UNIVERSITE D’ANTANANARIVO 2ème Année

ECOLE SUPERIEURE DES SCIENCES AGRONOMIQUES

Exposé de Géologie intitulé :

HYDROMORPHIE ANCIENNE ET HYDROMORPHIE ACTUELLE.

SIGNIFICATION ET MANIFESTATIONS

Présenté par :

- ANDRIAMANDROSO Antsa Miarisoa- ANDRIANASOLO Manuëlla Maminirina- HOBILALAINA Nambininjanahary C.B- RABIBISOA Avo Félicia- RAKOTOARISON Mialinirainy- RAKOTOARIVONY Saina Annicet- RAKOTOMANGA Zolalaina Rebecca- RANDRIANANTENAINA Zo Harijaona- RATOVONIRINA Mario Elie- RAVELOJAONA Tatiana- SOAMAMPIANDRA Manambina Nohariana

Promotion AMBIOKA

PLAN

Introduction

I- Typologie de l’hydromorphie1- Définition2- Signification 3- Classes d’hydromorphie

a. Aucune ou rares taches de décolorationb. Présence de décoloration diffuse en taches flouesc. Matrice entièrement décolorée

4- Types d’hydromorphiea. Pour les sols à plus de 50% de cailloux en volumeb. Pour les sols très sableux

II- Conditions de formation1- Conditions de formation de l’hydromorphie ancienne

a. Blocage ou verrouillage de l’exutoire par des éruptions volcaniquesb. Accidents tectoniques par des failles avec des gauchissements

2- Conditions de formation de l’hydromorphie actuellea. Topographieb. Climat c. Roche-mèred. Végétatione. Actions anthropiques

III- Manifestations de l’hydromorphie dans les sols aménagés1- Sols de flanc de bas-fonds et de bas de pente2- Sols des parties basses des bas-fondsIV- Effets de l’hydromorphie1- Effets sur la distribution du fer2- Effets sur la quantité et la composition de fraction organique des sols3- Effets pédologiques de l’hydromorphie

a. Formation de la kaoliniteb. Accumulation de silice et cristallisation du quartzc. Mouvement des hydroxydes

V- Importance de l’étude sur l’hydromorphie1- Du point de vue pédogénétique et agronomique2- Intérêts des sols hydromorphes des bas-fonds fonds

a. Epuration par dénitrificationb. Interception des ruissellements

VI- Etude de cas : les sols hydromorphes des bas- du Moyen Ouest malgache1- Sols de flanc de bas-fond et de bas de pente2- Sols des parties basses des bas-fonds

Conclusion

Annexes

Références bibliographique

Les terres de Madagascar, surtout celles des Hauts-plateaux, sont caractérisées par la densité remarquable des bas-fonds plats et des plaines alluviales. Ces plaines ont les particularités des sols hydromorphes par leur saturation en eau, généralement en hiver. La genèse de ces sols est dominée par un excès d’eau saturant la totalité des pores, de façon permanente ou temporaire sur la totalité ou la plus grande partie du profil. Il est donc important d’en savoir plus sur l’hydromorphie anciennne et actuelle, sa signification et ses manifestations. Pour une étude plus approfondie, les thèmes développés seront : la typologie de l’hydromorphie, les conditions de formation de l’hydromorphie, les manifestations de l’hydromorphie dans les sols aménagés, les effets de l’hydromorphie, l’importance de l’étude sur l’hydromorphie et l’étude du cas du Moyen Ouest Malgache.

I- TYPOLOGIE DE L’HYDROMORPHIE 1- Définition

L’hydromorphie est une qualité d’un sol. Un sol est dit hydromorphe lorsqu’il est régulièrement saturé d’eau (généralement en hiver).

Une zone hydromorphe se repère d’abord en fonction du paysage. Elle est située généralement sur les points topographiques bas ou aux abords des cours d’eau, des fossés. Une végétation caractéristique des zones hydromorphes permet généralement de les repérer (cannes, phragmites, roseaux…).

L’imperméabilité des horizons minéraux peut conduire à une saturation totale par l’eau de pluie des pores du sol, notamment en période humide. Le milieu dépourvu d’air devient asphyxiant et réducteur ; le fer passant essentiellement à l’état ferreux, les sols ou horizons, gorgés d’eau, prennent des propriétés particulières, ils sont dits hydromorphes. On peut distinguer deux cas d’hydromorphie temporaire due à l’imperméabilité, à savoir l’hydromorphie de surface et l’hydromorphie de profondeur.

a. Hydromorphie de surface

C’est l’hydromorphie sans nappe résultant d’un engorgement des horizons superficiels lorsqu’ils sont imperméables. Seuls existent les pores fins qui se remplissent, non par gravité, mais par progression lente de l’eau capillaire vers les profondeurs.

b. Hydromorphie de profondeur

Elle caractérise les sols présentant deux horizons superposés : un horizon de surface et un horizon de profondeur.

Un horizon de surface : à texture assez grossière et à structure relativement bonne, en raison de la présence de matières organiques (mull). La porosité non capillaire y est encore assez élevée.

Un horizon profond : argilo-limoneux ou limoneux à structure fondue, dans lequel la porosité non capillaire est presque nulle. La perméabilité de cet horizon est très faible, ce qui empêche l’eau de gravité libre de l’horizon supérieur de s’écouler. En période pluvieuse, celle-ci devient stagnante et forme, pendant les périodes humides, une nappe dite perchée qui disparait par évaporation en période sèche. Le processus de marmorisation part de cette nappe et il progresse vers la surface. Il s’agit d’une marmorisation remontante.

Dans les sols hydromorphes temporaires, les racines ne peuvent en général pénétrer très profondément dans les horizons trop compacts : elles sont donc soumises alternativement à des

conditions asphyxiantes (en période de saturation par l’eau) et desséchantes (en période de dessiccation du profil).

L’hydromorphie est un processus secondaire qui se surimpose sur n’importe quelle morpho-pédologique préexistante. Deux cas peuvent ainsi se présenter :

si l’hydromorphie est forte et permanente, elle efface la morphologie préexistante. C’est le cas des horizons gley dont la morphologie résulte d’un excès d’eau presque permanent.Sa couleur peut être :

gris vert bleu

si l’hydromorphie n’est pas dominante, la morphologie est simplement marquée par des traits d’hydromorphie dont des taches, des nodules, des concrétions…. C’est le cas des pseudogley dont la morphologie résulte d’un excès d’eau temporaire.

2- Signification Il semble nécessaire de redonner quelques précisions relatives à la définition et au diagnostic de

l’hydromorphie sur le terrain :- l’hydromorphie est une manifestation morphologique témoignant de la présence d’une nappe

d’eau stagnante dans le sol à certaines périodes de l’année (engorgement temporaire) ; - elle se traduit par des taches gris clair, des taches ocre (dues à la concentration de fer) ou des

couleurs uniformément gris clair, que l’on retrouvera dans les horizons engorgés. Dans le dernier cas, elle ne doit pas être confondue avec la podzolisation : la couleur gris clair est associée avec la présence probable de petites taches ocre plus profondément et non, comme dans la podzolisation, avec un horizon brun noir profond (dû à la migration de matières organiques de mauvaise « qualité » et de fer) ;

- la profondeur d’apparition de l’hydromorphie témoigne de la profondeur atteinte par la nappe.On distingue ci-dessous des sols à hydromorphie forte dans lesquels la nappe arrive à moins de

25cm environ de la surface à certaines périodes de l’année (parfois en surface), et des sols à hydromorphie profonde où elle n’apparaît qu’entre 25et 50cm de profondeur ;

- plus la nappe sera proche de la surface, plus elle représentera une contrainte forte pour la végétation et plus elle augmentera la fragilité physique des sols ;

- des hydromorphies fortes sont témoignées souvent par une végétation particulière : couverture de molinie, de crin végétal, par exemple. La présence de jonc ne témoigne que des tassements et des stagnations superficiels d’eau liés à des dégradations antérieures.

3- Classes d’hydromorphie

Pour connaître la classe de l’hydromorphie, il faut :- Repérer la présence éventuelle de taches de rouille (fer ferrique oxydé Fe +++) ou de taches

plus floues de décoloration (taches grises à verdâtres suite à la disparition du fer ou à la présence de fer ferreux réduit Fe ++) ;

- Préciser la profondeur d’apparition des taches, leur abondance, leur netteté ;- Préciser aussi la présence de taches ou concrétions ferromanganiques noires, signe d’une

hydromorphie faible à très forte.

a. Aucune ou rares taches de décoloration - sans tache ocre ou rouille,- petites taches ocre ou rouille à faible recouvrement, souvent autour des racines.

b. Présence de décoloration diffuse en taches floues - sans tache ocre ou rouille ou < 2 %,- avec taches ocre ou rouille présentes à contrastes faibles (donc horizon tricolore).

c. Matrice entièrement décolorée Les seules taches colorées sont des taches ocrées ou rouillées, ou des infiltrations de matière

organique :- avec taches ocre ou rouille d'intensité variable, généralement contrastées et à limites nettes➢ 35 à 65 % de gris et 65 à 35 % d'ocre.➢ % de taches ocres ou rouilles très inférieur au % de gris et > 2 %- sans tache ocre ou rouille ou < 2 %➢ Horizon entièrement décoloré,➢ taches d'infiltration de matière organique en % variables.

Remarque : dans un contexte de matériaux clairs (pauvres en argile et en fer), le diagnostic entre horizon décoloré ou non décoloré peut être difficile, surtout lorsque la décoloration est débutante. L'utilisation d'un code de couleurs est alors indispensable et permet de se référer aux couleurs des horizons mieux drainants bien identifiés sur des fosses proches.

4- Types d’hydromorphie a. Pour les sols à plus de 50% de cailloux en volume Remarque : des teneurs moindres (25 à 50%) diminuent probablement la sensibilité par rapport aux

sols non caillouteux traités aux rubriques suivantes.* Hydromorphie forte : taches grises ou ocres, ou couleur grise uniforme, apparaissant à moins de

25cm de profondeur- Sensibilité au tassement et à l’érosion : risque de dégradation si des interventions ont lieu en

période d’engorgement, l’ensemble du sol pouvant prendre en masse après ressuyage ; risque d’autant plus fort que la texture est plus limoneuse

- Précaution : interventions possibles sur sols secs ou légèrement humides mais sans nappe, sans précaution particulière

- Travail du sol et restauration : impossible- Très fortes contraintes d’excès d’eau hivernal et de sécheresse estivale ; assainissement peu

rentable si > 50% de cailloux ; éviter les coupes rases sur de grandes surfaces.

* Hydromorphie profonde : taches grises ou ocre, ou couleur grise uniforme, apparaissant entre 25 et 50 cm de profondeur

- Sensibilité au tassement et à l’érosion : risques plus faibles, les horizons supérieurs caillouteux protègent les couches profondes de la déstructuration.

- Précaution : interventions possibles sur sols secs ou humides mais sans nappe, sans précaution particulière. En période de présence de nappe, éviter les interventions ou préférer des interventions légères.

- Travail du sol et restauration : impossible.- Contraintes d’excès d’eau hivernal et de sécheresse estivale ; assainissement peu rentable si >

50% de cailloux ; éviter les coupes rases sur de grandes surfaces.

* Pas d’hydromorphie ou apparaissant à plus de 50 cm de profondeur- Sensibilité au tassement et à l’érosion : sol très résistant.- Précaution : aucune- Travail du sol et restauration : impossible.- Gestion forestière et potentialités : sols secs à faibles potentialités si la profondeur est limitée

(< 1 m à 1,50 m).

b. Pour les sols très sableux * Hydromorphie forte : taches grises ou ocres, ou couleur grise uniforme, apparaissant à moins de

25cm de profondeur- Sensibilité au tassement et à l’érosion : les risques de prise en masse sont non négligeables

surtout s’il existe une faible quantité de limons ou d’argile.- Précaution : interventions possibles sur sols secs ou humides mais sans nappe, sans précaution

particulière.- Travail du sol et restauration : tous travaux possibles en absence de nappe ; les aptitudes à la

restauration naturelle sont certainement limitées.- Gestion forestière et potentialités : très forte contrainte d’excès d’eau hivernal ; la sécheresse

estivale dépend des possibilités de prospection des racines au-delà du niveau de la nappe, en particulier dans le « plancher argileux » ; assainissement par fossés facile et efficace, rentable si la prospection des racines est possible en profondeur ; éviter les coupes rases sur de grandes surfaces.30 mai 2009

* Hydromorphie profonde : taches grises ou ocres, ou couleur grise uniforme, apparaissant entre 25 et 50 cm de profondeur

- Sensibilité au tassement et à l’érosion : les horizons engorgés (> 25 cm) restent sensibles à la prise en masse, ce qui limiterait les possibilités d’enracinement profond.

- Précaution : éviter les interventions en période d’engorgement ou prendre des précautions : types d’engins, cloisonnements.

- Travail du sol et restauration : à éviter en période d’engorgement à cause des horizons profonds, risques de dégradations supérieures aux améliorations ; tous travaux possibles en absence de nappe ; restauration naturelle possible seulement si bonne activité biologique (mull), ce qui est rare dans ces milieux.

- Gestion forestière et potentialités : contrainte moyenne d’excès d’eau hivernal ; la sécheresse estivale dépend des possibilités de prospection des racines au-delà du niveau de la nappe, en particulier dans le « plancher argileux » ; assainissement par fossés non indispensable pour assurer la réussite des plantations ; éviter les coupes rases sur de grandes surfaces.

* Pas d’hydromorphie ou hydromorphie apparaissant à plus de 50 cm de profondeur- Sensibilité au tassement et à l’érosion : sol très résistant.- Précaution : aucune n’est nécessaire.- Travail du sol et restauration : tous travaux possibles en toutes saisons.- Gestion forestière et potentialités : forte contrainte de sécheresse sur sols les moins profonds

(< 1 m à 1,50 m), surtout si très acides ; bonnes potentialités sinon même pour le chêne sessile.

II- CONDITIONS DE FORMATION 1- Conditions de formation de l’hydromorphie ancienne

L’hydromorphie ancienne se caractérise par une désorganisation du système hydraulique due, soit au blocage ou au verrouillage de l’exutoire par des éruptions volcaniques, soit à des accidents tectoniques par des failles avec des gauchisssements.

a. Blocage ou verrouillage de l’exutoire par des éruptions volcaniques conduisant à la formation d’un lac   : cas du Lac Itasy

Le bassin du Lac Itasy a probablement une origine volcano-tectonique. Il est logé dans une dépression du socle qui pourrait correspondre à un effondrement fin tertiaire ou quaternaire ancien. Au quaternaire récent, les accidents du socle ont servi de passage à des émissions basaltiques sous la forme d’une multitude de cônes de scories, de grandes coulées de lave et de champs de projection (cendres et scories). Les accumulations volcaniques se sont surimposées en massifs résiduels, horsts, dépressions, vallées alluviales, bassins à surface d’aplanissement, fin-tertiaire ou quaternaire ancien, tel le bassin du Lac Itasy actuel qui n’existait pas encore car il était ouvert vers l’Ouest. L’alvéole du Lac Itasy actuel a été fermé à l’Ouest par le barrage volcanique. Une vaste étendue lacustre s’est alors formée à l’amont ennoyant le modelé préexistant formé de collines basses. Peu à peu, les alluvions fluvio-lacustres résultant de l’érosion des reliefs périphériques très accidentés ont remblayé le fond et les parties latérales du lac, relevant l’altitude du bassin et du niveau du lac. Celui-ci a fini par trouver un exutoire au niveau d’Ampefy. Les eaux de vidange ont entaillé les accumulations volcaniques et le socle en individualisant la rivière Lily, très récente qui se jette à l’Ouest dans la Sakay.

Les sols formés sont généralement des sols hydromorphes minéraux à gley, peu profond pour les colluvo-alluvions mixtes basalto-granitiques (à peu près 50cm) et profond (vers 50 à 70cm) dans les grandes vallées alluviales du Lac Itasy.

b. Accidents tectoniques par des failles avec des gauchissements conduisant à un changement du système hydraulique : cas du bassin de l’Onive (région d’Ambatolampy-Ambohimandroso-Antsampandrano)

Des accidents tectoniques importants ont accompagné et suivi les épisodes volcaniques ; l’effondrement du bassin d’Antsirabe s’est alors produit à l’Ouest de la grande faille de Betampona. Le bloc oriental, quant à lui, s’est légèrement soulevé, élevant en altitude le socle raboté par l’aplanissement anté-tertiaire. La faille de Betampona, qui borde également l’Est de la plaine de Sambaina est à l’origine de la formation de ce bassin fluvio-lacustre endoréïque.

Les alluvions anciennes présentent des sols fearralitiques rouges à ocre-jaune fortement désaturés. De larges zones légèrement dépressionnaires contiennent une nappe perchée sub-affleurente en saison des pluies, les sols deviennent alors jaunes puis gris hydromorphes lavés et pseudo-podzoliques. En même temps, ils sont également plus organiques.

Les alluvions récentes des plaines alluviales de taille moyenne sur socle présentent des sols toujours tachetés jusque vers 60cm, au dessous ils se gleyifient et deviennent gris, beiges uniformes ou bleutés. Celles des plaines alluviales de taille moyenne dominées par des basaltes se caractérisent par des sols peu marqués par l’hydromorphie. La vallée de l’Onive présente des sols hydromorphes non organiques à gley, de couleur brun grisâtre tacheté tandis que les bas fonds présentent des sols à gley lessivés ou des sols ferralitiques hydromorphes.

2- Conditions de formation de l’hydromorphie actuelle

L’horizon tacheté n’est pas un horizon constant d’un sol ferralitique. II ne se forme que dans certaines conditions de topographie, climat, roche-mère, végétation particulières, et même actions anthropiques. II faut réaliser, pendant une période plus ou moins longue de l’année, les conditions qui permettent à l’infiltration d’être inférieure aux précipitations et aux apports obliques.

a. Topographie

La topographie ou le modelé joue un rôle important dans l’apparition des phénomènes d’hydromorphie conduisant à la formation d’un horizon tacheté. On note cependant que des situations assez diverses permettent l’établissement d’une nappe perchée ou d’un engorgement :

- nappe ou engorgement de plateau en pente faible,

- nappe ou engorgement de bas de pente en pente faible,

- nappe de pente en pente moyenne ou forte.

Pour le dernier cas des observations au Congo et au Cameroun ont montré que l’hydromorphie pouvait s’installer même sur des pentes relativement fortes, sans qu’il soit possible de donner une explication satisfaisante du phénomène.

b. Climat

L’influence du climat pourrait être mise en évidence par des mesures physiques, en particulier par l’étude de profils hydriques profonds : les difficultés matérielles de telles mesures n’ont pas permis de les entreprendre.

On peut cependant penser que le climat a une action essentiellement par l’intermédiaire de la pluviométrie : les éléments de celle-ci qui peuvent être mis en cause sont le total pluviométrique annuel, la concentration de la pluviométrie pendant une partie de la saison pluvieuse, la quantité d’eau tombée depuis le début de la saison pluvieuse. C’est ainsi qu’on peut penser que les phénomènes d’hydromorphie sont particulièrement marqués a la fin de la première saison des pluies très pluvieuse en basse Côte d’lvoire et pendant la deuxième saison des pluies, la plus pluvieuse, au sud du Cameroun et dans le sud de la République Centrafricaine.

c. Roche-mère

La roche-mère peut intervenir par sa texture en donnant des matériaux plus ou moins argileux et plus ou moins perméables. Tous les facteurs qui jouent sur la perméabilité peuvent avoir une action sur l’apparition d’un horizon tacheté. Ainsi, LEVEQUE (1966) en Guyane, note souvent des horizons tachetés sur roche granitique pauvre en fer : la faible quantité d’hydroxydes donne une mauvaise structure qui diminue la perméabilité.

d. Végétation

En Côte d’lvoire, la présence d’horizon tacheté est très fréquente en forêt, tandis qu’au Cameroun, les observations sont plus nombreuses en savane : on ne peut conclure sur ce point.

e. Actions anthropiques

L’excès d’eau a des origines et des causes variées. Il peut être dû à des actions anthropiques  : aménagements hydro-agricoles avec aplanissement, mise en terrasse, irrigation.

III- MANIFESTATIONS DE L’HYDROMORPHIE DANS LES SOLS AMENAGES 1- Sols de flanc de bas-fonds et de bas de pente - Sol témoin étudié non aménagé : horizon brun grisâtre faiblement humifère d’une quinzaine de

centimètres, il y a aussi des horizons brun-jaunes dans lesquels il est possible de distinguer : éléments quartz, feldspath et micacés.

- Texture : sablo-argileuse, avec teneur en limon assez élevé, structure polyédrique moyenne et bonne porosité.

- Sol témoin aménagé (aplani et inondé une partie de l’année) Horizons superficiels, une plus grande épaisseur des horizons humifères (30-40 cm) plus

sombres, pendant la saison sèche apparaissent quelques petites taches jaune-rouge dans des pores tubulaires et une teinte grise très foncée homogène quand le sol est inondé (gleys) ;

Horizons superficiels, ségrégation de couleur avec apparition de taches jaune-rouge ou rouges et de trainées plus claires (pseudogleys) ;

Horizons qui tendent à devenir de plus en plus gris clair, avec diminution de ségrégation de couleurs comme dans gley de profondeur. Les horizons restent humides même en pleine saison sèche, pas de structure fragmentaire visible.

2- Sols des parties basses des bas fonds - Sol témoin non aménagé : flottant sur une couche d’eau et pouvant céder sous les pas d’un

homme. Aspect homogène, la fraction organique peu décomposée est formée de fibres brun-rouge.

- Sol-témoin des sols aménagés (drainés), après deux ans de drainage, des modifications apparaissent rapidement et la « prairie flottante » se stabilise. Après dix ans de drainage, le profil est fortement modifié surtout en surface : l’épaisseur humifère diminue (80 à 40 cm), les débris organiques fibreux disparaissent, les fractions organiques et minérales apparaissent bien mélangées.

Saison sèche : petites ségrégations de couleurs jaune-rouge apparaissent dans les pores, très distinctes dans l’horizon qui conserve une teinte gris foncé.

Saison humide : période d’inondation, l’horizon superficiel est gris très foncé homogène, une pellicule rouge-jaune apparait après une certaine durée d’inondation à la surface du sol.

Plateau bassin d’irrigation

Retenue d’eau

« Prairie flottante »

Coupe longitudinale d’un bas-fond

Rizière des Rizière Partieflancs de bas de bas basse

Plateau fond de pente drainée

Canal d’irrigation

Fossés de drainage

Coupe transversale d’un bas-fond aménagé

Il y a de nombreuses difficultés pour distinguer l’hydromorphie ancienne de l’actuelle :1- 30 mai 2009Dans le Sud-ouest, les molasses du tertiaire (sables et grés calcaires, marnes...) présentent très

souvent des traces d’hydromorphie ancienne dues à leur sédimentation d’origine en condition hydromorphe (dépôts de rivières dans des vallées, des marais, des lacs).

Il est très difficile de distinguer cette hydromorphie fossile d’une hydromorphie récente.- décoloration et dégradation,- hydromorphie et libération d'oxydes de fer par simple altération,- blanchiment par départ du fer d'origine hydromorphe ou par départ des matières organiques.

IV- EFFETS DE L’HYDROMORPHIE 1- Effets de l’hydromorphie sur la distribution du fer

Dans les sols saturés d’eau, l’oxydation des matières organiques, du fait du déficit en oxygène, s’accompagne de la réduction des substances minérales. Une des conséquences de ces processus est la redistribution du fer, elle est due à la réduction et à la mobilisation de cet élément.

On peut alors distinguer trois cas selon l’horizon:

a. Pour les horizons superficiels poreux, appelés aussi Gley subissant une saturation de durée moyenne ou prolongée avec des mouvements d’eau, ils se caractérisent d’un appauvrissement de fer mais qui peut être compensé partiellement ou totalement par un apport de fer dans les eaux d’inondation. L’évolution des Gley est dominée par les processus de mobilisation du fer qui maintient une certaine homogénéité de la répartition du fer.

b. Pour les horizons subsuperficiels poreux à pseudogleys subissant une saturation prolongée ou moyenne, ils ont un léger appauvrissement en fer avec un mouvement d’eau.

c. Enfin, les pseudogleys poreux subissant une saturation prolongée et continue sont enrichis en fer mais avec des mouvements d’eau limités par la forte compacité et ils sont rapidement desséchés à la fin de la saison humide. Dans les cas des pseudogleys, leur évolution est dominée par les processus d’immobilisation. L’effet cumulé des immobilisations à l’intérieur des agrégats accroît l’hétérogénéité de la répartition du fer et conduit à la formation d’accumulations durables, sous formes de taches, nodules ou concrétions visibles.

2- Effets de l’hydromorphie sur la quantité et la composition de fraction organique des sols

Puisque les sols de flanc de bas-fonds et de bas de pente aménagés sont inondés pendant environ 5 mois, ils ont ainsi des horizons humifères plus épais avec une matière organique de 2 à 4 fois plus forte que les sols qui ne subissent pas d’excès d’eau.

En effet, la saturation du sol par l’eau influence l’évolution de sa fraction organique, cela se traduit par des quantités de matière organique différentes suivant la durée de saturation. Cette évolution particulière contribue à modifier l’organisation des constituants du sol (augmentation de la fraction organique par rapport à la fraction minérale) et leur nature (produits humifiés peu polymérisés).

Hydromorphie croissanteSols dont les horizons superficiels ne subissent pas d’excès d’eau.

Sols dont les horizons superficiels subissent un excès d’eau temporaire

Sols dont les horizons superficiels subissent un excès d’eau permanent

Dessèchement du sol en saison sèche Pas de dessèchement

Sols des bas-fonds malgaches

Sols de flanc de bas-fond

-Sols aménagés de flanc de bas-fonds irrigués-Sols des parties basses aménagées drainées

Sols des parties basses : « prairie flottante »

Quantité de matière Quantité de matière organique Accumulation de matière

organique organiqueDegré d’évolution

de la matière organique

Matière organique bien évoluée Matière organique peu évoluée

Composition de la fraction humifiée

Substances humifiées fortement

polymérisées dominantes

Substances humifiées peu polymérisées tendant à devenir dominantes

Comparaison des caractéristiques de la fraction organique des sols des régions tropicales à saison contrastée

3- Les effets pédologiques de l’hydromorphie

Les conditions d’hydromorphie, qui règnent dans l’horizon tacheté, en empêchant des substances d’être évacuées ou en arrêtant des substances venant du haut du profil, entrainent des possibilités de réarrangements minéraux ou de mouvements d’hydroxydes.

a. Formation de la kaolinite

DELVIGNE (1965), en Côte d’lvoire, observe que la kaolinite se forme essentiellement dans l’horizon tacheté supérieur où les conditions de mauvais drainage permettent le réarrangement de la silice et des gels d’hydroxydes libérés par l’altération ferralitique. Les profils, étudiés sur roche basique, sont toujours des profils d’altération peu épais (faible épaisseur de roche altérée) et l’on trouve dans l’horizon tacheté, très proche de la zone d’altération ferralitique tous les éléments nécessaires à la formation de la kaolinite non encore transformée irréversiblement. Sur roche acide et en milieu bien drainé, LENEUF (1959) note la présence de minéraux kaoliniques dès la roche altérée, mais ceux ci ne deviennent souvent bien cristallisés que dans l’horizon tacheté. Cependant, le phénomène n’est pas absolument général car on note, de la kaolinite bien cristallisée dans les horizons d’altération épais d’Afrique centrale et de Madagascar. Ceci n’exclut pas que pour la formation de la kaolinite un mauvais drainage relatif est nécessaire, mais il n’est pas nécessaire que le phénomène se passe dans un horizon tacheté typique.

b. Accumulation de silice et cristallisation du quartz

L’accumulation de silice dans l’horizon tacheté a été observée par différents auteurs.

HARRISON (1933) en Guyane en particulier, pense qu’il peut y avoir accumulation de silice et cristallisation du quartz.

LEVEQUE (1966) a observé une telle accumulation de silice en bas de pente, dans un horizon tacheté. Sur sols volcaniques (Indonésie, Australie, Ouest-Cameroun), on observe des accumulations de silice, qui donnent naissance à des produits plus ou moins bien cristallisés : la présence de ces produits est rare dans l’horizon tacheté et on les trouve le plus souvent dans les sols hydromorphes de bas de pente ou dans l’horizon d’altération qui peut être cimenté par la silice.

c. Mouvement des hydroxydes

Les hydroxydes de fer sont pratiquement seuls intéressés par suite de leur grande mobilité, due à la double valence du fer, par rapport aux hydroxydes d’aluminium et de leur grande importance relative. Divers phénomènes peuvent s’observer :

- simple ségrégation sans apport extérieur : le fer plus ou moins réduit pendant la période d’imbibition (simple action physique du potentiel redox et du pH et action de la matière organique de décomposition des racines) va migrer vers les zones qui se dessèchent les premières (zones rouges) et rester a l’état hydraté ou ferreux dans les zones de passage d’eau (zones jaunes, blanches et grises). II est possible que des micro-organismes interviennent aussi bien dans la réduction que dans l’oxydation, en plus des simples questions physiques (Eh et pH).

- apport de fer verticalement ou obliquement : l’horizon tacheté joue le rôle d’arrêt du fer qui migre. Les mêmes problèmes que précédemment se posent : fer transporté sous forme de complexes ou chélates, puis fixation, quand les conditions physico-chimiques changent.

- apport de fer à partir des horizons inférieurs par action d’une nappe fluctuante.

Le problème a été étudié au laboratoire par DEMOLON et BASTISSE (1944 a et b), puis BACHELIER (1959). En Australie, BEADLE et BURGESS (1953) ont observé une “pallid zone ” entre l’horizon tacheté et la zone d’altération de profils ferralitiques le phénomène serait ancien. II y a peu d’observations et de résultats analytiques sur une telle action actuelle et généralisée.

V- IMPORTANCE DE L’ÉTUDE SUR L’HYDROMORPHIE 1- Du point de vue pédogénétique et agronomique

Du point de vue pédogénétique, il y a hydromorphie, lorsque des caractères attribuables à la saturation sont nettement observables dans le sol. Du fait de la saturation, en effet, certains processus de formation et d'évolution des sols vont déterminer des transformations importantes de l'organisation ou de la nature des constituants du milieu et des modifications de son fonctionnement.

Du point de vue agronomique, il y a hydromorphie, lorsque la saturation du sol par l'eau est suffisamment longue pour gêner le développement végétatif de la plupart des cultures et empêcher le déroulement normal des façons culturales.

2- Intérêts des sols hydromorphes des bas-fonds a. Epuration par dénitrification   : - Conditions et facteurs   :

Les paramètres qui sont favorables à la dénitrification sont (Henault C. 1993, Rismondo L. 1993) :

La présence de conditions anaérobies consécutives à une saturation en eau, La présence d’un substrat carboné (teneur en matière organique des sols), des conditions de

température favorables au développement des micro-organismes dénitrifiant, un substrat nutritif pour les micro-organismes dénitrifiant, c’est-a-dire une teneur suffisante en nitrates.

La comparaison entre le volume d’eau susceptible d’être affecté par les propriétés dénitrifiantes des sols hydromorphes explique pourquoi, dans une problématique environnementale, on cherche à identifier l’extension géographique des sols hydromorphes en délaissant les sols hydromorphes de versant et de haut de topographie.

La dénitrification est un processus bénéfique sur le plan environnemental dans la mesure où elle se traduit par une perte en azote nitrique et où elle conduit à des émanations d’azote gazeux sous forme de N.

Les sols hydromorphes de bas-fonds sont le siège d’alternances de conditions d’oxydation et de réduction.

Le potentiel d’oxydoréduction qui est atteint dans les sols hydromorphes permet d’atteindre le potentiel du couple Fe3+/Fe2+. Ce potentiel est inférieur au potentiel du couple N03/N2. Les sols hydromorphes peuvent donc être le siège de processus de dénitrification, dans le cas où :

Le potentiel d’oxydoréduction atteint la valeur du couple N03/ N2, sans atteindre celle du couple Fe3+/ Fe2+.

Il existe un substrat carboné important dans les sols, qui est nécessaire au développement des micro-organismes dénitrifiants.

Les sols hydromorphes sont justement des sols riches en matière organique, plus riches de quelques pourcents que les sols sains des mêmes bassins-versants

Pour que les choses se produisent comme cela vient d’être décrit, il faut qu’il n’y ait pas de courts- circuits qui risquent de conduire l’eau rapidement vers le réseau hydrographique sans qu’elle traverse les zones hydromorphes de bas-fonds.

Il faut aussi que le temps de résidence de l’eau dans cette zone hydromorphe de bas-fond soit suffisant pour les processus d’épuration aient lieu.

- Conséquences   :

La dénitrification s’accompagne d’une consommation du substrat carboné présent dans les sols ; on peut estimer que pour chaque kg de nitrate dénitrifié, on consomme approximativement 3 kg de matière organique du sol.

Si la dénitrification concerne annuellement 100 000 tonnes de nitrate par an en Bretagne, cela s’accompagnerait d’une consommation de 300 000 tonnes de matière organique. Parallèlement, la dénitrification étant une forme de respiration, elle s’accompagne d’une synthèse de corps microbiens. Le bilan réel vis a vis de la matière organique reste mal connu ou inconnu.

La teneur en nitrates des sols semble être un facteur particulièrement sensible pour l’intensité des phénomènes de dénitrification.

En effet, les bassins versants ayant une charge polluante particulièrement élevée comme le bassin versant du Frémur (département des Côtes d’Armor) par exemple sont le siège de processus de dénitrification assez intenses.

Sans cette dénitrification et d’autres processus consommateurs de nitrate comme la volatilisation et la réorganisation, les eaux de ce bassin versant seraient encore plus polluées qu’elles ne le sont avec des teneurs moyennes annuelles de plusieurs centaines de mg de nitrates par litre.

b. Interception des ruissellements

Comme on a pu voir dans le phénomène de « Lavaka », le couvert végétal permanent assure le rôle de filtre qui intercepte les ruissellements chargés de matières en suspension, de matières organiques, de phosphore, de pesticides, de métaux lourds et de micro-organismes pathogènes.

Après que les ruissellements aient été interceptés par la prairie permanente, l’adsorption intervient : adsorption du phosphore et de molécules de pesticides sur la matière organique, échange de certains métaux lourds sur le complexe adsorbant, insolubilisation d’autres métaux lourds.

80% du phosphore et de l’azote ammoniacal pourraient être retenus par de larges dispositifs enherbés (Dillaha et al. 1989, Young et al. 1980). Des expérimentations avec des bandes enherbées de 24 mètres de large, on conduit à estimer l’adsorption du 2,4D a 70% et celle de la trifluraline a 90% (Asmussen et al., 1977 et Rhode et al., 1980).

Ces phénomènes d’adsorption et d’insolubilisation peuvent être réversibles et ils sont sans doute limités par une capacité d’adsorption finie.

Quand des molécules de pesticides ont été adsorbées dans les horizons superficiels des sols hydromorphes de bas-fonds, elles peuvent être ensuite métabolisées. Dans la mesure où les métabolites ne sont pas eux mêmes des molécules toxiques, on a alors obtenu une véritable épuration.

Hadlich G. a montré en 1993 sur le sous bassin-versant du Kerouallon que les zones hydromorphes de bas-fonds étaient le siège d’une accumulation de métaux lourds, excepté pour le plomb. L’accumulation est notable pour le cadmium et le nickel, moins nette pour le cuivre et le zinc.

L’accumulation de cadmium, de cuivre et secondairement de nickel est directement liée à l’augmentation du taux de matière organique dans les sols hydromorphes de bas-fonds et à l’augmentation du degré d’anoxie du milieu.

VI- ETUDE DE CAS   : LES SOLS HYDROMORPHES DES BAS-FONDS DU MOYEN OUEST MALGACHE

Le Moyen Ouest de Madagascar est une région bénéficiant d’une importante immigration, de nouveaux occupants ont aménagé des bas-fonds. L’existence des aménagements transforme le sol :

- Soit d’introduire (cas de l’irrigation) les effets de l’excès d’eau sur l’évolution des profils ;- Soit de les limiter (cas du drainage).

Les aménagements pratiqués dans les bas-fonds entrainent le drainage des parties les plus basses et l’irrigation des sols de bas pente et de flanc de bas-fond mis en terrasse.

1- Sols de flanc de bas-fond et de bas de pente

Avant l’aménagement, les sols des flancs de bas-fond et de bas de pente ont des cycles d’humectation et de dessèchement qui dépendent de la fréquence et de l’intensité des précipitations.

- Saison sèche (de mai à septembre) : les pluies n’humectent que les premiers du sol ;- Saison humide (d’octobre à avril) : les sols ne sont jamais saturés, c'est-à-dire qu’il y a

existence de forte pente, facilitant le ruissellement qui assure un bon drainage externe, l’eau qui pénètre dans les sols draine rapidement. Ce qui fait que ces sols possèdent une bonne perméabilité.

Le régime hydrique de ces sols aménagés se caractérisent par :

- Une période de saturation continue de cinq mois pendant laquelle il y a d’importants mouvements d’eaux verticales du fait du bon drainage de ces sols ;

- Une période de dessèchement plus ou moins accentué des profils.

2. Sols des parties basses des bas-fonds

Avant l’aménagement, les sols des parties basses des bas-fonds sont également saturés en permanence en raison de l’abondance des eaux recueillies et de la lenteur de l’écoulement de l’eau vers l’aval.

Le régime hydrique de ces sols aménagés se caractérisent par :

- Une période de saturation continue pendant la saison des pluies, abondance des eaux recueillies assurant l’inondation dans les rizières aménagées de cette partie des bas-fonds ;

- Une période de dessèchement des profils pendant la saison sèche, dessèchement qui est plus ou moins accentué suivant anciennement du drainage.

Sols de flanc de bas-fond et de bas de pente

Sols des parties basses des bas-fonds

Avant aménagement

Caractéristiques essentielles du régime hydrique

Jamais saturés Saturation permanente

Type d’aménagement AplanissementIrrigation-inondation

Creusement de fosséDrainage

Après aménagement

Caractéristiques essentielles du régime hydrique

Saturation continue pendant cinq moisDessiccation plus ou moins poussée en saison sèche

En conclusion, les études réalisées sur l’hydromorphie montrent l’importance et la rapidité des transformations déterminées par l’excès d’eau. A ces transformations qui apparaissent liées entre elles par des relations complexes, correspondent des caractères propres aux sols évoluant sous l’effet d’un excès d’eau. Ces caractères ont une valeur diagnostique variable du mode de saturation du sol par l’eau. Cette valeur diagnostique dépend de la spécificité du caractère mais aussi de sa stabilité, de sa permanence, de ses possibilités d’évolution plus ou moins rapide, voire de sa fugacité.

Annexes

Annexe 1 : Les effets de l’hydromorphie

Annexe 2 : Sol hydromorphe à pseudo-gley- Auteur : Alain Ruellan- Date : 3 mai 1970- Lieu : Italie, Sardaigne- Hydromorphie : Horizon hydromorphe- Climat : méditerranéen subhumide- Horizon hydromorphe (1) caractérisé par une couleur grise, tachée de brun et de rouille. Ce

type de morphologie se produit quand le volume de sol concerné connaît des excès d'eau, permanents ou temporaires répétés. Il s'agit ici de la base d'un sol lessivé à pseudo-gley : l'hydromorphie se développe, principalement, dans un horizon C d'altération. Le sol est très différencié lessivé.

- Dénomination WRB : Luvisol- Hauteur de la coupe : 100cm.

Annexe 3 : l’hydromorphie des sols bretonsL'arrêté du 24 juin 2008, dans sa version consolidée au 10 juillet 2008, précise les critères de

définition et de délimitation des zones humides. Dorénavant, un espace peut être considéré comme zone humide, uniquement sur des critères pédologiques (dans la plupart des cas à l'aide d'une simple tarière à main). Si des traces d'hydromorphies débutent à moins de 50centimètres de la surface du sol (se prolongeant ou s'intensifiant avec la profondeur), le sol peut être considéré comme un horizon superficiel caractéristique de zone humide. Il convient alors d'attirer l'attention des aménageurs sur le fait que des terrains apparaissant de visu comme des terrains sains peuvent se révéler juridiquement comme constitutifs de zones humides si les conditions nécessaires et suffisantes apparaissent en profondeur.

Les sols bretons - de part leur nature sur des substrats indurés et souvent, peu perméables - présentent souvent ces signes d'hydromorphie à relativement faible profondeur. Ils rentrent dans le cadre de la loi même s'ils ne présentent pas pour autant l'intérêt écologique des zones humides. Leur spécificité les pénalise, pour un gain environnemental réduit.

Mais l'application de l'arrêté oblige les aménageurs à prendre garde aux mauvaises surprises (recours aisés contre des projets).

Ironie du sort : ces sols pourront maintenant être proposés en qualité de "mesures compensatoires" des terrains hydromorphes mais qui n'ont absolument pas l'apparence de zones humides. Maintenant et plus que jamais, il est fortement conseillé d'effectuer une pré-étude amont des parcelles concernées par les projets. La recherche de suspicion de sols humides aura aussi l'avantage d'éviter les mauvaises surprises de sols géotechniquement défavorables.

Annexe 4 : hydromorphie des sols argileuxAsséchés pendant l'été et engorgés aux autres saisons, les sols sur argile sont peu épais et mal

aérés. Les racines des plantes et des arbres n'y pénètrent pas profondément.Les variations importantes d'humidité des sols argileux sont à l'origine des phénomènes d'hydromorphie (sols hydromorphes appelés gley ou pseudogley).

L'aspect de ces sols le plus caractéristique et le plus facilement observable est le changement d'état d'oxydation du fer en fonction des phases de dessiccation estivales. Sur une argile noire ou grise comme celle de la Champagne humide, l'ouverture des fentes de dessiccation facilite, dans la partie supérieure du sol, l'oxydation du fer et de la matière organique. Ces variations d'oxydation peuvent être localement entretenues par l'activité biologique. Le mauvais enracinement et l'hydromorphie ont cantonné longtemps ces terrains à l'élevage. La culture des pâtures et la stabulation ont réduit le piétinement des sols gras par les bêtes et amélioré leur rendement avant que le drainage se généralise.

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VIZIER (J.F.)-L’hydromorphie des sols. L’aspect pédogénétique des régions tropicales.