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
4 types de structure fragmentaire
- grenue (richesse du sol)
- grumeleuse
- polyédrique
- polyédrique sub-anguleuse
Structure + Texture = microporosité + macroporosité
Schéma porosité du sol en fonction des particules
.
Particules grossières :
- Porosité grossière
Argiles et matière organique
- Porosité mixte
Particules fines
- Porosité fine
Schéma etat hydrique du sol
.
Schéma clé de détermination de l’Humus
.
Comment analyser les paramètres physico-chimique du sol
pH
CEC : Capacité d’Echange Cationique
Teneur carbone organique
Horizons (A-BPh)
A : Horizon organo-minéral de surface, contenant de la M.O.
L : Horizon labouré
E : Horizon lessivé « éluvial »
S : Horizon « structural » ou d’altération. ≠ roche mère : altération + forte; ≠ A
: structure différente
B : Horizon enrichi par illuviation en éléments fins
BT : Horizon argilluviaux
Accumulation d’argiles principalement (« Ton » argiles en allemand)
BP : Horizon podzolique
BPs : Accumulation d’oxydes
BPh : Accumulation de matière organique
Horizons 2
H : Horizon histique, horizon organique tourbeux
G: Horizon réductique, gris verdâtre, riche en Fe2+
g : Horizon rédoxique, trainées grises (Fe2+) + taches rouilles (Fe3+)
C: Matériau parental
Corrosion
La corrosion désigne l’altération d’un matériau par réaction chimique avec un oxydant (le dioxygène et le cation H+ en majorité).
Gley
Le gley (du russe gleï), ou sol à gley, est un type de sol hydromorphe ou horizon (G) à engorgement prolongé par une nappe phréatique d’eau, privée d’oxygène (anoxie), qui provoque des phénomènes d’anaérobiose et de réduction du fer, souvent très défavorables aux végétaux (asphyxie).
Les sols à gley présentent des couleurs bleu-vert gris en raison de leur localisation en zone humide. Lors de l’exposition à l’air, le gley devient tacheté de roux, de jaune ou d’orange, en raison de l’oxydation du fer présent dans le sol.
Horizon O
Litière, généralement sous des forêts
OL : litière mal décomposé
OF : fragmentation des feuilles
OH : MO décomposé noire, boulettes fécales, micro-débris végétaux et mycéliens sans structure reconnaissable à l’œil nu
Types de sol récurrents en champagne
- Rendosol (A-C)
- Rendosol évolué (A-S-C)
- Brunisol (A-S-C)
- Luvisol (A-E-Bt)
- Podzosol (Ol-A-E-Bph-Bps-C)
- Reductisol/redoxisol (A-H-g-G) (H-G)
- Tourbes (H)
Rendosol
Le rendosol ou rendzine est un sol peu évolué sur roche-mère calcaire lorsque les contraintes stationnelles sont plus contraignantes (pente forte, rajeunissement du sol ). C’est le sol le plus fréquent en France
2 type principal de rendosol
S’il possède du calcaire actif : calcosol
Sinon : calcisol
Calcosol
Les calcosols sont des sols moyennement épais à épais (plus de 35 cm d’épaisseur), développés à partir de matériaux calcaires. Ils sont riches en carbonates de calcium sur toute leur épaisseur, leur pH est donc basique.
Calcisol
un calcisol, du latin calx, est un sol avec une importante accumulation de carbonate de calcium secondaire. Les calcisols sont communs dans les matériaux parentaux calcaires et répandu dans les zones environnementales arides et semi-arides.
Brunisol
Les sols bruns (ou brunisols) sont la forme classique de sol évolué que l’on rencontre sous forêt feuillue en zone tempérée. Ils portent généralement un humus de type mull, avec un pH de l’horizon A entre 5 et 6. On observe la présence d’un complexe argilo-humique bien structuré.
Luvisol
est un « sol lessivé » . Il est caractérisé du haut en bas par :
un horizon A de surface (labouré, ou humifère sous forêt),
un horizon E, plus ou moins blanchi et appauvri en argile,
un horizon B, plus sombre, riche en argile,
un horizon C quelconque, dont la teneur en argile est normalement comprise entre celle du E et celle du B.
Les luvisols sont des sols gras et profonds ayant une bonne fertilité agricole. Toutefois, en hiver, l’eau a tendance à s’accumuler dans le E, au toit du B, ce qui peut provoquer l’asphyxie des semis. Le drainage est souvent nécessaire.
Podzosol
est un type de sol lessivé qui se forme sous les climats froids et humides sur substrat au pH très acide. Il est très peu fertile pour l’agriculture.
Reductisol
Les horizons réductiques se forment en conditions anaérobies, c’est-à-dire quand le milieu est asphyxiant
en raison de la saturation du sol par l’eau. Les ions fer (Fe) présents prennent alors la forme de fer réduit
(fer ferreux, Fe2+). Cette réduction du fer entraîne dans un même temps sa mobilisation car le fer est
insoluble sous sa forme oxydée (fer ferrique, Fe3+). Sa distribution est alors homogène au sein de
l’horizon, c’est pourquoi les horizons réductiques sont uniformément gris-bleu-(verdâtre) et les
horizons rédoxiques présentent des taches rouilles localisées.
L’horizon g est une zone de battement d’eau
Redoxysol
Les horizons rédoxiques sont caractérisés par une juxtaposition de traînées grises (ou claires)
appauvries en fer, et de taches de couleur rouilles, enrichies en fer, le tout sur fond matriciel plus
foncé (brun-ocre). La répartition du fer dans ces horizons engorgés temporairement est donc très
hétérogène.
La solution du sol comprend
La réserve utile est la quantité d’eau qui est utilisable par les plantes. C’est donc une fraction de la solution du sol qui comprend l’eau gravitaire (qui s’écoule par infiltration ), la réserve utile et l’eau inutilisable (eau contenue dans des pores de petites tailles que les plantes ne peuvent pas prélever).
Inféroflux
Eaux qui s’écoules dans les alluvions qui n’est pas affecté par l’évaporation. L’eau utilisé pour l’irrigation est celle des pluies, elle a une faible minéralité elle est quasiment douce. Écoulement qui se produit, sous une rivière, dans la masse de ses alluvions perméables.
Salinisation
enrichissement en sels solubles, ils peuvent précipités s’il n’y a pas d’eaux on peut donc voir des encroûtements (notamment calcaires). Donc on obtient de la calcification. La calcification est appelée « caliche » en géomorphologie. La calcification est très fréquente en climat tempéré sec. menace généralisée pour la structure et le fonctionnement écologique des zones humides continentales et côtières.
Désertification
a désertification est un processus, naturel ou non, de dégradation des sols qui a pour origine des changements climatiques et/ou les conséquences d’activités humaines. Aridité.
Solontchak
Type de sol de forte salinité, se formant lorsque l’évaporation est supérieure aux apports par les pluies, sous l’influence d’une nappe phréatique affleurante - permanente ou saisonnière - , voire sur les côtes par des infiltrations d’eau salée.
Floculation
La floculation est le processus physico-chimique au cours duquel des matières en suspension dans un liquide s’agglomèrent pour former des particules plus grosses, généralement très poreuses.
Peptisation/dispersion
La peptisation est la dispersion d’agglomérats pour former une suspension ou une émulsion colloïdales stables. La peptisation est l’inverse de la coagulation ou floculation.
Sodisation
Fixation de sodium dans la partie superficielle des sols.
Le processus de sodisation est la saturation progressive du complexe organo-minéral par l’ion Na+, intervenant généralement grâce à une nappe très salée assez proche de la surface
Alcalinisation
Augmentation du pH d’un sol.
Les contraintes climatiques (aridité, déficit hydrique) et pédologiques (désertification, érosion, alcalinisation, steppes) expliquent le faible taux de boisement du Ningxia, du Xinjiang, du Qinghai et du Tibet.
Terophyte
Les thérophytes sont des plantes à cycle annuel qui survivent à la mauvaise saison sous la forme de graines.
Taux de drainage
Taux de drainage = R + I
R = taux de ruissellement
I= drainage profond
Relation bioclimatique explique la nature de l’érosion (mécanique/chimique) et aussi l’épaisseur de l’ensemble altérite + sol.
Fersialitisation
Qualifie un sol ou un horizon de nuance rouge, résultat d’une association stable entre de l’argile sous forme colloïdale et des oxydes de fer ; qualifie également le processus de formation d’un tel sol ou horizon.
Ils peuvent être alors rattachés aux fersialsols (sols fersiallitiques appelés aussi sols rouges méditerranéens)
Le lessivage de l’argile intervient donc de façon presque constante : la présence de l’horizon B est un des caractères qui distingue le sol rouge fersiallitique du sol marron
Bisiallitisation
Allitisation incomplète aboutissant à la formation d’argiles Si2Al (2/1) comme les smectites.
Allitisation : processus d’évacuation de la silice (et donc de concentration de l’alumine) dans les roches aluminosilicatées en climat chaud et humide.
Rubéfaction
Processus de coloration en rouge du sol ou des roches par les oxydes de fer.
3 types de sol ferreux
Deux processus conjoints interviennent pour transformer des sols fersiallitiques en sols ferrugineux d’abord, puis ferrallitiques pour finir : d’abord le vieillissement du sol dont ce seront les stades normaux d’évolution, ensuite des modifications du climat s’il devient de plus en plus chaud et humide.
La ferrugination est une évolution dans laquelle le lessivage débarrasse les profils supérieurs des argiles sensibles au lessivage (montmorillonite) et ne laisse que celles qui sont peu sensibles (kaolinite). Les argiles sont d’autant plus sensibles au lessivage qu’elles sont plus aptes à se disperser, c’est-à-dire qu’elles sont plus chargées électriquement. Les kaolinites sont des argiles peu chargées.
La ferrugination s’accompagne de la rubéfaction des oxydes de fer dans les mêmes conditions que celles observées dans la fersiallisation.
Element remarquable : Les carapaces et les cuirasses ferrallitiques sont des indurations de sesquioxydes de fer qui cristallisent sous l’effet des températures élevées. On parle de carapaces quand ces indurations peuvent encore être brisée à la pioche et de cuirasses quand les dalles ne peuvent plus être brisées par des outils maniés la seule force humaine.
Monosialitastion
Allitisation incomplète aboutissant à la formation d’argile SiAl (1/1) de type kaolinite.
Ferralitisation
Seuls les oxydes de fer et d’aluminium se concentrent près de la surface
Phénophase
Les phénophases proviennent des différents stades de développement caractéristiques de plantes indicatrices. De leur observation on a créé le calendrier phénologique, qui découpe l’année en dix saisons biologiques importantes.
Sol salsodique
En pédologie les sols salsodiques, aussi appelés les sols salés ou sols halomorphes caractérisés par leur teneur élevée en sels solubles dans l’ensemble ou dans une partie du profile ou par la dégradation de l’un des ions provenant de ces sels, en particule du sodium
Colloïdes
Les colloïdes sont des macromolécules organiques ou minérales qui, placées dans l’eau, ne forment pas une solution, mais forment une suspension colloïdale.
Dans la nature, les colloïdes peuvent être, soit électronégatifs (argiles, humus, complexe fer - silice), soit électropositifs (oxydes de fer, oxydes d’alumine, amidon).
Les 2 etat des colloides (théorie)+ (Schéma 1 et 2)
1) état dispersé : le nuage de cation (en vert) est lâche autour du micelle.
2) état floculé : le nuage de cation est resserré autour du micelle.
Connaître la variation d’humidité du sol
On mesure la variation de quantité d’eau capillaire à différents niveaux de profondeur et sur une échelle de temps diurne et nocturne.
On regarde aussi l’amplitude thermique et la conductivité thermique et électrique.
Le front d’humectation
Le front d’humectation constitue un plan séparant une zone imbibée de manière uniforme d’une zone sèche. Cette situation implique une discontinuité du potentiel de pression au niveau du front, qui est contraire aux principes de la physique.
Fertilité
Si un sol a une fertilité c’est qu’il contient des feuillets d’argiles et ces cations sont échangeables entre le sol et les argiles ce qui constitue les nutriments des végétaux. Les argiles en place dépendent de la nature de la roche mère. ainsi que du degré d’altération de celle-ci.
C’est l’altération qui explique les plages de sables siliceuse car la silice pure est la plus résistante à l’altération.
Mais la silice peut finir par céder laissant sur place uniquement des oxyhydroxydes de fer ou d’alumines résiduelles.
Typologie des particules
Révision 1
Rôle de la texture du sol
La texture du sol joue un rôle dans la compacité et sa porosité ce qui permet une plus ou moins grande facilité de pénétration des racines ainsi que la circulation de l’air et de l’eau dans le sol.
Rôle de la structure du sol
La structure du sol càd l’agencement des constituants du sol est importante, les colloïdes définies comme étant des particules très fines en suspension dans un fluide y joue un rôle essentiel de par leurs propriétés, ce sont des macromolécules très hydrophiles, minérales (argile, hydrate de fer ou d’aluminium) ou organiques (humus). Les colloïdes sont des acides ou bases faibles, ils peuvent donc être ionisés, ils peuvent alors retenir des cations ou des anions sous l’effet d’attraction électrostatique. Lorsque les particules sont chargées (colloïdes ionisés) elles se repoussent formant un système colloïdal dispersé. Lorsqu’elles sont neutres (quand elles ont capté des cation ou anions)
elles s’agglomèrent et forment un système colloïdal floculé.
L’état dispersé aboutit à la formation d’un système homogène formant une boue plus ou moins desséchée, toujours épaisse et impropre aux échanges d’air et d’eau. C’est donc un système asphyxique et flétrissant pour les végétaux.
L’état floculé permet la formation d’un ciment dans lequel viennent se prendre des particules solides du sol aboutissant à la formation d’agrégats. Ceux-ci permettent de diminuer la compacité du sol et d’augmenter sa porosité ce qui est favorable à la végétation.
Rôle des ions calcium et magnésium
Les ions calciums et magnésiums sont les meilleurs agents floculants. Les amendements agricoles (à ne pas confondre avec les engrais dont le rôle est trophique (nutrition de plantes)) visent à améliorer la structure du sol. Les amendement calcaires et magnésiens sont les plus utilisés, ils sont employés lorsque le sol est trop acide pour remonter le pH ou dans des sols trop riches en argiles que les éléments naturels ne parviennent pas à neutraliser. Le fumier est un bon amendement car i apporte des cations et de la matière organique qui après décomposition donne des acides humiques qui peuvent se lier aux argiles pour former des complexes argilo-humiques très stables. ➞ Améliore la structure du sol et le stabilise.
Phase gazeuse du sol
La phase gazeuse constitue un véritable atmosphère interne du sol. Elle est constituée de bulles qui assurent les échanges gazeux entre l’atmosphère extérieur, la solution du sol et les racines. Sous l’effet des racines et des micro-organismes, elle est appauvrie en O2 et enrichie en CO2 (sous l’effet des racines et des micro-organismes (phénomène de respiration). Jusqu’à 5% de CO2 dans le sol contre moins de 2% d’O2).
Force de rétention dans le sol
- Force osmotique
- Force matricielles
Force osmotique
- Générés par les ions de la solution du sol
- Retiennent l’eau dans le sol. La rétention est faible si le sol est bien irrigué car les ions sont plus dilués.
- En conditions normales ces forces sont faibles ou négligeable (qq 10ieme de MPa) .
- Si le sol s’assèche et est salé, ces forces peuvent êtres très fortes (10 à 20 bar soit 1 à 2 MPa)
Force matricielles
- Générés par les éléments non solubles du sol
- Exercent sur l’eau des forces capillaire et des forces d’imbibition
- Les forces capillaires sont générées par la tension superficielle existant entre l’eau du sol et les interstices laissés libre dans le sol. Elles ne posent guère de problème à la plante.
- Les forces d’imbibitions ou forces colloïdales sont due à la propriété des substances colloïdales à gonfler en présence d’eau. Ce sont des attraction électrostatiques entre les charges – descolloïdes et les charges + de l’eau. Si le sol est riche en argile, ces forces sont plus grandes.
- Plus les particules sont petites, plus les forces sont fortes
En fonction des forces de rétention, on distingue 3 types d’eau dans le sol :
• L’eau de gravitation : eau disponible qui s’écoule à travers le sol par gravité. Elle est + ou – retenue par les forces osmotiques et d’imbibition.
• L’eau capillaire : eau disponible sur laquelle s’exerce des forces capillaires.
• L’eau hygroscopique : eau indisponible car elle entre dans la constitution du sol
Potentiel hydrique
Les mouvements d’eau dans le sol (comme dans une cellule) sont régies par un potentiel
thermodynamique : le potentiel hydrique Ψ
Le potentiel hydrique d’un sol est l’énergie qu’il faut appliquer au sol pour en libérer un gramme d’eau.
Ce potentiel est toujours négatif. Et il est d’autan plus bas que la liaison entre l’eau est le sol est forte. Plus mon sol est asséché, plus le potentiel hydrique sera faible
Le mouvement d’eau va du potentiel le plus haut au potentiel le plus bas. Du – négatif au + négatif.
De la zone la plus hydratée à la zone la moins hydratée. Quand le sol se dessèche, le potentiel hydrique diminue devenant ainsi plus négatif. Par convention,
l’eau pure possède un potentiel hydrique de 0.
Succion
La succion correspond à l’attraction exercée par le sol sur l’eau. Pour déterminer la succion, on
mesure la dépression minimale qui permet le départ d’eau.
Le potentiel hydrique est souvent assimilé à la
succion car on observe une proportionnalité entre
la valeur absolue du potentiel hydrique et la
succion.
Nutrition minérale
Nutrition minérale = absorption d’ions. Les plantes assimilent les nutriments minéraux
principalement sous forme de cations ou d’anions. Chaque élément chimique peut être ionisé, et peut contribuer à nourrir la plante.
Exemple : potassium K = élément
K+ = élement assimilé
Acide humique
Substance organique complexe, constituante de l’humus, provenant de la décomposition des débris végétaux, qui donne à l’eau de certaines rivières une coloration jaune brun en même temps qu’une acidité pouvant aller jusqu’à pH 4.
Acide fulvique
L’acide fulvique et l’acide humique, contenus dans les matières humiques, sont issus de la lente décomposition de la biomasse (plantes, bois…) pendant des dizaines de milliers d’années.
Ils sont désignés par le terme ‘acides humiques’, au pluriel.
Acide fulvique possède des propriétés physiologiques intéressantes.
Humines
- Les humines ressemblent beaucoup aux acides humiques. Elles n’en diffèrent que par le fait qu’elles sont insolubles et se trouvent en association très étroite avec les matériaux inorganiques. Elles sont obtenues suite à la minéralisation secondaire de la matière organique humifiée.
- La structure des acides fulviques, des acides humiques et des humines est analogue.
- l’évolution des substances humiques peut être représentée par ce schéma :
acides fulviques → acides humiques → humines.
Elle présente des noyaux aromatiques reliés par des chaînes aliphatiques (chaînes hydrocarburés à système ouvert) et des groupements fonctionnels à caractère acide. Sous certaines conditions, il y a polymérisation (fusion de petites molécules pour augmenter leurs poids moléculaires) progressive des noyaux et diminution de l’importance des chaînes aliphatiques et des groupements fonctionnels, ce qui permet d’affirmer que l’évolution des substances humiques peut être représentée par ce schéma :
acides fulviques → acides humiques → humines.
Leonardite
Argile shisteuse, riche en acides humiques et fulviques. Trouve son origine dans la dégradation chimique et biologique des résidus de plantes et d’animaux ainsi que des activités synthétiques des micro-organismes.
Lignite
Roche d’origine organique qui résulte de la décomposition incomplètes de débris végétaux. Elle est combustible et contient plus de 70% de carbone. Sa valeur calorifique est environ 3 fois moins importante que celle de la houille qui est plus âgée.
Fibreuse, à débris végétaux reconnaissables, elle est de couleur brun foncé.
Le rôle du fer
Le fer est d’abord un excellent indicateur (coloré) de l’aération d’un sol et de son évolution (degré de lessivage, influence du climat, couverture végétale, etc.).
Fer ferreux
En milieu réducteur et pauvre en oxygène, le fer est bivalent (Fe++). Le fer se trouve sous la forme d’oxyde ferreux FeO de couleur gris vert ou gris bleuté, d’hydroxyde ferreux Fe(OH)2, de carbonate ferreux FeCO3, de bicarbonate ferreux Fe(CO3H)2et de sulfure de fer FeS. Ces formes sont toutes solubles.
Fer ferrique
En milieu oxygéné, le fer est trivalent (Fe+++). Il prend la forme d’oxyde ferrique Fe2O3de couleur rouille ou d’hydroxyde ferrique Fe(OH)3. Ces formes sont insolubles.
Forme du fer dans le sol
L’origine du fer dans le sol est surtout liée à l’altération des matériaux silicatés. Le fer peut alors prendre l’une de ces quatre formes :
- Une forme colloïdale
- Une forme soluble et échangeable
- Une forme pseudo soluble
- Une forme cristalline
Le fer sous forme colloïdale
L’hydrate ferrique Fe(OH)3ou hydroxyde ferrique peut se fixer par ses charges positives sur les charges négatives des argiles, voire à l’intérieur de ses feuillets. L’hydroxyde ferrique peut alors servir de pont entre l’argile électronégative et les humus électronégatifs aussi. Le complexe argile - hydroxyde ferrique - humus, floculé, est caractéristique des sols bruns.
- les hydroxydes ferrique donnent leurs couleurs à l’argile
- couleur brune en climat humide
- couleur rouge sous climat sec/aride
- sous acidification, les hydroxydes sont libres, migrent en profondeur et concretionnent
Le fer sous forme soluble et échangeable
En milieu réducteur, pauvre en oxygène (et souvent acide), le fer bivalent est sous forme d’hydrate ferreux moyennement soluble ou de carbonate ferreux insoluble. En présence de gaz carbonique, le carbonate ferreux est solubilisé en bicarbonate ferreux, soluble, qui libère les ions Fe++.
- Fe++ est assimilables
- mais il s’accumulent (faible activité du sol) est devient toxique
- augmente l’acidité du sol et libère plus de fer…
Le fer sous forme pseudo soluble
Le fer, aussi bien à l’état ferreux que ferrique, peut s’associer à la silice ou à des matières organiques pour former des complexes pseudo solubles sous une forme colloïdale dispersée.
En milieu peu acide et pauvre en matières organiques, il se forme des complexes ferri - siliciques en milieu aéré et des complexes ferro - siliciques en milieu peu aéré. Ces complexes dispersés peuvent être floculés par un excès de calcium (chaulage brutal). Ils deviennent alors insolubles et inutilisables pour les plantes qui souffrent de carence ferrique ou chlorose.C’est sous cette forme pseudo soluble et mobile que le fer peut migrer, soit vers le bas dans les sols bruns lessivés, soit vers le haut dans les sols rouges.
En milieu acide et riche en matières organiques solubles, il se forme des complexes ferro - humiques, électronégatifs, dispersés et migrant facilement en profondeur. Ces complexes sont caractéristiques des podzols et des sols podzoliques.
Le fer sous forme cristalline
L’oxyde ferrique peut se cristalliser et former autour des grains de sable soit un simple film, soit un ciment qui réunit ces grains en concrétions, en blocs, jusqu’à former, dans certaines conditions, de véritables bancs rocheux.
- stilpnosidérite Fe2O3(2H2O), de couleur ocre jaune
- gœthite Fe2O3(H2O), de couleur brun rouge
- hématite Fe2O3, de couleur rouge
- après migration en profondeur des différentes formes du fer, la cristallisation peut conduire à la formation d’alios, c’est-à-dire à la formation d’une véritable cuirasse de grès ferrugineux. (Podzosol)
