Le sol constitue la couche superficielle meuble de la croûte terrestre, formée par la dégradation progressive de la roche mère sous l’influence combinée du climat et des organismes vivants. Véritable interface dynamique, le sol représente le point de rencontre entre quatre sphères essentielles : la biosphère (êtres vivants), la lithosphère (roches), l’atmosphère (air) et l’hydrosphère (eau). Comprendre le sol, c’est saisir les fondements de la vie sur Terre. Ce milieu complexe joue un rôle déterminant dans la répartition des écosystèmes et la survie des espèces végétales et animales.
- Quelles sont les caractéristiques et propriétés du sol ?
- Comment le sol influence-t-il la répartition des êtres vivants ?
- Quel rôle jouent les organismes vivants dans la formation et l’évolution du sol ?
- Quels sont les impacts de l’activité humaine sur le sol ?
Le plan de la leçon :
I-Les caractéristiques physiques et chimiques du sol
1-Les caractéristiques physiques
A. La texture du sol
La texture (composition granulométrique) correspond au pourcentage des particules minérales classées selon leur taille. Indépendamment de leur agencement, on distingue :
- Sables : Particules grossières (2 mm à 50 µm).
- Limons : Particules moyennes (50 µm à 2 µm).
- Argiles : Particules très fines (< 2 µm).
Pour déterminer la classe texturale d’un sol, on utilise le triangle des textures après avoir calculé les pourcentages de chaque fraction.
B. La structure du sol
La structure définit le mode d’assemblage des particules entre elles. C’est un facteur déterminant pour la perméabilité et l’aération du sol.
On distingue trois grandes structures qui sont :
| Type de structure | Caractéristiques | Conséquences pour la plante |
|---|---|---|
| Structure Particulaire | Les éléments (sables) sont libres et non liés. Beaucoup de vides. | Mauvaise : Sol trop perméable, lessivage important des nutriments. |
| Structure Compacte | Les éléments sont cimentés par l’argile (ou limon) sans laisser de vides. | Mauvaise : Sol asphyxiant, imperméable, empêche les racines de pénétrer. |
| Structure Grumeleuse | Formation d’agrégats (grumeaux) grâce au complexe argilo-humique. Présence de macropores et micropores. | Optimale : Bonne aération, bonne rétention d’eau, développement racinaire aisé. |
2-Les propriétés chimiques du sol
A. Le pH du sol (Acidité)
Le pH du sol varie en fonction de la nature de la roche-mère. Un granit donne un soم à pH acide, à l’inverse, une roche-mère calcaire donne un sol à pH plus élevé (basique). Donc les caractéristiques chimiques du sol dépendent de sa concentration en composants minéraux. Le sol siliceux acide est riche en silicium et pauvre en calcium, par contre le sol calcaire est riche en calcium pauvre en silicium.
- Sol Acide (pH < 7) : Caractéristique des sols sur roches siliceuses (granite, sable).
- Sol Basique/Alcalin (pH > 7) : Caractéristique des sols sur roches calcaires.
- Sol Neutre (pH ≈ 7) : Équilibre chimique favorable.
B. Le Complexe Argilo-Humique (CAH)
c’est une association de composés organiques (humus) et de composés d’origine minérale (argile). Comme l’argile et l’humus sont tous deux chargés négativement, ils ne peuvent se lier directement.
Rôle clé des ions : L’association se fait grâce à des ions positifs (cations) comme le Calcium (Ca²⁺) qui jouent le rôle de « pont » entre l’argile et l’humus.
Le CAH est vital car il maintient la structure du sol, il retient les cations nutritifs (K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺) et les protège du lessivage par l’eau de pluie, assurant la fertilité du sol.
II. L’eau dans le sol :
1- les formes de l’eau dans le sol :
La capacité d’un sol à retenir l’eau dépend de sa porosité (vides) et de sa texture. On distingue trois états de l’eau :
| Type d’eau | Description | Utilisabilité |
|---|---|---|
| Eau Gravitaire | Occupe les grands pores et s’écoule rapidement vers le bas sous l’effet de la gravité. | Non utilisable (temporaire). |
| Eau Capillaire | Retenue dans les micropores par des forces physiques contre la gravité. | Utilisable : C’est la réserve d’eau absorbable par les racines. |
| Eau Hygroscopique | Film d’eau très fin fortement lié aux particules du sol. | Non utilisable (trop fortement retenue). |
2- La perméabilité et la capacité de rétention d’eau
Pour mesurer la perméabilité et la capacité de rétention d’eau, on réalise la manipulation suivante :
- Placer 100g de chaque type de sol (sableux, argileux, argileux + humus) dans 3 tubes distincts
- Verser 100 ml d’eau distillée (Volume V) dans chaque tube
- Noter le temps t₁ d’écoulement de la première goutte d’eau de gravité
- Mesurer le temps t₂ à l’arrêt de l’écoulement et le volume Vg récupéré
Résultats :
| V (ml) | Vg (ml) | t₁ | t₂ | |
|---|---|---|---|---|
| Sol sableux | 100 | 80 | 9h10mn | 9h20mn |
| Sol argileux riche en humus | 100 | 30 | 9h10mn | 9h35mn |
| Sol argileux | 100 | 10 | 9h10mn | 9h45mn |
Questions :
- Définir la perméabilité et la capacité de rétention d’eau.
- Calculez la perméabilité et la capacité de rétention d’eau pour les trois sols.
- Comparez et expliquez les résultats obtenus.
- Quel est le type de sol le plus intéressant pour les plantes.
1- La perméabilité est la quantité d’eau qui traverse le sol par filtration. On peut l’exprimer par la vitesse de filtration d’eau dans un temps .donné selon la formule :
La capacité de rétention d’eau est le volume d’eau retenu par le sol après filtration (drainage par la gravité) : Vr = V-Vg
2- Le calcul :
| Sol sableux | Sol argileux + humus | Sol argileux | |
|---|---|---|---|
| La perméabilité | 80/10=8cm³/mn | 30/25=1.2cm³/mn | 10/35=0.28cm³/mn |
| La capacité de rétention d’eau | 100-80=20ml | 100-30=70ml | 100-10=90ml |
3) On constate que la perméabilité est plus importante dans un sol sableux que dans un sol argileux riche en humus elle est encore moins importante dans un sol argileux. Cela peut être expliqué ainsi :
- Pour le sol sableux : les grains sont relativement grossiers et de structure particulaire, ce qui permet l’écoulement facile de l’eau et diminue la capacité de rétention d’eau.
- Pour le sol argileux : les grains sont très fins et de texture compacte, ce qui empêche l’écoulement de l’eau et augmente la capacité de rétention d’eau.
- Pour le sol argileux riche en humus : il est caractérisé par une structure grumeleuse, les grains sont très fins, forment avec l’humus des grumeaux, et contient de nombreux pores. Cet écoulement est intermédiaire et l’excès d’eau.
4- Le plus intéressant pour les plantes est le sol argileux-humique, car sa capacité de rétention d’eau est moyenne, ce qui favorise le développement idéale des plantes.
3-Variation de la capacité de rétention en eau du sol et du point de flétrissement
Point de Flétrissement (Pf) : Seuil d’humidité où la plante fane car la force de rétention du sol dépasse la force de succion des racines.
On constate que plus la taille des grains diminue, plus la capacité de rétention d’eau et le point de flétrissement augmentent.En présence de l’humus, on constate une amélioration de la capacité de rétention d’eau pour les différents types de sol.
III. Influence des facteurs édaphiques sur la répartition des végétaux
1. Influence de la nature chimique (pH)
A-influence de la composition chimique du sol sur la répartition du chêne liège :
On observe que le chêne-liège se développe sur les sols de nature siliceuse (acides) (Granite, sable, sable+argile, schiste,quartzite). Alors qu’il ne pousse pas dans les sols de nature calcaire (basiques). Donc le chêne-liège est une une espèce silicole qui ne pousse que dans les sols siliceux, et ne pousse pas dans les sols calcaires, donc c’est une espèce calcifuge.
B-L’influence du pH sur la croissance végétale :
Pour connaître l’influence du pH du sol sur la croissance et la répartition végétale, on cultive deux espèces de légumineuses : Le lupin jaune ou Lupinus luteus qui est calcifuge, et la féverole ou Vicia faba qui est calcicole dans des conditions de pH du sol différentes. Puis on mesure la quantité de calcium absorbée par des racines isolées de ces deux espèces végétales.
Tableau 1 : Absorption du Ca²⁺ en fonction du pH du sol
| pH du sol | Ca²⁺ absorbé par Lupinus luteus (mg/g de matière sèche) | Ca²⁺ absorbé par Vicia faba (mg/g de matière sèche) |
|---|---|---|
| 5 | 4,5 | 5 |
| 7 | 5 | 5,5 |
| 9 | 7,5 | 6 |
| 11 | 20 | 8 |
Observation : L’absorption de Ca²⁺ par Lupinus luteus augmente fortement en milieu basique (pH élevé), alors que Vicia faba maintient une absorption modérée et stable sur toute la gamme de pH.
Expérience complémentaire : On mesure la vitesse d’absorption des ions K⁺ par les racines du lupin jaune selon la concentration des ions Ca²⁺ dans le sol.
Tableau 2 : Absorption des ions K⁺ par le lupin jaune en fonction du temps et de la présence de Ca²⁺
| Temps (en heures) | Absorption K⁺ en présence de Ca²⁺ (mg/g) | Absorption K⁺ en absence de Ca²⁺ (mg/g) |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0,8 | 4 |
| 3 | 1,2 | 5,5 |
| 6 | 1,5 | 6 |
Observation : L’absorption des ions K⁺ est fortement réduite en présence d’ions Ca²⁺ (absorption maximale de 1,5 mg/g) comparée à l’absence de Ca²⁺ (absorption maximale de 6 mg/g).
Conclusion : La présence d’ions Ca²⁺ dans les sols calcaires bloque l’absorption des ions K⁺ par le lupin jaune. Ces ions potassium étant indispensables à la croissance végétale et à l’absorption de l’eau, leur carence empêche le développement de la plante. Cela explique l’absence du lupin jaune (Lupinus luteus), espèce calcifuge, sur les terrains calcaires.
Selon leurs exigences par rapport à la nature chimique du sol, les plantes sont classées en :
- Plantes Calcicoles :préfèrent les sols calcaires (basiques). Si elles poussent sur sol siliceux, elles souffrent de carences en calcium.
- Plantes Calcifuges (ou Silicicoles) : Elles fuient le calcaire. Elles exigent des sols acides ou siliceux (ex: Chêne-liège, Fougère). Sur sol calcaire, elles subissent la chlorose (jaunissement des feuilles dû au blocage du fer).
- Plantes Indifférentes : Poussent sur tout type de sol.
2. Influence de la capacité de rétention en eau
Bien que les trois zones (A, B et C) présentent des sols siliceux, le chêne-liège n’est présent que dans la zone B. Dans la zone A, l’horizon argileux trop proche de la surface provoque l’asphyxie des racines par excès d’eau, tandis que dans la zone C, l’horizon sableux trop épais (>2m) entraîne une insuffisance hydrique due à sa faible capacité de rétention d’eau.
Le chêne-liège nécessite donc des conditions édaphiques spécifiques : un horizon sableux d’épaisseur moyenne (moins de 2m) reposant sur un horizon argileux, permettant ainsi aux racines d’atteindre la réserve d’eau sans risque d’asphyxie.
IV. Le rôle des êtres vivants dans le sol :
1-L’action mécanique des êtres vivants sur le sol :
A- action mécanique des lombricssur le sol :
Observations expérimentales : Au début de l’expérience, les différentes couches du sol sont nettement superposées et bien délimitées. À la fin, ces couches sont complètement mélangées avec apparition de galeries creusées par les vers de terre.
Conclusion : Les lombrics améliorent la structure du sol par leur action mécanique : le creusement de galeries favorise l’aération et l’infiltration de l’eau, l’enfouissement de la litière enrichit le sol en matière organique, et le brassage des horizons assure son homogénéité et une meilleure distribution de l’humidité. Le sol devient ainsi plus meuble, perméable et fertile.
2-L’action chimique des êtres vivants sur le sol :
A- action chimique des lombrics sur le sol :
Pour mettre en évidence l’action chimique du lombric sur le sol, on compare le résultat d’analyse chimique d’un échantillon de déjections (turricules) et d’un échantillon du sol de même quantité et prélevé à la même profondeur. Le tableau suivant présente les résultats obtenus :
| Elément chimique | Teneur du sol (%) | Teneur des turricules (%) |
| Calcium (Ca2+) | 19.9 | 27.9 |
| Magnésium (Mg) | 1.62 | 4.92 |
| Azote (N) | 0.04 | 0.22 |
| Phosphore (P) | 0.09 | 0.67 |
| Potassium (K) | 0.32 | 3.58 |
Observation et interprétation : L’analyse révèle que les déjections des lombrics (turricules) sont significativement plus riches en éléments nutritifs (azote, phosphore, potassium, calcium) que le sol environnant. Cette richesse s’explique par l’activité digestive des vers qui transforment la matière organique en humus assimilable.
Conclusion : Les lombrics enrichissent chimiquement le sol en éléments minéraux essentiels, augmentant ainsi sa fertilité. Ils agissent comme de véritables « usines de compostage naturel », combinant actions mécanique et chimique pour créer un substrat optimal au développement végétal.
B- action chimique de la microfaune et de la microflore sur le sol :
La microflore du sol (bactéries et champignons) décompose la matière organique morte de la litière selon deux processus principaux.
L’humification consiste en la décomposition partielle des molécules complexes de la matière organique. Les bactéries et champignons transforment ces composés en substances plus simples formant l’humus. À partir de la lignine et de la cellulose incomplètement dégradées, apparaissent des molécules de grande taille appelées acides humiques.
La minéralisation se déroule parallèlement à l’humification. Elle correspond à la décomposition complète de certaines molécules organiques, engendrant la formation de composés minéraux simples tels que le dioxyde de carbone (CO₂), l’ammoniac (NH₃), l’hydrogène (H₂) et le méthane (CH₄).
V- La formation du sol (Pédogenèse)
Le sol se forme très lentement à partir de la roche mère, sur des milliers voire des millions d’années. Cette pédogenèse suit plusieurs étapes successives et interdépendantes.
1. Altération de la roche mère
La roche mère subit une désagrégation physique sous l’effet des variations de température (gel-dégel, dilatation thermique), de l’eau et du vent. Parallèlement, une altération chimique se produit par hydrolyse, oxydation et dissolution, favorisée par l’eau et les acides faibles. Ces processus fragmentent la roche en particules minérales de plus en plus fines, créant ainsi le matériau parental du sol.
2. Colonisation par les organismes pionniers
Des espèces pionnières comme les lichens et les mousses s’installent sur la roche altérée. Ces organismes accélèrent la dégradation de la roche par leurs sécrétions acides et contribuent à l’apport de matière organique lors de leur décomposition. Cette colonisation biologique initie la formation d’une première couche organo-minérale.
3. Humification et brassage du sol
La matière organique accumulée subit l’humification sous l’action des décomposeurs (bactéries, champignons). La faune du sol (vers de terre, insectes, acariens) joue un rôle essentiel en fragmentant la matière organique et en mélangeant les composants organiques et minéraux. Ce brassage améliore la structure du sol et favorise la circulation de l’eau et de l’air.
4. Différenciation des horizons pédologiques
Au fil du temps, le sol s’organise en couches distinctes appelées horizons :
- Horizon O : litière et matière organique fraîche en surface
- Horizon A : couche humifère riche en humus et en activité biologique
- Horizon B : zone d’accumulation des minéraux lessivés
- Horizon C : roche mère altérée
- Horizon R : roche mère non altérée
Cette stratification résulte du lessivage vertical, de l’activité biologique différenciée et de l’accumulation sélective des éléments selon la profondeur.
VI- Action de l’Homme sur le sol
1- Les formes de dégradation du sol
L’activité humaine peut provoquer une dégradation importante du sol à travers plusieurs pratiques néfastes :
- Déforestation et incendies : La surexploitation forestière (production de bois, extension des terres cultivées) et les incendies (accidentels ou volontaires) conduisent à la disparition du couvert végétal. Cette déforestation provoque l’érosion massive du sol par l’exportation de ses composants.
- Surpâturage : L’utilisation abusive d’un couvert végétal par les herbivores entraîne la disparition définitive de la végétation. Cette pratique provoque la dégradation progressive du sol et sa désertification.
- Utilisation irrationnelle des produits chimiques : L’usage excessif de pesticides et d’engrais chimiques entraîne leur accumulation dans le sol pendant de longues années. Cette concentration provoque la disparition progressive de la microfaune et de la microflore du sol, diminuant ainsi sa fertilité.
2- Pratiques d’amélioration et de protection du sol
L’intervention humaine pour augmenter la fertilité du sol et son rendement se fait à trois niveaux :
A- Protection du sol contre l’érosion
- Maintenir et renouveler le couvert végétal
- Encourager le reboisement, particulièrement dans les régions montagneuses
- Aménager les terres en pente sous forme de banquettes ou terrasses de culture
- Installer des brise-vent (arbres ou barrières végétales) du côté exposé au vent
B- Lutte contre la désertification
- Fixer les dunes de sable en les recouvrant d’une couche de goudron
- Installer des barrières végétales constituées de plantes aux racines résistantes pour bloquer l’avancée du sable
- Organiser rationnellement l’élevage des herbivores, notamment dans les zones surpâturées
C- Amélioration des caractéristiques physico-chimiques du sol :
- utilisation des Engrais organiques issus des déjections animales et des restes végétaux (fumier) et des Engrais minéraux : composés principalement d’azote, de phosphore et de potassium.
- Utilisation de techniques d’arrosage adaptées : irrigation horizontale, verticale ou goutte-à-goutte.
- Alternance de cultures variées sur un même sol (exemple : blé alternant avec des légumineuses).
- Utilisation raisonnée des produits pesticides et recours à la lutte biologique pour éviter la dégradation biologique du sol.
- Labourage avec des machines modernes pour optimiser la structure du sol.
- Sensibilisation des citoyens sur l’importance de la conservation des sols.