Sol (pédologie) - Définition

Introduction

Le sol représente la couche superficielle, meuble, de la croûte terrestre, résultant de la transformation de la roche mère, enrichie par des apports organiques.
Il est à la fois le support et le produit du Vivant. On différencie le sol de la croûte terrestre par la présence significative de vie. Le sol est aussi un des puits de carbone planétaires, mais semble perdre une partie de son carbone, de manière accélérée depuis au moins 20 ans.

Échantillons de sol

Le sol est le support des cultures, mais aussi pour partie leur produit, tout particulièrement l'humus dont la perte fragilise le sol

Les coupes de sol (ou fosses pédologiques) permettent d'étudier les couches du sol et notamment leur vie biologique

Définitions

Il existe plusieurs définitions du sol :

• Les agronomes nomment parfois sol la partie arable (pellicule superficielle) homogénéisée par les labours et explorée par les racines des plantes. on considère qu'un bon sol agricole est constitué de 25% d’eau, 25% d’air, 45% de matière minérale et de 5% de matière organique. Le tassement et la semelle de labour peuvent induire une perte de rendement de 10 à 30 %.
• Les pédologues estiment que la partie arable ne constitue que la partie superficielle du sol. Le pédologue Albert Demolon a défini le sol comme étant « la formation naturelle de surface, à structure meuble et d'épaisseur variable, résultant de la transformation de la roche mère sous-jacente sous l'influence de divers processus, physiques, chimiques et biologiques, au contact de l'atmosphère et des êtres vivants ».
• Les responsables de l'aménagement du territoire distinguent les sols agricoles, les sols boisés, les sols bâtis et les autres sols.

La science qui étudie les sols, leur formation, leur constitution et leur évolution, est la pédologie. Plus généralement, aujourd'hui, on parle de science du sol, englobant ainsi toutes les disciplines (biologie, chimie, physique) qui s'intéressent pro parte au sol.

Fonctions

Les sols ont plusieurs fonctions. Ainsi, selon les critères du Service d'Information des Sols Africains (ASIS) du Centre International d'Agriculture Tropicale (CIAT), un sol est considéré comme sain lorsque il parvient à la fois à:

• héberger un écosystème,
• produire des récoltes,
• stocker le carbone et l'azote de l'atmosphère,
• retenir les eaux de pluie et de ruissellement.

Le sol a aussi un rôle très important dans la dispersion et la dégradation des polluants.

Sol et cycle de l'eau

Des fonctions nouvelles lui sont reconnues dont un rôle majeur dans le cycle de l'eau, pour la santé publique (cf. sols pollués) et des écosystèmes, ainsi qu'une importance dans les cycles biogéochimiques du carbone, de l'azote, du potassium, du calcium, du phosphore, des métaux. Les sols de qualité limitent les risques d'érosion et de salinisation.

Sols et puits de carbone

Le protocole de Kyoto a mis en avant l'importance du sol comme puits de carbone, surtout en zone tempérée. Les enjeux sont très importants, car le CO₂ émis par les microbes constitue l'essentiel du flux de dioxyde de carbone (CO₂) émis de la surface du sol vers l'atmosphère, et le second plus importante flux de carbone terrestre flux. Les plantes émettent du CO2 la nuit, mais la plupart du temps très largement compensé par la photosynthèse le jour.

• la fonction Puits de carbone est encore mal cernée car elle varie fortement dans l'espace et dans le temps, selon les conditions biogéographiques, agro-pédologique, voire de pollution du sol. La respiration du sol est facile à mesurer localement, mais ses variations locales et saisonnières rendent les bilans globaux difficiles. De plus, aucun instrument de télédétection ne peut aujourd'hui la mesurer à l'échelle de vastes territoires.
• Des modèles doivent donc être construits sur la base d'extrapolations, et calés et vérifiés avec les données du terrain. À ce jour, les modèles, et les études de terrain, laissent penser qu'un réchauffement climatique, même d'un ou deux degrés devrait fortement perturber le cycle du carbone.
• Le bilan respiratoire du sol et son évolution commencent à être mieux approchés. Le bilan correspond à la somme des flux de CO2 et de vapeur d'eau libérés par le métabolisme des microbes, des animaux du sol, des racines des plantes et des champignons du sol. Une méta-analyse (Nature, Mars 2010) a porté sur 439 études. Sur la base des 50 années de données d'émissions des sols étudiées sur 1.434 points de données répartis sur toute la planète, les auteur ont conclu que les sols du monde entier ont encore augmenté leurs émissions de CO₂ entre 1989 et 2008, probablement à cause d'une augmentation de l'activité microbienne induite par la température et l'eutrophisation et d'une dégradation des humus. Les changements de comportements du sol sont lents, mais se traduisent par des effets globaux très significatifs ;
  L'expiration vers l'atmosphère des organismes du sol a augmenté d'environ 0,1 % par an ("0,1 Pg C/an") de 1989 à 2008, pour atteindre en 2008 environ 98 milliards de tonnes de Carbone ("98 ± 12 pg C"), soit 10 fois plus de carbone que les humains injectent dans dans l'atmosphère annuellement selon cette méta-analyse. Le réchauffement est le facteur explicatif qui semble dominant, via l'accroissement des taux et vitesse de décomposition de la matière organique du sol, selon le biogéochimiste Eric Davidson.
  Les auteurs ont à cette occasion posé les bases d'un observatoire mondial de l'expiration des sols, appuyé sur une base de donnée jumelée à une base de donnée météorologique historique, de haute résolution. Des données déjà disponibles, après prise en compte des moyennes climatiques annuelles, de la surface foliaire, des dépôts d'azote et changements de méthode de mesure du CO₂, se dégage une tendance à l'augmentation, avec des flux de CO₂ effectivement corrélée aux anomalies de température (anomalies par rapport à la moyenne des température de la période 1961-1990) de température de l'air.
  Il reste à différentier la part du Carbone anthropique issu de l'atmosphère et reperdu, et celle anormalement perdue ou émise par la matière organique du sol suite à une dégradation de processus pédologiques.
  Ce CO₂ ajoute ses effets à ceux du méthane qui semble également en augmentation à partir des pergélisols. Une très petite part du CO2 exprimé par les sols peut aussi provenir de bactéries méthanotrophes (Ce CO2 la serait en terme de bilan moins "nuisant" pour le climat, puisque le méthane a à court terme un effet bien plus réchauffant. Les auteurs de la méta-analyse concluent des données disponibles qu'elles sont compatibles avec une accélération en cour du cycle du carbone terrestre, en réponse au changement climatique.
• L'importance du sol comme puits de carbone (et pour la biodiversité, notamment pour les sols prairiaux et forestiers) est mieux reconnue ; Une conférence européenne a rappelé en 2001 l'importance des relations entre puits de carbone et biodiversité.
• Enjeu pour la lutte contre l'effet de serre : selon le groupe de travail du Programme européen sur le changement climatique (PECC) consacré aux puits de carbone liés aux sols agricoles, les sols agricoles de l'UE pésentaient à eux-seuls un potentiel l'équivalent de 1,5 à 1,7 % des émissions de CO₂ de l'Union européenne, potentiel qui devra peut-être être revu à la baisse avec le réchauffement.

Sol vivant, support et milieu de vie

Végétaux, animaux et microorganismes profitent de la désagrégation des roches de la croûte terrestre et y contribuent, co-produisant le sol et y puisant l'eau et les nutriments.

De nombreux organismes trouvent dans le sol un abri, un support ou un milieu indispensable à leur vie. Pour les animaux du sol, on parle de microfaune (< 0,2 mm), mésofaune (de 0,2 à 4 mm) et macrofaune (> 4 mm). A titre d'exemple, rien que pour la microfaune, un seul mètre carré de prairie permanente bretonne abrite dans ses 30 premiers cm jusqu’à 260 millions d'organismes animaux/m² (ind./m²), appartenant à plusieurs milliers d’espèces. Cette biomasse animale correspond au minimum à 1,5 t/ha ou le poids de deux vaches). Le labour de cette prairie et sa mise en culture diminue de -20 à -90 % le nombre de lombriciens en trois ans, surtout avec un travail mécanisé du sol et avec des pesticides.
Le sol était autrefois considéré comme un élément abiotique, résultant de facteurs physico-chimiques tels que la géologie, le climat, la topographie... L'ensemble des éléments abiotiques constituant le sol sont mobilisés par le Vivant, et en particulier par les microorganismes, qui recyclent également la nécromasse (biomasse morte) et les excréments des animaux, constituant ainsi la base trophique des écosystèmes terrestres.

La rhizosphère est l'interface complexe entre les mondes végétal, fongique et minéral, lieu et niche écologique où se nouent des relations étroites entre les processus biotiques et abiotiques qui régissent la formation des sols et la nutrition minérale des végétaux : altération minérale, décompaction, lessivage, formation des complexes argilo-humiques, échanges ioniques, symbioses qui influent les cycles du carbone, de l'azote, du phosphore et impactent les cycbles biogéochimiques...

Connaître et mieux protéger, restaurer et gérer les sols nécessite d'identifier, localiser et cartographier leur biodiversité, les typologies de sols, les sols dégradés, pollués, leur degré de vulnérabilité, leur isolement écologique et degré de résilience face aux usages par l'Homme, ou face au dérèglement climatique. Cela permettra aussi de mieux identifier certains enjeux (production alimentaire, protection de l'eau, puits de carbone, biodiversité...).

Pour mieux comprendre l'écologie des sols, on commence à approcher la diversité biologique des sols; par la mesure de la diversité des ADN présent, par certains indices tels que l'abondance en micro-organismes ou en lombrics (supposés être de bons bioindicateurs).

Biodiversité intrinsèque du sol : En plus des virus, ce sont jusqu'à 100 millions de micro-organismes qui vivent dans un gramme de sol.
La richesse microbienne globale peut maintenant être évaluée par la biologie moléculaire, via la mesure de la diversité de l'ADN microbien
Par exemple, les sols de Bretagne, en 2006 et 2007, ont été échantillonnés sur environ 27 000 km², avec 2 200 échantillons de sol, par le Programme RMQS6BioDiv, dans le cadre du Programme européen Envasso visant à trouver des bio-indicateurs pertinents pour les sols et à mieux comprendre le déclin de la biodiversité dans les sols. L'approche est globale pour la microflore (fumigation/extraction, quantification de l'ADNa), ou taxonomique (avec identification des espèces ou au moins des genres) pour la faune. Ce RMQS-BioDiv vise à établir un référentiel de la biodiversité des sols en Bretagne, en lien avec les caractéristiques du milieu (pédologie, usages des sols).

La production d'agrocarburants est une nouvelle vocation proposées pour certains sols. L'intérêt et le bilan écologique de ces carburants sont cependant très discutés, en raison du risque de détournement de sols de cultures vivrières vers des productions commerciales dans les pays les plus pauvres, et pour un bilan global neutre, voire négatif en terme de carbone et effet de serre.

La réduction de la biodiversité entrainée par la monoculture des espèces concernées est également un problème important.[1] [2]Les réflexions se portent désormais plus la réutilisation de déchets verts ou de plante dédiée (voir Biocarburant).

Le pédologue peut repérer des sols favorables ou défavorables à certains organismes et produire des cartes de pédopaysages. Le botaniste et le phytosociologue peuvent également, au moyen de plantes bioindicatrices, identifier les caractéristiques de certains sols: par exemple les plantes de milieux calcaires secs, groupe au sein duquel on pourra repérer quelques orchidées emblématiques.

Qualité d'un sol

Elle concerne les aptitudes d'un sol à remplir ses fonctions de production agricole, sylvicole ou écologique et sa résilience. Elle est mesurée par ses composantes biologiques (bioindicateurs, tels que vers de terre), la fertilité, son état sanitaire (au sens large), à comparer avec un stade climacique ou idéal, qui varie selon la zone biogéographique et l'altitude et le contexte considérés. On cherche maintenant à mesurer les risques environnementaux portant sur l'eau et l'air et les risques liés aux inondations/sécheresses, nitrates, pesticides, aérosols, etc. On différencie les impacts de polluants biodégradables (nitrates) de polluants non dégradables (éléments traces métalliques ou ETM), et on s'intéresse à leurs voies de dissémination ou aux synergies qu'ils peuvent développer avec d'autres polluants ou éléments du système sol.