1 Sol Interface 09

8/14/2019 1 Sol Interface 09

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cours de pdologie - DM - 2009cours de pdologie - DM - 2009 11

Qualit des sols

Plan du cours

Partie 1 : cours de pdologie (1re anne) :

1 - Dfinitions - Historique

2 - Le sol : compartiment spcifique de lenvironnement3 - Le sol : milieu physique

4 - le sol : milieu ractif

5 - Le sol : milieu biologique

Partie 2 : cours de qualit des sols (2me anne) :

Nature et origine des pollutions daphiques


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1 Historique - Dfinition

3 compartiments majeurs dans

lenvironnement :

3 proccupations diffrentes

- EAU : intrt ancien (ds lAntiquit)

- AIR : intrt plus rcent (Moyen ge)- SOL : intrt trs rcent (fin XIXme )


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1883 : DOKOUCHAEV : premire tude du

sol = naissance de la pdologie :

Chernozem russe

1881 : DARWIN : Le rle des vers de terre

dans la formation de la terre vgtale


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Dfinition de DOKOUCHAEV :

Par sol, on entend les horizons extrieurs

des roches naturellement modifies par

linfluence de leau, de lairet des

organismes vivants et morts ; cest un

corps naturel indpendant et variant


5/73



DOKOUCHAEV :

la terre noire ou chernozem , existe

sous la steppe sur des roches trs

diverses ; en revanche, sur les mmes

roches, mais sous un autre climat, comme

celui de St Ptersbourg, et sous la fortexiste un autre type de sol, le podzol.


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Rles du solRles du sol

Support EV ; lieu de vie ; vgtaux = 1Support EV ; lieu de vie ; vgtaux = 1erer maillon des chanes alimentairesmaillon des chanes alimentaires

Cycles biogochimiquesCycles biogochimiques

Rservoir de MO (carbone) et de MMRservoir de MO (carbone) et de MM Rgulateur des flux de matires et dnergieRgulateur des flux de matires et dnergie

Transformateur de la MO = purateurTransformateur de la MO = purateur Production de biomasse (forts et cultures)Production de biomasse (forts et cultures)

conomieconomie


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cours de pdologie - DM - 2009 7

VOCABULAIRE

PEDOLOGIE de pdon = plaine en grec ;

rfrence aux lieux dtude de DOKOUCHAEV

(plaine de Russie et dUkraine

EDAPHIQUE de daphos = sol en grec(facteurs daphiques) ; EDAPHOLOGIE

SCIENCE(s) du SOL

SOIL SCIENCE


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2 - Le sol : compartiment spcifique de

lenvironnement

21 Le sol : compartiment organis

211 Etude dun exemple : le BRUNISOL


9/73


Etude d un

exemple :

un brunisol sousprairie, dvelopp

sur roche mrecalcaire, en climattempr.


10/73


1

2

3

3 horizons


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mlange de M.O. et

de minraux ;

agrgats grumeleux

agrgats argileux et

polydriques


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Agrgats

grumeleux

- Mlange de MO etde minraux

- Origine biologique

1er horizon


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mlange de M.O. et

de minraux ;

agrgats grumeleux

agrgats argileux et

polydriques


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2me horizon


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Agrgatspolydriques

-Minraux argileux

- Origine physique

2me horizon


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Fissures = actiongel/dgel

Poche de dissolutiondes minraux

Dpt blanc =

reprcipitation decarbonates

Couleur ocre =libration de fer ltat

oxydRoche plus saine

3me horizon


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1 sol organis en horizons

3 origine des matriaux : biologique et minrale

2 sol diffrent sous-sol : pdologie diffrentde gologie

Conclusions sur lobservation duBRUNISOL

4 modifications de la roche sous-jacente


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1 Notion dhorizon

Couche ou volume de sol homogne dansses caractristiques :

morphologiques, fonctionnelles.

Formation actuelle : chelle de temps =le sicle ou le millnaire


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3 - Origine des matriaux (1)

Biologique :

apport de matire organique frache (litire,djections, scrtions, cadavres,)

volution de cette matire en matire humique

(matriaux non reconnaissables)


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3 - Origine des matriaux (2)

Minrale :

altration physique de la roche sous-jacente = roche mre

Formation de matriaux nouveaux = argiles,oxydes de fer,.


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4 Modifications RM

Physiques :

Fissuration ; action gel/dgel

Chimiques :

Dissolution / Prcipitation

Changement de couleur = oxydation


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litire = OL ; feuilles et dbris vgtaux reconnaissables

horizon organo-minral = A ; fonc,grumeleux, trs ar, nombreuses racines fines,

traces d activits biologiques.

horizon structural = S ; argileux,brun,agrgats polydriques, fissures nombreuses,racines fines et moyennes, activitsbiologiques moindres.

horizon daltration = C ; clair, trsfragment, caillouteux, calcaire, racinesinexistantes, pas d activits biologiques.

Doc. 1 - Caractristiques dunBRUNISOL


24/73


2 - Le sol : compartiment spcifique de lenvironnement

21 Le sol : compartiment organis

211 Etude dun exemple : le BRUNISOL

212 Etude dun autre exemple : le PODZOL


25/73


Exemple 2 :

un podzosol sous lande,

dvelopp sur roche

mre siliceuse (grs), en

climat tempr.


26/73


1

2

3

6 horizons

4

5

6

Informationsnouvelles


27/73


1

2

3

6 horizons

4

5

6

Horizons dcolors= dpartsdlments

Horizons trscolors = arrivesdlments



28/73


12

3

4

5

6


Matire organique

soluble

Matire organiqueprcipite

1

4


29/73


1

2

3

4

5

6


Oxydes mtalliques

prcipits

Oxydes mtalliques

solubles3

5


30/73


1 horizons multiples

3 influence de la nature de la roche mre, de lavgtation et du climat

2 transfert de matires organiques et minrales : lieu dedpart et lieu daccumulation

Conclusions sur lobservation duPODZOSOL

4 une organisation un fonctionnement


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horizon illuvial (daccumulation) = Bs ;sableux, particulaire, color par oxydes de fer

horizon illuvial (d accumulation) = Bh ; sableux,

cohrent, prcipitation de matire organique

horizon daltration = C ; sableux,particulaire, prsence de cailloux de grs

horizon luvial = E ; sableux, particulaire,dcolor, peu de racines

horizon organo-minral = A ; sableux, petits agrgatspeu stable ; grains de sable blancs, peu de M.O..

horizon holorganique = OF et OH ; matireorganique fragmente ou issue de l humification

Doc 2 - Caractristiques dun PODZOSOL


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Sol =

milieu organis HORIZON

ORGANISATION FONCTIONNEMENT

21 - sol = compartiment organis

Ides fortes


33/73



lenvironnement21 Le sol : compartiment organis

22 - Le sol, compartiment dynamique :

221 - influence du temps

Temps croissant


34/73

34

Roche mre

R

C

C

R

A

S

C

R

AA

A

C

CR

R

E

Bt

Bt

Bs

Bh

E

1 2 3 4 5 6

Lithosol Rgosol Sol peu volu Brunisol Luvisol Podzosol

Roche

mre R

C

C

R

A

S

C

R

A AA

C

CR

R

E

Bt

Bt

Bs

Bh

E

vgtation

pionnirepelouse frutice

fort

feuillue

fort feuillue

climax

fort de conifres

ou landes de

dgradation

Doc. 7 - Evolution thorique des sols et de la vgtation correspondante en climat tempr : les tapes

de la pdognse. Daprs DUCHAUFOUR.


35/73


Pdognse : les 3 phases dePdognse : les 3 phases dela formation dun solla formation dun sol

1 : altration du matriau parental1 : altration du matriau parental

2 : intgration de matire organique2 : intgration de matire organique

3 : transferts de matires = migrations et3 : transferts de matires = migrations et

pertespertes


36/73


Pdognse: les 3

phases dela formationdun sol


37/73



38/73



39/73



40/73




22 - Le sol, compartiment dynamique :221 - influence du temps

222 - les transferts de matires et les

transformations


41/73


TRANSFORMATIONSTRANSFERTS

descendants

EAU + ions argile

composs

organiques oxydesmtalliques

TRANSFERTSascendants

EAU

Ions

Gaz

M

O

F

HUMUS Minraux

de la matire organique

Minraux Iaires

= gologiques

Minraux IIaires

= pdologiques

des minraux

A

C

S

DM - daprs JM GODAT 1998

Doc. 3 - Lorganisation du sol, reflet des transformations et des transferts de matire

(GODAT et al. 1998)

de la roche mre


42/73


Transformations = volution de

matires

Matires organiques : Minralisation

Humification

Ides fortes


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Transformations =

volution de matires

Matires minrales : hydrolyse totale = dissolution

hydrolyse partielle = transformation

de minraux primaires en minraux

secondaires

prcipitation

Ides fortes


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2 types de Transferts de substances

Transferts ascendants

Transferts descendants

Ides fortes


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Transferts de substances

transferts ascendants

remontes capillaires

vaporation

dpts minraux = prcipitations

pertes de gaz

Ides fortes


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Transferts de substances

transferts descendants :

3 types dentranement

lixiviation

lessivage

chluviation = podzolisation

transferts dans le profil / hors du profil

Ides fortes


47/73





222 - les transferts de matires et les transformations

223 - influence du climat et de la vgtation


48/73


Doc. 4 - Caractrisation de la vgtation et des sols en zones borales et tempre

(GODAT et al. 1998).


49/73


Climat

Etres

Vivants Sol

Schma thorique des relations dans un cosystme.


50/73


Cartographie des sols et de la vgtation en zones tropicale et quatoriale (GODAT et al.

1998)


51/73


Climat

VgtationSol

Doc. 5 - Relations indirectes (simples concidences) entresol et vgtation dans le cas des zones climatiques

chaudes (tropicales et quatoriales) ; chelles de temps

diffrentes.

chelle detemps : le

millnaire

chellede temps

: lemilliondannes


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sols des rgions

chaudes ; cycleslongs

sols des rgions

tempres et froides ;cycles courts

ge : 100 000 1 million

dannes ; 1 10 m.

dpaisseur ; sous ladpendance doxydes issusde laltration des

minraux.

ge : 1000 10 000 ans ;

1 2 m. dpaisseur maxi ;

sous la dpendance desproduits de dgradationde la matire organique

issue de litires.

Comparaison des pdognses en zone tempre et en zone quatoriale

(GODAT et al. 1998).


53/73


Rles des facteurs du

climat :

altration physique

altration chimique


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Rles des facteurs biotiques

(vgtation) :

altration chimique

apport de matires organiques


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224 - influence du matriau parental


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Elments Valeurs extrmes pour l'ensemble des sols Sols sur RM acides Sols sur RM calcaires

mg.L-1 c.mol+.L-1 mg.L-1 c.mol+.L-1 mg.L-1 c.mol+.L-1

mini. max. mini. max. moy. moy. moy. moy.

Ca2+ 20 1520 10 760 136 68 560 280Mg2+ 16,8 2400 14 2000 45 38 168 140

K+ 7,8 390 2 100 27 7 39 10

Na+ 9,2 3450 4 1500 23 10 667 290

NO3- 9,9 3410 1,6 550 750 121 806 130

H2PO4- 0,097 97 0,04 10 0,68 0,07 2,91 0,3

SO42- 9,6 14400 2 3000 48 10 2304 480

Cl- 7,1 8165 2 2300 39 11 710 200

Teneurs en ions dans leau du sol ; valeurs extrmes et moyennes pour

les eaux issues de 2 types de sols.Daprs CHAMAYOU et LEGROS


57/73


Les 2 grands types de roches :

roches ruptives

roches sdimentaires


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Augmentation de la teneur en Mg, Fe, Ca, ...

Augmentation de la teneur en Silice (SiO2)

Granites Granodiorites Diorites Gabbros Pridotites

QUARTZ

ORTHOSE

PLAGIOCLAS

ES

MICAS

AMPHIBOLES

PYROXENES

OLIVINE

Rhyolites Dacites Andsites Basaltes

75 % 40 %

Roches

grenues

Roches

microlithiques

Doc 6 bis - Caractrisation minralogique des roches ruptives. DaprsDUCHAUFOUR.


59/73


Granites

Basaltes

Doc. 7 - Caractrisation de laltrabilit des roches ruptives.

Roches acides,

de couleurclaire,

minraux non

ou peu altrables

et complexe

daltrationpauvre en argile,

en cations (K, Ca,

Fe, Mn, ...

Roches

basiques, de

couleurfonce,

minraux

altrables trs

altrables et

complexedaltration riche

en argile et en

cations (K, Ca,

Fe, Mn, ...


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Types Nature Produits d'altration

non consolides consolides compositionblocs, galets, graviers conglomrats dbris rocheux varis ; dpendent de la nature

R. dtritiques sables grs quartz, feldspaths, du matriau de dpart

silts, limons silicites micas et de sa teneur en silice,

argile, boues, vases argilites minraux argileux en bases et en minraux FeMn

R. salines trs vari ; dpendent de la

R. sdimentaires R. siliceuses solubilit et du caractre

physico-chimiques R. carbonates altrable des minraux

R. salines primaires ; correspondentR. biognes R. siliceuses souvent aux impurets

R. carbonates prsentes dans le

R. mixtes calcaires marneux matriau parental

calcaires grseux

Tableau descriptif des diffrents types de roches sdimentaires, de la

nature des constituants et de la nature des produits daltration

correspondants.


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R. ruptives

acides

R. ruptives

basiques

R. sdimentaires

siliceuses ciment feldspathiques ou

argileux

R. sdimentaires

carbonates(marnes ou calcaires)

peu altrables,

complexe

daltration

pauvre en cations

et en argiles

trs altrables,

complexe

daltration riche

en cations et en

argiles

Doc. 6 - Schma thorique des relations entre les grandes familles

de roches et les complexes daltration lorigine des sols.

moyennement

altrables, complexe

daltration pauvre

moyennement riche en

cations et en argiles


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Ides fortes

notion daltrabilit des minraux

composition de minraux

siliceux - carbonats

richesse cationique ; bases Ca, Mg,

K, Na ; Fe-Mn

richesse du complexe daltrationen argile


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221 - influence du temps



224 - influence du matriau parental

225 - influence de lHomme


64/73


65/73





23 - Le sol, compartiment en relation

avec les autres compartiments

Apports anthropiques boues de STEP

Doc 8 - Le sol et ses relations avec les autres

compartiments de lenvironnement


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Roche Mre

Rserves

minrales

Nappes deau

Rservoir de

biodiversit

MOF

MO

adultes

adultes

oeufs larves

H2O

H2O

Ions

Minraux

primaires

prcipitations

Eaux de

consommation

CO2

CH4

NO2

N2

infiltrations

vapotranspiration

activits

mtaboliques

altrations

minralisation

ruissellement

Poussires

boues de STEP

dchets agricoles

engrais, cendres, scories

pesticides

hydrocarbures, mtaux lourds

PesticidesHydrocarbures

volatilisation

compartiments de l environnement

1

2

cycle de leau1

2

3

cycles biologiques des lments

cycles de vie des organismes vivants : contaminations parasitaires

3

4 apports extrieurs

volatilisation, arosols

4

5

5


67/73


Nappes deau

EAU du SOL

H2O

prcipitations

Eaux de

consommation

vapotranspiration

ruissellement

infiltrations en profondeur

absorption racinaire

Relations du

compartiment sol avec

le cycle de leau


68/73


MOF

MO

Ions de

la solution du sol

CO2

CH4

NO2

N2

activits

mtaboliques

minralisation

consommateurs

absorption racinaire

dchets

producteurs

primaires

pertes

Relations du

compartiment sol avec

les cycles de la matire

et des lments

Relations du

i l l


69/73


Rservoir de

biodiversit

adultes

adultes

Eaux de

consommation oeufs larves

Nappes deau

compartiment sol avec les

cycles de vie biodiversit

et parasitologie



70/73


Rserves

minrales

Nappes deau

MOF

Poussires

boues de STEP

dchets agricoles


pesticides



volatilisation

pollution des sols

pollution des nappes

Les apports anthropiques

Mtaux lourdsvolatils

Arosols


Le sol et ses relations avec les autres

compartiments de lenvironnement


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Roche Mre

Rserves

minrales

Nappes deau

Rservoir de

biodiversit

MOF

MO

adultes

adultes

oeufs larves

H2O

H2O

Ions

Minraux

primaires

prcipitations

Eaux de

consommation

CO2

CH4

NO2

N2

infiltrations

vapotranspiration

activits

mtaboliques

altrations

minralisation

ruissellement

Poussires

boues de STEP

dchets agricoles


pesticides



volatilisation

p

1

2

cycle de leau1

2

3

cycles biologiques des lments

cycles de vie des organismes vivants : contaminations parasitaires

3

4 apports extrieurs

volatilisation, arosols

4

5

5


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23 - Le sol, compartiment en relation avec les autres

compartiments

24 Conclusion : sol = interface

complexe et fragile

brunisol podzosol


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brunisol podzosol

Documents

1 Sol Interface 09