Les éléments grossiers - Numilog

Définition
CHAPITRE 2
Les éléments grossiers
Les éléments grossiers (EG) sont tous les constituants minéraux individualisés
(fragments de roches poly- ou mono-minéraux) de dimensions supérieures
à 2 mm. Même s'ils ont perdu, partiellement ou totalement, leur
structure lithique originelle par altération, ils n'ont pas acquis de structure
pédologique.
Le «refus à 2 mm» correspond à tout ce qui ne passe pas à travers la
passoire lors de la préparation de la terre fine (cf. chap. 1). Dans ce refus,
il y a les éléments grossiers lithiques, les nodules pédologiques et parfois
des agrégats ayant résisté à l'écrasement. En cas de doute, un lavage à
grande eau du un séjour prolongé dans l'eau sera nécessaire pour faire disparaître
les agrégats.
Selon leur plus grande dimension, on distinguera quatre ou cinq catégories
d'éléments grossiers :
STIPA 1982 AFNOR X 31-003 1998
0,2 à 2 cm graviers 0,2 à 2 cm graviers
2 à 7,5 cm cailloux 2 à 7,5 cm cailloux
7,5 à 20 cm pierres 7,5 à 12 cm pierres
12 à 25 cm grosses pierres
> 25 cm blocs > 25 cm blocs
En montagne, on rencontre couramment des « super-blocs » (plus de 2 m)
dans les dépôts morainiques.
Remarque : en anglais, il est très difficile de rendre compte de cette gradation
en quatre catégories de dimensions croissantes. «Gravels» équivaut
à graviers et «boulders» à blocs. Mais les autres termes rencontrés (stones,
pebbles, cobbles, cherts, flags, etc.) diffèrent selon les auteurs, ne semblent
pas correspondre uniquement à des classes de dimensions et paraissent souvent
présenter également des connotations de formes.
Détermination
La teneur en éléments grossiers est obtenue par pesée lors de la préparation
des échantillons, après lavage et séchage du «refus à 2 mm». On

26 Guide des analyses en pédologie
pourra ensuite subdiviser cette fraction grossière à l'aide de tamis et passoires
de diamètres convenables.
Limites de la méthode et du concept d'élément grossier -
Précautions
Soulignons d'abord à quel point la limite à 2 mm est artificielle. Des
gravillons quartzeux de 2,5 mm sont, à l'évidence, peu différents de sables
très grossiers de 1,5 mm.
Par ailleurs, les résultats de tamisages pour déterminer les proportions
relatives de graviers/cailloux/pierres/blocs sont approximatifs, d'autant plus
que ces éléments grossiers sont éloignés de la forme sphérique.
Précautions de prélèvement
Lorsque les éléments grossiers sont très abondants et surtout gros (cailloux
et pierres), il est nécessaire d'opérer de façon à avoir une idée exacte de leur
abondance. C'est une donnée plus importante que beaucoup d'autres. Il faudra
donc prélever de gros volumes d'échantillons et ne pas «écarter» inconsciemment
les pierres et gros cailloux, comme on a toujours tendance à
faire (cf. Gras [83], Lucot [122], Lucot et Gaiffe [123], Buchter et al. [40]).
Cas particuliers des nodules pédologiques
Dans certains cas (notamment horizons éluviaux de sols à engorgement
de nappe), certains éléments du «refus à 2 mm» sont en fait d'origine pédologique
: ce sont des nodules ferro-manganiques. Ces nodules peuvent
être relativement friables. Il faut donc éviter de les broyer et de les faire
passer artificiellement dans les fractions sableuses. La préparation de la terre
fine est donc l'occasion de séparer ces nodules du reste de l'horizon et des
autres éléments grossiers, de les analyser et de déterminer leur teneur pondérale.
Ainsi, il sera possible de reconstituer la véritable teneur en fer, manganèse
ou éléments traces de l'horizon considéré.
Un autre cas difficile est celui de nodules calcaires friables ou d'amas
calcaires pulvérulents (parfois barytine, gypse...). Ces éléments aussi ont
une origine pédologique et ne doivent pas être confondus avec des éléments
grossiers hérités de la roche-mère ou de la sédimentation. Ces concentrations
calcaires étant le plus souvent peu solides, il serait souhaitable d'une part
de ne pas les broyer et d'autre part de les isoler et de les comptabiliser à
part en tant que traits pédologiques significatifs.
Précautions de préparation et de lavage
Attention aux éléments grossiers tendres, friables, altérés, clivables
(chap. 1, p. 11) et aux nodules calcaires ou ferriques. La présence de ces
éléments tendres oblige à préparer l'échantillon à la main, de façon ménagée.

Les éléments grossiers 27
Lors du lavage du «refus», certains nodules peu consolidés sont susceptibles
de se déliter spontanément. Il en va de même des fragments de marnes
déjà partiellement altérés. Dans ces deux cas, un lavage rapide suffit, éviter
un séjour prolongé dans l'eau.
Expression des résultats
_. „„ ,, , Poids du refus sur passoire de 2 mm de 0
% EG en pondéral = £ x 100
Poids de la terre totale séchée à l'air
Le taux pondéral d'éléments grossiers est aussi appelé pierrosité ou
charge grossière. Il doit être connu à 5 % près, c'est-à-dire que l'on devra
savoir s'ils représentent 10, 15, 20 ou 25% de la terre totale séchée à l'air
(terre brute).
Il est souvent intéressant de passer à une expression en volume (recommandation
du GEPPA), pour estimer la réserve en eau des sols caillouteux,
par exemple. Pour ce faire, il faudra déterminer la densité apparente des
éléments grossiers et celle de la terre fine (tabl. 5).
Tableau 5. - Teneurs en éléments grossiers - Équivalences poids/volume
(calculs effectués pour 2 cas réels)
EG Cas 1 Cas 2
% en volume % en volume
DaE G = 2,4 DaE G = 2,5
DaT F = 0,80 DaT F = 1,05
10% en poids 3,6 4,5
30% en poids 12,5 15,2
50% en poids 25,0 29,6
70% en poids 43,8 49,5
Les éléments grossiers ont-ils un réservoir utilisable pour
l'eau?
Dans le cas général, et jusqu'à preuve du contraire, les éléments grossiers
peuvent être considérés comme dénués de réservoir utilisable pour l'eau.
Soit ils n'ont pas de porosité (silex, quartz, quartzites, granités et roches
éruptives non altérées), soit leur réserve en eau n'est guère cessible aux
plantes (calcaires durs).
Les craies représentent une exception majeure : les fragments crayeux
(comme la roche elle-même) présentent une porosité continue, ouverte, susceptible
de constituer un réservoir utilisable pour les plantes (Ballif [20] et
[21]).
Il y a, naturellement, des cas intermédiaires. Gras et Monnier [81] et
[82], dans des sols de la vallée du Rhône, ont montré que certains fragments

28 Guide des analyses en pédologie
de « grès altérés » présentaient une forte porosité (densité apparente comprise
entre 1,3 et 2,0) et montraient une «capacité en eau utile» de 21 g pour
100 g sec (cf. également Gras [83]).
Quelques valeurs moyennes (Baize [14]) :
Nature P da Z
Calcaires purs et durs 8 % 2,47 < 1
Calcaires durs marneux 10 % 2,33 0,6 à 1,6
Calcaires crayeux 15 à 25 % 2,05 1,6 à 4,0
P: porosité totale (volume); da : densité apparente; Z : quantité d'eau libérée par le
caillou entre l'état saturé d'eau ressuyé et le pF 4,2 (en g pour 100 g sec).
Utilité - Interprétation
Au plan agronomique, la quantité d'éléments grossiers est utile à connaître
dès que ceux-ci sont abondants et qu'ils risquent de jouer un certain
rôle :
- diminution de la réserve en eau,
- stockage d'eau (craie),
- gêne pour les semis ou les récoltes,
- usure des pièces métalliques (quartz, silex),
- crevaison des pneumatiques (silex),
- protection contre l'évaporation,
- réchauffement du sol,
- obstacle à la mécanisation (blocs de moraines dans les prairies de fauche
en Savoie),
- interdiction de certaines cultures telles celles de la pomme de terre, du
pois...
Le taux des éléments grossiers (expression pondérale ou volumique) est
la seule information qui transparaît habituellement dans un tableau d'analyses.
Ce taux ne peut pas être interprété ou utilisé sans prendre en compte
également (Baize et Jabiol [19], chap. 12) :
- leur nature lithologique,
- leurs dimensions,
- leur éventuel état d'altération,
- leur forme (émoussés, aplatis, galets...),
- leur dureté et leur capacité à former des éclats coupants (silex),
- leur porosité et leur aptitude à stocker de l'eau utilisable par les plantes
(directement ou indirectement),
- leur gélivité,
- leur place dans le sol et leur disposition (niveau dense, éléments grossiers
plats redressés)...
- la présence d'un cortex ou de revêtements argileux...
Au plan pédologique, en effet, les éléments grossiers peuvent apporter
un très grand nombre de renseignements utiles, même s'ils sont peu abondants.
On peut citer :

Les éléments grossiers 29
- contamination du solum par diverses actions de l'homme (briques, poteries,
charbons, os...). Acceptables en quantités raisonnables dans l'horizon
de surface, ces débris rendent tout solum suspect de forte anthropisation,
si on en trouve aussi en profondeur;
- contaminations naturelles, par colluvionnement ou alluvionnement ;
- annonce de la roche-mère profonde, notamment dans les horizons de
transition SC ou BTR;
- signature certaine d'une allochtonie. Par exemple, en Bourgogne calcaire,
les alluvions anciennes des rivières originaires du Morvan sont reconnaissables
immédiatement à la présence de graviers granitiques ;
- certains éléments grossiers très durs constituent des témoins de pédogenèse
très ancienne. Exemple : les blocs ferrugineux épars et les débris de
cuirasses ferrallitiques en terrains jurassiques, au nord-ouest de Vézelay;
- l'état d'altération des éléments grossiers peut être très significatif. C'est
le cas des éléments grossiers granitiques ou basaltiques des différentes terrasses
de la Loire (Horemans [94]) ;
- argument en faveur d'une discontinuité lithologique : grande disproportion
des taux d'éléments grossiers entre deux niveaux superposés, existence
d'une «stone-line»;
- indications, au moins partielles, sur l'«histoire» antérieure des éléments
grossiers. Un émoussé plus ou moins prononcé révèle un remaniement par
roulement plus ou moins long. Les silex branchus sont sub-autochtones tandis
que les silex arrondis viennent de loin ;
- un tri granulométrique dénote souvent une mise en place particulière.
Exemple des grèzes litées très différentes des éboulis grossiers ;
- existence ou absence de cortex. Le cortex blanc de calcédoine sur les
silex est un signe de fraîcheur, un cortex d'altération ou d'imprégnation
témoigne plutôt d'une histoire ancienne;
- les éléments grossiers peuvent servir de supports à de magnifiques ferri-argillanes
;
- la disposition des « laves » ou des plaquettes calcaires, les festons, « urnes
» et cheminées dans la craie, sont autant de manifestations du gel quaternaire
;
- des éléments grossiers calcaires représentent une réserve calcique non
négligeable dans un sol dont la terre fine est décarbonatée.
Vocabulaire
Ne pas oublier, lors de la désignation au plan granulométrique d'un horizon
ou d'un sol, d'intégrer les éléments grossiers :
- un horizon argilo-caillouteux n'a pas le même comportement qu'un horizon
argileux ;
- un horizon limoneux et très graveleux n'a pas les mêmes propriétés
qu'un horizon limoneux avec quelques graviers.
Lorsque les éléments grossiers dépassent une certaine abondance (plus
de 60 %, par exemple), on devrait leur donner priorité dans la terminologie.
Par exemple : horizon gravelo-limoneux, horizon caillouto-argileux... C'est
pour prendre en compte la dominance des éléments grossiers les plus gros

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(> 2 cm) que le Référentiel Pédologique 1995 [171] définit les horizons
cailloutiques et les horizons pierriques et distingue deux Références : les
Peyrosols Cailloutiques et les Peyrosols Pierriques.
Indice TF/ha (poids de terre fine à l'hectare)
Dans le sud-est du Bassin de Paris, certains agro-pédologues ont pris
l'habitude d'utiliser cet indice pour caractériser globalement les «sols à
cailloux» des plateaux jurassiques (Lorraine, Haute-Marne, Barrois, Bourgogne).
Cet indice semble, en effet, très bien corrélé avec les rendements
en céréales de ces sols car il combine les deux composantes principales de
la réserve en eau : la profondeur et la proportion de terre fine (Contât et
al. [53]).
On creuse un trou de 50 x 50 cm, jusqu'au substrat calcaire non disloqué
et on pèse la terre totale et les éléments grossiers pour chaque horizon.
Après correction des humidités, on arrive ainsi à déterminer le poids de
terre fine de chaque horizon pour 0,25 m 2 . Il sera facile de faire ensuite la
somme des n horizons et de passer au poids par hectare.
Exemples
(fournis par l'APVA Chaumont)
Un sol vraiment peu épais (Choignes, Lycée agricole, Haute-Marne)
un seul horizon d'épaisseur 18 cm. EG = 55%, TF = 1100 t/lia
rendement moyen du blé = 43 quintaux/ha
Un sol caillouteux, plus profond qu'il n'y paraît (Saudron, Haute-Marne) :
horizon labouré 0-20 cm EG = 29 % TF = 2 040 t/ha
deuxième horizon 20-50 cm EG = 55% TF = 2 100 t/ha
total sol = 4 140 t/ha
rendement moyen du blé = 69 quintaux/ha
Attention : dans ce genre de calculs, la densité apparente joue un rôle
majeur. Des terres compactes à forte densité apparente risquent de paraître
meilleures (car plus lourdes à volume égal) que des terres bien aérées à
faible masse volumique.
Pour en savoir plus
Contât, Baize et Plet (1988) [53]; Gras (1994) [83]; Baize et Jabiol (1995), chap.
12 [19] ; AFES (1995) [171] ; Lucot et Gaiffe (1995) [123] ; Lucot (1994) [122] ;
Baize (1989) [14] ; Baillif (1978) [20] ; Baillif (1980) [21] ; Buchter, Hinz et Flùhler
(1994) [40].