OBJECTIF

I. Le sol est au centre de divers enjeux
• A. Les utilisations du sol sont diverses et concurrentes
• B. Pour satisfaire ses besoins alimentaires l’Homme utilise la photosynthèse à son profit
      TP 1. Les agrocarburants
• C. L'agriculture peut être détournée de sa fonction nourricière
      TP 2. L'eau dans le sol
• L'essentiel

II. La formation d’un sol est lente
• A. La formation d'un sol nécessite plusieurs milliers à plusieurs millions d’années
• B. Toutes les roches, subissent l'altération
• C. Les végétaux apportent de la matière organique au sol
• D. La qualité d'un sol dépend du complexe argilo-humique
• E. Des migrations verticales de substances solubles entraînent la formation d'horizons dans le sol
• L'essentiel


III. La dégradation d’un sol est très rapide
• A. Dans un écosystème naturel le complexe argilo-humique est en permanence renouvelé
• B. Un sol peut rapidement être dégradé
• L'essentiel

BILAN

Déforestation et désertification
La déforestation n'est pas un phénomène récent. Du Moyen-âge au début de la révolution industrielle, les coupes opérées pour accroître les surfaces agricoles et fournir des bois d'œuvre et de chauffage font passer le territoire de l'ancienne Gaule d'un taux de boisement de 90 % à moins de 15 % seulement. En Amérique du nord la forêt occupait la moitié des surfaces avant l’arrivée des européens. La déforestation actuelle concerne essentiellement les forêts tropicales. Environ 13 millions d’hectares de forêts disparaissent annuellement (c'est l'équivalent de la surface de l'Angleterre). Environ 75% des pertes forestières sont dues à l'expansion agricole (le besoin en bois de chauffage est une autre cause importante de déforestation).
Source : fr.wikipedia.org

Terres arables (1) et Ressources en eau (2) dans le monde
Images : SVT 2e, Hatier 2010, p. 156 et www.populationdata.net
Les terres arables disponibles sont inégalement réparties dans le monde. C'est aussi le cas des ressources en eau nécessaires à l'agriculture.
Agrosystème (ou agroécosystème). Écosystème créé par l'exercice de l'agriculture (cultures, jachères, élevage, agroforesterie, aquaculture...). C'est un écosystème artificiel, contrôlé par l'Homme, où le temps de renouvellement de la biomasse est extrêmement court.

● Les utilisations humaines du sol (agriculture, zones urbaines, activités industrielles...) entrent en concurrence avec les écosystèmes naturels. Cela conduit à la déforestation et diminue la biodiversité.

● L'agriculture a besoin de terres cultivables et d’eau. Ces deux ressources sont fragiles, disponibles en quantités limitées et très inégalement réparties à la surface de la planète.

● L’agriculture a une fonction nourricière mais c'est aussi une source de combustibles et d'agrocarburants*. Ces deux productions peuvent entrer en concurrence.

La roche du Dabo dans les Vosges gréseuses
La roche mère subit une désagrégation physique. Les roches sont de mauvaises conductrices de la chaleur. Sous l’effet d’un échauffement rapide, leur pellicule superficielle se dilate plus vite que les zones profondes et a tendance à se fragmenter. Sous nos climats, les roches fissurées ou poreuses se gorgent d’eau et le gel entraîne une fragmentation rapide, c'est la gélifraction. Les racines produisent des effets comparables.
Image : www.ac-nancy-metz.fr

Carrière Champ le Boeuf (Meuse)
La roche fragmentée subit une altération chimique (la fragmentation permet une augmentation de surface de réaction). L’eau d’infiltration est riche en substances dissoutes. Chargée de CO₂, elle devient acide, dissout les calcaires et attaque, par hydrolyse, la structure cristalline de certains minéraux. Ces mécanismes libèrent des grains plus ou moins grossiers (graviers, sables, limons), des particules d’argile (et des ions minéraux).
Image : www.ac-nancy-metz.fr

1      2      3
1. Granite sain - 2. Granite pourri - 3. Arène granitique
La roche (1) est formée de quartz (1Q gris), de feldspath (1F blanc) et de biotite (1B noir). Sous l'effet de l'altération une auréole brune d'oxyde de fer se forme autour des cristaux de biotite, on parle de granite pourri (2). La biotite altérée est à l'origine des particules d'argile (3A) et les feldspaths sont aussi peu à peu altérés. Seul le quartz résiste assez bien à l'altération (3). On obtient alors un sable de plus en plus fin : l'arène granitique (3).
Images : jpb-imagine.com

Lichens et mousses sont des espèces pionnières
Ces espèces peuvent se développer sans sol (les lichens) ou avec très peu de sol (les mousses). Quand leur matière organique est en cours de décomposition (sous l’action de la microflore et de la microfaune du sol) elle permet la formation d’humus (ou humification).
Image (modifiée) : futura-sciences.com

Coupe de sol : profil pédologique 1
Le développement des végétaux entraîne la formation d’une litière (accumulation de feuilles et de divers débris végétaux ou animaux) qui permet l’épaississement de la couche d’humus.
Image : efel.pagesperso-orange.fr

Le complexe argilo-humique
Les composés humiques et les particules d’agile (qui sont tous deux des colloïdes) forment le complexe argilo-humique qui a la capacité de retenir les ions minéraux libérés par la décomposition de la matière organique.
Les très fines particules du complexe argilo-humique portent de nombreuses charges négatives qui permettent de retenir les cations (NH₄⁺, Ca²⁺, H₃O⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺) mais ne peuvent retenir les anions (NO₃^-, PO₄^3-) qui sont entraînés par les eaux d’infiltration (pollution par les engrais). Cependant les cations bivalents (Ca²⁺) peuvent se lier à certains anions (H₂PO₄^-, H PO₄^2-) ou associer des particules colloïdales entre elles. L’ensemble de ces mécanismes permet la mise à disposition d’ions minéraux aux plantes et assure la structure du sol (organisation des éléments constitutifs) qui contribue à retenir l’eau.
Image : u-picardie.fr

Coupe de sol : profil pédologique 2
Dans nos régions, le drainage naturel des sols (ressuyage) entraîne vers le bas les substances solubles (ions minéraux notamment), c’est le lessivage. Cela entraîne des zones de couleur et de structure différentes : les horizons dont la superposition constitue le profil pédologique.
- Horizon A  : horizon supérieur ou éluvial. Il est riche en matière organique et subit le lessivage. On le subdivise en :horizon A₀ : la litière (accumulation de feuilles et débris végétaux en cours de décomposition),horizon A₁ : l’humus et horizon A₂ : qui subit le lessivage.
- Horizon B : horizon intermédiaire ou illuvial. Il est enrichi en substances migratrices qui ont subi le lessivage, c’est un horizon d’accumulation.
- Horizon C  : horizon inférieur. Il est formé par la roche mère plus ou moins altérée.
Quand les mouvements ascendants compensent les mouvements descendants, les horizons sont peu distincts et le sol est équilibré (ex. sol brun forestier). Dans les régions arides, la très forte évaporation provoque des remontées d’eau par capillarité et donc une migration ascendante des substances solubles.
Image : www.inra.fr

Un lombric
L’activité des êtres vivants du sol permet la minéralisation, la remontée de certains constituants et l’aération des sols.

Influence du climat sur la formation des sols
La nature et l’épaisseur des sols varient selon la latitude (du pôle nord à l’équateur). L’augmentation de la température joue un rôle important dans la formation des sols, en accélérant les réactions biochimiques.
Image : SVT 2e, Hatier 2010, p. 155.

● Les variations de température et les racines fracturent la roche mère. Cette désagrégation physique favorise l'altération chimique par l'eau de pluie. Il en résulte des grains plus ou moins grossiers (sables, limons), des particules d'argile et des ions minéraux.

● Les espèces pionnières (lichens, mousses) se développent sans sol ou sur très peu de sol. En se décomposant, la matière organique produite forme de l'humus, un sol se forme, ce qui permet l'installation d'autres végétaux qui seront à leur tour à l'origine de la formation d'humus.

● Un sol est donc formé d'une fraction minérale et d'une fraction organique en proportions variables. Les particules d'argile et les composés humiques forment le complexe argilo-humique qui retient de l'eau et des ions minéraux.

● L'eau d'infiltration entraîne vers le bas les substances solubles (ions minéraux notamment). Ce lessivage provoque des zones de couleur et de structure différentes : les horizons dont la superposition constitue le profil pédologique.

● L’activité des êtres vivants du sol permet la minéralisation (bactéries), la remontée de certains constituants et l’aération des sols (lombrics).

Récolte de céréales
Dans un agrosystème l’exportation de la matière organique des récoltes entraîne une perte nette d’ions minéraux qui ne peuvent plus être libérés lors de la décomposition (minéralisation) de la matière organique. L’humus s’épuise peu à peu car il n’est plus réalimenté. Cela nécessite des apports compensateurs réguliers d’engrais chimiques et organiques (sources notamment de N, P et K) qui réalimentent le sol en ions minéraux et en colloïdes humiques mais le réapprovisionnent mal en oligo-éléments. Plus l'agriculture est intensive, plus l'exportation d'ions est importante.
Image : musee.moisson.free.fr

Pollution des sols
Les pollutions qui affectent les sols peuvent être d'origine domestiques, industrielles ou agricoles (épandage d'engrais ou de produits phytosanitaires). Le végétaux absorbent des substances toxiques et les organismes minéralisateurs (faune du sol et bactéries) ne peuvent plus travailler. Le sol peut devenir inutilisable pour l'agriculture. Pour éviter de détruire les sols, les effluents qui résultent des activités humaines doivent être contrôlés.
Image : pollution-des-sols.etudions.net

● Dans un écosystème naturel l’humus et les ions sont en permanence renouvelés par la décomposition de la matière organique. Dans un agrosystème l’exportation des récoltes entraîne une perte nette d’ions minéraux. Pour conserver la valeur du sol, cette perte doit être compensée par l'apport d'engrais.

● La pollution d'un sol affecte non seulement les végétaux mais aussi tout le réseau trophique. La minéralisation est perturbée et le sol est en danger. Le contrôle du recyclage des produits toxiques est le seul moyen d’enrayer ce processus.

● Sur les zones en pente, la déforestation ou les incendies exposent le sol à l’érosion. Il est alors entraîné avec les eaux de pluie et la roche mère est mise à nu. Le maintien d’un couvert végétal est nécessaire à la conservation du sol.