Pédologie 15

SECONDE PARTIE : PROPRIETES GLOBALES DES SOLS.

 

I.PROPRIETES PHYSIQUES

I.1 Texture et structure des sols

La texture ou composition granulométrique est définie par la composition élémentaire du sol, lorsque tous ses agrégats sont détruits.

La structure s'adresse à la manière dont les particules élémentaires sont assemblées en agrégats.

Texture et structure conditionnent essentiellement les comportements de l'air et de l'eau dans le sol : leurs conséquences pratiques sont importantes.

I.1.1 La texture et l'analyse granulométrique.

Les éléments sont supposés sphériques .

La texture ou composition granulométrique est définie en fonction de la proportion des éléments minéraux du sol, par catégories de grosseur après destruction des agrégats .

La terre fine comprend tous les éléments inférieur au diamètre de 2 mm ou 2.000  μ ( microns ). Elle se subdivise généralement comme suit :

Sables grossiers : 2 mm à 0,2 mm

Sables fins  0,2 mm ( 200 μ ) à 50 μ ( 0,05 mm)

Limons grossiers : 50 μ ( 0,05 mm) à 20 μ ( 0,02 mm)

Limons fins  : 20 μ à 2 μ

Fraction fine : éléments inférieurs à 2 μ

En réalité, le classement des diverses fractions varie suivant l'échelle adoptée, ainsi que l'indique le tableau ci-après mettant en comparaison les échelles internationales, américaine et belge.

FRACTIONS INTERNATIONALES AMERICAINES BELGES

Ultrargile

Argile

Limon

Sable fin

Sable grossier

 < 0,0002 mm

<0,002

0,002-0,02

0,02-0,2

0,2-2 mm

 <0,0002

< 0,005

0,005 - 0,05

0,05 - 0,25

0,25 - 1mm

 <0,0002mm

<0,002

0,002 - 0,05

0,05 - 0,2

0,2 - 2mm

Graviers

Cailloux........

Pierres..........

 2-20 mm

>20..................

............-..........

 1  -  10 mm

> 10............

.........-........

 2 - 20 mm

20 mm( de 2 à 7,5 cm)

de 7,5 cm à 25 cm

Blocs............  ............-...........  .......-.......  plus de 25 cm

 

 I.1.2 Remarques :

1) Le squelette du sol est l'ensemble des fractions au delà de 2 mm

2) Bien distinguer :

a) Argile granulométrique : ensemble de particules élémentaires de dimension inférieure à 2 μ quelle que soit la nature de ces particules.

b) Argile minéralogique : silico-aluminate provenant de l'altération des minéraux primitifs

c) Argile pédologique : c'est la fraction colloïdale minérale du sol , elle est composée :

- d'éléments amorphes : les sesquioxydes de formation récente, la silice amorphe et certaines argiles ( allophanes : non décrites ).

- d'éléments cristallisés : argiles minéralogiques, sesquioxydes cristallisés, minéraux résiduels ( ex : silice cristallisée ).

d) l'argile : roche sédimentaire donnant naissance à un sol dit lourd et dont la fraction fine est importante ( voir graphique triangulaire)

Le terme argile prète donc à confusion, il en est de même pour le limon parfois appelé poudre ou silt ( terme anglais ), sans précision, il correspond à une terre comprenant une importante fraction limoneuse.

 L'appréciation de la proportion des différentes catégories granulométriques permet de définir la texture d'ensemble du sol  ( mais il faut tenir compte des éventuels fragments de calcaire ).

En pratique, la texture s'apprécie à la main , en triturant une boulette de terre entre le pouce et l'index, on peut également triturer la terre à proximité de l'oreille pour déceler la présence plus ou moins importante de limon ( crissement caractéristique ). Cette appréciation appelle une certaine expérience et demeure néanmoins subjective. C'est pourquoi la texture ne peut être valablement déterminée avec précision qu'au laboratoire .

La séparation des fractions se fait par diverses méthodes d'analyse aui ne seront pas exposées içi.

Les classes texturales sont déterminées à priori d'après un graphique triangulaire  représentant la répartition des éléments constitutifs du sol suivant leur dimensions. Le point caractéristique d'un sol est le point est le point de concours  des trois droites parallèles aux côtés , obtenues en portant sur chaque côté les valeurs en % de l'argile ( 0 à 2 μ ) des limons ( 2 à 50 μ )et des sables ( 50μ  à 2 mm ).

 

tbelge-1.pngTriangle granulométrique belge 

1. Argile très lourde

2. Argile sableuse

3. Argile lourde

4. Sable argileux

5. Argile

6. Limon argileux

7. Sable 

8. Sable fin

9 . Sable limoneux

10. Sable très limoneux

11. Limon lourd sableux cas d'exemple en rouge : argile : 20%, limon 55%,sable 25%

12. Limon sableux

13. Limon lourd

14. Limon

15. Limon léger

16 .Limon très léger

Les classes texturales se représentent en général par ce genre de triangle granulométrique, mais également par graphique - ordonnées , les pourcentages de chaque fraction et abscisses le diamètre ( ou son logarithme )- , par représentation graphique de profil, diagramme cumulatif ..........

 

  • Les textures les plus grossières s'adressent aux sols sableux, manquant de cohésion, faciles à travailleret se désséchant facilement. Ces sols se lessivent facilement .

 

  • Les textures limoneuses offrent un caractère intermédiaire, mais il faut faire une distinction importante dans ce groupe . 

 

- Les limons argilo-sableux et certains limons n'excédant pas 30 à 35 % de la fraction comprise entre 2 et 50 μ , ont une texture excellente et équilibrée .Ils contiennent à la fois assez d'éléments grossiers et de colloïdes. Ces sols sont habituellement qualifiés de terres franches . 

- Les limons très riches en particules comprises entre 2 et 50 μ ( certains limons très fins, limons argileux, limons loessiques ) ont une texture  " silteuse". Ils contiennent peu de colloïdes minéraux , de sorte que leurs propriétés d'agrégation ( structure ) sont médiocres et dépendent surtout des colloïdes organiques (humus). 

l'explication est que les particules comprises entre 2 et 50 μ , n'ont pas les propriétés "collantes" de la fraction fine, mais elles sont toutefois assez fines pour colmater les pores grossiers . D'où manque d'aération et de perméabilité.

La structure des terres très riches en particules limoneuses est rarement satisfaisante , surtout si le sol ne contient que peu d'humus.

  • Les terres argilo-calciques peuvent avoir une texture très fine , mais celle-ci est partiellement corrigée grâce à une certaine quantité de matière organique.

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I.2 La structure

 

sans-titre-931.png

I.2.1 Définitions et explications

 

La  structure est la manière dont les particules élémentaires du sol ( texture ) sont associées entre elles.la structure complète la texture; éventuellement, elle corrige la texture dans ce qu'elle a d'imparfait ou d'incomplet ( aspect agronomique )

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Cette structure est liée à l'état des colloïdes du sol et reflète par conséquent sa fertilité.

La structure est causée par la cimentation des grains grossiers du sols ( limons, sables granulométriques ...) par les élément colloïdaux ( argile, humus ) se trouvant à l'état floculé.

 

 

 

images-2.jpg

Une condition importante de structuration du sol est donc la présence de colloïdes en bon état, c'est à dire floculés. De cette manière, les colloïdes président à la formation d'agrégats élémentaires qui peuvent à leur tour être rassemblés dans des unités structurales de plus grande dimension. Ceci implique deux échelons dans l'organisation de la structure : Micro et Macrostructure   

Par contre, dans le cas où les colloïdes sont peptisés les particules primitives sont dispersées isolées les unes des autres , ce qui provoque une mauvaise structure ou l'absence de structure.

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Pour obtenir des colloïdes floculés, il est nécessaire que le sol contienne des éléments de liaison ou réunisse des facteurs de structure favorables

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I.2.3 Les facteurs de structure

1) Les cations peu hydratés Ca++ et Mg++  qui provoquent la formation d'un milieu floculé (à l'opposé des cations monovalents tels Na+ sauf si Na+ existe en forte quantité). Le lessivage progressif des ions favorables entraine un processus d'acidification et diminue la stabilité des agrégats.

2) Nature des argiles : influence la cohésion interne du ciment argileux et l'adhésion de celui-çi aux grains grossiers. La meilleure argile est la montmorillonite.

3) La matière organique  : divers types de substances ont une action de structuration :

a) Matière organique vivante, telle que par exemple le mycelium des champignons , le système radiculaire ..........

b) Matière organique morte, telle que certaines matières présentes dans les résidus organiques retournant au sol, ou encore les produits d'humification : acides humiques ( fumier de bonne qualité, engrais verts , plantes d'humus doux;......)

4) Les sesquioxydes ( oxyhydroxydes ) , hydrates de fer et d'alumine : ciment de liaison au sein des agrégats et ciment de recouvrement  des végétaux ( voir sols bruns , sols à latérites ).

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5) Les facteurs physiques : provoquent des actions de rupture au sein d'une masse terreuse homogène.

Ex :

- Gel et dégel

- Alternance de sécheresse et d'humidité du sol à la condition qu'elles soient progressives.

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Remarques :

a) Les pluies brutales suivies de ressuyage rapide ont un effet destructeur des agrégats et favorisent l'apparition de croûtes superficielles, c'est le phénomène de battance des sols .

sans-titre-794.pngsans-titre-795.png

 

sans-titre-796.pngévolution d'un sol soumis à pluie abondante, on aboutit à un sol battu 

 

 

Sur sol labouré, avec la pluie, la pression interne des mottes augmente (bulles d'air piégées dans les pores qui se remplissent par capillarité) et la cohésion de la motte diminue, l'impact dû à l'énergie cinétique des gouttes casse les mottes. À chaque pluie importante, il y a un excès d'eau en surface qui dilue la terre fine en une boue fine qui va cimenter en séchant les entrées capillaires du sol.

 

                                                                                                                            

                                                       sans-titre-797.png

                                              Etat initial fragmentaire, poreux et meuble ------------------->       Fermeture de la surface par effet splash -------------->Sédimentation dans les flaques

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 b) En saison sèche (chez nous : fin été, automne ), la structure tend à se régénérer tandis qu'en hiver au contraire elle se dégrade par excès d'humidité.

6) Facteurs biologiques

La régénération de la structure peut être obtenue par pression , ex. : l'effet des racines, de la faune : vers de terre ( les agrégats des turricules de vers de terre offrent une structure particulièrement stable ), taupes ; ajouter les effets de la microflore : feutrage mycélien, gommes et autres substances agrégeantes.

7) Facteurs mécaniques : le travail du sol

Il y a des effets utiles et des effets nuisibles

Utiles

- destruction des mauvaises herbes  ( économie en eau, sels minéraux etc...)

- meilleure pénétration des pluies dans le sol et écran d'évaporation de la partie travaillée se désséchant ( voir pF )sauf si le travail du sol est trop profond.

- amélioration immédiate de la structure donnant aux agrégats la dimension voulue; - travail du sol dans des conditions d'humidité optimales et à l'époque favorable ( labour des sols lourd avant l'hiver attention aux tracteurs trop lourd et surtout trop puissants ! ).

- apport de matières fertilisantes adéquates ( engrais minéraux et organiques )

- incorporation au sol d'amendements synthétiques : krilium, flotal, aglusol, mais ces produits sont coûteux.

- Le drainage, pas l'irrigation.

Nuisibles

- le travail du sol oxyde la matière organique.

- ne jamais émietter le sol d'une manière, ( pluies : glaçage du sol), mais dépend de la saison ).

- Le labour retournant le sol est plus nuisible que le travail du sol en place, surtout le labour profond.

- Le roulage en sol non ressuyé, lourd, au moyen des rouleaux trop pesants.  

- Les allées et venues répétées au moyen d'engins lourds.

La structure a une importance considérable pour des raisons d'ordre physique, chimique et biologique.

1) Influence l'eau et l'aération du sol.

2)Favorise la pénétration des racines 

3) Favorise la résistance à l'érosion

4) Favorise l'humification

5) Favorise la nutrition végétale et l'humification ( voir chimie des sols )

6) ralentit la lixiviation des sols

 I. 2.2 Stabilité de la structure 

 Sauf cas particulier, la texture d'un sol ne change pas. Mais il en est autrement de la structure dont la stabilité est conditionnée par des moyens de conservation adéquats :

La structure peut se dégrader par :

- altération du ciment colloïdal = cause physico-chimique.

- destruction mécanique des agrégats.

Les moyens de conservation :

- maintien du sol sous couverture végétale ( végétation, litière, mulching ).

- en sol découvert par un travail superficiel du sol ( binages ) .

- maintien de bonnes réserves humiques et calciques.

- Eviter le travail excessif du sol, surtout en conditions hydriques défavorables.

 I.2.4.Types de structures

Il existe plusieurs manières de classer les structures des sols :

1) En fonction de la porosité on distingue la microstructure et la macrostructure :

La microstructure correspond aux espaces, compris entre les grumeaux, qui sont remplis d'eau et de sels dissous dans des conditions normales d'humidité. Elle s'adresse à la porosité ( voir ci-après ).

La macrostructure : concerne l'arrangement des grumeaux en agrégats : l'espace compris entre ces agrégats est normalement rempli d'air et correspond à la macroporosité.

2) sur base de méthodes d'observation et de leur caractère dimensionnel, on peut reconsidérer les concepts de micro et macrostructure.

La microscruture définie par Kubiena, s'observe au microscope, sur lames minces par consolidation du sol au moyen d'une résine thermodurcissable.

Les types de microstructure sont classés d'après l'organisation des masses de colloïdes , par rapport aux grains  plus grossiers.

Les microstructures ont contribué à l'étude des processus génétiques des sols ( voir Duchauffour).  

La macrostructure est celle qui se manifeste à l'oeuil nu, elle concerne plus directement l'agronome  

3) En fonction  de l'origine des structures, une classification génétique a été établie par Duchauffour. Elle est basée sur la forme et la dimension des éléments

Les structures peuvent être simple  ( agrégats élémentaires ) ou composées  ( agglomération d'agrégats , par ex les grumeaux )

Les origines structurales se ramènent à trois types fondamentaux : 

Structures construites qui sont le résultat de l'activité biologique qui intervient directement par son action mécanique et indirectement par l'apport de ciments humiques . Les grumeaux obtenus sont de forme irrégulière, poreux, aérés et généralement stables .

- Structures par fragmentation qui résultent de la fissuration d'une masse argilo-limoneuse par suite d'un phénomène de retrait , la cause est donc içi d'ordre physique et les éléments structuraux ont une structure polyédrique. Leur stabilité est parfois précaire.

- Structures "précipitées" : proviennent d'hydroxydes  ( sesquioxydes ) et sont d'origine physico-chimique . Elles se présentent en flocons arrondis ou encore en pellicules entourant les grains de sable. Lorsque le degré de sesquioxydes augmente , il se forme des concrétions durcies de dimensions variables .   

 On les classe de manière plus détaillée comme suit comme suit :

STRUCTURE PARTICULAIRE MEUBLE

Sols à texture grossière, sable ou sable limoneux

STRUCTURE MASSIVE OU COHERENTE

Sols à texture fine  (limons) : insuffisance de ciment argilo-humique floculé pour former des agrégats ; il existe cependant des ciments minéraux très diffus en " pellicules " autour des particules  ( silice, oxydes de fer ou d'aluminium ), ce qui augmente la cohésion de l'ensemble .

STRUCTURES CONSTRUITES

Rôle  important des ciments organo minéraux d'origine biologique. 

- Grumeaux irréguliers des mulls édifiés par les lombrics se transformant en structure granulaire ou grenue à structure plus arrondie si mis en culture.

- Agrégats fins , en boulettes coprogènes des moders.

STRUCTURES A CIMENT CHIMIQUE  ( "précipitées")

- Calcaire : pseudomycelium, calcaire pulvérulent, concrétions, croûtes calcaires durcies, de différents types ; suivant la quantités et le degré de cristallisation du calcaire

- Organique : allios humiques , compacts mais incomplètement durcis ; 

- Hydrates de fer et d'alumine :

+ alios ferrugineux souvent très durcis ( certains podzols) .

+ cuirasses ferrugineuses ou ferralitiques  ( parfois concrétions isolées : sols hydromorphes )

STRUCTURES PAR FRAGMENTATION

classées suivant la forme et l'orientation préférentielle des fentes de retrait : horizontale, verticale, oblique, mixte : polyédrique, en plaquettes , en prismes.  NB pour certains sols alcalins ( sodiques ) prismes arrondis : colonnes .

STRUCTURE MIXTE

"floconneuses " (fluffy) : Certains sols podzoliques, polyèdres émoussés ( sols brunifiés ) 

 Notons qu'une classification morphologique a également été conçue , nous la citons pour mémoire.

Par définition, la classe de structure décrit la taille moyenne des agrégats individuels.On distingue généralement cinq classes, en fonction du type de structure du sol dont les agrégats proviennent. Ce sont les structures:

 

  • Très fine outrès mince
  • Fine ou mince
  • Moyenne
  • Grossière ou épaisse
  • Très grossière ou très épaisse.

 

Par définition, le type de structure décrit la forme des agrégats individuels. Les pédologues considèrent généralement sept types de structures du sol, mais nous n'en utiliserons que quatre, classés de 1 à 4 comme suit:

1 Structure granulaire et grumeleuse. Les particules individuelles de sable, limon et argile s'agrègent en petits grains presque sphériques. L'eau circule très facilement dans ces sols. On les trouve couramment dans l'horizon A des profils pédologiques.

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2 Structure anguleuse et subanguleuse. Les particules s'agrègent en blocs presque cubiques ou polyédriques, dont les angles sont plus ou moins tranchants. Des blocs relativement gros indiquent que le sol résiste à la pénétration et au mouvement de l'eau. On les trouve couramment dans l'horizon B où l'argile s'est accumulée.

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3 Structures prismatique et en colonne. Les particules ont formé des colonnes ou piliers verticaux, séparés par des fentes verticales minuscules mais bien visibles. L'eau circule avec beaucoup de difficulté et le drainage est médiocre. On les trouve couramment dans l'horizon B où s'est accumulée l'argile.

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4 Structure lamellaire. Les particules s'agrègent en fines plaquettes ou lamelles superposées horizontalement. Les plaquettes se chevauchent souvent, gênant considérablement la circulation de l'eau. On les trouve fréquemment dans les sols forestiers, dans une partie de l'horizon A et dans les sols à claypan.

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En résumé :

La structure d'un sol fait référence à la façon dont les particules de sable, de limon et d'argile sont disposées les unes par rapport aux autres.
Dans un sol bien structuré, les particules de sable et de limon sont liées en agrégats (petites mottes) par l'argile, l'humus et le calcium. Les grands espaces vides entre les agrégats (macropores) permettent à l'eau et à l'air de circuler et aux racines de s'enfoncer dans le sol. Les petits espaces vides (micropores) retiennent quant à eux l'eau dont les plantes ont besoin. Cette structure « idéale » est appelée structure grumeleuse.

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I.2.5 Rôles de la structure

Essentiel dans les propriétés physiques des sols

1) Une bonne structure peut agir comme correctif d'une texture défavorable, pour atteindre ce but, le sol doit posséder suffisamment de colloïdes minéraux ( "argile") et/ou organiques ( humus formé en milieu peu acide ).La disparition de l'humus ou son acidification sont les deux causes principales de la dégradation de la structure

- Un sol très argileux aura une structure instable et deviendra asphyxiant si l'humus vient à manquer

- Un sol limoneux possède souvent trop peu de particules fines à propriétés colloïdales ( < 2 μ ) et trop de particules fines non colloïdales  : sa structure est souvent instable et doit être supportée par des ciments humiques. 

2) La porosité du sol dépend de la structure .

3) Le travail du sol et le temps requis pour préparer les terres sont liées à l'état structural.

4) L'économie de l'eau dans le sol ( son écoulement en cas d'intempéries ; sa rétention en période sèche ) et la répartition des engrais dans le sol seront favorisées par une bonne structure ----> érosion------->nutrition minérale.

5) les échanges thermiques entre le sol et l'atmosphère seront favorisés si le sol est poreux .

I.2 .6 Composition et nature de la microstructure

L'étude microscopique des structures (à l'aide de la microscopie optique en lumière polarisée ou non ; au microscope électronique à balayage ou à transmission ) donnant aux images de microstructures un  aspect " en relief ", etc...) complète très utilement les données macroscopiques. Les descriptions des pécialistes utilisent régulièrement une terminologie complexe que nous simplifions içi :

1) Le squelette : constitué de particules grossières observables isolément.

2) Le plasma : masse fondue où dominent les éléments fins, individuellement non discernables.

3) Les vides : de formes diverses, canaux de lombrics, fentes, vésicules, vides interagrégats.

4) Les inclusions ( ou traits pédologiques ), de forme et de nature très variées, qui donnent très souvent des renseignements précieux sur la pédogenèse

 

 

 

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Date de dernière mise à jour : 19/02/2015