La structure des sols

La structure des sols

La structure décrit l’arrangement des particules solides dans le sol (particules élémentaires), notamment leur agrégation, la porosité et la stabilité de l’état agrégé (Stengel and Gelin, 1998). L’organisation et la composition de la phase solide déterminent les caractéristiques d’un sol. Elles définissent le volume, la taille et la forme des pores dans lesquels se déroulent les processus de transfert des flux de l’eau, de l’air et des nutriments dans le sol. En contrôlant l’accès des plantes à l’eau et aux éléments nutritifs du sol, la structure du sol détermine donc dans une large mesure le développement des plantes. Identifier la structure des sols en général, et en particulier celle des Technosols, est une étape essentielle dans la compréhension de leur fonctionnement et de leur capacité à assurer la vie des organismes.

La structure des sols, quelle que soit l’échelle de temps, est le résultat de processus physiques, chimiques et biologiques (Baize et al., 2013). Les facteurs biotiques et abiotiques affectent et sont affectés par la structure du sol. Ces facteurs interagissent à travers de nombreux processus physico-chimiques et biologiques, et Matériaux et organismes étudiés dans le cadre de la thèse 28 pour générer de nombreuses caractéristiques et propriétés des sols telles que leur structure, leur matière organique, leur équilibre ionique, etc. (Coleman, 1985, 2008).

Les effets abiotiques

Les caractéristiques physiques et chimiques du sol influent sur la croissance et le développement des organismes, d’une manière plus ou moins favorable. La composition minérale et organique du milieu rend la présence et le développement des organismes possibles, en assurant la nutrition minérale des végétaux, qui a leur tour nourrissent les animaux. Elle détermine la composition chimique de la phase liquide du sol, laquelle joue un rôle majeur sur les activités biologiques. Par ailleurs, la concentration en oxygène détermine les propriétés d’oxydoréduction, qui sont elles aussi primordiales pour les organismes.

Elle joue aussi un rôle sur la présence de charges électriques, l’adsorption des molécules non ionisées (telles que l’eau ou des molécules organiques). Enfin, elle définit la constitution minéralogique et la composition granulométrique. Les minéraux les plus fréquemment rencontrés dans le sol sont de deux types (Calvet, 2003; Stengel and Gelin, 1998) :  Les minéraux primaires : ce sont des minéraux hérités de la roche-mère, qui se trouvent dans le sol sous forme plus ou moins fragmentée, mais peu altérée.  Les minéraux secondaires : ce sont des matériaux primaires altérés, ou des minéraux issus de leur association (Shipitalo and Protz, 1989).

Les matières minérales constituent l’essentiel de la masse des sols (90-99%), si l’on ne tient pas compte des sols organiques (Calvet, 2003). La nature des minéraux est déterminée soit par la roche-mère, soit par leur transport (par l’eau, l’air, ou par l’action de la gravité ou de l’homme). Les matières organiques proviennent  principalement des résidus végétaux qui subissent diverses transformations physiques et chimiques. La teneur en matière organique est une caractéristique pédologique influençant largement les processus physiques, chimiques et biologiques. C’est ainsi un paramètre crucial de la qualité du sol (Calvet, 2003).

Dans les Anthroposols construits, les matières organiques proviennent principalement d’ajouts dans le sol (compost de déchets verts, balayures récoltées lors du nettoyage des rues, sous-produits papetiers, boues de stations d’épuration, …). Les effets des différents types de matières organiques sur les propriétés des Technosols ont été étudiés et détaillés par (Rokia et al., 2014) Les compositions minérales et organiques de Technosols en milieu urbain ont fait l’objet d’études récentes dans lesquelles les variations des paramètres physiques et chimiques engendrées par l’usage de 11 types de déchets issus des milieux urbains (organiques et minéraux) sont analysées pour caractériser leur impact sur la fertilité des Technosols, par rapport aux sols naturels (Rokia et al., 2014). 

Les effets biotiques

Les organismes sont un des cinq facteurs interactifs de formation des sols (matériaux parentaux, climat, organismes, relief, et temps) (Jenny, 1941). Le sol contient une grande diversité d’organismes à la dynamique et au rôle variés (Coleman, 2008; Lavelle and Spain, 2001). Leur taille est variée, allant des micro-organismes invisibles à l’œil nu (bactéries et champignons) à la macrofaune (termites, vers de terre, etc.) en passant par les organismes de taille intermédiaire comme la microfaune (protozoaires, nématodes, etc.) et la mésofaune (microarthropodes, enchytréides, etc.). 

Effets des vers de terre sur la structure du sol

L’effet des vers de terre sur la fertilité des sols a été largement documenté (Edwards, 2004; Edwards and Bohlen, 1996). Les vers de terre représentent la majorité de la biomasse animale, particulièrement dans l’écosystème productif comme les prairies tempérées, les pâturages tropicaux, les forêts à feuilles caduques : leur densité peut atteindre 500 individus par m2 (Bardgett, 2005). Le milieu urbain n’est pas en reste car on a recensé différentes espèces de vers de terre dans les espaces verts et les jardins, pour une densité pouvant s’élever à 450 individus par m² (Glasstetter, 2012).

Les vers de terre présentent des effets intéressants sur les milieux urbains, ce qui a amené (Morales et al., 2013; Scullion and Malik, 2000) à les considérer comme une solution d’écorestauration pour les sols dégradés, et plus particulièrement contaminés. Le ver de terre Lumbricus terrestris (espèce anécique) a un effet sur la macroporosité et la décomposition de la matière organique des Technosols construits (Pey, 2010). Il a également mis en évidence dans cette étude que la faune du sol est un facteur d’évolution de la pédogenèse du Technosol construit.