LA SPECTROMETRIE INFRAROUGE

LA SPECTROMETRIE INFRAROUGE

Le sol se forme sous l’influence de plusieurs facteurs tels que la roche mère, le climat, le temps, les organismes et la topographie, qui sont les facteurs de la pédogénèse selon Leveque (1975). La grande variabilité pédologique des sols résulte des interactions de ces divers facteurs, qui influencent la formation de différents profils [2]. La connaissance des caractéristiques pédologiques des sols, de leur mode de formation, de leurs caractéristiques minéralogiques est d’une grande importance. Ces caractéristiques ont des conséquences sur les propriétés physicochimiques des sols, leurs potentialités nutritives et leurs fonctions biologiques. Dans le cas de Madagascar, où les sols peuvent être issus du socle cristallin, de formations sédimentaires ou de roches volcaniques [3], les effets de la roche mère dans des conditions climatiques diverses sur les caractéristiques des sols sont mal connus. Les sols ferrallitiques représentent une superficie de 274 561 km2 , soit environ 46,5% de la surface de Madagascar [4]. Les principales classes de sols ferrallitiques sont, selon la classification internationale [5], des ferralsols, des cambisols et des nitisols. Ils sont formés en climat chaud et humide et évoluent par suite d’une altération intense des roches mères, les principales classes de roches mères étant des gneiss, des granito-gneiss, des granites, des roches d’altération, des roches carbonatées, des roches mafiques et des roches détritiques [6][7]. Selon l’intensité de l’altération et en fonction des processus d’érosion ou de rajeunissement qui affectent les sols, les caractéristiques pédologiques des sols varient, ce qui explique les trois classes de sols observées. La distinction entre les diverses classes de sols est réalisée à partir d’observations de terrains, nécessitant l’implication d’un expert en pédologie, et à partir d’analyses de laboratoire permettant de caractériser les constituants minéralogiques et les propriétés physico-chimiques des sols. L’ensemble de ces observations et analyses sont longues et couteuses. L’utilisation de techniques moins coûteuses, comme la Spectrométrie Moyen Infrarouge (SMIR) et Proche Infrarouge (SPIR), permettrait de multiplier les analyses des sols à réaliser. Ceci est particulièrement vrai pour les éléments minéraux des sols : les analyses minéralogiques nécessitent généralement l’utilisation d’équipements sophistiqués non disponibles dans la plupart des laboratoires d’analyses des sols. Une importante littérature scientifique récente montre l’intérêt et l’utilisation de ces techniques pour prédire les constituants minéraux, la matière organique ou les propriétés des sols [8][9][10][11][12]. L’objectif de ce travail est de vérifier si les techniques spectrales peuvent apporter une aide pour la classification des sols ferrallitiques de Madagascar. L’étude porte sur une large collection de sols ferrallitiques de Madagascar.

Méthodologie

Sites d’étude

Les zones d’étude ont été localisées dans différents sites à Madagascar, correspondant principalement au sol cristallin (Figure 1). Ces roches mères sont formées d’unités méta-sédimentaires précambriennes fortement métamorphisées Annexes XXX avec des intrusions de diverses roches granitiques, mafiques et mafiquesultramafiques [13]. Le climat de l’île est subtropical, caractérisé par une pluviométrie annuelle moyenne de plus de 3 000 mm le long de la côte Est, à moins de 1 000 mm dans la région du Sud-Est et variant de 1 000 à 1 800 mm dans les Hautes Terres. La température annuelle moyenne dépend en grande partie de l’altitude, supérieure à 25 °C sur les côtes et inférieure à 20 °C dans les Hautes Terres. Des échantillons de sol ont été prélevés sur 120 sites situés le long des routes principales (Figure 1). Ces 120 sites ont été prélevés en haut ou sur le tiers supérieur des collines. Les coordonnées géographiques de chaque site ont été mesurées avec un récepteur GPS (Global Positioning System). Les sols étudiés ont été classifiés comme Ferralsols, Cambisols et Nitisols [5] et ont été classés comme sols ferralitiques dans l’ancien système de classification français [14]. La sélection des sols était basée sur des observations de terrain, c’est-à-dire sur la présence d’un horizon ferralitique, résultant d’une altération longue et intense. Les sols étaient couverts de plantes herbacées naturelles avec quelques plantes ligneuses. Selon Bond et al. [15], le plateau central de Madagascar est dominé par des prairies et des savanes, avec, par exemple, Aristida rufescens, Loudetia simplex, Trachypogon spicatus, Hyperthelia dissoluta, Ctenium concinnum, tandis que l’ouest est dominé par des savanes herbacées représentées par des espèces comme Heteropogon contortus, Hyparrhenia spp., Loudetia spp., Themeda quadrivalvis. Ces zones sont utilisées par les agriculteurs pour le pâturage extensif. 

Prélèvements et analyses des sols

La figure 1 présente les sites de prélèvement à l’échelle régionale. Les échantillons de sol utilisés ont été prélevés sur les 120 sites qui s’étendent depuis Antananarivo vers Ambatondrazaka (RN44), vers Tamatave à l’Est (RN2), au-delà de Fianarantsoa au Sud (RN7) et vers le Nord sur la route de Diégo-Suarez (RN6) (Figure 1). La distance entre les points de prélèvement est d’environ 20 km, décalée de 100 m des zones de perturbations (culture,…) ou des routes nationales. Les sols prélevés sont situés sur les zones de tanety. Pour chaque profil, 5 profondeurs ont été prélevées : 0-10, 10-20, 20-30, 50-60, 80-90 cm. Des échantillons composites des répétitions ont été préparés pour chaque profondeur prélevée. Ces échantillons ont été ensuite séchés à l’air libre durant quelques jours. Enfin, ils ont été tamisés à 2 mm puis broyés à 0,2 mm. Pour la présente étude, les 120 échantillons composites de l’horizon de surface (0-10 cm de profondeur) ont été utilisés. Annexes XXXI Figure 1. Présentation des sites de prélèvement sur l’ensemble des sols ferrallitiques de Madagascar à l’échelle régionale Concernant les analyses des sols, des constituants minéraux, comme les oxydes de fer (Fe2O3), la kaolinite (Kt), la gibbsite (Gb), des teneurs de carbone total, la texture (sable) et des propriétés physico-chimiques, comme le pHeau, la rétention de P (Prem), ont été mesurés au laboratoire. Concernant les mesures des constituants minéralogiques, le Fe2O3 a été mesuré par la méthode de déferrification au citratebicarbonate-dithionite (CBD) [16]. La Kt et la Gb ont été obtenues par calcul à partir des teneurs de SiO2 et Al2O3 obtenues lors d’une extraction avec de l’acide sulfurique [17][18][19]. Les calculs sont les suivant : Kt = SiO2_SA / Kt_SiO2 (1) où Kt est la concentration en kaolinite (g kg-1), SiO2_SA est la concentration de la SiO2 obtenu à partir de l’’attaque à l’acide sulfurique (g kg-1), Kt_SiO2 est la proportion de SiO2 dans la kaolinite qui est égal à 0,465. Gb = [Al2O3_SA – Al2O3_CBD – (Kt x Kt_Al2O3)] / Gb_Al2O3 (2) où Gb est la concentration de la gibbsite (g kg-1), Al2O3_SA est la concentration d’Al2O3 obtenue à partir de l’extrait de l’attaque à l’acide sulfurique (g kg-1), Al2O3_CBD est la concentration de l’Al2O3 obtenu à partir d’une extraction CBD, Kt est la Annexes XXXII concentration de la kaolinite, Kt_Al2O3 est la proportion de l’Al2O3 dans la kaolinite, égal à 0,395 ; et Gb_Al2O3 est la proportion spécifique de l’Al2O3 dans la gibbsite, égal à 0,654. Les équations 1 et 2 sont calculées sans substitution dans la formule de la kaolinite et de la gibbsite. La teneur en C total a été analysé à partir d’une combustion à sec des échantillons dans un modèle LECO CHN 600 (Leco Corp., St Joseph, MI, USA). Concernant les mesures des propriétés physico-chimiques des sols, le pHeau a été mesuré dans de l’eau distillée en utilisant un rapport sol/solution de 1 : 2,5 (rapport massique). Le Prem a été déterminé après une addition unique de 60 mg de P l-1 (sous forme de KH2PO4) dans du CaCl2 0,01 M ajouté à un rapport sol / solution 1 : 10 [20]. Le sable a été déterminé à partir d’une analyse de la fraction granulométrique en utilisant la pipette pour le prélèvement après la dispersion des extraits avec du NaOH 1 M.