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Les sols : propriétés et formation

Introduction

Le sol est la partie la plus superficielle de l'écorce terrestre, à l'interface entre géosphère, biosphère et atmosphère, car en effet il possède des constituants minéraux, venant de l'altération de la roche-mère, des constituants organiques, venus de la décomposition d'êtres vivants, et des constituants gazeux circulant dans ses interstices. De plus, le rôle du sol est fondamental, nous l'avons vu, dans la production primaire, puisqu'il fournit aux végétaux chlorophylliens les ions minéraux dont ils ont besoin.

1 Caractéristiques et propriétés du sol

1.1 Observation du sol sur le terrain

On réalise une coupe de terrain pour pouvoir observer directement le sol, en effectuant si besoin des analyses de laboratoire sur certains échantillons prélevés. On peut déjà constater visuellement qu'on a en fait plusieurs couches de couleur et de structure différentes, qu'on appelle horizons. Dans ses horizons, le plus profond est celui correspondant à la roche mère, recouverte par d'autres couches supérieures. L'ensemble des horizons et leur structure constitue le profil pédologique, qui est en fait la coupe, et ce profil varie grandement suivant les différentes catégories de sols que l'on peut étudier.

Afin de caractériser chaque horizon, on peut étudier les caractéristiques suivantes :

  • sa profondeur, son épaisseur
  • ses limites avec les horizons voisins : nette, graduelle, rectiligne, ondulée…
  • sa couleur
  • sa texture, appréciée au toucher sur un échantillon de terre sèche écrasée ou de terre humide pétrie
  • sa pierrosité (abondance de cailloux…)
  • sa structure : la façon dont les constituants du sol sont assemblés
  • se teneur en calcaire : par un test d'effervescence à l'acide chlorhydrique sur la terre et les cailloux
  • son activité biologique (présence de racines, de galeries d'animaux…).

1.2 Constituants et propriétés du sol

Les principaux constituants du sol sont de quatre types : constituants organiques (débris d'organismes végétaux par exemple), constituants minéraux (sable, argile…), des gaz qui circulent dans les interstices du sol, et enfin la " solution du sol ", formée d'eau et d'ions. A partir de là, un sol va avoir différentes caractéristiques que l'on peut déterminer en effectuant des analyses physico-chimiques :

  • Texture : composition granulométrique du sol, c'est à dire la proportion de chacun de ses constituants solides (argiles, sables, graviers…) , qui ont des tailles différentes.
  • Structure : façon dont ses constituants sont agencés les uns par rapport aux autres. Dans un sol brun, on a des agrégats de sable et de complexe argilo-humique qui peuvent être agencés de façon plus ou moins fragmentée.
  • Porosité : volume total des espaces laissés libres entre les agrégats ou les particules solides. Elle conditionne la circulation de l'eau, des gaz et de certains animaux dans le sol.
  • La perméabilité du sol : dépend de la structure du sol, c'est sa capacité à laisser passer l'eau vers les couches inférieures.
  • Capacité de rétention en eau : quantité d'eau retenue par le sol et soit utilisable par les plantes, soit liée à des particules solides par des forces physiques qui empêchent cette utilisation.
  • Le pouvoir absorbant : capacité à fixer des ions et à rendre ainsi plus aisé le passage de ces ions de l'humus aux racines des plantes, notamment par la création de complexes argilo-humiques, aussi appelés complexes absorbants, qui fixent des ions positifs apportés par les engrais. Leur présence dans le sol est un facteur essentiel de sa fertilité.

Schéma : un complexe argilo-humique

2 La formation d'un sol

2.1 Les facteurs entrant en jeu

Un sol est le résultat d'une altération superficielle d'une roche mère, et d'un enrichissement en matières organiques issue d'êtres-vivants, du fait de la décomposition de la litière par des organismes décomposeurs. On a ainsi 3 facteurs entrant en jeu dans la formation d'un sol :

  • la roche mère : ses propriétés physiques ou sa composition chimique ont une influence directe sur la nature et sur la rapidité de l'évolution d'un sol
  • les végétaux : fournisseurs de l'essentiel de la matière organique présente dans le sol, et qui influencent aussi son évolution
  • le climat, qui affecte les deux facteurs précédents, par la température en ce qui concerne l'altération de la roche mère, et les précipitations pour les phénomènes de migration se déroulant au niveau du sol.

2.2 Comment se forme un sol ?

On peut distinguer globalement 3 étapes :

  • Altération de la roche mère : elle est le résultat de processus physiques (gel, pénétration des racines…) qui fragmentent la roche, et de processus chimiques (action des eaux chargées d'acides) qui dissolvent calcaires et hydrolysent minéraux silicatés pour engendrer des complexes d'altération (argile, oxydes de fer, sels…) cimentant les grains résultant de la précédente fragmentation.
  • Incorporation de la matière organique par minéralisation de molécules organiques et humification, c'est à dire édification d'acides humiques à partir des molécules issues de cette minéralisation.
  • Les horizons se différencient enfin sous l'action des eaux d'infiltration (lessivage) : les éléments solubles sont entraînés et accumulés pour former des horizons dits d'accumulation.

Un sol possède donc une dynamique, dépendante des divers facteurs qui constituent son milieu.

2.3 Précisions sur la minéralisation de la matière organique

Les débris végétaux (feuilles et bois mort dans les forêts, paille ou chaumes dans les terres cultivées…) représentent une source de matière organique pour le sol. Ces débris sont fragmentés puis minéralisés, et subissent aussi un processus d'humification.

La fragmentation des débris se fait en plusieurs vagues successives. Pour les feuilles mortes par exemple, elles sont d'abord attaquées par des bactéries et des champignons, ces derniers assurant une digestion partielle des débris grâce à la sécrétion d'enzymes, libérés par leurs filaments mycéliens pénétrant à l'intérieur des feuilles par des pores dans leur épiderme. Ensuite, des arthropodes, des vers de terre continuent cette digestion, rejetant dans leurs excréments des fragments encore incomplètement digérés qui serviront de nourriture à d'autres espèces de taille plus réduite encore. La litière disparaît ainsi progressivement au cours d'un véritable travail à la chaîne.

La minéralisation consiste en la libération des éléments chimiques qui sont dans les divers composés organiques (carbone, azote, oxygène…) de la litière sous forme de substances minérales diverses. Ce sont les organismes décomposeurs, bactéries et champignons, qui principalement réalisent cette minéralisation. Mais celle-ci est assurée en partie par tous les êtres-vivants du sol au cours de la respiration : les composés organiques entrant en jeu laissent bien place au rejet de dioxyde de carbone, le carbone a été minéralisé. Les protéines par contre sont minéralisées au cours de diverses réactions chimiques par les microorganismes du sol, avec tout d'abord une minéralisation en composés ammoniacaux (NH4+) puis par un processus de nitrification en nitrites (NO2-) et enfin en nitrates (NO3-).

L'humification est une mise en réserve de la matière organique végétale qui est présente sur le sol sous forme de déchets : certaines substances difficilement digérables par les organismes détritivores (par exemple la cellulose) sont en effet utilisées par des bactéries humifiantes pour faire la synthèse de molécules organiques différentes qui vont former l'humus (notamment les acides humiques). L'humification est un phénomène très lent (2 à 3 ans), ainsi que l'utilisation de ces réserves de matière organique.

La minéralisation de la matière organique

3 Les mots-clés

  • Caractéristiques du sol :
    • Profil pédologique, horizons.
    • Texture, structure.
    • Porosité, perméabilité, rétention de l'eau, pouvoir absorbant.
    • Complexe argilo-humique.
  • Formation du sol :
    • Etres vivants décomposeurs.
    • Roche mère, végétaux, climat.
    • Fragmentation, minéralisation, lessivage.
  • Minéralisation :
    • Fragmentation, minéralisation, humification.
    • Bactéries, champignons, filaments mycéliens, enzymes.
    • Microorganismes, bactéries humifiantes.

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