Sol (pédologie)

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Échantillons de sol.
Le sol est le support des cultures mais aussi pour partie leur produit, tout particulièrement l'humus dont la perte fragilise le sol
La nature et la qualité du sol, ainsi que son degré de végétalisation contribuent à sa plus grande vulnérabilité ou résilience face aux phénomènes érosifs
Exemple de profil de sol : B laterite, régolithe; C saprolite, régolithe moins météorisé puis bedrock ou roche-mère
Différentes étapes de la formation d'un sol (pédogénèse) : de la météorisation de la roche mère à l'évolution de l'enrichissement en humus et de la pédofaune.

Le sol est le support de la vie terrestre. Il résulte de la transformation de la couche superficielle de la roche-mère, la croûte terrestre, dégradée et enrichie en apports organiques par les processus vivants. Hors des milieux marins et aquatiques d'eau douce, il est ainsi à la fois le support et le produit du vivant. Le sol est une interface entre biosphère et lithosphère. La partie du sol spécialement riche en matière organique se nomme l'humus.

On différencie le sol de la croûte terrestre par la présence significative de vie. Le sol est aussi un des puits de carbone planétaires, mais semble perdre une partie de son carbone, de manière accélérée depuis au moins 20 ans[1]. Il peut contenir et conserver des fossiles [2], des vestiges historiques[3] et les traces d'anciennes activités humaines[4] (voir archéologie) ou d'évènements climatiques[2]. Ces éléments influent à leur tour sur la composition floristique[4].

Le sol est vivant[5] et est constitué de nombreuses structures spatiales emboîtées (horizons, rhizosphère, macro- et micro-agrégats, etc.). Cette dimension fractale autorise la coexistence de très nombreux organismes de tailles très diverses et fait du sol un réservoir unique de biodiversité microbienne, animale et végétale[6]. Il est nécessaire à la grande majorité des champignons, des bactéries, des plantes et de la faune.

L'Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture (FAO), a déclaré 2015 comme étant l'année internationale des sols, avec comme phrase clé « Des sols sains pour une vie saine »[7].

Définitions[modifier | modifier le code]

Il existe plusieurs définitions du sol.

  • Les agronomes nomment parfois « sol » la partie arable (pellicule superficielle) homogénéisée par le labour et explorée par les racines des plantes cultivées. On considère qu'un bon sol agricole est constitué de 25 % d’eau, 25 % d’air, 45 % de matière minérale et de 5 % de matière organique[8]. Le tassement et la semelle de labour peuvent induire une perte de rendement de 10 à 30 %, pouvant aller jusqu'à 50 %[9].
  • Les pédologues estiment que la partie arable ne constitue que la partie superficielle du sol. Le pédologue et agronome Albert Demolon a défini le sol comme étant « la formation naturelle de surface, à structure meuble et d'épaisseur variable, résultant de la transformation de la roche mère sous-jacente sous l'influence de divers processus, physiques, chimiques et biologiques, au contact de l'atmosphère et des êtres vivants »[10].
  • L'aménagement du territoire distingue des catégories d'occupation du sol, avec les sols agricoles, les sols boisés, les sols bâtis et les autres sols. Une base de données contenant des données géographiques d'occupation du sol existe, au niveau de l'Union européenne: il s'agit de Corine Land Cover. Des données plus précises sont recueillies par le GMES: la base de données les contenant est Urban Atlas[11].

Les définitions du sol sont liées à son utilisation. Pour un ingénieur civil le sol est un support sur lequel sont construites les routes et sont fondés les bâtiments. Pour un ingénieur d'assainissement le sol est un récipient d'égouts domestiques et municipaux. Pour l'hydrologiste ou l'hydrogéologue le sol est un manteau vivant et végétalisé permettant le cycle de l'eau. Pour l'écologue le sol est un habitat et un élément de l'écosystème qui est le produit et la source d'un grand nombre de processus et interactions chimiques, biochimiques et biologiques[12]. On a d'ailleurs de plus en plus tendance à considérer les sol comme un écosystème à part entière, et non plus comme une composante d'un écosystème dont la base serait la végétation[13].

La science qui étudie les sols, leur formation, leur constitution et leur évolution, est la pédologie. Plus généralement, aujourd'hui, on parle de science du sol, englobant ainsi toutes les disciplines (biologie, chimie, physique) qui s'intéressent pro parte au sol. De nombreux processus, autrefois considérés comme purement physico-chimiques, sont aujourd'hui attribués à l'activité des êtres vivants, comme l'altération des minéraux[14] ou la mobilisation du fer par les sidérophores bactériens.

Description[modifier | modifier le code]

Constituants des sols[modifier | modifier le code]

Fraction minérale[modifier | modifier le code]

La fraction minérale représente l'ensemble des produits de la dégradation physique puis chimique de la roche mère.

On peut les classer par diamètres décroissants (granulométrie) :

Article détaillé : Granulométrie.

Tous ces éléments constituent le « squelette » du sol.

La fraction minérale est composée d'une fraction grossière et d'une fraction fine :

  • fraction grossière, les particules ont un diamètre supérieur à deux micromètres : les graviers et cailloux, les sables, les limons. Cette fraction est sans intérêt immédiat pour les plantes, mais est primordiale pour garder l'eau en réserve dans le sol (macroporosité). Il s'agit du squelette du sol, qui finira par se transformer en fraction fine par altération ;
  • fraction fine : les particules sont inférieures à 2 μm. Cette fraction est biologiquement et chimiquement active. Elle est composée de colloïdes minéraux.

Fraction organique[modifier | modifier le code]

La matière organique du sol peut être définie comme une matière carbonée provenant de la décomposition et du métabolisme d'êtres vivants végétaux, animaux et microbiens (fongiques, bactériens). Elle constitue l'humus.

Elle est composée d'éléments principaux (carbone-C, hydrogène-H, oxygène-O et azote-N), d'éléments secondaires (soufre-S, phosphore-P, potassium-K, calcium-Ca et magnésium-Mg), ainsi que d'oligoéléments.

Elle se répartit en quatre groupes :

  • la matière organique vivante, animale (faune du sol), végétale (organes souterrains des plantes) et microbienne (bactéries, champignons, algues du sol), qui englobe la totalité de la biomasse en activité,
  • les débris d'origine végétale (résidus végétaux ou litière, exsudats racinaires), animale (déjections, cadavres) et microbienne (cadavres, parois cellulaires, exsudats) appelés matière organique fraîche,
  • des composés organiques intermédiaires, appelés matière organique transitoire (évolution de la matière organique fraîche),
  • des composés organiques stabilisés, les matières humiques ou humus, provenant de l'évolution des matières précédentes.

La végétation fournit des débris végétaux qui constituent la litière ou horizon organique. Sa décomposition se fait sous l'action de la microflore et de la faune du sol, et produit l'humus et des composés minéraux. Les deux processus de décomposition sont d'une part la minéralisation (produisant des composés minéraux tels que le dioxyde de carbone (CO2), l'ammoniac (NH3), les nitrates et les carbonates) et l'humification (polymérisation oxydative sous la forme de composés organiques amorphes qui migrent ou se lient aux argiles et aux hydroxydes métalliques). Le processus d'humification aboutit à la formation de l'humus.

  • En milieu peu actif, la décomposition des litières est lente, l'horizon organique OH est épais, brun noir, fibreux et acide. On parle de mor ou terre de bruyère.
  • En milieu biologiquement plus actif mais sans bioturbation, l'horizon OH est moins épais et constitue un moder.
  • En milieu biologiquement très actif, la décomposition est très rapide, l'horizon OH disparaît et apparaît un horizon A grumeleux, composé d'agrégats argilo-humiques à fer et aluminium. On parle de mull.

Selon l'acidité du sol, sous climat tempéré, l'humus prendra la forme de mull, moder ou mor (sur substrat siliceux) ou mull, amphi ou tangel (sur substrat carbonaté)[15],[16].

Texture du sol[modifier | modifier le code]

Une des caractéristiques des sols est la taille des éléments minéraux qui le composent.

  • Les cailloux ou blocs sont les éléments de taille supérieure à 2 mm.
  • Les éléments de taille inférieure à 2 mm sont définis par leur classe de texture (sables, limons et argiles), les argiles étant de par leur taille des particules colloïdales).

Ces minéraux appartiennent aux groupes des silicates ou des carbonates.

Les particules colloïdales chargées négativement peuvent se présenter à l'état dispersé ou floculé.

  • À l'état dispersé, les particules se repoussent en raison de leur polarité, et occupent tous les interstices du sol, où elles peuvent s'accumuler (colmatage du sol) ou bien migrer (lessivage du sol). Dans le premier cas le sol devient asphyxiant, et l'eau ne s'y infiltre plus, le sol est difficile à travailler. Dans le second cas il se forme un niveau d'accumulation d'argile en profondeur, pouvant entraîner la formation d'une nappe perchée.
  • À l'état floculé, les particules colloïdales sont neutralisées électriquement par les ions métalliques chargés positivement, et s'agglutinent avec ceux-ci. Les flocons formés laissent un espace lacunaire, perméable à l'eau et à l'air. C'est un sol avec une bonne structure.

En agriculture, une bonne analyse de sol est nécessaire afin de corriger d'éventuelles anomalies. Par exemple, une terre sablonneuse (et donc drainante) devra être plus irriguée qu'une terre argileuse, qui retient l'eau. On peut faire analyser son sol de façon très précise en laboratoire mais il existe des techniques très simples pour faire une analyse de base[17].

Le profil du sol[modifier | modifier le code]

Les profils de sol (ou fosses pédologiques) permettent d'étudier les horizons du sol et l'activité biologique
Profil de sol montrant les horizons principaux (d'après United States Department of Agriculture[18])

Pour décrire un sol, il est nécessaire de l'observer en tranches parallèles à la surface, appelées horizons. Deux types d'horizons se superposent habituellement : une suite d'horizons humifères, reposant sur des horizons minéraux (voir Le profil de sol pour plus de précisions).

Les horizons humifères sont les horizons les plus riches en êtres vivants (pédofaune et microflore). On les observe surtout en forêt.

  • O, (ou A0) comprenant la litière fraîche et les matières organiques qui en dérivent, en cours de transformation,
    1. OL - litière fraîche: comprend l'ensemble des débris bruts (feuilles mortes, bois, fleurs et fruits, cadavres d'animaux) qui tombent au sol et s'accumulent en surface tout en restant reconnaissables,
    2. OF - horizon de fragmentation (parfois appelé à tort horizon de fermentation). La température et l'humidité y sont optimales, en raison de l'isolation fournie par la litière fraîche. On y observe aussi de nombreuses racines fines en croissance, souvent mycorhizées. C'est l'horizon où l'activité biologique est à son optimum,
    3. OH - horizon d'humification : horizon composé en majorité de matière organique morte transformée par les organismes du sol. On y observe de nombreuses boulettes noires ou brun foncé issues de la défécation des animaux du sol, qui sont responsables de la couleur sombre de cet horizon, ainsi que des racines, vivantes et mortes (rhizodéposition), ces dernières étant à leur tour en voie de transformation,
  • A - horizon mixte, composé d'éléments minéraux et d'humus. Sa structure dépend de l'incorporation plus ou moins rapide de l'humus et du mode d'agrégation des particules minérales et organiques.

Les horizons minéraux sont les moins riches en organismes vivants.

  • E - horizon de lessivage. Il est drainé par l'eau qui s'infiltre, transportant composés solubles et particules colloïdales (lixiviat), ce qui le rend pauvre en ions, argiles, composés humiques et hydroxydes de fer et d'aluminium.
  • B - horizon d'accumulation. Horizon intermédiaire apparaissant dans les sols lessivés. Il est riche en éléments fins (argiles, hydroxydes de fer et d'aluminium, composés humiques), arrêtant leur descente à son niveau lorsqu'ils rencontrent un obstacle mécanique lié à la porosité (frein à la diffusion lorsque la porosité devient plus fine) ou une modification de l'équilibre électrostatique ou du pH[19].
  • S - horizon d'altération. Il est le siège de processus physico-chimiques et biochimiques aboutissant à la destruction des minéraux du sol (altération minérale)
  • C - roche-mère peu altérée.
  • R - roche-mère non altérée. Couche géologique dans laquelle se sont formés les sols.

Chaque profil de sol a une histoire, que les pédologues tentent de retracer grâce aux caractéristiques et à l'agencement des différents horizons.

La répartition des grands types de sols dans l'Union européenne (à 15).
Autre exemple de cartographie : grands types de sols tels que définis par le référentiel WRB[20]
Carte, très simplifiée, de sensibilité naturelle des sols à la compaction (sols limoneux fragiles en général), en 4 catégories. La dernière des catégories colorées (« pas d'évaluation possible ») représente les sols urbains ou des sols marécageaux plus ou moins drainés ou des sols perturbés par l'homme[21].
Carte de richesse en nématodes (moyenne par pays, évaluation d'après les données fournies par les pays à l'Agence Européenne de l'Environnement, initialement publiées 2010-12-08
Les efforts de diminution des émissions et retombées acides ont porté leurs fruits (pour SO2, NOx, COV et NH3). Les dépassements de la « charge critique » de retombées acides sont en diminution (unité : eq ha-1a-1). Attention, sur cette carte de l'Agence Européenne de l'Environnement, les valeurs pour 2010 sont les valeurs-cibles prévues par l'adhésion à la mise en œuvre de la directive NEC. Ces cibles ne sont peut être pas atteintes partout[22]

Types de sols[modifier | modifier le code]

Il existe un grand nombre de types de sols, parmi lesquels les sols bruns, les podzols, les sols hydromorphesgley ou pseudo-gley), les sols rouges, les sols isohumiques, les sols ferralitiques, les sols ferrugineux. Voir la liste des sols ou la Classification française des sols pour plus de détails.

Fonctions[modifier | modifier le code]

Les sols ont plusieurs fonctions. Ainsi, selon les critères du Service d'Information des Sols Africains (ASIS) du Centre International d'Agriculture Tropicale (CIAT), un sol est considéré comme sain lorsqu'il parvient à la fois à[23] :

  • héberger un écosystème (le sol)[13], lui-même fonctionnellement fortement lié aux écosystèmes terrestres et parfois aquatiques via notamment les symbioses à l'œuvre dans la rhizosphère et parce que le sol abrite de nombreuses espèces qui y effectuent une partie de leur cycle de vie (hibernation ou estivation notamment). Les plantes non-aquatiques dépendent fortement du sol au travers de biofeedbacks complexes et nombreux[24],[25].
  • produire des récoltes,
  • stocker le carbone et l'azote de l'atmosphère[26],
  • retenir les eaux de pluie et de ruissellement[27].

Par sa capacité à retenir les eaux de ruissellement, un sol doté d'une bonne structure permet de lutter contre l'érosion, notamment l'érosion en nappe[28]. Les sols de qualité limitent également les risques de salinisation[29].

Le sol est un acteur-clé des cycles biogéochimiques du carbone, de l'azote, du potassium, du calcium, du phosphore, des métaux[30].

Le sol joue aussi un rôle très important dans la fixation, la dispersion et la biodégradation des polluants[31].

Par la richesse de ses fonctions, la diversité des formes de vie qu'il abrite et les services écosystémiques qu'il assure, le sol est considéré comme un patrimoine essentiel dont la conservation est le garant de la survie de l'humanité[32].

Sol et cycle de l'eau[modifier | modifier le code]

Parmi les services écosystémiques assurés par le sol figurent son rôle majeur dans le cycle de l'eau[33].

Grâce à sa porosité le sol retient une quantité considérable d'eau, qui en son absence et selon la nature du terrain (pente, rugosité, porosité de la roche) rejoint immédiatement la nappe phréatique ou s'écoule en nappe, provoquant inondations et érosion. La quantité d'eau retenue dans le sol, appelée réserve utile, permet la croissance des plantes au cours de la saison de végétation et l'eau du sol alimente les réservoirs naturels (mares, tourbières) ou artificiels (retenues collinaires) situés dans les déclivités du terrain ainsi que les systèmes d'irrigation. La présence de matière organique améliore considérablement la capacité du sol à retenir l'eau, notamment en surface, grâce à sa grande capacité d'adsorption, notamment lorsque la matière organique est humifiée. Il en est de même pour les particules minérales les plus fines que sont les argiles. D'une manière générale, plus la texture du sol est grossière (cailloux, graviers, sables grossiers), moins il est capable de retenir l'eau.

L'eau du sol passe dans les plantes par l'intermédiaire de l'absorption racinaire et effectue son ascension sous l'influence conjointe de la poussée radiculaire et de la transpiration. Une partie de l'eau est directement évaporée à la surface du sol, sous l'influence du soleil et du vent mais aussi du simple différentiel de concentration de la vapeur d'eau entre le sol et l'atmosphère (diffusion). L'ensemble de ces processus constitue ce que l'on appelle l'évapotranspiration. L'évapotranspiration potentielle ou ETP, déterminée par le climat régional et la position topographique, est calculée à l'aide de modèles mathématiques tenant compte d'une couverture végétale "idéale". Elle permet de cartographier les potentialités hydriques des sols et les besoins en irrigation à l'échelle locale, nationale ou mondiale[34]. En cas de sécheresse prolongée les capacités du sol à fournir de l'eau aux plantes et aux autres organismes peuvent atteindre leurs limites comme en Europe occidentale lors de la sécheresse de 1976[35].

Sols et puits de carbone[modifier | modifier le code]

Stocks de carbone dans le sol et en forêt dont par la biomasse, (en MtC = mégatonnes de carbone, = millions de tonnes de carbone)[36],[37]

Le protocole de Kyoto a mis en avant l'importance du sol comme puits de carbone, surtout en zone tempérée. Les enjeux sont très importants, car le CO2 émis par les microbes constitue l'essentiel du flux de dioxyde de carbone (CO2) émis de la surface du sol vers l'atmosphère[1], et le second flux de carbone terrestre le plus important. Les plantes émettent du CO2 la nuit, mais la plupart du temps cette émission est très largement compensée par la photosynthèse le jour[1].

  • la fonction puits de carbone est encore mal cernée car elle varie fortement dans l'espace et dans le temps, selon les conditions biogéographiques, agro-pédologiques, voire de pollution du sol. La respiration du sol est facile à mesurer localement mais ses variations locales et saisonnières rendent les bilans globaux difficiles. De plus, aucun instrument de télédétection ne peut aujourd'hui la mesurer à l'échelle de vastes territoires[38].
  • Des modèles doivent donc être construits sur la base d'extrapolations, calés et vérifiés avec les données du terrain. À ce jour les modèles et les études de terrain laissent penser qu'un réchauffement climatique, même d'un ou deux degrés, devrait fortement perturber la biodiversité du sol et donc le cycle du carbone[1]. Sur la base d'un gradient latitudinal de la distribution des formes d'humus forestières, et avec toutes les réserves associées à ce type de calcul qui ne tient pas compte de la capacité de dispersion des invertébrés terrestres, on peut prévoir que l'activité des vers de terre va s'accroître de plus en plus, une augmentation de température de 1 °C faisant décroître l'Humus Index (indice traduisant l'accumulation de matière organique en surface)[39],[40] de 0,3 unités[41]. Mais l'incorporation par les animaux fouisseurs de la matière organique accumulée en surface ne signifie pas pour autant que le sol va déstocker son carbone, car la matière organique résiste mieux à la biodégradation lorsqu'elle est liée à la matière minérale et/ou incluse dans les agrégats du sol[42].
  • Le bilan respiratoire du sol et son évolution commencent à être mieux approchés. Le bilan correspond à la somme des flux de CO2 et de vapeur d'eau libérés par le métabolisme des bactéries, des animaux du sol, des racines des plantes et des champignons du sol. Une méta-analyse (Nature, mars 2010[1]) a porté sur 439 études. Sur la base des 50 années de données d'émissions des sols recueillies sur 1.434 points de données répartis sur toute la planète, les auteurs ont conclu que les sols du monde entier ont encore augmenté leurs émissions de CO2 entre 1989 et 2008, probablement à cause de l'augmentation de l'activité microbienne induite par l'accroissement de température et l'eutrophisation, résultant en une biodégradation de l'humus. Les changements de comportement du sol sont lents, mais se traduisent par des effets globaux très significatifs. Selon cette méta-analyse l'expiration des organismes du sol vers l'atmosphère a augmenté d'environ 0,1 % par an (0,1 Pg C/an) de 1989 à 2008, pour atteindre en 2008 environ 98 milliards de tonnes de carbone (98 ± 12 pg C), soit 10 fois plus de carbone que ce que les humains injectent dans l'atmosphère annuellement. Le réchauffement climatique est le facteur explicatif qui semble dominant, via l'accroissement de la vitesse de décomposition de la matière organique du sol, cependant, selon Eric Davidson, biogéochimiste au Woods Hole Research Center, à Falmouth, Massachusetts, il faut tenir compte des incertitudes qui existent dans l'équilibre entre l'augmentation de la production végétale (donc des apports de matière organique au sol) et l'augmentation de la vitesse de décomposition de cette matière organique[43]. Les auteurs de cette méta-analyse ont à cette occasion posé les bases d'un observatoire mondial de l'expiration des sols, appuyé sur une base de données actuelles jumelée à une base de données météorologiques historiques, de haute résolution[44]. Des données déjà disponibles, après prise en compte des moyennes climatiques annuelles, de la surface foliaire, des dépôts d'azote et des changements des méthodes de mesure du CO2, se dégage une tendance à l'augmentation, avec des flux de CO2 effectivement corrélés aux anomalies de la température de l'air (anomalies par rapport à la moyenne des température de la période 1961-1990). Il reste à différencier la part du carbone anthropique issu de l'atmosphère et reperdu, et celle anormalement perdue ou émise par la matière organique du sol à la suite d'une perturbation des processus pédologiques. Ce CO2 ajoute ses effets à ceux du méthane qui semble également en augmentation à partir de la fonte des pergélisols[45]. Une très petite part du CO2 expiré par les sols peut aussi provenir des bactéries méthanotrophes. Mais ce CO2 serait, en termes de bilan, moins nuisible pour le climat comparé au méthane, considéré comme un gaz à effet de serre plus puissant. Les auteurs de la méta-analyse concluent des données disponibles qu'elles sont compatibles avec une accélération en cours du cycle du carbone terrestre, en réponse au dérèglement climatique.
  • L'importance du sol comme puits de carbone (et pour la biodiversité, notamment pour les sols prairiaux et forestiers[46],[47]) est mieux reconnue[48]. Une conférence européenne, Puits de Carbone et Biodiversité, qui s'est tenue à Liège (Belgique) du 24 au 26 octobre 2001, a rappelé l'importance des relations entre puits de carbone et biodiversité[49].
  • Enjeu pour la lutte contre l'effet de serre : selon le groupe de travail du Programme européen sur le changement climatique (PECC) consacré aux puits de carbone liés aux sols agricoles, les sols agricoles de l'UE présentaient à eux-seuls un potentiel équivalant à 1,5 à 1,7 % des émissions de CO2 de l'Union européenne, potentiel qui devra peut-être être revu à la baisse avec le réchauffement[50].

Biodiversité / Sol vivant, support et milieu de vie[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Biodiversité du sol.

Végétaux, animaux et microorganismes profitent de la désagrégation des roches de la croûte terrestre et y contribuent, coproduisant le sol et y puisant l'eau et les nutriments[5]. À l'échelle moléculaire, les champignons et leurs métabolites[51], le mucus (des vers de terre notamment[52]) et les exopolysaccharides (dextrane, xanthane, rhamsane, succinoglycane) sécrétés par les bactéries[53] jouent un rôle important dans la formation et la conservation des sols par leur capacité à agréger les particules minérales et organiques, créant ainsi une structure stable permettant l'aération et la circulation de l'eau, et protégeant le sol de l'érosion[54].

Biodiversité intrinsèque du sol[modifier | modifier le code]

De nombreux organismes trouvent dans le sol un abri, un support ou un milieu indispensable à leur vie[5]. Pour les animaux du sol, on parle de microfaune (< 0,2 mm), mésofaune (de 0,2 à 4 mm) et macrofaune (> 4 mm). À titre d'exemple, rien que pour la microfaune, un seul mètre carré de prairie permanente bretonne abrite dans ses trente premiers centimètres jusqu’à 260 millions d'organismes animaux/m² (ind./m²), appartenant à plusieurs milliers d’espèces[55]. Cette biomasse animale correspond au minimum à 1,5 t/ha ou le poids de deux vaches. Le labour de cette prairie et sa mise en culture diminuent de 20 à 90 % le nombre de vers de terre en trois ans, surtout avec un travail mécanisé du sol et avec des pesticides[56].

Le sol était autrefois considéré comme un élément abiotique, résultant de facteurs physico-chimiques tels que la géologie, le climat, la topographie. Il est maintenant démontré que l'ensemble des éléments abiotiques constituant le sol sont mobilisés par les êtres vivants, et en particulier par les microorganismes, qui recyclent également la nécromasse (biomasse morte) et les excréments des animaux, constituant ainsi la base trophique des écosystèmes terrestres[25]. Le sol est donc à la fois un produit de la vie et un support de celle-ci[57].

La rhizosphère est l'interface complexe entre le monde végétal, le monde microbien et le monde minéral, lieu et niche écologique où se nouent des relations étroites entre les processus biotiques et abiotiques qui régissent la formation des sols et la nutrition minérale des végétaux (altération minérale, décompaction, lessivage, formation des complexes argilo-humiques, échanges ioniques, symbioses), qui influencent les cycles du carbone, de l'azote, du phosphore et impactent les cycles biogéochimiques[58].

En plus des virus, ce sont jusqu'à 100 millions de microorganismes qui vivent dans un gramme de sol[5].

Menaces[modifier | modifier le code]

Les pesticides et le labour sont deux facteurs d'érosion et de perte de sol. Ces deux pratiques culturales, communes en agriculture conventionnelle, en dégradant la structure par la disparition de l'activité des organismes fouisseurs (vers de terre)[59], favorisent le départ des particules fines (limons, argiles) sous l'influence de l'eau et du vent[60]. Le surpâturage entraîne une réduction de la biodiversité et de la capacité du sol à résister au stress hydrique, en diminuant la macroporosité, notamment en zone subtropicale (Argentine par exemple)[61]. La dégradation des sols peut aussi être aggravée par la monoculture de quelques espèces (dont celles destinées à produire des agrocarburants)[62],[63]. Les réflexions se portent désormais plus sur la réutilisation de déchets verts[64] ou de plantes dédiées (voir Biocarburant). La production d'agrocarburants est en effet une nouvelle vocation proposée pour certains sols. L'intérêt et le bilan écologique de ces carburants sont cependant très discutés[65], notamment en raison du risque de détournement des sols de cultures vivrières vers des productions commerciales dans les pays les plus pauvres (Changement d'affectation des sols), et en raison d'un bilan global neutre, voire négatif en termes de bilan carbone et effet de serre[66]. Selon la Cour des Comptes en 2012[67] « Le bilan environnemental des biocarburants est fort loin d’être à la hauteur des espoirs placés en eux. Si l'on intègre (ainsi qu’il a été fait dans les dernières études d'impact environnemental) le changement d'affectation des sols indirects (CASI), on obtient pour l’EMHV des émissions de gaz à effet de serre qui sont doubles de celle du gazole ».

Connaître pour agir[modifier | modifier le code]

Le pédologue peut repérer des sols favorables ou défavorables à certains organismes et produire des cartes de pédopaysages. Le botaniste et le phytosociologue peuvent également, au moyen de plantes bioindicatrices, identifier les caractéristiques de certains sols, par exemple les plantes de milieux calcaires secs, notamment les pelouses et prairies de fauche calcicoles au sein desquelles on pourra repérer quelques orchidées emblématiques[68].
Connaître et mieux protéger, restaurer et gérer les sols nécessite d'identifier, localiser et cartographier leur biodiversité, leur niveau de dégradation, de pollution, leur degré de vulnérabilité, leur isolement écologique et leur degré de résilience face aux usages par l'homme ou face au dérèglement climatique. Cela permettra aussi de mieux identifier certains enjeux (production alimentaire, protection de l'eau, puits de carbone, biodiversité, etc.).
La « richesse microbienne globale » peut maintenant être évaluée par la biologie moléculaire, via la mesure de la diversité de l'ADN microbien d'un sol[69]. Par exemple, les communautés microbiennes ont été étudiées en 2006 et 2007 sur 2 200 échantillons de sols de France métropolitaine, prélevés selon une grille de 16 km de côté dans le cadre du Réseau de Mesures de la Qualité des Sols (Programme ECOMIC-RMQS)[70], travail poursuivi dans le cadre du Programme européen Envasso visant à trouver des bio-indicateurs pertinents pour les sols et à mieux comprendre le déclin de la biodiversité dans les sols[71],[72]. L'approche est globale pour la microflore (fumigation/extraction, quantification de l'ADNa), ou taxonomique (avec identification des espèces ou au moins des genres) pour la faune. Le RMQS-BioDiv vise à établir un référentiel de la biodiversité des sols en Bretagne, en lien avec les caractéristiques du milieu (pédologie, usages des sols)[73],[74]. La cartographie nationale de la diversité bactérienne des sols a montré en France que « certaines pratiques agricoles sont assez agressives et délétères sur le patrimoine biologique. Il s’agit des pratiques viticoles, des forêts monospécifiques de résineux et de certaines pratiques conventionnelles en grandes cultures céréalières qui sont actuellement mises sous surveillance »[57]. Les sols français les plus pauvres en diversité bactérienne sont la grande pinède des Landes, mais les zones enrésinées méditerranéennes sont également très pauvres de ce point de vue. L'observatoire français de la biodiversité a retenu l'évolution de la biomasse microbienne des sols en métropole comme l'un de ses indicateurs[75]. Pour l'état zéro, il a été estimé à 9,9 µg d'ADN microbien/g de sol pour 2000-2009 (On trouve de de 0,1 à 41,8 µg d’ADN par gramme de sol, mais dans près de 75 % des échantillons, ce taux est de 5 à 15 µg, le reste se répartissant équitablement au-delà de ses deux limites.

Pour mieux comprendre l'écologie des sols, on commence à approcher la diversité biologique des sols[76] ; par la mesure de la diversité des ADN présent, par certains indices tels que l'abondance en micro-organismes, enchytraéides ou en lombrics (réputés être de bons bioindicateurs). Des programmes spécifiques portent sur ce thème (ex BIODEPTH, Nouvel atlas européen du Centre Commun de Recherches (JRC) qui porte notamment sur la biodiversité des sols en Europe et fait apparaître certaines menaces auxquelles elle est exposée ; il montre que le Royaume-Uni, la Belgique, le Luxembourg, les Pays-Bas et le nord de la France ont particulièrement dégradé leurs sols et que la biodiversité du sol y reste plus menacée qu'ailleurs).
En 2010, l'UE a publié son Atlas de la biodiversité des sols[77] et organisé une conférence de mise au point et information sur le sujet[78] où a eu lieu une présentation de l'étude Soil biodiversity: functions, threats and tools for policy makers[79] et du rapport[80] destinée à préparer la conférence mondiale sur la biodiversité, de Nagoya (2010).

Qualité d'un sol[modifier | modifier le code]

Elle concerne les aptitudes d'un sol à remplir ses fonctions de production agricole, sylvicole ou écologique et sa résilience. Elle est mesurée par ses composantes biologiques (bioindicateurs, comme les vers de terre), la fertilité, l'état sanitaire (au sens large), à comparer avec un stade dit climacique ou "idéal", qui varie selon la zone biogéographique et l'altitude et le contexte considérés. On cherche maintenant à mesurer les risques environnementaux portant sur l'eau et l'air et les risques liés aux inondations/sécheresses, nitrates, pesticides, aérosols, etc. On différencie les impacts de polluants biodégradables (nitrates) de polluants non dégradables (éléments traces métalliques ou ETM), et on s'intéresse à leurs voies de dissémination ou aux synergies qu'ils peuvent développer avec d'autres polluants ou éléments du système sol.

Quelques normes ISO concernant la qualité des sols :

  • ISO 10381-6, Qualité du sol - Échantillonnage - Partie 6: Lignes directrices pour la collecte, la manipulation et la conservation de sols destinés à une étude en laboratoire des processus microbiens aérobies ;
  • ISO 10390, Qualité du sol - Détermination du pH ;
  • ISO 10694, Qualité du sol - Dosage du carbone organique et du carbone total après combustion sèche (analyse élémentaire) ;
  • ISO 11268-1, Qualité du sol - Effets des polluants vis-à-vis des vers de terre (Eisenia fetida) - Partie 1: Détermination de la toxicité aiguë en utilisant des substrats de sol artificiel ;
  • ISO 11269-2, Qualité du sol - Détermination des effets des polluants sur la flore du sol - Partie 2: Effets des substances chimiques sur l'émergence et la croissance des végétaux supérieurs ;
  • ISO 11274, Qualité du sol - Détermination de la caractéristique de la rétention en eau - Méthodes de laboratoire ;
  • ISO 11465, Qualité du sol - Détermination de la teneur pondérale en matière sèche et en eau - Méthode gravimétrique ;
  • EN 14735, Caractérisation des déchets - Préparation des échantillons de déchets en vue d'essais écotoxicologiques.

D'autres sont en préparation, utilisant par exemple des escargots comme indicateurs[81].

Les menaces[modifier | modifier le code]

La France, avec l'Espagne et l'Allemagne, fait partie, selon l'Agence européenne pour l'environnement des vingt pays européens qui ont en dix ans perdu le plus de sols agricoles (transformés en routes, immeubles, zones d'activité…), selon la mise à jour de la carte européenne d'occupation du sol Corine Land Cover
(Cliquer sur l'image pour l'agrandir)[82]
Cet autre graphique met visuellement en évidence le fait que la perte de terres agricoles due à l'urbanisation et à l'artificialisation (routes…) est proportionnellement beaucoup plus importante dans les petits pays très peuplés (Les Pays-Bas étant un exemple typique), Ici, la France bien qu'elle compte parmi les trois pays qui perdent le plus de sols agricoles parait moins touchée en raison de la taille de son territoire (données estimée à partir de la mise à jour de l'occupation du sol Corine Land Cover)

Le sol est une ressource naturelle, peu ou lentement renouvelable, globalement en voie de dégradation (surtout dans les pays pauvres, où celle-ci n'est pas compensée par les hausses de productivité actuellement permises par la mécanisation, les engrais et les pesticides). Ce patrimoine est aussi en régression quantitative selon l'ONU (FAO), essentiellement consacrée à l'agriculture, à la sylviculture ou aux écosystèmes mais aussi et de plus en plus aux « établissements humains » ( villes, habitations, zones d'activité, parkings, etc.).

Menaces autres que les pollutions[modifier | modifier le code]

De grandes quantités de sols sont « consommés » ou stérilisés par l'urbanisation et la périurbanisation (habitats, infrastructures pour les transports, parkings, etc.)[83].

Le dérèglement climatique menace également les sols des régions chaudes et tempérées, avec notamment selon le GIEC le risque croissant d'aridification estivale des sols et de phénomènes érosifs accrus en hiver ou à la suite des pluies d'orage et des modifications probables des assemblages des groupes de microorganismes qui participent à la production et à l'entretien de l'humus[84]. Le réchauffement des sols pourra aussi nuire à leur capacité à retenir le carbone, et dégrader la sécurité alimentaire[85]. La distribution verticale du carbone dans le sol et les boucles de rétroaction puits de carbone - Climat pourraient en être perturbées [86].

Certaines pratiques agricoles induisent en outre diverses formes de régression et dégradation des sols ;

  • une diminution des taux de matière organique (due au labour et en particulier au labour profond, aux cultures intensives, à l'usage d'engrais chimiques et de pesticides, etc.) ;
  • la compaction et l'asphyxie, et en zone de labour l'apparition d'une semelle de labour ;
  • l'acidification, la salinisation et éventuellement la désertification ;
  • l'érosion (hydrique ou éolienne)…

Dans les basses terres, ils peuvent aussi être menacés de submersion marine (cf. montée des océans et risques accrus de phénomènes de surcote), en particulier dans la perspective d'une fonte des glaciers et calottes glaciaires.

Un autre problème est la dispersion dans le monde d'espèces invasives de vers plats (Plathelminthes terrestres) dont certains sont d'importants prédateurs des vers de terre (20 % des vers de terre auraient disparu des zones du Royaume-Uni où plusieurs de ces espèces ont été introduites)[87].

Sols pollués[modifier | modifier le code]

Les retombées atmosphériques, les boues d'épuration, certains engrais (phosphates riches en cadmium en particulier), les pesticides et parfois les eaux d'irrigation apportent dans les sols des quantités significatives de métaux lourds (non dégradables, bioaccumulables) et de divers polluants ou contaminants microbiens, parfois pathogènes.

Les sols agricoles contiennent souvent des micropolluants qui ont pour origine le fonds géochimique, les séquelles de guerre, ou plus souvent les retombées atmosphériques (45 000 t/an de zinc et 85 000 t de plomb/an estimés dans les années 1990 par Juste, 1995, pour l'Europe des 12) et parfois les eaux d’irrigation.
En France, l’INRA[88] a étudié sept métaux (Cd, Cr, Co, Cu, Ni, Pb et Zn) dans 460 horizons de sols agricoles, et trouve un taux médian de 0,22 mg/kg, contre 0,10 en sols forestiers équivalents. Dans une région industrielle (Nord de la France), P. Six (1992, 1993) confirme ces résultats avec sur 1000 horizons labourés analysés dans le département du Nord, n’ayant pas subi d’apports de boues, pour lesquels la valeur médiane était de 0,37 mg/kg, 60 % des échantillons se situant entre 0,12 et 0,58 mg/kg. Hormis dans le cas d'espèces métallophytes, l'exportation naturelle par les végétaux est faible (moins d'un % des apports de boues résiduaires dans les récoltes étudiées sur quinze à dix ans).
Certains sols forestiers, à condition d’avoir été exposés à des retombées de polluants ou s’ils en contiennent naturellement, s’aèrent cependant mieux conserver certains de ces polluants que les sols agricoles (c’est le cas des radionucléides). Les polluants sont plus ou moins biodisponibles selon les sols. Ils le sont généralement plus (jusqu’à cent fois plus) dans les sols acides[89].

Article détaillé : Sols pollués.

Protection[modifier | modifier le code]

En France le Grenelle de l'Environnement a proposé en 2007 les concepts de trame verte et de remembrement environnemental qui pourraient tous deux contribuer à restaurer les sols. Un « bail environnemental » avait été créé (décret de mars 2007[90]). Ce bail ne vaut cependant que dans certaines zones géographiques précisées par le décret et pour des bailleurs privés (si leurs parcelles sont situées dans des espaces naturels sensibles et si les clauses conformes au document de gestion officiel sont en vigueur dans ces zones). Ce bail permet d'imposer une liste limitative de pratiques culturales susceptibles de protéger l'environnement. Leur non-respect par le repreneur du bail peut entraîner sa résiliation.

Le sol dans l'art[modifier | modifier le code]

Avant l'art de la Renaissance, le sol est représenté schématiquement par de simples lignes ou une simple surface. À la Renaissance, sa représentation s'affine mais reste standardisée[91]. Le soil art est un domaine de l'art contemporain qui s'est spécialisé sur ce sujet[92]. La pédothèque (collection d'échantillons de terre dont la couleur est classée selon le nuancier de Munsell) de l'artiste Kôichi Kurita en est une des illustrations[93].

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Année internationale des sols[modifier | modifier le code]

Le logo de l'Année internationale des sols

À sa soixante-huitième session, l’Assemblée générale de l'ONU (A/RES/68/232)[94] a déclaré l’année 2015 année internationale des sols (AIS)[95].

L'Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture (FAO) a été désignée pour mettre en œuvre l'Année internationale des sols 2015, dans le cadre du Partenariat mondial sur les sols et en collaboration avec les gouvernements et le secrétariat de la Convention des Nations Unies sur la lutte contre la désertification.

L'AIS vise à accroître la sensibilisation et la compréhension de l’importance des sols pour assurer la sécurité alimentaire et permettre à l’écosystème de remplir ses fonctions essentielles.

Notes et références[modifier | modifier le code]

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  68. Josias Braun-Blanquet & Jean Susplugas « Reconnaissance phytogéographique dans les Corbières » Bulletin de la Société Botanique de France 1937;84(5):669-685.DOI:10.1080/00378941.1937.10837439([40]) [PDF] 17 p.
  69. Apport des nouvelles générations de séquençage pour accéder à la diversité et la richesse des communautés microbiennes de sols issus d'échantillonnage de grande ampleur
  70. Samuel Dequiedt, Mélanie Lelièvre, Claudy Jolivet, Nicolas P.A. Saby, Manuel Martin, Jean Thioulouse, Pierre-Alain Maron, Christophe Mougel, Nicolas Chemidlin Prévost-Bouré, Dominique Arrouays, Philippe Lemanceau & Lionel Ranjard « ECOMIC-RMQS: biogéographie microbienne à l’échelle de la France: état d’avancement et premiers résultats » Étude et Gestion des Sols 2009;16(3/4):219-231.([41]) [PDF] 13 p.
  71. (en) Antonio Bispo, Daniel Cluzeau, Rachel Creamer, Miklós Dombos, Ulfert Graefe, Paul Henning Krogh, Jorge Paulo Sousa, Guénola Pérès, Michiel Rutgers, Anne Winding & Jörg Römbke « Indicators for monitoring soil biodiversity » Integrated Environmental Assessment and Management 2009;5(4):717-719. DOI:10.1897/IEAM_2009-064.1([42]) [PDF]p.
  72. (en) Lionel Ranjard, Samuel Dequiedt, Mélanie Lelièvre, Pierre-Alain Maron, Christophe Mougel, Fabien Morin & Philippe Lemanceau « Platform GenoSol: a new tool for conserving and exploring soil microbial diversity » Environmental Microbiology Reports 2009;1(2):97-99. DOI:10.1111/j.1758-2229.2009.00023.x([43])
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  74. Daniel Cluzeau, Guénola Pérès, Muriel Guernion, Rémi Chaussod, Jérôme Cortet, Mireille Fargette, Fabrice Martin-Laurent, Thierry Mateille, Céline Pernin, Jean-François Ponge, Nuria Ruiz-Camacho, Cécile Villenave, Laurence Rougé, Vincent Mercier, Alain Bellido, Mario Cannavacciulo, Denis Piron, Dominique Arrouays, Line Boulonne, Claudy Jolivet, Patrick Lavelle, Elena Velasquez, Olivier Plantard, Christian Walter, Blandine Foucaud-Lemercier, Sylvie Tico, Jean-Luc Giteau & Antonio Bispo « Intégration de la biodiversité dans les réseaux de surveillance des sols: exemple du programme-pilote à l'échelle régionale, le RMQS Biodiv » Étude et Gestion des Sols 2009;16(3/4):187-201. ([45]) [PDF] 15 p.
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  76. Cluzeau D., Pérès G., Guernion M. et al. 2009 « Intégration de la biodiversité des sols dans les réseaux de surveillance de la qualité des sols : exemple du programme-pilote à l’échelle régionale, le RMQS BioDiv » Étude et Gestion des sols, vol. 16, no 3/4. p. 187-201
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  78. Conference [Soil, Climate Change and Biodiversity – Where do we stand ? (Commission européenne), 23 and 24 September 2010
  79. présentation de l'étude Soil biodiversity: functions, threats and tools for policy makers
  80. Rapport final European Commission - DG ENV; Soil biodiversity: functions, threats and tools for policy makers, Fev 2010 (pdf, 250 pages, environ 6,4Mb)
  81. NF X 31-255-2:2001, Qualité du sol - Effets des polluants vis-à-vis des escargots juvéniles (Helix aspersa) - Partie 2: Détermination des effets sur la croissance par contamination par le sol
  82. AEE, Losses of agricultural areas to urbanisation Document Actions Graph showing estimated loss of agricultural land in 20 EU countries due to urbanization between 1990 and 2000 based on an analysis of CORINE Land Cover Data
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  • European Commission, Joint Research Centre, Atlas de la biodiversité des sols (fr/en) [46]. Autres atlas du sol [47]disponibles en téléchargement gratuit.
  • Bourguignon Claude & Lydia, Le sol, la terre et les champs : Pour retrouver une agriculture saine . Éd. Sang de la Terre, 2008, 221 p. ISBN 978-2-86985-188-7
  • Citeau Laëtitia, Antonio Bispo, Marion Bardy, Dominique King (coord.) Gestion durable des sols. Éditions Quae, 2008, 320 p.
  • Commission européenne, Du sol au paysage : un patrimoine fondamental de l’Union européenne. Juillet 1999 [48]
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  • Morin Hervé, « L'Afrique agricole » dans le journal Le Monde du 9 juin 2006 [lire en ligne]
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  • Jérôme Balesdent, Étienne Dambrine, Jean-Claude Fardeau, Les sols ont-ils de la mémoire ? 80 clés pour comprendre les sols, Quae, 2015, ISBN 978-2-7592-2308-4