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NiuePansu1JacQuesGautheqrou1Jean-Yves11jJJy-L'analysedusolÉchantillonnage,instrumentationetcontrôleContactez-noussurlewebBienvenueNewsLesRevuesmédicalesContacteznousAccueil AuteursleslivresdeMédecineleslivresdeSciencesetInformatiqueOùtrouvernosouvragesrTrèscomplet,leMassona étéconçucommeunoutildetravail91pourtousCtUXquisouhaitentêtre informésefficacernentdansles secteursde la médecineetdessciences:étudiants,enseignants,chercheurset professionnels.Lecatalogue estconsultableen ligne:livresetrevuesvoussontprésentésendétail, ainsi que lesnouveautésdechaque mois.MarcPansu1JacquesGautheyrou1Jean-YvesLoyerL'analysedusolEchantillonnage,instrumentationetcontrôlePréface deMauricePinta etAdrienHerbillonMASSONmParisMilanBarceloneDANGERLEPHOTOCOPILLAGETUELELIVRECe logo a pourobjetd'alerter le lecteur sur la menace que représentepour l'avenirde l'écrit,toutparticulièrementdans ledomaineuniversitaire,ledéveloppementmassifduuphotocopillaqe».Cettepratiquequis'estgénéralisée,notammentdanslesétablissementsd'enseignement,provoque une baisse brutale desachats de livres, au point que la possibilité même pour les auteursde créer des oeuvres nouvelles et de les faire éditercorrectementest aujourd'hui menacée.Nousrappelonsdonc que lareproductionet laventesansautorisation,ainsi que le recel, sontpassiblesdepoursuites.Les demandes d'autorisationde photocopier doivent être adresséesà"éditeurou au Centre françaisd'exploitationdu droit de copie:20,rue desGrands-Augustins,75006Paris.Tél. :0144074770.Tousdroits detraduction,d'adaptationet dereproductionpar tous procédés, réservéspour tous pays.Toutereproductionou représentation intégrale ou partielle, par quelque procédé quecesoit despagespubliées dans le présent ouvrage,faitesansl'autorisationdel'éditeur,estilliciteetconstitueunecontrefaçon.

Seulessont autorisées,d'unepart, les reproductionsstrictementréservéesàl'usage privédu copiste el non destinéesàuneutilisationcollective,etd'autrepart,les courtescitationsjustifiéespar le caractèrescientifiqueoud'informationdel'oeuvredanslaquelleelles sontincorporées(art.L.122-4.L.122-5etL.335-2du Code delapropriétéintellectuelle).©Masson,Paris, 1998ISBN:2-225-83130-0MASSONS.A.120,bdSaint-Germain,75280Paris Cedex06PréfaceIl estfrappantdeconstateràquelpointlaconnaissancedu sol estdevenueaujourd'huiprimordiale.S'ilfut untempsoùl'onnommait"sol»ce quin'étaitqu'unemincecouchedeterrejouantle rôle deréserveennutrimentsnécessaires à lacroissancedesplantescultivées,l'éclosionpuis ledéveloppementdelaPédologie-c'est-à-direde laSciencedes Sols - ontsingulièrementélargilechampscientifiqueet lesdomainesd'applicationcouvertspar cette discipline.

En effet, les sols sontreconnusaujourd'huicommedesobjetsnaturelsdont lespropriétésdépendentnonseulementde la durée et del'intensitédesprocessusqui les ontfaçonnés,mais aussi de la nature de ceux quedéclenchentles hommes qui les utilisent.Il résulte que sicertainsde leursattributssontrelativementstables,d'autresvarientrapidement,nonseulementdansl'espace,mais aussi dans le temps.

Ilconvient,enconséquence,desuivreet decontrôlerlaqualitédes sols àl'imagede ce qui est faitpourlaqualitédeseauxet del'air.L'analysedes solstrouvelà toute sajustificationetl'objetde cetouvrageestd'entraiterd'unefaçonrigoureuse.Onconnaîtle rôleéminentjouéparl'Orstom(Institutfrançais derecherchescientifiquepourledéveloppementencoopération)dans ledéveloppementdesconnaissancesrelativesaux sols des régionsméditerranéennesetintertropicales.Grâceà une largepalettedecartes,demonographiesetd'ouvragestraitantde leurgenèse,lesrésultatsdestravauxdespédologuesdecetInstitutont étéainsilargementdiffusés.Ce quin'estni assezconnu,ni assez reconnu, parcontre, est le fait que cesinnombrablesétudesd'inventaireet defonctionnementn'auraientpu voir lejoursil'Orstomn'avaitdisposé,enFranceet dansses payspartenaires,d'infrastructuresau seindesquellesdesanalystescompétents ontconsacrélemeilleurde leur temps à la mise enoeuvredesoutilset dessavoir-faireindispensablesà lapratiquedel'analysedu sol.C'estau sein decettecommunautéqu'agermél'idéed'écrirecetouvrageet nous devons gréaujourd'huiàplusieursde sesmembres,d'avoiravecpersévérance,eu lavolontédemenercettetâche à bon terme.Au cours de leurcarrière,JacquesGautheyrouet MarcPansu,ingénieurschimistesdeformation,ingénieursderechercheàl'Orstom,- il fautégalementassocierleregrettéJeanSusini,récemmentdécédé,l'undesinitiateursde lapublication-,ont mis leurexpérienceauservicede lachimiedu sol etde lapédologie.Responsablesdelaboratoiresderechercheet analyse, ils ne sesont pascantonnésàproduiredesrésultats.Ilsontaussilargementcontribuéàl'adaptationet àl'améliorationdesperformancesdestechniquesanalytiques,profitantaumaximumdudéveloppementdel'instrumentationscientifiquedans ledomainedesméthodesphysiquesd'analyse,avecentreautreobjectif,l'assurancequalité,l'undescritèresdel'analyseindustrielleet de larecherchescientifique.VIAnalysedu solCetouvragebénéficieégalementde laprésence,dansl'équipedesauteurs,deJean-YvesLoyer,directeurderechercheàl'Orstom,pédologuespécialistede la mise envaleurdes sols salés et dudéveloppementdes régionsméditerranéennesettropicales.Mieuxquequiconque,ilétaità même decautionnerlerôle etl'importancedel'analysedu sol dans lessciencesde laTerre.Ajoutonsencoreque les auteurs se sontconstammententourésdesconseilsde chercheurs,ingénieurs,techniciensdel'Orstom,duCIRAD,duCNRSet del'INRA.Lacollaborationentreingénieursresponsablesdel'analyseetchercheursde terrain quidoiventinterpréterlesrésultatsanalytiques,confèreuneoriginalitécertaineàl'ouvrage.Onretrouved'ailleurscettecollaborationdanslespublicationsdes auteurs, dans ledomaineaussi bien de laméthodologieanalytiqueque del'applicationà lasciencedu sol.L'ouvragecomprenddeuxparties.Lapremièretraite desméthodesde prélèvementetd'échantillonnage,des tests deterrain,des testsqualitatifsprécédantl'analyse,de lapréparationdel'échantillon.Lasecondepartieprésentelesméthodeschimiquesetinstrumentalesmodernes:spectrométried'émission(flamme,plasma)etd'absorption(moléculaireetatomiqueenflammeetéleetrothermique),ionométrie,chromatographieenphasesliquideetgazeuse,analyseélémentaire(C,H,N,O,S),poursetermineravec deuxintéressantschapitres sur larobotiqueenanalyseinstrumentaleet sur lecontrôledequalitédesrésultatsd'analyse.Sil'onne peut nierl'existenced'ouvragessurl'analysedu sol, ou sur lesméthodesparticulièresd'analysephysico-chimique,aucun neprésenteuneportéeaussigénérale,aucunn'esttraité de façon aussiapprofondie.Lesauteurs se sontattachésàprésenterleurpublicationd'unefaçon trèsdidactiquequiintéresseraàcoup sûr, nonseulementlechimisteconfrontéauxproblèmesd'analysede sol, mais aussi lesanalystesqui, plusgénéralement,doivents'initier auxméthodesmodernesde lachimieanalytique.Sil'analysedu solintéresseenpremierlieu lechercheurpédologue,géologuefondamentalisteouagronome,elleprésenteégalementunimpactimportant dans biend'autresdomaines.Laconnaissancedel'environnementfait largementappel àl'analysedu sol, avec larecherched'élémentsoucomposéstoxiquessusceptiblesdecontaminerle milieu, à la suite des rejetsindustrielsvial'atmosphèreou leseffluentsliquides.L'industriedesfertilisantset leurutilisationexigentuneparfaiteconnaissancedu sol.

Legéniecivil,l'implantation deréseauxroutiersou ferrésnécessitentun bondiscernementdespropriétésphysiquesetchimiquesdu solsous-jacent.L'industrieminéraleexploitecertainsconstituantsspécifiquesdu sol,commeles argiles, lescarbonates,lesoxydes,lessilicates et lesservicesderechercheappliquéedesindustrieschimiques,biotechnologiquesetpharmaceutiquess'intéressentaussi àcertainsconstituantsorganiquesdu sol.Unebibliographieimportanteet des indexalphabétiquescomplètentavantageusementl'ouvrage.Au total,l'oeuvreestimpressionnanteet nemanquerapasd'intéressernonseulementlechimisteresponsabledel'analyse,mais aussil'ingénieur,lechercheurutilisateurdesrésultats.Nouspouvonssouhaiterle plus vifsuccèsà cenouvelouvrage.MauricePintaet AdrienHerbillonSommairePremièrepartie:Échantillonnage.Chapitre1.

1) Prélèvementd'échantillons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3) Chapitre 1.

2) Premiers tests deterrain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29Chapitre 1.

3) Préparation deséchantillons. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45Chapitre 1.

4) Matériels de broyage ettamisage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69Chapitre 1. 5) Premiers testsqualitatifsaulaboratoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87Chapitre 1.

6) Balancesanalytiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95Chapitre 1.

7) Séparations sur filtres et membranes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105Deuxièmepartie:Instrumentationetcontrôle . . . . . . . .141Chapitre2.

1) Présentation des techniques analytiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143Chapitre 2.

2) Spectrométriemoléculaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155Chapitre 2.

3) Spectrométried'absorptionatomique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173VIIIAnalysedu solChapitre 2.

4) Spectrométried'émission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205Chapitre 2.5lonométrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231Chapitre 2.

6) Techniqueschromatographiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251Chapitre 2. 7) Chromatographieen phase gazeuse. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263Chapitre 2. 8) Chromatographieen phaseliquide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289Chapitre 2.

9) AnalyseélémentaireCHN-oS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311Chapitre2.10Automatisationetrobotiqueaulaboratoire . . . . . . . . . . . . . . . . . 329Chapitre2.11Contrôlede qualité des résultatsanalytiques . . . . . . . . . . . . . . . . 367Annexes, .413Annexe1Classification des techniques analytiques utiliséespourl'étudedusol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415Annexe2Matérielset techniques analytiquesLexiquebilinguedes abréviations, siglesetacronymes . . . . . . . . 425Annexe3Chimiedes sols et systèmeinternationalde mesure (SI). . . . . . . . . 443Annexe4Tables statistiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447Annexe5Classification et référentiel des sols. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455Annexe6Adresses matériels et outils analytiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461Annexe7Tableaupériodiquedeséléments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483Index 487RemerciementsCetouvragea été réaliséàl'Orstom,Institutfrançais derecherchescientifique pour ledéveloppementencoopération.Il vise àsynthétiser50 ansd'expériencede cetorganismedansl'installation,la mise au point ou la collaboration à deslaboratoiresd'analyseen France, dans lesdépartementset territoiresd'Outre-meret dans divers pays dumonde:Algérie, Bolivie, Brésil,Burkina-Faso,Cameroun,Congo, Côted'Ivoire,Équateur,Liban, Maroc,Niger, Mexique, Sénégal, Syrie, Togo,Tunisie.MerciàMonsieurGérardWinter,ex-directeurgénéral del'Orstom,MM.Georges Pedro et Jean-Yves Martin,ex-présidentsdescommissionsscientifiques"Hydrologie-pédologie»et "Sciencesdel'ingénieuret de lacommunication » ainsiqu'àMichel Rieu,AntoineCornet, GuyHainnauxetClaudePaycheng,pour leur soutien àce projet.NousremercionsparticulièrementMonsieurMauricePinta, auteur de nombreux livres etpublicationsen chimieanalytique,pourl'intérêtqu'ila manifesté, depuis le début à ce travail et le tempsqu'ilaconsacréà larelectureconstructivedesmanuscrits.NousexprimonségalementnotrereconnaissanceàMonsieurleprofesseurAdrien Herbillon,ex-directeurdu centre depédobiologie (CPB) du CNRS à Nancy pour son soutienpermanentà ce projet etl'encadrementdescorrections.Le manuscrit a été enrichi denombreusescorrectionset remarques des spécialistesde laphysico-chimieanalytique et del'analysedu sol.

Toutd'abord,ilconvientderemercierM.

FrancisSondag,directeurdulaboratoiredes formationssuperficiellesdel'Orstomà Bondy et MmeFlorenceLe Cornee, ingénieurspectrographisteàl'Orstom,pour lechapitre2.4 et pour lescorrectionsdes autres chapitres.

Notre gratitudes'adresseàMonsieurThibaultSterckeman,directeurdulaboratoired'analysesde sol del'INRAà Arras etprésidentde lacommissiondenormalisation"Qualitédessols-méthodeschimiques»àl'AFNOR,pourl'accueilchaleureuxàce travail et lapertinencede ses apports.Nousremercionslesspécialistesde larechercheanalytiqueduCPB-CNRS,xAnalysedu solMme T.Chone,MM.

E.Jeanroy,J.M.Portal,J.Rouiller,G.Belgy,D.Merlet,pourleurscorrectionsetremarques.Desremerciementssont aussiadressésàMessieursJ.P.

Legros(pédologueàl'INRA-Montpellier)poursesencouragements etcorrectionssurl'échantillonnageet lecontrôledequalitédes analyses,F.Laloe,statisticien-Orstom,pourlacorrectionduchapitre2.11, C.

Riandey,spectrographiste-Orstom,pour lacorrectiondeschapitres2.3 et 2.4,M.

Misset,pédologue-Orstom,pour lafournituredel'annexe3.Denombreuxspécialistesapportentdesélémentsà laréalisationde cetouvrage,parmilesquelsMmesA.Bouleau,S.Doulbeau,M.Gautheyrou,E.Gavinelli,M.Gérard,M.C.Larre-Larrouy,G.Minot,M.L.Richard,J.Rochette,P.Talamond,MM.

G.Bellier,J.Bertaux,J.C. Brion, B. Dabin,J.Fardoux,C.Hanrion,M. Marly, G. de Noni, P.Pelloux,J.Pétard,A. Plenecassagne,E.

Roose, M.Sourdat,M.Sicot,J.C.Talineau,J.F.Vizier,P. Zante(Orstom),MM.A.Aventurieret P.Fallavier(CIRAD-Montpellier),P.

Bottner(CNRS-Montpellier),Mme M.Dosso(CNEARC-Montpellier).Qu'ilsensoientsincèrementremerciés.Enfin, nousadressonsnosremerciementschaleureuxà Mme S.Rigolletpour lesecrétariatinformatisé,àMmeC.DieulinetM.

P.Raouspourleurs aidesponctuellesà desproblèmesdebureautique,et àM.

E.Elgueropour le calcul formaté decertainestablesstatistiques.Les auteursInmemoriamJeanSusiniCet ouvrage a été entrepris àl'initiativede Jean Susini.

Il a lui-même participé à sa rédaction avant son décès brutal, enjuillet1994.

Jean Susini, ingénieur chimiste, était entré àl'Orstomaprès guerre, au sortird'uneépreuvedifficile de déportation.

Parmi les pionniers de cet institut naissant, il a participéactivementàl'élaborationde ses structures de recherche et en a suivil'évolution.

Saspécialitél'aamenéàcollaboreràl'installationetaufonctionnement de laboratoiresd'analysesphysico-chimiquesde sols,d'eauxet deplantes dans divers pays, enparticulieren France, au Cameroun, en Algérieet en Tunisie.C'étaitun homme de principe, qui croyait enl'hommeet en sacapacitédeprendre en main l'avenir.

Ilappréciaitleprogrès, avec une certaineprudencevis-à-vis des nouvellestechnologiesdont il voulaitpercerlefonctionnementintime,pourmieux lesutiliserau serviced'undéveloppementdurable.

Il étaitaussi en quête de choses simplesparexemple, ilcherchaittoujours les techniques de faible coût pour répondre à unproblèmeanalytique donné, sansexclure,pourautant, les techniques les plus complexes si elless'avéraientnécessaires.

Avant tout, il refusait que les hommes de terrain et delaboratoireperdentleur âme en devenant les simplespresse-boutonsde machines élaborées loin d'eux.

Jean Susini avait trop souventconstatéque beaucoupd'instruments sont sous-utilisés voire inutilisés sansformationdes hommes.C'estpour tout celaqu'ilvoulait faire ce livre et nous espérons avoir étéfidèles à son objectif.Les auteursPremièrepartieEchantillonnageCHAPITRE1.

1) Prélèvementd'échantillons1.Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.

Butsrecherchés. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.1. Étude de la genèse du sol. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.2.Cartographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.3.Diagnosticetcontrôledefertilitéou depollution. . . . . . . . . . . . . 73.Méthodesdeprélèvement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73.1.

Prélèvementsàla tarière manuelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93.2. Prélèvements avec enginsmécaniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133.3. Prélèvementsàpartird'unefosse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .143.4.

Prélèvementsàbutsagronomiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153.5. Échantillons deréférence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153.6.

Prélèvementsspéciaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164.Prélèvementdessolutionsdu sol. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244.1.Prélèvement des eaux libres dusol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .244.2.Prélèvement des eaux libres et liées du sol. . . . . . . . . . . . . . . . . . .245.Prélèvementsde gaz du sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26Bibliographie citée. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27Bibliographiecomplémentaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2841.IntroductionAnalysedu solLa pédologie, science naturelle etd'observation,a longtemps utilisé des donnéesempiriquesaccumulées par des générations de gens de terrain, botanistes,agriculteurs, forestiers, éleveurs Elles étaientl'uniquesource de connaissance sur les sols considérés comme un simple support ducouvertvégétalnaturel, ou de la production agricole.Àpartir de cesobservationsétaientdéfinies ethiérarchiséesdes situations de sol selon leurspotentialitésde production"naturelle».Rapidement,l'utilisationdes fertilisants pour maintenir laqualité des terres,augmenter les rendements, corriger certains défauts, et parfois pourremédieràd'importantsdéboires dans la production, a rendunécessaireun diagnosticplus précis des terres; il a fallu"mieuxconnaîtreles sols pour mieux lesutiliserDifférentesméthodesd'étudeet decaractérisationdu sol en place ont étéproposées qui toutesdébouchaientsur des prélèvementsd'échantillonsde lacouche arable, pour des analyses de"chimieagricole»essentiellement.Lesrésultats decelles-ci servaient àaffiner lesprévisions et àguiderla fertilisation.D'abordà but agricole, ces analyses ont étéprogressivementélargiesà desproblématiquesplus fondamentales à mesure queprogressaient"les basesphysiques,chimiqueset minéralogiques de la science dusol»(Chamayou etLegros, 1989).

Elles étalentaujourd'huiune panoplie de méthodes des plussimples aux plus sophistiquées, souventempruntéesàd'autresdisciplines(géologie,géophysique,sciences médicales ), et adaptées aux sciences dusol.L'éventaildes possibilités analytiques estaujourd'huitelqu'ilest indispensable de définir au préalable le pourquoi de cesdéterminations,c'est-à-direlebutrecherché:du choix du typed'analyseà réaliser dépend la manièred'exécuter leprélèvement.Il est donc nécessaire quel'échantillonnagedu sol enplacecorrespondebien à laproblématiqueet soit surtoutcorrectementeffectué.L'interprétationultérieure qui sera faite des résultats en dépend.

Ce sontles premières sourcesd'erreursqu'ilconvient de bienmaîtriser:le pourquoiet lecommentdes prélèvements.Les différents traitements statistiques classiques ougéostatistiquesdes données analytiques qui seront app