ETUDE DES HORIZONS DIAGNOSTIQUES A L'AIDE DU ...

Stage de Paimpont du 10 au 16 avril 2005
M1 EBE
M1 ENV
ETUDE DES HORIZONS DIAGNOSTIQUES A
L’AIDE DU
« fratturometro artigianale »
BAUX Pascale
LEGRIS Coralie
MADRE Frédéric
MERABTI Rachida
YAICHE Tassadit
1

REMERCIEMENTS
Nous tenons à remercier l’Université d’Orsay pour nous avoir permis de réaliser notre
stage de terrain dans un lieu aussi agréable que la station biologique de Paimpont. Nos grands
mercis également au personnel de la station qui nous a régalé de bons petits plats tout au long
de notre séjour. Les enseignants encadrants Jean-Christophe Lata, Damien Banas, Florence
Maunoury, et Jean-Michel Dreuillaux ont quant à eux rassasié notre appétit de connaissance
et nous ont accompagné tout au long de ce stage. Les premiers auront laissé un souvenir
impérissable à la station, tout particulièrement à la cafétéria !
Celui auquel vont nos plus grands mercis reste quand même Augusto Zanella. Il a su
rendre ludique une science qui peut paraître bien terre à terre, et s’est montré présent à chaque
étape du stage, tant qu’on ne l’empêchait pas de lire son livre le soir ! Le sujet qu’il nous a
proposé nous a en outre fortement motivés. Réaliser un travail inédit susceptible d’être repris
par la suite nous a permis de réaliser un réel travail de Recherche, ce qui a fortement diminué
sa dimension scolaire. Sa bonne humeur permanente aura été le rayon de soleil qui faisait
parfois défaut à Paimpont. Pour tout cela, MERCI AUGUSTO !
2

SOMMAIRE
Introduction 1
Matériels et méthodes 2
Choix des sites de prélèvements 2
Mesure du pH 2
Méthodes de séchage 2
Le fructuromètre 3
Analyse des échantillons 3
Analyse statistique 4
Résultats 4
Site 1 4
Site 2 6
Site 3 7
Site 4 8
Site 5 9
Discussion 11
Classification des formes d’humus 11
Couleurs des humus 15
Dynamique des sols 16
Critiques de la méthode 17
Conclusion 19
Bibliographie 20
Annexes
Annexe 1 : Couleur des horizons 24
Annexe 2 : Masse des échantillons 26
Annexe 3 : Pourcentages des classes d’agrégats pour les différents échantillons 32
Annexe 4 : Répartition des classes d’agrégats selon leur taille et selon le 38
prétraitement de l’échantillon (fracturé ou entier)
Annexe 5 : Comparaison de moyennes des pourcentages de macro grumeaux 41
du A de profondeur d’un ranker brunifié après séchage à l’étuve, avec et sans
fractionnement
Annexe 6 : Analyse factorielle de correspondance 44
Annexe 7 : photographie aérienne de Paimpont et présentation des sites de 45
prélèvement
3

INTRODUCTION
La station biologique de Paimpont est située au centre de la forêt de Brocéliande, à
environ 80 km de l’océan atlantique et des côtes de la Manche. Elle se situe dans une zone
géologique où prédominent essentiellement les schistes et les grés armoricains. L’acidité
caractéristique de ces deux substrats est à l’origine de processus de pédogenèse très similaires.
La roche mère est propice à la formation de sols riches et fertiles. Les paysages qui nous
entourent sont d’une grande diversité tant pour la topographie que pour les ensembles
végétaux riches en espèces. La localisation de la station permet un accès facile et rapide à une
grande diversité de milieux (landes, forêts, étangs, agrosystèmes) particulièrement propices à
des stages fructueux.
Au cours de ce stage de pédologie un peu particulier, nous avons expérimenté un
nouvel engin inventé par l’éminent pédologue italien Augusto Zanella, il s’agit du
« fratturometro artigianale », que nous pouvons traduire par fracturomètre artisanal.
L’enjeu de notre étude est d’élaborer une technique de classification des différentes
formes d’humus (mor, moder, mull,…) par fragmentation des horizons diagnostiques A et OH
(horizon organo-minéral et humifère). En effet, pour étudier la structure du sol, c'est-à-dire la
présence d’agrégats, il est nécessaire de le fragmenter. Le fracturomètre devrait permettre de
normaliser l’étape de fragmentation des horizons diagnostiques.
Chaque forme d’humus contient une proportion particulière des différents types
d’êtres vivants (faune, flore, champignons et microorganismes). Les lombrics sont, en effet,
majoritairement représentés dans les mull. Dans les moder ce sont plutôt les arthropodes de
taille relativement importante et dans les mor ce sont les acariens et champignons. En sachant
que ces différents types forment des agrégats de différentes tailles, nous allons déterminer la
proportion de chaque type d’excrément après fragmentation de l’échantillon pour savoir à
quelle forme d’humus il appartient.
4

MATERIELS ET METHODES
Le matériel utilisé se doit d’être léger et pratique car cette technique devrait permettre
à un(e) écologiste lambda de déterminer rapidement une forme d’humus par reconnaissance
de sa signature spécifique après fragmentation. Si le fracturomètre en lui-même n’est pas très
encombrant, c’est le matériel nécessaire à l’analyse des échantillons qui peut l’être.
Choix des sites de prélèvement : (Annexe 7)
Nous avons étudié les sols de 5 sites différents : prairie, forêt, lande à genêt, pelouse à
fétuques et sol forestier podzolique.
• La prairie est située au sud de la station biologique. Totalement herbacée, c’est
une prairie qui est fauchée régulièrement.
• La forêt est située entre la prairie et la lande sèche. C’est une chênaie hêtraie à
l’origine qui a été transformée par l’implantation d’espèces exotiques.
• La lande est l’un des paysages les plus typique de Bretagne. Composée
d’arbrisseaux, elle se développe sur des sols acides et pauvres. C’est une lande
sèche à ajoncs, genêts et bruyères, située sur une pente. Le bas de la parcelle
est bordé par une bande forestière longeant un cours d’eau.
• La pelouse à fétuques de la lande basse
• La forêt sur sol podzolique.
Sur chaque site, nous avons fait 10 trous à l’aide de pelles et de pioches, pour faire 10
prélèvements différents que nous avons récoltés dans des sachets alimentaires numérotés de 1
à 10 (ex : P1, P2,…).
Nous avons aussi fait un profil des horizons de chaque site et déterminé la forme
d’humus rencontrée à l’aide de clés de détermination pour pouvoir comparer les résultats
obtenus après fragmentation à ceux observé d’après la classification. Nous avons également
fait l’inventaire de la flore présente sur chaque site.
Code utilisé pour déterminer la provenance des échantillons :
-P : prairie, horizon A
-F : forêt à sol brun, horizon A
-R : lande avec pelouse à fétuque ovine, horizon A
-L : lande à genêt, horizon A entre 5 et 10 cm
-H : lande à genêt, horizon A entre 10 et 20 cm
-OH : forêt à sol podzolique, horizon OH
Mesure du pH
Ces mesures ont été effectuées par colorimétrie à l’aide de papier pH en mélangeant 2
volumes d’eau à 1 volume de sol.
Méthodes de séchage
Pour savoir si l’humidité des échantillons jouait un rôle lors de la fragmentation, nous
avons séché une partie des échantillons à l’air ambiant pendant 24 heures, une autre à l’étuve
à 100°C pendant 12h et le reste a été analysé frais.
5

Le fracturomètre artisanal
Description : l’engin est formé de 2 tubes métalliques emboîtés l’un dans l’autre, celui
du milieu coulisse dans l’autre (auquel il est attaché par un ressort de tension déterminée). A
son extrémité, il y a une petite loge dans laquelle on place l’échantillon d’humus avec une
cuillère à café (à expresso de préférence).
Une fois l’échantillon introduit, on étire 5 fois le ressort à 7 cm, ce qui équivaudrait à
une chute libre de 1,5m de haut.
Analyse des échantillons
Les différents échantillons frais sont tout d’abord utilisés pour déterminer la couleur
des horizons étudiés grâce au Munsell Soil Color Chart, planche 5YR.
Chaque échantillon obtenu est ensuite séparé en deux : l’un est analysé entier, tandis
que le second est fragmenté au fracturomètre :
Les échantillons d’humus, fragmentés ou entiers, sont tamisés à l’aide de tamis à
maille fixe de 4 et 1 mm au dessus d’un bac, ce qui permet de recueillir des agrégats de 3
classes de tailles différentes :
supérieurs à 4mm (excréments de lombrics)
entre 1 et 4 mm (excréments de myriapodes et de larves d’insectes)
inférieures à 1mm (excréments d’acariens et de collemboles)
La détermination des proportions en volume des différentes classes de taille de
fragments pourrait se faire sur un simple bout de papier millimétré mais pour que nos résultats
soient plus précis, nous avons utilisé une balance de précision (en supposant que la masse
volumique des différentes classes de fragments était à peu près la même). Nous transformons
ensuite ce poids en pourcentage du poids total de l’échantillon.
Chacun des 60 échantillons a donc été divisé par 3 pour les différents traitements de
séchage (séchage à l’étuve, séchage à l’air ambiant pendant 24 heures, échantillons frais), puis
6

par 2 pour faire un test de comparaison entre des échantillons fragmentés au fracturomètre ou
entier. Ensuite, après fragmentation et tamisage, nous avons pesé les 3 différentes classes
d’agrégat. Au total, ce sont donc 60x3x2x3=1080 mesures qui ont été effectuées !
Analyse statistique
Les résultats ont été analysés à l’aide du logiciel Statbox Pro, par comparaison des
moyennes et AFC (analyse factorielle de correspondance).
RESULTATS
Durant notre étude nous avons pu observer différents types d’horizon.
Les horizons organiques O sont constitués de fragments de végétaux morts (feuilles,
racines, écorces...) plus ou moins transformés en conditions aérobies et situés à la partie
supérieure de la couverture pédologique. Il s'agit de la litière désignée autrefois par A0.
Selon le degré de transformation des débris végétaux, on distingue 3 types d'horizons O:
• OL : débris peu transformés, toujours reconnaissables
• OF: il y a moins de 70% de matière organique fine
• OH: il y a plus de 70% de matière organique fine (formée de boulettes fécales et de
microdébris non identifiables à l'oeil nu).
Les horizons A sont constitués d'un mélange de matière organique et de matière
minérale. Ils sont situés à la partie supérieure de la couverture végétale, sous l'horizon O s'il
existe.
Les horizons A sont structurés par l'activité biologique (faune, racines...) qui contribuent à la
formation de complexes argilo-humiques.
L'horizon éluvial E est un horizon appauvri en en fer, en minéraux argileux, en
aluminium par entraînement de ces éléments latéralement ou vers la profondeur.
Les horizons B sont caractérisés par une accumulation de matières par rapport aux
autres horizons du profil. Cet enrichissement peut être en argile (Bt), en humus (Bh), en
sesquioxydes (Bs)…
L'horizon argilluvial Bt est enrichi en argiles provenant d'un horizon éluvial E au-dessus ou en
amont. L'horizon podzolique BP est formé par des produits amorphes à base de matière
organique et d'aluminium, avec éventuellement du fer.
Il existe également un horizon Bw correspondant à un horizon minéral d’altération.
L’horizon C constitue la base de la couverture pédologique. Cette roche mère est
altérée et fragmentée.
Site1 La prairie mésophile
Profil pédologie : sol brun acide
RP : Alocrisol
FAO : dystric cambisol
USA : Dystrochrept
Pédogenèse : brunification
Les sols bruns sont présents dans les régions dont le climat est tempéré.
La dynamique du sol est très active car l’incorporation de l’humus aux horizons minéraux est
très forte. L’humus est dit de type mull (une présence de vers de terre est facilement
observable).
7

La roche mère provient d’alluvions et de colluvions.
La richesse de ce sol entraîne un bon recouvrement du sol.
pH : 6
Couleur : planche 5YR, dark reddish brown (code couleur 3/3)
Relevé de végétation :
Formation herbacée dominée par des hémicryptophytes soumise à des pratiques de fauche ou
de pâturage
Flore surtout composée de graminées héliophiles :
• Dactylis glomerata
• Poa trivialis
• Anthoxanthum odoratum
• Lolium perenne
• Holcus lanatus
On trouve également de nombreuses dicotylédones :
• Trifolium pratense
• Ranunculus acris
• Veronica chamaedrys
• Leucanthemium vulgare
• Taraxacum sp.
Analyse granulométrique : A dans un mull de prairie
en %
70
60
50
40
30
20
10
0
Séché à l'étuve
fracturé entier
4mm
Séché à l'air ambiant
en % fracturé entier
70
60
50
40
30
20
10
0
4mm
Frais
en % fracturé entier
70
60
50
40
30
20
10
0
4mm
8

Site2 La forêt : Chênaies atlantique mixtes à Jacinthes des bois
Profil pédologie : sol ocre podzolique
RP : podzol ocrique
FAO : Cambic podzol
USA : Entichaplorthods
Pédogenèse : podzolisation
Le profil présente un humus de type dysmoder (les feuilles sur le sol ne sont pas vieilles, elles
ne datent pas des années précédentes), un horizon de fragmentation Of d’un centimètre, un Oh
non continu (il existe des poches), un horizon A noir et peu épais et un horizon Bhs coloré.
Nous avons observé des morceaux de feuilles assez gros donc la faune est composée
d’animaux relativement gros. Ainsi, l’horizon A est appelé horizon A d’arthropodes.
pH :5.5
Couleur : planche 5YR, dark reddish brown (code couleur 3/3) ou black (code couleur 2.5/1)
Relevé de végétation :
• Quercus petrae : chêne
• Carpinus betulus : charme
• Hyacinthoides non scripta
Et très ponctuellement : Pinus pinaster
Analyse granulométrique : AE dans un dysmoder de forêt
en %
70
60
50
40
30
20
10
0
Séché à l'étuve
fracturé entier
4mm
Séché à l'air ambiant
en % fracturé entier
70
60
50
40
30
20
10
0
4mm
Frais
en % fracturé entier
70
60
50
40
30
20
10
0
4mm
9

Site3 La lande sèche basse à fétuques
Profil pédologie : ranker en formation
RP: ranker
FAO: umbric leptosol
USA : umbric ENT
Pédogenèse : acidification (phase initiale de pédogène sur silices SiO2)
Le profil présente un humus de type moder, un horizon A très sombre d’environ un
centimètre. La roche mère est composée de schistes rouges siliceux (d’où un PH acide).
Couleur : planche 5YR, dark reddish brown (code couleur 3/3)
Relevé de végétation :
• Agrostis setacea
• Festuca ovina
• Ulex europeus : ajoncs
• Erica cinerea : bruyère
• Calluna vulgaris : callune
Analyse granulométrique : A dans un Ranker en formation
en %
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Séché à l'étuve
fracturé entier
4mm
Séché à l'air ambiant
en % fracturé entier
70
60
50
40
30
20
10
0
4mm
en %
70
60
50
40
30
20
10
0
Frais
fracturé entier
4mm
10

Site4 La lande sèche haute à genêts
Profil pédologie : ranker brunifié (plus évolué)
RP: ranker brunifié
FAO: cambic leptosol
USA : umbric ochrENT
Pédogénése : brunification
Le profil présente un humus de type dysmull et un début d’horizon B d’accumulation
(horizon considéré comme un A de profondeur, noté ABw). Il est important de noter que la
transformation de la matière organique en minéraux est relativement lente due au PH acide.
pH :5.5
Couleur : planche 5YR,
Horizon A dans sa partie supérieure : dark reddish brown (code couleur 3/3)
Horizon A dans sa partie inférieure :
• dark reddish brown (code couleur 3/3) pour 8 échantillons ;
• black (code couleur 2.5/1) pour 1 échanyillon
• dark reddish brown (code couleur 3/3) avec des tâches yellowish red (code couleur
5/6) pour un échantillon
Relevé de végétation :
• Sarothamnus scoparius : genêts à balais
• Erica cinerea
• Ulex europaeus
• Asphodelus albus
Analyse granulométrique : A dans un Ranker brunifié
Deux prélèvements ont été réalisés pour l’horizon A.
11

Résultats pour le A de surface :
en %
70
60
50
40
30
20
10
0
Séché à l'étuve
fracturé entier
4mm
en %
Résultats pour le A de profondeur (= ABw) :
en %
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Séché à l'étuve
fracturé entier
4mm
70
60
50
40
30
20
10
0
en %
Site5 La forêt à sol podzolique
70
60
50
40
30
20
10
0
Séché à l'air ambiant
fracturé entier
4mm
Séché à l'air ambiant
fracturé entier
4mm
70
60
50
40
30
20
10
0
Frais
en % fracturé entier
80
70
60
50
40
30
20
10
0
-10
4mm
Frais
en % fracturé entier
4mm
Profil pédologie :
RP : podzol
FAO : cambic podzol
USA : entic ODS
Pédogenèse : podzolisation
Le profil présente un humus de type mor (horizon O composé de OF, OF, et de OH et la
litière est supérieure à 10 cm). Un petit horizon AE est observable, ce qui signifie qu’il y a
encore des traces de matière organique et de matière minérale entre O et E.
12

pH : 5.5
Couleur : planche 5YR, black (code couleur 2.5/1)
Relevé de végétation :
• Pinus pinaster : pin maritime
• Quercus petrae
• Ilex aquifolium
• Vaccinum myrtillus
• Polytrichum formosum
13

Analyse granulométrique : OH dans un mor de forêt (podzol)
60
50
40
30
20
10
0
Séché à l'étuve
en %
70
fracturé entier
4mm
Séché à l'air ambiant
en % fracturé entier
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
-10
4mm
Frais
en % fracturé entier
70
60
50
40
30
20
10
0
4mm
Les résultats des différents tests statistiques sont présentés en annexes 5 et 6.
1. La classification des formes d’humus
Résultats les plus significatifs
DISCUSSION
Afin de pouvoir étudier sérieusement la granulométrie des différents profils
échantillonnés, nous regardons d’abord l’influence des techniques de séchage pour les
échantillons non fracturés ; l’utilisation du fracturomètre peut en effet modifier certains
résultats. Une fois déterminée la technique la plus efficace, nous saurons alors quels résultats
utiliser pour l’étude de la classification des formes d’humus.
Certains histogrammes (Annexe 4) sont d’allure assez semblables quel que soit le
traitement de séchage effectué sur l’échantillon. L’horizon A de surface d’un ranker brunifié
présente ainsi des grumeaux dont la répartition selon les classes est croissante.
en %
70
60
50
40
30
20
10
0
Séché à l'étuve
fracturé entier
4mm
en %
70
60
50
40
30
20
10
0
Séché à l'air ambiant
fracturé entier
4mm
Frais
en % fracturé entier
70
60
50
40
30
20
10
0
4mm
14

Mais l’absence de séchage semble atténuer la prédominance des macrogrumeaux
(>4mm) visible dans les autres cas :
• 67% en moyenne après séchage à l’étuve,
• 57% à l’air ambiant,
• et seulement 46% pour les échantillons frais, avec une augmentation des
classes de grumeaux inférieures.
De plus, l’horizon AE d’un dysmoder de sol ocre podzolique présente une répartition
semblable dans les 2 types de séchage (courbe incurvée avec un minimum pour les grumeaux
de 1 à 4mm) mais une répartition tout à fait différente en absence de séchage (courbe en
cloche). Les échantillons frais pouvant présenter des taux d’humidité très variables, cela doit
donc influencer la granulométrie des sols.
en %
70
60
50
40
30
20
10
0
Séché à l'étuve
fracturé entier
4mm
Séché à l'air ambiant
en % fracturé entier
70
60
50
40
30
20
10
0
4mm
Frais
en % fracturé entier
70
60
50
40
30
20
10
0
4mm
L’humidité des échantillons influence aussi l’efficacité du fracturomètre. En effet,
avec les échantillons secs, le fracturomètre diminue la fraction des gros grumeaux et
augmente celle des plus petits. En revanche, lorsqu’on regarde les échantillons frais (Annexe
4C), on remarque que la tendance s’inverse : la part de macrogrumeaux augmente tandis que
celles des plus petits diminuent en importance. Ainsi, dans un A de ranker en formation, on
passe de 38% de mésogrumeaux (1 à 4mm) à 32%, et de 41% de macrogrumeaux à 47%.
L’humidité semble donc ici agréger les petits grumeaux quand ils sont passés au
fracturomètre, ce qui augmente la part de gros grumeaux au lieu de la diminuer. Les
microgrumeaux sont moins touchés par cet effet d’agrégation (faible diminution de 21% à
20%), sans doute car ils ne présentent pas suffisamment de surface d’accrochage. Le
fracturomètre doit donc être utilisé sur des échantillons secs. Augusto Zanella a donc envisagé
de futures améliorations de son fracturomètre, telle que l’augmentation de sa taille. Les petits
agrégats auraient alors moins de chance de se cogner et donc de s’agglutiner.
Les résultats que nous utiliserons par la suite sont donc ceux obtenus après séchage.
Analyse des formes d’humus
Les différents sols ont des granulométries très différentes (Annexe 4). Les résultats
observés sur les échantillons passés à l’étuve sont de plus semblables à ceux des échantillons
séchés à l’air ambiant, sauf pour le A du protoranker.
L’horizon A de mull de sol brun présente ainsi une courbe en cloche, au contraire du
AE de dysmoder de sol ocre podzolique dont la courbe est faiblement incurvée (convexe)
avec un minimum pour les mésogrumeaux (Annexe3). Le OH de mor de podzol présente lui
aussi un minimum de mésogrumeaux, mais la courbe est ici fortement incurvée (convexe).
15

A da ns un M U LL de pr a i r i e ( sol br un
C AM B IS OL)
e n % fracturé entier
70
60
50
40
30
20
10
0
4mm
A e dans un D Y SM OD ER de f orêt
( sol ocre po dzo liq ue C A M B IC
POD ZOL)
e n % fracturé entier
70
60
50
40
30
20
10
0
4mm
OH da ns un M OR de f or ê t ( podz ol )
La répartition des grumeaux de ces horizons est donc spécifique à chaque humus testé.
Elle nous permet également de préciser le fonctionnement du sol échantillonné.
Le A de mull est composé majoritairement de petits et gros vers de terre, enchythréides
et vers de terre anéciques très probablement. Le A de dysmoder est donc formé par l’activité
de petits arthropodes type acariens et collemboles (dont les excréments forment des
microgrumeaux), et les macrogrumeaux sont sans doute des microgrumeaux assemblés par
l’action des racines de la végétation qui couvre le sol ou par des champignons (puisque les
mor et moder ne sont pas peuplés par de gros vers de terre). Le OH de mor contient également
beaucoup de micro et macrogrumeaux, mais ce type d’humus est très faiblement peuplé au
niveau faunistique. Et comme on peut le voir, il contient une plus grande part de
macrogrumeaux (56%) que le AE de dysmoder (39%). Les champignons et la végétation ont
donc une plus grande part dans la structuration d’un OH de mor que d’un AE de dysmoder.
Le A superficiel et le A de profondeur (dont on se demandait s’il ne correspondait pas
à un B en formation) sont représentés par des courbes croissantes, avec une très légère
courbure vers les mésogrumeaux pour le A superficiel. Ces 2 « horizons » sont donc
quasiment identiques, et sont majoritairement formés par des vers de terre anéciques. De plus,
le A de profondeur est trop proche du A superficiel pour être un horizon B en formation ; on
est donc bien toujours dans l’horizon A.
Les différents horizons sont donc chacun constitués d’une association de grumeaux
unique ; on peut alors parler de signature granulométrique spécifique. Ainsi, à partir de la
répartition des grumeaux constitutifs d’un humus dans les différentes classes de taille, on peut
déterminer le type d’humus étudié.
Cette signature est assez semblable entre les résultats obtenus sur échantillons entiers
et ceux obtenus après fracturation. Nous réalisons donc un test statistique de comparaison de
moyennes, afin de savoir si cette ressemblance est réelle ou non. Nous comparons ainsi les
pourcentages de macrogrumeaux obtenus avec et sans fractionnement pour le A de
profondeur du ranker brunifié (Annexe 5).
A de prof ondeur dans un Ranker plus
évolué, brunif ié ( AB=B en
f ormat ion?)
en % fracturé entier
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
4mm
e n % fracturé entier
70
60
50
40
30
20
10
0
4mm
16

Le test de Student confirme notre première impression selon laquelle il n’y a pas de
différence significative entre les résultats obtenus avec et sans fractionnement.
En revanche, l’horizon A de ranker en formation, dont la signature des échantillons
entiers est identique à celle des A de ranker brunifié, présente une signature tout à fait unique.
Après séchage à l’étuve, la répartition des grumeaux dans les classes est totalement inversée
entre les échantillons entiers et fracturés. Les échantillons entiers présentent une répartition
croissante (symbolisée par une courbe verte), semblable à l’horizon A de profondeur de
dysmull de ranker brunifié. Mais les échantillons fracturés présentent une majorité de micro
(37%) et mésogrumeaux (39%), et très peu de macrogrumeaux (22%)(courbe jaune).
A da ns un R a nk e r e n f or ma t ion d' une
pe l ouse de Fe st uc a ov ina
en % fracturé entier
80
70
60
50
40
30
20
10
0
4mm
Le fracturomètre nous permet donc d’avoir des informations supplémentaires sur cet
horizon. Les macrogrumeaux sont plus cassés que pour le A de ranker brunifié, donc leur
force de cohésion est inférieure. On en déduit donc que de sa formation à sa brunification, le
ranker est constitué de macrogrumeaux de plus en plus solidement liés. Le protoranker
présente sans doute plutôt une structure chimique. On distingue donc ici un A macrostructuré
de protoranker, d’un A biomacrostructuré de ranker brunifié grâce au fracturomètre artisanal.
Afin de valider notre hypothèse de signature spécifique des différents types d’humus,
nous réalisons une Analyse Factorielle de Correspondance (AFC). Nous cherchons ainsi des
corrélations entre tous les échantillons et tous les facteurs, chaque facteur correspondant à une
catégorie de grumeaux obtenus dans des conditions précises de séchage et de fractionnement
(Annexe 6A). Par manque de temps, nous ne pouvons que réaliser une étude très sommaire du
résultat obtenu (Annexe 6B).
L’AFC donne comme résultat l’existence d’une correspondance entre les facteurs et
les échantillons. Notre analyse qualitative selon laquelle chaque type d’humus présente une
signature granulométrique spécifique est donc validée statistiquement.
Nous représentons le résultat de l’AFC sous forme simplifiée afin de pouvoir établir
rapidement et simplement les facteurs permettant d’identifier chaque type d’humus (ce
schéma n’a donc aucune valeur statistique).
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Nous pouvons nous intéresser seulement aux classes de grumeaux ayant été séchées
puisque nous avons déterminé plus tôt que les résultats sur échantillons frais étaient peu
exploitables.
Tout d’abord on peut voir que les nuages de points sont séparés ; ils correspondent aux
signatures des différents types d’humus.
On remarque ainsi que le A de profondeur d’un ranker brunifié (H) est caractérisé par
sa proportion de macrogrumeaux, et cela quel que soit le traitement reçu par les échantillons.
C’est l’horizon dont la signature est la plus spécifique puisqu’il est identifié seulement par sa
portion de gros grumeaux; les autres sont identifiés par leurs pourcentages de micro et
mésogrumeaux.
Les proportions des différents agrégats constitutifs du sol, qui sont déterminés par son
fonctionnement, vont donc nous permettre de classer chaque type d’humus.
2. Couleurs des humus
Nous avons réalisé un diagramme de couleur, où nous avons placé chaque type d’humus
selon sa couleur (Annexe 1.B). Nous remarquons ainsi que nos différents échantillons
présentent un dégradé de couleur. Et on peut classer les différents types d’humus selon ce
dégradé : les horizons échantillonnés sont de plus en plus foncés du mull au mor. Cela
s’explique par une présence accrue en matière organique. Et réciproquement, un sol est
souvent peu riche en matière organique s’il est clair.
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C’est donc la composition de l’horizon qui détermine sa couleur. Cette composition
est elle-même fonction de la roche mère et des divers processus de transformation qui ont lieu
dans le sol. En effet, une couleur noirâtre signifie une charge en matière organique et un
horizon plus clair peut être l’indice d’un départ des éléments vers des horizons plus profonds
(lessivage). Ainsi, dans les mors, caractéristiques des podzols, des acides organiques qui
décomposent les argiles sous-jacentes s’écoulent et entraînent en profondeur des complexes
colorés qui forment un horizon d’accumulation. L’horizon des argiles est décoloré et prend
une couleur cendrée.
La couleur des horizons d’un sol peut donc nous permettre de l’identifier, et de
connaître sa composition.
3. Dynamique des sols
Le sol peut être considéré comme le résidu des produits d'altération des roches et
minéraux après que les composés les plus solubles aient été lessivés. Plusieurs changements
physiques, chimiques et biologiques se produisent continuellement dans le sol. Les processus
physiques tels que l'humectation, la dessiccation, le gel, dégel et les variations de température
changent la surface spécifique des particules du sol.
Les réactions chimiques qui ont lieu dans le sol ont des effets importants sur la dynamique des
éléments chimiques dans le sol. Ces éléments peuvent être des éléments nutritifs essentiels
pour les plantes ou des métaux lourds qui peuvent leur être nocifs ainsi qu’à l'homme.
Au début de la formation du sol, seule la roche affleure, puis elle est progressivement
colonisée par la végétation herbacée dans un premier temps, puis arbustive et finalement
forestière. Il se forme un premier horizon humifère, puis des horizons minéraux.
Les cycles d’évolution des sols ont des durées très variables, entre un millénaire pour les sols
à développent rapide (sol à horizon A uniquement) à plus d’un million d’années pour les sols
à développement lent. Il existe deux grands facteurs écologiques influant sur l’évolution d’un
sols : l’altération et l’humification. Le climat, la nature de la roche mère et la végétation
jouent aussi un rôle majeur dans l’évolution des sols.
Après l’étude des différents sols de la station biologique de Paimpont (prairie, forêt et lande),
nous avons pu mettre en évidence une visualisation dans l’espace d’une dynamique dans le
temps.
a- Au niveau de la forêt : nous avons remarqué que les sols de certaines zones sont des
Podzols à hémi-mor et que d’autres sont des dysmoder. Il y aurait donc un passage du
dysmoder à l’hemi-mor par podzolisation.
Le processus de podzolisation peut être interprété comme une migration de la pédofaune qui
se localise au niveau des horizons OH et AE du dysmoder. Cette migration peut être due à
l’installation d’une litière acidifiante déposée par des espèces résineuses introduites par
l’homme tel que le pin maritime.
b- Au niveau de la lande : on a une succession écologique d’un groupement pionnier à
Sedum anglicum sur les roches nues, une pelouse à fétuque sur un lithosol et enfin une lande
à genêt sur sol brun.
L’évolution de la végétation se fait conjointement au sol. On observe la formation
d’un horizon Bw d’altération qui est issu de la fragmentation de la dégradation de la roche
mère. On observe une augmentation progressive de la profondeur du sol en allant d’une lande
basse (7-10 cm de profondeur) vers une lande haute (50 cm de profondeur) où s’installe le
genêt à balais, qui augmente la concentration d’azote dans le sol par ses nodosités racinaires.
Ce dernier facteur permet l’installation de populations de vers de terre qui forment des
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agrégats confèrant au sol une structure grumeleuse qui donne naissance à un sol brun
favorable pour l’installation d’une forêt de type « chênaie-hêtraie ».
L’évolution des sols est donc un processus complexe au cours duquel interviennent de
nombreux facteurs, dont les actions anthropiques qui peuvent être très importantes (fauchage
de prairie, défrichage, reboisement, labour,…). A l’échelle des temps géologiques, il
semblerait que l’humus serait passé d’une forme mor à moder puis enfin mull depuis la
formation de la Terre et du vivant, mais ceci n’est pas une évolution à sens unique, l’humus
peut évoluer de manière « régressive » et passer d’un mull à un mor. De nouvelle forme
d’humus pourraient peut-être aussi apparaître avec l’évolution de la pédofaune et des
groupements végétaux, qui sont à la base de la formation des sols.
Schéma d’évolution des sols (les proportions ne sont pas respectées).
4. Critique de la méthode
Les résultats obtenus lors des mesures présentent une importante variabilité. Les
histogrammes de granulométrie obtenus (Annexe 4) présentent des écarts-type assez forts. Il
serait donc utile de renouveler ces expériences sur un plus grand nombre d’échantillons, c’està-dire
un plus grand nombre de trous de prélèvements pour chaque site. On pourrait ainsi
diminuer les probabilités d’erreur, et confirmer nos résultats.
Ces résultats semblent quand même assez bons puisque les signatures de chaque type
d’humus sont identiques dans les deux séries de mesures après séchage. De plus, ils sont
confirmés par une rapide analyse statistique. Cette analyse mériterait aussi d’être plus
poussée, mais le manque de temps nous a incité à ne réaliser qu’une analyse sommaire.
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De plus, il était initialement prévu de séparer les grumeaux des échantillons à la loupe
binoculaire, mais le manque de temps ne nous permettait pas d’analyser ainsi un si grand
nombre d’échantillons. La séparation des grumeaux au tamis ne concerne donc que leur taille,
et il serait intéressant de faire une séparation selon leur origine. En effet, il est possible de
déterminer à la loupe binoculaire quels animaux sont à l’origine des excréments constituants
les grumeaux du sol.
On peut aussi se demander si la pression choisie pour casser les échantillons avec le
fracturomètre est suffisante. Nos expérimentations sont aussi un test visant à estimer cette
pression. En effet, nous avons choisi d’activer 5 fois le fracturomètre pour chaque échantillon.
Peut-être aurait-il mieux valu l’activer 10 fois. Mais nos résultats semblent indiquer que 5 fois
est suffisant, puisque cela nous a suffi pour distinguer les différents types d’horizon.
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CONCLUSION
Au cours de cette étude, nous avons réussi à identifier des signatures granulométriques
spécifiques des différentes formes d’humus. Ce résultat encourageant nécessite des études
complémentaires afin d’être validé. En effet, nous n’avons pas réalisé tous les tests
statistiques adéquats pour pouvoir confirmer nos observations. Et le matériel utilisé peut
également être amélioré.
Nous avons vu que le diamètre de la loge du fracturomètre était sûrement trop restreint
pour permettre à l’échantillon de se fragmenter de manière conséquente. C’est peut-être la
raison pour laquelle les échantillons frais avaient tendance à s’agréger plutôt qu’à se
fragmenter. Ceci obligerait à sécher les échantillons, ce qui ne rend pas la méthode très
pratique et ne permet pas de l’utiliser sur le terrain, contrairement à l’objectif escompté.
Nous avons donc pensé à redimensionner le fracturomètre en lui affectant une loge de
diamètre plus important (5 à 10 cm) pour que les échantillons, même frais, se fragmentent
correctement. Pour des raisons pratique, nous avons pensé qu’il serait intéressant que le fond
de la loge soit imprimé de la manière présentée dans le schéma, c'est-à-dire divisée en 3 partie
égales et quadrillée dans deux de ces parties à 1 et 4 mm.
Ceci devrait permettre au pédologue en herbe de séparer manuellement et de manière
qualitative les 3 classes d’agrégats afin d’estimer leur proportion. On peut aussi insérer dans
la loge des disques de comparaison en plastique ou en carton grâce auxquels un néophyte
pourrait déterminer si l’humus qu’il étudie est un mor, un moder ou un mull, en comparant ce
qu’il sépare dans le fond de la loge avec la signature spécifique des formes d’humus en terme
de proportions d’agrégats.
Schéma d’un éventuel fracturomètre de terrain (les proportions ne sont pas respectées).
On pourrait aussi réaliser un appareil qui effectuerait simultanément la fragmentation
et la séparation des agrégats. Des tamis de différentes mailles seraient emboîtés dans la loge.
Ceci permettrait de récupérer directement les agrégats classés. Cependant l’aspect pécuniaire
peut limiter ce genre de projets.
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BIBLIOGRAPHIE
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ZANELLA, A. et al (2001) Humus Forestali. Edizioni Centro di Ecologia Alpina, Trento,
321p.
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