Les facteurs édaphiques et leur rôle dans la répartition des etres vivants

Le sol représente l’un des éléments de l’écosystème, il constitue avec d’autres éléments le biotope et donc plusieurs aspects d’interactions entre le sol et les êtres vivants du même écosystème peuvent être observées et étudiées.

• Quelles sont les caractéristiques du sol comme élément abiotique du biotope ?
• Comment ces caractéristiques interviennent dans la répartition des êtres vivants ?
• Quel sera le rôle des êtres vivants dans la formation et l’évolution du sol ?

Les caractéristiques physiques et chimiques du sol

les constituants du sol

     Un sol est toujours constitué de 4 parties. La manipulation de la figure suivante permet d’identifier quelques-unes :

Ainsi, le sol est constitué de 3 parties :

• La partie solide : les grains du sol
• La partie gazeuse : L’air
• La partie liquide : L’eau

    En plus des éléments cités précédemment, le sol constitue le siège de quelques espèces animales (lombrics) et végétales (bactéries) qui vivent à l’intérieur du sol et forment la 4 partie : La partie vivante. On appelle les animaux du sol la faune du sol et les espèces animales la flore du sol.

Les caractéristiques du sol

Les caractéristiques physiques

a1- La texture.

La texture d’un corps est la façon dont sont disposés ses constituants. La texture d’un sol est définie par le pourcentage de ses différents constituants minéraux (les grains).

La technique: Pour déterminer la texture du sol on suit les étapes suivantes :

• Première étape : La préparation du sol 

• • Choisir un échantillon de sol
  • Ajouter de l’eau oxygénée (H2O2) pour éliminer la matière organique
  • Ajouter de l’HCl afin d’éliminer le calcaire
  • Rinçage à l’eau pour éliminer tout effet des produits chimiques déjà ajoutés
  • Séchage dans une étuve

• Deuxième étape : Séparation et pesage des classes des grains

• • Choisir une quantité du sol préparé
  • Tamisage dans un tamis de diamètre 2mm le refus de ce tamis (contenant des grains dont le diamètre est supérieur à 2mm) seront exclus.
  • Pesage du refus restant
  • Tamisage dans une colonne de tamis dont le diamètre est décroissant du haut (200.10^-6 m) vers le bas.
  • Pesage du refus de chaque tamis.
  • Dans un tableau de calculs préparé à l’avance, comprenant 3 classes de grains : Sable (grossier et fin), Limon (grossier et fin) et argile ; on note la quantité de chaque classe qu’on convertit par la suite en pourcentage.

Remarque : La quantité totale doit comprendre juste le sable, limon et argile.

La figure suivante montre la classification des différents grains selon leur taille (la granulométrie) :

• Troisième étape : Détermination de la texture

Après le calcul des pourcentages des trois classes de grains, on les représente sur un diagramme particulier : Le triangle des textures (ou diagramme triangulaire).

Chacun des trois sommets du triangle représente le pourcentage 100% de l’un des trois classes de grains (Argile, Sable ou limon). Chaque somme contrôle deux axes sur lesquels le pourcentage de la même classe va décroissant alors que la classe opposée sur le même axe va augmentant. La représentation du pourcentage de chaque classe donne deux points de projections (sur les deux axes en question) la liaison entre les deux points trace un segment représentant le pourcentage de la classe étudiée. L’intersection des trois segments représentatifs des trois classes doit se faire en seul point à l’intérieur de l’un des domaines du triangle représentant l’une des multitudes texture du sol.

Application.

Le tamisage et pesage des classes des grains d’un sol a permis l’obtention des résultats suivants :

• 60 g de sable
• 60 g argile
• 80 g Limon

1- Déterminer, à l’aide du diagramme triangulaire la texture de ce sol.

Solution 

Travail à faire :

1- Convertir les poids en pourcentage :

2- Représentation dans le triangle des textures:

La texture est donc : Limon argileux

a2- La structure

La structure du sol représente l’agencement spatiale que prennent ses différents constituants. Un sol peut acquérir l’une des trois structures suivantes en fonction de l’organisation de ses éléments. Le tableau suivant présente les caractéristiques des différentes structures du sol :

a3- La perméabilité et la capacité de rétention d’eau.

La Capacité de rétention d’eau représente le volume d’eau retenue par le sol à partir d’un volume initial. On calcule ce volume par la relation :

Vr = V0 – Vg

Avec :

• Vr = Volume d’eau retenue (ml)
• V0 = Volume d’eau initial
• Vg= Volume d’eau de gravité qui sort du sol (eau perdue par le sol)

La perméabilité du sol représente la vitesse par laquelle l’eau sort du sol. Elle est calculée par la relation : 

P= Vg/t

Avec : Vg= l’eau de gravité       t = Le temps nécessaire à l’écoulement de Vg.

Application

On cherche à comparer 3 types de sols : Sableux, argileux et un dernier sol argileux riche en humus (matière organique décomposée). On effectue l’expérience de la mesure de la perméabilité et la capacité de rétention d’eau dont les résultats sont présentés dans le tableau suivant :

t₀ : Temps d’écoulement de la première goutte de Vg    t₁ : Temps d’écoulement de la dernière goutte de Vg

1. Calculer la perméabilité et la capacité de rétention d’eau pour les trois sols .
2. Analyser les résultats puis expliquer les différences observées
3. Déterminer le type de sol qui permet le meilleur développement des cultures. justifier

Solution

1- La capacité de rétention d’eau : V_r = V₀ – V_g (ml)

     La perméabilité P = Vg / t  (Cm³/min)  avec t = t₁ – t₀   1ml = 1Cm³

2- Analyse et interprétation

Analyse.

La rétention d’eau augmente du sol sableux (très faible) vers le sol argileux riche en humus (moyenne) alors qu’elle est très importante dans le sol argileux (sans humus).

La perméabilité va diminuant dans le même ordre.

Interprétation :

La perméabilité et le volume d’eau retenue par le sol sont fonctions de la structure du sol :

• Un sol sableux est caractérisé par sa structure particulaire et ainsi l’eau échappe de ce sol plus rapidement et en volumes importants.
• Le sol argileux a une structure compacte et cela permet de retenir plus d’eau (90% du volume initial), les grains sont de très fine taille ce qui induit la formation de pores de très petits diamètres compliquant ainsi l’écoulement de l’eau vers l’extérieur.
• Un sol argileux riche en humus présente une structure grumeleuse (glomérulaire), à l’intérieur des glomérules l’eau est fortement retenue alors que les lacunes entre les glomérules (de taille relativement grande) permettent l’écoulement de l’eau de gravité vers l’extérieur

3- Le sol argileux riche en humus (argilo-humique) permet de retenir des volumes moyens en eau conduisant au bon développement des plantes alors que le reste d’eau qui peut nuire aux racines (et ainsi les plantes) est rejeté vers l’extérieur sous forme de Vg.

a4- Les états de l’eau dans le sol

Au niveau du sol, l’eau prend trois aspects en fonction du des diamètres des pores ou lacunes qu’elle occupe :

1. L’eau de gravité : S’écoule plus facilement et rapidement du sol sous l’effet unique de la gravité car elle occupe les espaces lacunaires (de très grands diamètres)
2. L’eau capillaire : Type d’eau retenue par le sol au niveau des pores de faibles diamètres, elle représente l’état d’eau absorbée par les racines
3. L’eau hygroscopique (pelliculaire) : Deuxième type d’eau retenue par le sol, forme une pellicule autour des grains. Cette eau ne peut pas être absorbée par les racines.

a5- Le point de flétrissement

La capacité de rétention d’eau varie en fonction de la texture et la structure du sol et aussi de son enrichissement en matière organique (humus). On cherche à mettre en évidence la relation entre les différents types d’eau (retenue et gravitaire) et le bon développement des végétaux. Le document suivant résume les résultats de cette étude :

1. Définir le point de flétrissement
2. Interpréter les résultats et déduire l’effet de l’humus sur le point de flétrissement.

Solution

1-Point de flétrissement : La teneur minimale en eau retenue en dessous de laquelle la plante commence à flétrir du fait de la perte des réserves en eau capillaire.

2- On remarque que plus la taille des grains diminue (de la texture sableuse vers l’argileuse), plus le point de flétrissement augmente en parallèle avec l’augmentation de la capacité de rétention d’eau.

L’enrichissement du sol en humus permet d’augmenter le point de flétrissement et donc améliorer la capacité de rétention en eau surtout (l’eau capillaire) et ce pour l’ensemble des types de sol.

Les caractéristiques chimiques du sol.

b1- L’acidité

Le sol est comporte des minéraux et des ions qui lui permet d’acquérir une acidité propre à chaque type de sol. Afin de mettre en évidence cette caractéristique, on propose la manipulation suivante :

On choisi deux types de sol :

• Sol 1 : Riche en carbonate de calcium (Caco3)
• Sol 2 : Riche e en argile.
• On forme deux solutions de sol (sol + eau distillée), on mélange et on la laisse reposer puis on y inclus un pH-mètre dans chaque solution.

On constate que chaque solution présente une valeur de pH : Le sol riche en ions Ca++ est basique alors que le sol riche en argile (riche en silice) est acide.

De façon générale : les sol calcaire, d’habitude reconnus par leur couleur plus claire (riche en calcium et pauvre en silice) sont des sols basiques alors que ceux riches en silice (et pauvres en Ca++) sont acides tels que l’argile, le sable (sols de couleur généralement sombre).

b2- Le complexe argilo-humique

Les complexe argilo-humiques sont des agrégats qui se forment suite à une association entre les particules argileuses et des acides humiques. Pour mettre en évidence la présence de ces complexes et leur utilité dans le bon rendement du sol, on présente les résultats expérimentaux suivants :

On remarque que l’ajout du CaCl2 a permit la formation de flocons dans le sol, alors qu’en absence du CaCl2 les particules restent isolées et dispersées. Les flocons sont formés suite à l’association des particules d’argile et les acides humiques. Sachant que les deux composés (grains d’argiles et acides humiques) sont chargés négativement, comment expliquer cette floculation ?

L’hydrolyse du CaCl2 permet l’obtention des ions Ca⁺⁺ qui seront responsable de cette jonction entre les composés des flocons. Dans la nature ce rôle est joué par l’ensemble des cations du sols (Fe⁺⁺, Ca⁺⁺..). la figure suivante résume le phénomène de floculation et la formation du complexe argilo-humique.

La formation de ce complexe permet :

• Le maintien et la conservation du sol
• La fertilisation du sol

Rôle du sol dans la répartition des êtres vivants