★ À maîtriser
Compléments
L’artificialisation des sols peut entraîner pollution, déstockage du carbone, érosion et inondations, et compromettre l’épuration des eaux souterraines, le stockage du carbone et la fonction de substrat pour les êtres vivants.
La phase solide occupe en moyenne 40 % à 70 % du volume du sol et est constituée à plus de 95 % par la fraction minérale; le reste correspond aux phases liquide et gazeuse, dont les proportions dépendent de l’hydratation.
★ À maîtriser
Compléments
L’horizon O comprend la litière et l’humus.
L’horizon A contient en proportions égales de l’humus et de la matière minérale et constitue la terre arable propice à la nutrition des plantes.
L’horizon B est pauvre en humus, plus clair que l’horizon A et riche en minéraux et fragments de roches.
La structure et la composition du sol varient latéralement selon la répartition des organismes aériens, la présence et les mouvements de l’eau, la roche mère et les microclimats.
★ À maîtriser
Les graviers, de taille inférieure à 2 cm, sont des fragments de roche mère altérée qui favorisent l’infiltration de l’eau en profondeur et le drainage.
Les sables, de taille inférieure à 2 mm, sont des minéraux résiduels comme le quartz et favorisent la porosité, la perméabilité à l’eau et la circulation de l’air.
Les limons, de taille inférieure à 50 µm, peuvent remplir les pores lorsqu’ils sont abondants et rendre le sol imperméable à l’eau et anoxique.
Les argiles, définies ici par une taille inférieure à 2 µm, retiennent les ions dont K+ ainsi que l’eau; cette appellation granulométrique ne correspond pas nécessairement au sens géologique strict.
Compléments
★ À maîtriser
L’altération mécanique et chimique de la roche à l’affleurement laisse des particules résiduelles qui initient la formation du sol.
Le type d’argile formée et le type de sol dépendent de la roche mère et des conditions climatiques, notamment de la température et de l’humidité.
Les racines qui s’insèrent dans les diaclases fracturent la roche, tandis que les biofilms microbiens retiennent l’eau nécessaire à l’hydrolyse grâce à leurs polysaccharides pariétaux; les protons racinaires et les acides organiques sécrétés par les mycètes et les bactéries accélèrent aussi cette hydrolyse.
Compléments
L’altération de la roche dépend notamment de l’air, de ses fluctuations de température et de ses vents, ainsi que de l’eau météoritique ou de ruissellement.
L’eau infiltrée par les diaclases dissout les roches carbonatées ou hydrolyse les minéraux, libérant des ions et formant des argiles.
📌 Un sol forestier tempéré arénitique, associé à la bisiallitisation, a une épaisseur de l’ordre de 2 m, tandis qu’un sol forestier équatorial latéritique, associé à la monosiallitisation ou à l’allitisation, comprend une cuirasse de plusieurs mètres et plusieurs mètres d’argiles de type kaolinite, pour une épaisseur totale d’environ une dizaine de mètres.
Racines et biofilms accélèrent l’altération de la roche.
★ À maîtriser
La fraction organique représente généralement 0,4 à 10 % de la masse du sol, mais son rôle est essentiel.
La matière organique du sol comprend la nécromasse — cadavres, feuilles mortes, fruits morts, bois mort, mucus et mues — ainsi que les déjections des êtres vivants, y compris l’urée.
Compléments
★ À maîtriser
Les champignons et les bactéries décomposeurs oxydent la matière organique en CO₂, H₂O, SO₄²⁻, NO₃⁻ et Fe³⁺ lors de la minéralisation primaire.
Les composés phénoliques, notamment la lignine et les tanins, échappent à la minéralisation primaire et forment l’humus, constitué de polymères non dégradables par les minéralisateurs.
Lors de l’humification par polycondensation, des polymères libérés par digestion extracellulaire se recombinent spontanément avec des monomères d’oses et d’acides aminés pour former des molécules de plus en plus ramifiées.
Compléments
Les détritivores se distinguent selon leur régime alimentaire en :
La macrofaune du sol est visible à l’œil nu, la mésofaune est visible à la loupe binoculaire et mesure entre 200 µm et 2 mm, et la microfaune mesure moins de 200 µm, comme les protozoaires et les nématodes.
L’humification par héritage correspond à la faible transformation de polymères qui deviennent des humines résiduelles.
Les acides fulviques sont brun-jaune clair et solubles à tout pH grâce à leurs groupements alcools et carboxyliques, tandis que les acides humiques sont marron et solubles en milieu basique grâce à leurs groupements COO⁻.
L’humine noire d’insolubilisation est hydrophobe et insoluble.
📌 L’humification par néosynthèse bactérienne produit des humines microbiennes à partir des parois de bactéries mortes.
★ À maîtriser
Une bonne minéralisation de la matière organique requiert un rapport C/N assez faible, autour de 15, ainsi qu’un apport équilibré en carbone et en azote.
Le manque de carbone ou d’azote ralentit ou arrête la minéralisation, ce qui limite les éléments nutritifs disponibles pour les végétaux et peut dégrader la structure du sol.
Compléments
Les détritivores et les décomposeurs utilisent le carbone comme source d’énergie et ont besoin d’azote pour la synthèse de leurs protéines.
Une matière végétale riche en lignine, dépourvue d’azote et présentant un rapport C/N voisin de 100 est difficilement dégradable.
C/N élevé → minéralisation ralentie
★ À maîtriser
Le complexe argilo-humique fixe de manière réversible les cations de la solution du sol, ce qui contribue à la nutrition des plantes.
Les galeries de bioturbation améliorent l’écoulement de l’eau, l’aération du sol, la pénétration profonde des racines, l’ancrage et la nutrition des végétaux, l’enrichissement du sol en matière organique et la multiplication des bactéries.
Compléments
Les micelles d’humus empêchent la dispersion des argiles et stabilisent le sol.
En creusant des galeries verticales, les lombriciens enfouissent la litière et forment des turricules en surface.
Dans l’intestin des animaux géophages, le calcium sécrété par les glandes digestives favorise l’association des argiles à l’humus et la formation du complexe argilo-humique. Dans le sol, la glomaline, glycoprotéine produite par des champignons mycorhiziens à arbuscules, contribue à la stabilité des agrégats.
Les lombrics sont des espèces ingénieurs parce qu’ils modifient la structure de leur écosystème.
📌 En sol acide, les bactéries sont peu nombreuses et les lombriciens qui s’en nourrissent sont absents, tandis que des enchytrides mycétophages sont présents mais leur bioturbation est limitée par leur petite taille.
★ À maîtriser
La porosité texturale résulte de l’agglomération des composants du sol, tandis que la porosité structurale résulte de l’action des organismes, notamment la bioturbation animale et la croissance des racines.
L’eau capillaire, retenue par tension superficielle dans les interstices entre les particules, est la seule fraction réellement disponible pour les végétaux.
La capacité au champ est la teneur maximale en eau liée après ressuyage, tandis que le point de flétrissement permanent correspond à la situation où toute l’eau liée est non disponible pour les plantes.
La réserve utile est la fraction d’eau du sol que les plantes peuvent prélever entre la capacité au champ et le point de flétrissement permanent.
Dans un sol sableux, les particules et les pores plus grands réduisent les forces de capillarité, facilitent l’absorption d’eau, mais augmentent le ressuyage et diminuent la capacité au champ.
La réserve utile augmente lorsque la taille des particules diminue, comme dans un sol limono-argileux.
La matière organique du sol peut retenir jusqu’à 90 % de son poids en eau grâce aux liaisons hydrogène avec l’eau.
Compléments
📌 L’eau de gravité circule librement dans les pores sans être retenue par le sol et percole après un arrosage ou des précipitations en quelques heures ou quelques jours lors du ressuyage; elle est pratiquement inutilisée par les végétaux.
📌 L’eau de rétention est fortement adsorbée par les particules du sol et l’eau de constitution est emprisonnée dans les particules hydrophiles comme les argiles; ces deux formes sont indisponibles pour les végétaux.
📌 Un sol sableux nécessite une irrigation régulière en raison de son ressuyage accru et de sa capacité au champ diminuée.
Gravité → capillaire disponible → rétention et constitution indisponibles
★ À maîtriser
Les substances humiques peuvent fixer 5 à 10 fois plus de cations que les argiles, car elles possèdent davantage de charges négatives.
La CEC est élevée dans les sols argileux et faible dans les sols sableux.
Le complexe argilo-humique fixe les cations, limite leur perte par lixiviation, puis peut les libérer dans la solution du sol où ils deviennent absorbables par les plantes, ce qui accroît la fertilité.
Compléments
En pratique, la CEC est mesurée à partir de Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺ et Na⁺, qui représentent 99 % des cations fixés dans un sol.
Dans un sol acide, les protons occupent une partie des sites du complexe d’échange, ce qui réduit la CEC et la croissance des plantes ; la minéralisation plus lente appauvrit aussi la solution du sol en cations et diminue sa fertilité.
Les anions étant globalement peu retenus par le sol, les nitrates et phosphates des engrais peuvent être lixiviés et polluer les cours d’eau, où ils favorisent l’eutrophisation par prolifération d’algues.
★ À maîtriser
La pédogenèse correspond à la formation et à l’évolution d’un sol depuis la roche mère jusqu’au stade climacique, au cours d’une succession écologique primaire.
Sur la roche nue, des biofilms de cyanobactéries et de lichens sont suivis de biofilms de bactéries et de mycètes hétérotrophes ; ces biofilms retiennent l’eau et des éléments minéraux et organiques, s’ancrent au substrat et attaquent la roche par sécrétion d’acides, formant un lithosol.
L’effet Janzen-Connell est une rétroaction négative par laquelle des plantes pionnières favorisent des pathogènes du sol qui nuisent aux plantules de leur propre espèce ; leur mort et leur décomposition épaississent et enrichissent le sol, tandis que de nouvelles espèces colonisent l’espace libéré.
L’installation de chaméphytes buissonnantes puis de phanérophytes arborescents entraîne une fermeture verticale de l’espace par compétition pour la lumière, puis le passage de la lande à la jeune forêt et à la forêt mature.
Lors de la brunification, l’humus se dégrade et le calcium se solubilise par lixiviation, tandis que le fer s’oxyde et donne au sol une teinte brune.
Après plusieurs dizaines d’années de pluie, les ions Ca²⁺ sont lixiviés ; les argiles moins retenues par le fer se dispersent et migrent vers les horizons profonds, où elles reforment des complexes stables avec le calcium libéré par l’altération de la roche mère.
Compléments
📌 Au stade pionnier, lichens et biofilms facilitent l’installation de mousses et de petites plantes herbacées annuelles sur le lithosol, dont l’épaisseur n’est alors que de quelques centimètres.
Les plantes herbacées annuelles pionnières sont des stratèges « r » et se dispersent fortement en produisant de grandes quantités de graines.
Au stade prairie, les plantes bisannuelles ou vivaces passant l’hiver sous forme de bulbes, tubercules ou rhizomes se développent rapidement à la fin de l’hiver et concurrencent les herbacées annuelles ; la multiplication végétative favorise leur colonisation et l’espace se ferme horizontalement.
Dans une forêt climacique tempérée, une espèce végétale dominante bénéficie de rétroactions positives de micro-organismes du sol sur ses descendants, phénomène appelé effet Janzen-Connell inversé.
La forêt climacique tempérée présente une biodiversité animale maximale et des réseaux trophiques très complexes malgré la dominance d’une espèce arborescente végétale.
L’apport de matière organique et l’altération de la roche mère épaississent le sol jusqu’à un mètre ; le calcium et le fer libérés participent à la formation du complexe argilo-humique, tandis que les horizons superficiels riches en humus d’un jeune sol sont plutôt noirs.
Un sol brun atteint un point d’équilibre lorsque sa vitesse de formation égale sa vitesse d’érosion.
Le sol brun lessivé est le stade final de la pédogenèse sous une forêt caducifoliée en milieu tempéré, appelé pédoclimax.
Lithosol → pelouse → prairie → lande → forêt mature
★ À maîtriser
Dans une prairie, les herbacées pauvres en tissus secondaires et en lignine ont un rapport C/N inférieur à 15, tandis que les bactéries du sol ont un rapport C/N compris entre 5 et 10.
Les forêts climaciques de chênes, de hêtres ou de pins produisent une matière organique riche en lignine, avec un rapport C/N compris entre 20 et 100.
Dans les sols forestiers pauvres en azote, les bactéries croissent lentement, tandis que les mycètes, dont le rapport C/N est compris entre 20 et 100, sont moins exigeants en azote.
Les mycètes produisent des acides qui abaissent le pH du sol de 5,5 à 4 et inhibent les bactéries concurrentes, ce qui constitue une compétition par modification du milieu.
Dans les sols forestiers, le faible enfouissement de la matière organique, l’acidité et les tanins entraînent une très faible minéralisation et une humification essentiellement par héritage, avec beaucoup d’acides fulviques; cet humus est appelé moder ou humus dur.
La capacité d’échange cationique (CEC) est deux fois plus faible en forêt qu’en prairie, notamment parce que l’acidité la réduit.
Compléments
Dans la prairie, les lombrics se nourrissent des bactéries du sol, sont nombreux et contribuent à l’enfouissement rapide de la matière organique, rapidement dégradée par les bactéries.
Dans la prairie, la minéralisation est rapide et l’humification se fait principalement par néosynthèse bactérienne et polycondensation, sans modifier le pH du sol, dont la CEC est importante.
Les tanins abondants dans les feuilles provoquent des troubles digestifs chez les détritivores phytophages.
Les acides fulviques contribuent peu à la formation du complexe argilo-humique (CAH), et l’absence de lombriciens conduit à une très faible quantité de CAH dans les sols forestiers concernés.
Dans les sols forestiers acides et pauvres en ions, les arbres poussent lentement, la productivité est faible et le recyclage de la matière organique est lent.
Prairie pauvre en lignine : mull ; forêt riche en lignine : moder
★ À maîtriser
Les services écosystémiques des sols comprennent :
La fertilité des sols permet de produire de la biomasse destinée à l’alimentation, aux fibres textiles, au papier, aux matériaux de construction et à l’énergie; depuis la fin du XXe siècle, les microorganismes du sol produisent aussi des antibiotiques.
Les détritivores et les décomposeurs recyclent les déchets biologiques par minéralisation, ce qui reconstitue la fertilité du sol et limite la prolifération des agents pathogènes.
Compléments
La portance du sol fournit un substrat à la vie et aux activités humaines, mais elle peut diminuer lorsque les argiles floculées se dispersent sous la pluie et rendent le sol boueux.
Les sols perméables filtrent l’eau de pluie en retenant notamment les métaux lourds comme le cuivre, les pesticides et les polluants industriels, mais peuvent accumuler ces polluants à long terme.
En zone humide, la rétention d’eau par les sols contribue à prévenir les inondations.
Les sols fixent du carbone, mais peuvent aussi produire les gaz à effet de serre N2O et CH4 dans les zones humides.
Le projet 4 % vise à fixer chaque année, dans les sols, le CO2 produit par les activités humaines en augmentant leur matière organique; les sols forestiers et ceux d’agriculture non conventionnelle n’ont pas forcément une grande marge d’augmentation.
Les services culturels des sols sont immatériels et comprennent le patrimoine archéologique et l’esthétique des paysages.
★ À maîtriser
L’érosion naturelle dépend de la pente, des phénomènes climatiques extrêmes ou des saisons des pluies intenses, ainsi que du couvert végétal, qui limite l’impact des précipitations et stabilise le sol par ses racines.
En France, les territoires agricoles perdent environ 1 mm de sol par an, alors que la formation du sol est estimée à 0,02 à 0,1 mm par an.
Le labour excessif ou trop profond et l’absence de couvert végétal favorisent l’érosion agricole hydrique ou éolienne.
Le passage d’engins agricoles lourds tasse le sol et réduit sa porosité, ce qui gêne le passage de l’eau et de l’air et diminue la faune recycleuse, notamment les vers de terre.
L’usage intensif d’engrais de synthèse et de produits phytosanitaires peut polluer les sols; les molécules non dégradables peuvent y persister, être entraînées vers les eaux ou transférées aux plantes, aux animaux et à l’être humain.
Compléments
Dans le monde, 12 % des terres émergées sont cultivées.
La déforestation, qui fait perdre environ 7 millions d’hectares de forêt par an dans le monde, et le remembrement agricole européen du XXe siècle réduisent le couvert végétal et déstabilisent les sols.
La baisse de la qualité des sols peut diminuer les rendements agricoles et la qualité nutritive des récoltes.
Le chlordécone, insecticide organochloré utilisé jusqu’en 1993 dans les bananeraies des Antilles contre le charançon du bananier, demeure dans les sols et est reconnu comme à l’origine de prématurités et de cancers.
Les pratiques agricoles mentionnées sont :
★ À maîtriser
L’artificialisation liée aux habitations, aux industries, aux infrastructures routières et aux zones commerciales ou de loisirs rend les terrains imperméables, empêche l’infiltration de l’eau et favorise le ruissellement intense, les inondations et les crues.
Près de la moitié des sols du monde sont déjà dégradés en conséquence des activités humaines, et cette dégradation pourrait s’aggraver avec les changements climatiques. - FAO
Compléments
Les sols peuvent être contaminés par la mise en décharge et l’épandage de déchets, notamment des boues de stations d’épuration et des composts urbains, ainsi que par les rejets de polluants organiques et de métaux des sites industriels anciens ou actuels.
La dégradation des sols menace notamment la production alimentaire ainsi que la filtration et le stockage des eaux souterraines, principale source d’eau potable.
Formes d’eau du sol
| Forme | Rétention | Disponibilité végétale |
|---|---|---|
| Eau de gravité | Non retenue, percole | Pratiquement nulle |
| Eau capillaire | Tension superficielle | Disponible |
| Eau de rétention | Fortement adsorbée | Indisponible |
| Eau de constitution | Emprisonnée dans les particules | Indisponible |
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1. Quelle définition du sol est attribuée à Albert Demolon en 1932 ?
2. Quel terme désigne l’ensemble des processus qui transforment la couche superficielle de la roche mère sous l’action des pluies et des êtres vivants pour former un sol ?
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Quelle définition du sol Albert Demolon donne-t-il en 1932 ?
Une formation naturelle de surface, meuble et d’épaisseur variable, issue de la transformation de la roche mère sous l’influence de processus physiques, chimiques et biologiques, au contact de l’atmosphère et des êtres vivants.
Qu’est-ce que la pédogenèse ?
L’ensemble des processus conduisant à la formation d’un sol par transformation de la couche superficielle de la roche mère sous l’action des pluies et des êtres vivants.
Quelles fonctions le sol assure-t-il pour la biodiversité et la matière organique ?
Il abrite une biodiversité microbienne, animale et végétale et recycle la matière organique en éléments minéraux nécessaires à la croissance des végétaux.
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