Pédogénèse. 2

Migrations des éléments du complexe d'altération

B. Migration des éléments du complexe d'altération

B.1 : Migrations descendantes et migrations ascendantes

L'eau qui s'infiltre dans le sol entraîne avec elle des éléments solubles ou en suspension, qu'elle peut soit entraîner hors du profil, soit déposer à un niveau inférieur du profil . Ces migrations descendantes qui sont dominantes sous climats suffisamment pluvieux , créent à la longue :

- des horizons appauvris ou éluviaux appelés horizons A;

- des horizons enrichis ou illuviaux appelés horizons B

L'entraînement peut également être oblique le long des pentes, il appauvrit les sommets et enrichit les dépressions situées au pied des pentes ( lessivage oblique ).

Un phénomène inverse atténue les effets de cet entraînement : des remontées d'éléments sont possibles grâce à deux mécanismes très différents :

- La remontée vers la surface d'eau et d'éléments solubles, soit sous climats très chaud, soit au dessus d'une nappe d'eau peu profonde. Ce mécanisme est en général limité.

ex : climat tempéré froid : enrichissement en fer ferrique ( gley oxydé) surmontant le gley réduit riche en fer ferreux.

ex : sols à alcali des régions steppiques.

- La restitution aux couches superficielles du sol, sous forme de débris organiques ( feuilles , racines ) d'éléments minéraux puisés par la plante dans des couches plus profondes. Ce phénomène est au contraire commun à tous les sols , et d'une grande importance pédologique et agronomique . 

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B.2 : Trois modes de migration descendante

La LIXIVIATION : désigne la migration des sels solubles et de la silice.

La CHELUVIATION : désigne la migration des sels organo-métalliques.

Le LESSIVAGE : est un terme réservé à la migration des argiles.

B.2.1 LIXIVIATION : migration des sels solubles

C'est l'entraînement des cations alcalins ( K+,Na+) et alcalino-terreux ( Ca++, Mg++). Plus rarement sont entraînés les cations lourdsFe++ et Mn ++, en milieu réducteur, et Al+++,en milieu très acide. Enfin dans certains sols la silice très légèrement soluble peut aussi être entraînée . La migration de ces éléments donne lieu à des mécanismes pédologiques très importants :

a) En milieu non calcaire: la désaturation du complexe absorbant et l'acidification

Pour les cations Na,K,Ca et Mg, il existe un équilibre entre ceux qui sont fixés sur le complexe argilo-humique et ceux qui sont en solution. L'entraînement de ces derniers par l'eau de drainage en période humide oblige le complexe à restituer des ions à la solution pour rétablir l'équilibre : le complexe absorbant se "désature". Les charges laissées libres sont occupées alors par des ions H+ : le complexe s'acidifie .

Ce phénomène est compensé par

+ la libération de nouveaux cations par l'altération des minéraux insolubles ;

+ la remontée d'éléments par les cycles biologiques

Tel est le mécanisme de base, mais il faut en préciser les variantes.

Les divers cations n'ont pas la même mobilite :

- Les monovalents K+ et Na+ sont plus mobiles que les bivalents Ca++ et Mg++ : les premiers sont entraînés à l'état de sels solubles aussi bien des litières en décomposition que du sol minéral, alors que Ca et Mg restent beaucoup plus longtemps combinés aux matières organiques  : en un an , les litières forestières perdent 90 % de leur K contre 5% seulement de leur Ca    

La dilution favorise la fixation des ions bivalents par rapport à celle des monovalents

Le complexe argilo-humique des sols des régions tempérées fixe en général les cations dans la proportion décroissante suivante Ca, Mg, K, Na. Celà se comprend en sol calcaire , plus riche en Calcium qu'en d'autres éléments . Mais comment l'expliquer en sols non calcaires formés sur roches cristallines généralement plus riches en Potassium qu'en Calcium ?

C'est que la dilution favorise la fixation des ions bivalents et la mise en solution des monovalents K et Na . La concentration des solutions , au contraire,  favorise la fixation des monovalents et la mise en solution des bivalents

Les ions Ca et Mg étant alors moins entrainés que les ions K et Na en période fort humide, on comprend que sous climat humideles sols soient toujours plus riches en bivalents qu'en monovalentd , en Ca et Mg qu'en K et Na .

Cependant si les ions Na sont très vite éliminés du complexe ( sauf sous climat aride ) , les ions K sont bien fixés par les argiles , notamment les illites.

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Désaturation et acidification dépendent beaucoup du type d'humus .

Dans les sols à faible activité biologique sur lesquels se forment des des humus du type moder ou mor , la formation d'acides organiques solubles accélère l'élimination des bases et leur remplacement par des ions H+. C'est ainsi qu'un peuplement de sapins de douglas de 30 ans, provoque par l'humus brut qu'il produit , un appauvrissement de 25% en Ca des 10 premiers cm d'un sol brun lessivé et de 50 % de K et Mg !

b) En milieu calcaire : la décarbonatation

Le CaCO3 est lentement solubilisé par les acides du sol

- L'acide carbonique eau + CO2, ce dernier provenant des pluies et des fermentations microbiennes

- l'acide nitrique issu de la nitrification

- Les acides organiques et les acides humiques et fulviques

Les sels solubles formés ( bicarbonate de Ca, Nitrate de Ca...) sont entraînés par les eaux de drainage et le profil se décarbonate lentement. Une décarbonatation qui peut demander plusieurs milliers d'années, mais avec une accélération sous humus acidifiant , et sous climat atlantique , et un ralentissement au contraire sous climat continental et sous litière améliorante.  

Que devient le Calcaire entraîné ?

Sous climat humide , il est éliminé du profil par drainage profond .

Sous climat à saison sèche marquée ( continental, méditerranéen ), il peut précipiter en profondeur en formant un horizon calcique ( horizon Ca )

Ca(HCO3)2 --> CaCO3  + H2O + CO2 

L'accumulation prend la forme de trainées ou de taches blanchâtres.

Sous climat aride : la dessication accentuée du profil provoque la formation de croûtes calcaires à une certaine profondeur . 

c) L'entrainement de la silice  

L'altération des minéraux silicatés libère de la silice , son entraînement en profondeur est important dans deux cas :

Sous climat équatorial humide  et sur sol fortement draîné : les minéraux silicatés sont totalement altérés et transformés en silice , alumine et bases. La silice et les bases sont entraînés complètement, rendant impossible toute néoformation d'argile . Seule demeure l'alumine, ou gibbsite.

Sous climat tempéré, en milieux très acides : très filtrants ( peu argileux ), riches en matières organiques complexantes. La silice provenant de la dégradation des minéraux silicatés est entrainée en profondeur . Elle peut provenir aussi de la dissolution du quartz et de la décomposition des litières. Elle s'insolubilise partiellement en profondeur par un horizon d'accumulation.   

B.2 .2: CHELUVIATION : migration des complexes organo-métalliques

C'est l'entraînement des cations lourds Al+++ et Fe+++, et éventuellement Ca , sous la forme de complexes organo-métalliquesou chélates, solubles ou plutôt pseudo solubles

Une liaison qui solubilise le Fer et L'Alumine

Les ions ferriques Fe+++ et Al+++ libérés par l'altération des minéraux silicatés sont normalement insolubles dans les sols aérés , même s'ils sont acides. Ils sont généralement sous forme d'ions complexes , comme Fe(OH)2+, liés à l'argile. Ils ne peuvent donc migrer sous cette forme ( les ions ferreux, eux, formés en milieu asphyxiant sont sous des formes solubles )

Par contre, se combinant avec des anions ( COOH-, OH-) provenant d'acides organiques ( acides aliphatiques, acides phénols, polyphénols, polymères phénoliques ), les ions Fe+++ et Al+++ sont " complexés ou chélatés, en un mot ils deviennent solubles et peuvent être entrainés. 

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Mais une précipitation en profondeur

Ces complexes ne peuvent se former qu'en milieu très pauvre en cations . C'est le cas dans les horizons de surface des " podzols" acidifiés par l'humus brut ou mor, et des terres pauvres en Ca et autres cations. De plus, ces complexes sont instables : dès que le rapport cations/anions s'accroît, ce qui se produit au fur et a mesure de leur infiltration dans le sol ( augmentation des cations Fepar rapport aux anions aorganiques ), ils précipitent. C'est ainsi que se forme l'horizon d'accumulation ferro-humique ou alumino humique des podzols   (Horizon spodique Bh)  

  

B.2.3 LESSIVAGE : migration des argiles

C'est l'entraînement de l'argile a l'état dispersé . Cet entraînement n'est possible que dans certaines conditions et pour certains types d'argile.

Le lessivage des argiles dépend de l'acidité et de la pauvreté en cations

a) Il est à peu près nul en présence de calcaire actif, qui flocule énergiquement l'argile en agrégats stables ( en liaison d'ailleurs avec le mull calcique formé en un tel milieu. C'est le cas notamment des sols de rendzines.

b) Dans les sols décarbonatés plus ou moins décalcifiés , le départ des ions Ca++ et leur remplacement par des ions H+ rend l'argile plus sensible à la dispersion et donc au lessivage . Mais si les ions Fe+++ sont suffisamment abondants, ils maintiennent l'argile bien floculée ( notamment grace à la liaison argile-fer-humus , le " pont ferrique" ), et seule une portion des argiles les plus fines , du type montmorillonite , peut migrer avec les ions Fe+++ qui leur sont associés. Elles s'accumulent en un horizon argillique et ferrique ocre qui caractérise les sols bruns lessivés  

c) Dans les sols acides, pauvres en matières organiques et bien aérés, ou à végétation non acidifiante , les argiles sont maintenues à l'état floculé malgré l'absence d'ions Ca++, par les ions H+ Fe+++ et Al+++ Cette absence de lessivage caractérise les sols bruns acides

En présence d'une végétation acidifiante, et d'une période peu aérée : permettant la réduction  du fer ferrique en fer ferreux

Les composés organiques solubles complexant Fe et Al : l'argile se disperse . De plus ces composés organiques forment autour de l'argile, une enveloppe hydrophyle qui accentue encore cette dispersion . L'argile est donc fortement lessivée , fer et argile migrant séparément.. C'est le cas :

Des sols lessivés acides  si la matière organique acidifiante n'est pas trop abondante. Fer et argile migrent séparément mais se regroupent en profondeur dans l'horizon Bt argillique .

Des sols podzoliques si la matière organique acidifiante est plus abondante . Fer et argile migrent séparément et se déposent en profondeur dans des horizons différents   

Et quand les acides organiques extraient et complexent même les ions Al des feuillets d'argile , celle-ci est détruite en même temps que lessivée . Le stade podzol est ainsi atteint. 

Certaine argiles sont plus lessivables que d'autres   

C'est le cas de la montmorillonite dont les cristaux sont les plus fins . Les argiles micacées ( illites et vermiculites ) sont encore assez mobiles . Par contre la kaolinite , aux cristaux plus grossiers et aux charges négatives plus faibles ne sont pratiquement pas lessivées.

Les argiles s'accumulent en profondeur

Elle s'accumulent en profondeur en un horizon d'accumulation argillique désigné par les lettres Bt ( t, de ton, argile en allemand ). Elles sont rarement éliminées du profil comme le sont les sels solubles . La cause de cette accumulation est le ralentissement de l'eau et le colmatage progressif de l'horizon B par l'argile.

Dans certains sols acides et peu perméables, riches en ions Al, les vermiculites se transforment en chlorites Al : leurs charges diminuent beaucoup, ce qui entraine leur floculation et donc l'arrêt de leur migration. Plus rarement cette floculation est due à la rencontre, en profondeur d'un horizon calcaire.   

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B.2.4 Conditions générales de formation des horizons B ou d'ILLUVIATION

Dans les sols formés en climats humides, les sels de Ca sont entraînés profondément dans les eaux de drainage , et disparaissent du profil ( eaux profondes ). L'horizon illuvial ou Best composé généralement de colloïdes ( Fer, Argile : sols lessivés; Fer, Alumine, Humus : podzols)

a) Causes physiques de formation du B

La limite de pénétration des pluies d'été correspond généralement au niveau de densité maxima des racines absorbantes , d'où : concentration à cet endroit des solutions puis précipitation par déshydratation partielle des colloïdes entraînés. Ultérieurement , il y a un effet d'absorption des éléments mobiles par les éléments déjà fixés. Conclusion : la profondeur d'un horizon d'accumulation est souvent liée à la profondeur d'enracinnement de la végétation qui est une cause du phénomène.

Dans de nombreux cas , l'horizon B se forme au dessus d'une zone saturée d'eau , à la limite de remontée des eaux capillaires ( horizon d'alios) 

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b) Causes biologiques : Par exemple, la matière organique migre sous la forme de complexes pseudo-solubles ; ceux -ci sont progressivement biodégradés en cours de migration. La fraction minérale de ces complexes peut augmenter jusque la concentration d'insolubilisation.

c) Causes chimiques : complètent l'action physique en provoquant la destruction de certains complexes , avec précipitation des éléments constitutifs  

d) La remontée du B 

Dans sa phase de jeunesse, le profil s'approfondit : l'horizon A devient plus épais et le B se déplace vers le bas . Ultérieurement , le B s'épaissit au contraire à sa partie supérieure, car les nouveaux éléments entrainés se déposent de plus en plus près de la surface : c'est la remontée du B

e) Les B superposés

Il se peut qu'un changement intervienne dans la pédogénèse . Par exemple , une lande à Bruyère ( podzolisation ) succède à une forêt feuillue ( lessivage ) . La nature des éléments entraînés dans le profil sera changée , et, par voie de conséquence , l'aspect et la composition de B récent superficiel podzolisé seront différents de ceux du B profond plus ancien ( lessivé ). Pourquoi ? La lande à bruyères développe un enracinnement plus superficiel que celui de la forêt feuillue : d'où superposition de deux horizons B totalement différents l'un de l'autre .

 

 

 

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Date de dernière mise à jour : 23/06/2015