Chapitre 5 : Science du sol partie 1

Question 1

De quoi la solution du sol est composée?

Answer 1

-Eau
-Composés en solution : solubles, organiques et inorganiques, cations et anions, solution électrolyte
-Composés en suspension : non solubles, inorganiques et organiques

Question 2

En solution, qui sont les cations avec échange basique? (inorganiques)

Answer 2

Ca2+, Mg2+, K+, Na+, NH4+

Question 3

En solution, qui sont les cations avec échange acide? (inorganiques)

Answer 3

H+, Al3+, AlOH2+, Al(OH)2+

Question 4

En solution, qui sont les anions échangeables? (inorganiques)

Answer 4

Cl-, NO3-, SO42-

Question 5

En solution, qui sont les anions non échangeables? (inorganiques)

Answer 5

H2PO4-, HPO42-

Question 6

En solution, quels sont les composés inorganiques en suspension?

Answer 6

Argiles et limons fins

Question 7

En solution, quels sont les composés organiques?

Answer 7

Sucres, AA, Acide organiques (acide acétiques, acide citrique, acide formique)

Question 8

En solution, quels sont les composés organiques en suspension?

Answer 8

virus, bactéries, archées, particules organiques

Question 9

Définir charges diffuses

Answer 9

Il n’est pas possible de faire des liaisons chimiques (covalentes ou ioniques) avec les ions de la solution lorsque les charges sont diffuses. C’est seulement une attraction électrostatique (physique).

Question 10

Définir charges localisées

Answer 10

localisées selon l’endroit où se produit la substitution isomorphique. C’est chez les charges permanentes seulement.

Question 11

Qu’est-ce que l’absorption?

Answer 11

Réfère à la rétention à l’intérieur d’une structure tridimensionnelle. Lorsque absorbé, le composé est plus difficilement remis en solution.

Question 12

Qu’est-ce que l’adsorption?

Answer 12

Rétention d’un composé sur la surface externe des constituants solides du sol. Il a la possibilité d’être relâché de la surface et de retourner en solution (= désorption). Ce sont les réactions d’adsorption qui sont les plus importantes dans les sols, ce qui permet aux éléments nutritifs d’être plus disponibles aux plantes.

Question 13

Qu’est-ce que la rétention des cations sous forme échangeable?

Answer 13

« Comme une aimant »
Beaucoup avec les charges diffuses puisque c’est un échange d’un élément pour un autre. Ce sont des ions qui conservent les molécules d’eau de leur sphère d’hydratation donc pas de liaison chimique. La rétention est par attraction physique nommée électrostatique, c’est une liaison faible. Se fait avec des charges localisées ou diffuses.

Question 14

Qu’est-ce que la rétention des cations sour forme non échangeable?

Answer 14

“Comme de la colle”
Ce n’est pas disponible. Les ions qui ne conservent pas toutes les molécules d’eau de leur sphère d’hydratation. La rétention par liaison chimique (ionique ou covalente) implique donc des électrons, c’est une liaison forte. Ce sont des charges localisées seulement, donc des charges variables.

Question 15

Sur quoi est basée la sélectivité des cations échangeables?

Answer 15

1. Valence (3+ > 2+ > 1+)
2. Degré d’hydratation des ions
3. Action de masse (le nombre d’éléments) : apport massif d’un cation (chaulage, ferti)

Question 16

Qu’est-ce que la CEC et son unité :

Answer 16

La somme des charges négatives présentes par unité de masse de sol pouvant retenir des cations sous formes échangeable.

L’unité est cmol+/kg (malgré que les charges soient négatives, les unités de la CEC sont positives pour représenter le nombre de sites pouvant retenir des cations par kg de sol).

Question 17

Quelles sont les méthodes pour évaluer la CEC?

Answer 17

1. Mesure avec des réactifs chimique (ex : acétate d’ammonium labo 4) : on sature le sol avec l’acétate d’ammonium (50 ml). Chaque NH4+ va correspondre à un site négatif de la CEC (1 pour 1). Le rincage au méthanol ensuite permet d’éliminer les NH4+ qui étaient en extra à côté des sites négatifs de la CEC. Le sol traité au méthanol est alors conservé pour déplacer à nouveaux les cations pour pouvoir les compter. Ceci se fait avec l’ajout de NaCl et ensuite dosage par colorimétrie pour compter les ions NH4+ déplacés.
2. Estimation de la CEC : 2 approches
   La 1ère est la somme des cations basiques échangeables et des cations acides échangeables (acidité échangeable) dosés Mehlich-3 au QC. C’est celle-ci qui est dans les rapports d’analyse, seulement estimation. C’est un paramètre pour tenir compte de l’acidité échangeable.
   La 2e est le contenu en argile (phyllosilicates) et en MO

Question 18

Nommez quelques exemples d’échanges cationiques :

Answer 18

-Absorption des ions par les racines. La plante fourni un cation H+ pour aborber un autre élément
-Chaulage : c’est un échange. Ça(OH)2  Ca2+ + 2OH-
Le Ca2+ déplace l’acidité échangeable (aluminium) sur le complexe d’échange cationique et 2OH- neutralise l’acidité échangeable déplacée par le Ca2+
-Fertilisation (KCl) : déplacement du calcium sur la CEC avec le K+ et le Cl-. Action décalcifiante des engrais potassiques.

Question 19

Qu’est-ce que la saturation en bases (%) ?

Answer 19

C’est la proportion de cations basiques qui occupe la CEC du sol, on veut le plus de bases échangeables possible.

Question 20

Comment calculer la saturation en bases (%) ?

Answer 20

(Somme des cations échangeables en cmol+/kg) / (CEC en cmol+/kg) x 100

Question 21

Comment peut varier le % de saturation en bases?

Answer 21

-Richesses en cations basiques du matériel d’origine
-Chaulage, fertilisation = augmentation
-Lessivage (climat, conductivité hydraulique, pluies acides) = pertes
-pH : la saturation en bases augmente avec l’augmentation du pH

Question 22

Les cations non échangeables (fortement retenu), donnez quelques caractéristiques :

Answer 22

-Liaisons chimiques (électrons d’impliqués, difficile à renverser) : liaison ionique et liaison covalente
-Obligation d’avoir des charges localisées pour que la liaison chimique soit possible
-Cations fortement retenus (synonyme) car les liaisons chimiques sont difficiles à défaire
-On aussi parle ici plus des métaux de transition : cuivre (Cu2+), zinc (Zn2+), manganèse (Mn2+) dans les MRF

Question 23

Nommez des conséquences issues de la présence des cations non échangeables :

Answer 23

-Accumulation dans les sols (sur des sites localisés) donc on limite l’ajout de ces éléments
-Avantageux si toxiques
-Désavantageux si essentiels aux plantes
-si en trop grande qté dans le sol = saturation = toxiques
-dans la classification des matières résiduelles fertilisantes (MRF) il y a une règlementation exemple pour les boues municipales

Question 24

Comment se fait la rétention des anions?

Answer 24

Le phosphore est l’anion retenu le plus répandu (les phosphates)
La rétention des anions se fait sur les charges positives (CEA) et celles-ci proviennent des charges variables avec les groupes fonctionnels basiques.

Question 25

Définition des anions échangeables :

Answer 25

Cl-, NO3-, SO42-
Ils sont retenus par attraction électrostatique sur les charges positives (CEA)
CEA faible dans les sols, c’est environ moins de 10% de la CEC.
Anions facilement lessivables (contamination, pollution donc diminution qualité de l’eau rivières etc, ex : trop de nitrates dans l’eau = diminution O2 dans le sang = bébé bleu)

Question 26

Définition des anions non échangeables :

Answer 26

H2PO4-, HPO42-, H3BO3, H4BO4-, MoO42-
Phosphates, Molybdates, Borates
Forment des liaisons chimiques, fortement retenu donc peuvent s’accumuler dans les sols. Il y a des réactions de précipitation dans la rétention des anions non échangeables.

Question 27

Quelles sont les conséquences dans les sols de la présence des anions non échangeables?

Answer 27

(accumulation, pollution des cours d’eau avec phosphore)
Le nombre de sites de rétention sont limités : saturation des sites, contamination
Règlementation : phosphore (saturation en phosphore), MRF : anions potentiellement toxiques

Question 28

Définir l’indice de saturation en phosphore et son équation

Answer 28

Ce sont les sites de disponibles pour la rétention du phosphore.

ISP1= P / Al
Le P est retenu sur l’aluminium et le Al c’est des charges positives de la MO et des oxydes hydratés (gr fonctionnels basiques)

Question 29

Expliquez les charges de surfaces :

Answer 29

Les charges de surface sont responsables du pouvoir adsorbant du sol. C’est la capacité des particules de sol à retenir sur leurs surfaces des ions (cations et anions) qui proviennent de la solution du sol. Elles correspondent alors à la CEC et la CEA.

Question 30

Expliquez les charges permanentes :

Answer 30

proviennent de substitutions isomorphiques et donc des phyllosilicates et sont négatives. Elles sont présentes en périphérie des particules minérales. Aucun effet du pH. Les charges permanentes sont diffuses ou localisées selon l’endroit où se produit la substitution isomorphique.

Question 31

Expliquez les charges variables de la matière organique (MO) :

Answer 31

elles proviennent des groupes fonctionnels acides et basiques et dépendent donc du pH et du pKa. Elles peuvent alors être négatives ou positives. Oui effet du pH.
Les charges variables sont seulement localisées.

Les groupes acides (-) : pH > pKa
Les groupes basiques (+) : pH < pKa

Question 32

Expliquez les charges variables des minéraux :

Answer 32

elles proviennent des groupes OH- tels que Al-OH, Si-Oh, Fe-OH. Oxydes hydratés Fe et Al, MO, Kaolinite (1 : 1 argile). Oui effet du pH. (+) < PCZ < (-). Donc dépend du point de charge zéro qui est le point d’équilibre.
Les charges variables sont seulement localisées.