Un sol est une pellicule d'altération recouvrant une roche; il est formé d'une fraction minérale et de matière organique (humus). Un sol prend naissance à partir de la roche puis il évolue sous l'action des facteurs du milieu, essentiellement le climat et la végétation. La pédologie est l'étude des sols. La pédogénèse est la formation et l'évolution des sols. Le sol apparait, s'approfondit et se différencie en strates superposées, les horizons pédologiques, qui forment le profil pédologique. Il atteint finalement un état d'équilibre avec la végétation et le climat. Classiquement, les principaux horizons sont les suivants :

Horizon A : horizon de surface à matière organique (débris de végétaux), Horizon C : roche peu altérée, Horizons B : horizons intermédiaires apparaissant dans les sols évolués.

Les sols peu évolués ont un profil AC, les sols évolués ont un profil ABC. Les horizons B sont formés par l'altération de la roche ou par les mouvements de matière depuis A.

La formation d’un sol résulte de l’action combinée sur la roche des agents atmosphériques (précipitations, température, vent, …), de la couverture végétale et de l’action des autres organismes vivants (bactéries, champignons, mammifères, fouisseurs, …). Le développement du sol se propage avec le temps en couches

Horizon 0 : Litière composée de restes de végétaux et d’animaux morts ; Horizon A : Horizon organo-minéral, souvent

appauvri en M.O. par voie de lessivage (éluviation) ; Horizon B : Horizon résultant de l’altération de la

roche mère, souvent enrichi en éléments fins par illuviation ; Horizon C : Matériau originel au dépend duquel

les horizons A et B se sont formés ; Horizon R : Roche mère (substratum).

Dynamique de formation d’un sol :

superposées appelées horizons formant un profil caractéristique du milieu, dépendant de l’action conjuguée du climat et de la végétation.

Profi

l gén

éral

péd

olog

ique

d’u

n so

l

Nomenclature des sols : horizons et profil d’un solLa circulation verticale de l’eau dans un sol, vers le bas (et aussi vers le haut), organise celui-ci en couches horizontales ou horizons.Chaque horizon est caractérisé par sa composition chimique, organique et minéralogique, et par ses propriétés physiques (couleur, cohérence, compacité, proportions de sable, de silt et d’argile…).Une séquence caractéristique d’horizons qui se développe dans des conditions données forme un profil pédologique. On utilise alors des lettres majuscules (A, B…) et des suffixes minuscules (Ae, Bf…) pour désigner les horizons et les sous-horizons. Les 4 principaux horizons sont, de haut en bas :

l’horizon O (ou L – F – H), composé de M.O. en voie de décomposition, l’horizon A, composé de M.O. et de minéraux = zone de lessivage des minéraux

solubles et de certains produits d’altération (ex. les argiles) et/ou d’accumulation de M.O., l’horizon B, composé de M.O. et de minéraux = zone d’accumulation de M.O.

et/ou de produits d’altération (argiles, hydroxydes de fer, carbonates…), l’horizon C = la zone minérale (lithologie) qui assure la transition de la roche-

mère aux horizons organo-minéraux, on y reconnaît encore la roche-mère.

On appelle humus les produits organiques de l’activité des microbes : ce sont des matières gélatineuses brun foncé à noir. Ces composés colorent l’eau qui traverse le sol quand on arrose une plante en pot ; ils tachent les doigts et les rendent collants quand on travaille le sol. On dit donc que la transformation de la matière organique par les microbes procède par minéralisation (les produits sont du CO2 et des ions NH4

+, NO3-…) et par

humification (les produits formant l’humus). Notons que l’humus est lui-même de la matière organique et qu’il n’échappe pas à l’activité des microbes.

Principaux facteurs contrôlant la pédogénèse :o Altération physique et chimique de la roche mère (en fonction de la température, de l’humidité, des organismes, de la M.O., …) ;o Intensité des apports bio-géo-chimiques et de la mobilité de certaines substances : apports organiques de surface, migrations par entraînement des éléments solubles, vers le bas (lessivage) ou vers le haut (évapo-transpiration) ; o Importance de l’activité biologique et surtout microbienne telle que la nitrification (cycle chimique du nitrate, fixation dans le sol de l’azote gazeux par les bactéries) ;o Mécanismes d’entraînement mécanique des particules du sol (processus d’érosion).

Principaux types de sols :o Sols bruts : ex. le lithosol ;o Sols peu évolués : ex. ranker ;o Sols évolués : ex. sols bruns forestiers plus ou moins lessivés ; podzol.

Lithosol sur graniteRanker sur éboulis siliceux

Sol brun Sol alluvialSol brun

Quelques types de sols de référence

Outre le climat, la nature de la roche-mère intervient sur les caractères de la fraction minérale. En climat équatorial, les granites altérés donnent de la kaolinite, alors que les roches basiques, plus riches en cations, donnent de préférence des smectites. La topographie a également un rôle important sur la qualité du drainage. Sur roches calcaires, se forme un type de sol particulier, les Rendzines.

Evolution de la pédogénèse suivant la latitude (zonation climatique)

Facteurs climatiquesHumidité, humectation /

dessiccation, gel-dégel, chaleur

Facteurs climatiquesHumidité, humectation /

dessiccation, gel-dégel, chaleur

Facteurs biologiques (végétaux, animaux, champignons,

microorganismes, …)

Facteurs biologiques (végétaux, animaux, champignons,

microorganismes, …)

Différentes processus de l’évolution des sols au cours du temps :

Décompactage

2,0 à 2,5 g/cm3

~1,3 g/cm3

0 < t < 40°C

Roche mère

Facteurs bio-géo-chimiques (lithologie,

chimisme, pH, eH, …)

Facteurs bio-géo-chimiques (lithologie,

chimisme, pH, eH, …)

L’arrangement des particules du sol (structure) détermine des vides (porosité) dont l’origine est liée à des mécanismes physiques (fissures) notamment liés à l’évapo-transpiration.

Les pores d’origine biologique sont liés à la faune du sol et aux racines des plantes.

Le travail du sol (culture) a aussi pour but de créer une porosité et d’affiner le sol, de l’aérer, de faciliter la germination et l’enracinement des plantes.

Relations texture / perméabilité dans un sol :

La texture d’un sol dépend de la taille des particules minérales qui le composent. 3 grandes classes de particules :

Sables : 0,05 – 2 mm ; Limons (silts) : 0,002 –

0,05 mm ; Argiles : < 0,002 mm

En fonction de la texture des sols, on peut distinguer :

A = sols très perméables ; B = sols perméables ; C = sols peu perméables ; D = sols imperméables.

Principaux processus de dégradation des sols :

Erosion hydrique et éolienne, Sécheresse + salinisation, Mauvaises pratiques agraires, Déforestation, surpâturage, incendies de forêts, … Aménagements non conformes à l’équilibre des systèmes pédologiques, …

Splash des gouttes

Ruissellement en nappe

Ruissellement concentré (rides)

Ravinement

Erosion latérale des berges

fluviales

Quelques exemples d’érosion des sols par les écoulements :

Erosion hydrique :

Impacts indirects induits par l’érosion des sols :

Erosion des sols

Accroissement de la fourniture sédimentaire aux cours d’eau

Comblementdes réservoirs

Pollution des eaux marines

Versant

Cours d’eau

Océan

Localisation des zones majeures d’érosion éolienne et principaux déplacements de poussière à la surface du globe :

Salinisation des sols en zone aride :

Salinisation naturelle des sols par : Précipitations salées dans les zones

côtières (6-8 kg/an.ha) ; Remontée d’eau de nappes salées près de

la surface (< 2 m) ; Remontée d’eau de nappes douces

entrainant la dissolution des sels contenus dans les formations lithologiques ; Présence de sel en surface provenant

d’anciennes mers intérieures asséchées depuis plusieurs millions d’années, …

Par ailleurs, en régions arides, la faiblesse des précipitations ne favorise aucune forme de lessivage des sols permettant l’évacuation des sels.

Ressources en sols en Tunisie :

Chapitre III

Les Ressources minérales et énergétiques

Notions de base sur les énergies

L’Energie LumineuseEclairage photovoltaïque

Elle est obtenue à partir de la chaleur. Plus leniveau d’éclairage est élevé, plus le procédéet la technologie sont complexes et coûteux :

Bougie Lampe à pétrole Lampe à butane

Lampe électrique …

L’Energie MécaniqueDans les transports, plus la vitesse à obtenir est élevée, plus le procédé

et la technologie sont complexes et chers, et plus la consommation d’énergie est élevée.

Les moteurs thermiques : automobiles, mobylettes, motos, cars, bus, trains, avions, bateaux, tracteurs, machines à vapeur, moteurs à combustion interne (diesel, à explosion), turbines, …

Les moteurs électriques : voitures, tramways, trains, électroménagers, automatisme, industrie, …

L’Energie InformationnelleElle est actuellement en pleine expansion. Elle est généralement obtenue à partir de

l’électricité moyennant différentes technologies :Radio Télévision

Télécommunications (Téléphone et Fax)

InformatiqueRéseaux Internet

Energie thermique

Energie électrique

Energie mécanique

Mode de production d’énergie

Voie thermique (Centrale thermique, centrale nucléaire) Voie hydraulique (Centrale hydraulique) Voie photovoltaïque(Photopiles)

Moteur thermique Moteur électrique Eolienne

Combustion Energie solaire (+ Capteur thermique) Réacteur nucléaire

Principaux avantages et inconvénients des différents types de combustibles

Avantages Inconvénients

Combustibles fossiles

1 - Utilisation pratique,2 - Rapidité de dégagement d’énergie,3 - Grande disponibilité,4 - Technologie de stockage maîtrisée,5 - Diversification des applications, …

1 - Réserves limitées,2 - Pollution atmosphérique (CO2 et CH4 : effet de serre),3 - Imbrûlés HC, CO, CH4 génèrent l’ozone à la surface de la terre et créent des problèmes respiratoires,4 - Le soufre contenu dans les combustibles est responsable de la corrosion des installationsthermiques et des pluies acides,5 - Les additifs de l’essence à base de plomb ont des conséquences néfastes sur le système nerveux, …

Avantages Inconvénients

Combustibles

nucléaires

1 - Décentralisation : les centrales nucléaires peuvent être installées partout, indépendamment des gisements et des centres d’enrichissement,2 - Bon rendement : l’Uranium naturel produit une énergie de 116 000 kWh/kg

1 – L’exigence de la maîtrise sans faille de technologies de pointe,2 - Les déchets nucléaires posent encore de sérieux problèmes d’environnement et de santé publique (contamination dangereuse pour l’homme),3 - Leur utilisation est encore limitée à un petit nombre de pays, leur généralisation n’est pas pour demain et de nombreux progrès technologiques et de sécurité restent à faire,4 - L'uranium est épuisable,5 – le problème de l’arme nucléaire reste entier, …

L'uranium sous la forme sous laquelle il est utilisé comme combustible dans les centrales nucléaires. Deux de ces pastilles permettent de produire la quantité de courant nécessaire à un ménage de quatre personnes pendant un an.

Avantages Inconvénients

Energies Renouvelables

1 – Sources inépuisables : Au moins à l’échelle de la civilisation humaine, le soleil, la géothermie et les vents sont des sources d'énergie inépuisables,2 – Energies propres et disponibles : Les nouvelles formes d’énergie sont propres à l’emploi et bienréparties à l’échelle de la Planète.

Leur utilisation étant encore très limitée, même si on assiste depuis quelques années à une explosion de leur marché, une plus grande généralisation de leur emploi exige d’énormes progrès techniques et technologiques et une plus grande acceptation sociétale.

Combustibles fossiles Nouvelles énergies

Exigences et orientations

La préservation des ressources énergétiques fossiles et la réduction des émissions polluantes exigent la rationalisation drastique de la consommation de ces combustibles par voie 1 – d’un meilleur Contrôle et d’une optimisation des procédés et des installations de combustion,2 – de réduction de la consommation et de combustions les plus complètes possibles.

Développement de nouveaux procédés industriels plus accessibles permettant la généralisation des énergies renouvelables (en particulier, dans les pays en développement) permettant de :1 – d’optimiser les procédés de consommation (minimisation du gaspillage et amélioration des rendements de conversion),2 – de favoriser une production énergétique la plus propre possible.

Caractérisation de l’énergie

Les choix énergétiques sont toujours fondés sur deux aspects quantifiables :

Le rendement théorique de production d’énergie, Les coûts réels de production.

Quel que soit le processus de production de l’énergie, l’efficacité énergétique dépend du Rendement Théorique de Production d’Energie (R) qui est exprimé par le rapport :

R = Energie produite / Energie utilisée

Les énergies fossiles : une parenthèse dans l’histoire de l’humanité?

Quels besoins d’énergie pour demain ?

Réserves mondiales d’énergie

44

Ressources énergétiques non renouvelables:

les hydrocarbures

J-M R. D-BTP 2006

Appareil de forage qu'utilisait la CGC pour chercher du pétrole et du gaz dans les Prairies, à Victoria, en Alberta, en 1898. Cet appareil rudimentaire n'a pas permis d'atteindre plus de 552 m de profondeur.

Vue d'installations et d'équipements pétroliers à Prudhoe Bay dans la National Petroleum Reserve of Alaska (Source : NPRA).

L’exploration et l’exploitation des ressources pétrolières est avant tout l’histoire d’un extraordinaire progrès scientifique, technique et technologique de l’Humanité.

Unités particulières d’usage dans le domaine du pétrole :

1 gal (US)(gallon américain)

3,785 litres

1 gal (UK)(gallon impérial)

4,546 litres

1 baril 42 gallons US1 baril 159 litres

1 tep (tonne équivalent

pétrole)

11 620 kWh( 10 000 th )

1 Btu(British thermal unit)

0,293 Wh

Pétrole : de la genèse des hydrocarbures à la raffinerie, … un très long (et lent) chemin.

Classification des gisements d’hydrocarbures

On distingue différents gisements d’hydrocarbures :

Gisements de gaz : hydrocarbures très légers contenant plus de 90 % de méthane (CH4).

Gisements de pétroles légers : le brut est visqueux et se rapproche du gazole, c’est le cas, par exemple, des gisements sahariens.

Gisements de pétroles équilibrés : le brut contient à la fois des hydrocarbures légers et lourds, c’est le cas, par exemple, des gisements du Moyen-Orient.

Gisements de pétroles lourds : le brut ne contient que des hydrocarbures lourds et ne coule pratiquement pas à la température ambiante, c’est le cas, par exemple, des gisements d’Amérique du sud.

Gisements de bitume : le brut ne coule pas à la température ambiante.

Propriétés des produits extraits du pétrole brut

Produits extraits du pétrole brut en fonction de son origine

Le pétrole brut est extrait directement des puits d'exploitation, où il subit, souvent sur place, une série de traitements : dessablage, décantation de l'eau, et éventuellement de séparation de la phase gazeuse à pression et température ambiantes. Le pétrole est quantifié en barils ou en m3. On distingue trois grandes références commerciales de pétrole brut au niveau mondial :o Le Brent, pour une région géographique qui comprend l'Europe, la Méditerranée et l'Afrique,o le WTI (West Texas Intermediate), pour la région Amérique,o le Dubaï Light, pour l'Asie. Le bitume est un liquide hydrocarboné visqueux ou solide, soluble dans les solvants organiques. Il est en grande partie non volatile et ramollit quand il est chauffé, d’où ses très bonnes propriétés d’adhésivité et d’étanchéité. Le bitume est obtenu soit par raffinage du pétrole, mais peut aussi être trouvé à l’état de dépôt naturel ou comme composant naturel de l’asphalte, où il se trouve associé à une fraction minérale.

Différents types d’hydrocarbures :

PARAFFINIQUESAlcanes Simple liaison entre les carbones.Saturés en chaîne ouverte droite

Méthane, éthane, propane, butane pentane…

Cn H2n+2

ISO-PARAFFINIQUES Alcanes isomèresSaturés en chaîne ouverte ramifiée

Iso-propane, iso-butane… Cn H2n+2

CYCLIQUES ou NAPHTENIQUES

CyclanesSaturés en chaîne fermée

Cyclopropane, cyclobutane, Cn H2n

Cyclènes : Chaîne fermée avec des double liaisons entre les carbones

Cyclynes : Chaîne fermée avec des triple liaisons entre les carbones

AROMATIQUES Cycle insaturé à six atomes de carbone Benzène

OLEFINES ou ETHYLENIQUES

AlcènesDouble liaison entre les carbones

Éthylène, propène, butène Cn H2n

ALCYNES ou ACETYLENIQUES

AlcynesTriple liaison entre les carbones

Acétylène ou éthyne Cn H2n-2

Classification des pétroles bruts

Suivant leur origine, les pétroles bruts, de composition très variable, peuvent être classés en 5 groupes :

Les paraffiniques : ils donnent des carburants riches et des lubrifiants de haute qualité.

Les naphténiques : ils donnent des huiles lubrifiantes de faible viscosité mais naturellement détergentes.

Les aromatiques : plus rares mais conférant un indice de performance élevé pour le kérosène (carburant aviation).

Les oléfiniques : ils donnent des combustibles lourds et des lubrifiants.

Les mixtes : ce sont des bruts provenant essentiellement du Moyen-Orient et constitués par un mélange des 4 types précédents.

57

Classification des produits finis

Les produits finis sont classés en :

Produits très légers : gaz de pétrole (propane, butane…) ;

Produits légers ou distillats : essence, gazole, fioul domestique, …

Produits lourds ou résidus lourds : fioul lourd, bitume…

C’est l’opération fondamentale qui, par un procédé basé sur les points d’ébullition des divers produits, permet de séparer de grands groupes d’hydrocarbures que l’on appelle « coupes » ou « fractions».

Cette opération peut être réalisée à la pression atmosphérique ou sous vide.

Distillation (raffinage) des pétroles :

Energies renouvelables : les biocarburants

On appelle biocarburants, les carburants produits à partir de matières végétales ou animales non fossiles (biomasse).L’histoire des biocarburants a souvent été ponctuée par les crises énergétiques telles que des chocs pétroliers ou des pénuries de carburants fossiles. Les gazogènes qui produisent un gaz énergétiquement pauvre se sont ainsi développés par exemple durant la dernière Guerre mondiale et la plupart des productions actuelles en Europe, aux États-Unis et au Brésil ont eu comme origine les crises pétrolières de 1973, 1979 et d’autres crises géopolitiques. Mais les biocarburants peuvent aussi être valorisés, dans des situations où les lieux de production ou de distribution des produits pétroliers sont éloignés des lieux de consommation, conjuguées à l’existence de ressources locales à valoriser. Dans ces cas, ils ont une fonction purement énergétique de carburant de substitution.Les biocarburants sont des énergies renouvelables et, contrairement aux énergies fossiles, ne contribuent pas à aggraver certains impacts environnementaux globaux, comme, par exemple, l’effet de serre.

Principales caractéristiques des biocarburants et comparaison avec celles de l’essence et du gazole