2 Les facteurs de différenciation des sols

Interaction des facteurs pédogénétiques (pluie, vent, température, …) PEDOGENESE Interaction des facteurs pédogénétiques VEGETATION, FAUNE HOMME CLIMAT (pluie, vent, température, …) SOL RELIEF EAU Temps MATERIAU parental Le sol, résulte de la transformation du matériau originel sous l’action du climat, des organismes vivants (faune, racines des plantes, …) et de l’Homme.

Précipitations Températures Le climat Type d’altération Altération (renouvellement des solutions) Transferts (appauvrissement / enrichissement) Activité biologique Précipitations Températures Altération : vitesse de réaction Activité biologique Le climat Le climat (précipitations, températures) va influencer le type d’altération (diapo pour en savoir plus) Type d’altération

Distribution schématique des principaux modes d’altération à la surface du globe en fonction des grandes zones climatiques (diapo pour en savoir plus) Climats désertiques Climats froids Climats tempérés Climats chauds Distribution schématique des principaux modes d’altération à la surface du globe (Pédro, 1984)

Carte mondiale des sols Podzosols Brunisols Luvisols Fersialsols Ferrallitisols (diapo pour en savoir plus) Carte mondiale des sols (AFES, 1978)

Altération Minéraux de Transformation Minéraux Primaires Altération des constituants minéraux Minéraux de Transformation Minéraux Primaires (minéraux du matériau originel) Transformation SiO44- Al3+, Fe2+ Na+, K+, Ca2+, Mg2+ Altération Néoformation (précipitation) H2O Dissolution Hydrolyse Minéraux résistants : Minéraux hérités Altération des constituants minéraux En fonction de la résistance des minéraux et des conditions climatiques, l’altération du matériau parental alimente le sol en minéraux hérités (présents dans la matériau d’origine et résistant à l’altération), en minéraux transformés (altération modérée), en nouveaux minéraux. Eaux Nouveaux minéraux ELIMINATION en solution (lixiviation)

températures moyennes Altération en climat tempéré Pluviosité moyenne, températures moyennes Minéral SILICATE (ex: mica) Hydrolyse ménagée ou partielle ARGILES HERITEES : illites, chlorites Substitution ,ouverture Altération modérée en climat tempéré ARGILES TRANSFORMEES : vermiculites, montmorillonites

montmorillonite, kaolinite Altération en climat tropical Forte humidité, températures élevées Minéral SILICATE (ex: mica) Hydrolyse totale SILICE ALUMINE Ca++, Mg++, etc… Fe3+ Recristallisation = néoformation Altération forte en climat tropical Entraînement des éléments solubles ARGILES NEOFORMEES montmorillonite, kaolinite

humification minéralisation réorganisation Organismes vivants mort Altération des matières organiques EVOLUTION GENERALE DES SUBSTANCES ORGANIQUES DANS LE SOL Organismes vivants mort Substances organiques mortes d’origine végétale animale, microbienne humification Substances humiques substances organiques intermédiaires minéralisation minéralisation Altération des matières organiques Schéma de l’Evolution générale des substances organiques dans le sol Molécules et ions minéraux de petites dimensions CO2, H2O, NH4+, PO4H--, SO4--, K+,… réorganisation Utilisation des éléments minéraux par les microorganismes

Altérabilité Résidus d’altération Le matériau Porosité Composition minéralogique Calcaire lithographique / Calcaire gélifracté / Craie Calcaire / Granite / Grès siliceux Altérabilité Résidus d’altération Abondance Texture pH Calcaire pur / Granite / Schiste Calcaire pur / Calcaire marneux Sable siliceux / Granite / Basalte Le matériau Les sols vont dépendre de l’altérabilité et des résidus d’altération du matériau parental

Les déterminants : le matériau Parental Exemple Les déterminants : le matériau Parental Les roches calcaires : influence de la dureté (Gobat et al., 2003)  Sol peu épais et acides Calcaire dur (diapo pour en savoir plus) Calcaire tendre  Sol plus épais et calcaire

Différenciation des sols dans le paysage (différenciation latérale) : Granite Marne (d’après LM BRESSON, 1997) BRUNISOL désaturé BRUNISOL acide BRUNISOL calcique RENDOSOL caillouteux Moyennement épais Non calcaire Très mince Caillouteux Appauvri Enrichi CALCOSOL épais Très épais Calcaire pH très acide Le relief En fonction du relief, et de l’écoulement des eaux, il y a dans le paysage des zones d’érosion/appauvrissement et des zones de dépôt/enrichissement En fonction : des matériaux du relief - des écoulements d’eau pH neutre

Le relief Exemple : Toposéquence en Champagne crayeuse RENDOSOL sur craie à poches de cryoturbation RENDOSOL sur craie RENDOSOL sur graveluches Le relief (diapo pour en savoir plus) (d’après Ballif et al., 1995)

Dissymétrie des versants Exemple : Coupe schématique dans le Pays de Caux (LM BRESSON) Formations superficielles Sols de …. Le relief, les matériaux géologiques superficielles récents, la dissymétrie des versants Le sol se forme à partir du matériau géologique présent en surface. En climat tempéré, soumis aux dernières glaciations, des formations géologiques superficielles (peu épaisses moins d’un mètre à quelques mètres) occupent la majorité de l’espace et recouvrent les formations géologiques (dites au sens strict : roches sédimentaires, roches cristallines, …) et c’est à partir de ses formations superficielles que se forment les sols : Sols de Limon des plateaux, Sols de colluvions, Sols de … Sur l’exemple du Pays de Caux, notons que la carte géologique locale (au 1/50000) indique majoritairement de la craie et représente peu ou pas les formations superficielles, alors que les sols de craie sont minoritaires. De plus, en climat tempéré soumis aux dernières glaciations, on note très fréquemment une dissymétrie des versants : les versants les plus ensoleillés sont en pente forte ((plus « chauds » en périodes périglaciaires = dégel et érosion), et les versants les moins ensoleillés sont en pente douce (plus « froids » = gel permanent, dépôts et pas d’érosion). Formation géologique (s.strict) Climat tempéré : rôle important des glaciations (érosion, remaniement, dépôts, )

- formations superficielles - dissymétrie des versants Le relief Limons (éoliens) des plateaux Dépôt sous le vent N-E S-O - formations superficielles - dissymétrie des versants Héritage périglaciaire : Coulées de solifluxion Le relief, les matériaux géologiques superficielles récents, la dissymétrie des versants Schéma de la formation des versants dissymétriques (diapo pour en savoir plus) Dégel / Permafrost

N S Exemple : Coupe schématique en Picardie Géomorphologie Petit versant à pente forte Grand versant à pente modérée Vallon sec Plateau Bordure de plateau Sols limoneux très profond de Limons des plateaux Sols argileux d’argile à silex Sols limoneux plus ou moins tronqués moyennement profonds sur argile d’altération Sols limoneux profonds à très profonds de limons de pentes Sols peu profonds à superficiels sur craie Le relief, les matériaux géologiques superficielles récents, la dissymétrie des versants Exemple en Picardie de la répartition des sols en fonction de la géomorphologie (diapo pour en savoir plus) Sols limoneux profonds de colluvions de fonds de vallons secs Limons Argile à silex Craie D’après la Carte Départementale des Terres Agricoles de St-Just-En-Chaussée (60) BDPA 1985

La végétation, la faune Effet de la végétation C/N bas (10) C/N élevé (30) Cires et tanins Effet de la végétation En fonction de la nature et de l’abondance de la végétation, la nature et l’abondance des résidus végétaux au sol varie, avec des conséquences sur l’évolution du sol. Toutain, 1981

Epaisseur maximale des sols La durée Zones soumises aux glaciations du Quaternaire Evolution des sols depuis la fin de la dernière phase glaciaire (environ 10 000 ans) Epaisseur maximale des sols de l’ordre du mètre 1 m LUVISOL Le facteur temps : la durée de formation La vitesse de formation des sols est lente Dans les zones tempérées, soumises aux glaciations du Quaternaire (destruction des sols existants lors de la fonte des glaces), les sols ont une épaisseur maximale de l’ordre du mètre, il s’agit de sols âgés d’environ 10 000 ans (« sols  récents »). Exemple Luvisol d’un mètre d’épaisseur formé  à partir de dépôts de limon carbonaté (Loess) il y a environ 10 000 ans. MATERIAU D’ORIGINE Loess (dépôt éolien de limon carbonaté) (Fosse de Folleville – AgroParisTech Grignon)

(d’après Ruellan et Dosso, 1993) La durée Zones non soumises aux glaciations du Quaternaire Evolution des sols depuis plusieurs dizaines de milliers (millions) d’années Epaisseur des sols de plusieurs mètres   Le facteur temps : la durée de formation Les sols plus vieux sont plus épais (si non érodés) Exemple d’un sol ferralitique d’au moins cinq mètres d’épaisseur développé à partir de grés en plusieurs dizaines de milliers d’années. 2 m Brésil : Sol ferrallitique sur grés Sol moyennement différencié (A/Sk/C/R), avec un horizon Sk très épais (d’après Ruellan et Dosso, 1993) 

FORMATION LENTE La durée Développement du sol au cours du quaternaire (Terrasses de la vallée du Rhône) 1,5 millions d’années 0,8 millions d’années FORMATION LENTE Le facteur temps : la durée de formation Il n’est pas facile d’évaluer l’âge des sols. Exemple dans la vallée du Rhône, les sols des différentes terrasses alluviales peuvent être datés en fonction des épisodes glaciaires successifs (creusement de la vallée à chaque fonte des glaces) (diapo pour en savoir plus) Villafranchien (III / IV) Güntz Mindel Riss Wurm Terrasses de fin de glaciation (Bornand, 1978) Vallée du Rhône

PALEOSOL ? Pédogénèse récente/actuelle : conditions récentes et actuelles (climat tempéré) Sol récent Pédogénèse ancienne : conditions anciennes (climat chaud à saison sèche: formation d’oxydes de fer de couleur rouge) Le facteur temps : la durée de formation Localement des sols n’ont pas été détruit à la fin de la dernière glaciation, comme ici à Rambouillet dans les Yvelines on peut trouver d’anciens sols (paléosol) provenant d’une évolution sous un autre climat, et qui se transforme sous l’effet des conditions climatiques actuelles. (diapo pour en savoir plus) Sol ancien (paléosol)

Conclusion de la partie

(d’après Begon & Jamagne, 1994) Les facteurs de différenciation des sols à l’échelle d’un bassin versant en Picardie Climat Activité humaine Morphologie plateau vallon bord de plateau Hydrologie craie colluvions limon éolien Variabilité verticale Géologie Sol lessivé LUVISOL Variabilité latérale Sol lessivé LUVISOL tronqué (érodé) Conclusion Les facteurs de différenciation des sols à l’échelle d’un bassin versant en Picardie Rendzine RENDOSOL Pédogenèse Sol brun calcaire CALCOSOL Sol colluvial COLLUVIOSOL (d’après Begon & Jamagne, 1994)

Erosion > altération Pas de sol Erosion < Altération PEDOGENESE Erosion Processus lents ! Processus qui peut être très rapide Sol évolué (développé) Conclusion Rupture de l’équilibre Homme!! Sol évolué Equilibre sol/végétation/climat