2ⁿᵈᵉ
Ressources · 2ⁿᵈᵉ ·
Caractéristiques des sols et production de biomasse
Formation et composition du sol, complexe argilo-humique, fertilité, vie du sol, sol et production végétale, dégradation et préservation des sols (programme de 2nde SVT)
À propos de cette page
Ce cours d' en seconde sur « Caractéristiques des sols et production de biomasse » suit le programme officiel d' de seconde. Il présente les définitions, les propriétés et les méthodes essentielles, accompagnées d'exemples résolus pour bien comprendre. Au programme : L'essentiel, Formation et composition d'un sol, Le complexe argilo-humique et la fertilité chimique, La vie du sol. Chaque notion est expliquée pas à pas, puis mise en pratique grâce à des exercices interactifs, un QCM et une évaluation corrigée. Idéal pour réviser à son rythme, combler ses lacunes et progresser, en autonomie ou avec un professeur. Cours rédigé par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de seconde à réussir en .
1
L'essentiel
Sol : couche superficielle et meuble de la croûte terrestre, formée par l'altération de la roche-mère et la décomposition de la matière organique, et peuplée d'êtres vivants. C'est une interface entre roches, atmosphère, eau et biosphère.
Horizons : couches à peu près parallèles à la surface qui composent le profil du sol : litière (O), horizon A riche en humus, horizon B d'accumulation, horizon C de roche fragmentée, roche-mère (R).
Complexe argilo-humique : association d'argiles et d'humus, chargée négativement, qui retient l'eau et les cations (Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, NH₄⁺).
Biomasse : masse de matière organique produite par des êtres vivants, souvent exprimée en tonnes de matière sèche par hectare. Une plante la fabrique par photosynthèse, à partir de la lumière, du CO₂ de l'air, de l'eau et des ions minéraux du sol.
Fertilité : aptitude d'un sol à permettre la production de biomasse. Elle est physique (texture, structure, eau, air), chimique (ions disponibles, pH) et biologique (organismes du sol).
Rappel du chapitre précédent : dans un agrosystème, la récolte exporte la biomasse et donc les éléments minéraux qu'elle contient ; sans apport, le sol ne les récupère pas.
2
Formation et composition d'un sol
Un sol se forme du haut vers le bas, par deux processus simultanés.
Altération de la roche-mère :
• physique : le gel, les variations de température et les racines fragmentent la roche sans modifier ses minéraux ;
• chimique : l'eau, chargée de CO₂ et d'acides organiques, transforme certains minéraux (les feldspaths d'un granite donnent des argiles) et libère des ions (K⁺, Ca²⁺…).
• physique : le gel, les variations de température et les racines fragmentent la roche sans modifier ses minéraux ;
• chimique : l'eau, chargée de CO₂ et d'acides organiques, transforme certains minéraux (les feldspaths d'un granite donnent des argiles) et libère des ions (K⁺, Ca²⁺…).
Décomposition de la matière organique : la litière (feuilles, bois, cadavres, excréments) est fragmentée puis transformée par les organismes du sol. Une partie devient de l'humus (humification), une autre est minéralisée en ions minéraux, CO₂ et eau.
Profil obtenu : litière (O) ; horizon A, sombre et humifère ; horizon B, enrichi en argiles et oxydes de fer entraînés par l'eau ; horizon C, roche-mère fragmentée ; roche-mère (R).
Ordre de grandeur. Il faut en général plusieurs siècles pour former quelques centimètres de sol et des milliers d'années pour un profil d'un mètre : le sol est une ressource non renouvelable à l'échelle humaine.
| Constituant | Contenu | Part du volume (sol limoneux cultivé) |
|---|---|---|
| Fraction minérale | sables (2 mm à 50 µm), limons (50 µm à 2 µm), argiles (moins de 2 µm) | ≈ 45 % |
| Matière organique | litière, humus, êtres vivants | ≈ 5 % |
| Eau | solution du sol, contenant des ions dissous | ≈ 25 % |
| Air | dans les pores ; fournit le dioxygène aux racines et aux organismes | ≈ 25 % |
Texture : proportions de sables, limons et argiles ; elle ne change pas à l'échelle humaine. Structure : façon dont les particules s'assemblent en agrégats ; une structure grumeleuse (petits agrégats séparés par des pores) favorise la circulation de l'eau, de l'air et des racines.
3
Le complexe argilo-humique et la fertilité chimique
Charges du complexe : les argiles (minéraux en feuillets) et l'humus portent des charges négatives en surface. Des cations, surtout Ca²⁺, font le lien entre eux (ponts calciques) et forment des agrégats stables.
Rétention et échange des cations : les cations fixés sur le complexe (Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, Na⁺, NH₄⁺, H⁺) sont protégés du lessivage mais restent échangeables avec la solution du sol. Les racines libèrent des ions H⁺ qui prennent la place de K⁺ ou de Ca²⁺ : ceux-ci passent en solution et sont absorbés.
Capacité d'échange cationique (CEC) : quantité maximale de cations qu'un sol peut retenir, exprimée en centimoles de charges par kilogramme de terre (cmol+/kg). Elle augmente avec la teneur en argiles et en humus.
| Matériau | CEC habituelle (cmol+/kg) |
|---|---|
| Sol sableux | 2 à 5 |
| Sol limoneux | 8 à 15 |
| Sol argileux | 20 à 40 |
| Humus (par kg d'humus) | plusieurs centaines |
Taux de saturation = (somme des cations basiques échangeables Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, Na⁺) ÷ CEC × 100. Le reste des sites est occupé par des ions acides (H⁺, Al³⁺) : plus ils sont nombreux, plus le sol est acide.
Exemple. Un sol de CEC 18 cmol+/kg porte 15,3 cmol+/kg de cations basiques : taux de saturation = 15,3 ÷ 18 × 100 = 85 %.
Les anions (nitrates NO₃⁻, sulfates SO₄²⁻) ne sont pas retenus par le complexe : ils sont entraînés en profondeur par l'eau qui s'infiltre (lessivage), jusqu'aux nappes.
Le chaulage (apport de calcaire ou de chaux) remplace des H⁺ par des Ca²⁺ : il relève le pH et stabilise la structure, sans modifier la CEC.
4
La vie du sol
Un sol vivant abrite une biodiversité considérable : un seul gramme de terre peut contenir des centaines de millions de bactéries.
| Groupe | Exemples | Rôle principal |
|---|---|---|
| Macrofaune | vers de terre, cloportes, myriapodes, larves | fragmente la litière, creuse des galeries, brasse le sol |
| Mésofaune | acariens, collemboles | fragmentation fine des débris |
| Microorganismes | bactéries, champignons | décomposition chimique : humification et minéralisation |
Humification : transformation lente de la matière organique en humus, stable et sombre. Minéralisation : dégradation complète de la matière organique (litière ou humus) en ions minéraux (NH₄⁺ puis NO₃⁻, phosphates…), CO₂ et H₂O ; elle rend les éléments de nouveau disponibles pour les plantes.
Vers de terre : ils ingèrent terre et débris ; dans leur tube digestif, argiles et humus sont mélangés, ce qui favorise la formation du complexe argilo-humique. Leurs galeries aèrent le sol et facilitent l'infiltration de l'eau.
Symbioses racinaires : les mycorhizes (association racine–champignon) augmentent la surface d'absorption, notamment pour l'eau et les phosphates ; les nodosités des Fabacées (pois, luzerne, trèfle) abritent des bactéries qui fixent le diazote N₂ de l'air.
5
Sol et production de biomasse
La plante fabrique sa biomasse par photosynthèse ; le sol lui fournit l'eau, les ions minéraux et un support où ses racines respirent grâce au dioxygène de l'air du sol.
Éléments majeurs : azote (N, absorbé sous forme NO₃⁻ ou NH₄⁺), phosphore (P, sous forme de phosphates), potassium (K, ion K⁺), auxquels s'ajoutent Ca, Mg, S et des oligo-éléments.
Facteur limitant : la production est limitée par la ressource la plus insuffisante par rapport aux besoins (eau, un ion, lumière…). Augmenter un autre facteur est inutile tant que celui-ci n'est pas corrigé.
Exportation et fertilisation : la récolte emporte les éléments minéraux contenus dans la biomasse. On les compense par des engrais minéraux (N, P, K immédiatement disponibles) ou des amendements organiques (fumier, compost), qui entretiennent aussi l'humus et la vie du sol.
Exemple. Une récolte de 9,5 t/ha de grain de maïs contenant 1,4 % d'azote exporte 9 500 × 0,014 = 133 kg d'azote par hectare.
Au-delà des besoins de la culture, un apport d'engrais n'augmente plus le rendement : l'excès de nitrates est lessivé, pollue les nappes et contribue à l'eutrophisation des cours d'eau.
6
Dégradation et préservation des sols
| Dégradation | Causes | Conséquences |
|---|---|---|
| Érosion (eau, vent) | sol nu, pente, pluies violentes, arrachage des haies | perte de l'horizon A, riche en humus et en ions |
| Tassement | engins lourds sur sol humide | porosité réduite, racines bloquées, asphyxie, ruissellement |
| Salinisation | irrigation sous climat chaud et sec, évaporation | accumulation de sels toxiques, rendements effondrés |
| Pollution | excès de pesticides, métaux (cuivre, cadmium) | vie du sol réduite, contamination des récoltes |
| Perte de matière organique | exportation des résidus, travail intensif du sol | structure instable, CEC plus faible |
| Artificialisation | routes, bâtiments, parkings | sol imperméabilisé, perdu pour la production |
Préserver les sols : couvrir le sol toute l'année (cultures intermédiaires, enherbement, paillage) ; conserver haies et bandes enherbées ; réduire le travail du sol ; allonger les rotations en y intégrant des légumineuses ; restituer des matières organiques ; raisonner l'irrigation et la fertilisation.
Toutes ces pratiques reposent sur la même idée : protéger la surface du sol et nourrir sa vie, car sa formation se compte en millénaires.
7
Méthodes
Méthode — Déterminer la texture d'un sol à partir d'une granulométrie
- Vérifier que les masses portent sur la seule terre fine minérale (tamisée à 2 mm, matière organique détruite).
- Convertir chaque masse en pourcentage de la masse totale.
- Repérer la fraction dominante ; si un triangle des textures est fourni, y placer le point.
- En déduire les propriétés : argiles → rétention d'eau et d'ions, sol lourd ; sables → sol filtrant et pauvre ; limons → bonne réserve en eau, mais risque de croûte de battance.
Exemple rédigé. 80 g de terre fine contiennent 17,6 g d'argiles, 38,4 g de limons et 24 g de sables. Argiles : 17,6 ÷ 80 × 100 = 22 % ; limons : 38,4 ÷ 80 × 100 = 48 % ; sables : 24 ÷ 80 × 100 = 30 % (total 100 %). Les limons dominent et les argiles ne sont pas négligeables : texture à dominante limoneuse. Ce sol retient bien l'eau, mais sa surface peut se refermer en croûte s'il est pauvre en humus.
Méthode — Exploiter les résultats d'une expérience
- Identifier le facteur testé (seule différence entre les montages) et le témoin.
- Décrire les résultats en comparant chaque montage au témoin.
- Interpréter avec une connaissance du cours (« or… donc… »).
- Conclure en répondant au problème posé, sans généraliser au-delà de ce que montre l'expérience.
Exemple rédigé. Deux tubes contiennent la même suspension d'argile dans de l'eau distillée ; on ajoute quelques gouttes de chlorure de calcium dans le tube 2 seulement. Une heure plus tard, le tube 1 reste trouble, le tube 2 montre un dépôt surmonté d'eau limpide. Facteur testé : la présence d'ions Ca²⁺ ; témoin : tube 1. Les particules d'argile se sont agrégées (floculation) uniquement en présence de Ca²⁺. Or les argiles portent des charges négatives qui les repoussent les unes des autres, et l'ion Ca²⁺ porte deux charges positives. Donc les ions calcium relient les argiles entre elles : ce sont les ponts calciques qui stabilisent la structure du sol.
Méthode — Exploiter un graphique de rendement
- Décrire l'évolution avec des valeurs lues (départ, maximum, fin).
- Calculer le gain de rendement pour chaque augmentation de dose.
- Repérer le palier : un autre facteur est devenu limitant.
- Conclure sur une dose raisonnée, en tenant compte des pertes vers l'environnement.
Exemple rédigé. Le rendement passe de 4,3 t/ha sans azote à 7,8 t/ha avec 180 kg N/ha, puis 7,7 t/ha avec 240 kg N/ha. Gains successifs : + 1,9 ; + 1,2 ; + 0,4 ; − 0,1 t/ha. Le gain diminue puis s'annule : au-delà de 180 kg N/ha, l'azote n'est plus le facteur limitant. Dose raisonnée : entre 120 et 180 kg N/ha ; au-delà, l'azote apporté n'est plus valorisé et risque d'être lessivé.
8
Pièges et erreurs classiques
Texture ≠ structure. La texture est la proportion de sables, limons et argiles ; la structure est l'assemblage des particules en agrégats. Le labour ou le tassement modifient la structure, jamais la texture.
Humus ≠ litière. La litière est formée de débris encore reconnaissables ; l'humus est de la matière organique transformée, amorphe et stable.
Humification ≠ minéralisation. L'humification fabrique de l'humus ; la minéralisation détruit la matière organique et libère des ions.
Le complexe retient les cations, pas les anions. Écrire que « le complexe stocke les nitrates » est faux : les nitrates restent en solution et sont lessivés.
Une CEC élevée ne garantit pas la fertilité. Si ses sites sont occupés par des ions H⁺, le sol est acide et pauvre en cations nutritifs.
Plus d'engrais ne donne pas toujours plus de biomasse. Au-delà du palier, un autre facteur limite la production.
Pourcentages. Préciser la masse de référence : la teneur en eau se rapporte en général à la terre fraîche, la teneur en matière organique à la terre sèche.
En bref
- Le sol naît de l'altération de la roche-mère et de la décomposition de la matière organique ; il se forme du haut vers le bas, en milliers d'années.
- Il comprend une fraction minérale (sables, limons, argiles), de la matière organique (humus, êtres vivants), de l'eau et de l'air, organisés en horizons.
- Le complexe argilo-humique, chargé négativement, retient les cations échangeables (mesurés par la CEC) ; les nitrates, anions, sont lessivés.
- Les organismes du sol fragmentent, humifient et minéralisent la matière organique ; mycorhizes et nodosités aident la nutrition des plantes.
- La production de biomasse dépend de la fertilité physique, chimique et biologique du sol ; le facteur le plus insuffisant limite le rendement.
- Érosion, tassement, salinisation, pollution et artificialisation détruisent vite une ressource non renouvelable à l'échelle humaine : on la protège en couvrant le sol, en restituant de la matière organique et en raisonnant la fertilisation.
Bloqué sur ce chapitre ?
Moi c'est Ben, j'ai créé ce site pour aider le plus d'élèves possible, partout en France. Je peux aussi reprendre avec toi ce qui coince en cours particulier : en visio, ou à domicile si tu es à Marseille.
Prof de SVT à Marseille · Cours particuliers au lycée · Aide aux devoirs