Fiche de révision : Constituants et structure du sol

📋 Plan du Cours

1. Le sol, un milieu triphasique
2. Fraction minérale et texture
3. Minéraux argileux
4. Oxy-hydroxydes de fer et aluminium
5. Organismes et matière organique
6. Évolution et types d’humus
7. Assemblage et structure du sol

📖 1. Le sol, un milieu triphasique

🔑 Notions clés & Définitions

• Sol : Milieu hétérogène et triphasique dont les constituants solides, la solution et les gaz sont intimement liés.

★ À maîtriser

📌 La fraction minérale et la fraction organique constituent les deux grandes fractions solides du sol.

Compléments

• La phase solide du sol comprend les minéraux, les matières organiques et les organismes, tandis que les autres phases comprennent la solution du sol et l’atmosphère du sol.

📖 2. Fraction minérale et texture

🔑 Notions clés & Définitions

• Fraction minérale : Constituée de fragments de roches et de grains minéraux hérités ou issus de l’altération physique et chimique de la roche mère.
• Texture du sol : Définie par la proportion relative des différentes fractions granulométriques et déterminée à l’aide d’un diagramme triangulaire de texture.

★ À maîtriser

📌 Les minéraux primaires, comme le quartz et les feldspaths, sont chimiquement peu réactifs et forment le squelette du sol, tandis que les minéraux secondaires, comme les argiles et les oxy-hydroxydes, sont chimiquement réactifs.

• L’analyse granulométrique distingue les fractions suivantes:
  • cailloux de plus de 2 cm
  • graviers de 2 mm à 2 cm
  • sables de 50 μm à 2 mm
  • limons de 2 à 50 μm
  • argiles de moins de 2 μm

Compléments

• Les sables comprennent les sables grossiers de 200 μm à 2 mm et les sables fins de 50 à 200 μm, tandis que les limons comprennent les limons grossiers de 20 à 50 μm et les limons fins de 2 à 20 μm.

💡 Astuce mémo

Cailloux → graviers → sables → limons → argiles

📖 3. Minéraux argileux

🔑 Notions clés & Définitions

• Minéraux argileux : Silicates d’aluminium, de magnésium ou de fer constitués de feuillets formés de couches tétraédriques SiO4 et octaédriques AlO6 ou Al(OH)6.

📝 Points essentiels

• Les substitutions structurales remplacent parfois Si4+ par Al3+ dans la couche T ou Al3+ par Mg2+ ou Ca2+ dans la couche O, ce qui crée un déficit de charge.

• Le déficit de charge structurale des argiles entraîne la fixation de cations pour compenser les charges négatives.

• Les principales familles d’argiles sont:

  • kaolinite : motif T-O, sans substitution, milieux tropicaux bien drainés
  • illites : motif T-O-T, substitution de Si par Al et K+ interfoliaire
  • smectites et vermiculites : fort pouvoir de gonflement et substitutions de Al par Mg ou Fe
  • chlorites : motif T-O-T-O et substitution de Al par Fe

• Les minéraux argileux ont une grande surface spécifique, une charge structurale et une charge dépendante du pH, ce qui leur confère une forte capacité de sorption des cations et une forte capacité d’échange cationique.

💡 Astuce mémo

T-O = 1:1 ; T-O-T = 2:1 ; T-O-T-O = 2:1:1

📖 4. Oxy-hydroxydes de fer et aluminium

★ À maîtriser

• Les formes ioniques du fer comprennent Fe3+, rare, et Fe2+, présent en milieu réducteur.

📌 Dans un milieu acide de pH inférieur à 5, l’aluminium est présent sous forme Al3+, tandis qu’à pH supérieur à 5 il forme notamment Al(OH)2+ et Al(OH)2+ qui agissent comme cations de liaison.

Compléments

• L’hématite Fe2O3 est une forme bien cristallisée des oxy-hydroxydes de fer caractéristique des climats chauds et des milieux peu acides.

• La goethite FeO(OH) est une forme bien cristallisée des oxy-hydroxydes de fer présente en milieu tempéré et acide.

• Les formes mal cristallisées des oxy-hydroxydes de fer comprennent la ferrihydrite Fe5HO8·4H2O et la feroxyhite FeOOH.

• La gibbsite Al(OH)3 est une forme cristalline d’oxy-hydroxyde d’aluminium présente dans les sols équatoriaux.

💡 Astuce mémo

Substitutions et surfaces réactives → fixation des ions

📖 5. Organismes et matière organique

🔑 Notions clés & Définitions

• Matière organique fraîche : Débris végétaux, comme les feuilles et les exsudats, ou animaux, comme les déjections et les cadavres, généralement identifiables à l’œil nu.
• Humus : Produit de décomposition de la matière organique, constitué notamment de biomolécules et de composés humiques riches en groupements hydroxyles et carboxyles.

• Complexe argilo-humique : Association d’argiles, de matière organique et d’un cation liant.

★ À maîtriser

• La faune du sol comprend:
  • mégafaune : mammifères
  • macrofaune : vers de terre
  • mésofaune : collemboles et acariens
  • microfaune : nématodes

Compléments

• Les micro-organismes du sol comprennent les bactéries, les champignons et les algues et présentent une grande diversité, notamment entre organismes autotrophes ou hétérotrophes et aérobies ou anaérobies.

• Les composés humiques se distinguent ainsi:

  • acides fulviques : plus petits et plus réactifs
  • acides humiques : taille intermédiaire
  • humines : plus grosses et moins réactives

📖 6. Évolution et types d’humus

📝 Points essentiels

• La matière organique évolue par fragmentation, humification et minéralisation, cette dernière libérant notamment des anions, des cations, du CO2, du N2, de l’eau, du NH3 et du H2S.

• La minéralisation primaire est rapide dans un milieu biologiquement actif et est assurée par les micro-organismes, tandis que la minéralisation secondaire est lente.

• Les trois types d’humus aérobies sont:

  • Mull : pH supérieur à 5,5, sol riche et complexes argilo-humiques
  • Moder : pH entre 4,5 et 5,5, activité biologique plus faible
  • Mor : pH inférieur à 4,5, sol pauvre et absence de complexes argilo-humiques

📌 En conditions anaérobies, la tourbe se forme en anaérobie totale avec une matière organique très peu décomposée, tandis que l’anmoor se forme en anaérobie partielle liée au battement de la nappe avec une matière organique peu décomposée.

💡 Astuce mémo

Activité biologique forte → décomposition rapide → humus Mull

📖 7. Assemblage et structure du sol

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure du sol : Arrangement spatial des particules minérales et de leur éventuelle liaison par des matières organiques.

★ À maîtriser

• La formation d’un agrégat résulte d’arrangements de constituants du sol à différentes échelles, de l’échelle nanométrique du complexe argilo-humique à l’échelle centimétrique des agrégats.

• La structure du sol détermine la répartition des grains et des pores, ce qui influence les propriétés physiques du sol, notamment la rétention d’eau, l’aération et la porosité.

• Les minéraux argileux et les oxy-hydroxydes sont les constituants les plus réactifs de la fraction fine du sol grâce à leur capacité à fixer et relâcher des ions.

Compléments

• La minéralisation de la matière organique est freinée dans les complexes absorbants, ce qui favorise la rétention de l’eau et des éléments nutritifs.

💡 Astuce mémo

Grains → microagrégats → agrégats → structure du sol

📊 Tableaux de synthèse

Types d’humus aérobies