ErUDE EXPERIM!!:NTALE DE L'INFLUENCE
DU SUPPORT MINERAL SUR LA DET.rERMIN.L1TION
DE'!) DIFFERENTE3 FRACTIONS DE LA MATIERE
ORGANl QUE c
IIo PROTOCOLE- DE FRACTIONNEMENT En'
D'FJI1UDE DE LA MAT1ERE ORGANIQUE DES SOLS
HYDROMORPHES DE MADAGASCAR
OFFIC~ DE LA RECHERCHE SCIEr~TIFIQUE ET TECHNIQUE OUTREeflfiER
- ~ =1CENTRE DE TANANARIVE- MADAGASCAR -= B.P. 43li,
Claude RATSIMBAZAFY
1973
cnrrRE O.R.S.T.O.M.
DE TANANARIVE
Section Pédologie
ErtJDE EXPERIMErJTALE DE L'INFLUENCE DU SUPPORT
~nNERAL SUR LA DDI'ERPINATION DES DIFf:'ERE!-lTES FR/\.arIONS
DE LA MATIERE ORG\NIQ,UE
A.C. RATSIMBtlZAFY
.12.1l.
PLA N
INTRODUCTION
1 0 ETUDE COMPLEMENT URE SUR LA ~IL\TIERE NOIRE
10 Obtention
110 Couleur
12 0 pH et Eh
2. Détermination sur la matière noire
210 Carbone - Azote
22 0 Acides humiques acides fulviques
2. Etude sur l'oxyda.tion et le vieillissement de b. matière noire, spectre UV
310 Etude sur la matière noire
32. Etude sur les acides humiques o
Conclusion sur p~ie l
II BrUDE DE L'ENSEMBLE SUPPORT MINERli.L - MATIERE NOIRE
10 Les supports utilisés et leurs c3.I':1.ctéristiques
2 0 Caractéristiques ne l'ensemble support minéral - matière noire
21. Obt ention
22. Couleur
23. pH et Eh
240 Carbone et azote totaux
3. Détermination sur l'ensemble support minérql - matière noire
310 Etude de la li'3.ison entre matière noire et support minéral
32. Etude de l'extraction p9.I' le pyrophosphat c de sodium
3.. 2.1. Matière humique totale extraite
302 020 Acides humiques et acides fulviques
302.3. Rapport entre les différentes fractions org~1iques
3.2.3010 Rapport acides humiques sur acides fulviques
3.2.302. Rapport acides humiques sur carbone total humifié
330 Rumine
40 Etude par l'analyse thermique différentielle
Conclusion sur partie II
III BrUDE SUR LES MODIFIC ~:..TIONS SUBIES P!ill LI1 M\TIERE NOIRE !lU CONT\Gr DES
SUPPORTS El' LORS DE~ EXTRAGrIONS Spectres U0 V0
1. ErirA.ction par l'eau
2. Eriraction p,3.I' les réactifs basiques
Conclusion générale
Bibliographie.
SOM MAI R E
F. SCHEI),F'ER et ses collaborateurs ont mené des études approfondies sur la
matière noire synthétique obtenue par oxyd3.tion en milieu b'1sique du paradihydroxy-
benzène. Pour los besoins de nos expériences, des études complément~ires sur cette
matière noire ont été entreprises par nos soins.
La matièr6 noire, après passage sur résines échangeuses de c~tions, a été
incorporée à plusieurs supports minér~ux de nqture physico-chimiqle différenteo
L'influence du support minér:ü sur b. détermination des différentes fr1.ctions
de la m'1tière org"1lique a été dégagée.
Les modifications subies par la matière noire au cours du vieillissement,
au cont'1ct des supports et lors des extr3.otions ont été montrées P'U' chromato-
graphie sur pl9,que et par les spectres d 'absorptio~ à l'Ultra-Violet.•
Au oours de nos études sur des sols formés sur alluvions fluviatiles très
hétérogènes, nous avons été attirés par les difficultés d'interprétation des
résultats d'analyses concernant la matière organique (AoCo R~TSI~rnA7AFY 1961)0
Les rapport s conventionnellement utilisés tels que c,/N, llF/m dosé par lecarbone, le taux d Vextraction (1) ~ ne conoordent pas toujours avec les observa-
tions de terrain sur les horizons humifères o
La nature physico-chimique des matières minérales du sol semble avoir une
grande import~ce sur la valeur des ohiffres obtenus lors des dos3geso
Différents ::l.uteurs~ not1Jllffient Po de BOISSEZON (1962) ont mis en évidence
l'influence de la richosse en bases du matériau support SUT l'évolution de la
matière org'Wique des solso Che THOMANN (1911) a tenu compte, dans son étude sur
la matière organique des sols tropioaux, de la composition granulométrique
des échantillonso
Nous avons essayé de dégager, à lVaide d'expérienoes de laboratoire,
quelques idées sur l'influence du support minéral dans la détermination des
différentes fraotions de la matière orge~ique faîte suivant les protocoles
oonventionnellement admis o Nos études sont strictement st''1.tiques et concernent
des faits globauxo Nous avons également essayé de montrer que la matière org~ique
subit dos modific:1tions aussi bien9.u cont'1et du m').tériau support que lors des
extractions o
Dans le but d'avoir des expériences simples où tous les éléments sont
connus, nous avons utilisé une matière noire synthétique (SCHEFFER ct allf 1958)
ayant un comportement analogu.e à celui de 1 'humus naturel o Elle est obtenue par
oxydation en milieu basique du paradihydroxy-benzène~ communément appelé
hydroquinonea Bien qu'elle soit loin d'être identifiable à l'humus du sol, nous
emploierons, pour la commodité de l~exposé, les termes usuels tels que matière
humique, acide humique, acide fulvique~ humine, car pour les obtenir, nous
utilisons les techniques cournntes admises,
Ce travail oomprend 3 parties ~
Etude complémentaire sur la matière noire utilisée
Etude de l'ensemble support minéral - matière noire
Etude sur les modific9.tions subies par la matière noire et ses acides
humiques : Spectre Ultra-Violet ...
(1) Matière humique extraite par des ré~ctifs alcalins par rapport à lamatière orgmique t.otaleo
2
1. Etudes complément '"tires sur la matière noire
La matière noire a été étudiée et compu.roe 3.vec des humus naturels par
différents'luteurs. F. SCH}lJli'li'Ef/. et ses collaborateurs (1958, 1959) ont obtenu
des acides humiques à partir de l'oxyd9.tion de l'hydroquinone en milieu alcalin
dans un système homogène ou hétérogène. Le réactif b,asique qu'~ls ont adopté est
la soude utilisée à différentes concentrations. Des sép::1.rations par électrophorèso
sur papier ont montré que l'introduction de l'azote rend les acides humiques
moins mcbiles. Leurs études au moyen des spectres UV et IR ont montré ée~lement
l'existence dans le produit final d'oxydation de nOyaux aromatiques et de chaines
aliphatiques, de groupements - OH, des liaisons C =° et -c = C 0 SIDNEY S.POLLACK et ses collaborateurs (1971) ont constaté la ressembl:thce frappante des
aoides humiques de oette m01.tière noire aveo oeux du podzol d'après des études
par diffraotométrie aUX rayons X. Nous avons repris ces études sur d'autres points
de vue telle que la couleur, l'évolution du pH et du potentiel d'oxyde-réduction
et enfin l'influenoe de l'introduotion de certaines cations sur ces oaraCtères.
1. Obt ent ion
Pour obtenir l'oxydation de l'hydroquinone en milieu alcalin, nous aVo~s
essayé plusieurs réaotifs 1 la. soude 0,1 N, le pyrophosphate de sodium 0,1 M,
une solution saturée d'hydroxyde de calcium et une solution d'ammonb.que à 2,5%.Le mélange a été laissé à l'air, celui-ci étant la source d'oxygène. Il s'agit
bien d'une oxydation car en atmosphère d'a.zote, l.ucune réaotion ne se produit.
La chromatographie sur plaque (photo nO 1) effectuée sur les produits d'oxydation
montre que o'est le procédé à l'ammonb.que qui donne la trî!lsformation la plus
poussée, où il reste le moins de noyau "quinone" libre. Nous aVons retenu o~
procédé dans la suite de nos expériences, d'autant plus qu'il nous permet d'intro-
duire de l'azote dans la réaction. En effet nous avons vu l'intérêt de l'azote
dans les études de F. SCHEF'F'ER et ses collabor3.teurs. W. FLAIG (1970) a constate:
également le rt51e important de l'azote d1Jls la condensation des phénols ,wec
les protéines ou leurs métabolites. Enfin pour se rapprocher le plus possible de
l'humus naturel, nous devons introduire dws cette étude le concept d.u rapport
clN qui définit actuellement l'état d'évolution d'une matière org'lnique.110 La couleur
La couleur obtenue au bout de 72 heures est noire ..wec un reflet rougeâtre.
Quand on introduit certains cations (1), la couleur ch~e. Ainsi avec le sodium,
le pot'1.ssium et le fer ferreux, la couleur devient nOiI"'"'lj').unâtre à reflet légère-
ment rouge, 'llors qu'elle est nettement noire à reflet j'J.une avec le calcium et
le magnésium.
(1) Les c3.tions SOdium, pota.ssium, fer, calcium et magncs1um ont été introduitssous forme de chlorure et à la même concentration.
3
12. pH et Eh (potentiel d'o:;ydo-réduction)
Le t able3.u nO 1 nous donne les différent 8S vn.leurs du pH et du Eh, rapport é
à l' élect rode à hydrogène, au cour s du t omps d' oxydat ion et en fonet i on du cat ion
introduit. D'lfls le témoin le cation présent est NH4
seul, d·:Uls les a.utres il y a
en plus un 1.utro c'J.tion. Ce t.3.ble.1.u nO 1 et la figure nO 1 nous frnl: consté\tor
qu'au bout de 72 heuros, la réaction semble complète. Le cation NH4
donne le pH
le plus élevé et également le potentiel rôdox le plus élevé. L'adjonction dlun
autre cation change peu 1'). v'),leur finale du pH et celle de Eh, prl.I' contre le
calcium et le mn.gnésium semblent ralentir l'oxydation. Le composé obtenu .'.lU bout
du même temps d'oxydation est plus réducteur. Dans l'l. mesure où l'humus' n:1turel
se comporte de la même fa.çon que la matière noire, Qe tels résult1.ts pourraient
permettre de mioux comprendre le raIe du calcium et du m::t.gnésium sur l'évolution
des sols hydrornorphes formés sur 1.11uvions riches en min6r3.1lX 1.1tér'J.bles"
Tablen.un 0 1.
Evolution du pH et Eh en fonction du temps Gt des c1.tions, Eh exprimé en mV.o
1 1Hydroquinone + NH
3H
20 ( 1) . -~!1 ! , 1
·1 Temps 1 !! J Sans 2° ! Na +
!K +
- 1Fe ++
-- !Ca ++
-- l ' - .. -----1
1 1 cation ! 1 1 1 1 Mg++ 11 1 pH 1 Eh
1pH
, 1Eh
- 1pH
- !Eh
-- - 1pH
. 1- -- 1 -- l " -- 00 1- - . -- -- 0 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 Eh 1 pH 1 Eh 1 pH 1 Eh 1
1 1 mn 1 9,51
75' 1 -- 1 1 · 1 - l ' - 1- , , -1 - , - -- - 1-'--.1~ - . . .. 0 !- - --' - 0 1
1 1 ! 1 1 1 1 1 1 1 ! 1 1 11 10 mn 1 1 70 1
- 1 ' 1 · 1 1 - ! ~ 1- 1-'--1 .... Ot--,---Ol
1 1 9,45 1 1 1 1 1 1 1 • 1 ! ! 1 11
30 mn1 1
501 1 ' 1 1 1 - I- r --1~1-- - --~t-·- -- t
1 1 9,45 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ! Y1 1 h
1 1 20- 1 ' 1 . 1 1 1- - • t - - ~ ! - -- l' '--1-- -~~I-- ' - ~I
1 1 9,45 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 t 11 3 h
1 125
1 - 1 1 1 ' 1 1 -1 -1~1 - __ ol~ ----1
1 1 9,40
1 1 10,701 -60 1 10,701 -60 1 10,70
1 -85 110, 65 1 -90 1 10 t 00 t 10 11
17 h. 1 1
301- - -- l ' - 1 · l' -- 1- - t-- -- 1- 1~I-----~-I----~vc!
1 1 9,10 1 t 1 1 1 1 1 ! 1 1 1 11
21 h 11 1 -1- --,- -1 -1 --1' ·1------I~I'~-·--I-----cl
1 1 8,85 1 40 1 10,45 1 -90 i 10,50 1 -90 1 10,45 1 -80 110,501-150 1 9!85 t-110 l1
48 h1 1
1251 . 1 1 - 1 - 1 - -- 1 -l' -1-·--1" --~1·----0!
1 1 7,80 1 1 10,05 1 +80 1 10,15 1 +50 1 10,101 90 110,10 1- 70 1 9,601- 40 11 1 1 1 1 1 1 1. 1 1 1 1 t r1 72 h 1 7,50 1 160 1 9,901 120 1 10,001 80
.' 1.-9,951 130 -110,001--60-1-'9;501~-30-~l
1 1 1 1 1 1 1 1 J 1 1 1 l l1 --1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 t 11 96 h 1 7,501 160 1 9,881 120 1 10,001 85 1 9,951 140 110,00 t -50 1 9,501- 30--11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ! 1 1
(1) Concentration initiale en paradihydroxy-benzène 2 %.
~, "
pH e~ Eh. de. la. ma~Lire. noi.re0'L. ~Onc.hDn de lemp.5 d' OX)à4bon. el: dLl ~.. CAhon.
pHEh. Eh l~V)
o
Q ~e.+.....---- - ---- -- --
_.Hf~-----
A--'t:.-=--.:--:::. -::::.. _..... -- -::::i::..--_
......... . ---=-=.::-=::.-:-.::-:-=----..................... --- - '::::==.=-- - - __ __ _ r(-t-~ 1"'+
- -- ------: --:.::: ~:-~~:" .. +
C1--.;.;........-~~-~
~
--"._-"'--- -----.......... ...... ... ...
8
9
. '"
. ,.'....}..,";' .. ,
o 25'
4
Au bout de 96 heures d'oxyd~tion, la m~tière noire 11 été passée sur résines
échangeuses d'ions cationiques Dowex 50 mesch pour déplacer les ions NH4
sous
forme de sel. On obtient un pH acide de 2,8 et un potentiel d 'oxyde-réduction
de 520 mV.
2. Détermination sur la matière noire o
Des déterminations habituelles que l'on offectue sur la m'1tière organique
d'un 801 ont été f:;J.ites sur cette matière noireo
21 0 Carbone-azote
Le cCU'bono a été dosé par oxydation par un mél-mge sulfo-chromlque
(méthode de Walldcy et Black) et l'azote par la méthode micro-kjeldh:üo Ces
différents dosages ont été effectués sur la matière noire brute et sur b. ID.'1tière
noire pass8e sur résines.
Les résult'.'.ts consignés d:ms le tableau nO 2 nous montrent qu'il n'y a pas
eu perte en carbone dur-:mt l'oxydation o On rem3.I'que d'autre part que le passage
sur résines 11 occasionné une diminution de la teneur en carbone de 1,5 mg par
millilitre, soit 10 %environ oEn ce qui concerne l'azote, il y a la perte d'azote sous forme NH; par
évaporation durant l'oxydation ..
Cependant après passage sur res1nes, nous retrouvons une quantité non
négligeable d'azote. Nous sommes amenés à admettre qu'une partie est rest6e non
déplaçable, probablement inserrée dans les chaînes au cours do la condensation
ou de la polymérisation. Nous obtenons un rapport Cftl très 61evé o
Table3.u nO 2
Carbone et azot e
t 1 - 1 _ ___ 1 --~~,1 1 Carbone en mg/ml 1 Azote en mg/ml 1 CAl t1 - 1 1 ~ - - - 1-.1 1 Par calculI Par dosagelPar calcul Par dosagâ Calcu.l 1 Dosage Y1 1 ! 1 1 L __ L :. - _~Jt Initial 1 16,37 15,81 1 2,06 1 2~04 1 8,0 t 7,7 !1
Après 120 h 1 1 1 1-----1 1! 1 1 -r . t - - ~ tt d' oxydat ion 1 15,31 1 1,01 1 1 15,2 !1 Oxydation et 1 ! t 1 11 passage sur ! 13,86 1 0,36 1 t 38,5 --~Tt résines 1 1 t 1 1
5
22. Acides humiques - Acides fulviques
La p~tie insoluble dans une solution d'acide sulfurique est appelée acide
humique.
Les résultats consignés dans le table:l.U nO 3 ont été obtenus avec une
concontr~tion en acide de 10 10.
Tableau nO 3
A.cides humiques et acides fulviques de la.matière.noire.-
t 1 - t .~tt 1 Avant passage sur résines t Après p'1ssage sur résines t1 J J 1t 1 Carbone Azote - J clN - t. Carbone - LAzote. - - J- clN - J1 J !I€/ml mg/ml J J mg/ml t mg/ml 1 J~Acides humiques J 1 J J 1 JJ - J - J . - J ~ t- - ~ Jt (AH.) J 3,52 0,27 J 13,1 1 2,24 1 0,15 1 14,9 t
~Acides fulviques 1 1 r J t J- 1 11,69 0,74 J 15,8 t 11,62' t 0,21 t 55,3'-1J (A.F.) J J J 1 J J1 1 _ J . v t1 AH/AF J 0,30 J 0,19 JJ J t 11 lill/CT 1 t J1 (CT=carbone total) 0,23 t 0,16 -yt J 1 J
Nous remarquons que le passage sur résines modifie peu la qualité des
acides humiques, le rapport c,/N ne varin.nt pas ; par contre la quantité a diminué.La. perte de 1,5 mg de carbone sign3.1œdïns le paragr.phe précédent ser'1it donc
vr.isemblablement dÛG à la floculation d'une partie des acides humique~. En ce
qui concerne les acides fulviques on observe le phénomène contraire : la quan-
tité reste la même avant ou après le p~ssage sur résines, m'lis la qualité change,
le rapport clN passant de 15,8 à 55,3. Dans les acides fulviques l'azote est doncessentiellement sous forme échangeable d91ls les conditions de notre expérience.
La séparation des acides humiques à différents pH a été égalGment effectuée
sur la matière noire fl.V91lt et 3.près passage sur résines, ainsi que sur une
extraction de matières humiques à partir d'un horizon humifère de sol humique
à gley (DIR 111). Le tableau nO 4 donne les valeurs obtenues et lq figure nO 2
l'allure des courbes.
La m'1tière noire aV3.llt le P'1ssage sur résines d'une part, les extraits
obt enus à part ir de l' échant ilIon DIR 111 dt autre p'U't, présent ent des courbes
d'allure semblable. Par contre le passage sur résines a éliminé les acides
humiques floculant à pH supérieur à 2,8.
: ACIDE HUMIQUE EM tO..,CTIO/,,\ DU pl-\
._ l1&tièn:. flC'la fi"" "'A...~ée. SU~ ri~ulell.t-~ ..~..- rt.tierc. nD\re ~f'idIA'o\.mentpa~eé~ DIA. A~-t , soL hum\q\le Ô ~\e~
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'.......'fol.....•--t.
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6
Tableau nO 4
Qu~tité d'acides humiques à différents pH (carbone en mg/ml).
1 1 1 11 pH de 1 Matière noire 1 Matière noire 1 DIR 111 ( 1)
1t lavant passage résine laprès passage résinel - 11 séparation t pH initial 6,2 1 pH initial 2 98 1
pB: initial- 9,81
1 t _1 __ l - - -, - - - - - _11 - 0,5 r 3,61 t 2,37 t 2,73 11 1 1 __ 1
_______ 1
1 ° t 3,40 1 2,24 l 2,73 11 - 1 -- t - 1 _011 0,5 t 2,5° 1 2,06 1 2 744 11 - 1 ' 1 -1 - - - - , ,.-----11 1,0 ! 2,30 ! 2,00 ! 2,29 11 _1 __ 1 _1 --yt 1,5 1 2,10 ! 1,89 ! 2,07 !1 ' 1 - ! _1 ~ '- - - - - -- - - . - - 11 2,0 ! 1,80 ! 1,80 1 1,7° 11 1 ~! __ L_ " - ..:.----- ----11 2,5 1 1p32 1 0,32 1 1,4° 11 _1 ' 1 _1 ---_ ..... - --11 3,0 1 0,5° t ° 1 0,96 11 _r 1 _1 . - - t1 3,5 1 0,10 l ° 1 0,59 t1 1 1 1 11
4,01
0,00 t °1 0,22 1t 1 1 1 -1
1 1 r 1 1
Les courbes de la figure 2 semblent suggérer que tous les acides humiques
ne précipitent pas au même pH pour un même extr'1it de matière humique, aussi bien
pour la matière noire que pour l'extrait n9.turelo L,.'). courbe de sép'U''1.tion rela.-
tive à la matière noire préalablement passée sur résines présente un certain
palier entre pH-O,5 et 20 Dans la suite de nos expériences, nous avons choisi
les pH 1 et -0,5.
La photographie nO 2 représente une chromatogr~phie sur plaque des matières
noires et leurs acides humiques séparés à pH -0,50 Elle montre bien que ces acides
humiques sont constituées par de grosses molécules qui ne migrent plus d'3Xls les
conditions de l'expérienceo
(1) DIR 111 est l'horizon humifère d'un sol humique à gley à 47,5 0/00 de
carbone tot "tl, 7,4 0/00 de matière humique extrA.ctible par le pYrophosphate
de sodium 0,1 Mo Nous avons appelé ce sol humique à gley malgré une teneur
cn matière org~ique nettement inférieUl' à 10 %~
CHROM,\TOGRf\.PHIE SUR PV\.QUE
Photo nO
Matière noire obtenue à p2Itir dG àifférents milieux basiqueso
Photo nO 2
Signifioation dos annotations utilisées sur l~ photographieA Témoin, hydroquinone B Ï'lat ière noircîv'1nt C
non oxydée p~SS,~8 sur résinesBh Aoide humique dG :g Ch
nO 2~~atière noire aprèspassage sur reSlnei'l.aido humique do C
7
3. Etude sur l'oxydation et le vieillissement de la m~tière noire S~ectre UV
3.1. Etude sur la matière noire; figure nO 3 (3a)
Comparés 'J.u témoin qui est l' hydroquinone non oxydée 9 on const 1.t e que
les pics de tr~smission maxim'J.le et minimale se situent aUÀ mêmes longueurs
d'onde, seule leur v~leur ch~gep la tr~smission diminue au fur et à lnesurc du
vieillissement 0
Si nous prenons la formule (SILVERSTEIN R.Mo et BàSSLER G~C.)
où A est 11. densité optique, c la concentration en carbone, b l'ép'J.isseur de
l'éch'J.ntillon trwersé par la lumière et E le "mol.3,I' :ibsorptivi-ty:1 o Dans nos.
expériences C et b sont constMts, Il et E seuls varient et d11ls le même sens,
une 1.ugment9.tion de E entraine celle de A, par oonséquent les molécules de. la
matière noire se condensent davmt::1ge 'lU fur et à mesure du vieillissement Bo
Le palier qu'on observe entre 2080 et 2160 A s~estompe petit à petit
( fig. nO 3 a).
On constate également qu'a.u début de l'oxydation, il y a désorg:tnisa-
tion complète des molécules reflétée par le spectre effectué après 48 heures
(figure nO 3 a).
3.2., Etude sur les acides humiques (figure 3 b)
Les acides humiques présentent une tr'1!lsmission plus f1.ible que b.
matière noire. D'3.utre part, il y a un déplaoement systémn.tique de tous les pics
vers les faibles longueurs d Wonde 7 ce qui signifie qu'il a fallu ème énergie
plus grande pour provoquer le changement de couche de l'électron~ vue les
formules g
En El = hY nI avec
la dimunition de longueur d'onde A augmente la fréquence V par définitionnCeci nous amène à déduire que chez les acides humiques, les molécules sont
encore plus grosses, plus condensées. (KUMADA Ko~ 1955)
Tous les c3Xactères~ qui rappellent ceux de l'humus n1.turel p nous
autorisent à poursuivre nos expériences.
8
Conclusion sur la p,~tie l
La mat i ère noire est obt enue par oxydat i on de l'hydroquinone par l'oxygène
de l'air dans une solution d'ammoniaque à 2,5 %. Ce procédé permet d'introduirede l'azote d-ms les ré'3.etions qui sc produisent'l.u cour:J è!..~ l~cxyd:J.tiono
Quand on introduit d ',autres cations que l'31llmonium, la couleur ch.'1llgeo,'j,vec
le c~lcium et le m3gnésium, l'oxydation qui permet d'obtenir cette m'J.tière noire
semble moins complète.
Les détermin"l.tions faites sur cette m'1.tière noire indiquent en outre que
le passage sur résines éch~euses de c'3.tions provoquent la précipitation d'une
partie des acides humiques sans modifier leur qualité ; P3r contre les acides
fulviques sont appauvris en azote S9XlS que la teneur en carbone soit moclifi6ell
Chez ces derniers donc, l'azote se trouverait essentiellement sous forme éch~
geable.
La chromatographie sur plaque et la sprectrogr'1phie à l'UV effectu6e sur
cette matière noire et ses acides humiques ont montré qu'il y a eu modification
de la structure initi8.1e des molécules de l'hydroquinone au oours de l'·oxydation.
9
II. ~ude de l'Ensemble support minér~l - matière noire
Après avoir vu le procédé d'obtention de la m':l.tière noire et étudié ses
principales car:l.ctéristiques, nous allons examiner l'influence que peuvent
avoir les propriétés physico-chimiques du support minéral sur les différentes
déterminations f~ites sur la matière noire.
1. Les supports utilisés et leurs o3.I'actéristiques
Nous avons choisi 6 supports bien différent s l
QQ : quartz purifié, broyé finement, support presqu'inerte, sans cations
sauf la silice, il n'y a pas d'éléments de la taille des argiles.
QK : 50 %de quartz broyé finement plus 50 %de Kaolinite. Au supportprécédent on a ,ajouté à poids ég'11 de la. kaolinite pure préalabelement passée
sur des résines échangeuses de oations pour obtenir de la kn.olinite - H+. Il n'y
a pas d'autres cations que le silioium et Ithydrogène.
GG 1 arène granitique très altérée, riche en quartz et kaolinite, elle
oontient un peu de fer, d'aluminium, un peu de magnesium et de potassium.
MM 1 zone d'altération ferrallitique de migm9.tite, pauvre en caloium et
magnésium. L'argile y est du type halloiysite ou kaolinite m':l.l oristallisée.
CV : cendres voloaniques saines qu'on a broyées finement, très riche en
oaloium et m3.gnésium. Elles renferment également du pot3.ssium et du sodium.
CA 1 matériaux provenant de l'altération des cendres précedentes, riches
en fer, en magnésium et une quantité assez importmte de calcium; A part les
2 premiers supports, les 4 autres présentent le même taux d'argile grMulo-
métriquement parlant.
Quelques résult a.t s d'analyses ooncernant ces support sont ét é consignés
dans les tableaux~5 - 6 - 7.
Tableau nO 5
Analyse gr'Ululométrique (en-pourcent)
1 - 1 _. 1 . 1 _1 1 1 . -~ 11 Echantillon 1 Humidité 1 Argile 1 Limo F. 1 Lim. G. 1 S.F. 1 S.G. 11 1 . 1 - 1 - 1 - 1 -1- .~I1 GGO ( 1) 1 0,7 1 5,8 1 9,8 1 6,0 1 23,0 1 54,4 11 - 1 1 _1 _1 1 _L._: __ 11 MMO 1 1,0 1 4,8 1 10,9 1 6,4 1 35,2 1 40 ,8 t1 . 1 1 - 1 - 1 _L __ ~L ___ :. __ ~I1 cvo 1 9,8 1 5,2 1 15,7 1 13,1 1 52,5 1 1,1 11 1 1 1 1 1 1 11 CAO . 1 15,9 1 7,6 1 25,2 - 1 12,8 \ 20,8 1 '14,0 --1J 1 1 1 1 1 1 11 - 1 1 1 1 .. - - ~ t1 Q~ 1 1 1 1 100 l1 QKO 1 1 50 1
li50
l1 1 1 1 1 1
(1) Les dénominàtions avec la lettre ° signifient support minéral sans ffi"1t i èreorganique.
10
Tableau nO 6
Analyse t ot Ille PéU' tri'1cide (en pourcent)
1 J 1 1 1 1 1 11 Eohant il-, Perte -- 1 Réoidu- 1 "Si02 1 Fe203
-- 1 A1203-- 1 Ti ° 3-- ITot al- 1
1 Ion. 1 :lU feu 1 1 1 ! 1 1 . 11 - 1 -- 1 " 1 1,63 1
'- 10,57
- 1 -1--- --11
QQO1 0,01 1 99,53 1 1 0,01 1 1 ,101,8 •• • 1
1 QKO- 1
6,32- 1 - 1
21,91 1.. 1-
20,13.. - 1-
_c
I_____ 1
1 1 1 50,16 1 1 0,60 1 1 1 99~12t1 .. 1 1 .. 1 19,68
- 1 - - 1 - 10,10
--1-----1
1 GGO 1 5,20 1 58,04 1 1 2,70 1 14,49 1 l 1OO!21 t
1 MMO" 1
11,°51 - 1 31,83 1
-- 131,5°
.. 10,50
--1----1
1 "1 .t 21,65 ! 1 4,°6 1 ;1 11OO?59 t
1 -1 6,18. 1 " t 1 - 1 .. 1
4,5°-'------1
1 OVO 1 1 17,12 1 29,25 1 18,70 1 20,32 1 i 96,071
1 1 1 1 1 1 1 1 11 CAO 1 13,90 1 8,34 1 26,84 ! 22,10 1 24,30 ! 3,0 1."98,5211 1 ! 1 ! ! ! 1 i
Tableau nO 7Bases t ot ales (en mé/100g) (obt enues par 'ltt aque nitrique à
chaud pendant 5 heures).
1 Eohant i llon.. 1
Ca 1 Mg-1
K-- 1
Na" - .. 1
1 1 1 1 1 11 QQO
- 11,3
- .. 1..4,2
- 10,25
- 10,4
- - 11 1 t 1 1 11 QKO
- 11,6
o 12t 6
- t0,9
.. 1 - t1 1 t ! 1 11 GGO 1 1,6
- !18,7
o 19,2
- t0,9
- 11 1 t 1 1 !1 MMO 1 2,95
- 114,2
.. 1-2,9
-1" --11 ! 1 1 11- o !
185,3- 10 - " - 1-
4,6
._ , __________ VV!
1 OVO 1 t 287,5 1 ! 10,5 11 1 ! t 1 11 CAO 1 14;1 107,7 t 0,6 ! -.:.------T1 1 1 1 1
2. Car"l.etéristiques de l'ensemble support minéral - matière noire
21. Obtention
La m'ltière noire, après 10 jours ie vieillissement, ~ été passée sur résines
échangeuses de cl1tionso Elle a alors un pH de 2,80
Elle a été ensuite incorporée aUX différents supports pour avoir (les teneurs
finales de 13,33 0/00 on orabone et 0,33 0/00 en azote? soit un rapport C;N de
41,60 Comme ni les supports ni la matière noire n'ont été stérilisés, nous avons
été amenés à effectuer deux modes de séchage après l'incorporation pour essayer
de dég~er la part de l'action microbienne d~s l'évolution de l'ensemble. L'un
11
des éch:mtillons a été seché à l'air libre et l'mItre à b'1.sse ternpér'l.ture, entre
2° et 5°C; dans cette dernière condition l'activité 1es mioroorg~ismes
serait réduite au minimum. Le t J.ble!'l.u nO 8 donne les sigles utilisés tout3.U long
de cette étude pour désigner l'éch~tillon sans matière noire, celui organique
séché à basse tempf~r.').ture.. ou à l'air libreo
Table:lu nO 8
Dénomin:ltion des échantillons
1 _1 _1 -~I1 Nature 1 Sans m"J.tière org.'U1i que 1 avec m'1tière org'U1ique 11 1 1 11 1 1- à l' i l' scëhe par Hl!1 1 Iseché 11 ï froid 11 Quart z broyé 1 QQO
-1'QQL
_.0, ___ .---- ----cI1 1 1 1 QQF 1
1 Quartz + Kaolinite- 1
QKO- 1
QKL--Jo .-.--. . __ .° 1
1 1 1 1 QKF t1 Arène grwitique 1 GGO
- 1GGL
- 1.- - . ----°1
1 1 1 tGGF
11 1 - 1- - ·-!------------~I1 Migmatite altéré 1
MMO tMML ! MMF 1
1 Cendres volcaniques 1 1 !,
1 1 CVO - 1 CVL -1 . - CVF - - 11 saines 1 1 1 11 Cendres volc~iques
1 1 1 tt 1 - - ". ~ - - - t - - ...... '1- ·-- .. --~T1 altérées 1 CAO • 1 CAL 1 CAF 122. Couleur
Après un mois de séch~e ie l'ensemble support minpral et matière noire,
les couleurs ont ét é dôt crminées à l'élide du "Munsell soil color chart Sil et
consignées dans le tableau n- 9.Tableau nO 9 Couleurs des échantillons
1 Support t Sans rn.O1
Avec___ °1
1 1 1 m.o 11 1 1 Séchage à l' i - 1 SGchagè par lë----~1 1 1 .J. r 1
1 1 . 1 .. 1 froid .~I1 QQO 1 Blanc pur 1 5 YR 4,5/2 1 5 YR 5/2 11 1 1 1 ---11 QKO Iblano farineux 1 5 YR 5,5/2 r 5 YR 6/2 1r _1 .. r . 1 - .... ~ - - - _·-el1 GGO 17,5 ru 8/0,5 17,5 TIl. 5/2 r 7,5 TIl. 5,5/2 1t - 1 1 .. r - - 11 MMO t 10 R 6/6 12,5 YR 4,5/2 1 2,5 YR 5/2 11 1 .1. _1 - - - 11 ovo 12,5 y 6/4 r 10 'ffi 3/2 r 10 TIl. 3,5/2 11 1 1 1 11- CAO 1ï,5 YR 5/6 1 10 YR 4/3 1 10 YR 4/3,5 -11 1 1 r 1
12
Nous constatons un assombrissement génér1.1 de 13. couleur P'l1' rapport au
support sans mq,tière noire. Cette couleur est st
13
Les potentiels d 'oxydo-réduction ont t end3Xlce à augmenter avec l'addition
de la matière org~ique, tout en restant inférieur à celui de la matière noire
seule. Cette compar~ison reste cepend~t incertaine car lors de ces mesures, les
rapports solide/liquide ne sont p~s les mêmes.
Dans la figure nO 4 qui donne l'allure des courbes, les su pport sont ét é
classés par richesse croissante en bé1,ses totales. Hous const'1tons que les pH
finaux a.ugmentent avec cette richesse en bn.ses tot:J.1es alors que le potentiel
d'oxydo-réduction pqrait suivra l'évolution inverse. Ce phénomène semble en
accord avec l'hypothèse que nous avons émise concernant le rôle probable du
calcium et du magnésium (1, 12).24. Dosage du carbone et azote
Nous avons appliqué les mêmes techniques de closFlge que prGcédemment. Le
t3.ble3.u nO 11 donne les résultats obtenus. Il app:l.r1.it ici que le f3.cteur decorrection 100/77 proposé par la méthode de WaIkley J.nd Black en ce qui concernele c').I'bone total nt est pas nécesS3.ire car les valeurs trouvées correspondent
bien à la quantité_introduite.
Tableau nO 11Carbone et azote (en 0/00)
1 Echantilloft- t
Carbone 1 Azote- t clN - tt t t t t
1 Teneur calculée t 13,34- t
0,33 t 41,0-1
t t t t tt QQF t 13,4°
- t0,37
- 136,2
-1t t t t tt QQL t 13,77
- 10,62 ! 22,2
- tt t t t !t
QKFt 12,72 t 0,36
- t42,0
-- tt t t t tt
QKL- t
14,°5- t
0,58- t
24,2- t
t t ! tt GGF
- t13,70 t 0,35 39,1
- - t1 t 1 t1 GGL - t 13,99
- !0,87 16,1
- - t1 t t 1 1I
MMF ! 13,68 t 0,39 t 35,1 t1 1 1 1t MML 13,46 t 0,56 t 24,°
- tt t t t1
CVF 13,03 1 0,31 t 42-1
1 t t t1
CVL 13,18- 1
0,60 t 28,3- t
t 1 t 11 1 t __ t1 CAF 13,62 t °,38 t 35,8 tt t ! tt CAL 13,03 t 0,51 25,5 - 1t t t
pH e~ Potentiee d'ox::Jào-réducbon.
pH
.,
6
5
2
• ~upp~1:'S4n.&· ,.,.a\ie;' no&.C'e
Q ~l.Ip"01't e;rIOI- Iftah'c,n. nl>\!e. • .r.c:.h' à e'(iir6 Su r\=,Drt Q«G. 'Pl~t,Ù'e 1'IOt~, sich;~r ~ tr~d
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+500
+300
•QQ 106SUPPORTS~
cv.. ..l00
14
Le séchage à l'air produit un enrichissement en azote dans nos expériences;
il n'est pas négligeable puisque l'azote dosé passe du simple au double parfois.
Nous pensons que cela est dû aux activités des microorganismes (1), car le
séchage par le froid ne modifie que très peu la quantité d1azote présent.
La teneur on carbone restant inchcmg6e, on observe 'J.insi une.vêU'iation
très import3.l1te (lu r'J.pport C;N. GGL ayant un c/n rie 16,1 et GGF 39,1, il seraith'1sardeux de conclure que le premier a une m3.tière orgmiquo plus ovoluÉie que
celle du second. L'interprétation du rapport cA~ implique dono~des réserves.
3. Détermination ~ l'ensemble support minér~l - matière noire.
Après avoir vu le mode d 'obt ention de cet ensemble, des déterminations
ont été f'8.Î. t es pour dégager l'influence probable du support minéral sur les
caractèros do cette m'1tière orgMique.
3.1. Etude de la liaison matière noire et support minéral
Cette liaison a ôté appréciée par la quantité de matière organique que
l'on peut extr,\Ïre p3.I' l'e'1u distillée. Les résultats ont été consignés dws le
table:1.u nO j2.
Tableau. nO 12 Matière org:mique-extr"l.ite.par l!elil.u ..--------- ---- ... ~ ~
~ ~~~~~-~- CoT. -~ C.E. -: T.Eo~~i- N"T,,--~-· N"ED---i·--T;r:-~~~--cftr--~~
1 _1 • t~~.---='- t!-----".-"'='~L . - - : - L . - - . - . _- ! - - - - ~ -~ ~ ~ t ~ - _. .: - - ett QQF 113,401 9,41 70,11 0,371 0,22 159,5 142,7 t1 _ l- . _1-.----,.,.. 1--"..".....,-""='"-1._1. _ _ . _. - _~ i ". .: _~ col ~ - ~ . .: . - 0 t1 QQL 1 13, 77 t 8v8 t 63, 9 1 0, 62 1 0, 18 ï 29 , ° 48,9 11 . 1 1-:-.-----:='. 1-:-.---:_~_ 1. . _. 1 - - 1- - _. .: - . - - L - - - .: - --= t1 QKF 1 12,72 1 9,7 1 76,3 t °936 1 0,14 ! 38,9 ! 69?3 t1 . _L . 1---~_ L .1-.-.-~t-~I~ ': __ ~e L-- _. --et1 QKL ! 14,05 9 , 1 1 64 9 8 1 ° ~ 58 1 0, 22 1 37, 9 , 41 , 41 _1 _t----:-.1_ . _. __ 1_.. __ . . __ 1~ _~ _~ _ _-= ! __ . _:. _. _1 .~ _. v !1 GGF 113,701 1°9 3 1 65,21 0,35! 0,17 t 48,6 ! 60,6 !l _1 I----I-~---:--::--L - L - - _- L - - _.:. ~ 1. - . _. . ~1 GGL ! 13,991 10,31 73,6 ! 0~87 t 0,20 t 23,0 t 51,5 1I----1----t----'-:- t-----=-- L __ L . -, - _ _- . - ~ ~ - - - - i1 MMF 1 13,68 t 8,2 1 59,9 ~ 0,39 0,11 1 28,2 ! 74,5 t1 t----I-----".. t---....".- 1 . - I~-·--- l- - - - - - - t - - -, . - -!1 MML t 13,46 î 7,4 t 55,0 t 0,561 0,11 t 19,6 t 67,311 _L 1----1-----1. - _1 - t - - - . .: - - . - 1- - - - ~ - - - t1 CVF 1 13,03 t 27 1 t 15,1 t 0,31 t 0,14 t 45,2 t 15,0 t1 .1 -1----,1----:".1 -L _1 -_1- 11 CVL ! 13,18 1 2,6 1 19~ 7 0,60 t 0708 t 13,3 1 32,5 !1 _t----t---~_I---~_!---~_L. __ !. __ .~ L_. __ ~I1 CAF ! 13,62 t 0~9 1 6,6 1 0~38 ! 0908 ! 21,1 111,31----1----1----1----1·----1-----1----1----11 CAL 1 13,°3 1 1,2 1 9,2 1 ° p51 1 0,06 - ! Î 198' 20,0 - Tt t t 1 !!
NeT., & C.T" = Azote et c1.I'bone tot3UX
NoE. & C"E" ::: Azote el; carbone extrn.its
ToE o = taux d'e:>..-traction du ca.rbone en %cTnE~= t fl,UX d' erlr:tction cl 1 azot e en %
-'(~1~)~B~1:-·e-n-qu-e-n-o-u-s-n-':-a-y-o-n-s-p-a-s-o~b~s-e-rv-,é,....::.:.un-d-:-e~· v-e""'l=-o-p-pement que lconque de co Ioniede bactéries fixatrices d'azote ou d 9 algues dans les él.eu.'C cas.
15
A la lumière de ce t1.blo"J.u, nous notons que le qunrtz broyé finement
semble fixer la matière organique aSsez énergiquement, malgré l'absence de
cations susceptibles de servir de liaison, à p3Tt le silicium. Il en est de
m~me de la Kaolinite pure et de l'9.I'ène granitique.
Remarquons également la solirrité des liaisons chimiques dans. les supports
riches en bases et cations mét"J.lliques tel que le fer (OllDES J.Mo , TOWNS:Etm w.n.,1963).
Le taux d'extrn.ction de l'azote est vl1I'i':l.ble suivn.nt les supports; il
est toujours plus faible d~s les éch~tillons séchés à l'~ir libre.
Le rapport c,/N c'l.e la matière org~ique extr:l.ite p'U' l'e.'1u est égalementvariable. Très élevé d'Uls les supports pauvres en bases, il devient faible dans
le cas acs cendres. Il vCU'ie donc suiv"l.Ilt b. n:l.ture physico-chimique du support
minér~l.
3.2. Etude de l'extraction p-3.l' le pyrophosphate de sodium
Sur ces éch:J.ntillons humifères artificiels, nous avons prooédé à des
extractions do b. mat iGre organique p9.I' l'un des réact ifs basiques '1ctuellemerrt
utilisés, le pyrophosphate de sodium 0,1 M à pH 9,8-10 (!l.LEXJ.\NDROVA L.N., 1960,
Ch. THOMANN, 1963).
3.2.1. Matière humique totale extr!'1.ite
Les résult'J.ts issus des différentes extn.ctions ont été consignés dans
le t:l.bleau nO 13. Les taux d'extraction par l'eau ont étô rappolés !3.UX fins de
comparaison.
Table!3.u nO 13Extr.J.ction au pyrophosph::lte de sodium
r 1 1 1 1 1 r 1 r1 Echan-l' -k - ~ - -kr -1 tillon 1 C.H. i TEc -; N~H. -~ T~-;-' C/1~- i-~T.EèH2àrC/1~~mw~: QQF - ;'--8-,-82--- ~-6-5-,8-~-;-- 0,25 ; 61,6 ';--35~;---7à;1'-;--42;7-~i
~ QQL i 7,94 . i 57,7 -~ 0,22"-~ 35,5 -~ 35!4-'~~-- 63;9'-i--48;9 ~i; QKF-; 9,41 ~ 74,0 -;- 0,22 -;- 61,1 -;-42;0--~;-76,3-~--69;3-~;;'QKL '; 9,11 -; 69,1 -; 0,22 ; 37,9 -; -43!3--~~--(;1!8-;--41;4-~;
1 -1 1 '1 -1 --1 -----1--- ·-·-I----~11 GGF 1 9,12 1 66,6 1 0,20 1 57,1 1 45,6 1 75!2 r 60!6 11 -1 -1 1 -1 --1- - ---~r-- ------1·· - _°11 GGL 1 9,41 r 67,3 1 0,17 1 19,5 1 55,3 1 73,6 1 51,5 1; MM]' --; 7,47 --; 54,6 -:- 0,20 i'-51~3-'-;--37;3--~~--'59;9'~;~-74;5-'i
1- -1 -1 -1 - --1- . '~I- - ---.~,~----- -~I-- ----° 11 MM!. 1 9,12 1 67,8 1 0,21 1 48 ?2 1 34,0 i 55!0 1 67!3 1;'CVF ;- 7,65 i 58 ,7 : 0,20 i 64,5 - .. ~- 38;2-0~---16:1,c;~-;5;O'c;1 en -1 1 -1 '1--' --. -~r---- - ~l-- . ~cI1 _1 7,06 _1 53,6 _1 0,20 _1 33,3 _i. 35,3 _~L __ 19!7_~L_32'~_~1; CAF ; 6,76 ; 49,6 ; 0,20 i 52,6 1 33;8~_-i 6,2 . ;, 11,J--i1 CAL 1 7,65 1 58,7 1 0,22 1 43,1 35,O! 9,2 r 20,0 1
16
Nous remarquona les faits suivants :
le mode de séchage n'influence p~s l~ quantitô do m~tière organique
extr:rlte
la quantité d'azote enr'1.ite est sensiblement la même pour tous les
écha.nt i 110ns 0
le r''1.pport C;N v:œie également autour de b. mêmo vélleuro
avec los supports pauvres en bases, nous extrayons moins de
matière humique Fl.vec le pyrophosph'1.te de sodium qu'avec l'eau
(figure nO 5)0
On '1. rocherché los causes do cette différence en effectuant les expériencos
suivantes 1
Nous avons pris 3 lots de matière noire conten~t chacun 12,10 mg de
carbone 0
série M, témoin
série N, où nous'1.joutons 9 ml d' e1.U distillôe
série P, où nous ajoutons 9 ml de pyrophosphate de sodiumNous agitons et laissons :lU repos pendM.t 24 heureso Après centrifugation,
qui n'a montré '1.ucun précipité, nous dosons le carpone dans 1:1, totq,lité des
solutions et nous obtenons les résult~ts suivants:
- avec la, série M, nous .J,vons utilisé un volume de bichromate de
potassium correspond''Ult à 12,06 mg de cJ.I'boneo
avec la série N, un volume correspondant à 12,18 mg de carbonoo
avec ln. sorie P, nous n'avons pu utilisé qu'un volume de bichromate
de potassium correspondant à 9,40 mg de c"l.!'boneo
Nous observons donc d8ns cette dernière sorie une diminution correspon-
dant théoriquement à 2,70 mg de carbone, soit 22 %en moinso Nous avançons leshypothèses suivantes le pH élevé dû à l'intruduction du pyrophosphate de
sodium aurait provoqué une oxydation d'une partie de la matière noire jusqu'au
stade de gaz cn.rbonique, d'où perte soit par dôgagement soit P'U' carbonéltation
du milieuo Ou bien le pouvoir réducteur de la m'1tière org'11lique 8.ur3.it diminué
(oxydation dûe Q.U pH élevé) d'où réduction du volume de bichromate nécessaire
à l 'oxydationo Il est d'ailleurs fort probable que les 2 phénomènes jouent
en même temps et nous pensons que seul le dosage du c'U'bone par voie soche peut
faire la pa.rt des choseso
En tenant compte de oe faoteur de 22 %cle sous-estimation, le table3.unO 14 nous donne les valeurs corrigéeso
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Tableau nO 14
Vétleur corrigée des matières humiques extraites par le
pyrophosphate de sodiumo
1 Echantillons -1 C.H. 1 C.H o _II -T.Eo % -1 T~E~-%- ,-,~j1 1 1 1 (H20) 1dose corrigé _�------- I-----:;,;~~----::'- I-===----=-_ 1 _1 - - - __ 11 QQF 1 8,82 1 10, 76 1 80, 3 1 70, 1 j1 1-------1------- j.--------1- - - -11 QQL .1 7,94 -1 9,69 - 1 70,4 _1 63,9- .-11 1 1 1---'--........--1 11_'-.....:QKF:;..;;;;;;..----- 1 9'-",.....4...;.,.1---1__1:..:1~,.;;J;4.;;;.8_~-1:--""'-9-0,...,3::----1- . - , 76 t3 '. - v 11 QKL -~I 9,71.1. 11,85 .1- - 84,3 .1- .. 64,8 __ ._~'"'t1 1 1-....;.....;." --1 1 11--=G..::.G::-F---..;;.'1-·---""'9.......;.;12;;;......--1--1;...,;1 ,...;.13---1-'-'._,_8...;.,.1.0..;;2"--__- 1-- - -, ·15,2---- -~~t1_-=G..::.GL.=..... I 9u•..;t4..:,.1_..;;,- 1__1:..:1~!.;J;4.;;;.8_~-1_,_.-;;.;82::.;,L-1:.-__-!. V,6. -, - - - ~ t1 1 1 1 1 11-'_..;;.;MMF';;;;.;;;;.. ..;;.- 1---7.u,i.;J;4~7--I-~9 't..::1:...:,1__- 1-"_--=-66:;..l!!!.:6:......-__- t - - 59,2, - . - - - - 11_---.;;MML=~ . 1 .L9.z..'..:.,;12::.-_, 1__1,;...;1..z.•...;.1=.,.3__- L -- 82,7 - 1 - _. -552°--.-- -~ 11 1 1 lItI-........;;(JV_F~_--,l ....l.z..,6;;,,50:.--_-1_........:9 '''''3...3__1--·...l7"'-'1 ,..;:;.6---- 1. ,16 J 1- - -, - "'-1
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Les nouvelles v'l.leurs du t "l.UX d' extract ion sont supérieures à celles
obtenues avec l'eau, ce qui est plus logique o Elles sont très élevées 'l.vec les
supports pauvres en oations et faibles avec les cendres volcaniqueso
Un problème se pose donc sur la confiance que 190n peut acoorder à la
teneur en matières humiques extraites par le P,yrophosphate de sodium ou ln
soude, lorsque le dosage du carbone se fait par voie humide o Car il est prObable
que cette sous-estimation du carbone se produit également ,,-vec les extr3.its sur
sols naturels. L'import311ce de la perte dépendrait de la nature de la ml],tière
org~ique, du' degré de condensation ou de polymérisation des molécules. Nous
ne pouvons pas proposer un facteur de correotion quelconque, néanmoins dans la
suite cette expérienoe nous donnerons les valeurs dosées et celles corrigées
avec 22 %.3.2.2. Acides humiques et acides fulviques
Les acides humiques ont été séparés à partir cles extr1.its au pyrophosphate
de sodium par la méthode conventionnelle et par acidification à pH 10 Les
résultats sont consir:nés d'1!ls le t3.bleau nr'l 15"
Les acides humiques séparés v3Xient du simple à plus du double suivant
les supports. Dans la méthode tr:1C1itionnclle à pH -0,5, les échantillons
séchés à l' ,qjr semblent donner plus d vacide s humique s que CEl-UX séché s P?.I' le
froid o Le rapport cjN ost toujours inférieur au rapport initial donné par lamatière noire introduiteo
18
Tableau nO 15
Acides humiques
1Echant i lIon i ~~P_H_-_O._,5~ -=-_ i.."...,......---,._,......---=---:--:::-PH_1.,...-~~ _ _.~i1 1 CO /00 t N%o 1 cjN y c%o t N%o 1 cjN !1 -1---...,..1-."----1-----."..1-...,,..... - L .-1~~~11 QQF 1 2,52 1 O~ 16 1 15,8 ! 2 955 t 0,13 1 19?6 11 _1---.....,.,._1 . 1-.-----,..-. 1 _ ! _1~ ~c!1 QQL 12,82 t 0,18 1 15,7 12,40 10,13 118,4 t1 1,----1. 1----. L - 1 - L . - . : - - - .~ t1 QKF 1 2,67 1 0,15 ! 17,·8 1 1,95 ! 0,08 1 24,4 t1 _1---...,.,1 l--:----~_l~~~ 1-=- - 1- - - ~ .. - 0,:>11 QKL 1 3, 71 1 0, 18 l 20, 6 ! 1, 80 t °~ 09 1 20 , ° t1 .1----.1 _1-----:-.L 1.."...-.,.,..... --:-----=-_1_ . ~ __ ._ot1 GGF 1 3,12 1 0,15 1 20,8 1 2,70 ! 0,12 1 22,5 i1 1 __ L 1 ---1 _ !, - _ Î ' - - ="- t1 GGL 12,97 1 0,16 1 18.,5 t 3,75 1 0~15 125,0 t1 _l,---~.! . l-~---t ."1 . _L _. ~ -_ -_'0'11 MlIJF 13,71 1 0,18 20,6 ! 3,00 t 0,11 127,3 tI------!---~.L 1-~--_.".. ! . 1 -1 - -~ 11 MML 1 3,86 1 0,19 1 20,3 1 3,30 1 0~11 ! 30,00 11------1---- t 1----_."._1 .. 1 1.- =-11 CVF 12,67 1 °9 13 t 20,5 13,00 10,14 ! 21,4 ~1-----1----.L _ .1-.-----"..1 _l 1 __ . _ci1 en 1 2,82 1 0,13 l 21?7 1 3,68 1 °116 22!15"11 . 1----1. ._ 1 _1 __ .1. '0'1. -..:.-.,..."._"""_-:0-_ t1 CAF 11,63 1 0,19 1 8,6 t 1?80 Y 0,08 12??5 !1------1---.....,.,..1 . \------1 " 1-----:-.L _. -_ !1 CAL 11,93 1 0,18 1 10~7 1 2~70 ! 0,12 122,5 i1------1----1 1----:..---1--- }- tIMatière noi-l 1 !! !!Ire intro- 1 2,66 ! 0,11 24,2 1\147 0,16· 9,2 ---11duite 1 i
Le contrlJ.ire sc présente avec b. méthode ,le séparation à pH 10 La sépara,-
tion à pH - 0,5 semble donne~ donc des acides humiques~plus riches en azoteo
3e2.3. Rapport entre les différentes fractions humiques
3.2 0 3.10 Rapport acides humiques sur acijes fulviques
Ce rapport est le plus communément utilisé pour caractériser l'état de la
matière org'l1lique d'un sol .. Le t'J.bleau na 16 donne les valeurs obtenues aussi
bien à partir des dosagos que des valeurs corrigées des m'1tières humiqueso Nous
donnons ici les résultats obtenus avec les 2 valeurs de pH de séparationo Ce
tableau est complét é p8.I' la figure na 60
RAPPO~T
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A~..~."
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b;t" \'bre.
~\i Librl!.
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'-RfF' .·;lo .
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19
Tableau nO 16
Acides hwniques et fulvicrn.es
1 1 ~ !IEchantillonl Sép..3Iation à pH - 0,5 1 SéparatioH et pH1 11 1 �,----------------�1 1 I!.H _1 AF -tAH/AF-1 AF -IAH/AF'-'llli-· 1 AF .-tAH/AF~LAJj'-:.-t~1UI1lŒ' 1lIt 1 Icorr:gêt 1 1 1 tcorr:JgéJ1. - 1 . t 1 . 1 _I~L .' __ 1- .'" _L' _L - _~ _c L ~ - -~ t1 QQF 1 2,52 1 6,30 1 °,4° 1 8,24 1 0,301 2,55 1 6,27 1 0,41 1 8,21 1 0,31 tl ,. t _1 _t . 1. . 1-----=-1-. __ 1_ _1 _~ _ , e 1- __ -- _0 1- . _o. __ 0 11 QQL 1 2,82 1 5,12 1 0,55 16,74 1 0 ,421 2,40 t 5,54 10,43 t 7,211 0,33 t1 l, _1 1. _1 -I~L . - . - 1 . _ 1- -' . __ 1- - ~ ~. - c 1 ~ - - ~ . - - ~ 11 QKF 12,67 1 6,74 1°,4° 18,81 10,301 1,95 1 7,46 10,26 110,531 0,14 11 .1 -1-...1 1 _I~I___ ~I ~I-_~ .~I--_~-~I~---:--~ol1 QKL 1 3, 71 1 6 , 00 1 0,62 1 8, 14 1 0, 46 1 1,80 1 7,91 1 0, 23 1 10, 05 1 0, 18 11 -1 - 1 . 1 _1 .I~ 1 - 1 - 1 .~ 1- - - ~ - - t. - -' _. - ~ 11 GGF 13,12 1 6,00 10,52 18,21 10,381 2,70 1 7,42 10,36 1 8,631 0,31 11 - 1 - 1. l ' 1 . 1----::-1 - 1 . . 1- , . 1. -, . - - t - - . - ~ -~ - ~ 11 GGL 12,97 1 6,44 10,46 18,51 1 0 ,351 3,75 1 5,66 1 0 ,66 1 7,731 0,49 11 .1 .1 .1 ,1 .1--._1 .1 _1 __ ' .. _I.~-ct .• -.~--."t1 MMF 1 3,71 1 3,76 1 0,99 1 5,40 1 0,691 3,00 1 4,47 1 0,67 1 5,641 0,53 11 1.l ' .Il I-----=-I . . _1 - 1- : - - 1- : -c 1-' - -' - .~ t1 MML 12,86 1 6,78 10,42 18,27 1 0 ,341 3,30 1 5,82 1 0!57! 7,82! 0,42 11 _1 . 1 _1 _1 _1----=-1 . 1. - 1- - "1-,' - - ~ 1- .. - - - ' .. ~ t1 CVF 1 2,67 1 4,98 1 0,54 16,66 1 0 ,40 1 3,00 1 4,65 1 0,65 1 6,331 0,47 1l ' _1 " 1 1 . 1 I~1 . 1. - 1 - _1- .' - ~ - • 1-. - . " . - _c 11 CVL 1 2,82 1 4,24 1 0,67 1 6,19 1 0,461 3,60 1 3,46 1 1,04 1 5,011 0,72 t1 .1 .1 1 .1 .1--_1 -1 1 -I---~-_L_-·-.~I1 CAF 11,63 1 5,13 10,32 16,62 10,251 1,80 1 4,96 1 0 ,36 1 6,451 0,28 11 .1 --1- _1 .1- .1-'-._1, .1- ~I-_' ._L __ :_~L __ .: __ ~~I1 CAL 11,93 1 5,72 10,34 17,40 10,261 2,70 1 4,95 1 0,55 1 6,631 0,41 11 1 1 1 1 1-1 1 1 1 1 1IMatière noil 2,66 1 10,68 1 0,25 1 1" 1 1,47 111,87 1 0 ,12-1 -1 '-1Ire introduite 1 1 1 1 1 1 1 1 l ,
Les variations du rapport acide humique sur acide fulvique suivant la nature
du support sont très importantes malgré la nature identique de la matière organi-
que introduite. L'influence de la nature du séchage ne semble pas significative.
Les valeurs restent cependant très supérieures à celles de la matière org11lique
introduite.
3.2.3.2. Rapport acide humique sur carbone total hwnifié
La variation du rapport précedemment étudié ne nous permet pas de penser
que la même matière organique a été introduite. Il dépend énormément des
réactions chimiques entre le support minéral et la matière organique.
Nous avons essayé d'introduire 10 rapport acide humique sur c:u-bone total
qui nous semble plus oxpressif. Les valeurs obtenues sont consignôes dans le
tableau nO 17 et l'allure des courbes représentée sur la figure nO 70
.~.' " '." >
.....'.'~;
l'.' R f 'tc:\ppOp.~ t>hle~!' A"~e. \e~ Aql>~~hû!1(~~ES .sÉr~r:a.is ÀpH - 0,5
..~,
._~ _ _ ARII\'F (~":'l".
20
Nous remarquons que le r~pport subit une v3Xiation nettement plus faible
suivant les supports, toutes les V'3.1eurs sont voisines cle celle de la matière
organique introduite sauf avec les cendres volc'lIliques altérées qui ont une
nature chimique bien différente des autres .. Nous verrons ce problème dans l'étude
de 1'3. fraction humine ..
Pour une matière orgAnique donnée et avec des m'3.tériaux originels semblables,
sous un climat donné, le rapport ::lcides humiques sur carbone totalhumifié 'Peut
6tre considéré comme oonstant ..
Table3.u nO 17
Rapport acide humique sur carbone total
1 -1 -1 ~1 ~Ot1 Echantillon 1 CoT .. %0 1 A"H" %0 ~I AoH /C~~~ __ ~l1 1-------1-------1 tI--..;;:;QQF..=..---- t 13dO - 1 2,52 - 1__~0,~1~9_.-----~11 QQL 1 13,77 .1 2,82 -1 0;..,;,,;,=20;;...-_._--_~t1 1 II!1 QKF 1 12,72 1 2,67 -1 0,21----'-'1
t Q!CL-_I 14.05 .1 3,71 .1 0,26 .. _-!1 1 1 1 1t GGF 1 13,70 -1 3,12 -1 O,23- y1 GGL _.1- 13,99 _1 2,97 _1 0,21. -~l1 1 1 1 1t MMF -1 13,68 --1- - 3,11 --1--- 0,21- -~t
1 MML .1 13,46.1 2,86 __ .L O!21--.-~t1 1 1 1 1! CVF- -1 13,03 -1- 2,67 -1- 0,20 --~t
1 CVL 1 13,18 .1. .2,82 _1._ Ot2:1.-.-~t1 1 lit1 CAF 1 13,62 -1· 1,63 -1- O,12----~1
1 CAL 1 13,03 1 1,93 1 0,15 t1 1 1 1 11 Mat i ère 1 lit1 noire 1 13,34 ! 2,66 1 0,20- . -y1 1 1 1
Prenons l!égalité suiv::mte_:
AH AH tCTH ::s AH + AF + HU = C
où le carbone total humifié (CTH) représente le carbone total débarrassé des débris
organiques non décomposés, m~is renfermant la lignine ou la lignine incomplète-
ment transformée dans la fr~ction humine o Ce n'est pas le cas dans notre expérience8
( 1) AH ::s taux d'acides humiques, AF : taux d'acides fulviques
HU = humine, non extractible aU pyrophosphate de sodium
CTH = Carbone tot'3.1 humifié ..
21
L'inverse de cette égalité pour AH différent de, zéro donna:
arRAH =
.AH+.li.F+HUAH = 1 +
AFAH
+.Jill- =MI
d'où !L- +.AH
HUAH
= constant
Nous pouvons déduire que b. somme AF + ffiJ est const 'lIlte p si les acides
fulviques diminuent, l'humine augmente et inversement, et les acides humiques
représenterait en quelque sorte un stade intermôdi~ire, une forme de relai entre
les deux premières fractions suivant l'hypothèse Gmise par Ba DABIN (1971) :
selon cet 3.uteur, l'humine est sensible à la dégradation et que sa diminution
amène une .augmentation des acides fulviques, alors que les acides humiques varient
dans de moindres proportions. Dans le cas de nos expériences, suivmttln, nature
du support, les acides fulviques se formeraient au dopens de l 'humine/inversement 8
La figure nO 8 montre l"l. const31lce du r'lpport AH/arR et la va.riabilité
des rapports AF/arH, ffiJ/arR et MI/AF.3.3. Humine
L'humine est la matière orgwique non soluble ~hns les réactifs b'lsiques
sans un tra!tement préalable (PERRAUD A., 1971). Les différents résultl.ts que
nous venons d'obtenir montrent qu'il reste c1e la matière orgMique après les
extractions par le pyrophosphate de sodium. Par définition donc c'est de l'humine.
Le tableau nO 18 donne les différentes v
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. ',", .
i' ;
"QuAnb~é:' c,umuete, de.~ d.ifférerl.teEl~r~ttlo;'~.de t.Arbone. "enlondion ôu ~UppJrt
Fiq. n! 8
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22
Nous remarquons b. variation de 13. qu mtité d~humine suiv3Xlt la nature
du support minéral" Les rapports oiN sont bas, notamment pour les éch,9,Jltil1onsséchés à l'air o
Dans la. nature, l 'humine est représentée par la lignine intacte ou plus ou
moins transformée (Ao PERR~UD, 1971); par les corps miorobiens, les protéines,les matièros org'Jniques libres fortemen'~ polymérisées 7 les matières humiques
fortement liées aux oxydes, hydroxydes et n.ux argilefla
Dans les conditions de notre expérienoe? Phumine n'est représentée que par
des complexes org-mo-métalliques très stables? p'lI' la matière orgmique forte-
ment liée ~ux argiles o Signalons à cet effet que les complexes avec le silicium
sont stables, puisque dans le cas du support constitué par du quar-!iz broyé,
nous avons une quantité drhumine non négligeable. Il nVest pas question ici de
matière org-1!lique fortement polymérisée ou très condenséen
4. Etude par Panalyse thel'mique différentielleLes matériaux supports et les échmtillons org,uliques ont été analysés
thermiquement pour étudier Pinfluence de la. matière organique, la Er':;nbilité des
complexes. Les expériences ont été menées en atmosphère norm'3.1e et sur
l'éch3.Iltillon entier sans prétraitement a La figure nO 9 montre les différentes
courbes obtenues ..
Nous remarquons dans les échantillons ayant reçu 1'3. matière noire ~
- un ét alement du pic endot hermique de clép'1rt. d ~ eauo
l'apparition d'un pic exothermique de fa.ible intensité vers 278 0 0
qui traduirait J.gexistence :::l'un complexe acide fulvique-fer ferrique
(To DUPUIS, 1970)~l'apparition presque généralisée d'un pic exothermique plus ou moins
intense vers 375 0 - 380 0 0, indiquant la présence d"un cc!>mplexe
ferro-org'1!liquen Dans le cas des cendres~ on note un pic exothermique
à 340 0 - 360°0 suivi d'un épaulement net à 380°0, il Y aurait ici
exist ence à 1'3. fois de complexe alumino-organique e"li ferro-organique ~
le premier ét ant thermiquement moins st able s'oxyde d 1 abord
(To DUPUIS, 1970)~
La formation de ceB complexes est tout à f"1.it possible étaht donné la
valeur des pH supérieure à 3,4 et même à 5 avec les üendresn
. ;: ':'.'.
"':;'
COURBES A. "T: D.
CAo
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Gl!iL
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23
Conolusion sur la partie II
Le taux d'extraotion de la matière org'3.nique p'1r le pyrophosphate de
sodium dépend de 13 nature physioo-ohimique du support minéralo Il en est de
même du rapport clN des extraits, 10 r3Pport ne semble donc pas refléter unique-ment l'état d'évolution de la m3.tière org-mique, d'lns un sol il traduirt1it un
état de l' ensomble support minéral et ml1tière organique.
Le rapport des aoides fulviques sur les acides humiques ne semble P3.S
définir le o':\I':l.otère propre de 111 matière organique d'un sol, puisque pour une
matière noire donnée, il varie suivant le support minéralo
Nous nous sommes aperçus que o'est le rapport des aoides humiques sur le
oarbone total humifié qui oaraotériserait le mieux la matière org:mique d'un
sol ou d'un horizon.
24
Ille Etude sur les moclifioations subiés par la. matière noire aU oont'lct des
supports et lors des extractions : spectre UV
Cette étude a été menée en vue des objoctifs suivants :
modifioation éventuelle subie par la matière orgqnique lors de
son extraction par différents réactifs.
comparaison de notre modèle avec des extr'lits org3niques à
partir d'un sol,o
les spectres ont été effectués en continu entre les longueurs d'onde de 2000 A•
à 3200 lu D'autre part toutes les solutions ont été .ramenées à la m~me concen-
tr"1tion en c
25
Le séchage à l'air augmente toujours l'absorption.
La soude semble provoquer la transformation la plus poussée puisque
l'absorption y est la plus faible, probablement par oxydatj on ..
Le comport ement de l t écha.nt ilIon naturel IVR 31 est ident ique à ceux. de
nos modèles, ce qui nous autorise à confirmer nos diffarentes constatations au
cours de cette expérience ..
De cett e étude spectrographique, nous pouvons dire d'une p'U'i; que la
trmsformation subie par la matière organique au contact du support minéral est
importante et dépend de la nature du support 9 la réaction chimique est aussi
importante que celle biologique ..
D'autre part l'extraction par les réactifs basiques provoque également
des modifications des moléoules organiques~ p~ simplification ou par condensation~
Ainsi la matière humique qu'on extrait ne reflète que de très loin la forme
qu'elle avait initialement dans le s61~ Vouloir étudier l'humus à partir des
extraits basiques nous semblent effeotivement trav-:dller loin de h réalité?
comme il a été reconnu p'1.I' de nombreux auteurso 1!alheureusement la technique
actuelle, mis à part les tent':l.tives avec les ultrar-sons, ne nous permet pas
d'utiliser d'autres méthodes de sépar3.tion .. Il serait donc souhait1.ble d'~dopter
le même réactif ou le ml3me protocole de fr·').ctionnement pour que les résultats
puissent êt:re comparableso En effet la figure 10 E nous montre P3.I' exemple que.
l'éch3Xltillon IVR 31 est moyennement absorbant avec le pyrophosphate de sodium 9
le plus absorb"U'lt avec la soude et le moins avec l'ammoniaque ..
En résumé, la matière noire semble subir une tr3Xlsformation 'lU contact du
support minéral, transformation qui dépend de ce support .. En outre~ elle subit
également des modifications lors des extractions par les réactifs basiques"
; ~ ~;. ~ .... :- .'. Jo - -••co '. < _.-~. , """.'
~_.-.-.-
8S·.1fSOI4e:te. .'. .~
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go 1;.,--;'--+i-I--+~tt-+-ff.-"')1
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10J)- AMNO~IAo.UE o •
TRAN7t:ydl.e
....-.+- M iatiire O'~Cl.iii
26
CONCLUSION GENERALE
La matière noire que nous avons utilisée d3ns ces différent0s expériencos
est loin d'être identifiable à celle du solo Cependant les résuHiats obtenü.s
conduisent à des constatat:i.ons intéressantes quant à l'!i.nfluence du support
minéral du sol sur la matière organiqueo En effet dqns les mêmes conditions
d'expérience;: le oarbone extàâ~tiP~' le pyrophosphs.te de sodium varie d fun
m3.tériau à l'9.utre et montre / l'import'IDce des li'1isons matière minûrale - matière
organique v l~importnnoe du complexe minéral sur l'évolutian chimiçue et bio-
ohimique des matière organiques 7 et enfin soulève le problème mIT la signification
du taux d'extraction dVhumus ou du taux d'humification pour oert':l.ins auteurs"
Le rapport CftI traduit, oomme il est admis v l !6tat d'évolution de la matière
organique d'un sol, m9.is il traduirait surtout l'état de Pensemblo support
minéral et matière organiqueo Un rapport C;TI" élevé ne signifierait pas forcement
une matière organique peu évoluée? mais une matière org9.llique peu liée à la partie
minérale" Un rappor"c C;TI" élevé pourrait également tr'lduire une prédominanoe
d'aoides fulviques dons lesquels l'azote se trouve essentiellement sous forme
échangeable, et facilement perdu au cours des traitementSn
Le rapport des acides fulviques sur les aoides humiques est également admis
pour traduire l'état d'évolution d'une matière organique 7 mais comme pour le
rapport C,M, il dépend de l'état de cohésion entre le support minér::ü et la
matière organique, de l'état de cot ensemble, de la solidité des liaisons entre
la matière organique et la partie minérs.le o Suivant la nature physio~chi~ique
du support d'ailleurs, il semble y avoir une tendance à la formation so:i.:t~dfaoides
fulviques soit d ~humine" Pour comparer deux sols formés sur cleux ma;téri;,~;1.1X
originels différents, le rapp'ort des acides ~pm~es sur le oro'bone total
humifié serait pl~s appropria. les aoides humiques é~ant sép~és à partir des
extraits au pyrophosphate de sodium 0, Î M à pH 9 980 JJ'utilis3.iion du rapport C;TI"
ou du rapport AF/AH semble 'aléatoire~
L'humine n'est pas oblig~toirement représentée par des composés organiques
fortement polymérisés. Pour oerts.inos de ses fr.:1.ctions~ il y a plutôt une forte
liaison entre la matière org'lllique e"l; la partie minérale; elle pourrait fort
bien cont enir de petit es molécules ou des acides fulvlques fort ement liés .aux
sesquioxYdes ou aux argiles, ou môme séquestrés p3r oos mêmes é~émentso L'humine
semble se former au dépens des aojdes fulviques~ les acides humiques servant
de forme do tr'3Ilsition entre ces deux fractions o.e lA. matière organique,>
27
Nous avons montré que la matière organique subit d'import1.Ote modification
lors des extractions par les réactifs basiques et la composition ou la forme
qu'elle présente ainsi est loin de ressembler à celle qu'elle avait initialement
dans le so1.. Compte tenu de co résultat, il est souhaita.ble d'adopter les m~mes,traitements pour quo les résultats obtenus puissent être comparables.
La plupart de ces observations ne sont pas nquveUes, mais les conditions
bien précises de nos expériences nous ont permis d'apporter de nouvelles preuves
et des confirmations à des hypothèses déjà avancées et partiellement vérifiéeso
Elles nous ont en outre amenés à const:1ter que, toutes choses égales par
ailleurs, la nature physico-chimique du matériau originel a une importante
réelle sur l'évolution de la matière organique des sols et sur les détermina~ions
que nous sommes appelés à effectuer sur cette matière organique.
28
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Doc. ronéota ORSTOM., Dakar, 17 p.
Centre O.R.S.T.O.r.T.TANANARIVE
Section de PEDOLOGIE
PROTOCOLE DE FRACTIONNEMTh1T Er D'ErUDE
DE LA MATIERE ORGAIHQUE DES SOLS
HYDROMORPHES DE MADAGASCAR.
-----
A.C. RATSIMBAZAFY
ON F'RACTIONATIONWD STUDY PROCESS OF
ORGANIC MATTER IN HYDROMORPHIC SOILS OF MADAGASCAR
AoCo RATSIMB~ZAFY
Section de Pédologie
OoR.S.T.OoMo-TANANARIVE
SUMMARY
A method of fractionation and study of organic matter in hydromorphic
soi18 of Madagascar was carried out to compare these soils between themselve8
and to follow their evolution during different seasons.
Acid and more and more basic reagent s are used and the reactions with
them are renewed just until solutions bGcome colorless. The application of
this method to two types of hydromorphic horizons has shown that time of
submersion influences decomposition and polymerisation of organic matter.
The amount of cations influences also the mobility of humic acids in
electrophoresi8 test 0 It was shown that sorne fraction of humine i8 not at aIl
very polymerised and contains fulvic acids o
PROTOCOLE DE FR!i.CTIONNEMENT Er D'EI'UDE
DE LA MATIERE ORG,~NIQUE DES SOLS HYDRŒSORPHES DE MADAGA'3CAR
A.C o RATSnm.II.ZAFY
Section de Pédologie*OoRoSoT .OoMo-TAN l\NARIVE
SOMMAIRE
Une méthode de frJ.ctionnement et d'étude de la matière organique a été
adoptée, dans le cadre de notre travail sur les sols hydromorphes de Ma:iagascar,
pour permettre non seulement de suivre l'évolution de la matière organique au
cours de l'année mais également de comparer deux ou plusieurs solso Des extractions
successives avec des réactifs acide et basique à pH de plus en plus élevé ont été
utilisés.
L'application à deux types de sols a montré ~~e la durée de l'engorgement
influe sur l'accumulation de la matière organique, sur sa décomposition et sa
polymérisation. Dans certaine fraction de l'humine, la matière humique n'est pas
obligatoirement très condensée ou fortement polymérisée. La richesse en sesquioxydes
et l'état d'évolution du matériau origir.el influent sur la mobilité des acides
humiques testés par l'électrophorèse sur papier.
* Travail effectué dans les laboratoires de Pédologie de la Faculté des Scienoesde Poitiers, avec la oollaboration techniq!le de Mlle wr..rp • J\BRIOUX et M. GJ\R!\IS.
PROTOCOL.11: DE FRACI'IONNEMENT Jill' D'J1TUDE
DE LA M'iTIERE ORG~lNIQUE DES SOLS HYDROMORPHES DE MADAGASCAR
*A. C. R,\TSIMBAZAFY
La matière organique a été mise à un niveau très élevé dans la classification
des sols hydromorphes, car elle est, avec l'eau, un des facteurs essentiels de
l'évolution de ces sols.
Dans le cadre de notre tr3.vail sur les sols hydromorphes de Hadagascar, il
nous a paru donc nécessaire d' adopt er une méthode d' ét ude de ce fact eur.
En condition hydromorphe, et sous climat tempéré, JAMBU P. (1968) a const~té
un ralentissement de la minéralisation et une diminution de la polymérisation. Les
acides humiques mobiles seraient toujours corrélativ'ai~'ent plus abondants que les
acides humiques immobiles. Suivant l'intensité de l'hydromorphie, la durée de
l'engorgement, nous devrions donc rencontrer des composés organiques plus ou moins
polymérisés.
La méthode de fractionnement que nous allons adopter devra nous permettre de
séparer des composés de deux ou plusieurs sols comparables entre eux. Elle devra
également permettre de suivre l'évolution de la matière organique au cours de
l'année. D'autre part, afin de réduire les phénomènes de néoformation d'acides
humiques ou fulviques, elle devra éviter de mettre les fractions libres et peu
polymérisées en contact avec les réactifs alcalins lors ~es extractions, celles-là
étant les plus sensibles à la polymérisation oxydative.
Ce travail comprend deux parties :
- mise au point je la méthode ;
- application sur deux types de sols hydromorphes.
* 'Ce travail a été effectué sous la direction de M. le Professeur J" 0 DUPUIS dansson laboratoire de Pédologie à la Faculté des Sciences de Poitiers. Nous prionsM. le Professeur de trouver ici la manifestation de notre remerciement.Nous tenons également à remercier Mme To DUPUIS et l1. Po JI\MBU qui n'ont pasménagé leurs conseils, leurs suggestions et leur collabotation. Nos remerciementssincères vont à toute l'équipe du laboratOire, notamment à Mlle M.F. ABRIOUX età M. GARAIS,pour leur collaboration technique et pour leur accueil très syrlPa-thique.
2
I. lVIISE I\.U POINT DE LA Ïi'lErHODE
Après avoir examiné quolques techniques actuellement proposées (J\CQTnN F.
et coll. 1970, DUCH~UFOUR Ph. et coll. 1966, TIURIN IoVo 1951, JAMBp Po et collo
1969, DABIN B. et coll. 1970), nOus avons retenu deux combinaisons:
- en ce qui concerne les fractions humifiées extractibles par les réactifs
acides et alcalins sans attaque préalable, nous comparerons celle de B. DiBIN (1971)
et celle de l'équipe de Ph o DUCHâUFOUR (1966) complétée par la séparation densimé-
trique des matières légères (MONNIER G. et coll. 1962)0
- pour le fractionnement de l 'humine , nous reprendrons celle utilisée par
Ao PERRAUD avec une légère modification. (PERR~UD A., NGUYEN KHA, JAC~ITN Fo 1971
PERR~UD A. 1971).Le carbone a été dosé par voie sèche et un test de comportement à l'électro-
phorèse sur papier a été fait sur les acides humiques séparés des différentes
fractions obtenues pour essayer de vérifier si nous extrayons bien des molécules
de plus en plus immobi les au fur et à mesure du fract ionnement •
1. Comparaison des 2 techniques
1010 Choix de l'éohantillonNous avons travaillé sur un échant ilIon provenant de l'horizon humif'ère
d'un sol hydromorphe peu humifère à gley, donommé I\Œ 61, prélevé dans la vallée
de l'Ivoloina sur la côte Est de Madagascar. Ce sol est engorgé presqu'en
permanenoe. Il renferme 20,20 0/00 de carbone total, 2,17 0/00 d'azote et un
rapport cfi" de 9,3, le pH dans l'eau étant de 4,901.2. Prot ocole
Nous avons été amenés à opérer sur des échantillons broyés à 2 mm pour
réoupérer d'une part le plus possible de matière organique fraîche par flottation
et pour diminuer d'autre part les surfaces de contact entre ces particules et les
réactifs d'extraction. Les modes de fractionnement suivis sont représentés sur le
schéma nO 10
En ce qui'concerne le traitement préalable pour libérer les matières humi-
fiées fortement liées aux sesquioxydes dans la partie "h\Ulline", nous avons préféré
l'aoide ohlorhydrique IN à la place du dithionite de sodium à 1,5 %utilisé parAo PERR/'.UD. En effet les sesquioxydes rencontrés dans nos sols sont représentés
non seulement par le fer mais également par l'aluminium, le titane, le manganèse.oo
D'autre part, après le traitement par le dithionite de SOdium, lorsqu'on veut
précitor les acides humiques, il se formerait du soufre colloidal qui précipite
avec les premiers mais ne se disperse pas complètement dans la soude.
~- .,. ....,.;... '.
~(HEMA DE ~RACTIONNE.NEN\ DE LA MAT/ERE ORGRNIG.UE"
Dab\rt - Per'raud DuchouioUR - Perroud
f1Clti(l.'~ Of§QCliC\UCSol~raic.he' ..
ac.ùhs tUI\lI'qUU +---- H!lpo",
_ ac,..iele:s ~l.Il"'iques
Qe~e..s. hu rniql4cs
----+ Qc.lAefo~""\vi '\ ~t:~C\c.i dcl!. hu",,' 'lue~
!Hilarr4e PN1mr:o\orme .a~ooL eH,y\i6\1le
~en<é ..f,a _ Matleru or~QniClue.sl ira\~et. et I~~~~p,,01 No Il 0,11'''. pM 1 _ ac.ic::le. fL4I .. ,qt.le:l
jQc.id~~ n""m i '1~C.lpc", polv ",éris é.~
P,., No, 1"' p9 g"!lidO,,", D,HI
lchanh\lon brayé â 2 mrnSéc.hé à 80~ c
"l.lO.W< A,I.
p•••"', 0'j - pH '.'
NaOH O,.(ti
-(lei de, ~)"Iqlle$ .4c.idc!o hu,"i~",es
A~du ful,,''iUe.5Clcitle, h"""'qucfo
Q}h,que li chaud. Hel.. ..fN
~u,~
l l\\l.l"'US Lié aux - Na OH O,iN /'IaO\i 0,4 N,e.'b 9..u Ox ~ des
attaque cl chc:uul 14 ce A~+HFJ""plAIS
1 lkuml.l~ üi .::!UIe +-- NQOH 0,11'1 \'IIt'ilOH 0,1 Na(~ilc6
j l1'1 a he.\- e or~~l'\i9ue. non..
tL,c; trCL c.\-i b te...
- Humus:; lié aU)r~50quiox 'J des.
~ HLlmuç lié
I:h41< ar~i1~
3
Enfin le traitement par l'acide chlorhydrique ne semble pas modifier la
mobilité (1) des acides humiques alors que le dithionite parait les rendre plus
mobiles dans le test de comportement à l'électrophorèse sur papier (fig. n01)
suivant la technique utilisée par DUPUIS Jo (1967). En effet? bien que les valeurs
de Q soient assez proches les unes des autres, la figure nO 1 montre une nette
différence entre les électrophorégrarnmes 2A et 2B, ce dernier manifestant un pic
très apparent relatif aux molécules très mobiles.
1.3. Résultats
Les chiffres obtenus, consignés dans le tableau nO 1 appellent les remarques
suivantes
- les 2 méthodes donnent la mÊ3me quantit é de matières humiques extractibleso
La présenoe de mat ières organiques fraîches et peu broyées ne semblent pas modifier
le taux d'extraction dans la méthode de B. Dt\BIN.
- la première méthode semble donner un peu plus d'acides humiques. Ceci est
probablement dû à ce que les acides fulviques peu libres et non extractibles par
l'acide phosphorique ont été mis en contact immédia.tement avec le P.'JTophosphate de
sodium à pH 9,8, ce qui aurait provoqué une néoformation d'acides humiques. L'inter-
calation du pyrophosphate de sodium à pH 7 serait donc nécessaire dms la méthode
finale adoptée.
Tableau nO 1. Fra.ctionnement de la matière orga..-üque sur T'lIB. 61résultat s en pourcent par rapport aU carbone total.
1 1 ~ t1 Méthode DABIN-PERriA.UD 1 Méthode DUCH!l.UFOUR-PEFJ1'iUD t~-R-éa.c-t-i-f--:-~-C-ar-b-o-n-e-'::-~-AF--"""':""~-1lli-""'-'="'~AF-I-AH-~--R-e-'a-c-t-i-f--=--'="'!-C-ar-b-o""'n~~ ':""i..,..,-A-F-:::-::'"--:-~..,...-œ---"'--=--'="'~AF~/"'-::Lffi:"::"- ~
! ISurnageant 1 1 1 IBromoforme 1 1 11 1 ° ,6o 1 II! l , 1 1 1I H3P04 lExtrait II! IAlcoolEthyl1 16,24_i ' -1- --1! 1 10,50 ~ 10,5° 1 1 Il! t!1 1 1 1---1--1------1----1---1---1'--1
Il _ Il Il Il _ l' 'j'P207Na4!. 1 1 1 1
. 20,00' 1 17,90-! 21 10-!' 8,55 tIl! t 1 1 pH 1° lIt 1 1---- ---- ---,--If P20f a4 1 1 1 1 - IP207Na4 - 1 __ 1 ! _1' --!1
pH 10 1126 ,70 1113,75 1 12,95 1 1,061 H 10 t 14,00! 5,25 1 8,75 t 0,601,----,----t 1 1 P ---:-1 ._ L _ 1 _1. __ t
1 NaOH 0.1 NI 8,00 1 3,80 1 4,201 0,90tNaOH 0,1 N 1 1°9 70 1 5p90! 4,70 1 1.2511 1 Il! 1 1 1 lit1 NaOH 0 t 1 Nt 2,15 1 1 1 lNaOH °9. 1 N - 1 2 90- 1 - ! . -! - -"- - tt awès HOL 1 II! laprès HCL 1 ' 1 l1 1 1 l '--1 . ! -:1---,-_1_L --11 NaCH 0 t 1~,..J., 4 35 1 1 l' tNaOH 0, 1 N J. 4 20 1 • l ,,après HOL+!!1: ' 1 1 1 taprès HCL+HFj , 1---; I--it l 1 1 1 1 1 l '--t- t ~--l
Tota 52 30 .' 28 05 11 15' Total . 51.80 ,: 29.05 '. 15,55 1 1, Extrait 1 Pl" l '1 1 Extrait '.'
(1) Nous admettons que les acides humiques sont très peu mo'biles quand ils nedépassent pas le tiers du déplacement total sur le diagramme. Nous verronsultérieurement la signification des rapports Q et R portés sur la figure nO 1 Il
,';.'
ELE CTROPHOREGR~M ME~Ac bON de~ o~tQ9ue~
Hel ~N - SaOIfN.A" A,SY. - Hct+ HFSur les" molé~uLe" o't'~ôn'\"u&'Et
~
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i- 1
A.tU· A....t.
q : 0,90R. .. 0.41
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sépAré!) de. l·e.~trAa P,.o,II'l... l*t ~.è@ ~ e:> -t...-ité: \=tAC" 6,-0,,"""'2. '& A,'jjo@ ~ @ trA; ~i f'tIoY' Hc.L HI +HF AI'I
h"'m,,\~ .. !t i1ftmo'bi\...
@ : A.H.Hel .ANHel~" +w~ "n
A.Ji.t. 1 ~(,idc.!t
Q) tf'A'~i p4r@ lC'aiti p."r
4
=
...
Q
R
En ce qui concerne les 2 fractions de l'humine solubilisables, nous
extrayons les m~mes quantités respectives.
Enfin la séparation dc& fractions légères par le mélange bromoforme -
éthanol présente l'inconvénient d'extraire partiellement les bitumes et les acides
hymato-mélaniques non négligeables dans les sols hydromorphes (DUPUIS T. et 0011.
1970, JAMBU P. et coll. 1971). La séparation en vue de leur dosage s 'c.vère trèslongue et difficile à réaliser en série.
1.40 Electrophorèsc sur papier des acides humiquesDes différentes fractions obtenues, nous avons séparé les acides humiques
à pH 1 et effectué des tests de comportement à l'électrophorèse sur papier. Les
diagrammes sont représentés sur la figure nO 2. Comme nous l'avons signalé précé-
demment, nous distinguons les acides humiques immobiles qui ne dépassent pas le
tiers du diagramme et les acide.s humiques mobiles qui en ont parcouru plus du tiers.
Deux rapport sont ét é ut ili sés 1
acides humigues immobilesacides humiques mobiles -
acides humiques immobilesacides humiques totaux
Les valeurs de ces rapport s sont port ées dans le t :),ble l.U nO 2,
Nous remarquons que par les 2 méthodes nous extrayons des acides humiques
de moins en moins mobiles.
Contrairement à ce qu'on devrait s'attendre, la fraction humine liée aux
sesquioxydes n'est pas constituée uniquement par de grosses molécules, les valeurs
de Q retombent à 1,00-1,06 et celles de R à 0,4.3-0,40, alors que nous avons vu que
l'attaque par l'acide chlorhydrique n'influe pas sur la mobilité des molécules
organiques au cours de l'électrophorèse. Une partie de l'humine n'est donc pas
nécessairement fortement polymérisée (1). Par contre la matière humique fortement
liée aux argiles semble effectivement très évoluée. Les valeurs de Q sont respecti-
vement 3,90 et 2,67 et celles de R 0,71 et 0,60.
(1) Nous sommes déjà '3.l'r1V8S à la m~me conclusion dMS une étude précédente(A. C.R1TSIMBAZAFY, 1973).
METH01>i DA'!>'''' - PE~R.~UD.
Q • ..,Dol .. D,I.e!.
AHI ®
METHODE DUCHAUFOUQ-PERR~un
E LE c. TRO PH O~.'ë:G RFtM M E".soCt. 4iffê.rentcs frac.tion ...
d' ACI"t>E"5 1-\ UMI~U~~
WR6!
AH' 1IIC.,Ot ttUI't\caU€ 1l'1rlQ&1 LE
Fis. n:' i;~:2
5
Tableau nO 20 Valeurs des rapport s Q, et R
1DABIN - PERRAUD
. 1DUCHAUFOUR - PERR!\.UD
--~t
1 1 t1 Réactif
- 1Q
1 R- 1
Réactif,- . r
Q. - l'
R°t
1 1 1 1 1 1 f1 r 1 1 P201Na4 1 1 11 1 1 1 - 1 0,41 - 1 0,24-11 1 1 1 pH 7 1 1 1
: P2°-,Na4r 1 1 1 1 t1 1,26 1 0,47 1 P2°-,Na4 1 1,17 - 1 0,46-1
r pH 10 1 1 1 pH 10 1 1 11 1 1 l 1 .1- . _11 NaOH 1 1,47 1 0,54 1 NaOH 1 1,BO t 0,54 11 1 1 r NaOH 1 I- f1 NaOH 1 1,00 . 1 0,43 1 . 1 1,06 - 1 0,40~1laprès HCL 1 t 1 après HCL 1 1 t1 NaOH après t
3,901 0,71
1 NaOH après 12,67
.. 1 .. 1
1 HCL + HF 1 1 1 HCL + HF 1 1 0,60 1
1050 Protocole de fractionnement adopté
A la lumière des rem~ques faites, nous sommes amenés à ~dopter une com-
binaison entre les 2 méthodeso
- traitement sur des échantillons broyés à 2 mm ;
- extraotion par l'acide phosphorique pour séparer les petites molécules
organiques, les acides fulviques libres ou peu liés à la partie minérale ;
- extraction par le pYrophosphate de sodium à pH 7 pour libérer, par
complexation des cations de liaison, les composés organiques peu polymérisés o
- extraotion 'P'U' le pYrophosphate de sodium à. pH 9,B et ensuite par la
soude ;
le mode de fractionnement de l'humine est inchangé ;
le résidu est ensuite attaqué par le promure d'acétyle (J.'l.MBU Po 1969)
pour avoir la lignine et la matière org'Ulique non décomposée qui resteo
Ce protocole de fractionnement est résumé sur le schéma nO 20
La technique que nous venons d'adopter est longue et n'est pas d'un emploi
très aisé en série. Elle est cependant nécessaire pour nous permettre de mener
notre étude sur la matière organique de nos sols hydromorpheso
II. APPLICATION SUR DEUX TYPES DE SOLS HYDROMORPHES
Nous avons app~iqué la méthode pour comparer 2 horizons de surface de sols
hydromorphes à gley 1
- ATR 41, prélevé dans l'Ouest de Madagascar, sol hydromorphe peu humifère
à gley à caractère reversible (CIo RATSIMB~~, 1971), formé sur alluvions
actuelles peu éVGluées, sous végétation de Cypéracées, engorgé pendant 6 à 7 mois
dans l'année, prélèvement effectué à la fin de la saison sèche (Septembre)o
PROTOCOLE DE FRACTIONNEMENT nE LA MAlïERE ORGA.NIQUE
Ec.hanti lion. broli à 2 rr11f'lgic.hé à 80°C
Sehil't\" n~ 2.
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6
- IVR 31, prélevé dans la partie orientale de l'Ile, sol hydromorphe peuhumifère à gley à caractère irreversible, formé sur alluvions fluviatiles récentes,
très altérées, sous végétation de Cypéracées, engorgement quasi-permanent. IVR 31est donc plus longuement engorgé que le premier échantillon ATR 41.
Dans les deux cas, les argiles sont du type kaolinite, IVR 31 contienten outre de la gibbsite. Quelques c'3.I'actères analytiques sont figurés dans le
tableau nO 3.
Tableau nO 3. Quelques résultats analytiques
1Eléments
1ATR 41
- 1-IVR 31
- 11 1 1 11
pH - H20 ( 1/10)1
5,5°L
4,5° - 11 1 1 11 _1. .. 1- _11 Argiles % 1 53,0 1 51,0 1t .1- - - 1- - - 11 Limon fin % 1 35,2 1 25,6 11 - 1 - 1 - - 11 Carbone total 0/00 1 16,46 1 58,94 11 .t. _1- - 11 Azote total 0/00 1 1,51 t 3,49 11 .1- . 1 - - 1t ciN t 10,9 1 17,0 tt 1 t t1 Fe203 total % 1 13,65 t 8,30
-1t 1 1 t
1. Résultat s sur le fractionnement de la matière org'3.1lique
Les chiffres, consignés dans le tableau nO 4 et portés sur la figure nO 3,nous amènent à filire les remarques suivMtes
1.1. Matière organique non décomposée
Los matières organiques fraS:ches obtenues par flottation présentent le
m~me pourcentage d3Ils les 2 cas par rapport au carbone total.
IVR 31 cepend;J,!lt contient plus de matière organique soluble dans lebromure d'acétyle. Notons d'autre part que ces deux sols étant sous la m~me
végétation, IVR 31 renferme 3 à 4 fois plus de matière organique totale.Cette accumulation est d'lie au r"11entissement de la minéralisation sous l'effet
de l'engorgement quasi-permanent.
1.2. Matières humiques extractibles
- IVR 31 contient plus d'acides fulviques libres extractibles parl'acide phosphoriquE ; il en est de m5me avec le pyrophosphat e de sodium à pH 70
- Avec le pyrophosphllte de sodium à. pH 10, on extrait la m~me quantitéde matières humiques des deux sols, mais le rapport AF/An est plus élevé pourATR 41.
IVR 31 donne avec la soude 0,1 N plus de matière humique mais lerapport AF/PJ:I est légèrement plus faible.
7
En résumé, l'~ 31 contient plus de m~tières organiques peu polymérisées
que .\TH 41 (extraits R3
P04
et P2
07Na
4pH 7). Les 2 échantillons présentent