Écrivaine

raordinaire diversité. Lorsque l'on incluse les phases organiques, cette diversité est telle qu'il devient impossible de les décrire de manière exhaustive. Ce qui suit s'attachera donc à présenter quelques traits généraux sur les constituants les plus fréquents du sol. 1) Les composés minéraux minéraux primaires/secondaires.

Dans le sol, on distingue les minéraux hérités de la roche mère et qui ont résisté à l'altération. Dans un certain nombre de sols, ces minéraux sont très abondants. Ces minéraux sont dits « primaires ». Il convient de remarquer que la solubilité d'un minéral variant selon les conditions (température, aération du sol,...) les minéraux qui ont une certaine propension à résister à l'altération sont variables selon les lieux. Les autres minéraux de la roche mère sont altérés. Leur dissolution enrichit la solution du sol en éléments dissous. La solubilité par rapport à d'autres minéraux peut être alors dépassée, ces derniers précipitent et s'accumulent. Les minéraux qui se sont formés dans le sol sont dits « secondaires ». Les éléments chimiques qui les composent peuvent provenir • d'une redistribution de la matière sur place pour s'adapter aux conditions thermodynamiques de surface, • d'un apport de zones extérieures, par des circulations latérales de l'eau et dons des éléments dissous. Certains minéraux peuvent exister dans la roche mère, être dissous, puis précipiter lors de l’histoire de la formation du sol. Ces minéraux sont secondaires et coexistent avec des minéraux primaires de même composition chimique. Ainsi, par exemple, dans un sol se développant sur une roche mère calcaire, un calcaire ancien bien cristallisé, les sols brun calcaire se développant à partir de cette roche contiendra • des minéraux de calcite primaire, bien cristallisés c’est à dire à la structure cristalline bien agencée, de grande taille, moins solubles, • des minéraux de calcite secondaire, issus de la précipitation dans le sol. Ces derniers sont souvent formés rapidement en condition de sur saturation importante de par exemple à un changement de teneur en CO2 du sol ou bien d’un dessèchement de l’horizon. La forte sur saturation qui en résulte favorise une précipitation rapide et désordonnée, pouvant aussi piéger des éléments/ions autres que Ca++ et CO3--, par exemple lors de phénomènes de nucléation (voir annexe du ours sur l’introduction ç la thermodynamique des solutions aqueuses) Les minéraux produits (calcite secondaire) se distingueront de la calcite primaire par une granulométrie plus fine, une moins bonne cristallinité mesurable par l’élargissement des raies du diffractogramme des rayons X, une certaine « impureté » chimique elle aussi détectable aux rayons X par déplacement de la position de la raie. La calcite secondaire sera plus soluble, plus réactive chimiquement du fait de sa pus grande surface de contact avec la phase aqueuse. La distinction entre minéraux primaires et secondaires n’est donc pas purement académique. les argiles et la capacité d’échange cationique Les argiles jouent un rôle important et spécifique dans les sols. Les minéraux argileux (phyllo-silicates) lient des liaisons fortes avec l’humus, argiles et humus présentent quelques similitudes en terme d’échange de cations avec la solution du sol. De même, les minéraux argileux peuvent fixer les composer organiques xénobiotiques (pesticides, herbicides ainsi que certains de leurs produits de dégradation). Les argiles sont donc chimiquement très réactives tant du point de vue de la chimie minérale que de la chimie organique.

La plupart des minéraux argileux se caractérisent par un déficit de charges positives dans leur cristal. Pour compenser ce déficit, des cations de la solution du sol sont adsorbés. Ces cations peuvent à leur tour être échangés contre d’autres cations lorsque la composition de la solution du sol change. L’humus peut aussi échanger des cations. Cet ensemble de cations échangeables constitue la Capacité d’Echange Cationique (on utilise couramment l’acronyme CEC) qui se mesure en laboratoire. Cette CEC constitue un réservoir d’éléments facilement accessible pour l’alimentation des plantes. Les échanges avec la solution du sol sont réputés très rapides. L’humus possède aussi des sites d’échanges anioniques. Certains éléments plutôt présents sous forme anionique comme les phosphates peuvent aussi être adsorbés sur la CEC grâce à des ponts calciques. Ainsi, H2PO4- peut former un complexe avec Ca++ : H2PO4- + Ca++ = CaH2PO4+ Ce complexe étant chargé positivement, il peut être adsorbé par le complexe argilohumique. Lors de processus d’oxydoréduction dans les sols, la composition chimique du cristal d’argile peut évoluer. Ainsi, pour les argiles contenant du fer ferrique dans le cristal, le passage à l’état ferreux altère la balance électrique du cristal et augmente la CEC. Pour certains sols soumis à de fortes variations d’aération ce phénomène peut être très important. Pour terminer, il faut préciser que la capacité d’échange cationique n’est pas aussi importante selon le type d’argile. Les kaolinites, qui ne présentent pas de déficit de charge, développent une CEC faible, alors que des argiles de type 2/1 telles que les montmorillonites ont des valeurs de CEC importantes. Pour ce qui est du formalisme thermodynamique des échanges cationiques, on se reportera au cours sur la thermodynamique des solutions aqueuses (cours d’hydrochimie). Enfin, la présence d’argile dans le sol influe fortement sur de nombreuses caractéristiques physiques (réserve en eau, distribution de la taille des pores, plasticité à l’état humide, cohérence à l’état sec,…). La garniture cationique de argiles renseigne sur les caractéristiques du sol : • en sol acide le taux de Al+++ et de H+ échangeables renseigne sur le risque de toxicité aluminique • en sol hydromorphe, le taux de Mn++ échangeable renseigne sur le risque de toxicité Mn • dans les sols sodiques, le taux de Na+ échangeable renseigne sur le risque de sodisation. Lorsque les argiles ne sont pas floculées par les ions divalents, elles sont successibles de migrer dans le sol. Certains horizons sont alors appauvris en argile (horizons éluviaux) et d’autres sont enrichis par l’arrivée des argiles (Bt). les oxydes/hydroxydes Les oxydes et hydroxydes du sol peuvent être bien cristallisés ou se trouver à l’état de minéraux amorphes. Les sols rouges méditerranéens, les sols latéritiques se caractérisent d’ailleurs par une forte teneur en oxydes et hydroxydes mais surtout par une forte proportion d’amorphes parmi ces minéraux.

Lors de phases de dessèchement du sol, les hydroxydes peuvent être transformés en oxydes par déshydratation. Les oxydes et hydroxydes développent des phénomènes de sorption. Ils sont capables d’adsorber des éléments tels que certains métaux lourds ou éléments toxiques non métalliques comme As. Les phosphates peuvent être adsorbés par ces minéraux. Les propriétés adsorbantes des oxydes et hydroxydes sont dépendantes du pH. En effet selon le pH de la solution du sol, certains sites d’échange ou de sorption sont libérés ou non. Les oxydes et hydroxydes jouent un rôle de ciment entre les autres minéraux, contribuant ainsi à augmenter la stabilité structurale du sol, au même titre que la matière organique. 2) Les composés organiques • critère de caractérisation, outils méthodologiques - Les outils isotopiques sont d’un grand secours pour l’étude de la matière organique des sols. Le delta13C facilite l’origine végétale de l’humus. Il permet notamment de différencier la part de MO provenant des plantes au cycle photosynthétique en C3 (28 pour mille de delta) de celle qui sont en C4 (12 pour mille de delta). On peut montrer ainsi que dans un passé récent, la végétation actuelle est différent de celle qui occupe actuellement le sol. - La matière végétale, principale source d’humus,

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MO fraîche: humification Humus : minéralisation MO soluble du sol Les propriétés de la matière organique - Alimentation minérale des végétaux en NO3, phosphates et en oligo-éléments lors de la minéralisation. Rôle des crucifères. - détoxification - amélioration de la stabilité structurale (effet court terme lors de l’humification et effet long terme de l’humus mais plus atténué que pour la phase d’humification)

II Organisation du sol à différentes échelles. Le sol est un milieu géométriquement organisé à des échelles très diverses (étendues) allant de l’agencement des minéraux, jusqu’à l’organisation des couvertures pédologiques dans le paysage. C’est pour cette raison que des approches fractales de l’organisation des sols ont été tentées dans les années 1990, avec des succès divers. 1) Structure et texture • Les classes granulométriques et la texture. Les minéraux du sol se répartissent selon une grande diversité de taille. On considère que la « terre fine » est la partie qui passe au tamis de 2 mm après séchage à l’air (non forcé). La définition des limites entre les diverses fractions granulométriques varie légèrement d’un pays à l’autre.

On considère les fractions suivantes : 0< Argiles < 2 µm 2 µm < Limons< 0.02mm (soient 20µm) 0.02 mm < sables < 2 mm La fraction sableuse peut être scindée en deux sous fractions : 0.2 mm <