Chapitre III :

L'organisation morphologique des sols

-1. Les organisations élémentaires

a) Texture:

La texture d'un sol correspond à la répartition dans ce sol des minéraux par catégorie de grosseur (en fait, diamètre des particules supposées sphériques) indépendamment de la nature et de la composition de ces minéraux. La texture du sol ne tient pas compte du calcaire et de la matière organique.

Les particules sont classées de la façon suivante, en fonction de leur diamètre : blocs, galets et graviers (diamètre > 2 mm) sont classés à part.

La granulométrie proprement dite concerne la terre fine.

sables : > 50 µm

limons : de 50 µm à 2 µm

argiles : < 2 µm

Il est possible de regrouper les textures en quatre classes fondamentales, qui permettent de définir les principales propriétés du sol :

texture sableuse : sol bien aéré, facile à travailler, pauvre en réserve d'eau, pauvre en éléments nutritifs, faible capacité d'échange anionique et cationique.

texture limoneuse : l'excès de limon et l'insuffisance d'argile peuvent provoquer la formation d'une structure massive, accompagnée de mauvaises propriétés physiques. Cette tendance est corrigée par une teneur suffisante en humus et calcium.

texture argileuse : sol chimiquement riche, mais à piètres propriétés physiques; milieu imperméable et mal aéré, formant obstacle à la pénétration des racines ; travail du sol difficile, en raison de la forte plasticité (état humide), ou de la compacité (sol sec). Une bonne structure favorisée par l'humification corrige en partie ces propriétés défavorables.

texture équilibrée : elle correspond à l'optimum, dans la mesure où elle présente la plupart des qualités des trois types précédents, sans en avoir les défauts.

Exemple de granulométrie favorable à la culture : 15 à 25 % d'argile, 30 à 35 % de limons, 40 à 50 % de sables.

Cette classification est représentée à l'aide d'un triangle, appelé triangle des textures, dont les trois côtés correspondent respectivement aux pourcentages de sable, de limonet d'argile.

b) Structure

On définit la structure du sol comme le mode d'organisation des différentes particules de sable, de limon et d'argile entre elles. Les particules isolées, une fois assemblées, apparaissent comme des particules plus grosses = grumeaux. Ces grumeaux s'organisent en agrégats.

Origine des structures

Le complexe argilo-humique : provient de la formation de liaisons électrostatiques entre les minéraux argileux et la matière organique du sol, en particulier les acides humiques, à l'aide, de plus, de cations comme les ions calcium.

Différentes formes de structures

-Structures construites d’origine biologique :

Ciments organo-minéraux produits par microflore

Grumeaux irréguliers édifiés par les lombrics

Agrégats fins édifiés par méso-faune

Structures à ciments d’origine chimique :

Calcaire : pseudomycélium, croûte calcaire, concrétions

Organique : alios humique

Hydrates de fer et d’alumine : alios ferrugineux, cuirasse

Structure par fragmentation :

Résultent des changements de volume des argiles (retrait et gonflement) --> prismes, polyédriques, cubiques

Les particules et les grumeaux peuvent s'agréger de différentes façons, ce qui donne diverses structures de sol.

Pour décrire avec précision la structure d'un sol :

• Degré de structure : exprime la plus ou moins grande cohésion d'assemblage des particules à l'intérieur des grumeaux et l'adhérence entre les grumeaux dans les agrégats.

• Classe : décrit la taille moyenne des agrégats individuels

• Type (décrit la forme des agrégats individuels)

-2.L'horizon pédologique : produit de l’évolution

On décrit un horizon en fonction de son épaisseur, de sa composition granulométrique (argiles, limons, sables, cailloux), de son degré d'altération de la roche-mère, de son acidité...

L'ensemble des horizons constituent le profil de sol ou solum.

Stratification théorique simplifiée

Dans la théorie, le sol étant le résultat d'un processus d'altération de la roche-mère sous-jacente et de l'activité biologique superficielle, sa stratification (organisation en couches superposées) est traduite comme suit :

O - horizon organique, c'est-à-dire là où se dépose la matière organique morte (restes d'êtres vivants),

A - horizon mixte (normalement situé à la superficie du sol) d'incorporatation de la matière organique à la matière minérale.

B - horizon d'accumulation de la matière minérale plus en profondeur.

C - horizon constitué dans la zone d'altération de la roche-mère.

Dans la pratique, les phénomènes et processus à l’œuvre dans le sols sont souvent beaucoup plus complexes et il est fréquemment nécessaire de distinguer d'autres types d'horizons. Les scientifiques spécialistes des sols (pédologues) distinguent notamment ceux-ci :

Différents horizons décrits en pédologie

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

• O, horizon organique. Surtout observable en forêt (mais pas toujours), et souvent absent dans d'autres écosystèmes, par exemple en prairie où l'activité biologique est tellement intense que les restes d'individus morts n'ont pas le temps de s'accumuler.

1. OL - litière. La litière comprend l'ensemble des débris bruts (restes de bois, de feuilles mortes et de fruits) identifiables à l’œil nu.

2. OF - horizon de fragmentation (parfois appelé à tort horizon de fermentation). Composé d'une part de restes de débris reconnaissables à l’œil nu et d'autre part de matière organique fine (compost et particules organiques de taille inférieure à 1 mm) cette dernière en proportion de 10 à 70%¹. 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 fine (qui a donc été 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 (dits "éluviaux"). 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. Son appauvrissement en fer lui donne souvent une couleur plus claire que les horizons voisins (parfois presque blanche).

• 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, parfois en matière humifère (notamment dans les horizons BP), arrêtant leur descente à son niveau lorsqu'ils rencontrent un obstacle mécanique (frein à la diffusion) ou une modification de l'équilibre électrostatique.

  • BT - horizon d'accumulation des argiles (la lettre "T" vient du mot allemand "Ton" qui signifie : argile).

  • BP - horizon d'accumulation de matière organique et d'aluminium, présentant souvent une structure en pellicules et une cimentation. La lettre "P" vient du mot d'origine russe "podzol".

• S - horizon structural, issu d'un processus d'altération. Il est le siège de processus physico-chimiques et biochimiques aboutissant à la destruction des minéraux du sol (altération minérale) ou encore à la décarbonatation.

• C - roche-mère peu altérée.

• R - roche-mère non altérée. Couche géologique à partir de laquelle se sont formés les sols.

-3. Les profils pédologiques

Le profil de sol est l'ensemble des horizons d'un sol donné ; chaque horizon étant une couche repérable et distincte de ce sol. On parle aussi de solum ou des horizons du sol.

Ces horizons sont d'autant plus distincts que le sol est évolué. En effet, la formation et l'évolution des horizons sous l'influence des facteurs écologiques conduisent à la différenciation de couches de natures différentes plus ou moins parallèlement à la surface.

L'expression "profil de sol" est aussi utilisée en agronomie pour parler du profil cultural, qui ne concerne que les sols cultivés.

L’étude de profils pédologiques a pour vocation de déterminer l’origine du sol, de caractériser son évolution pédologique ainsi que son fonctionnement agronomique. Ces informations donnent lieu à des prévisions de potentiel qualitatif, ainsi qu’à des applications culturales concrètes.

La méthode :

Entre 3 et 6 fosses par hectare sont positionnées sur la zone à étudier. Chaque fosse pédologique est creusée environ à 2m de profondeur en fonction de la puissance de la pelle et de la dureté des roches rencontrées. Les fosses de même nature sont rattachées sous le nom d’Unités Pédologiques de Base (UPB). Sur chaque fosse de référence, une description exhaustive de chaque horizon est effectuée (texture, structure, couleur, humidité, traces d’oxydo-réduction, taux et nature des éléments grossiers, enracinement, porosité, compacité…), et des échantillons de sols sont prélevés pour analyse. Les hypothèses d’évolution pédologique et de fonctionnement agronomique réalisées sur le terrain sont affinées à la lumière des résultats d’analyses.

-4. La couverture pédologique

Couche de « terre » en général meuble et peu épaisse (quelques centimètres à quelques mètres), le sol recouvre une grande partie des continents : on parle de COUVERTURE PÉDOLOGIQUE

Coninuité dans l'espace

Continuité dans l'espace d'une couverture pédologique dont on voit deux de ses horizons superposés :

un horizon rouge argileux ferrallitique (1)

sur un horizon d'altération d'une roche acide (gneiss) (2).

Les structures pédologiques traduisent les relations entre les constituants.

Elles expriment les propriétés des sols mais aussi l'histoire et les dynamiques actuelles des couvertures pédologiques.

- 5.Le sol et l’eau

a) Les formes de l’eau

• Le sol : une étape essentielle du cycle de l’eau

• Etat d’humidité variable dans le temps

• Transit de l’eau selon quelle forces ?

• Stockage de l’eau ; quelle quantité ?

• Quelle disponibilité ?

b) Les forces de rétention sur l’eau des sols ou notion de Potentiel hydrique

Différentes forces s'appliquent a l'eau dans le sol ; on parle de potentiels :

• un potentiel de gravité (crée par la force de gravitation) Ψg

• un potentiel matriciel (crée par l'attraction des particules solides) Ψm

-un potentiel osmotique (uniquement si sol salé) Ψo

Pour extraire de l'eau du sol, il faut exercer une force de succion au moins égal a l'ensemble de ces forces : c'est ce que l'on nomme le potentiel hydrique, noté Ψ.

Ψ= Ψg + Ψm + Ψo

Ψg ne joue un rôle important que lorsque les pores du sol sont saturé d’eau.

Ψm représente la force d’attraction exercée du sol sur l’eau. Plus cette valeur est basse (inferieure a 0), plus les liaisons eau/sol sont fortes. Le potentiel matriciel est important dans les sols ressuyés. Le potentiel matriciel s’exprime en bars, kilopascals, cm d’eau ou par son log décimal (pF)

1 bar = 100 kPa = 1000´10³ cm d’eau = pF 3

d) Valeurs caractéristiques de l’eau du sol

Teneur en eau massique = (masse d’eau / masse de sol sec) ´100

 Teneur en eau volumique = (volume d’eau / volume de sol sec) ´100

--> Paramètres ne permettant pas d’estimer l’eau disponible !

Capacité au champ = teneur maxi en eau non mobilisable par la seul force de gravité, mesuré sur le terrain (pF de -1.8)

Capacité de rétention = C'est le maximum d'eau retenue dans un sol après le ressuyage. Elle est calculée en mettant des échantillons de sols non remanies, sous cloche, a un potentiel pF de -2,5.

Point de flétrissement = A partir d'un pF de -4,2, les racines ne sont plus en mesure d'absorber l'eau, qui est trop fortement liée aux particules du sol.

La quantité d'eau entre la capacité au champ et le point de flétrissement s'appelle la réserve en eau utile du sol (RU). On l'exprime en mm d'eau pour un sol donné.

-6.L'atmosphère du sol

• gaz, notre air, dont la composition est modifiée dans le sol par la respiration des organismes vivants et les conditions de transfert plus ou moins limitées.

• Ces constituants occupent ce que l’on appelle la porosité du sol. Celle-ci change « d’occupant » (liquide ou gaz) selon un déséquilibre lié à la météo et à l’action de pompe des végétaux.

• La porosité du sol et sa distribution conditionnent donc, en grande partie, les échanges gazeux entre le sol et l’atmosphère. Malgré les difficultés de sa mesure, on constate que la composition de l’air du sol n’est pas la même que celle de l’air ambiant

Une modification des échanges de gaz avec l’atmosphère (aération du sol) et de l’activité biologique (fonction de production et de consommation des gaz) va entraîner un changement de composition du mélange gazeux au sein du sol par rapport à celle de l’atmosphère. La quasi-totalité des organismes vivants du sol consomme, tout comme nous, de l’oxygène et rejette du gaz carbonique (CO2).

Anaérobie (ant. Aérobie): organisme vivant (ne) pouvant (pas) se développer en l’absence d’oxygène

Anoxique (ant. : Oxique): horizon du sol (ne) renfermant (pas) d’oxygène

-7.La température du sol

La température du sol est influencée par deux types d'échanges thermiques :

1) Par le réchauffement du à la chaleur dégagée par le centre de la terre. Cette énergie est variable suivant les points du globe, mais en un point donné, elle peut être considérée comme constante dans le temps

2) Par les échanges thermiques avec l'extérieur (convection due au vent, flux radiatifs avec le ciel, ...). Ces apports étant variables en fonction du climat et de la saison.

Cependant, le sol a une grande inertie thermique, de par sa masse et son volume. Si la surface du sol va se réchauffer et se refroidir presque instantanément, les variations de température vont mettre plus de temps à modifier la température du sol plus en profondeur.

Ainsi, l'alternance des jours et des nuits, ou la succession d'une journée ensoleillée avec une journée nuageuse, aura un impact mesurable sur la température de la partie superficielle du sol. Mais n'aura pas d'incidence mesurable sur les parties plus profondes du sol, qui mettant plus longtemps à se réchauffer, ne réagissent qu'à des variations longues de températures.Ainsi, le réchauffement ou refroidissement du sol provoqué par les changements de saisons se réalise avec un décalage dans le temps et une baisse d'amplitude avec l'accroissement de la profondeur.

-8.La couleur du sol

Un des critères morphologiques des sols facilement accessible est sa couleur. Elle est appréciée aussi bien lors d’un sondage à la tarière que sur la paroi d’une fosse pédologique, en utilisant la Charte internationale des couleurs Munsell® (Munsell Soil Color Chart).  Chaque couleur est identifiée par un code unique qui combine la teinte de base, la clarté et la saturation. 
La couleur est un critère variable avec l’état d’humidité du sol. On la décrit classiquement à l’état humide ; un sol sec sera au préalable réhumidifié. Les couleurs sont relevées de préférence à l’ombre, ou avec le soleil dans le dos. On donne la ou les teinte(s) générale(s) de l’horizon ainsi que celle d’éventuelles taches.