Sol (géologie)

Sol (géologie)

Sol (pédologie)

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Le sol représente la couche superficielle, meuble, de la croûte terrestre, résultant de la transformation de la roche mère enrichie par des apports organiques. On différencie le sol de la croûte terrestre par la présence de vie.

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Le sol est le support des cultures, mais aussi pour partie leur produit, tout particulièrement l'humus dont la perte fragilise le sol
Les coupes de sol (ou fosses pédologiques) permettent d'étudier les couches du sol et notamment leur vie biologique

Sommaire

Définitions

Il existe plusieurs définitions du sol :

  • Les agronomes nomment parfois sol la partie arable (pellicule superficielle) homogénéisée par les labours et explorée par les racines des plantes. on considère qu'un bon sol agricole est constitué de 25% d’eau, 25% d’air, 45% de matière minérale et de 5% de matière organique. Le tassement et la semelle de labour peuvent induire une perte de rendement de 10 à 30 %.
  • Les pédologues estiment que la partie arable ne constitue que la partie superficielle du sol. Le pédologue Albert Demolon a défini le sol comme étant « la formation naturelle de surface, à structure meuble et d'épaisseur variable, résultant de la transformation de la roche mère sous-jacente sous l'influence de divers processus, physiques, chimiques et biologiques, au contact de l'atmosphère et des êtres vivants ».
  • Les responsables de l'aménagement du territoire distinguent les sols agricoles, les sols boisés, les sols bâtis et les autres sols.

La science qui étudie les sols, leur formation, leur constitution et leur évolution, est la pédologie. Plus généralement, aujourd'hui, on parle de science du sol, englobant ainsi toutes les disciplines (biologie, chimie, physique) qui s'intéressent pro parte au sol.

Description

Constituants des sols

La fraction minérale

La fraction minérale représente l'ensemble des produits de la dégradation physique puis chimique de la roche mère.

On peut les classer par diamètres décroissants :

Voir l'article détaillé Granulométrie.

Tous ces éléments constituent le « squelette » du sol.

La fraction organique

La matière organique du sol peut être définie comme une matière carbonée provenant de la décomposition et du métabolisme d'êtres vivants végétaux, animaux et microbiens. Elle constitue l'humus.

Elle est composée d'éléments principaux (le carbone-C, l'hydrogène-H, l'oxygène-O et l'azote-N) et d'éléments secondaires (le soufre-S, le phosphore-P, le potassium-K, le calcium-Ca et le magnésium-Mg).

Elle se répartit en 4 groupes :

  • la matière organique vivante, animale, végétale et microbienne, qui englobe la totalité de la biomasse en activité,
  • les débris d'origine végétale (résidus végétaux, exsudats), animale (déjections, cadavres) et microbienne (cadavres, exsudats) appelés «matière organique fraîche»,
  • des composés organiques intermédiaires, appelés matière organique transitoire (évolution de la matière organique fraîche),
  • des composés organiques stabilisés, les matières humiques ou humus, provenant de l'évolution des matières précédentes.

La végétation fournit des débris végétaux qui constituent la litière ou horizon OL. Sa décomposition se fait sous l'action de la microflore et de la faune du sol, et produit l'humus et des composés minéraux. Les deux processus sont d'une part la minéralisation (produisant les composés minéraux tels que le CO2, le NH3, les nitrates et les carbonates) et l'humification (polymérisation en composés organiques amorphes qui migrent ou se lient aux argiles et aux hydroxydes métalliques). Le processus d'humification aboutit à la formation de l'humus.

  • En milieu peu actif, la décomposition des litières est lente, l'horizon organique OH est brun noir, fibreux et acide. On parle de mor ou terre de bruyère.
  • En milieu biologiquement plus actif, l'horizon OH est moins épais et constitue un moder.
  • En milieu biologiquement très actif, la décomposition est très rapide, l'horizon OH disparaît et apparaît un horizon A grumeleux, composé d'agrégats argilo-humiques à fer et aluminium. On parle de mull.

La texture du sol

Une des caractéristiques des sols est la taille des éléments minéraux qui le composent.

  • Les cailloux ou blocs sont les éléments de taille supérieure à 2mm.
  • Les éléments de taille inférieure à 2 mm sont définis par classe de texture (sables, limons et argiles).

Ces roches appartiennent au groupe des silicates ou des carbonates.

  • Des ions (Ca2+,Mg2+,K+,NH4+,NO3-...) arrivent dans le sol en solution dans l'eau infiltrée, ou fixés aux particules colloïdales citées ci-dessus.

Les particules colloïdales chargées négativement peuvent se présenter à l'état dispersé ou floculé.

  • À l'état dispersé, les particules se repoussent en raison de leur polarité, et occupent tous les interstices du sol. Ce dernier devient asphyxiant, et l'eau ne s'y infiltre plus. Le sol est difficile à travailler.
  • À l'état floculé, les particules colloïdales sont neutralisées par les ions chargés positivement, et s'agglutinent avec ceux-ci. Les flocons formés laissent un sol lacunaire, perméable à l'eau et à l'air. C'est un sol avec une bonne structure.

Le profil du sol

Pour décrire un sol, il est nécessaire de l'observer en tranches parallèles à la surface, appelées horizons. Deux types d'horizons se superposent habituellement : une suite d'horizons humifères, au-dessus des horizons minéraux. En résumé, la structure respecte cet agencement (voir Le profil du sol pour plus de précisions).

Les horizons humifères sont les horizons les plus riches en êtres vivants.

  • O, comprenant la litière et les matières organiques en cours de transformation
  1. OL - litière. La litière comprend l'ensemble des débris bruts (restes de bois, de feuilles et de fleurs fanées).
  2. OF - horizon de fragmentation (parfois appelé à tort horizon de fermentation). La température et l'humidité y sont optimales, en raison de l'isolation fournie par la litière.
  3. OH - horizon humifié. Cet horizon est composé quasi exclusivement de matière organique morte transformée par les organismes du sol.
  • A - horizon mixte. Composé d'éléments minéraux et d'humus. Sa structure dépend de l'incorporation plus ou moins rapide de l'humus.

Les horizons minéraux sont les moins riches en organismes vivants.

  • E - horizon lessivé. Il est drainé par l'eau qui s'infiltre, ce qui le rend pauvre en ions, en argiles, en composés humiques et en hydroxydes de fer et d'aluminium.
  • B - horizon d'accumulation. Horizon intermédiaire apparaissant dans les sols lessivés. Il est riche en éléments fins ou amorphes (argiles, hydroxydes de fer et d'aluminium, humus), arrêtant leur descente à son niveau lorsqu'ils rencontrent un obstacle mécanique (frein à la diffusion) ou une modification de l'équilibre électrostatique.
  • S - horizon d'altération. Il est le siège de processus physico-chimiques et biochimiques aboutissant à la destruction des minéraux du sol (altération minérale)
  • C - roche-mère peu altérée.
  • R - roche-mère non altérée. Couche géologique dans laquelle se sont formés les sols.

Chaque profil de sol a une histoire, que les pédologues tentent de retracer grâce aux caractéristiques et à l'agencement des différents horizons.

La répartition des différents types de sols dans l'Union européenne (à 15).

Les différents types de sols

Il existe un grand nombre de types de sols, parmi lesquels les sols bruns, les podzols, les sols hydromorphes (à gley ou pseudo-gley), les sols rouges, les sols isohumiques, les sols ferralitiques, les sols ferrugineux. Voir la liste des sols ou la Classification française des sols pour plus de détails.

Fonctions

Les sols ont plusieurs fonctions. Ainsi, selon les critères du Service d'Information des Sols Africains (ASIS) du Centre International d'Agriculture Tropicale (CIAT), un sol est considéré comme sain lorsque il parvient à la fois à [1]:

Le sol a aussi un rôle très important dans la dispersion et la dégradation des polluants.

Le cycle de l'eau

Des fonctions nouvelles lui sont reconnues dont un rôle majeur dans le cycle de l'eau, pour la santé publique (cf. sols pollués) et des écosystèmes, ainsi qu'une importance dans les cycles biogéochimiques du carbone, de l'azote, du potassium, du calcium, du phosphore, des métaux. Les sols de qualité limitent les risques d'érosion et de salinisation.

Fonction de puits de carbone

Sa fonction de puits de carbone est encore mal comprise ou mal évaluée, et semble fortement varier selon les conditions biogéographiques, mais le protocole de Kyoto souligne l'importance du sol comme puits de carbone, surtout en zone tempérée. Le groupe de travail du Programme européen sur le changement climatique (PECC) consacré aux puits de carbone liés aux sols agricoles, a par exemple estimé que ce potentiel représentait l'équivalent de 1,5 à 1,7 % des émissions de CO2 de l'Union européenne. Une conférence[2] européenne a rappelé en 2001 l'importance des relations entre puits de carbone et biodiversité.

Sol vivant et milieu de vie

Végétaux, animaux et microorganismes profitent de la désagrégation des roches de la croûte terrestre et y contribuent, co-produisant le sol et y puisant l'eau et les nutriments. De nombreux organismes trouvent également dans le sol un abri, un support ou un milieu indispensable à leur vie. Le sol était autrefois considéré comme un élément abiotique, résultant de facteurs physico-chimiques tels que la géologie, le climat, la topographie... L'ensemble des éléments abiotiques constituant le sol sont mobilisés par le Vivant, et en particulier par les microorganismes, qui recyclent également la nécromasse (biomasse morte) et les excréments des animaux, constituant ainsi la base trophique des écosystèmes terrestres. Hormis les virus, ce sont jusqu'à 100 millions de micro-organismes qui vivent dans un gramme de sol[3]. Le sol abrite aussi la rhizosphère, interface complexe entre le monde végétal et le monde minéral où se nouent des relations étroites entre les processus biotiques et abiotiques qui régissent la formation des sols et la nutrition minérale des végétaux : altération minérale, décompaction, lessivage, formation des complexes argilo-humiques, échanges ioniques.

Connaître les sols, c'est apprendre à identifier, localiser et cartographier les éléments indispensables à la vie sur Terre et se donner la possibilité d'identifier des secteurs géographiques aux qualités et enjeux variés pour produire les denrées alimentaires, la protection de l'eau et de la biodiversité.

Le pédologue peut repérer des sols favorables ou défavorables à certains organismes et produire des cartes de pédopaysages. Le botaniste et le phytosociologue peuvent également, au moyen de plantes bioindicatrices, identifier les caractéristiques de certains sols: par exemple les plantes de milieux calcaires secs, groupe au sein duquel on pourra repérer quelques orchidées emblématiques.

La production d'agrocarburants est une des nouvelles vocations du sol, dont l'intérêt et le bilan écologique restent cependant discutés en raison d'un détournement probable des cultures vivrières vers des productions commerciales dans les pays les plus pauvres[1].

Qualité d'un sol

Elle concerne les aptitudes d'un sol à remplir ses fonctions de production agricole, sylvicole ou écologique et sa résilience. Elle est mesurée par ses composantes biologiques (bioindicateurs, tels que vers de terre), la fertilité, son état sanitaire (au sens large), à comparer avec un stade climacique ou idéal, qui varie selon la zone biogéographique et l'altitude et le contexte considérés. On cherche maintenant à mesurer les risques environnementaux portant sur l'eau et l'air et les risques liés aux inondations/sécheresses, nitrates, pesticides, aérosols, etc. On différencie les impacts de polluants biodégradables (nitrates) de polluants non dégradables (éléments traces métalliques ou ETM), et on s'intéresse à leurs voies de dissémination ou aux synergies qu'ils peuvent développer avec d'autres polluants ou éléments du système sol.

Menaces

Le sol est une ressource naturelle, peu ou lentement renouvelable, globalement en voie de dégradation (surtout dans les pays pauvres, où celle-ci n'est pas compensée par les hausses de productivité permises par la mécanisation, les engrais et les pesticides). Ce patrimoine est aussi en régression quantitative selon l'ONU (FAO), essentiellement consacrée à l'agriculture, à la sylviculture ou aux écosystèmes, mais aussi et de plus en plus aux « établissements humains » ( villes, habitations, zones d'activité, parkings, etc.).

Menaces autres que les pollutions

Quand les sols ne sont pas simplement « consommés » par la construction (urbanisation, périurbanisation, routes, parkings..), ils sont surtout menacés par certaines pratiques agricoles qui induisent diverses formes de régression et dégradation des sols ;

Dans les basses terres, ils peuvent aussi être menacés de submersion marine (cf. montée des océans), en particulier dans la perspective d'une fonte des glaciers et calottes glaciaires.

Pollutions

Les retombées atmosphériques, les boues d'épuration, certains engrais (phosphates riches en cadmium en particulier), les pesticides et parfois les eaux d'irrigation apportent dans les sols des quantités significatives de métaux lourds (non dégradables, bioaccumulables) et de divers polluants ou contaminants microbiens, parfois pathogènes.

Les sols agricoles contiennent souvent des micropolluants qui ont pour origine le fonds géochimique, les séquelles de guerre, ou plus souvent les retombées atmosphériques (45 000 t/an de zinc et 85 000 t de plomb/an estimés dans les années 1990 par Juste,1995, pour l'Europe des 12) et parfois les eaux d’irrigation.
En France, l’INRA[4] a étudié sept métaux (Cd, Cr, Co, Cu, Ni, Pb et Zn) dans 460 horizons de sols agricoles, et trouve un taux médian de 0,22 mg/kg, contre 0,10 en sols forestiers équivalents. Dans une région industrielle (Nord de la France), P. Six (1992, 1993) confirme ces résultats avec sur 1000 horizons labourés analysés dans le département du Nord, n’ayant pas subi d’apports de boues, pour lesquels la valeur médiane était de 0,37 mg/kg, 60 % des échantillons se situant entre 0,12 et 0,58 mg/kg. Hormis dans le cas d'espèces métallophytes, l'exportation naturelle par les végétaux est faible (moins de 1% des apports de boues résiduaires dans les récoltes étudiées sur 15 à 10 ans).
Certains sols forestiers, à condition d’avoir été exposés à des retombées de polluants ou s’ils en contiennent naturellement, s’aèrent cependant mieux conserver certains de ces polluants que les sols agricoles (c’est le cas des radionucléides). Les polluants sont plus ou moins biodisponibles selon les sols. Ils le sont généralement plus (jusqu’à 100 fois plus) dans les sols acides[5].

Protection

En France le Grenelle de l'Environnement a proposé en 2007 les concepts de trame verte et de remembrement environnemental qui pourraient tous deux contribuer à restaurer les sols. Un « bail environnemental » avait été créé (décret de mars 2007[6]). Ce bail ne vaut cependant que dans certaines zones géographiques précisées par le décret et pour des bailleurs privés (si leurs parcelles sont situées dans des espaces naturels sensibles et si les clauses conformes au document de gestion officiel sont en vigueur dans ces zones). Ce bail permet d'imposer une liste limitative de pratiques culturales susceptibles de protéger l'environnement. Leur non-respect par le repreneur du bail peut entraîner sa résiliation.

Références

  1. Le Monde, 15 janvier 2009, page 4
  2. Conférence internationale, Puits de Carbone et Biodiversité, Liège, 2001. Actes publiés en 2003 par la Direction générale des Ressources Naturelles et de l'Environnement de la Région Wallonne. Ed : Ir. J. Stein.
  3. Gérard Catroux, INRA CMSE
  4. Baize, Teneurs totales en éléments traces métalliques dans les sols, Inra Lien vers résumé étude
  5. Mench et al., 1996, Cadmium availability to wheat (Triticum aestivum) and mobility in soils from the Yonne district, Environmental Pollution
  6. Décret n° 2007-326 du 8 mars 2007 (JO du 10 mars 2007), pris « après discussion avec les organisations professionnelles agricoles » pour les bailleurs associatifs agréés au titre de la protection de l'environnement et les personnes morales de droit public, en application de la Loi d’orientation agricole (LOA) du 6 janvier 2006).

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes

Bibliographie

  • Hervé Morin, « L'Afrique agricole » dans le journal Le Monde du 9 juin 2006 [lire en ligne]
  • Gustave André, Propriétés générales des sols en agriculture, Coll. Armand Collin, 1946, 184 p.
  • Laëtitia Citeau, Antonio Bispo, Marion Bardy, Dominique King, coord. Gestion durable des sols, éditions Quae, 2008, 320 p.
  • Du sol au paysage : un patrimoine fondamental de l’Union européenne (Commission européenne. Juillet 1999).
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