Introduction à la science du sol
Sol, végétation, environnement - Master - Écoles d'ingénieurs - CAPES

Cet ouvrage, entièrement révisé et actualisé, présente une synthèse des différents aspects de la science du sol.

Il met en évidence que les propriétés du sol actuel ne peuvent se comprendre que par la connaissance de son histoire, c'est-à-dire l'étude des divers processus qui ont contribué à sa formation.
La première partie porte sur l'étude des constituants minéraux et organiques du sol et de leurs interactions réciproques à l'origine des spécificités du sol. La deuxième est une présentation des propriétés globales du sol et des différents aspects (physiques, chimiques) qui conditionnent la nutrition des plantes. La troisième partie s'intéresse à la dynamique des profils pédologiques.

La quatrième traite des applications de la science du sol. Elle tente de répondre à deux importantes questions : Comment mettre en valeur un sol ? Comment protéger un sol et donc un paysage contre les nombreuses agressions dont il est l'objet ?

Ce livre, destiné aux étudiants en Master (sciences de la Terre, écologie et biologie végétale), sera également utile aux élèves ingénieurs et aux candidats aux concours d'enseignement. Il intéressera aussi les professionnels de l'aménagement du territoire et de la protection des milieux naturels.

Table des matières


PRÉFACE 1

INTRODUCTION: SCIENCE DU SOL ET PÉDOLOGIE 3

PARTIE 1

LES CONSTITUANTS DU SOL ET LEUR ORIGINE

CHAPITRE 1• LA FRACTION MINÉRALE 7

1.1
Introduction et définitions 7

1.1.1
Les processus fondamentaux de l'altération 8

1.2
Classement des minéraux par grosseur: granulométrie 9

1.2.1
Analyse granulométrique 9

1.2.2
Classement des particules Il
1.2.3
Classification des textures 11

1.2.4
Composition minéralogique des fractions granulométriques 13

1.3
Bilan de l'altération: indice d'altération 13

1.4
Le matériau d'origine: minéraux et roches 14

1.4.1
Minéraux 14

1.4.2
Roches 15

1.5
Complexe d'altération: les argiles 17

1.5.1
Structure des feuillets 18

1.5.2
Charges, espacement des feuillets, pouvoir gonflant 19

1.5.3
Les principales familles d'argiles des sols 20

1.6
Complexe d'altération: oxyhydroxydes 23

1.6.1
Les oxyhydroxydes de fer 24

1.6.2
Oxyhydroxydes d'aluminium 25

1.6.3
Silice 26

1.6.4
Manganèse 27

1.7
Désagrégation physique et altération chimique 27

1.7.1
Altération biochimique 28

1.7.2
Altération géochimique 30

1.8
Écologie de l'altération 30

1.8.1
Facteurs bioclimatiques généraux 32

1.8.2
Facteurs de station 33

CHAPITRE 2• LA FRACTION ORGANIQUE 35

2.1
Définitions et généralités 35

2.1.1
Types d'humus de formations végétales naturelles (forêts) 36

2.1.2
Les composés humiques; identification, structure, fractionnement 38

2.2
les agents de 'humification: les organismes vivants 40

2.2.1
Bactéries 40

2.2.2
Actinomycètes et champignons 42

2.2.3
La faune du sol 43

2.3
la matière première de l'humus: matière organique fraîche 44

2.3.1
Origine de la matière organique fraîche 44

2.3.2
Composition de la matière organique fraîche 45

2.4
Humification: processus biologiques 48

2.4.1
Néoformation des composés humiques 48

2.4.2
Héritage et transformation (composants des membranes) 49

2.4.3
Biochimie de l'évolution des complexes organo-minéraux 49

2.5
Stabilisation physico-chimique et maturation 51

2.5.1
Stabilisation physico-chimique 51

2.5.2
Maturation 52

2.6
Composition biochimique des humus 52

2.7
Formation et rôle des associations organo-minérales 54

2.7.1
Mor et moder acides sur matériau quartzeux 54

2.7.2
Mull acide 55

2.7.3
Mull eutrophe et mésotrophe 55

2.7.4
Mull calcique et carbonaté 56

2.7.5
Mull ferrallitique 56

2.8
Écologie de l'humification 56

2.8.1
Les ensembles bioclimatiques 57

2.8.2
Les facteurs de stations et l'action humaine 57

PARTIE 2

LES PROPRIÉTÉS GLOBALES DU SOL CHAPITRE 3. ORGANISATION DES PARTICULES: STRUCTURE, AÉRATION
3.1
Origine des structures 64

3.1.1
État des « colloïdes» : formation des ciments 64

3.1.2
Structures construites, d'origine biologique 65

3.1.3
Structures à ciments d'origine chimique 65

3.1.4
Structures d'origine physique et mécanique (fragmentation) 65

3.2
Classification des structures 66

3.3
Aspect pratique: consistance et stabilité de la structure 67

3.3.1
Consistance 67

3.3.2
Stabilité de la structure 67

3.4
Microstructure 68

3.5
Contrôle de l'état de la structure: porosité 69

3.5.1
Indications données par la porosité: diagrammes de porosité 70

3.6
Atmosphère des sols: gaz libres et gaz dissous 73

3.6.1
Les gaz libres 74

3.6.2
Potentiel d'oxydo-réduction (Eh) 74

3.7
Applications: développement du système racinaire 76

3.7.1
La respiration des racines 77

3.7.2
Sols à horizons compactés 77

3.7.3
Sols à nappe d'eau superficielle 79

3.8
Influence des techniques culturales sur la structure et l'aération 79

CHAPITRE 4• LE SOL ET L'EAU 81

4.1
Introduction: les formes de l'eau dans le sol 81

4.2
Potentiel hydrique et potentiel matriciel 83

4.3
Valeurs caractéristiques: notion d'eau utile 84

4.4
Mouvements de l'eau dans le sol 86

4.4.1
Mouvements descendants de l'eau de gravité: perméabilité 86

4.4.2
Mouvements ascendants d'eau capillaire en saison sèche 90

4.5
Bilans de l'eau, régime hydrique 92

4.6
Application: alimentation en eau des plantes 94

4.6.1
Mode d'utilisation de la RU par les plantes 94

4.6.2
Facteurs de J'alimentation en eau 96

CHAPITRE 5.1EMPÉRATURE DU SOL ET PÉDOCUMAT 99

5.1
Facteurs d'échauffement superficiel du sol: sols chauds et sols froids 99

5.2
La diffusion calorifique en profondeur: profils thermiques 100

5.3
Action de la température du sol et de ses variations 101

5.3.1
Action sur la pédogenèse 101

5.3.2
Action sur la végétation 102

5.4
Notion de pédoclimat 102

CHAPITRE 6 • COMPLEXE ABSORBANT ET PH DU SOL 104

6.1
Généralités -Définitions 104

6.2
Valeurs caractéristiques 105

6.2.1
Capacité d'échange (T ou CEe) 106

6.2.2
Cations basiques échangeables (S) 107

6.2.3
Taux de saturation CV ou srr %) 108

6.3
L'acidité et le pH des sols: pouvoir tampon 109

6.3.1
Relations entre pH et le complexe absorbant 109

6.3.2
Variations saisonnières du pH et du taux de saturation III

6.3.3
Le pouvoir tampon des sols 112

6.4
Rôle du complexe absorbant dans la nutrition des plantes 112

CHAPITRE 7 • LE SOL ET LA NUTRITION DES PLANTES 115

7.1
Formes des nutriments dans le sol 115

7.2
Importance relative des réserves minérales et organiques 117

7.2.1
Mise en valeur par la forêt 117

7.2.2
Mise en valeur par la culture 118

7.3
Rôle de la rhizosphère 119

7.3.1
Propriétés du milieu rhizosphérique 119

7.3.2
Influence de la rhizosphère sur la nutrition 119

7.4
Azote 120

7.4.1
Azote minéral assimilable 120

7.4.2
Réserves d'azote organique 121

7.4.3
Cycle de l'azote 122

7.4.4
Nutrition azotée des plantes vertes 124

7.5
Phosphore 126

7.5.1
L'absorption des ions phosphoriques: forme autodiffusible 126

7.5.2
Évolution des formes du phosphore 126

7.5.3
Nutrition en phosphore 127

7.6
Soufre 128

7.6.1
Nutrition en soufre 129

7.7
Cations basiques (Ca 2+, Mg2+, K+) 129

7.7.
J Réserves minérales 129

7.7.2
Réserves organiques: cycle biogéochimique 130

7.7.3
Nutrition minérale: rôle des équilibres ioniques 132

7.8
Oligo-éléments (éléments-trace) 133

7.8.1
Formation et mobilisation des réserves 134

7.8.2
Carence et toxicité 134

PARTIE 3


PÉDOGENÈSE ET CLASSIFICATION DES SOLS

CHAPITRE 8 • L'ÉVOLUTION DES SOLS: FACTEURS ET PROCESSUS 139

8.1
Définitions: cycle d'évolution 139

8.
J.1 Évolution progressive 139

8.1.2
Évolution régressive et dégradation 143

8.2
Facteur temps: cycles courts et cycles longs 143

8.2.
J Cycles d'évolution et zones climatiques 143

8.2.2
Méthodes de mesure de l'âge des sols 145

8.2.3
Les cycles longs en climat tempéré 147

8.3
Facteurs écologiques et pédogenèse 151

8.3.1
Facteurs bioclimatiques généraux climat et végétation climatique 152

8.3.2
Facteurs de station 158

8.3.3
Facteur humain: dégradation 162

8.3.4
Conclusion: diversification des sols à l'intérieur d'une zone 164

8.4
Les processus fondamentaux de la pédogenèse 164

8.4.1
Définitions internationales des processus 165

8.4.2
Processus liés à l'humification 166

8.4.3
Processus conditionnés par de forts contrastes saisonniers 172

8.4.4
Processus à base d'altération géochimique 174

8.4.5
Processus liés aux conditions physico-chimiques de la station 176

8.4.6
Processus liés à l'action humaine: anthropisation 179

CHAPITRE 9. SYSTÉMATIQUE DES SOLS 180

9.1
Les difficultés du problème 180

9.1.1
Évolution récente des conceptions 181

9.2
Questions préalables: horizons et nomenclature 183

9.2.1
Classification et désignation des horizons 183

9.2.2
Nomenclature 184

9.3
Les classifications hiérarchisées 186

9.3.1
Soil taxonomy 186

9.3.2
Classification de la société allemande de la science du sol 188

9.4
Les référentiels morphogénétiques 189

9.4.1
Référentiel issu de la classification CPCS 190

9.4.2
Référentiel WRB 192

9.5
Conclusion 195

CHAPITRE 10 • SOLS À FAIBLE ALTÉRATION CHIMIQUE 197

10.1
Sols peu évolués d'érosion ou d'apport (régosols, fluvisols, leptosols lithiques) 197

10.1.1
Sols d'érosion (régosols, leptosols lithiques) 198

10.1.2
Sols d'apport: sols alluviaux (fluvisols) 198

10.1.3
Sols d'apport: sols colluviaux 200

10.2
Sols des zones à climat extrême 201

10.2.1
Cryosols 201

10.2.2
Sols désertiques et subdésertiques (arénosols, calcisols, gypsisols) 201

CHAPITRE 11 • SOLS ÀALTÉRATION BIOCHIMIQUE DOMINANTE 203

11.1
Sols humifères désaturés (Ieptosols umbriques, andosols) 203

Il.1.1
Rankers 204

Il.1.2
Sols cryptopodzoliques humifères 206

11.1.3
Andosols (andosols) 206

11.2
Sols calcimagnésiques (Ieptosols rendziques, unités calcariques) 209

11.2.1
Sols calcimagnésiques humifères: rendzines (Ieptosol rendzique) 210

Il.2.2
Sols calcimagnésiques très humifères: sols humo-calcaires, humo-calciques
(Ieptosols humiques) 212

11.2.3
Sols calcimagnésiques brunifiés (cambisol calcarique; calcisol haplique) 213

11.3
Sols brunifiés (cambisols, luvisols) 214

11.3.1
Sols bruns (cambisols) 215

11.3.2
Sols lessivés (Iuvisols) 218

11.4
Sols podzolisés (podzols) 221

11.4.1
Podzols non ou peu hydromorphes (podzols haplique, durique, humique) 223

11.4.2
Podzols hydromorphes (podzols de nappe) (podzols gleyiques) 225

CHAPITRE 12 • SOLS À PÉDOCLIMAT CONTRASTÉ 229

12.1
Sols mélanisés (chernozems, kastanozems, pha:ozems) 229

12.1.1
Sols mélanisés a complexe saturé (chemozems, kastanozems) 230

12.1.2
Sols mélanisés brunifiés (brunizems, phreozems) 232

12.1.3
Sols mélanisés fersiallitiques 232

12.2
Vertisols (vertisols) 234

12.2.2
Vertisols foncés (vertisols hapliques et calciques) 235

12.2.3
Sols vertiques chromiques (vertisols chromiques) 235

12.2.3
Pélosols vertiques (cambisols vertiques) 236

12.2.4
Mise en valeur des vertisols et pélosols vertiques 236

CHAPITRE 13. SOLS AALTÉRATION GÉOCHIMIQUE DOMINANTE 237

13.1
Sols fersiallitiques (Iuvisols, cambisols chromiques) 238

13.1.1
Sols rouges fersiallitiques (luvisols et cambisols rhodiques) 238

13.1.2
Sols bruns fersialIitiques (cambisols, luvisols chromiques) 240

13.1.3
Sols fersiallitiques acides (alisols chromiques) 240

13.1.4
Mise en valeur des sols fersialIitiques 241

13.2
Sols ferrugineux (acrisols, lixisols) 241

13.2.1
Sols ferrugineux peu désaturés (lixisols) 242

13.2.2
Sols ferrugineux désaturés (acrisols) 243

13.3
Sols ferrallitiques (ferralsols) 243

13.3.1
Sols ferralIitiques meubles (ferralsols) 245

13.3.2
Sols ferralIitiques à concrétions et cuirasses (plinthosols pétriques) 246

13.3.3
FerralIites (Oxydisols) (ferralsols gériques) 248

13.3.4
Mise en valeur des sols ferrugineux et ferrallitiques 248

CHAPITRE 14. SOLS LIÉS AUX CONDITIONS PHYSICO-CHIMIQUES DE STATION 250

14.1
Sols hydromorphes (gleysols, histosols, planosols, unités stagniques) 251

14.1.1
Pseudogley à nappe perchée (unités stagniques) 251

14.1.2
Sols à hydromorphie capilIaire (cambisol endostagnique) 254

14.1.3
Sols à nappe perchée durable: stagnogley (umbrisols stagniques) 254

14.1.4
Sols hydromorphes à contact texturaI abrupt: planosols 255

14.1.5
Sols à hydromorphie de profondeur: gley (gleysols) 256

14.1.6
Sols organiques anoxiques : tourbes (histosols) 258

14.2
Sols salsodiques (solontchaks, solonetz, unités thioniques) 260

14.2.1
Sols salins (solontchaks, fluvisols saliques) 262

14.2.2
Sols à sulfato-réduction (gleysols, fluvisols thioniques) 262

14.2.3
Sols alcalins (solonetz, unités alcaliques, carbonatiques) 263

14.2.4
Mise en valeur des sols salsodiques 264

PARm4
ApPLICATIONS DE LA SCIENCE DU SOL
CHAPITRE 15. CARTOGRAPHIE DES SOLS ET DES STATIONS 267

15.1
Réalisation de la carte 268

15.1.1
Préparation et reconnaissance 268

15.1.2
Prospection systématique 269

15.2
Mise au point de la carte et de la notice 271

15.2.1
Choix des unités cartographiques 271

15.2.2
Méthodes de représentation 272

15.2.3
Notice explicative 273

15.3
Cartographie des stations (forêts) 273

CHAPITRE 16' APPLICATIONS ALA MISE EN VALEUR DES SOLS 276

16.1
Bases de la fertilité des sols 276

16.2
La planification régionale 278

16.3
Mise en valeur par l'agriculture 280

16.3.1
Techniques conservatoires 280

16.3.2
Techniques correctives 281

16.4
Aménagement des forêts et espaces verts 281

16.4.1
Aménagements des forêts productrices de bois 281

16.4.2
Amélioration et protection des espaces verts 284

Conclusion 285

CHAPITRE 17. LA PROTEŒON DES SOLS ET DE L'ENVIRONNEMENT 286

17.1
Protection du sol contre les dégradations et l'érosion 287

17.1.1
Le processus de base: dégradation de la structure 287

17.1.2
L'érosion pluviale 289

17.1.3
Prise en masse (hardsetting) 294

17.1.4
Désertification 295

17.2
Protection de l'environnement contre les pollutions 299

17.2.1
Le sol, agent d'immobilisation des métaux toxiques 300

17.2.2
Le sol, milieu tampon: pluies acides 304

17.2.3
Le sol, transformateur biologique 307

17.2.4
Le sol ralentisseur de l'infiltration des solutions salines (nitrates) 309

17.2.5
Le sol, protecteur des eaux contre l'eutrophisation 313

17.2.6
Conclusion 314

17.3
Conclusion générale 314

BIBLIOGRAPHIE 315

INDEX 325