[PDF] Létude du sol au laboratoire : caractéristiques physiques chimiques

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CHAPITRE IV

L'ETUDEDU SOL AU LABORATOIRE

CARACTERISTIQUESPHYSIQUES,CHIMIQUES,

MINERALOGIQUESETBIOLOGIQUES

A.COMBEAU,P. SEGALEN et G.BACHELIER

Lorsqu'onachèveladescriptiondétailléedesdifférentshorizonsconstituantleprofildu sol,

uncertainnombred'échantillonspeuventêtreprélevéset amenés aulaboratoireen vue dedéter

minationsquiviendront compléteroupréciserles données duterrain. Lesmesuresqu'onpeuteffectueraulaboratoiresontextrêmementnombreuses.On ne peut lesréalisertoutes pourchaqueéchantillon.Lechoixrésulteduproblèmeposé aupédologue.On passe en revue dans cechapitrelesprincipalescaractéristiquesquifont l'objetdemesuresdans le sol eninsistantdavantagesur lesprincipesque surlestechniquespourlesquellesnesontfour nies que desindicationssommaires.

Ellessontclasséesenquatre

rubriques:

1) Lesmesuresphysiquesquiconcernentlagranulométrie,lastructureet lesrelationsentre

l'eau et le sol.

2) Lescaractéristiqueschimiquesouélectroniquestellesque lacapacitéd'échangeet les

baseséchangeables;laréactionet lepotentielde redox.

3) Lacaractérisationdesconstituantsminérauxqui aprisungranddéveloppementpar la mise

en oeuvre detechniquesphysiques.

4) Lescaractéristiquesbiologiquesquemettenten oeuvre desméthodes

trèsspéciales.

4.1.-Caractéristiquesphysiquesdusol.

Lespropriétésphysiquesdu solsontlarésultante: a) de lanatureet de laproportiondesdiversconstituants,end'autrestermesde latexture; b) del'agencementspatialde cesdiversconstituants,donc de lastructure; c) de laquantitéet del'étatde l'eauoccupantenpartieou entotalitélesvidesexistantentre lesunitésstructuralesdu sol. 63

4.1.1.Texture des sols.

Lescaractéristiquesessentiellesd'un sol sontfonctiondesproportionsrelativesde ses élémentaires.Unpetitnombre declassesdedimensionsont étédéfiniesdans ce but. Elles ontété présentéesàproposdel'étudedu sol en place. L'analysegranulométrique(ou analysemécanique)apourbut dedéterminerlesproportions desdiversconstituantsélémentairesdu sol. Cesconstituantsélémentairessontnormalementasso

ciés les uns aux autres, dans le sol en place,pourformerdesagrégats,plus ou moinscohérentset

poreux. Lesproportionsrelatives,dans un mêmeéchantillon,desparticulesdesdifférentesclasses granulométriquesdu soldéfinissentlatexturedu sol. Selon les pays et les auteurs, lenombredes classestexturalesvarieenfonctiondesélémentsretenus.Lorsquel'onnetientcompteque de

2 typesd'éléments(parexempleargile-limon,argile-sableoulimon-sable),onobtient9classes

structurales,comme dansl'ancienneclassificationfrançaisedestextures.Si, aucontraire,3éléments

sont pris en compte,séparémentousimultanément,lenombredesclassestexturalesaugmente:

13 dans laclassificationdel'USDA,17 dans lanouvelleclassificationfrançaise(voirdiagramme des

textures). L'analysegranulométriqued'un sol estréaliséede la façon suivante:opérantsur une quan

tité deterrefine connue, del'ordrede 10 grammes, onéliminedans unpremiertemps leséléments

quicimentententre elles lesparticulesélémentaires:matièreorganique,ionscalcium.Pour cefaire,

l'échantillondeterreesttraitésuccessivementavec de l'eauoxygénée(quidécomposelamatière

organique)et avec del'hexamétaphosphatedesodium(qui masquel'effetdes ionscalcium).Laterre est alors agitée pourréaliserunesuspensionhomogène.Lorsquecettesuspensionestlaisséeau repos, lesparticulesélémentairessedéposentdans le fond durécipient.Leurvitessede chute

obéità la loi de STOKES,c'est-à-direqu'elleestconstante,etproportionnelleau carré du rayon

de laparticule.Eneffectuantdesprélèvementsdesuspensionà des temps connus,correspondant auxvitessesde chute desparticulesde moins de 2 lA.et de moins de 20IA.,onobtiendrades échan +limon. Les 3fractionssableu

sesserontdéterminéespar tamisage. Lesrésultatssontrapportésà un poids deterresèche de

100 g.

Onutilisecouramment, poursynthétiserlesrésultatsdel'analysegranulométrique,des représentationsgraphiquesencoordonnéestriangulairespermettantdequalifierlatexturedu sol. Un exemple d'un teldiagrammeest letriangledestexturesmis aupointauLaboratoiredesSols de

1'1.N. R.A.Versailles(figure19).

Lestexturestrès finescorrespondentaux sols àteneursélevéesenargile.plastiques,à fort pouvoirderétentiond'eau. Lesstructuresgrossièressontcellesdes solsrichesen sables.légers, sanscohésion. Lanotiondetextured'un solprésenteuneimportancepratique considérable:elledétermine dans une large mesure lescaractéristiquesprincipalesde ce sol dans lesdomainesde larétention d'eau, de lacapacitéd'échanged'ionset de lastructure.

4.1.2.Structure des sols.

Lesparticulesélémentairesconstituantle sol ne sont pasnormalementindividualisées,mais associéesenagrégats.Lastructuredu sol estdéfinieparl'agencementdesélémentsles uns par rapportaux autres. Elleenglobela forme et ladimensiondes mottes, ouélémentsstructuraux.et leurdispositionrelativedans unhorizondéterminé.Lasous-structurecorrespondà laformeet à ladimensiondes unitésstructuralesdont lajuxtapositionforme des élémentsstructurauxplusvolu mineux. Lesélémentsstructurauxpeuventêtreclasséspartaille,mais aussi enfonctionde leur forme. Selon cederniercritère.troisclassesdestructurespeuventêtre distinguées: 64
a)Structureparticulaire.Le sol estalorsconstituépar desélémentsdusquelette,non agré b)Structuremassive oucontinue.Le sol forme alors un bloc unique.Sous-classes:types ciment, grès,poudingue. c)Structuresfragmentaires.Lesconstituantsélémentairessontassociésenagrégatsou en mottes. Cestroistypesdestructureset leurssubdivisionsont déjà étédétaillésdans lechapitre précédent. Lastructuredu sol est une notionessentiellementdescriptiveetqualitative,mais ellecondi

tionnedirectementlaporositéetl'étatd'ameublissement.Laporositétotale du sol est laproportion

du volume total de soloccupépar l'eau aprèsressuyage(oumicroporosité)et lamacroporositéou

capacitéminimum pourl'air. Lacohésiondu sol estdéfiniecomme sarésistanceà larupture.L'ameublissementcorrres pond aucontraire àlamobilitédes éléments les uns parrapportaux autres, et peut êtreestiméà partirde larésistancedu sol à lapénétrationd'unepointemétallique. Lastructuredu soln'estpas unecaractéristiquedéfinitivedu sol. car elle est soumise à l'actiond'uncertainnombred'agentsdedégradation,dont le plusimportantest l'eau. D'où lanotion dynamique destabilitéstructuralequi peut êtredéfiniecommel'aptitudedesterrres

àrésisterà

l'actionde l'eau.Cettestabilitéstructuraleestfonctiondirectede lacohésiondes agrégats, de la

nonmouillabilitédu sol, et de ladispersabilitédescolloïdes.Cestroisfacteurssonteux-mêmes

sous ladépendancede la nature et de laproportiondel'argile,de laquantitéet du type dematière

organique. et de la nature des ions du complexeabsorbant.Lastabilitéstructuralepeut êtreestimée

àpartirdel'indicedestabilitédéfinipar S. HENIN. Cet indice est établiàpartirdesrésultatsde

3 tests derésistancedesagrégats(de 0,2

à2 mm dediamètre)àl'actiondel'eau:sansprétral

tementàl'alcool,aprèsprétraitementàl'alcool,aprèsprétraitementau benzène, et d'untestde

mesure de ladispersion.L'indiced'instabilitéobtenu,rapportde ladispersionsur la moyenne des

3fractionsagrégées. estd'autantplus faible que lastructuredu solrésistemieux

àl'actionde l'eau.

Touteaméliorationdel'étatstructurald'un sol, grâce aux façonsculturales,supposele main

tien oul'obtentionpréalabled'une bonnestabilitéde lastructure.Pourprotégerouaméliorerlastabi

litéstructurale,on peutprotégerlasurfacedu solpourréduirel'effetd'impactdesgouttes d'eau; on peutégalementlimiterlastagnationde l'eau en surface, outenterd'agirsur latexturedu sol (marnage,labourprofond,sablage).Lestechniquesles plusrépanduesd'améliorationde lastabilité sont celles: a) quitendentàmodifierl'étationique dusol:remplacementdes ions sodium ducomplexe par desionscalcium parplâtragedans le cas des sols

àalcali, parexemple;

b) quivisentàaméliorerla teneur en matièreorganiquedusol:fumureorganique,engrais verts, résidus de récolte, maintien du sol sousjachère. L'améliorationde lastructureelle-même du sol peut être le fait.soitdecertainsagents natu rels(alternancesdedessiccationet d'hurnectatlon,action du gel, rôle de la faune du sol et des raci nes) soit destechniquesculturales(drainage. labours, façonssuperficielles). Enconclusion,lastructuredu sol commande de trèsnombreusespropriétésphysiquesayant desincidencessur ledéveloppementdes plantescultivées.Mais chacune de cespropriétés,consi

dérée séparément, estinsuffisantepourexpliquerl'étatdu sol, le rôle desfacteursdominantset

leursinteractions.

4.1.3.Relations Sol-Eau.

1. Etat de l'eau dans le sol.

Le sol a lapropriétéderetenirl'eau dans lesintersticesdesparticulessolides,où ilexiste des formes derétentionquipermettent àl'eaud'échapperpartiellementàl'actionde la pesanteur.

mais qui la rendent, dans unecertainemesure,inutilisablepar les végéaux. L'eaus'étalesur les

65
particulessolidessous forme de filmsd'autantplus épais que le sol est plus humide. Aucontact de 2particules,leraccorddes filmsconduit àlaformationde ménisques,délimitantdesmanchet tes. L'eau des films estsoumise àunepressiondue auxforcesd'adhésion,d'autantplusélevéeque le film est plus mince, et lesménisquesplusincurvés.Cettepression estsouventappelée"pres sioncapillaire.., ouencore "tensiond'humidité», En sol saturé,iln'ya ni film, ni ménisque, et lapressioncapillaireestnulle. En solhumide mais ressuyé, l'airapénétrédans le sol, et lapressionpeutvarierde 100à1000 g/cm

2•

En sol

desséché àl'airlibre, lapressioncapillairepeutatteindre1 000atmosphères.On étudie engéné rai, non pas lapressioncapillaireelle-même, mais sonlogarithmedécimal,correspondant

àlanota

tion pF quiexprimeledegréréel desécheressedu sol:en effet, une mêmequantitéd'eau dans un solargileuxet dans un solsableuxseradisponiblede façon trèsdifférentedans les 2 cas.Cha queéchantillonde sol estcaractérisépar unecourbecaractéristiquedespressionscapillairesen fonctiondu taux

Lesvaleursles plususitéesdu pFsontles

suivantes:

Tableau 3

RELATIONS

ENTRELE pF ET LE TAUX D'HUMIDITE DU SOL

Pression capillaire gfcm2pFTaux d'humidité

0

Sol saturé.

1002,0Capacité au champ des sols sableux.

500

2,7Capacité au champdesterresfranches.

10003,0Capacité au champdes terres franches.

160004,2Point de flétrissement.

Rappelonsque le tauxd'humiditédu sol estexpriméen%d'eau parrapportaupoidsde

laterresèche. Le pF diminuelorsquele tauxd'humiditéaugmente.En règlegénérale,lescourbes

humidité-pFsedécalentvers leshumiditésélevéesau fur et

àmesurequ'augmentele tauxd'élé

ments fins. Le tauxd'humiditédu solsubitengénéralunevariationsaisonnièreaucoursdel'année.En périodede pluie (mais aprèsressuyage),il est

àlacapacitéau champ, envaleurmaximum de la

estéliminépardrainagenaturel.Lacapacitéau champ necorrespondpas àunevaleurdéfinie, maisàune gamme quis'étend,selon les sols,dé""'pF1,9 àpF 3,0. Enpériodedesécheresse,le tauxd'humidités'abaissepouratteindreparfoisdesvaleurs incompatiblesavecl'alimentationhydriquede la quicorrespond,quel quesoitle sol,

àpF 4,2.

L'intervallecomprisentrecapacitéau champ etpointdeflétrissementcorrespond

àla gamme

d'eauutilisablepar unvégétal.

2.Déplacementsde l'eau dans le sol.

Ilexisteplusieursmodes dedéplacementde l'eau dans le sol: a) L'eau peutdiffuseràl'étatdevapeur.Ellecirculealorsdespointsles plus chaudsvers Jespointsles plusfroids(doncde laprofondeurvers lasurfacela nuit etinversementlejour)et despointshumidesvers lespointssecs, mais ceciseulementlorsquefe tauxd'humidité estinfé rieuraupointdeflétrissement.Ceprocessuspeut êtreimportant,mais il estlimitéauxquelques centimètressuperficielsdu sol. b)Diffusioncapillaire.L'eaucirculealors,

àl'étatliquide,d'unpointhumidevers unpoint

plus sec, ce quicorrespond àunetendancedes films d'eauàs'étalerselon uneépaisseuruniquotesdbs_dbs4.pdfusesText_7

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