à 3.04%. La valeur moyenne est de 2.65%. Ceci montre que la variabilité de cette teneur peut-être non négligeable à l’échelle d’un terrain (écart-type de 0.71).

Propriété

Teneur en matière organique (%)

Minimum

1.55

1er quartile

2.11

Médiane

2.63

Moyenne

2.65

3ème quartile

3.04

Maximum

3.85

Ecart-Type

0.71

Les 3 échantillons prélevés côte-à-côte présente des valeurs très différentes avec 1.7%, 2% et 3% de matière organique, montrant bien la variabilité de ce paramètre sur un terrain et ceci dès les plus petites échelles.

La teneur en matière organique de l’échantillon composite (10 prélèvements mélangés) est estimée à 2.96% soit 11.7% de plus que la moyenne obtenue avec les 13 prélèvements individuels ou +0.31% par rapport à la moyenne (2.65%+0.31%=2.96%).

Répartition des valeurs sur le terrain

La répartition des teneurs en matière organique sur le terrain est visible sur la figure 2. Celle-ci ne semble pas réellement corrélée à la position sur le terrain. Les valeurs les plus élevées ont toutefois été prélevées sur la ligne centrale (zone la plus stressante pour le gazon en termes d’humidité avec une alternance plus fréquente vers les extrêmes) et la valeur la plus faible au point de corner Sud-Est qui reçoit le moins de lumière sur le stade (voir figure 2). Un nombre de mesures plus élevé aurait permis de mieux évaluer le lien entre localisation et teneur en matière organique.

Cartographie Matière organique sur le terrain
Figure 2 : Cartographie de la matière organique à l’échelle du terrain. Interpolation effectuée avec l’inverse des distances.

Nombre de mesures minimal pour obtenir une moyenne représentative des 13 mesures

Pour rappel, ce nombre correspond au nombre minimal de mesures qu’il faut réaliser pour obtenir une moyenne proche du nombre total de mesures avec une précision de 0.5% pour un intervalle de confiance de 90%. Dans l’échantillonnage ci-présent, ce nombre minimal est de 9 mesures (voir figure 4). Ceci signifie qu’il aurait fallu réaliser 9 mesures minimum pour obtenir une moyenne proche de celle des 13 mesures avec la précision et l’intervalle de confiance choisis.

Sans surprise, ce nombre de mesure est comparable à celui effectué le même jour avec les 10 échantillons composites mélangés ce qui est plutôt une bonne nouvelle. Avec ces 10 échantillons, la moyenne obtenue était légèrement supérieure aux +/-0.25% requis dans le protocole avec +0.31% mais reste tout de même proche.

Teneur en matière organique en fonction du nombre de sous-échantillons
Figure 3 : Teneur en matière organique en fonction du nombre de sous-échantillons pour 1000 tirages aléatoires. En abscisses : le nombre de sous-échantillons prélevés. En ordonnées : la teneur en matière organique (en %).
Nombre minimal de sous-échantillons pour obtenir une moyenne comparable à celle des 13 échantillons totaux
Figure 4 : Nombre minimal de sous-échantillons pour obtenir une moyenne comparable à celle des 13 échantillons totaux. En ordonnées : le % de données comprises dans l’intervalle de confiance de 10%. En abscisses : le nombre de sous-échantillons prélevés.

Discussion & Conclusion

Il serait intéressant d’augmenter sensiblement le nombre de mesures (entre 20 et 30) en utilisant la même méthode afin de vérifier le nombre de mesure minimales nécessaires pour obtenir une moyenne de concentration en matière organique représentative et considérée fiable pour un bon suivi de son évolution à l’échelle du terrain. Il est assez évident que si on augmente le nombre total de mesures, le nombre de sous-échantillons nécessaires pour obtenir la même précision augmente aussi.

Ce travail montre surtout que la teneur en matière organique est relativement variable sur un terrain et que l’échantillonnage peut avoir une influence non négligeable sur la teneur moyenne obtenue sur des échantillons composites mélangés puis envoyés en laboratoire. L’utilisation d’une valeur moyenne issue d’un mauvais échantillonnage peut ainsi mener à des erreurs d’interprétation non négligeables. Une seule analyse pour l’ensemble du terrain est potentiellement risquée pour une interprétation juste.

Des travaux supplémentaires prenant en compte un nombre plus conséquent d’échantillons compléteraient efficacement ce premier volet de mesures.