Accueil Sol
Share to Facebook Share to Twitter Share to Google 


Sol

Le sol représente la couche superficielle de la croûte terrestre, résultant de la transformation de la roche mère, enrichie par des apports organiques.
Hors des milieux marins et aquatiques d'eau douce, il est à la fois le support et le produit du Vivant. Le sol est une interface entre biosphère et lithosphère.
On différencie le sol de la croûte terrestre par la présence significative de vie. Le sol est aussi un des puits de carbone planétaires, mais semble perdre une partie de son carbone, de manière accélérée depuis au moins 20 ans. Il peut contenir et conserver des fossiles, vestiges historiques, et les traces d'anciennes activités humaines (voir archéologie) ou d'évènements géoclimatique. Ces éléments influent à leur tour la composition floristique.

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 ».
  • L'aménagement du territoire distingue des catégories d'occupation du sol, avec les sols agricoles, boisés, sols bâtis et les autres sols.
    Les définitions du sol sont liées à son utilisation.
    Pour un ingénieur civil le sol est un support sur lequel sont construits les routes, et fondés les bâtiments. Pour un ingénieur d'assainissement le sol est un récipient de dégouts domestiques et municipaux. Pour l'hydrologiste ou hydrogéologue le sol est un manteau vivant et végétalisé, et permettant le cycle de l'eau. Pour l'écologue le sol est un habitat et un élément de l'écosystème qui est le produit et la source d'un grand nombre de processus et interactions chimiques, biochimiques et biologiques.

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

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 (granulométrie) :

  • les sables
  • les limons
  • l'argile granulométrique

Tous ces éléments constituent le « squelette » du sol.

La fraction minérale est composée d'une fraction grossière et d'une fraction fine :

  • fraction grossière : les particules ont un diamètre supérieur à deux micromètres. Nous avons ici les petits graviers, les limons, le sable. Cette fraction est sans intérêt immédiat pour les plantes, mais est primordiale pour garder l'eau en réserve dans le sol. Il s'agit du squelette du sol, de la réserve, qui finira par se transformer en fraction fine.
  • fraction fine : les particules sont inférieures à 2 µm. Cette fraction est biologiquement et chimiquement active. Elle est composée de colloïdes.

Fraction organique[modifier | modifier le code]

La matière organique du sol peut être définie comme une matière carbonée provenant de la décomposition et du métabolisme d'êtres vivants végétaux, animaux, fongiques 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), d'éléments secondaires (le soufre-S, le phosphore-P, le potassium-K, le calcium-Ca et le magnésium-Mg, ainsi que d'oligoéléments).

Elle se répartit en quatre groupes :

  • la matière organique vivante, animale, végétale, fongique et microbienne, qui englobe la totalité de la biomasse en activité,
  • les débris d'origine végétale (résidus végétaux, exsudats), animale (déjections, cadavres), fongique 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 dioxyde de carbone (CO2), l'ammoniac (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.

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.
  • D'autres ions, comme les sulfates (SO42-) ou les ions iodures (I-) sont apportées par les précipitations atmosphériques.

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

Les profils de sol (ou fosses pédologiques) permettent d'étudier les horizons du sol et l'activité biologique
Profil de sol montrant les horizons principaux (d'après United States Department of Agriculture3)

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 de sol pour plus de précisions).

Les horizons humifères sont les horizons les plus riches en êtres vivants (pédofaune).

  • O, (ou A0) comprenant la litière et les matières organiques en cours de transformation,
  1. OL - litière : comprend l'ensemble des débris bruts (restes de bois, de feuilles et de fleurs fanées, de cadavres d'animaux),
  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 : horizon 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 grands types de sols dans l'Union européenne (à 15).
Autre exemple de cartographie ; Grands types de sols tels que définis par le référentiel WRB4
Carte, très simplifiée de sensibilité naturelle des sols à la compaction (sols limoneux fragiles en général), en 4 catégories. la dernière des catégories colorées (« pas d'évaluation possible ») représente les sols urbains ou des sols marécageaux plus ou moins drainés ou des sols perturbés par l'homme5.
Carte de richesse en Nématode (moyenne par pays, évaluation d'après les données fournies par les pays à l'Agence européenne de l'environnement, initialement publiées 2010-12-08

 

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 laClassification 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 lorsqu'il parvient à la fois à7 :

  • héberger un écosystème (le sol), lui-même fonctionnellement fortement lié aux écosystèmes terrestres et parfois aquatiques via les symbioses à l'œuvre dans la rhizosphère notamment ou parce que le sol abrite de nombreuses espèces qui y effectuent une partie de leur cycle de vie (hibernation ou estivation notamment). Les plantes non-aquatique dépendent fortement du sol au travers de biofeedbacks complexes et nombreux.
  • produire des récoltes,
  • stocker le carbone et l'azote de l'atmosphère,
  • retenir les eaux de pluie et de ruissellement.

Le sol a aussi un rôle très important dans la fixation ou dispersion et la (bio)dégradation des polluants.

Biodiversité / Sol vivant, support et milieu de vie

Végétaux, animaux et microorganismes profitent de la désagrégation des roches de la croûte terrestre et y contribuent, coproduisant le sol et y puisant l'eau et les nutriments. À échelle moléculaire, les champignons et leurs métabolites, lesmucus (du ver de terre notamment) et les exopolysaccharides sécrétés par les microbes (bactéries notamment) jouent un rôle important dans la formation et conservation des sols (dextrane, xanthane, rhamsane, succinoglycane).

Biodiversité intrinsèque du sol

De nombreux organismes trouvent dans le sol un abri, un support ou un milieu indispensable à leur vie.
Pour les animaux du sol, on parle de microfaune (< 0,2 mm), mésofaune (de 0,2 à 4 mm) et macrofaune (> 4 mm). À titre d'exemple, rien que pour la microfaune, un seul mètre carré de prairie permanente bretonne abrite dans ses trente premiers centimètres jusqu’à 260 millions d'organismes animaux/m² (ind./m²), appartenant à plusieurs milliers d’espèces. Cette biomasse animale correspond au minimum à 1,5 t/ha ou le poids de deux vaches). Le labour de cette prairie et sa mise en culture diminue de 20 à 90 % le nombre de lombriciens en trois ans, surtout avec un travail mécanisé du sol et avec des pesticides.
Le sol était autrefois considéré comme un élément abiotique, résultant de facteurs physico-chimiques tels que la géologie, le climat, la topographie… Il est maintenant démontré que 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. Le sol est à la fois un produit du vivant et un support du vivant.
La rhizosphère est l'interface complexe entre les mondes végétal, fongique et minéral, lieu et niche écologique 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, symbioses qui influent les cycles du carbone, de l'azote, du phosphore et impactent les cycles biogéochimiques…

En plus des virus, ce sont jusqu'à 100 millions de micro-organismes qui vivent dans un gramme de sol.

Menaces

Les pesticides et le labour sont deux facteurs d'érosion et perte de sol. Le surpâturage entraine une réduction de la biodiversité et de la capacité du sol à résister au stress hydrique, notamment en zone subtropicale (argentine par exemple), La dégradation des sols peut aussi être très aggravée par la monoculture de quelques espèces (dont celles destinées à produire des agrocarburants). Les réflexions se portent désormais plus la réutilisation de déchets verts ou de plante dédiée (voir Biocarburant). La production d'agrocarburants est en effet une nouvelle vocation proposée pour certains sols. L'intérêt et le bilan écologique de ces carburants sont cependant très discutés, notamment en raison du risque de détournement de sols de cultures vivrières (Changement d'affectation des sols) vers des productions commerciales dans les pays les plus pauvres, et en raison d'un bilan global neutre, voire négatif en termes de carbone et effet de serre. Selon la cour des comptes en 2012, « Le bilan environnemental des biocarburants est fort loin d’être à la hauteur des espoirs placés en eux. Si l'on intègre (ainsi qu’il a été fait dans les dernières études d'impact environnemental) le changement d'affectation des sols indirects (CASI), on obtient pour l’EMHV des émissions de gaz à effet de serre qui sont doubles de celle du gazole. »

Connaître pour agir

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.
Connaître et mieux protéger, restaurer et gérer les sols nécessite d'identifier, localiser et cartographier leur biodiversité, les typologies de sols, les sols dégradés, pollués, leur degré de vulnérabilité, leur isolement écologique et degré derésilience face aux usages par l'Homme, ou face au dérèglement climatique. Cela permettra aussi de mieux identifier certains enjeux (production alimentaire, protection de l'eau, puits de carbone, biodiversité…).
La « richesse microbienne globale » peut maintenant être évaluée par la biologie moléculaire, via la mesure de la diversité de l'ADN microbien d'un sol.
Par exemple, les sols de Bretagne, en 2006 et 2007, ont été échantillonnés sur environ 27 000 km2, avec 2 200 échantillons de sol, par le Programme RMQS6BioDiv, dans le cadre du Programme européen Envasso visant à trouver des bio-indicateurs pertinents pour les sols et à mieux comprendre le déclin de la biodiversité dans les sols. L'approche est globale pour la microflore (fumigation/extraction, quantification de l'ADNa), ou taxonomique (avec identification des espèces ou au moins des genres) pour la faune. Ce RMQS-BioDiv vise à établir un référentiel de la biodiversité des sols en Bretagne, en lien avec les caractéristiques du milieu (pédologie, usages des sols). La cartographie nationale de la diversité bactérienne des sols a montré en France que « certaines pratiques agricoles sont assez agressives et délétères sur le patrimoine biologique. Il s'agit des pratiques viticoles, des forêts monospécifiques de résineux et de certaines pratiques conventionnelles en grandes cultures céréales. » Les sols français les plus pauvres en diversité bactérienne sont la grande pinède des Landes, mais les zones enrésinées méditerranéennes sont également très pauvres de ce point de vue. L'observatoire français de la biodiversité a retenu l'évolution de la biomasse microbienne des sols en métropole comme l'un de ses indicateurs. Pour l'état zéro, il a été estimé à 9,9 µg d'ADN microbien/g de sol pour 2000-2009 (On trouve de de 0,1 à 41,8 µg d’ADN par gramme de sol, mais dans près de 75 % des échantillons, ce taux est de 5 à 15 µg, le reste se répartissant équitablement au-delà de ses deux limites.

Pour mieux comprendre l'écologie des sols, on commence à approcher la diversité biologique des sols ; par la mesure de la diversité des ADN présent, par certains indices tels que l'abondance en micro-organismes ou en lombrics (supposés être de bons bioindicateurs). Des programmes spécifiques portent sur ce thème (ex BIODEPTH, Nouvel atlas européen du Centre Commun de Recherches (JRC) qui porte notamment sur la biodiversité des sols en Europe et fait apparaître certaines menaces auxquelles elle est exposée ; il montre que le Royaume-Uni, la Belgique, le Luxembourg, les Pays-Bas et le nord de la France ont particulièrement dégradé leurs sols et que la biodiversité du sol y reste plus menacée qu'ailleurs).
En 2010, l'UE a publié son Atlas de la biodiversité des sols et organisé une conférence de mise au point et information sur le sujet où a eu lieu une présentation de l'étude Soil biodiversity: functions, threats and tools for policy makers et du rapport destinée à préparer la conférence mondiale sur la biodiversité, de Nagoya (2010).

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, comme les vers de terre), la fertilité, l'état sanitaire (au sens large), à comparer avec un stade dit 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.

Quelques normes ISO concernant la qualité des sols :

  • ISO 10381-6, Qualité du sol - Échantillonnage - Partie 6: Lignes directrices pour la collecte, la manipulation et la conservation de sols destinés à une étude en laboratoire des processus microbiens aérobies ;
  • ISO 10390, Qualité du sol - Détermination du pH ;
  • ISO 10694, Qualité du sol - Dosage du carbone organique et du carbone total après combustion sèche (analyse élémentaire) ;
  • ISO 11268-1, Qualité du sol - Effets des polluants vis-à-vis des vers de terre (Eisenia fetida) - Partie 1: Détermination de la toxicité aiguë en utilisant des substrats de sol artificiel ;
  • ISO 11269-2, Qualité du sol - Détermination des effets des polluants sur la flore du sol - Partie 2: Effets des substances chimiques sur l'émergence et la croissance des végétaux supérieurs ;
  • ISO 11274, Qualité du sol - Détermination de la caractéristique de la rétention en eau - Méthodes de laboratoire ;
  • ISO 11465, Qualité du sol - Détermination de la teneur pondérale en matière sèche et en eau - Méthode gravimétrique ;
  • EN 14735, Caractérisation des déchets - Préparation des échantillons de déchets en vue d'essais écotoxicologiques.

D'autres sont en préparation, utilisant par exemple des escargots comme indicateurs.

Les 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 actuellement permises par la mécanisation, lesengrais 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.)

.Source: Wiki