Fiche de révision : Diagnostic physique et chimique des sols

📋 Plan du Cours

1. Origine et nature du sol
2. Le sol, système écologique
3. Diversité et organisation des sols
4. Définir sol, solum et couverture
5. Pédologie, histoire et applications
6. Observer et analyser les sols
7. Cartographier et échantillonner
8. Horizons et propriétés du sol
9. Tests empiriques de texture
10. Structure et compactage du sol
11. Couleur et profondeur du solum
12. Enracinement et propriétés physiques
13. Fertilité chimique et pH
14. Éléments nutritifs et fertilisation
15. Eau, engorgement et hydromorphie
16. Humidité et engorgement du sol
17. Hydromorphie et oxydoréduction
18. Tests des propriétés physiques

📖 1. Origine et nature du sol

🔑 Notions clés & Définitions

• Sol : Formation hybride née de la rencontre et du mélange intime des matières minérales et organiques de la lithosphère, de l’atmosphère et de la biosphère.
• Pédosphère : Ensemble organisé des sols, situé au carrefour de la lithosphère, de l’atmosphère, de l’hydrosphère et de la biosphère.

📝 Points essentiels

• Le sol constitue une interface entre l’air, l’eau, les roches et les êtres vivants.

💡 Astuce mémo

Rencontre du minéral et de l’organique → formation hybride et interface naturelle

📖 2. Le sol, système écologique

★ À maîtriser

📌 Le sol comprend un résosol, partie inerte, et un biosol, partie vivante dont le rôle est essentiel malgré la faible proportion.

• La dynamique du sol repose sur des échanges de matière et d’énergie entre le sol et son environnement.

• L’état du sol peut être étudié selon ses aspects physiques, chimiques et biologiques.

Compléments

• La pédogenèse est un processus thermodynamique dans lequel l’apport énergétique est maximal en surface.

💡 Astuce mémo

Résosol inerte ≠ biosol vivant, mais leurs interactions font fonctionner le sol

📖 3. Diversité et organisation des sols

🔑 Notions clés & Définitions

• Espace poral : Ensemble des vides laissés par la phase solide, qui constituent un milieu de vie et permettent le stockage et le transport des fluides.
• Écotone : Milieu d’interface produit par l’interaction dynamique entre un milieu physique et un milieu biologique.

📝 Points essentiels

• Dans un sol fonctionnel, la phase solide représente environ 50 %, dont 45 % de minéraux et 2 à 5 % de matière organique, tandis que la phase fluide représente environ 50 %, avec 20 % d’eau et 30 % d’air.

💡 Astuce mémo

S-F-I : solide, fluide, interface

📖 4. Définir sol, solum et couverture

🔑 Notions clés & Définitions

• Solum : Tranche verticale d’une couverture pédologique, structurée par des horizons et observable dans une fosse ou une tranchée.

★ À maîtriser

📌 Une couverture pédologique est un objet naturel horizontal et continu, tandis qu’un solum est une tranche verticale observable en un point précis.

📌 Les Unités Typologiques de Sol structurent les paysages horizontalement, tandis que les horizons structurent les solums verticalement.

Compléments

• La dimension verticale d’un solum varie de quelques centimètres dans les lithosols à plusieurs mètres dans de vieilles couvertures pédologiques ferrallitiques.

💡 Astuce mémo

Couverture pédologique horizontale et continue ≠ solum vertical et localisé

📖 5. Pédologie, histoire et applications

🔑 Notions clés & Définitions

• Pédologie : Science des sols qui étudie les structures, les propriétés, les fonctionnements et les variations spatiales et temporelles des couvertures pédologiques.

★ À maîtriser

• Vassili Vassilievitch Dokoutchaïev a défini les sols comme des corps naturels formés sous l’action de facteurs écologiques tels que le climat et la végétation.

• La pédologie appliquée fournit plusieurs types d’outils:

  • aide à la compréhension et à la décision
  • outil réglementaire
  • outil d’orientation
  • outil de diagnostic et de suivi

Compléments

• En 1840, la publication du Traité de chimie organique et de physiologie de Liebig marque la naissance de la pédologie et de la chimie agricole, avec une approche centrée sur les sols cultivés et les éléments nutritifs.

• En 1940, le sol est considéré comme un écosystème dans les travaux de H. Jenny.

💡 Astuce mémo

Agronomie → écosystème → outil de décision

📖 6. Observer et analyser les sols

★ À maîtriser

📌 La description représente précisément les caractéristiques et le contexte d’un objet ou d’un phénomène, tandis que l’analyse décompose un ensemble en éléments et met en évidence leurs interactions.

📌 L’analyse de sol décrit et analyse in situ les horizons d’un solum et ex situ des échantillons de terre, tandis que l’analyse de terre évalue les caractéristiques d’échantillons prélevés.

• Une analyse pédologique considère quatre catégories de propriétés:
  • physiques
  • chimiques
  • hydriques
  • biologiques

Compléments

• Les choix d’échantillonnage dépendent notamment de:
  • moyens techniques
  • moyens financiers
  • temps disponible
  • degré de précision attendu
  • capacités et compétences du praticien

💡 Astuce mémo

Description = caractériser ; analyse = décomposer et expliquer

📖 7. Cartographier et échantillonner

📝 Points essentiels

📌 La cartographie raisonnée déduit les sols potentiels des caractéristiques du milieu puis les vérifie sur le terrain, tandis que la cartographie systématique quadrille la surface et échantillonne chaque maille.

• La cartographie raisonnée consiste à repérer les caractéristiques du milieu, déduire les sols potentiels, vérifier leurs caractéristiques avec une fosse et une tarière, puis valider les types de sols.

• La cartographie systématique consiste à quadriller la surface, sonder le centre de chaque maille, colorer les mailles selon les types de sols et tracer les limites par interpolation.

📌 La fosse pédologique permet d’interpréter les horizons et de caractériser chaque horizon, tandis que le sondage à la tarière est plus rapide et permet davantage de prélèvements.

💡 Astuce mémo

Repérer → extrapoler ou quadriller → sonder → valider

📖 8. Horizons et propriétés du sol

🔑 Notions clés & Définitions

• Rhizosphère : Volume de sol situé au voisinage ou au contact direct des racines et soumis à leur influence.

★ À maîtriser

📌 Les horizons A sont appauvris par le lessivage, tandis que les horizons B sont enrichis par accumulation de matériaux venus de la surface.

• Un sol agronomiquement favorable contient environ 30 à 50 % de sable, 30 à 50 % de limon, 20 à 30 % d’argile et 5 à 10 % de matière organique.

Compléments

• La roche-mère altérée est désignée par l’horizon C, tandis que la roche saine est désignée par l’horizon R.

• Le suivi des 30 premiers centimètres du sol est généralement suffisant, car 70 à 90 % des racines s’y trouvent.

💡 Astuce mémo

A appauvri → B enrichi → C altéré → R sain

📖 9. Tests empiriques de texture

★ À maîtriser

• Le test du pâton consiste à rouler de la terre humide entre les paumes afin d’évaluer indirectement sa teneur en argile.

📌 Un boudin impossible à fabriquer correspond à moins de 10–12 % d’argile, sa désagrégation immédiate à 10–18 %, sa rupture à la courbure à 18–25 %, et la réalisation d’un anneau à plus de 25–30 %.

• 🔄 Les particules se déposent dans l’ordre suivant:
  1. Sables en quelques minutes
  2. Limons en quelques heures
  3. Argiles en environ 24 heures

📐 Formule - Dans le test du bocal, la proportion d’une fraction est calculée par $\frac{\text{épaisseur de la couche}}{\text{épaisseur totale des trois couches}}\times 100$.

Compléments

📌 Une terre qui crisse sous les doigts contient généralement plus de 20–25 % de sable, tandis qu’une terre douce et soyeuse qui tache les doigts indique des limons dominants.

💡 Astuce mémo

Pâton → boule → bocal : modeler, lancer, décanter

📖 10. Structure et compactage du sol

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure du sol : Le mode d’assemblage et l’architecture d’ensemble des éléments constitutifs du sol.

★ À maîtriser

• Le drop-test évalue la structure en extrayant une bêchée, en la laissant tomber trois fois successivement, puis en triant et observant les mottes obtenues.

• Les paramètres examinés sont:

  • Taille des agrégats
  • Porosité
  • Couleur
  • Marbrage
  • Nombre de vers de terre
  • Semelle de labour
  • Mottes de surface
  • Développement racinaire

📌 La cote globale du drop-test est satisfaisante au-delà de 25, moyenne entre 10 et 25 et mauvaise en dessous de 10.

📌 Le compactage diminue la porosité du sol sous l’action des engins agricoles ou du piétinement, et il devient difficilement réversible lorsque la microporosité est affectée.

Compléments

📌 Dans le drop-test, les paramètres sont généralement notés de 0 à 2, avec des notes intermédiaires possibles de 0,5 et 1,5, puis pondérés selon leur importance.

💡 Astuce mémo

Structure = assemblage ; compactage = perte de porosité

📖 11. Couleur et profondeur du solum

🔑 Notions clés & Définitions

• Code de Munsell : Le code de Munsell désigne objectivement les couleurs des matériaux pédologiques à partir de la teinte, de la valeur et de la chromaticité.

★ À maîtriser

📌 La couleur foncée du sol est généralement liée à la matière organique, la couleur blanche au calcaire, la couleur brune à la brunification et la couleur rouge à l’oxydation du fer sous forme d’hématite.

📌 Un solum profond mesure plus de 80 cm, un solum moyennement profond de 40 à 80 cm et un solum peu profond moins de 40 cm.

Compléments

📌 La teinte correspond à la nuance chromatique, la valeur à la clarté sur une échelle de 0 à 10, et la chromaticité à la pureté ou intensité de la couleur.

💡 Astuce mémo

Matière organique → couleurs foncées ; réduction du fer → gris-bleu

📖 12. Enracinement et propriétés physiques

📝 Points essentiels

📌 La profondeur utilisable maximale concerne toutes les plantes ou essences pour caractériser un solum, tandis que la profondeur d’enracinement maximale dépend de l’espèce végétale et du site étudié.

• Une porosité totale supérieure à 45 % et une porosité de pores de plus de 10 μm favorisent un enracinement dense et profond.

• Les obstacles absolus comprennent:

  • Absence de porosité
  • Horizons fortement compactés
  • Lissages en milieu argileux
  • Horizons engorgés en permanence
  • Horizons chimiquement toxiques

💡 Astuce mémo

Obstacle relatif ≠ obstacle absolu pour les racines

📖 13. Fertilité chimique et pH

🔑 Notions clés & Définitions

• pH du sol : Mesure de la concentration en ions oxonium H3O+ dans un échantillon de sol.

★ À maîtriser

📌 Le sol est hyper-acide sous pH 3,5, très acide de 3,5 à 4,2, acide de 4,2 à 5,0, peu acide de 5,0 à 6,5, neutre de 6,5 à 7,5, basique de 7,5 à 8,7 et très basique au-dessus de 8,7.

• L’acidification résulte de la lixiviation des éléments minéraux, de leur désorption du complexe d’échange et du remplacement progressif des éléments nutritifs par des ions H+.

• L’aluminium devient toxique lorsque le pHeau est inférieur à 5,5.

Compléments

📌 Le pHKCl est inférieur au pHeau de 0,5 à 1 unité, car le chlorure de potassium libère les ions H+ fixés sur le complexe d’échange.

💡 Astuce mémo

Acidification : lixiviation → désorption → H⁺ sur le complexe d’échange

📖 14. Éléments nutritifs et fertilisation

📝 Points essentiels

📌 Une carence absolue correspond à l’absence d’un élément dans le sol, tandis qu’une carence induite correspond à la présence de l’élément sous une forme non assimilable.

• 🔄 Le cycle de l’azote comprend:
  1. Fixation de l’azote
  2. Nitrification
  3. Absorption par les végétaux
  4. Décomposition des déchets
  5. Dénitrification

📌 L’azote organique est non lessivable, l’azote ammoniacal NH4+ est retenu transitoirement par le complexe argilo-humique, et l’azote nitrique NO3− est très lessivable et constitue la principale forme absorbée par les plantes.

• Le diazote N2 représente 78 % de l’air mais ne peut pas être directement utilisé par les plantes, car sa triple liaison est très difficile à casser.

• Le phosphore est principalement absorbé par les plantes sous forme d’ions H2PO4− et HPO4²− et se déplace très peu dans le sol, à environ 0,01 cm par jour.

• Le potassium est essentiellement absorbé sous forme K+ et intervient notamment dans la régulation hydrique, la photosynthèse, la synthèse des protéines et la résistance à la sécheresse et au gel.

💡 Astuce mémo

Azote : fixation → nitrification → absorption → décomposition → dénitrification

📖 15. Eau, engorgement et hydromorphie

★ À maîtriser

📌 L’hydromorphie est la manifestation morphologique d’excès d’eau par des taches, ségrégations ou colorations liées au fer et au manganèse, tandis que l’engorgement correspond à la saturation de la porosité par l’eau.

📌 Un sol engorgé est saturé en eau, sa macroporosité est remplie et l’air est chassé, ce qui épuise rapidement l’oxygène et rend le milieu asphyxiant et réducteur.

Compléments

• Les cinq modalités d’humidité sont:

  • Sec
  • Frais
  • Humide
  • Très humide
  • Noyé

• L’engorgement temporaire est intermittent, tandis que l’engorgement permanent dure sans discontinuer pendant une longue période.

💡 Astuce mémo

Engorgement = saturation actuelle ; hydromorphie = traces morphologiques durables

📖 16. Humidité et engorgement du sol

★ À maîtriser

📌 L’engorgement désigne la présence excessive d’eau dans le sol, tandis que l’hydromorphie correspond aux conséquences de cet engorgement sur le fonctionnement et les caractères du sol.

📌 Un engorgement peut exister sans hydromorphie lorsque l’eau circule rapidement, que le fer disponible est absent ou que l’engorgement est éphémère, tandis qu’une hydromorphie peut exister sans engorgement actuel en présence de traces d’oxydation fossiles.

• Les cinq modalités habituelles d’humidité du sol sont:
  • sec
  • frais
  • humide
  • très humide
  • noyé

Compléments

• L’humidité du sol s’apprécie par le toucher et par le comportement mécanique de l’échantillon, un sol plastique et malléable paraissant plus humide qu’un sol friable ou fragile.

• Les différences d’humidité entre les horizons renseignent généralement sur le drainage interne du sol, comme un fond de labour très humide au-dessus d’une semelle de labour fraîche à sèche, qui indique un mauvais ressuyage.

• 🔄 La mesure de l’engorgement repose sur: l’utilisation d’une tarière ou d’un piézomètre, une observation en période humide, des passages répétés plusieurs fois par an

💡 Astuce mémo

Engorgement = eau présente ; hydromorphie = conséquences observables

📖 17. Hydromorphie et oxydoréduction

🔑 Notions clés & Définitions

• Réaction d’oxydoréduction : Transfert chimique d’un ou de plusieurs électrons entre deux réactifs appelés oxydant et réducteur.

★ À maîtriser

📌 Dans un milieu oxique bien aéré, les réactions d’oxydation dominent, tandis que dans un milieu anoxique peu ou non aéré, les réactions de réduction dominent.

• Dans un sol bien aéré, le fer ferrique Fe3+ forme des oxydes ocre rouge fortement retenus par les argiles et les substances humiques, tandis que dans un sol saturé en eau, le fer ferreux Fe2+ est plus soluble et biodisponible.

📌 Les horizons rédoxiques liés aux engorgements temporaires présentent des taches rouilles dues au fer ferrique, tandis que les horizons réductiques liés aux engorgements permanents présentent des teintes bleues, gris-bleu ou bleu-vert dues au fer ferreux.

• La minéralisation de la matière organique produit en milieu oxique du dioxyde de carbone, des phosphates, des nitrates et des sulfates, tandis qu’en milieu anoxique elle produit du méthane, de l’ammoniac, de la phosphine et de l’hydrogène sulfuré.

Compléments

• Le test du fer à l’ortho-phénantroline utilise une solution à 2 % dans l’éthanol pur et produit une coloration rouge en présence de fer ferreux Fe2+.

💡 Astuce mémo

Excès d’eau → manque d’oxygène → réduction du fer

📖 18. Tests des propriétés physiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Réserve utile : Quantité d’eau disponible pour le bilan hydrique et l’irrigation, constituée d’une réserve difficilement utilisable et d’une réserve facilement utilisable.

★ À maîtriser

• La description des traces d’hydromorphie porte sur: les taches rouilles de fer ferrique, les taches grises ou verdâtres de réduction ou de disparition du fer, les concrétions noires ferro-manganiques, la densité et la profondeur d’apparition, le contraste, la couleur et la taille

• Le slake test consiste à immerger un échantillon de sol séché dans l’eau et à observer sa résistance à la désagrégation et à la dispersion.

• Les facteurs déstabilisants comprennent:

  • la pluie
  • la pression
  • le lessivage
  • la lixiviation

📌 Dans un test d’infiltration, une eau qui reste brillante en surface indique un sol peu perméable, tandis qu’une eau qui s’infiltre rapidement et laisse un aspect mat indique une porosité bien organisée.

• La réserve utile dépend principalement de la texture du sol et de sa pierrosité, les éléments grossiers de diamètre supérieur à 2 mm ne retenant pas l’eau comme la terre fine.

📐 Formule - La réserve utile est exprimée en millimètres selon l’équivalence $1\ \mathrm{mm}=1\ \mathrm{L}/\mathrm{m^2}=10\ \mathrm{m^3}/\mathrm{ha}$.

• La réserve facilement utilisable dépend de l’enracinement et diminue avec la profondeur, tandis que la compaction et l’hydromorphie le limitent, et que la matière organique et l’activité biologique le favorisent.

• Le test à l’eau oxygénée évalue qualitativement la matière organique labile en déposant du peroxyde d’hydrogène à environ 12 % dilué au huitième sur une motte de terre.

• Le test de Von Post classe qualitativement l’état de décomposition des horizons histiques et les différents types de tourbes, mais il est essentiellement adapté aux sols hydromorphes.

• Le Tea Bag Index consiste à enterrer à 8 cm deux sachets de thé vert et de rooibos, puis à les récupérer après 90 jours pour comparer leur décomposition.

• Le test Amora évalue les peuplements de lombriciens en réalisant deux arrosages de moutarde par mètre carré, suivis chacun de 15 minutes de ramassage, puis en identifiant et comptant les vers selon quatre groupes fonctionnels.

Compléments

• La cohésion du sol dépend principalement de la qualité de ses colloïdes, de la matière organique, de l’argile, du calcium et des exsudats racinaires et microbiens, notamment la glomaline produite par les filaments des champignons du sol.

• L’estimation de la réserve utile consiste à estimer la texture dans chaque horizon, à évaluer la proportion d’éléments grossiers, puis à comparer les résultats à l’abaque de réserve utile correspondant à la texture.

• Pour une texture d’argiles limono-sableuses, l’abaque donne environ 1,8 mm de réserve utile par centimètre de sol, soit 1,8 litre par mètre carré ou 18 m3 par hectare.

📌 Une effervescence plus intense au contact de l’eau oxygénée indique une quantité plus importante de matière organique labile, facilement minéralisable et nutritive pour les microorganismes.

💡 Astuce mémo

Prélever → humidifier → observer → interpréter

📊 Tableaux de synthèse

Couvertures pédologiques et solums

Tests et informations obtenues