Science du sol Flashcards
Différentes conception du sol
- Support mécanique (génie civil)
- Support des plantes et milieu de culture
- Partie superficielle des des roches
- Ecologie et habitat des écosystèmes
- Objet patrimonial de l’Histoire des milieux des Hommes
Fonctions du sol
- Production d’aliments et biomasse
- Milieu biologique (10^9 bactérie dans un seul sol)
- Sources de matière organique (Argiles)
- Filtre de l’environnement (stockage des polluants)
- Importance socio-économique
Définition du sol
Au sens du paysage, il s’agit d’une couverture pédologique, tridimensionnel qui recouvre une bonne parties des surfaces émergés. Interagit avec la biosphère, lithosphère, hydrosphère et atmosphère.
Le sol est un milieu qui n’est pas figé, il évolue dans le temps à des cinétiques variables. Il est composé des 3 états de la matière. Il est organisé en couches qu’on appelle des horizons.
Caractéristiques du sol
- Poreux : fluides et organismes, c’est un facilitateur des transformations chimiques. Il possède entre 30% et 70% de porosité. La roche la plus poreuse est la craie (40%).
- Composition variable dans l’espace : panels de couleurs, couches (horizons)
- Variation temporelle : cinétique variable
- Système ouvert : soumis à la thermodynamique et aux échanges de matières et d’énergies
apport : ions dans les eaux, engrais, rayonnement solaire
perte : ruissellement, évapotranspiration - Les phénomènes du sol sont irréversibles : érosion
3 types de roche parental au sol
- Formations superficielles
- altérites
- éboulis
- alluvions
- colluvions - Grèzes, graveluches
- éboulis - Loess
- (Quartz, Argile, Calcaire) éoliens et glaciation quaternaire
Roches et form. Sup. sont composés de minéraux
3 important
- Biotite (s’altère vite)
- Quartz (résiste à l’altération)
- Orthose
Processus de formation d’un sol en 3 étapes
- Météorisation
- Accumulation de matière organique
- Migration des élément : processus d’évolution physiques et chimiques
Migration des élément du sol
- Substance dissoutes :
- Lixiviation
- Cheluviation - Érosion et transport à la surface : gros risques et dégradation spécifique
Lixiviation
La lixiviation est le processus au cours duquel l'eau de ruissellement passe au travers des pores du sol (percolation) en entrainant par dissolution certains sels, ions ou substances solubles. Sels solubles (nitrates, bicarbonates, sulfates,...) + cations alcalins (Na+,K+) et alcalino-terreux (Ca2+, Mg2+)Anions organiques de petite taille et acides fulviques
Cheluviation
Mécanisme de migration des cations métalliques (fer et aluminium), sous forme de combinaisons organo-métalliques (ou chélates), fréquents dans les sols acides et humifères
Complexe (Chimie)
Est un édifice polyatomique constitué d’une ou de plusieurs entités indépendantes (ions ou molécules), en interaction.
Un complexe est souvent constitué d’un cation métallique entouré de plusieurs ligands anioniques ou neutres qui délocalisent une partie de leur densité électronique.
Chélation - Chélate (Chimie)
Chélation : est un processus physico-chimique au cours duquel est formé un complexe, le chélate, entre un ligand, dit chélateur (ou chélatant), et un cation (ou atome) métallique, alors complexé, dit chélaté.
Chélate : Le « chélate » se distingue du simple « complexe » par le fait que le cation métallique est fixé au ligand chélateur par au moins deux liaisons de coordination.
Un ligand/liant (Chimie)
Un ligand est un atome, un ion ou une molécule portant des fonctions chimiques lui permettant de se lier à un ou plusieurs atomes ou ions centraux. Le terme de ligand est le plus souvent utilisé en chimie de coordination et en chimie organométallique (branches de la chimie inorganique).
Les facteurs de la pédogenèse
- climat
- roche mère
- végétation -> apporte de la MO acidifiante, protège les sols de l’érosion
- relief -> effet de foehn et circulation hydraulique -> séquence topographique
- temps permet la succession des processus
- podzolisation
Podzolisation
- Processus d’altération des minéraux par des solutions contenant des acides organiques acides et complexant. Cette attaque (appelées acido-complexolyse) a pour effet l’élimination de l’Al et du Fe ainsi que celle des autres cations (Ca, Mg, K…). Il se forme alors un horizon résiduel, essentiellement quartzeux (sable, correspondant à un horizon E.
- Processus de migration et d’immobilisation des constituants organiques et de complexes organo-minéraux d’aluminium et/ou de Fer. L’accumulation de ces substances conduit à la formation d’un horizon podzolique BP.
Le sol à 3 phases
- Liquide (solution du sol)
- Atmosphère du sol (gazeuse)
- Minéraux/MO (solide)
La phase solide du sol
Matière minérale, matière organique
Analyse chimique des sols
O, Si, Al, fe, Ca, K, Na, Mg, Ti
Formation du sol - dégradation physique
La fissuration naturelle des roches
Les variations de température (régions froides,
désertiques)
Le gel (cryoclastie)
La cristallisation de solutions salines (le long des
littoraux)
Les racines des végétaux
La pente
Abrasion : Vent – glaciers – torrents…
Fragments de même composition chimique que la roche d’origine
Chimie de l’altération chimique
.
La fraction minéral du sol + constituant minéraux
.
constituant minéraux primaires
.
constituant minéraux secondaires
.
Propriété des minéraux argileux
Plasticité (influence sur les propriétés méaniques du sol),
Grande surface spécifique (surface par unité de masse),
Capacité d’adsorption d’eau et de gonflement (étanchéité),
Grande réactivité chimique : multiples possibilités d’échanges
ioniques
Les phyllosylicates ont une structure en feuillet qui peuvent contenir 2 molécules d’eau, elles peuvent donc changer de volume.les feuillets sont chargés négativement, et récupère les cations des molécules d’eau pour les relaché ensuite dans le sol.
Oxyhydroxyde
L’oxyhydroxyde de fer(III), ou oxohydroxyde de fer(III), est un composé chimique de formule FeO(OH) sous forme anhydre. Il s’agit d’un oxyde hydroxyde de fer à l’état d’oxydation +3. Il existe également sous forme hydratée FeO(OH)·nH2O ; le monohydrate FeO(OH)·H2O peut également être décrit comme l’hydroxyde de fer(III) Fe(OH)3, et est également appelé oxyde de fer hydraté ou oxyde de fer jaune.
Propriété des oxydes
- Grande surface spécifique : il y a des surfaces d’échanges prodigieuses, 1g pour 800m2, plus la granulométrie est fine et la surface spécifique augmente, en d’autres termes, plus on subdivise la matière et plus on en augmente la suface utilisé.
- Forte réactivité chimique
- Liaison entre argile et humus (complexe argilo-humique qui confère un rôle structurant au sol)
Surfaces spécifiques du sol sableux, limoneux et argileux en g.m2
- 10
- 5-20
- 25
Nature des substances humiques et 3 catégories
Macromolécules individualisées ou en mélange
Composition élémentaire : C = 30 à 50 % ; N = 0,8 à 4,3 %
Groupes fonctionnels : R-COOH, OH
3 catégories :
Acides fulviques
Acides humiques
Humines
Propriété chimique des substances humiques
Substances humiques = colloïdes
Colloïdes : entité qui a au moins dans une direction une dimension
comprise entre 1 nm et 1µm
Importance des colloïdes pour
- transport (pas soumis au force de pesanteur)
- Grande surface
Exemple : acide fulvique
Rôle et propriété des MO
- Stock de nutriments
- Source de C et d’énergie pour micro-organismes lors de la synthèse de leurs tissus
- Réactivité des chimique des sols
- Stabilité structurale des sols
- Aération, circulation des sols
Complexe argilo-humique
L’argile est très souvent négatif, il a besoin de cations tandis qu’ils y a une à disposition des oxydes de fer toujours positives, leur association forme le complexe argilo-humique qui empêche le départ des Ions et le lixiviage en gros.
Schéma du rôle argilo-humique
.
Les deux phases de la solution du sol
- Phase solide : Oxydes métalliques ; Minéraux argileux ; substances humiques
Il se produit un échange perpétuelle entre les phases
- Phase liquide : nutriments ; polluants
phase liquide qui circule dans les pores. Le Ph et la composition de la phase liquide dépend du type de sol. Un PH acide peut avoir un impact sur les micro-organismes mais aussi un impact sur les équilibres dissolutions/précipitations/absorption et adsorption ; modification de la biodisponiblité
Adsorption
En chimie, l’adsorption est un phénomène de surface par lequel des atomes, des ions ou des molécules (adsorbats) se fixent sur une surface solide (adsorbant) depuis une phase gazeuse, liquide ou une solution solide.
Biodisponibilité
Proportion d’un élément disponible dans le sol pour être prélevé par un organisme.
Nutrition/toxicité
Acidification du sol
L’acidification des sols est une notion importante en agriculture et sylviculture car c’est un processus influençant la fertilité des sols cultivables et augmentant la biodisponibilité de certains toxiques (métaux lourds) naturellement ou artificiellement présent dans les sols.
Bien que l’acidification soit naturelle dans certains contextes géomorphologiques (ex : tourbière acide), l’homme, par ses activités (pollution atmosphérique, engrais, activités minières…), peut fortement l’aggraver. Les sols artificiellement acidifiés sont plus vulnérables à l’érosion. Et de nombreux polluants y sont plus actifs, car plus biodisponibles. La part des acides naturels (acides organiques essentiellement) et des acides d’origine anthropique pourrait jouer un rôle 1 dans la gravité des effets environnementaux et sanitaires.
Ecotoxicologie et toxicité aluminique
Dans un milieu naturel ou sur les sites et sol pollués, certains éléments toxiques posent des problèmes de toxicité aggravés, car ils sont mieux solubilisés grâce aux pH faibles. C’est le cas du plomb (facteur de saturnisme pour l’homme, mais aussi de saturnisme animal, qui peut notamment toucher les espèces-gibier. C’est aussi le cas de l’aluminium (on parle alors de « toxicité aluminique »), de radionucléides, etc.
De quoi dépend la quantité d’air dans le sol ? + tableau quantitatif
- Texture (microporosité),
- Structure (macroporosité),
- Humidité du sol (texture+structure).
De quoi dépend la phase gazeuse du sol ?
- texture ; structure ; humidité
Quels méthode pour observer le sol ?
Profil pédologique ; coupe naturelle ; tarière pédologique ; couverture pédologique ; horizons et constituants individuelles
Comment analyser et identifier un type de sol 11
Humidité Texture Couleur Epaisseur des horizons Ph Racine Structure Effervescence (calcaire) Porosité Types d'humus Macrofaune (ver)
Quels sont les causes des différentes couleurs dans le sol
- Teint blanche : abondance calcaire (craie/marne), dolomie, silice ou présence de sels minéraux.
- Teinte marron/noire : abondance de matière organique ou oxydes de manganèse : excès d’eau intense et temporaire
- Teinte rouge/ocre: fer oxydé (fe3+ ferrique) et oxydes et hydroxydes de fe3+
- Teinte bleu/gris : bleu/gris fer réduit (fe2+ ferreux) absence d’oxygène et excès d’eau permanent.
Oxyhydroxyde de fer
Les hydroxydes de fer sont des composés chimiques associant des cations fer (ferreux ou ferriquesa) à des anions hydroxyde OH−. Ils peuvent aussi comporter l’anion oxyde O2−.
Exemples :
l’hydroxyde de fer(II) Fe(OH)2, de couleur verte ;
l’oxyhydroxyde de fer(III) FeO(OH), de couleur rouge-brun (goethite, lépidocrocite) ;
l’hydroxyde de fer(III) Fe(OH)3, de couleur brun foncé.
La texture (shéma de la granulométrie) + élément de caractérisation au touché
Sables : visible à l’œil nu est gratte dans la main
Limons : agrégat qui forme un gros boudin
Argiles : plasticité, on peut tordre
Ces 3 proportions peuvent être présente
3 types de structure
- Compact
- Fragmentaire
- Particulaire
La structure conditionne l’écoulement