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Horizon (s)

     La couverture pédologie ( ensemble des sols qui recouvrent le globe terrestre) est en continuelle évolution, elle se développe à la fois à partir de la roche mère profonde et à partir de la matière organique de surface. Ces transformations donnent naissance à des volumes de matière minérale et organique,  superposés,  plus ou moins parallèles à la surface du terrain appelés: horizons. Leur nombre  varie en fonction de l'état d'évolution de la couverture pédologique.
     Les horizons diffèrent les uns des autres par  leur couleur, leur texture, l'abondance d'éléments grossiers, l'arrangement spatial des constituants (solides, liquides , gazeux) et des vides associés. Ces caractéristiques observables à l’œil sont utilisées par le pédologue lors de son étude sur le terrain pour  repérer les limites de chaque horizon.
 
    Verticalement, l'épaisseur d'un horizon varie de quelques centimètres à plusieurs mètres, ses limites supérieure et inférieure sont plus ou moins nettes. Latéralement, un horizon se transforme en un autre horizon, sur une distance indéfinie qui va du mètre au kilomètre.

    La superposition des horizons forme un profil pédologique, l'ensemble des horizons dans l'espace constitue la couverture pédologique.
    Les "horizons" sont la base pour la description de la couverture pédologique. En examinant la paroi verticale d'une fosse pédologique creusée dans le sol, le pédologue  va  découper de manière raisonnée, la couverture pédologique en horizons et  déterminer leur nombre.

Saint Chinian - Évolution des horizons d'un sol verticalement et horizontalement - © M.CRIVELLARO

Saint Chinian - Évolution des horizons d'un sol verticalement et horizontalement

Développement et évolution des horizons

    Les horizons résultent : de la dégradation par fragmentation et altération de la roche mère sous-jacente sous les effets conjugués de l'eau, de l'air, du climat, de la transformation et du  mélange des produits issus de cette altération (sables, limons, argiles) avec la matière organique fraîche  (débris de végétaux et d'animaux) déposée en surface, puis décomposée en humus, de la migration, du déplacement vertical et de la fixation de certains éléments constitutifs (minéraux, , argile, fer, matière organique, ...)  au cours du temps.

    L'ordre et la vitesse d'apparition des superpositions des différents types d'horizons varient selon les conditions  climatiques (humides, chaudes, tropicales, ...) , de la topographie (pentes, plaine) et de la roche d'origine (calcaire, granite, schistes,...).

Quatre mécanismes conduisent à la formation des horizons 

    Ces mécanismes fonctionnent ensemble. En fonction des variations d'humidité, de température, d'activités biologiques, on assiste à la transformation permanente des propriétés physiques, chimiques, mécaniques des constituants, il y a transferts de matières minérales, liquides, gazeuses et organiques.

Tableau des mécanismes

 
  •  Mécanisme d'altération des roches et de leurs constituants.
        La roche mère et les minéraux qui la composent au contact de l'atmosphère, de l'eau de pluie et de la vie végétale et animale se désagrège, s'altère pour donner du sol. 
        Pendant la phase d'altération, une partie des minéraux (calcite, argiles, quartz, ...) qui  composent la roche d'origine se séparent les uns des autres, s'appauvrissent,  perdent ou gagnent des éléments chimiques, se transforment. D'autres minéraux se dissolvent ou sont entraînés par les eaux de pluies ou se recombinent et cristallisent donnant de nouveaux minéraux qui enrichissent le sol en formation.
        Les nouveaux minéraux migrent au travers des différentes couches de sol en formation et se mélangent à la roche altérée en décomposition. Ces minéraux  sont principalement : des argiles, de la calcite, des oxyhydroxydes de fer, d'aluminium, ...
  •   Mécanismes biologiques et d'accumulation des matières organiques.
        Les espèces animales et végétales vivantes qui se développent dans et sur la roche altérée vont favoriser et accélérer  les mécanismes d'altération : désagrégation, hydrolyse (dissolution), lixiviation (entraînement), genèse de nouveaux minéraux  et contribuer à l'évolution et au fonctionnement du sol. Les espèces animales et végétales mortes se transforment en matière organique décomposée (humus). La matière organique dont la  composition varie en fonction de la faune, la végétation , les conditions climatiques, la roche mère, ..., s'accumule et migre plus ou moins profondément de la surface du sol à la roche mère.
  • Mécanisme de libération, de migration, puis d'accumulation des constituants résultant des mécanismes d'altération et d'évolution des matières organiques.
        Les constituants produits de l'altération des roches et des activités biologiques sont l'objet de phénomènes migratoires : mouvement de particules solides par gravité, par entraînements hydriques, par des mouvements sous forme soluble.
        Ces mouvements se font du haut vers le bas sous l'effet de la gravité, verticalement de bas en haut  par capillarité et latéralement, du haut vers le bas des versants.
  •  Mécanismes d'arrangements et d'agrégation des constituants issus de l'altération, puis mis en place par les migrations.
        Ce sont les mécanismes complexes qui conduisent à la mise en place des couleurs, des agrégats, des vides, ..
 

 Horizons de référence - Dénomination des horizons - Référenciel Pédologique (Baize et Girard, 2008)

    Ces mécanismes (transformations, migrations, déplacements de certains constituants du sol) conduisent à la formation de façon chronologique et au développement d'un ou plusieurs horizons qui se différencient les uns des autres par la présence, la proportion plus ou moins importante de matière organique, de matière minérale, de roche altérée.
 
Horizons de référence
    La présence dans un horizon de certains caractères morphologiques spécifiques (constituants, traits pédolologiques, structure, couleur, ...) associés à des divers autres éléments (positionnement par rapport aux autres horizons, ...) a permis aux pédologues de définir plus de 70 types d'horizons appelés: horizons de référence décrits et répertoriés dans le le Référenciel pédologique (Baize et Girard, 2008).
Référenciel pédologique - Voir [Pédologie, science des sols ]

    Les horizons de référence sont dénommés par des lettres: O, A, B, E, S, C, R, M... selon une nomenclature internationale.

Tableau descriptif des principaux horizons de référence.

 
horizons O (horizons organiques)

    Ils sont en contact avec l'atmosphère et la lithosphère. Organo-minéraux, de couleur sombre,  ils sont composés essentiellement de débris végétaux plus ou moins transformés, mais encore reconnaissable.
    L'épaisseur varie avec l'intensité de l'activité biologique et le climat. Selon son épaisseur, l'horizon O se divisent trois couches superposées : OL ou litière composée de débris végétaux non décomposés; Of, couche de fermentation où les débris végétaux sont partiellement décomposés par l'activité biologique; Oh, couche d'humification, les végétaux ont disparu, ils sont transformés en humus.
    En fonction du nombre de couches présentes, on utilise les mots: mull, moder ou mor.

horizons A (horizons organo-minéraux)

    De couleur foncée, situé sous l'horizon O, il est constitué de débris des végétaux et d' animaux décomposés en humus (humification). Il contient à la fois de la matière organique et de la matière minérale.

horizons E (horizons minéraux, appelés éluviaux) :

    Ils sont sous l'horizon A,  essentiellement  minéraux, ils sont lessivés, appauvris en minéraux argileux, en sels, en carbonates, en hydroxydes, de couleur claire.

horizons B (horizons minéraux appelés illuviaux)

    Situés sous les horizons E, lieu d'accumulation d'éléments (argiles, fer, aluminium), ils sont enrichis en minéraux argileux, en sels, en carbonates, en hydroxydes,

horizons S (horizons minéraux)
horizons C

   Ils correspondent à la roche mère plus ou moins altérée.  

horizons R, M, et D

    R roche dures,
    M: roches meubles et tendres;
    D: roche remaniée ayant donnée naissance ou non au matériau sus-jacent. 

 

    Chaque horizon (O,A, E, B, ...) se subdivise en sous groupes suivant l' évolution de la pédogenèse et la proportion de certains constituants du sol. Par exemple, selon l'importance des minéraux en présence, les principaux types d'horizon B sont les suivants: Bt (argile), Bo (hydroxydes de fer, al), Bh (matière organique), Bca (calcaire) ....

Coupe de sol dans un sous-bois - Les différents horizons observés.

Horizons
Horizon O

L'horizon organique (ou humus) résulte de la transformation en matière organique  des débris végétaux qui s'accumulent à la surface du sol.

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Horizon A

L'horizon A contient à la fois de la matière organique et de la matière minérale. Il est le résultat du travail des organismes vivants dans le sol (vers, insectes).

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Horizon B

C'est un horizon enrichi en divers constituants minéraux ou organiques: argile, fer, matière organique, carbonate de calcium, ... Il résulte de la transformation des minéraux primaires issus de la roche sous-jacente.

Horizon C

 C'est un horizon d'altération de la roche mère sous-jacente.

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Horizon R ou M

C'est la roche mère, on distingue les roches en fonction de leur dureté. R pour les roches dures (granites, grès, calcaires) et M pour les roches meubles (sables, marnes, ...)

Horizons et différenciation des sols

    Selon la succession et la nature des horizons superposés, on a des sols plus ou moins différenciés, plus ou moins évolués. Par exemple dans des sols peu différenciés la succession des horizons est de type: A-C-R ; dans des sols moyennement différenciés la succession des horizons peut-être de type : A-S-C-R  et dans des sols très différenciés la succession des horizons peut-être de type : A-E-Bt-S-C-R

    Le schéma ci-dessous extrait du livre Regards sur le sol - Alain Ruellan, Mireille Dosso - Editions Foucher présente les principales étapes de la différenciation d'un sol à partir d'une roche mère composée de schiste calcaire.
    Schiste calcaire = roche qui contient des minéraux silicatés et du calcaire. L'altération de cette roche fournit des sables, des limons, des argiles, du calcaire.

horizon2_2691

Étape 1: sol peu différencié.

    Altération du schiste calcaire et accumulation superficielle de matière organique; le sol se différencie en deux horizons: un horizon organique et un horizon d'altération. Les transitions entre ces deux horizons et avec la roche mère sont progressives; le sol est peu différencié.

Étape 2: sol moyennement différencié

    Poursuite de l'altération, le sol s'approfondit, la matière organique continue à s'accumuler en surface, le calcaire quitte les horizons de surface et s'accumule en profondeur. Le sol se différencie en trois horizons: un horizon organique lessivé en calcaire, un horizon lessivé en calcaire, un horizon d'accumulation du calcaire et d'altération du schiste. Les transitions entre ces trois horizons et avec la roche mère sont progressives; le sol est moyennement différencié.

Étape 3: sol très différencié

    L'altération s'est poursuivie, le sol a continué à s'approfondir; le lessivage et l'accumulation du calcaire se sont accentués, le lessivage et l'accumulation de l'argile et du fer se sont développés, la matière organique devient moins abondante en surface, conséquence de l'appauvrissement en argile, le sol se différencie en quatre horizons. : un horizon organique lessivé en calcaire, en argile et en fer,un horizon lessivé en calcaire, en argile et en fer,un horizon bien drainé, lessivé en calcaire mais d'accumulation d'argile et de fer, un horizon d'accumulation du calcaire et d'altération du schiste. Toutes les transitions entre les horizons sont progressives. Le sol est devenu très différencié.

Les éléments qui caractérisent des horizons

Couleur, texture, abondance d'éléments grossiers, "organisations élémentaires"  servent à décrire et caractériser les horizons. On passe verticalement, d'un horizon à l'autre, par modification des caractéristiques de ces éléments.

Sur quoi, nous renseigne la couleur d'un horizon?

    La couleur indique la physionomie d'un horizon, elle peut être homogène ou hétérogène, elle varie verticalement et latéralement. Le pédologue la  détermine par référence à un code international: le code Munsell.
    Les couleurs du sol s'interprètent en terme de constituants et de mécanismes.

Tableau de quelques mécanismes et constituants qui colorent le sol

 
  •  Les activités biologiques, animales et végétales.
        Elles accumulent la matière organique. Les couleurs s'assombrissent. La matière organique colore en sombre (noir, marron, gris foncé).
  • La migration et l'accumulation des minéraux (argile, fer, calcaire, sels, ...)
         - Les horizons appauvris en argile et en fer s'éclaircissent, ceux enrichis jaunissent, brunissent ou rougissent.
         - Les horizons riches en calcaire ou en sels blanchissent. Le calcaire et les sels solubles (chlorures et carbonates) colorent en blanc.
  •  Les régimes hydriques
         - Les horizons bien drainés, recevant beaucoup d'eau et s'asséchant vite, sont rouges; les horizons drainant moyennement bien, sont bruns ou jaunes; les horizons drainant mal sont gris ou tachetés.
         - Le fer colore différemment suivant son état: le fer ferreux colore en gris et bleu, coloration due à des excès d'eau; la goelithe colore en brun et jaune FeO(OH) présence d'humidité constante sans excés; l'hématite (oxyde de fer, Fe2O3) donne une coloration rouge.

L'observation et l'intensité des couleurs donnent une première approche de la constitution et du fonctionnement du sol (sa fertilité, son hydromorphie...). 

 

Coupe verticale d'un sol : variation verticale des couleurs. Extraits du livre Regards sur le sol - Alain Ruellan, Mireille Dosso - Editions Foucher.

Photo Alain Ruellan - Sol à profil calcaire différencié

Brésil, Pantanal - Photo Ruellan - Extrait blog Alain Ruellan

Lieu : Brésil, Pantanal
Climat : tropical subhumide
Date : 20 septembre 1986

Sol à profil calcaire différencié

Horizon 1 : organo-minéral = A.
La couleur, plus sombre en allant du bas vers le haut, est liée à la présence de matière organique.
Horizon 2 : altération à structure pédologique = S.
La couleur plus rouge est liée à la présence d'argile et de fer oxydé (hématite). Cet horizon n'est pas calcaire.
Horizon 3 : accumulation de calcaire = Bca puis Cca.
Les tâches blanches sont des nodules de calcaire : ces nodules sont plus fins au sommet de l'horizon (3a = Bca). Cet horizon 3 est un encroûtement nodulaire.
La partie inférieure de l'horizon se développe dans la roche-mère altérée (il s'agit d'alluvions) : il s'agit alors d'un Cca (3b). Le sol est moyennement différencié.
Dénomination WRB : Cambisol
Hauteur de la coupe : 120 cm.
Voir livre: 'Regards sur le sol' p.72 et 147

Sur quoi, nous renseigne la texture d'un horizon?

    La granulométrie détermine la texture du sol. Dans un échantillon de terre prélevé dans un horizon, on observe des composés de nature différente : des éléments grossiers (cailloux, galets, ...) dont la taille est supérieure à 2 mm et de la terre fine composée d' éléments plus fins que l'on classe en trois groupes principaux en fonction de leur taille:

 

- les argiles: particules de diamètre inférieur à 2μ (microns)
- les limons : particules de diamètre compris entre 2 et 50 μ (microns)
- les sables: particules de diamètre compris entre 50 et 2000 μ (microns) ou 2 mm

Dénomination texturale
    Dans un horizon, les proportion de cailloux,  sables, argiles et limons sont variables et déterminent la texture du sol. Selon la proportion des différents éléments on utilise les termes de:  limon-sableux, de sable limoneux, de sable argileux, d'argile sableuse, d'argile limoneuse, ...

   La texture a une influence sur le régime hydrique des sols (circulation, rétention d'eau et capillarité). Les textures sableuses ont de faibles réserves d'eau, les textures limono-argileuses  sont des réservoirs d'eau, les textures argileuses  peuvent bloquer la circulation. Ces différentes texture vont avoir un impact sur l'alimentation en eau de la végétation, son développement, sur l'érosion des sols, sur l'alimentation des nappes phréatiques et des rivières.

Sur quoi, nous renseignent les organisations élémentaires d'un horizon?

    Le terme "organisations élémentaires" est utilisé en science de la terre pour exprimer l'arrangement spatial, fonctionnel et génétique des constituants  du sol. Les organisations élémentaires sont de trois types : les agrégats, les vides, et les traits pédologiques.

Les agrégats
    Un horizon est composé de petits volumes individualisés appelés agrégats. Les agrégats résultent de l'assemblage des particules élémentaires entre elles et de la fissuration des ensembles agrégés. Les agrégats définissent la structure du sol.
    Un horizon peut avoir soit une structure fragmentaire, soit une structure continue.

 
  •  Dans une structure fragmentaire, l'horizon est composé d'agrégats. Il existe trois types d'agrégats: arrondis, anguleux, feuilletés. Au sein d'un même horizon, leur morphologie varie verticalement et horizontalement. Chaque type d'agrégat a des significations précises en terme de constituants, de genèse, de fonctionnement, de fertilité. Par exemple:
          - les structures fragmentaires arrondies offrent aux racines, un milieu accueillant (poreux, friable), les gaz et l'eau y circulent facilement, la vie végétale et animale se développent bien.
          - les structures fragmentaires anguleuses indiquent la présence d'argile, l'absence d'activité biologique, la faible teneur en matière organique,
          - les structures fragmentaires feuilletées confirment la présence importante d'argile, le manque de porosité, un sol inexploitable par les racines, riche en Ca 2+ et / ou Mg 2+
  •  Dans une structure continue , il n'y a pas d'agrégats, comme dans le sable.
   
Minervois - Agrégats, cailloutis, sables et argiles - © M.CRIVELLARO

Minervois - Agrégats, cailloutis, sables et argiles.

Les vides
    Les vides (ou pores) sont les espaces en grande partie invisible à l’œil nu, laissés libres entre les particules qui composent l'horizon, après leur entassement. Occupés par des constituants liquides ou gazeux, ils servent  de voie de circulation à l'eau, l'air, la matière vivante et caractérisent la porosité de l'horizon. La porosité varie d'un horizon  à l'autre selon sa morphologie de 20% pour un horizon peu poreux, très compact à 80% pour un horizon très poreux.
    La morphologie et le volume des vides dépendent de nombreux facteurs comme : la taille des particules constitutives du sol (argileuses, sableuses, ),  l'activité biologique (racines, animaux, vers de terre, ), le degré d'assèchement du sol, ... La porosité  des horizons détermine l'amplitude des échanges gazeux (gaz carbonique), minéraux et liquide entre le sol, les plantes et l'atmosphère. Elle  joue un rôle important dans la circulation des eaux de pluie et donc dans la régulation de l'alimentation en eau des plantes et des nappes phréatiques.

Les traits pédologiques
    Sous le terme de traits pédologiques, on regroupe les nodules, les pellicules, les bandes, et les pédotubes.
    Les mouvements  de particules argileuses, sableuses, limoneuses , les migrations  et précipitations d'éléments en solution : calcaires, sels, matières organiques, les mouvements d'animaux, le développement des racines conduisent à la genèse de traits pédologiques: c'est à dire à la formation  d'accumulations de matières (argiles, calcite, carbonates, hydroxyde de fer, hydroxyde d'aluminium, ...) sous forme de pellicules, de nodules, de bandes.
    La présence de tel ou tel trait pédologique va déterminer les caractéristiques du sol, son stade d'évolution, sa fertilité, sa porosité, ...

En viticulture , on a souvent recourt à l'étude des sols 

Photo et extrait du blog du Domaine de Beaurenard à Rasteau :

 "Création d’une fosse pédologique (jusqu’à 2 m) le 15 janvier.
Elle nous permet d’observer: l’état du système radiculaire des ceps en place avant arrachage et leur exploration du terroir, la vie microbienne dans le sol, son aération et sa compacité éventuelle, sa texture et sa structure.
Elle permet également d’effectuer les analyses physico-chimiques des sols et sous-sols afin de pouvoir corriger en cas de carence ou de déséquilibre des différents éléments minéraux."

Photo blog Domaine de Beaurenard - Rasteau

Dénomination des sols - Référenciel Pédologique (RP) (2008)

    Au cours de plusieurs dizaines d'années de recherche et d'études, les pédologues français ont  établi sous la direction de Denis Baize et Michel-Claude Girard un Référentiel pédologique (RP) qui répertorie plus de 70  types d'horizons (horizons de référence) et 110 références de types de sols. 
    La dénomination des 110 références de types de sols est basée sur la morphologie de solums de référence définis à partir d'un ensemble d'horizons de références, complétée par des considérations morphologiques, des propriétés de comportement et de fonctionnement qui dépendent de la situation géographique: (climat , pédopaysage, ...). Le solum de référence est définit  par la superposition dans un certain ordre, d'horizons de référence spécifiques. 

    Les 110 références de types de sol comportent un ou deux mots et sont écrites  soit en capitales (exemple: BRUNISOLS, FLUVIOSOLS TYPIQUES, COLUVIOSOLS), soit en petites capitales (exemples: BRUNISOLS, FLUVIOSOLS TYPIQUE, COLUVIOSOLS), soit avec les initiales en capitales (exemples: Brunisol, Fluviosol Typique, Colluviosols, ...)

 Ci-dessous extraits de la fiche descriptive d'un sol de type BRUNISOLS - Extraits tirés du Référentiel pédologique, (2008).

 Brunisols
 Conditions de formation et pédogenèse 
Les brunisols sont caractérisés par la présence d’un  horizon structural (horizon S « haplique »)  très bien développé ...... En outre, cet horizon S n’est jamais calcaire, à la différence de l’horizon Sca. .......
Les brunisols ne présentent ni horizons E ni horizons BT. Cela ne veut pas dire qu’ils ne connaissent aucun mouvement de particules argileuses (quelques argilanes sont possibles), mais cela signifie que la morphologie macroscopique du solum ne montre pas de différenciation texturale notable.
Ce sont donc des sols «  brunifiés  » non argilluviés. Leur pédogenèse est marquée par des altérations modérées et par une faible néogenèse de minéraux argileux secondaires et d’oxyhydroxydes de fer.
On observe les brunisols surtout sous les climats tempérés, atlantiques ou semi-continentaux, quand la pédogenèse est encore récente (sols « jeunes » ou rajeunis, non acidifiés) ou bien, pour des sols plus anciens:...

Horizons de référence
La séquence d’horizons de référence est:

  • sous forêts:  A/S/C ou M ou R;
  • sous cultures:  LA ou LS/S/C ou M ou R.
 
 

Pour des informations plus complètes n'hésiter pas à consulter le livre: Regards sur le sol - Alain Ruellan, Mireille Dosso - Editions Foucher en vente sur Fnac.com et Eyrolles.com.

 

 Bibliographie
 

 

Quelques sites internet

  • http://unt.unice.fr/uoh/degsol/index.php
  • http://alain.ruellan.pagesperso-orange.fr/MyWebsite/page3/page3.html
  • http://www.afes.fr/cours.php

Les autres rubriques de pédologie du site vinsvignesvignerons.com
  
 [Notion de sol - Sols viticoles], [Pédologie, science des sols ], [Formation des sols, constituants],