Milieu de vie & environnement

Le sol
Auteurs : Tiphaine Chevallier(plus d'infos)
Résumé :
Lors d’une promenade en forêt, dans la campagne ou dans les champs d’une exploitation agricole, les enfants s’extasient devant les arbres, les fleurs, les oiseaux, les épis de blé… mais cette chose sombre, salissante sous leurs pieds reste mystérieuse… Mais que sont les sols, comment les définit-on, que contiennent-ils, que nous apportent-ils, pourquoi sont-ils une ressource à préserver ?
Publication : 9 Décembre 2008

Lors d’une promenade en forêt, dans la campagne ou dans les champs d’une exploitation agricole, les enfants s’extasient devant les arbres, les fleurs, les oiseaux, les épis de blé… mais cette chose sombre, salissante sous leurs pieds reste mystérieuse… « Mais ne mets pas tes mains dans la boue tu vas te salir ! Ça y est, tu en as partout ! ». Alors qu’il y a autant de microorganismes dans une poignée de terre que d’hommes sur la planète, que les sols sont les supports des plantes et qu’ils assurent de nombreuses autres fonctions utiles aux sociétés humaines, ils restent peu connus. Mais que sont les sols, comment les définit-on, que contiennent-ils, que nous apportent-ils, pourquoi sont-ils une ressource à préserver ?

On peut définir un sol comme la couche superficielle de l’écorce terrestre, celle qui est colonisée par les racines des végétaux quand il y en a. Albert Demolon, un pédologue du siècle dernier (1881-1954), définissait le sol comme « une 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 ». En effet, le sol n’est qu’une fine couche à l’échelle de la planète, de l’ordre de 80 cm à 1 mètre en moyenne, mais situé à l’interface entre la lithosphère, l’atmosphère et l’hydrosphère, il est un élément clef de tous les écosystèmes terrestres.

Les sols interviennent dans tous les cycles biogéochimiques (cycles du carbone, de l’azote, du soufre, etc.) et dans le cycle de l’eau. Connaître leur formation, leur évolution et leur fonctionnement est essentiel car ils déterminent en partie la qualité des eaux, la productivité végétale mais aussi la biodiversité des écosystèmes terrestres.

Les sols sont des milieux vivants avec une biomasse (masse des êtres vivants qui s’y trouvent) exceptionnelle. Ils abritent en effet d’innombrables microorganismes (jusqu’à un milliard par gramme de sol) et des légions d’animaux de dimensions variées, depuis des tailles microscopiques, comme certains acariens invisibles à l’œil nu, jusqu’à plusieurs centimètres, comme les taupes. On trouve en moyenne 260 millions d'animaux soit environ 150 g de biomasse sous une surface de 1 m2 de prairie tempérée. En fait, la plus grande biodiversité terrestre vit sous la surface du sol et non au dessus ! C’est un milieu vivant où les processus physiques, chimiques et biologiques interagissent sans cesse et rendent l’étude de ce milieu complexe passionnante.

Les sols diffèrent selon la roche mère, la topographie, le climat, les êtres vivants et leur occupation par les hommes. Ces différences se repèrent surtout dans le paysage par des couleurs de sol variées (noir, marron, rouge, jaune et même vert ou bleu !).

Lorsqu’une tranchée est creusée dans un sol, on peut observer qu’il est structuré en couches horizontales superposées, souvent de différentes couleurs. On donne à ces couches le nom d’horizons, l’ensemble des horizons est appelé profil du sol. Si l’épaisseur et la constitution des horizons varie selon les types de sols, on s’accorde à reconnaître trois horizons principaux, appelés A, B et C, dans tous les sols. L’horizon A est le plus superficiel. La où se trouve de la végétation, il est recouvert d’une couche de débris organiques, essentiellement des feuilles mortes, appelée litière (parfois horizon O pour Organique). Cet horizon est souvent le plus riche en matière organique car il contient la majeure partie des racines. L’horizon B, sous jacent, est une couche où s’accumulent diverses substances minérales et organiques. Enfin, l’horizon C, le plus profond, est constitué principalement par les produits d’altération de la roche mère. Selon les sols, les horizons peuvent être eux-mêmes subdivisés en couches plus ou moins nombreuses différant par leurs propriétés.

Le sol est constitué globalement de 50 % de vides plus ou moins remplis d’eau qui correspondent à la porosité. Les 50 % restant sont pour 45 % les particules minérales (cailloux, sables, limons et argiles) et pour 5 % les matières organiques.

Les particules minérales sont les produits de la fragmentation et de l’altération des roches mères. On les classe selon leur taille :

  • cailloux et graviers : supérieure à 2 mm ;
  • sables : entre 50 µm et 2 mm ;
  • limons : entre 2 et 50 µm ;
  • argiles : inférieure à 2 µm.

Les grains de sable sont visibles à l’œil nu et sont rugueux au toucher. Les particules de limon ne sont observables individuellement qu’au microscope et laissent une trace semblable à de la farine quand on écrase entre les doigts un échantillon de sol qui en contient. Les particules d’argile sont elles aussi invisibles à l’œil nu mais s’agglutinent en une masse collante quand elles sont mouillées. L’argile humide permet ainsi de façonner des briques ou des tuiles que la cuisson va durcir.

La texture d’un sol, c’est à dire la proportion des différentes particules minérales qui le constituent, peut s’apprécier grossièrement par l’observation et surtout par le toucher. Ces particules sont constituées majoritairement de silice mais on peut aussi y trouver des carbonates dans les sols calcaires, des sels d’aluminium, comme la gibbsite (trihydroxyde d’aluminium), et de fer, comme la goethite (oxy-hydroxyde de fer), qui donnent la couleur rouge de certains sols tropicaux.

La structure du sol est le mode d’assemblage des particules minérales (formation de motte ou d’agrégat plus ou moins gros, plus ou moins anguleux). Avec la texture, elle est responsable de la porosité du sol, c'est-à-dire du réseau des vides à l’intérieur du sol, et commandent donc la circulation de l’eau et de l’air dans le sol.
Les espaces vides contiennent de l’air et de l’eau, deux éléments indispensables au maintien de la vie dans les sols et au développement des plantes. Selon l’épaisseur des sols et leur capacité à retenir l’eau (selon la nature et les arrangements des constituants organiques et minéraux et la forme du réseau de pores), la pluie qui s’infiltre est plus ou moins retenue dans le sol. Le sol est un réservoir d’eau à la disposition des plantes et des organismes vivants du sol. L’eau non retenue draine vers les nappes phréatiques. Le sol filtre et fixe certains des éléments en solution dans l’eau. Une partie des éléments fixés seront dégradés par les microorganismes du sol. Certains éléments du sol en revanche peuvent être emportés dans les eaux de drainage ou de ruissellement conduisant éventuellement à l’eutrophisation des cours d’eau (enrichissement des eaux en phosphates et nitrates). Les sols puis la roche mère sous le sol garantissent une épuration mécanique, chimique et biologique des eaux souterraines. Mais l’épuration peut s’avérer insuffisante lorsque les sols sont pollués.

Les ions minéraux essentiels à la nutrition des plantes (éléments minéraux sous forme d’ions nitrates, NO3-, ammonium, NH4+, phosphate, PO4-, calcium, Ca2+, potassium, K+, etc.) s’associent aux argiles et aux matières organiques. Les argiles (kaolinite, montmorillonite) servent ainsi de réserve de nutriments pour les plantes.

La matière organique des sols représente en moyenne 5 % du sol, mais ceci n’est qu’une moyenne, elle peut ne constituer que 0,5 % dans les sols arides et jusqu’à 95 % dans les tourbières. Cette matière organique comprend de la matière vivante (bactéries, champignons, microfaune, macrofaune et racines des plantes) et de la matière morte issue de la décomposition de la matière vivante. Selon son état de décomposition, la matière organique est plus ou moins reconnaissable à l’œil nu, à la loupe, voire au microscope (débris de racines, de feuilles…). Lorsque l’on ne reconnaît plus l’organisme dont est issue la matière organique, même au microscope, on parle de matière organique amorphe, d’humus. La matière organique s’associe aux particules minérales en agrégats qui sont un mélange de particules minérales et organiques. Cette association évite une décomposition trop rapide.
La décomposition de la matière organique se fait sous l’action de la faune (vers de terre), de la microfaune du sol (nématodes, arthropodes), des champignons et des bactéries. Une feuille morte posée sur le sol va subir les attaques de tous ces organismes décomposeurs qui se mangent aussi les uns les autres, c’est une chaîne alimentaire. Le niveau d’activité de ces organismes décomposeurs dépend de la température, de l’humidité et de l’aération du sol, mais aussi du type de sol (texture et structure, type d’argiles, acidité, etc.). Tous ces organismes utilisent la matière organique pour leurs besoins nutritifs. Les produits finaux de la décomposition sont des molécules minérales indispensables au développement des plantes comme les ions (NO3-, NH4+, PO4-, Ca2+, K+, etc.). Les êtres vivants du sol produisent aussi du CO2 qui est libéré dans l’atmosphère, bouclant ainsi le cycle du carbone. On parle aussi de minéralisation de la matière organique ou de respiration hétérotrophe du sol.
Avec la préoccupation actuelle du changement climatique et du taux de CO2 atmosphérique, les scientifiques se sont intéressés à la capacité des sols à stocker du carbone. En effet, les stocks globaux de carbone dans les sols représentent 1 500 à 2 000 Gigatonnes (Gt, milliards de tonnes) de carbone alors que les stocks dans la végétation ne sont que de 600 Gt. Dans l’atmosphère on compte 760 Gt de carbone. Le sol est donc, avec les océans (35 000 à 40 000 Gt de carbone), ce qu’il est convenu d’appeler un « puits » de carbone, c'est-à-dire un réservoir susceptible de stocker le carbone. Cependant ce chiffre global recouvre une diversité de cas. Selon leur mode de gestion et leur type, les sols peuvent en effet être des puits, mais ils peuvent aussi émettre du CO2 et constituer alors ce qu’il est convenu d’appeler une « source » de carbone plus ou moins importante. De nombreuses études essaient actuellement de quantifier ces puits et de connaître leurs évolutions selon différents scénarios climatiques et de gestion des sols.

Les sols sont une ressource naturelle vivante et fragile et assurent plusieurs fonctions :

  • support de la production végétale et donc alimentaire ;
  • cycle de l’eau (propriété de filtre) ;
  • puits de carbone ;
  • biodiversité ;
  • matériau de construction (briques, tuiles, poteries, etc.) ;
  • support des animaux et des constructions.

Plusieurs menaces pèsent sur les sols :

  • La consommation excessive de surfaces avec l’utilisation des sols pour la construction, l’urbanisation. En Europe l’équivalent d’un département français est consommé tous les ans par l’urbanisation. Certains pays, comme la Suisse, commencent à limiter la consommation d’espace.
  • Une baisse de fertilité (appauvrissement en éléments nutritifs, dégradation de la structure des sols) causée par des systèmes de cultures intensives limitant la restitution au sol de matières organiques après récolte et provoquant la rupture des cycles biogéochimiques. On parle dans certains cas de « soil mining ».
  • L’érosion des sols qui peut aussi être accentuée par des occupations de sol et des techniques de cultures non appropriées. L’érosion est la perte de la couche superficielle du sol riche en éléments nutritifs et la sédimentation de produits érodés dans des endroits où on n’a pas envie de les trouver : fleuves, côtes, ports et barrages. Dans certains cas, l’érosion passée a des conséquences aujourd’hui bénéfiques, comme la constitution des deltas fertiles et des plaines alluviales où l’on trouve les sols les plus fertiles.
  • La pollution des sols par des métaux lourds, tels que le mercure, le plomb, le cadmium, etc., dans les sites industriels et par des molécules organiques (micropolluants organiques) provenant de dépôts atmosphériques et de l’épandage intensif de boues, lisiers, engrais, pesticides. Le devenir de ces polluants est complexe. Ils peuvent se volatiliser dans l’atmosphère, être dégradés entièrement ou seulement partiellement par les microorganismes du sol, être entrainés dans les eaux souterraines, être prélevés par des plantes...
  • La désertification et la salinisation dans les régions arides. Ces dégradations du sol peuvent être d’origine naturelle mais peuvent être accentuées par une mauvaise gestion des sols et des eaux dans des régions où les équilibres sont fragiles et les pressions alimentaire et foncière fortes.

 

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