Table des matières

Couverture

80 clés pour comprendre les sols

Introduction

Chapitre 1 - Entre sol et sous-sol

1 Qu’est-ce qu’un sol ?

2 De quoi le sol est-il constitué ?

3 Combien de temps faut-il pour former un sol ?

4 Sable, graviers et rochers font-ils partie du sol ?

5 Comment se fabrique un sol ?

6 Tous les sols se ressemblent-ils ?

7 Quel pH a le sol ?

8 Les sols ont-ils des noms ?

9 Comment le sol peut-il devenir pierre ?

10 Qu’est-ce que les argiles ont de si particulier ?

11 Le sol est-il plus riche en minéraux ou en matière organique ?

12 Comment le sol retient-il les éléments nutritifs ?

13 Que fait l’eau dans un sol ?

14 La Terre manque-t-elle d’eau ?

15 Y a-t-il des terres salées ?

16 Quels trésors recèlent les puits ?

17 Y a-t-il de la Terre dans l’espace ?

18 Où sont passées les météorites ?

19 En quoi les sols lunaires sont-ils différents des sols terriens ?

20 À quoi nous servent les sols ?

Chapitre 2 - Le sol vivant

21 Qu’est-ce qui grouille et fossoie dans les sols ?

22 Les habitants du sol sont-ils paisibles ?

23 Quelles bactéries trouve-t-on dans les sols ?

24 Qui a la plus belle maison de terre ?

25 Qui fait les plus gros terriers ?

26 Pourquoi les oiseaux avalent-ils des cailloux ?

27 Quel est le plus grand organisme vivant sur Terre ?

28 À quoi sert le sol pour une plante ?

29 Les champignons font-ils pousser la forêt ?

30 Y a-t-il plus de racines ou de champignons dans le sol ?

31 Jusqu’où vont les racines des arbres ?

32 Comment le pin et le châtaignier poussent-ils sur les sols pauvres ?

33 D’où vient l’humus des forêts ?

34 Les matières organiques se renouvellent-elles ?

35 Les lichens ont-ils inventé le sol ?

36 Des déserts bien vivants !

37 Les sols peuvent-ils digérer nos déchets ?

38 Les plantes peuvent-elles vraiment dépolluer des sols ?

39 Les champs maudits sont-ils un mythe ?

40 Peut-on manger de la terre ?

41 Vers une empreinte génétique des sols ?

Chapitre 3 - Sol et agriculture

42 Comment les alluvions ont-elles nourri les anciennes civilisations ?

43 À quels sols doit-on les « greniers à blé » ?

44 Où se trouve le sol le plus riche du monde ?

45 Le maïs peut-il pousser n’importe où ?

46 Depuis quand se pratique la rotation de cultures ?

47 L’alternance des cultures est-elle nécessaire à la terre ?

48 Pourquoi cultiver plusieurs espèces en même temps ?

49 Les vers de terre ont-ils déserté nos champs ?

50 Comment la luzerne et le trèfle peuvent-ils enrichir la terre ?

51 Les tracteurs sont-ils trop lourds ?

52 Est-il vraiment nécessaire de labourer ?

53 Quels sont les impacts des haies végétales ?

54 L’agriculture peut-elle vivre sans fertilisants ?

55 Faut-il fertiliser la forêt ?

56 Où vont les pesticides ?

57 Les pesticides empoisonnent-ils la terre ?

58 Apporte-t-on trop d’azote aux sols ?

59 Pourquoi la disponibilité du phosphore est-elle cruciale ?

60 Quels sont les enjeux de l’agriculture écologiquement intensive ?

61 Fatigue des sols : mythe ou réalité ?

Chapitre 4 - Sol, risques et climat

62 Pourquoi recevons-nous la poussière du Sahara ?

63 Le sol fabrique-t-il l’atmosphère ?

64 Le sol peut-il influencer le climat de notre planète ?

65 Comment le changement climatique va-t-il influer sur nos sols ?

66 Que se passe-t-il s’il y a trop d’eau dans les sols ?

67 Le sol est-il un puits de carbone ?

68 Pourquoi l’érosion est-elle plus forte aujourd’hui ?

69 Comment conserver le sol ?

70 Radioactif, le sol ?

71 Pourquoi le sol de la forêt amazonienne est-il si fragile ?

72 L’acidité des sols réduit-elle la biodiversité ?

73 Les sols sont-ils sédentaires ?

Chapitre 5 - Les métamorphoses du sol

74 Qui incarne la fertilité des sols ?

75 Comment fabrique-t-on les maisons de terre ?

76 Existe-t-il des sols vierges ?

77 La terre porte-t-elle des verres ?

78 Quels sont les secrets du pot de terre ?

79 Les sols ont-ils de la mémoire ?

80 Vers une culture hors sol ?

Post-scriptum

Bibliographie

Crédits iconographiques

80 clés pour comprendre les sols

Jérôme Balesdent
Étienne Dambrine
Jean-Claude Fardeau

Les auteurs

Jérôme Balesdent était ingénieur agronome, pédologue, docteur en sciences du sol et directeur de recherches à l’Inra d’Aix-en-Provence. Ses travaux portaient sur les matières organiques, l’écologie microbienne, les cycles biogéochimiques et l’évolution des sols.

Étienne Dambrine est pédologue, auteur d’une thèse sur les sols de haute montagne. Il a développé des recherches en biogéochimie des écosystèmes forestiers à l’Inra de Nancy. Actuellement professeur à l’université de Savoie, il s’intéresse aux sédiments lacustres.

Jean-Claude Fardeau était ingénieur agronome et docteur en sciences du sol. Chercheur au CEA et à l’Inra, pionnier des méthodes de la radioagronomie, il est mondialement connu pour ses recherches sur la disponibilité des éléments minéraux.

Jérôme Balesdent est décédé avant la réédition de cet ouvrage. Ce livre perpétue sa mémoire.

Cet ouvrage a fait l’objet d’une première publication, illustrée, en 2015, dans la collection Clés pour comprendre.

© éditions Quæ, 2023

ISBN papier : 978-2-7592-3826-2
ISBN PDF : 978-2-7592-3827-9
ISBN ePub : 978-2-7592-3828-6

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Introduction

Questionner le sol, n’est-ce pas lui reconnaître sa place d’être vivant à part entière, et pas seulement celle d’un bien, d’un moyen, d’un matériau ou d’une ressource ? Nos sols ont été et sont encore pour beaucoup comme un parent proche, tendre et rebelle, fidèle et capricieux, sensible, odorant ou malodorant, sain, mais parfois malade… Il s’éduque, s’engraisse, se cultive, se retourne, se relève, s’épuise, se perd… Terriens nous sommes, et produits d’un terroir. Ou nous l’étions…

Le sol source de vie est présent dans nos mythes fondateurs, nos religions, notre culture. Parce que l’agriculture alimente depuis plus de dix mille ans nos sociétés, et que la fertilité du sol conditionne la production alimentaire, son affaiblissement ébranle les civilisations. Jean Boulaine attribuait ainsi à l’épuisement des sols en phosphore la stagnation des rendements céréaliers qui avaient conduit au déclenchement de la Révolution française. Jared Diamond, dans son ouvrage Collapse, montre que les civilisations de l’île de Pâques et des Mayas s’effondrent lorsque les sols sont épuisés. Bien sûr, les causes en sont multiples.

Le sol est une surface que l’on peut vendre et acheter et un volume que l’on peut mettre en valeur. Arpenteurs, notaires, géographes, juristes sont les métiers de la surface. Le volume est l’affaire des pédologues, cette sorte de prospecteur-cartographe des propriétés des sols, des agronomes, qui se préoccupent de la mise en valeur des sols à des fins agricoles, et plus généralement des scientifiques des sols, qui étudient l’ensemble de leurs propriétés comme le produit d’une interaction complexe entre roche, relief, climat, biocénoses, temps (la durée) et l’homme. Évidemment, le prix de la surface donné par le notaire, ou estimé par un État qui loue ses terres, devrait dépendre du potentiel de production estimé par l’agronome, des propriétés intrinsèques analysées par les scientifiques des sols. Mais pas seulement. On roule et on bâtit sur la surface, l’eau sourd du volume… le cultivateur n’est pas le seul utilisateur du sol. Ces usages multiples, c’est aussi l’affaire de l’économiste.

En France, la surface a une valeur et le volume n’en aurait presque pas, ou plus. Placez un panneau « Terre à vendre » devant votre maison, personne ne viendra ; presque partout, il vous faudra la donner pour ne pas la perdre. Pourtant, il s’agit d’une ressource indispensable, non renouvelable à court et moyen terme. Quel paradoxe ! Un autre : dans tel vignoble d’une zone d’appellation d’origine contrôlée très cotée du Sud-Ouest, les propriétaires, constatant l’état de dégradation avancé des sols de quelque parcelle, l’ont dégarnie de sa partie supérieure et remplacée par une terre de meilleure qualité prélevée à faible distance dans une zone peu cotée. Nos sols seraient-ils une survivance périmée, une valeur marginale, un simple support mécanique à des spéculations ? Ailleurs, dans des pays plus pauvres et moins peuplés, où surface et mise en valeur ne coûtent rien ou presque, des compagnies privées (qui peuvent être les nôtres) voire des États achètent d’immenses surfaces, et l’usage qu’ils en font contraint les sociétés locales et conditionne leur devenir.

Dans le même temps, l’Union européenne répertorie huit menaces les plus importantes pour les sols, contre lesquelles il faut lutter : érosion, tassement, salinisation, perte de matières organiques, perte de biodiversité, contamination, imperméabilisation, inondations et glissements de terrains.

Dans le vaste débat qui lie l’augmentation des gaz à effets de serre et les changements climatiques, le sol occupe une place centrale, car, suivant la manière dont il est géré, il peut accumuler ou déstocker une masse considérable de matière organique, c’est-à-dire de CO2. Or cette matière organique soutient sa fertilité et alimente l’extraordinaire diversité des organismes qui l’habitent.

Tous ces enjeux environnementaux seraient-ils liés, et pourrait-on gagner sur tous les tableaux ? Globalement, oui. Localement… pas nécessairement. La vigne aime les sols pierreux, les carottes le sable, les villes le bitume… et nous aimons les trois ! L’imagination n’est pas interdite : on pourrait mettre les carottes sur les toits et les vignes sur les gravats ! Mais si l’on veut alimenter une population mondiale croissante, il faudra bien protéger nos meilleures terres à céréales. Et nos exigences justifiées de qualité de vie ne peuvent s’accommoder de sols pollués, maltraités, car ceux-ci conditionnent la qualité de nos produits, donc de notre santé, mais aussi, et c’est essentiel, notre plaisir de savourer. Devant ces enjeux immenses et de grande actualité, les polémiques et les opinions manichéennes ont tendance à prendre le dessus sur l’analyse et l’éclairage des choix : « les sols sont morts » ; « l’agriculture biologique ne peut pas nourrir la planète » ; « les sols sont malades ou pollués »… Le but premier de cet ouvrage est de donner à chacun quelques connaissances de base, en particulier physiques, biologiques, écologiques, indispensables pour suivre ces débats, ou tout simplement pour le plaisir de découvrir ce monde caché merveilleux qu’est le sol.

Ce petit livre est écrit par trois compagnons de longue date de la science des sols. Jean-Claude a cassé son soc juste avant la fin de son sillon, Jérôme et Étienne l’ont complété, sans changer de coutre, en réglant un peu le versoir. Véronique Leclerc et Sylvie Blanchard nous ont sollicités, guidés, relancés, mis en pages et en images avec constance et doigté. Nous les remercions très chaleureusement.

Chapitre 1

Entre sol et sous-sol

1 Qu’est-ce qu’un sol ?

De façon générale, c’est la surface de la terre, sur laquelle nous évoluons. Le mot sol peut prendre des significations différentes selon celui qui en parle. Pour l’architecte, ce sera le plancher, construit ou aménagé pour notre circulation. Pour l’économiste ou le juriste, ce sera un bien, dit foncier : un espace de terrain ou de territoire, régi par des droits et sujet à diverses utilisations. Le sol qui nous intéresse ici est ce qu’il y a sous cette surface : c’est le sol des naturalistes. Il s’agit d’une couche de quelques décimètres à plusieurs mètres d’épaisseur, formée par l’interaction entre la roche (la lithosphère), l’air et les précipitations (l’atmosphère) et les organismes vivants (la biosphère). C’est un milieu unique, à la fois matériau et monde vivant. On peut faire un parallèle avec l’autre grande surface de notre planète, l’océan. Ce terme désigne à la fois la surface sur laquelle se déplacent les bateaux et qui est représentée sur les cartes, et toute la couche d’eau qui est en dessous, avec ce qu’elle contient – algues, poissons, etc. – et ce qui s’y passe – sa biologie, ses échanges physiques et chimiques. Sur les continents, il a aussi tout un monde sous nos pieds : le sol. Il est moins épais que son frère salé, mais tout aussi riche. Bien que familier, il reste mystérieux et nous fournit bien des services.

Depuis quand étudie-t-on les sols ?

Les agronomes de l’Antiquité chinoise, romaine ou du Moyen Âge arabe témoignent, dans leurs traités, d’observation des sols et de savoir-faire empiriques qu’ils en ont tirés. De réelles études scientifiques sont aussi rapportées par des savants de la Renaissance comme Bernard Palissy, céramiste, géologue et agronome. Mais l’avènement de la chimie, entre 1770 et 1800, a constitué un événement majeur. Lavoisier énonça les principes de la conservation de la matière et, en grand agronome expérimentateur, expliqua les grandes lignes du fonctionnement du système eau-sol-plante-atmosphère. Dans la foulée, la découverte, à la suite de travaux comme ceux de l’Anglais Priestley, que les plantes prélèvent leur carbone dans l’atmosphère et non pas dans le sol met fin à la théorie selon laquelle l’humus était à l’origine de la matière végétale, théorie qui avait régné de l’Antiquité romaine jusqu’au début du xixe siècle.

L’agronomie moderne, complétée par les découvertes microbiologiques de Pasteur, s’est ensuite développée considérablement tout au long du xixe siècle. Un autre grand tournant a eu lieu à la fin de ce siècle : des scientifiques, comme E.W. Hilgard aux États-Unis et Vassili Dokoutchaev en Russie, analysent le sol selon une approche intégrée, non plus comme un matériau géologique, mais comme une entité, résultant d’une genèse et d’une évolution propre, distribuée dans l’espace en fonction des caractéristiques de la géologie, de la végétation et du climat. Ils sont les véritables pères de la science moderne des sols, la pédologie. Philippe Duchaufour (1912-2000) et Jean Boulaine (1922-2012) furent de grands pédologues français ; on doit d’ailleurs à ce dernier une remarquable Histoire des pédologues et de la science des sols.

2 De quoi le sol est-il constitué ?

D’abord de minéraux. Il y a ceux des roches qui ne sont pas encore transformés, mais simplement libérés par une désagrégation chimique ou physique comme l’action du gel. On parle de « minéraux primaires » : les grains de quartz, de feldspath, de mica ou bien de pyroxène provenant des granites ou des laves. Ce sont les plus gros morceaux dans les sols : leurs tailles vont de quelques centièmes de mm à quelques mm de diamètre. Et puis il y a des minéraux secondaires, qui se sont formés dans les sols eux-mêmes à partir des premiers, sous l’action de la pluie et de l’oxygène de l’air, des acides et du gaz carbonique libérés par les plantes et les microorganismes. Les plus précieux sont les argiles. Ils sont faits des atomes de silicium et d’aluminium de la roche, combinés avec l’oxygène et l’hydrogène de l’eau, réorganisés en feuilles de quelques millionièmes de mm d’épaisseur et, au plus, de millièmes de mm de longueur. D’autres constituants secondaires sont les oxydes et hydroxydes du fer et de l’aluminium, termes ultimes de l’oxydation des minéraux au contact de l’atmosphère. Le fer des roches rouille, ce qui donne aux sols leurs belles couleurs jaunes, marron, orange ou rouges. Beaucoup de roches dites sédimentaires comme les schistes, les argiles, les marnes et les calcaires contiennent déjà ces minéraux secondaires, issus de l’érosion de sols anciens. Une fois ces roches émergées, ces minéraux seront repris dans un nouveau cycle de formation des sols.

Ensuite il y a les matières organiques. Les organismes vivants et morts, ainsi que les microbes qui les décomposent, libèrent dans le sol les briques élémentaires de leurs molécules : acides aminés, sucres, lipides, composés phénoliques, etc. Ces molécules s’associent entre elles par des liaisons faibles pour former des structures supramoléculaires : les composés humiques (de humus, « la terre », en latin). Elles peuvent également se lier aux argiles et former des associations organo-minérales. Les matières organiques aussi ont une réactivité extraordinaire. Elles lient les minéraux entre eux et retiennent de nombreux éléments nutritifs.

Autres contenus du sol : de l’eau et des solutions. Elles contiennent calcium, magnésium, potassium, sodium, ammonium, chlorures, sulfates, bicarbonates, nitrates, qu’elles vont transporter vers les rivières ou les racines des plantes.

Mais ce n’est pas tout, car un sol comprend aussi les organismes qui y vivent : racines, champignons, bactéries et invertébrés.

Tous ces composants sont organisés en couches que l’on nomme horizons, qui se sont formées lors du développement du sol. Il y a un grand nombre de types d’horizons différents, mais on rencontre assez fréquemment une succession, de haut en bas, d’horizon O (organiques), A (organo-minéraux), E (pour « éluviation ») appauvris en argiles ou oxydes, B d’accumulation d’argiles, d’oxydes ou d’autres composants, S ou C d’altération de la roche, et R de roche dure non altérée.

Un exemple des constituants d’un sol

Dans un cube de 1 m × 1 m × 1 m d’un sol sur limon du bassin parisien (luvisol), sous prairie, un petit matin de printemps, il y a

520 litres de solide
+ 480 litres de vide, remplis ce jour-là de 320 litres d’eau et 160 litres d’air.

Soit 1 350 kg de solides, faits de :

1 325 kg de minéraux

920 kg de grains de quartz

280 kg d’argiles kaolinite, illite, chlorite, vermiculite, montmorillonite et d’autres interstratifiés

50 kg de grains de feldspaths orthose et plagioclase

40 kg d’oxydes et hydroxydes de fer : ferrihydrite, goethite et hématite

20 kg de calcaire (carbonate de calcium)

10 kg de cristaux de micas

5 kg d’oxydes de titane et de zirconium

1 kg d’oxydes de manganèse

1 kg de phosphates divers

Ce qui représente environ 550 kg de silicium, 50 d’aluminium, 25 de fer, 10 de calcium, 10 de potassium, 4 de titane, 2 de sodium, 2 de magnésium, 600 g de manganèse et 200 g de phosphore ; le reste étant 680 kg d’oxygène et 10 d’hydrogène.

20 kg de matière organique

3 kg de peptides et protéines

2,5 kg de sucres et polysaccharides

5 kg de lignines, composés phénoliques et aromatiques divers

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