Sciences du sol - Mohammed BENABDELHADI`s Blog

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 l’énergie
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 l’homme au fil de son
histoire. Sous la pression d’une demande en constante augmentation, les hommes ont dû
simplifier et intensifier des systèmes de culture qui, à l’origine, s’appuyaient sur les rythmes
naturels de renouvellement de la fertilité des sols. L’introduction récente des intrants chimiques
et la mécanisation y ont beaucoup contribué. Ces pratiques ont eu pour conséquence de
modifier les propriétés des sols et d’altérer leur capacité à assurer durablement l’ensemble de
leurs fonctions. Des problèmes environnementaux sont alors venus s’ajouter 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 sécurité alimentaire et la sûreté environnementale.
1- DEFINITIONS
Le terme de sol a de nombreux sens. Pour les grecs (Pedon) il s’agissait de la surface sur
laquelle on marchait. Ce sens a perduré dans l’expression « revêtement de sol ».
Pour le pédologue, c’est une représentation d’un échantillon vertical de la couverture
pédologique. Du point de vue fonctionnel, le sol est le produit de l’altération, du remaniement
et de l’organisation des couches supérieures de la croûte terrestre sous l’action de la vie, de
l’atmosphère et des échanges d’énergie qui s’y 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 qu’en 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 constitué par 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- L’EAU ET L’ALTERATION CHIMIQUE
L’altération chimique est beaucoup plus répandue à la surface du globe que l’altération
physique. Cette altération chimique pour les roches formées en profondeur et ensuite mises à
l’affleurement, correspond à une mise en équilibre avec les conditions climatiques et
écologiques superficielles. Cette adaptation géochimique s’effectue par la formation du
complexe d’altération appelé à évoluer par pédogenèse en un sol.
L’évolution minérale au cours de l’altération chimique peut être schématisée par la relation
suivante :
MINERAL I + SOLUTION D’ATTAQUE = MINERAL II + SOLUTION DE LESSIVAGE
(roche mère) (eau ± ionisée) (complexe d’altération) (eau de
drainage)
Selon la nature de la solution d’attaque, quatre principaux mécanismes d’altération existent
dans la nature : l’hydrolyse, l’acidolyse, la salinolyse et l’alcalinolyse.
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- L’eau agent d’altération chimique
L’eau est l’agent principal de l’altération chimique. Elle s’infiltre dans les roches pour occuper
les pores et les discontinuités. Il se crée ainsi de nombreuses surfaces de contact entre les
molécules d’eau et les multiples facettes cristallines des minéraux de la roche. Ce sont autant
de surfaces où se produisent des réactions de transfert et d’échange de matières par dissolution
et hydrolyse. La répartition des charges dans une molécule d’eau n’est pas uniforme. En effet,
sa forme est dissymétrique et elle agit comme un dipôle positif à une extrémité et négatif à
l’autre.
2. 2- L’hydrolyse
- L’hydrolyse est de loin le mécanisme le plus fréquent et le mieux connu. Il s’agit d’une
altération chimique d’un corps qui fixe les éléments de H
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O et donne de nouveaux composés.
C’est le phénomène principal dans l’altération des cristaux des roches. L’hydrolyse 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 l’hydrolyse de divers minéraux. Ces hydrolysas précipitent en général sur place et
peuvent donner des gîtes métallifères de concentration résiduelle. Le résultat de l’hydrolyse
des minéraux est l’altération de ces derniers et la néoformation de nouveaux.
Exemple : l’hydrolyse d’un 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. L’eau 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, s’altère 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.