utilisation de la methode des mineraux tests pour la

SCIENCE DU SOL n° 1986/2 -pp. 183-199 -PLAISIR-FRANCE
UTILISATION DE LA METHODE DES MINERAUX TESTS
POUR LA
CONNAISSANCE DU FONCTIONNEMENT
ACTUEL DES SOLS FORESTIERS
J. RANGER \ M. ROBERT 2, J. BERTHEUN 3 et C. NYS 1
RESUME
Cet article (4) effectue un bilan des résultats obtenus depuis 1976 par la méthode
des
"minéraux tests" (caractérisation de l'évolution de minéraux connus introduits
dans les sols). L'utilisation de tectosilicates ne permet pas d'obtenir des figures de
dissolution caractéristiques du type de milieu. Par contre, les phyllosilicates, surtout
s'ils sont trioctaédriques, conduisent à des évolutions chimiques et minéralogiques,
en des
temps relativement courts, qui peuvent être caractérisées.
Le minéral le plus intéressant est la vermiculite, dans la mesure où, en plus
d'une
évolution géochimique au sein du feuillet, il est possible de carcatériser une
évolution de la couche interfoliaire qui constitue une véritable interface avec le
milieu d'agression.
Le traitement statistique des données permet de séparer l'effet des différents
paramètres du fonctionnement actuel du sol : effet des types de sol, des horizons
et même des espèces forestières, même si ce dernier est le plus difficile à mettre
en évidence.
En milieu acide, une différenciation nette est obtenue concernant /'intervention de
mécanismes
d'acidification ou de complexation.
INTRODUCTION
La méthode dite des mlneraux tests consiste à introduire des mmeraux de réfé-
rence dans les sols
et à caractériser leur évolution au cours du temps. Expérimentée
en France depuis 1976, ,elle a été, à ses débuts, utilisée pour suivre l'altération de
différents minéraux dans les conditions du milieu naturel (SADIO, 1982; BERTHELIN
et al., 1983). Les résutats obtenus ont alors permis de choisir, pour les essais ulté-
rieurs,
un minéral particulièrement réactif et d'orienter l'expérimentation vers une
carac(érisation du
fonctionnement actuel des sols et des relations sols-plantes
(RANGER
et ROBERT, 1985). Nous allons plus particulièrement appliquer cette méthode
pour
la connaissance du fonctionnement des sols forestiers.
1. PRESENTATION DE LA METHODE
ET DES MINERAUX UTILISES
Les minéraux utilisés au cours des expériences (tableau 1) diffèrent à la fois par
leur
structure (tectosilicates, phyllosilicates ... ) et leur composition. Après lavage et
1) Station de recherches sur le sol, la microbiologie et la nutrition des arbres
forestiers. Centre de -recherches forestières de Nancy, Champenoux, 52280 Seichamps.
2) Station de Science du Sol, INRA, route de Saint-Cyr, 78000 Versailles.
3) Centre de Pédologie biologique, CNRS, Vandœuvre-Ies-Nancy.
4)
Ce travail a été effectué dans le cadre du projet PIREN : Conséquences de la mono-
culture des résineux et altérations possibles.
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J. RANGER, M. ROBERT, J. BERTHELlN, C. NYS
broyage, ils sont séparés à une taille homogène < 2 [1m pour les argiles et 50 à
100 p.m ou 100 à 200 !J.m pour les autres minéraux.
Tableau 1
Différents mnéraux utilisés au cours des expérimentations.
Minerais used in the experiments.
Tectosilicates
(50-100 [1)
Phyllosilicates
feldspath K (microcline)
plagioclase (labrador)
-de
taille argileuse « 2 [1)
trioctaédrique corrensHe
dioctaédrique = illite
macrophyllites (50 -100 [1)
para biotite (100 - 200 [1)
phlogopite
'vermiculite Kenya (vermiculite
+ ,interstratifié 10/14)
CEC = 31 méq/100 g
ou 310 méq Kg-l
'vermiculite Santa Olalla
CEC > 160 méq/100 g
ou 1 600 méq Kg-l
• Ces minéraux ont été saturés par Ba, Ca ou Mg.
Tableau
Il : Quelques caractéristiques générales des stations expérimentales.
Sorne general characteristics for experimental sites.
Climat genèral Sol
Temp. moy. PluvlO.
Type Humus
pH Taux Essences
Localisatlon
annuelle Altitude R.Y!. (H,O)
d'argIle
comQarées
-\rd.:nnes primaires
Altérttc limoneuse
Brun
Mull
Ch~n(!. Hêtre
Forêt de Chateau
8 oC 1 100 390 m de schistes acide aCide
".0
13 (no
Epicea
Regnault Rè\"lnl('n~ à Moder
:--.Iormandie
Limons éolien
Brun Mull
4.0
Epicea, Douglas,
Basse Forêt d'Eu
10 oC
1 100 200 rn
sur argile acide aCide à 20010 Mê!èze,
Hêtre
à silex a Moder 4,5
\Iasslf Central
Podzol
Plateau
S'C
1 400 950 m
Arene de granite
humi- Moder 4,0
10 (Jfo
Epicea. Lande
de \1illevaches
.i .2 micas fere à Mor
à Callune
Peyrelevade
Sables de Beau·
Mélange resineux
Bassin parisien
10 'c 600 100 m chamj:'l
(quanzo·
Podzol Mor 4,0 5
07
0
(Pin sy!v. EpIcea)
Cires·lès·Mdlo feldspaths)
Mélange feuillu
Banonien
(Hêtre, Chêne)
Reférence
Nys
(198Ib)
Nys
(198Ia)
0[ys
(197()
}lYS
(l98Ia)
Les 'sachets sont placés au sein des horizons à partir d'une fosse, On évite au
maximum les perturbations en glissant les sachets latéralement à partir de la fosse.
Dans les dernières expériences effectuées, les sachets ont été disposés à des
profandeups déterminées
(litière, - 5 cm, - 15 cm, - 40 cm) qui correspondent
approximativement aux horizons
AO, A11, A12 et B.
Pour tester l'influence de différentes essences forestières sur le sol, les minéraux
ont été installés dans plusieurs stations expérimentales (tableau Il). On a effectué
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MINERAUX TESTS ET FONCTIONNEMENT DES SOLS
des répétitions dans l'espace et dans le temps (prélèvement à 1 an et demi, 3 ans
et demi ou plus). Lorsque les échantillons sont retirés des profils, on procède en
général à une série de caractérisations morphologiques (binoculaire, M.E.B.l. minéra·
logiques (diffraction des rayons Xl.
ou chimiques, analyse totale, CEC par traitement
KCI N + NH4CI N éléments libres par traitement CBD (citrate bicarbonate dithionide,
test de MEHRA et JACKSON, 1960). Une caractéri'sation plus complète a été effectuée
sur les minéraux de type vermiculite (tableau III).
Tableau 11\ : Protocole utilisé pour la caractérisation des échantilons de vermiculite.
Experimental design used for the characterization of vermiculite samples.
l fu~nOll <llcallnlè)
l'al' KC: . "lC<ll'boflate di th ion~ t ,.
·,CKSO'I, 1960)
ra)' Cl
; C, Il, :~)
.) c r~ l
Ca, ;·lb > ~a, : c, .'.], il, !;
chauffage)
l'~s\Jltats ~,
1981)
Les dernières expérimentations ayant exigé le dépouillement de nombreux échan-
tillons (plusieurs diazinesl, des traitements statistiques ont été nécessaires afin de
relier les types d'évolution aux différents facteurs du milieu (site ou milieu bio-
climatique, horizon, espèce, temps d'évolution).
II. RESULTATS
A) Apports des expérimentations préliminaifes
avec différents minéraux
En ce qui conoerne les tectosilicates, les expenences se poursuivent encore et
nous ne présenterons que les premi,ers résultats avec plagioclase (planche 1).
-Une caractérisation microsocpique montre que des figures de dissolution appa-
raissent, en ce qui rejoint les observations de BERNER et al., 1979. Mais, pour l'instant,
aucune figure spécifique d'un certain type de milieu n'a pu être mise en évidence,
ceci contrairement à ce que l'on obtient avec la calcite (BERRIER et al., 1985).
Il faut noter que pour les tectosilicates, il existe déjà une grande variabilité des
milleraux purs. Il serait donc nécessaire d'observer des monocristaux définis avant
et après expérience et d'effectuer, d'une part des oboservations sur les surfaces
externes
au M.E.B., d'autre part des coupes minces ou ultra-minces pour observer
les
cortex d'altération à différentes échelles (M.E.B. + électrons rétrodiffusés ou
M.E.T.).
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1
3
5
186
J. RANGER, M. ROBERT, J. BERTHELlN, C. NYS
5,5 ~m
'------'
8,3 ~m
1 1
8,3 ~m
l '
2
4
6
8,3 ~m
l ,
4,3 ~m
1
4,6 ~m
1
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MINERAUX TESTS ET FONCTIONNEMENT DES SOLS
- Un bilan pondéral montre cependant une certaine évolution (perte de 8 %
maximum) par rapport à un quartz de référence (tableau IV), et l'analyse chimique
totale montre une perte importante en Ca qui traduirait donc une certaine incon-
gruence de
la dissolution (BLET-CHARAUDEAU, 1984). Une certaine liaison entre le
type d'horizon et l'évolution obtenue pourrait déjà être mise en évid·ence.
Poids Labrador
Tableau IV Valeurs moyennes du rapport
--------- (poids corrigés confor-
poids de quartz
mément aux termes du calcul du bilan pondéral le rapport initial est de 3).
Mean values
of the labrador weight; quartz weight ratio; initial ratio : 3.
Litière
Al! A12 B
Feuillus 2,827 2,931 2,930 2,943
Résineux 2,923 2,950 2,969 2,962
Témoin 3 3 3 3
Si l'on considère les phyllosilicates de taille argileuse, on peut constater au
bout de quatre ans une certaine évolution au niveau de l'analy·se chimique totale
(tableau V) avec des pertes
en fer et magnésium. Cette évolution est plus forte
pour les minéraux trioctaédriques.
Tableau V : Evolution des quantités
totales d'éléments chimiques de quelques mmeraux:
gains ou pertes calculés par rapport au témoin non aléré pour des minéraux
di ou trioctaédriques placés en
situations comparables (résultats en %).
Total chemical analysis of the minerais (di and trioctahedral) loss and
gain are calculated
relatively to the reference minerai.
Ab03 Fe203 MgO K20
----
Parabiotite Humus -9
-32 -
10
-35
(trioctaédrique) de pessière
MACROMICAS Mica-vermiculite Humus
-2
-3 -4 5
(dioctaédrique) de podzol
Corrensite Humus + 5 -4 -
31
+ 8
(trioctaédrique) de pessière
ARGILES IIlite Humus 0 -13 -17 4
(dioctaédrique) de podzol
PLANCHE 1
Observation des mmeraux au microscope électronique à balayage (Jeol 35 M)
Observation of minerais with S.E.M. (Jeol 35 M)
1) Vermiculite témoin
Reference vermiculite
2 et 3) Vermiculite évoluée dans les sols : microdivision et revêtement organique
Vermiculite evolution of the soils : microdivision and organic matter precipitation
4) Vermiculite avec précipité de sulfate de baryum et de matière organique
Vermiculite with BaS04 and organic matter precipitation
5 et 6) Figures de dissolution du plagioclase
Dissolution features on plagioclase 187
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