Table des matières

Couverture

Naissance et évolution des sols

Remerciements

Préambule

Chapitre 1 - La pédogenèse

Comment observer les sols

L’intérêt d’étudier la pédogenèse

La démarche d’une interprétation pédogénétique des solums

La logique de l’étude de la pédogenèse

L’approfondissement progressif des sols

L’épaisseur des sols

La couleur des sols

Pour en savoir plus

Chapitre 2 - Les matériaux observés sous les sols

Les matériaux sous-jacents : parenté avec le sol

Nature et état

Chapitre 3 - Les facteurs de la pédogenèse

Nature et état des matériaux parentaux

Le microclimat et le pédoclimat

La position dans le relief

La végétation et l’activité biologique

Les matières organiques et la pédogenèse

Les activités humaines

La durée

Des ressources non renouvelables

Pour en savoir plus

Chapitre 4 - Le sol est-il développé dans un seul matériau ?

Indices d’une hétérogénéité dans un sol : principes, arguments

Utilité de la comparaison des « squelettes granulométriques »

Comment calcule-t-on les « squelettes granulométriques » ?

Indices d’une hétérogénéité initiale d’un sol : logique « pédo-logique »

Autochtonie ou allochtonie ?

Différents arguments pour une allochtonie

Chapitre 5 - Les grands processus pédogénétiques en action sous nos climats

Processus initiaux : altérations et dissolutions de certains minéraux du matériau parental

Libération du fer

Accumulation de carbonate de calcium

Lixiviation

Acquisition d’une structure pédologique en agrégats

Entraînement de particules argileuses

« Dégradation morphologique »

Podzolisation

Apparition de traits hydromorphes liés aux engorgements par l’eau

Accumulation d’oxydes de fer formant ciment

Accumulation de matières organiques non ou peu décomposées

Cryoturbation et actions du gel

Enchaînements de pédogenèses

Pour en savoir plus

Chapitre 6 - Déterminer l’âge et la vitesse d’évolution des sols

Détermination directe de l’âge d’un constituant ou d’un dépôt

Les sols aussi ont de la mémoire

Âges relatifs : chronoséquences de sols des terrasses fluviatiles

La vitesse de formation d’un sol et son estimation

Deux exemples historiques

Autres cas possibles et calcul

Trois tentatives de datation

Podzolisation superficielle en forêt de Saint-Trojan (île d’Oléron)

Chapitre 7 - Que nous apprennent les éléments grossiers en matière de pédogenèse ?

Leur disposition

L’aspect de leur surface

Leur forme

Leur état d’altération

Chapitre 8 - La pédogenèse selon les grands types de matériaux parentaux

Les matériaux sableux

Les matériaux limoneux

Les matériaux argileux

Les matériaux calcaires

Chapitre 9 - Le processus d’argilluviation verticale menant à la formation des luvisols

À quoi reconnaît-on les luvisols sur le terrain ?

Conditions nécessaires pour la formation de Néoluvisols puis de Luvisols Typiques

Chronoséquence des sols issus de lœss : processus successifs

Conditions optimales pour la genèse des luvisols

Les Néoluvisols et les Luvisols Typiques

Les Luvisols Dégradés

Quelques réflexions sur la terminologie pour conclure

Chapitre 10 - Les planosols « primaires », issus d’argiles sédimentaires peu perméables

Matériaux parentaux

Rôle de la présence de sables

Processus pédogénétique

Autres facteurs de pédogenèse des planosols primaires

Étude pédogénétique de planosols en forêt d’Orléans

Difficultés de mise en valeur : drainage agricole

Pour en savoir plus

Chapitre 11 - Les brunisols

La brunification

Conditions de formation

Au carrefour de plusieurs phylums évolutifs

Chapitre 12 - Les anthroposols : mise en place, typologie et spécificités

Définition

Les matériaux anthropiques

Typologie

Difficultés inhérentes à l’étude des anthroposols urbains et péri-industriels

Pour en savoir plus

Références bibliographiques

Lexique

Naissance et évolution des sols

La pédogenèse expliquée simplement

Denis Baize

© éditions Quæ, 2021

ISBN papier : 978-2-7592-3264-2
ISBN PDF : 978-2-7592-3265-9
ISBN (epub) : 978-2-7592-3266-6

Éditions Quæ
RD 10
78026 Versailles Cedex

www.quae.com
www.quae-open.com

Pour toutes questions, remarques ou suggestions : quae-numerique@quae.fr

Sauf mention contraire, les photos de cet ouvrage sont de l’auteur.

Le code de la propriété intellectuelle interdit la photocopie à usage collectif sans autorisation des ayants droit. Le non-respect de cette disposition met en danger l’édition, notamment scientifique, et est sanctionné pénalement. Toute reproduction même partielle du présent ouvrage est interdite sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie (CFC), 20 rue des Grands-Augustins, Paris 6e.

En couverture : dans le sens des aiguilles d’une montre, sol mince, très humifère, sur calcaire dur, dans les Alpes italiennes ; aspect du sol observé dans les fondations d’un immeuble à Olivet (Loiret) ; sol rouge développé à partir d’un calcaire jurassique rocailleux, dans la région d’Angoulême (Charente).

Denis Baize est spécialiste en pédologie générale et typologie des sols. Auteur ou coordinateur de nombreux ouvrages de référence, il est également connu pour ses publications relatives aux éléments traces métalliques dans les sols. Il a aussi coordonné les travaux d’élaboration du Référentiel pédologique, le système français de désignation des sols. Il a travaillé au centre INRAE d’Orléans pendant 29 ans.

Remerciements

À Nelly Duigou (chambre d’agriculture du Cher), pour sa première relecture des chapitres de cet ouvrage.

À mesdames Claire Guenat (EPF Lausanne), Nelly Duigou (chambre d’agriculture du Cher), Anne-Laure Le Bris (Agrocampus Ouest), Isabelle Letessier (Sigales), Anne Richer-de-Forges (INRAE) et Marion Tétégan, à messieurs Antonio Bispo (INRAE), Antoine Delaunois (chambre d’agriculture du Tarn), Christophe Ducommun (Agrocampus-Ouest), Nicolas Dufaux, Jean-Claude Fresse, Gilles Gagné (CETAB Québec), Michel Isambert (Inra), Cédric Laveuf (SolenVie), François Lebourgeois (AgroParisTech), Josselin Marion, Joël Michelin (AgroParisTech), David Montagne (AgroParisTech), Hervé Nédélec (chambre d’agriculture du Loiret), Jérôme Poulenard (université de Chambéry) et Jacques Roque (Inra), pour m’avoir permis d’illustrer mes propos avec leurs belles photos.

Préambule

Dans ce petit ouvrage, je vais essayer d’expliquer, le plus simplement possible, quelque chose qui n’est pas vraiment simple : comment naissent puis évoluent les sols. Ces « sols » sont ces objets naturels dans lesquels s’enracinent la plupart des végétaux supérieurs terrestres (cultivés ou non) et où vivent de très nombreux êtres vivants, généralement très petits.

Depuis toujours, les différents types de sols sont désignés par les pédologues par des termes spécifiques qui sont soit inspirés de termes vernaculaires étrangers (par ex. « podzol », « rendzine », « chernozem », « smonitsa »), soit constituent des néologismes (par ex. vertisols, andosols, histosols, planosols). Il est inutile que le lecteur s’embarrasse de la totalité de ce vocabulaire, mais il est difficile pour nous de nous en passer complètement. Dans cet ouvrage, nous utiliserons uniquement les désignations du Référentiel pédologique 2008, le seul système français officiel.

Les chapitres 1 à 4 couvrent un certain nombre de généralités : définitions, démarches, matériaux parentaux des sols, facteurs de la pédogenèse, techniques permettant de juger de l’homogénéité initiale des matériaux. Le chapitre 5 présente une douzaine de processus pédogénétiques ou de mécanismes généraux y concourant. Dans le chapitre 6, nous nous attachons à discuter de la difficile estimation de l’âge des sols et de la vitesse de leurs formation et évolution.

Le chapitre 7 traite des éléments grossiers (pierres, cailloux, graviers) et des informations qu’ils peuvent nous fournir sur la formation des sols. Le chapitre 8 présente succinctement les principales évolutions en fonction de la granulométrie de matériaux parentaux bien typés (franchement sableux, nettement limoneux, argiles « lourdes »), puis s’attarde quelque peu sur l’évolution des sols issus de roches calcaires, très communs dans notre pays.

Les chapitres 9, 10 et 11 sont consacrés à de grands types de sols très fréquents en France dans les bassins sédimentaires : les luvisols, les planosols et les brunisols. Enfin, le chapitre 12 s’intéresse à des sols très artificialisés, voire totalement « fabriqués » par l’homme, les anthroposols, que l’on peut observer surtout en zones urbaines ou périurbaines.

Si ne sont traités ici que les types de sols que l’on peut observer sous nos climats tempérés, je n’ai pas non plus souhaité aborder tous les types de sols présents dans l’Hexagone et ils sont très nombreux, tellement les roches et les formations superficielles sont variées sur tout le territoire. Je n’ai pas cherché l’exhaustivité pour plusieurs raisons. D’une part, mes compétences ont des limites ; d’autre part, un livre très complet existe déjà, qui est l’œuvre de Marcel Jamagne (2011) et qu’il n’était pas question de chercher à concurrencer. En conséquence, il ne sera pas question ici de tous les sols développés dans la large gamme des roches magmatiques, métamorphiques ou volcaniques, ni des sols plus rares comme les sols salés.

Certains mots techniques, en vert dans le texte, sont explicités de manière plus détaillée dans un lexique, en fin d’ouvrage.

Les sols sont partout mais ils ne sont pas visibles (Pays basque, France). © Georges Lopez, Biosphoto n° 2415028.

Avant d’aborder la pédogenèse proprement dite, présentons ici six notions majeures.

A. Un sol ne se réduit pas à la couche de surface, labourée ou non, riche en matières organiques (lesquelles excèdent rarement 5 % en poids). Pour le pédologue, c’est évident, car cette couche est seulement une partie du sol. Pour l’agronome, ce devrait l’être aussi ! En effet, sauf si des obstacles existent :

l’enracinement des plantes annuelles est bien plus profond (par ex. le blé qui, en cas de sécheresse, peut s’enraciner jusqu’à 1,50 m pour trouver de l’eau) ;

l’enracinement des plantes pérennes (vignes, arbres fruitiers, essences forestières) affecte généralement toutes les couches du sol (nommées horizons par les pédologues), y compris les matériaux sous-jacents, parfois sur plusieurs mètres. Cet enracinement joue sur la biomasse produite, aussi bien sur la qualité (« terroirs ») que sur la quantité de celle-ci ;

les autres couches non situées en surface jouent également un rôle important :

pour les réserves en eau disponibles pour les plantes,

dans la facilité ou la difficulté de ressuyage spontané des eaux de pluie,

pour filtrer les eaux de pluie avant qu’elles n’atteignent les nappes phréatiques,

comme réservoir en calcium et autres éléments minéraux (majeurs, oligoéléments),

dans le fait de laisser accès ou non à l’enracinement des plantes pérennes (arbustes, arbres) selon leur structure, leur compacité…

B. Les sols diffèrent des roches par quatre caractères :

des transformations chimiques de certains minéraux (les altérations), voire leur disparition totale par dissolution (par ex. la disparition relativement rapide des micas noirs des granites et leur transformation en minéraux argileux ; la dissolution progressive de la calcite dans les sols et les sédiments calcaires) ;

l’apparition de nouvelles espèces minérales (néogenèses ou néoformations) (par ex. la formation de silicates en feuillets, les minéraux argileux ; l’apparition d’oxydes de fer, non présents initialement dans la roche) ;

la présence et l’activité d’organismes vivants, grâce à l’abondance relative d’oxygène gazeux (par ex. bactéries, champignons, microarthropodes, vers de terre, racines des plantes supérieures) ;

l’organisation spécifique (la structure pédologique) qui résulte de tout cela. Le plus souvent, cette organisation des particules se traduit par l’apparition d’agrégats.

Ce milieu sol dont nous parlons est un habitat essentiellement minéral, qui contient cependant quelques pourcents en poids de matières organiques d’origine et de composition variées (le plus souvent de 1 à 5 %), et dans lequel vivent de très nombreux et très divers habitants qui interagissent avec lui. Il constitue donc un écosystème terrestre.

C. Il faut toujours replacer dans son contexte le solum[1] que l’on étudie, en se posant quatre questions :

quelle est sa position dans le versant ou dans le paysage ?

quels sont ses contextes géologique, hydrologique, humain ?

par quels autres solums est-il encadré (contexte pédologique) ?

quelle représentativité a-t-il par rapport aux autres sols avoisinants ? La réponse à cette question implique d’avoir déjà acquis de bonnes connaissances préalables sur tout un territoire.

D. La biologie et la pédologie sont deux mondes différents, aux concepts distincts. Dans ses débuts, la science que nous appelons aujourd’hui pédologie a été très influencée par les concepts et le vocabulaire de la biologie. Les premières classifications de sols ont été inspirées de la classification linnéenne et étaient très lourdement hiérarchisées, et basées, au moins implicitement, sur l’idée de l’existence d’individus-sols, idée réfutée aujourd’hui. Ainsi on a pu parler de « la génétique des sols » (titre d’un célèbre ouvrage d’Albert Demolon, publié en 1949).

Dans le tableau 1, nous avons placé face à face, sur deux colonnes, un certain nombre de concepts classiques de la biologie et de la pédologie. Comme on le constatera, certains des concepts majeurs de la biologie n’ont aucun équivalent en pédologie ! Et au-delà des caractères, les autres n’ont que des équivalents approximatifs signalés par un astérisque.

Tableau 1. Deux mondes différents, des concepts distincts. 

Biologie (végétale et animale, monde du vivant)

Pédologie (monde minéral hébergeant des êtres vivants)

Gènes, ADN, génotype

Sans aucun équivalent 

Caractères

Caractères

Phénotype

Morphologie*

Individu

Sans aucun équivalent 

Parents

Roche-mère*, matériau parental*

Espèce

Type*

Reproduction

Sans aucun équivalent 

Hérédité, génétique

Héritage*

Phylogénie, évolution

Pédogenèse*, évolution*

Phylum, lignée évolutive

Phylum évolutif*

E. Un sol recouvre des enjeux politiques et fonciers. Il est en effet étroitement localisé et ne peut pas se déplacer (à la différence de l’air, de l’eau, des animaux sauvages…). Chaque solum doit donc être défini par ses coordonnées géographiques. À la différence de l’air et de l’eau, il a généralement un propriétaire et, souvent, un exploitant distinct du propriétaire. Par ailleurs, c’est également un bien commun qui rend aux sociétés humaines des services écosystémiques irremplaçables. On peut donc s’attendre à des conflits entre intérêts privés individuels et intérêts collectifs…

F. L’horizon est un concept-clé pour les pédologues. Les horizons sont les couches superposées d’un sol, aux propriétés différentes les unes des autres. En effet, les sols montrent en général des différenciations selon un axe vertical. Dans un sol observé dans une fosse[2], les horizons apparaissent ainsi le plus souvent comme des couches horizontales plus ou moins épaisses (figure 1), même s’ils peuvent parfois présenter des aspects beaucoup plus complexes (figure 2).

Figure 1. Le plus souvent, les horizons apparaissent comme des couches horizontales régulières.

Ici, un sol de Beauce de 80 cm d’épaisseur, totalement décarbonaté, présentant deux horizons au-dessus d’un matériau parental calcaire. © Chambre d’agriculture du Loiret.

Figure 2. Aspect du sol observé dans les fondations d’un immeuble à Olivet (Loiret).

Les formes des deux horizons (rougeâtre et brun-gris), ainsi que celles de leur contact avec le calcaire sous-jacent, sont particulièrement contournées. L’horizon brun-gris s’est formé au contact entre les alluvions anciennes non calcaires de la Loire (brun rouge) et le calcaire de Beauce.

Dans tous les cas, les horizons sont en réalité des volumes, qui paraissent macroscopiquement homogènes, des sous-ensembles de la couverture pédologique étudiée. Comme leur épaisseur se compte en centimètres, ils sont facilement perceptibles à l’œil nu, dans une « fosse pédologique ». L’horizon est le niveau d’investigation le plus commode pour décrire, échantillonner et définir les sols.

Les horizons sont l’objet d’une typologie en fonction de leur morphologie, de leurs fonctionnements et de l’interprétation pédogénétique que les pédologues en donnent. À cette typologie sont associés des codes (horizons H, O, A, E, -g, S, BT…), regroupés dans le tableau 2.

Tableau 2. Codage des horizons (par ordre alphabétique).

Code

Descriptif des horizons

A

Horizons de surface humifères sous végétations naturelles (forêts, prairies, pelouses).

AG

Horizons de surface très humifères des sols presque toujours engorgés, sous végétations naturelles.

An

Horizons de surface très humifères des sols engorgés presque en permanence mais connaissant une période aérobie (« anmoor »).

BPh

Horizons podzoliques d’accumulation, avec dominance des matières organiques fines (voir chapitre 5, Podzolisation).

BPs

Horizons podzoliques d’accumulation, avec dominance du fer et de l’aluminium (voir chapitre 5, Podzolisation).

BT

Horizons d’accumulation de particules argileuses illuviées (voir chapitre 5, Entraînement de particules argileuses et Apparition de traits hydromorphes liés aux engorgements par l’eau).

BTgd

Horizons BT caractérisés à la fois par des caractères rédoxiques marqués et par un début de « dégradation morphologique » (voir chapitre 4, Dégradation morphologique).

C

Horizons assez fortement altérés mais n’ayant pas encore acquis de structure pédologique.

E

Horizons éluviés, c’est-à-dire fortement appauvris en argile et/ou en fer et, de ce fait, présentant des teintes claires ; propres aux luvisols, podzosols et planosols.

Ea

Horizons éluviés « albiques » totalement appauvris en fer et, de ce fait, de couleur blanche.

Eg

Horizons éluviés à caractères rédoxiques marqués (taches rouille, bariolages, nodules ferrugineux).

G

Horizons réductiques, autrefois nommés « gleys » (voir chapitre 5, Apparition de traits hydromorphes liés aux engorgements par l’eau).

-g

La lettre g signale des caractères rédoxiques marqués et peut s’ajouter aux horizons codés LA, BC, BT, E, etc. (voir chapitre 5, Apparition de traits hydromorphes liés aux engorgements par l’eau).

H

Horizons de surface constitués uniquement de matières organiques non ou peu décomposées, se formant dans les milieux constamment engorgés par de l’eau (tourbes).

LA

Horizons de surface humifères des sols agricoles (L pour « labourés »).

O

Horizons de surface constitués uniquement de matières organiques peu décomposées, se formant dans les milieux aérés (forêts).

S

Horizons non situés en surface, peu humifères, bien structurés en agrégats et bien aérés.

SC

Horizons intermédiaires entre un horizon S et un horizon C.

Sg

Horizons S montrant des traits rédoxiques marqués (taches rouille, bariolage, nodules ferrugineux) dus à des engorgements temporaires.

IIS

Horizons S développés dans un matériau parental différent de celui où se sont développés les horizons situés au-dessus.

1Solum : volume concret de sol que l’on peut toucher, observer, prélever dans une fosse pédologique.

2Voir chapitre 1, Comment observer les sols.

Chapitre 1

La pédogenèse

Certaines roches sont rouges (« Ruffes » du lac de Salagou, Hérault, France). © Thierry Le Quay, Biosphoto n° 2099607.

La pédogenèse (de pedon, le sol en grec), c’est la formation puis l’évolution d’un sol au cours du temps, à partir d’un matériau parental[3] ou, parfois, de plusieurs matériaux parentaux superposés. Quant aux processus pédogénétiques, ce sont tous les phénomènes, naturels ou liés aux actions humaines, d’altérations, néogenèses, transferts, remaniements, concourant à la formation et à l’évolution des couvertures pédologiques[4].

Aujourd’hui, en observant un solum dans une fosse pédologique (figure 1.1), nous constatons le résultat de la somme des fonctionnements journaliers/mensuels/annuels sur 1 000 / 10 000 / 100 000 / 1 000 000 d’années. Sur des périodes aussi longues, des changements climatiques et des phases d’érosion/sédimentation ont pu avoir lieu et être, souvent, à l’origine de sols complexes.

Comment observer les sols

Pour étudier la pédogenèse, observer correctement les différents horizons et pouvoir réaliser des prélèvements afin d’effectuer des analyses, il faut creuser des fosses pédologiques (encadré 1.1). Des observations faites avec une tarière (appelée aussi sonde) ne permettent pas d’observations satisfaisantes ni de prélèvements convenables.

Encadré 1.1. La fosse pédologique

En plan, une fosse pédologique est un rectangle. Une des parois sera taillée bien verticale puis sera soigneusement préparée, observée, décrite et échantillonnée. De l’autre côté, si nécessaire, on taillera un « escalier » de quelques marches permettant la descente, mais surtout une remontée aisée.

Une fosse pédologique peut être creusée « à la main », avec bêches et pelles. C’est nettement plus fatigant qu’avec une machine, mais c’est possible partout. Si l’on fait appel à une minipelle ou à une tractopelle, le creusement sera rapide et sans fatigue, mais ces engins ne peuvent accéder partout et occasionnent parfois des dégâts sur leur passage (ornières, bris de branches).

Dans la pratique, les dimensions de la fosse doivent permettre au prospecteur d’y descendre et de s’y mouvoir facilement : d’abord, pour avoir un peu de recul pour l’observation et aussi pour pouvoir s’accroupir pour l’étude et le prélèvement des horizons les plus profonds. Ces dimensions doivent aussi être compatibles avec l’utilisation des outils, donc supérieures à la longueur d’un manche de pelle…

Dans l’idéal, la profondeur de la fosse doit permettre l’observation de tous les horizons constituant le sol, de la surface jusqu’au matériau sous-jacent. Cette profondeur est extrêmement variée selon les types de sols, allant de quelques centimètres… à parfois plus de deux mètres pour les sols français. Toutefois, d’autres considérations sont à prendre en compte : les préoccupations du descripteur et ses moyens en temps, en argent, en matériel ou en main-d’œuvre.

Figure 1.1. Schéma théorique d’une fosse pédologique idéale, dans laquelle il est possible d’observer, de photographier et de prélever.

L’intérêt d’étudier la pédogenèse

Pourquoi étudier la pédogenèse ? La première raison évidente, est que la pédogenèse permet d’expliquer la morphologie...