1 Science du sol - Benabdelhadi Mohammed
Département de l'Environnement, 2013 - 2014
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FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUES, FES
DEPARTEMENT DE L'ENVIRONNEMENT
MASTER HYDROLOGIE DE SURFACE ET QUALITE DES EAUX
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I- GENERALITES
LE SOL, EPIDERME VIVANT DE LA TERRE
Les sols produisent la biomasse végétale - racines, bois, tiges, feuilles, fleurs, fruits, graines,
écorce, sève, etc. - qui (1) sustente, soigne et habille les hommes, (2) leur fournit lénergie
dont ils ont besoin pour cuire leurs aliments et se chauffer, et (3) leur procure des matériaux
pour leurs constructions, habitats et activités artisanales et industrielles.
Cette fonction naturelle du sol a progressivement été domestiquée par lhomme au fil de son
histoire. Sous la pression dune demande en constante augmentation, les hommes ont dû
simplifier et intensifier des systèmes de culture qui, à lorigine, sappuyaient sur les rythmes
naturels de renouvellement de la fertilité des sols. Lintroduction récente des intrants chimiques
et la mécanisation y ont beaucoup contribué. Ces pratiques ont eu pour conséquence de
modifier les propriétés des sols et daltérer leur capacité à assurer durablement lensemble de
leurs fonctions. Des problèmes environnementaux sont alors venus sajouter à la question
alimentaire.
Tous les sols de la planète sont affectés par des dégradations plus ou moins sévères induites
par leur utilisation, agricole ou non. Ces dégradations, longtemps ignorées ou minorées, pèsent
lourdement sur la sécurialimentaire et la sûreté environnementale.
1- DEFINITIONS
Le terme de sol a de nombreux sens. Pour les grecs (Pedon) il sagissait de la surface sur
laquelle on marchait. Ce sens a perduré dans lexpression « revêtement de sol ».
Pour le pédologue, cest une représentation dun échantillon vertical de la couverture
pédologique. Du point de vue fonctionnel, le sol est le produit de laltération, du remaniement
et de lorganisation des couches supérieures de la croûte terrestre sous laction de la vie, de
latmosphère et des échanges dénergie qui sy manifestent. Un sol est une pellicule d'altération
recouvrant une roche; il est formé d'une fraction minérale et de matière organique (humus). Un
sol prend naissance à partir de la roche puis il évolue sous l'action des facteurs du milieu,
essentiellement le climat et la végétation. La pédologie est l'étude des sols.
Le sol est une couche ou un ensemble de couches d'épaisseur faible (quelques centimètres à
quelques mètres) qui recouvre la plupart du temps les roches. Cette couche est en relation
directe avec la vie végétale.
La notion de sol est très ancienne. Mais ce n'est quen 1877 qu'un géologue russe,
DOKOUCHAEV, a eu l'occasion d'étudier des sols en Ukraine et de créer une science
nouvelle : la pédologie.
Le profil : C'est une coupe verticale de sol allant depuis la surface jusqu'à la roche mère
comprise. En pratique c'est l'une des faces latérales verticales d'un pédon. Ce sont les Russes
qui, à la fin du siècle dernier, ont définit pour la première fois la notion du profil.
L'horizon : Les horizons sont des couches parallèles à la surface du sol, d'épaisseur variable et
caractérisées par leur nature et par leurs relations. Un pédon peut être constitpar plusieurs
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horizons. L'organisation du sol se traduit à l'observation directe par la différenciation en
horizons.
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2- LEAU ET LALTERATION CHIMIQUE
Laltération chimique est beaucoup plus répandue à la surface du globe que laltération
physique. Cette altération chimique pour les roches formées en profondeur et ensuite mises à
laffleurement, correspond à une mise en équilibre avec les conditions climatiques et
écologiques superficielles. Cette adaptation géochimique seffectue par la formation du
complexe daltération appelé à évoluer par pédogenèse en un sol.
Lévolution minérale au cours de laltération chimique peut être schématisée par la relation
suivante :
MINERAL I + SOLUTION DATTAQUE = MINERAL II + SOLUTION DE LESSIVAGE
(roche mère) (eau ± ionisée) (complexe daltération) (eau de
drainage)
Selon la nature de la solution dattaque, quatre principaux mécanismes daltération existent
dans la nature : lhydrolyse, lacidolyse, la salinolyse et lalcalinolyse.
PH < 5 5 < pH < 9,6 PH > 9,6
Solutions diluées en éléments
salins ACIDOLYSE
eaux chargées en acides
organiques solubles
HYDROLYSE
eaux pures ou chargées en CO²
Solutions concentrées en
éléments salins (Na, K,
Ca)
SALINOLYSE eaux chargées en
acides forts (chlorures, sulfates) ALCALINOLYSE
Eaux chargées en sels acides faibles
(carbonates et bicarbonates)
2. 1- Leau agent daltération chimique
Leau est lagent principal de laltération chimique. Elle sinfiltre dans les roches pour occuper
les pores et les discontinuités. Il se crée ainsi de nombreuses surfaces de contact entre les
molécules deau et les multiples facettes cristallines des minéraux de la roche. Ce sont autant
de surfaces où se produisent des réactions de transfert et déchange de matières par dissolution
et hydrolyse. La répartition des charges dans une molécule deau nest pas uniforme. En effet,
sa forme est dissymétrique et elle agit comme un dipôle positif à une extrémité et négatif à
lautre.
2. 2- Lhydrolyse
- Lhydrolyse est de loin le mécanisme le plus fréquent et le mieux connu. Il sagit dune
altération chimique dun corps qui fixe les éléments de H
2
O et donne de nouveaux composés.
Cest le phénomène principal dans laltération des cristaux des roches. Lhydrolyse peut être
complète ou partielle sous des conditions de pH et de températures particulières.
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- Les hydrolysas sont des composés hydroxylés tel que Fe(OH)
3
, Al(OH)
3
, Mn(OH)
4
qui
résultent de lhydrolyse de divers minéraux. Ces hydrolysas précipitent en général sur place et
peuvent donner des gîtes métallifères de concentration résiduelle. Le résultat de lhydrolyse
des minéraux est laltération de ces derniers et la néoformation de nouveaux.
Exemple : lhydrolyse dun minéral silicaté :
2(KAlSi
3
O
8
) + 11H
2
O Si
2
O
5
Al
2
(OH)
4
+ 4 Si(OH)
4
+2K
+
+ 2OH
-
Orthose + eau Kaolinite
KAlSi
3
O
8
+ 8H
2
O Al(OH)3 + 3Si(OH)4 + K
+
+ OH
-
Orthose + eau Gibbsite
2. 3- Dissolution.
La dissolution joue un rôle considérable dans la destruction des roches carbonatées et celles
évaporitiques. Leau de pluie contenant du CO2 dissout devient légèrement acide et permet
ainsi la dissolution des minéraux carbonatés et évaporitiques, exemple :
H
2
CO
3
+ CaCO
3
Ca
++
aq + 2HCO
3-
Calcite
Ainsi la calcite, principal minéral des roches carbonatées, saltère soit partiellement soit
totalement. Cette dissolution aboutira à engendrer, à plus grande échelle, un développement
des systèmes karstiques.
3- QUELQUES CONCEPTS PEDOLOGIQUES
La formation du sol est due à une série de phénomènes lents et complexes désignés sous le
nom d'altération.
- Processus de formation du sol
- 1er stade : Considérons une surface de roche sur laquelle l'érosion vient de s'arrêter. Elle est
soumise à l'action du climat. Les eaux de pluies qui tombent sur la roche ont dissous un peu de
CO2 de l'air et sont légèrement acides. En plus, elles contiennent quelques éléments azotés.
Elles vont s'accumuler dans les fissures et les pores de la roche qu'elles vont attaquer. Dans le
cas des calcaires, par exemple, elles vont provoquer l'altération des feldspaths. D'autres
phénomènes vont se manifester en même temps : Le vent apporte des poussières et des débris
de végétaux tandis que des spores de végétaux inférieurs ou des larves d'insectes pourront être
déposés sur la roche en voie d'altération.
- 2ème stade : La surface ainsi décomposée et recouverte d'une mince couche de dépôts
minéraux et organiques va être rapidement colonisée par des éléments vivants : bactéries,
lichens et insectes. Ceux ci vont attaquer plus profondément la roche et constituer ainsi une
couche assez importante de débris organiques qui permettra l'installation de végétaux
supérieurs. Leurs racines vont sécréter des acides qui attaqueront la roche de surface pendant
que l'altération des minéraux continue. La couche humique devient plus épaisse retenant de
plus grandes quantités d'eau.
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