Cours Pédologie2 LMD
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Pédologie BING-F-302 (version 2010) Th.

DROUET http://www.ulb.ac.be/sciences/lagev Table des matières Introduction . 1 Constituants du sol 2 1.

La fraction minérale du sol 1.1. Généralités 4 1.2. Minéraux primaires 8 1.3. Minéraux secondaires 18 2. La fraction organique du sol 2.1. Généralités 62 2.2. Origine de la matière organique du sol 63 2.3. Composition de la fraction organique du sol 64 2.4. Origine de la fraction humifiée et processus d'humification . 69 2.5. Influence des facteurs du milieu sur l'évolution de la matière organique du sol 75 2.6. Cycles de l'azote, du phosphore et du soufre 80 3. Le complexe argilo-humique 87 4. Les complexes organo-métalliques 88 4.1. Principaux composés organiques à pouvoir chélatant . 89 4.2. Conséquences des processus de chélation dans les sols 90 4.3. Stabilité des chélates 91 Propriétés physiques des sols 1. Texture 1.1. Généralités 93 1.2. Détermination de la texture : l'analyse granulométrique 93 1.3. Relations entre texture et autres propriétés du sol 98 2. Structure 2.1. Généralités 98 2.2. Aspects morphologiques : description des types structuraux 99 2.3. Conséquences de l'agencement des agrégats : la porosité 100 2.4. La stabilité structurale 106 2.5. Facteurs du milieu assurant la structuration des sols 107 3. L'eau du sol 3.1. Généralités 108 3.2. Les états de l'eau du sol 108 3.3.

Les mouvements de l'eau dans le sol 115 Propriétés physico-chimiques et chimiques des sols 117 1.

Phénomènes d'échange des cations 118 1.1. Le pouvoir de sorption ou capacité d'échange 118 1.2. Les processus d'échange des cations 126 1.3. Garniture cationique du complexe adsorbant dans les sols 131 2. Le pH du sol 134 2.1. Généralités 134 2.2. Acidité d'échange et aluminium échangeable 135 2.3.

Pouvoir tampon du sol 136 Ouvrages de référence 137 1 INTRODUCTION Le sol, objet d'étude de la Pédologie, peut être défini comme étant la couche superficielle de l'écorce terrestre ("couverture pédologique") qui possède des caractéristiques morphologiques et minéralogiques ainsi que des propriétés physico-chimiques distinctes de celles du matériau originel dont il dérive (un substrat géologique ou tout autre matériau apparenté), du fait de sa position à la surface de la lithosphère et de l'influence des facteurs du milieu qui y agissent.

Selon le "Référentiel pédologique des principaux sols d'Europe", édité par l'INRA (Baize et Girard, 1992), il s'agit d'un objet naturel (c'est-à-dire dont l'existence initiale ne dépend pas de l'homme), continu et tridimensionnel. Les "couvertures pédologiques" sont le plus souvent continues, mais il arrive qu'elles soient très réduites, voire absentes. En outre, elles sont fréquemment modifiées par des activités humaines, sur des profondeurs variables et de façon plus ou moins apparente. L'étude des sols peut être abordée de diverses manières : 1.

Une approche agronomique : le sol est envisagé comme le milieu naturel au sein duquel croissent les plantes cultivées. C'est donc la gestion correcte de ce "capital sol" qui intéressera l'agronome par l'amélioration de son niveau de fertilité ou par les mesures conservatoires qu'il peut lui apporter. 2.

L'approche écologique vise plutôt à replacer le sol dans un contexte écosystémique.

Un des objectifs majeurs sera dès lors l'étude causale des relations réciproques sol - couverture végétale - facteurs climatiques. 3.

L'accent peut aussi être mis sur le rôle de "filtre" que jouent les sols à l'interface atmosphère - hydrosphère - lithosphère.

C'est alors leur comportement spécifique vis-à-vis de différents types de pollutions d'origine anthropique (métaux lourds, hydrocarbures, "pluies acides", etc.) qui sera étudié.

Cette approche environnementale a connu un fortement développement ces dernières années.

Elle vise non seulement à la compréhension des effets des polluants sur les sols et, par voie de conséquence, sur les plantes qui y croissent, mais aussi à la mise au point de normes de sauvegarde et de méthodes permettant leur revalidation et leur assainissement. 4.

Enfin, dans une approche proprement pédologique, le sol sera envisagé comme la résultante de l'action des facteurs du milieu sur un matériau parent ou un substrat géologique déterminé.

Dans ce cas, le sol constitue en lui-même un objet d'étude et on s'attachera donc à analyser et interpréter ses propriétés en relation avec les processus qui ont déterminés son développement, quel qu'en soit l'intérêt pratique. La connaissance des constituants du sol, de leur composition et de leurs principales propriétés physico-chimiques, constitue en tout état de cause un préalable indispensable à l'étude du milieu édaphique. Ces connaissances fondamentales permettent d'entreprendre l'étude des processus de formation des sols (processus de pédogenèse) en relation avec les conditions de milieu, ce qui débouche sur la classification des sols mondiaux, leur cartographie, ainsi que l'étude de leurs potentialités agronomiques en liaison avec leurs principales propriétés physico-chimiques. 2 L E S C O N S T I T U A N T S D U S O L Toute couverture pédologique est un mélange de constituants minéraux et organiques, d'air, d'eau et d'organismes vivants.

Ces constituants sont organisés entre eux et dans l'espace, formant des "assemblages" ou des "structures" spécifiques du milieu édaphique.

Les "horizons pédologiques" en constituent un bon exemple : ils résultent de la subdivision d'une couverture pédologique en volumes considérés comme suffisamment homogènes.

Par leur dimension verticale centimétrique à métrique, ces horizons sont directement perceptibles à l'oeil nu sur le terrain ; c'est pourquoi l'horizon est le niveau d'appréhension le plus pratique pour observer et échantillonner une couverture pédologique (Référentiel, 1992). Par ailleurs, les couvertures pédologiques sont en perpétuelle évolution, ce qui leur confère une dimension supplémentaire : la durée.

L'étude des sols doit donc se fonder non seulement sur la nature, les propriétés et l'organisation de leurs constituants, mais aussi sur leur dynamique au cours du temps. La subdivision des constituants du sol est inévitablement arbitraire.

Dans une première approche, il est toutefois commode d'étudier séparément les quatre constituants majeurs du sol dont la répartition volumique et pondérale moyenne est la suivante (tableau 1 et fig. 1) : % % en volume massique Constituants minéraux 45 95 Constituants organiques 5 2 Eau du sol 25 3 Air (atmosphère) du sol 25 ~0 Tableau 1 Composition centésimale du sol (en volume et en masse).

Ordres de grandeur du taux de matière organique : 2 % dans un horizon cultural en région tempérée, 5 % dans un mull forestier, 10 à 20 % dans un moder, 90 % ou plus dans une tourbe acide. L'origine des différents constituants est évidente : les constituants minéraux sont hérités du substrat géologique par désagrégation mécanique et/ou altération chimique plus ou moins prononcée.

La matière organique est majoritairement d'origine végétale. Les vides du sol occupés par de l'eau et de l'air constituent la porosité du sol : porosité à l'eau et porosité à l'air.

Il y a bien entendu relation réciproque entre les volumes respectifs occupés. En conditions naturelles, de fortes fluctuations des proportions relatives air/eau peuvent se produire au cours du temps. 3 Fig.

1 Composition moyenne d'un sol (en % volumiques, d'après Bear, 1964). 4 1. L A F R A C T I O N M I N E R A L E D U S O L 1.1.

G E N E R A L I T E S La fraction minérale du sol est constituée en majeure partie de fragments de roches et des minéraux qui en sont issus.

Il s'agit de minéraux originels inaltérés ou de minéraux originels plus ou moins profondément transformés par les processus d'altération, auxquels peuvent s'ajouter des minéraux de néoformation, spécifiques du milieu édaphique.

L'ensemble de ces minéraux est distribué dans les différentes fractions granulométriques du sol, déterminant sa texture (p. 92). Le sol peut aussi contenir une proportion plus ou moins importante de constituants minéraux amorphes (c'est-à-dire non cristallins), dont le rôle au point de vue pédologique n'est pas à négliger. On peut également considérer qu'une partie des éléments minéraux du sol est présente sous forme d'ions (cations et anions), soit à l'état dissout dans la solution du sol, soit adsorbés à la surface des colloïdes organo-minéraux (éléments dits "échangeables"). La nature des différents minéraux présents dans un sol et leur distribution verticale en son sein, sont déterminées par : .

1) La composition de la roche-mère dont sont issus les principaux minéraux du sol (minéraux hérités). .

2) Les processus pédogénétiques qui peuvent détruire certains minéraux, modifier plus ou moins profondément d'autres minéraux (altération) ou en engendrer de nouveaux (processus de néoformation). Par ailleurs, les minéraux les plus résistants à l'altération peuvent s'accumuler sous forme résiduelle (c'est le cas du quartz) alors que les minéraux de petite taille (< 2 µm) peuvent éventuellement être mobilisés et se concentrer préférentiellement dans certains horizons (phénomène de lessivage des argiles). Dans la fraction inorganique cristallisée, les pédologues distinguent habituellement deux types principaux de constituants : les minéraux primaires et les minéraux secondaires. 1.

Les minéraux primaires (une dizaine de minéraux essentiels) sont, à l'origine, les minéraux constitutifs des roches magmatiques, c'est-à-dire ceux qui se sont formés lors de la cristallisation des magmas, dans des conditions de température et de pression totalement différentes de celles qui prévalent à la surface de la lithosphère.

Ils sont en conséquence plus ou moins instables dans les couvertures pédologiques où l'ambiance physico-chimique est plus oxydante et le milieu plus hydraté ; ils peuvent alors s'y transformer en minéraux dits "secondaires", à l'issue de processus d'altération plus ou moins intenses et