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Une partie du carbone est exportée avec la récolte.
Une autre partie retourne au sol.
6. Les résidus agricoles
Les résidus peuvent comprendre :
pailles ;
feuilles ;
racines ;
chaumes ;
tiges ;
résidus de taille.
Leur devenir influence directement le bilan carbone.
Les restituer au sol augmente les entrées de carbone, mais leur décomposition entraîne également des émissions de CO₂.
7. Les cultures intermédiaires
Les couverts végétaux permettent de maintenir une activité photosynthétique entre deux cultures principales.
Ils peuvent contribuer à :
produire de la biomasse ;
alimenter le sol en carbone ;
protéger contre l’érosion ;
améliorer la couverture ;
soutenir la vie biologique.
Ils doivent toutefois être évalués selon le bilan complet du système, notamment leur consommation d’eau.
8. L’agriculture sans sol nu
Un principe central de l’agroclimatologie peut être formulé ainsi :
plus longtemps le rayonnement solaire rencontre une végétation active plutôt qu’un sol nu, plus le système possède potentiellement une capacité de production primaire.
Mais cette production doit être mise en relation avec :
eau disponible ;
fertilité ;
température ;
biodiversité ;
besoins des cultures.
9. Agriculture et travail du sol
Le travail du sol influence :
structure ;
agrégation ;
respiration ;
exposition de la matière organique ;
érosion.
La réduction du travail du sol peut favoriser la conservation du carbone dans certains systèmes, mais les effets varient fortement selon :
climat ;
type de sol ;
historique ;
rotation ;
profondeur de travail ;
gestion des résidus.
Il faut donc éviter les affirmations universelles du type :
« zéro labour = toujours plus de carbone ».
10. Les prairies
Les prairies possèdent une caractéristique remarquable :
une grande proportion de leur biomasse est souterraine.
Elles peuvent donc investir fortement dans :
racines ;
renouvellement racinaire ;
exsudats ;
matière organique du sol.
Le carbone peut être réparti entre :
herbacées ;
racines ;
sol ;
litière.
11. Prairie permanente
Une prairie permanente peut maintenir un flux régulier de carbone vers le sol.
Son bilan dépend notamment :
de la productivité ;
de la fertilisation ;
du pâturage ;
de la pluviométrie ;
de la température ;
du type de sol ;
de la profondeur d’enracinement.
12. Pâturage
Le pâturage influence le cycle du carbone par :
consommation de biomasse ;
retour des déjections ;
piétinement ;
stimulation ou réduction de la croissance ;
modification de la composition floristique.
Le résultat dépend fortement de la pression de pâturage et de sa répartition dans le temps et l’espace.
13. Les forêts
Une forêt possède généralement plusieurs compartiments importants :
FORÊT │ ┌───────────────┼───────────────┐ ↓ ↓ ↓ feuillage bois racines ↓ ↓ ↓ litière bois mort sol forestier └───────────────┼───────────────┘ ↓ CARBONE TOTAL
Le carbone forestier ne doit donc jamais être réduit au seul tronc des arbres.
14. Le bois vivant
Le bois constitue un stock relativement important dans les arbres matures.
Le carbone est réparti entre :
tronc ;
branches ;
rameaux ;
écorce ;
racines.
Le stock augmente généralement avec la biomasse de l’arbre.
15. Le carbone racinaire forestier
Les racines constituent un compartiment souvent sous-estimé.
Il comprend :
grosses racines ;
racines fines ;
renouvellement racinaire ;
exsudats.
Les racines fines ont notamment des taux de renouvellement très différents des troncs.
16. La litière forestière
La chute annuelle de feuilles et de petits fragments végétaux constitue un flux important.
Une partie est rapidement :
décomposée ;
respirée ;
incorporée au sol.
Une autre partie contribue à des compartiments plus durables.
17. Le bois mort
Le bois mort constitue un réservoir de carbone particulièrement intéressant.
Il comprend :
arbres morts sur pied ;
troncs au sol ;
grosses branches ;
souches.
Il joue simultanément un rôle :
climatique ;
écologique ;
biologique.
Sa décomposition est lente par rapport à celle de nombreux tissus végétaux.
18. Une forêt n’est pas un stock permanent
Un incendie, une tempête, une sécheresse, une attaque biologique ou une coupe peuvent modifier rapidement le stock.
Ainsi : stock forestier=stock garanti pour toujours.
La permanence doit être intégrée au raisonnement.
19. Forêt naturelle et plantation
Comparer simplement :
« forêt » contre « plantation »
est insuffisant.
Il faut comparer :
stock initial ;
croissance ;
mortalité ;
sol ;
biodiversité ;
bois mort ;
produits bois ;
perturbations ;
durée de gestion.
Une forêt naturelle possède également des fonctions écologiques qui dépassent largement le seul stockage de carbone.
20. Les vergers
Le verger est un système particulièrement intéressant pour Omakëya™.
Il combine :
arbres ;
herbacées ;
racines ;
sol ;
litière ;
fruits ;
bois de taille ;
éventuellement animaux.
Le carbone est donc distribué dans plusieurs compartiments.
21. Le carbone du tronc dans un verger
Les fruitiers accumulent du carbone dans :
tronc ;
charpentières ;
branches ;
racines.
Mais les arbres fruitiers sont généralement conduits et taillés.
Une partie de la biomasse est donc exportée régulièrement.
22. Les tailles
Les bois de taille constituent un flux de biomasse.
Ils peuvent être :
broyés ;
compostés ;
utilisés en paillage ;
transformés en BRF ;
exportés.
Le devenir de ces matériaux influence le bilan carbone du système.
23. L’enherbement du verger
Un verger avec couvert permanent possède deux grands systèmes végétaux :
L’enherbement peut donc contribuer aux entrées de carbone.
Il faut néanmoins prendre en compte la compétition hydrique avec les arbres.
24. Les haies
Les haies sont particulièrement intéressantes car elles combinent :
arbres ;
arbustes ;
herbacées ;
racines ;
litière ;
sol.
Elles peuvent donc stocker du carbone dans plusieurs compartiments.
25. La haie comme infrastructure écologique
Une haie peut simultanément :
stocker du carbone ;
réduire le vent ;
produire de l’ombre ;
favoriser la biodiversité ;
ralentir le ruissellement ;
produire du bois ;
créer un corridor écologique.
Elle possède donc une valeur multifonctionnelle.
26. Haie haute ou haie basse ?
Le stockage potentiel dépend de :
hauteur ;
largeur ;
densité ;
composition ;
âge ;
renouvellement ;
sol.
Une haie n’est donc pas caractérisée uniquement par sa longueur.
Pour un projet d’ingénierie : volume veˊgeˊtal
et biomasse
sont des variables plus pertinentes.
27. Les jardins
Un jardin peut également constituer un petit écosystème stockant du carbone.
Les compartiments peuvent être :
arbres ;
arbustes ;
haies ;
gazon ;
plantes vivaces ;
potager ;
racines ;
compost ;
bois mort ;
sol.
28. Jardin ornemental
Un jardin riche en arbres et arbustes peut accumuler une biomasse importante.
La diversité structurelle crée plusieurs niveaux :
arbres ↓arbustes ↓herbacées ↓litière ↓sol
Cette stratification augmente la complexité écologique.
29. Jardin potager
Le potager présente généralement un turnover rapide.
Les cultures :
poussent ;
sont récoltées ;
produisent des résidus ;
recommencent.
Le stock aérien instantané peut être modeste, mais les flux sont importants.
30. Compost et carbone
Le compost représente une partie du carbone ayant déjà subi une transformation.
Son apport peut augmenter la matière organique du sol, mais une partie du carbone sera ensuite minéralisée.
Il faut donc distinguer : Capporteˊ
de : Ceffectivement stabiliseˊ.
31. Les pelouses
Une pelouse possède :
biomasse aérienne ;
racines ;
matière organique ;
sol.
Une pelouse correctement gérée peut participer au stockage du carbone.
Mais sa gestion peut également générer des émissions liées :
à la tonte ;
aux engins ;
aux fertilisants ;
à l’irrigation.
Le bilan doit donc intégrer les émissions du système.
32. Le jardin « carbone positif »
Il serait tentant d’affirmer :
« ce jardin stocke du carbone ».
Mais il faut établir un bilan.
Il faut comptabiliser :
Entrées
croissance végétale ;
amendements ;
bois ;
compost.
Sorties
récoltes ;
tailles exportées ;
respiration ;
décomposition ;
érosion.
Émissions indirectes
carburants ;
engrais ;
matériaux ;
transport ;
pompage ;
équipements.
33. Le bilan carbone d’un système
On peut utiliser un modèle conceptuel : BC=Ccapteˊ−Crespireˊ−Cexporteˊ−Ceˊmis indirectement
Mais pour calculer réellement un bilan, il faut préciser le périmètre et les méthodes.
34. Les stocks à mesurer
Pour une étude Omakëya™, on peut mesurer :
Compartiment
Indicateur
Arbres
biomasse aérienne
Arbustes
biomasse
Herbacées
biomasse
Racines
biomasse racinaire
Litière
masse sèche
Bois mort
volume + densité
Sol
carbone organique
Compost
masse + carbone
Sédiments
carbone organique
35. Mesurer les arbres
Il existe différentes approches :
diamètre à hauteur de poitrine ;
hauteur ;
essence ;
volume ;
équations allométriques ;
inventaire forestier.
Une relation allométrique peut prendre la forme générale : B=aDb
où :
B = biomasse ;
D = diamètre ;
a,b = coefficients dépendant de l’espèce ou du groupe étudié.
36. Mesurer le carbone du sol
Il faut mesurer :
concentration en carbone organique ;
densité apparente ;
profondeur ;
éventuellement pierrosité.
Le stock peut alors être estimé sur une profondeur donnée.
37. Comparer les écosystèmes
Il faut être prudent avec les comparaisons.
Un hectare de :
forêt ;
prairie ;
verger ;
culture ;
haie ;
ne possède pas la même structure de carbone.
Il faut distinguer :
carbone aérien
et
carbone souterrain.
38. La dimension temporelle
Pour chaque système, il faut suivre : C(t)
On peut alors construire une courbe :
Stock de carbone↑│ ________│ __/│ __/│ __/│ __/│ __/│____/└────────────────────────────→ temps
La croissance est généralement forte au début puis évolue vers un nouvel équilibre.
39. Les perturbations
Le stock peut diminuer brutalement après :
incendie ;
sécheresse ;
défrichement ;
érosion ;
retournement de prairie ;
destruction d’une haie.
La résilience du système devient donc un paramètre essentiel.
40. Stockage et résilience
Un système diversifié possède plusieurs compartiments.
Par exemple :
ARBRESARBUSTESHERBACÉESRACINESSOLBOIS MORT
Si un compartiment est affecté, les autres peuvent continuer à fonctionner.
Cette redondance fonctionnelle est un principe majeur de conception Omakëya™.
41. Le carbone et l’eau
Le stockage du carbone ne doit jamais être séparé de la disponibilité en eau.
Une végétation supplémentaire peut :
augmenter la production primaire ;
augmenter l’évapotranspiration ;
modifier l’infiltration ;
réduire la température du sol.
Mais elle peut aussi consommer davantage d’eau.
Il faut donc rechercher un optimum : Carbone+Eau+Production+Biodiversiteˊ
plutôt que maximiser une seule variable.
42. Le carbone et la température
La végétation modifie les flux énergétiques par :
ombrage ;
évapotranspiration ;
interception du rayonnement ;
modification de la convection.
Ainsi : carbone→biomasse→structure veˊgeˊtale→microclimat.
Le stockage du carbone devient alors indirectement un élément du génie climatique végétal.
43. Le carbone et la biodiversité
Une structure végétale diversifiée fournit davantage de :
niches ;
ressources ;
habitats ;
litières ;
racines.
La biodiversité peut donc participer à la complexification des flux de carbone.
44. Comparaison qualitative
Système
Carbone aérien
Carbone du sol
Flux racinaire
Multifonctionnalité
Grandes cultures
moyen
variable
moyen
moyenne
Prairie
faible à moyen
potentiellement important
élevé
élevée
Forêt
élevé
important
important
très élevée
Verger
moyen à élevé
important
important
très élevée
Haie
moyen à élevé
important localement
important
très élevée
Jardin diversifié
variable
variable à important
variable
très élevée
Attention : ce tableau est qualitatif. Les stocks réels peuvent varier de façon considérable selon le sol, le climat, l’âge, la gestion et l’histoire du site.
45. Le meilleur système n’est pas nécessairement celui qui stocke le plus
Un écosystème doit être évalué sur plusieurs critères : Carbone+Eau+Biodiversiteˊ+Production+Climat local+Reˊsilience+Eˊconomie
Un système légèrement moins performant sur le seul stockage du carbone peut être beaucoup plus performant globalement.
46. La stratégie Omakëya™
L’objectif peut être de multiplier les compartiments :
On peut alors concevoir un jardin comme une véritable infrastructure de carbone :
Strate haute
Arbres.
Strate intermédiaire
Arbustes et fruitiers.
Strate basse
Vivaces et cultures.
Strate racinaire
Racines superficielles et profondes.
Strate morte
Litière, bois mort, compost.
Strate minérale
Matière organique associée au sol.
48. Objectif 2050
Pour un projet agroclimatique, on peut définir :
état initial ;
stock initial ;
objectif 2030 ;
objectif 2040 ;
objectif 2050.
Puis modéliser : C(t)
avec différents scénarios :
scénario de référence ;
scénario intensif ;
scénario régénératif ;
scénario climatique défavorable.
49. Objectif 2100
À l’horizon 2100, la question devient encore plus intéressante.
Il faut intégrer :
changement de température ;
évolution des précipitations ;
sécheresses ;
incendies ;
maladies ;
évolution des espèces ;
disponibilité de l’eau.
Le système doit donc être conçu non seulement pour stocker du carbone, mais pour continuer à fonctionner dans le climat futur.
50. Le véritable objectif du Tome 7
Le stockage du carbone doit finalement être considéré comme un des indicateurs d’un écosystème fonctionnel, et non comme son unique objectif.
Le système idéal est celui qui parvient à :
capturer du carbone, en conserver une fraction significative dans la biomasse et le sol, améliorer simultanément la structure hydrologique, soutenir la biodiversité, produire des ressources et rester fonctionnel malgré l’évolution du climat.
C’est cette approche qui permet de passer de la simple séquestration carbone à une véritable ingénierie des cycles du carbone et de l’eau.
Origine, formation, formes, mesure et gestion de l’humus dans les sols vivants
L’humus occupe une place centrale dans la compréhension des sols vivants. Il est souvent présenté comme une matière noire capable de « retenir l’eau et nourrir les plantes ». Cette vision est utile mais trop simplificatrice.
Scientifiquement, il faut distinguer matière organique du sol, matière organique transformée, fractions stabilisées et, selon les approches, humus au sens pédologique ou agronomique.
L’enjeu de ce chapitre est donc de comprendre :
d’où vient l’humus ;
comment il se forme ;
quelles sont ses différentes formes ;
comment le mesurer ;
comment favoriser sa formation ;
comment éviter sa dégradation ;
comment intégrer l’humus dans une stratégie de gestion de l’eau, du carbone et de la fertilité.
1. Qu’est-ce que l’humus ?
Dans le langage agronomique courant, l’humus désigne généralement la fraction relativement transformée et stabilisée de la matière organique du sol.
Mais l’humus n’est pas une substance unique.
La matière organique du sol constitue plutôt un continuum :
Cette fragmentation augmente considérablement la surface disponible pour l’activité microbienne.
9. Deuxième étape : décomposition biochimique
Les microorganismes utilisent différents composés organiques.
Les molécules facilement dégradables sont généralement transformées rapidement.
D’autres composés sont plus résistants.
La vitesse dépend notamment de :
température ;
humidité ;
oxygénation ;
composition chimique ;
rapport C/N ;
pH ;
accessibilité physique ;
activité biologique.
10. Troisième étape : transformation
Une partie du carbone devient :
CO₂ ;
biomasse microbienne ;
composés organiques transformés ;
matière organique dissoute ;
matière organique susceptible d’être stabilisée.
Une grande partie du carbone entrant dans le sol ne devient donc jamais de l’humus durable.
11. Quatrième étape : stabilisation
La stabilisation peut résulter de plusieurs mécanismes.
Protection physique
La matière organique est protégée dans les agrégats.
Association minérale
Des composés organiques s’associent aux particules minérales.
Transformation biochimique
Les microorganismes transforment les molécules initiales.
Conditions environnementales
Humidité, oxygène, pH et température influencent les vitesses de transformation.
12. Le complexe organo-minéral
Les interactions entre matière organique et minéraux sont fondamentales.
Les particules fines, notamment certaines argiles, peuvent contribuer à stabiliser la matière organique.
On retrouve alors l’importance de :
texture ;
minéralogie ;
surface spécifique ;
CEC ;
agrégation.
13. Humus et complexe argilo-humique
Dans la tradition agronomique française, on parle souvent de complexe argilo-humique.
Il correspond à des associations entre :
argiles ;
matière organique ;
cations.
Ces associations contribuent notamment à :
la stabilité structurale ;
la rétention de certains nutriments ;
la capacité d’échange cationique ;
la structuration du sol.
Il faut cependant éviter d’imaginer ce complexe comme une structure unique et parfaitement définie dans tous les sols.
14. Les différents types d’humus
La pédologie classique distingue notamment différents types d’humus forestiers selon les conditions écologiques et la vitesse de transformation de la matière organique.
Parmi les grands types traditionnellement décrits :
mull ;
moder ;
mor.
Ils correspondent à des fonctionnements biologiques et des conditions de décomposition différents.
15. Le mull
Le mull est généralement associé à une activité biologique importante et à une incorporation relativement efficace de la matière organique dans le sol minéral.
On peut observer :
litière relativement peu épaisse ;
forte activité de la faune du sol ;
mélange matière organique / sol minéral ;
décomposition relativement active.
Les lombrics jouent souvent un rôle important.
16. Le moder
Le moder représente une situation intermédiaire.
La transformation de la matière organique est moins rapide que dans un mull typique.
On peut observer :
horizons organiques plus distincts ;
activité de la faune différente ;
incorporation moins rapide.
17. Le mor
Le mor correspond généralement à une accumulation plus importante de matière organique en surface et à une incorporation plus limitée dans l’horizon minéral.
Il est souvent associé à :
milieux acides ;
végétation particulière ;
activité lombricienne réduite ;
décomposition plus lente.
Il ne faut cependant pas considérer ces catégories comme des boîtes universelles indépendantes du contexte pédologique.
18. Les humus selon les milieux
Le fonctionnement de l’humus dépend fortement du milieu.
Forêt
Litière, racines, champignons, bois mort.
Prairie
Forte contribution racinaire.
Potager
Résidus, compost, racines, paillage.
Verger
Litière + racines + herbacées + bois.
Zone humide
Accumulation potentiellement importante de matière organique lorsque la décomposition est limitée par les conditions hydriques et l’oxygénation.
19. Humus et climat
La vitesse de transformation de la matière organique dépend notamment de :
température ;
humidité ;
disponibilité en oxygène.
Une augmentation de température peut accélérer certaines décompositions, mais l’effet réel dépend fortement de l’humidité et de la disponibilité des substrats.
Le changement climatique peut donc modifier :entreˊe de carbone↔deˊcomposition↔stockage.
20. Humus et eau
L’humus contribue à la dynamique hydrique du sol, mais il faut éviter l’affirmation simpliste :
« plus d’humus = proportionnellement plus d’eau ».
L’effet dépend notamment :
de la texture ;
de la structure ;
de la profondeur ;
de la porosité ;
du degré de décomposition ;
de la végétation.
La matière organique peut notamment favoriser la formation d’une structure stable et donc améliorer certaines propriétés hydriques.
21. Humus et réserve utile
La réserve utile dépend principalement de la quantité d’eau comprise entre :
capacité au champ ;
point de flétrissement.
RU≈(θCC−θPF)Z
où :
θCC = teneur en eau à la capacité au champ ;
θPF = teneur au point de flétrissement ;
Z = profondeur considérée.
La matière organique influence ces paramètres, mais son effet ne peut pas être dissocié de la texture et de la structure.
22. Humus et infiltration
La matière organique peut favoriser :
agrégation ;
activité biologique ;
biopores ;
stabilité structurale.
Ces propriétés peuvent augmenter la capacité du sol à absorber certaines pluies.
Mais un sol riche en matière organique peut aussi être compacté.
Il faut donc toujours mesurer la structure réelle du sol.
23. Humus et fertilité
La matière organique joue plusieurs rôles :
réservoir de nutriments ;
substrat biologique ;
amélioration de la structure ;
contribution à la CEC ;
tampon vis-à-vis de certaines variations chimiques.
Elle participe donc à la fertilité physique, chimique et biologique.
24. Humus et CEC
Une partie de la capacité d’échange cationique provient de la matière organique.
Elle peut retenir des cations tels que :
Ca²⁺ ;
Mg²⁺ ;
K⁺ ;
NH₄⁺.
Mais l’importance relative de la matière organique dépend du type de sol.
Dans certains sols argileux, les minéraux argileux contribuent fortement à la CEC.
25. Humus et pH
La matière organique possède des propriétés tampon.
Elle peut participer à la régulation de certaines variations chimiques.
Mais :matieˋre organique eˊleveˊe⇒pH neˊcessairement eˊleveˊ.
Le pH dépend également :
roche mère ;
carbonates ;
climat ;
lixiviation ;
composition minérale ;
gestion.
26. Humus et biodiversité
La matière organique fournit :
énergie ;
habitats ;
surfaces de colonisation ;
nourriture.
Elle nourrit indirectement de nombreuses chaînes trophiques.
Sa gestion repose moins sur l’idée d’« ajouter de l’humus » que sur la capacité à construire continuellement les conditions permettant au sol de produire, transformer et stabiliser sa propre matière organique.
C’est précisément ce qui fait de l’humus un élément central de l’hydrologie régénérative : en travaillant sur le carbone et la matière organique, on agit simultanément sur la structure, l’infiltration, la réserve en eau, la fertilité et la résilience du sol.
La structure du sol devient donc une composante du stockage du carbone.
20. La minéralisation
La minéralisation correspond à la transformation de certains éléments de la matière organique en formes minérales disponibles ou mobilisables.
Pour le carbone organique, une part importante aboutit à : CO2
Dans d’autres cycles, la minéralisation libère par exemple :
ammonium ;
phosphate ;
ions soufrés.
Le cycle du carbone est donc étroitement couplé aux autres cycles biogéochimiques.
21. Carbone et azote
La décomposition dépend fortement de la disponibilité en azote.
Le rapport : C/N
des matières organiques influence leur vitesse de transformation.
Des matériaux très carbonés et pauvres en azote peuvent être décomposés plus lentement ou provoquer temporairement une immobilisation de l’azote minéral.
22. Carbone et phosphore
Le carbone influence également la dynamique du phosphore.
L’activité microbienne peut :
immobiliser ;
mobiliser ;
transformer
différentes formes de phosphore.
Les mycorhizes jouent également un rôle important dans l’acquisition du phosphore par les plantes.
23. Le carbone dissous
Le carbone n’est pas uniquement stocké dans la biomasse ou le sol solide.
Une fraction circule sous forme de :
carbone organique dissous — COD.
Il peut être transporté par :
infiltration ;
drainage ;
nappes ;
rivières.
Ainsi, le cycle du carbone est également un cycle hydrologique.
24. Le rôle de l’eau
L’eau transporte :
carbone dissous ;
particules organiques ;
microorganismes ;
nutriments.
Le système : sol↔eau↔veˊgeˊtation
constitue donc un continuum biogéochimique.
25. Le carbone exporté par érosion
Un sol dégradé peut perdre du carbone avec ses particules.
Lorsqu’une pluie provoque : eˊrosion→transport de particules
elle peut exporter :
argiles ;
matière organique ;
carbone associé aux particules.
La protection contre l’érosion est donc également une stratégie de conservation du carbone.
26. Sol nu contre sol couvert
Sol nu
température plus variable ;
ruissellement plus important ;
érosion potentielle ;
apport réduit de carbone ;
activité biologique souvent plus faible.
Sol couvert
apports organiques ;
racines ;
activité biologique ;
meilleure protection physique ;
infiltration souvent améliorée.
Le couvert végétal constitue donc une interface carbone-eau-sol.
27. Le carbone sous prairie
Une prairie permanente peut stocker une quantité importante de carbone dans le sol grâce notamment à :
renouvellement racinaire ;
exsudats ;
accumulation de matière organique ;
activité microbienne.
La dynamique dépend toutefois du climat, du sol, de la gestion et de l’histoire du site.
28. Le carbone forestier
Dans une forêt, le carbone est réparti entre :
arbres ;
arbustes ;
herbacées ;
racines ;
bois mort ;
litière ;
sol.
Le stockage ne doit donc jamais être estimé uniquement à partir du volume de bois.
29. Le carbone du verger
Un verger associe plusieurs compartiments :
ARBRES ↓ ┌───────┴───────┐ ↓ ↓ bois racines ↓ ↓ litière exsudats ↓ ↓ └──────→ SOL ←──┘ ↓ microorganismes ↓ humus
La gestion de l’enherbement, des couverts et des résidus influence fortement ces flux.
30. Le carbone du potager
Dans un potager, les flux sont particulièrement rapides.
On retrouve :
croissance ;
récolte ;
résidus ;
compost ;
racines mortes ;
paillage ;
respiration ;
décomposition.
Une partie du carbone sort du système lors des récoltes.
Il faut donc considérer le jardin comme un système ouvert.
31. Le carbone exporté par les récoltes
Une récolte exporte :
carbone ;
azote ;
phosphore ;
potassium ;
autres éléments.
Pour maintenir la fertilité, une partie des éléments doit être réintroduite par :
compost ;
résidus ;
engrais organiques ;
biomasse ;
fixation biologique de l’azote selon les systèmes.
32. Le bilan carbone du sol
On peut conceptualiser le stock de carbone : ΔC=Centreˊes−Csorties
Les entrées comprennent notamment :
litière ;
racines mortes ;
exsudats ;
amendements organiques.
Les sorties comprennent :
respiration ;
décomposition ;
exportation ;
érosion ;
drainage.
33. Un sol peut-il toujours stocker davantage de carbone ?
Non.
Un sol possède une capacité de stockage limitée et dépendante de son environnement.
Elle dépend notamment :
texture ;
minéralogie ;
profondeur ;
climat ;
saturation ;
végétation ;
historique d’utilisation.
Le stockage supplémentaire tend généralement à ralentir lorsque certains compartiments atteignent un état de quasi-équilibre.
34. Le carbone n’est pas automatiquement « séquestré »
Il faut distinguer :
Captation
Le CO₂ est fixé par photosynthèse.
Stockage
Le carbone est conservé dans un compartiment.
Séquestration durable
Le carbone reste stocké pendant une durée suffisamment longue pour avoir une signification climatique.
Cette distinction est essentielle.
35. Le rôle de la permanence
Un arbre peut capturer du carbone pendant sa croissance.
Mais si :
il meurt ;
est brûlé ;
est décomposé rapidement ;
une partie importante du carbone retourne finalement dans l’atmosphère.
Il faut donc raisonner en : flux+stock+dureˊe.
36. Le carbone et le feu
Les incendies peuvent provoquer :
combustion de biomasse ;
émissions de CO₂ ;
formation de charbon végétal ;
perte de matière organique superficielle ;
modification des communautés microbiennes.
Le bilan post-incendie dépend donc de nombreux facteurs.
37. Le biochar
Le biochar peut constituer une forme particulière de carbone relativement résistante à la décomposition.
Mais son intérêt dépend :
de sa production ;
de sa qualité ;
de son origine ;
de son application ;
du sol ;
de la gestion.
Il ne doit pas être présenté comme une solution universelle.
38. Le carbone et le climat local
Le carbone influence indirectement le climat local à travers la végétation.
Plus de biomasse peut signifier :
davantage d’ombrage ;
davantage d’évapotranspiration ;
davantage de rugosité ;
modification des flux d’énergie.
On retrouve donc : CARBONE↔VEˊGEˊTATION↔EAU↔EˊNERGIE↔CLIMAT
39. Le grand système Omakëya™
Le cycle du carbone ne doit donc jamais être séparé du cycle de l’eau.
Un sol vivant peut être considéré comme un réacteur biologique, chimique et physique complexe.
Il reçoit :
carbone ;
eau ;
oxygène ;
minéraux ;
énergie.
Il produit ou transforme :
biomasse ;
CO₂ ;
nutriments minéraux ;
matière organique stabilisée ;
eau infiltrée ;
chaleur.
Cette vision est particulièrement intéressante pour l’ingénierie écologique Omakëya™.
41. Mesurer le cycle du carbone
Pour passer de la théorie au diagnostic, il faut mesurer.
Stock
carbone organique du sol ;
biomasse aérienne ;
biomasse racinaire ;
bois mort ;
litière.
Flux
respiration du sol ;
croissance végétale ;
production de biomasse ;
décomposition ;
exportations agricoles.
Indicateurs indirects
matière organique ;
C/N ;
couverture végétale ;
activité biologique ;
stabilité des agrégats.
42. Construire un bilan carbone
Pour un écosystème donné : BC=Ccapteˊ−Crespireˊ−Cexporteˊ−Cperdu
Ce bilan doit être établi sur une période donnée.
Pour un projet sérieux, il faut préciser :
périmètre ;
profondeur de sol ;
biomasse incluse ;
durée ;
méthodes analytiques ;
incertitudes.
43. Le bilan carbone à 1, 10, 50 et 100 ans
Un système peut être :
faible stockeur au départ ;
important stockeur pendant sa phase de croissance ;
puis tendre vers un nouvel équilibre.
Il faut donc modéliser : C(t)
plutôt qu’annoncer un seul chiffre.
44. Le rôle du temps
Le carbone constitue une excellente illustration d’une idée centrale du Tome 7 :
un écosystème est un système dynamique.
La question n’est pas seulement :
combien de carbone y a-t-il aujourd’hui ?
mais :
à quelle vitesse entre-t-il, à quelle vitesse sort-il et combien de temps reste-t-il dans chaque compartiment ?
45. Les indicateurs Omakëya™
Pour un jardin, un verger ou une ferme, on pourrait suivre :
Indicateur
Mesure
Carbone du sol
t C/ha
Matière organique
%
Biomasse végétale
kg ou t
Biomasse microbienne
méthode analytique
Respiration du sol
flux CO₂
C/N
rapport
Couverture du sol
%
Érosion
t/ha/an
Production primaire
biomasse/an
Exportations
kg C/an
46. Le carbone comme indicateur de résilience
Un sol riche en matière organique et bien structuré peut présenter :
meilleure rétention d’eau ;
meilleure agrégation ;
activité biologique plus importante ;
meilleure capacité tampon.
Le carbone devient ainsi indirectement associé à plusieurs propriétés de résilience.
Mais il ne faut pas confondre corrélation et causalité : la qualité d’un sol dépend d’un ensemble de propriétés physiques, chimiques et biologiques.
47. L’objectif ultime
L’objectif d’une gestion agroclimatique n’est pas simplement :
« stocker le maximum de carbone ».
Il est de construire un système dans lequel : CARBONE+EAU+NUTRIMENTS+BIODIVERSITEˊ+BIOMASSE
sont gérés comme un ensemble cohérent.
C’est cette approche systémique qui permet de passer du simple stockage de carbone à la véritable ingénierie des cycles biogéochimiques.
48. Synthèse du chapitre
Le cycle du carbone peut finalement être résumé ainsi : CO2photosyntheˋsebiomasselitieˋre/racinesmatieˋre organiquedeˊcompositioncompartiments organiqueshumification/stabilisationcarbone du solrespiration/mineˊralisationCO2
Mais dans un véritable écosystème, ce cycle est couplé en permanence aux cycles :
de l’eau ;
de l’azote ;
du phosphore ;
du soufre ;
de l’oxygène.
Le sol vivant n’est donc pas un simple réservoir de carbone : c’est l’un des principaux lieux où le carbone, l’eau, les nutriments et la vie interagissent en permanence.
Transformer les surfaces imperméables en infrastructures hydrologiques, climatiques et écologiques
La désimperméabilisation constitue l’un des leviers majeurs de l’hydrologie régénérative en milieu urbain et périurbain.
Elle consiste à réduire la part des surfaces qui empêchent l’eau de pénétrer dans le sol, mais surtout à repenser complètement le devenir de l’eau, de l’énergie solaire, de la chaleur et du vivant sur ces surfaces.
L’objectif n’est donc pas simplement :
remplacer du béton par de la terre.
Il s’agit de transformer :SURFACE IMPERMEˊABLE→SOL FONCTIONNEL→EAU+VEˊGEˊTATION+BIODIVERSITEˊ+FRAIˆCHEUR
1. Pourquoi désimperméabiliser ?
Une surface imperméable modifie profondément le bilan hydrologique.
Sur un sol fonctionnel :P=R+I+ET+ΔS
avec :
P = précipitations ;
R = ruissellement ;
I = infiltration ;
ET = évapotranspiration ;
ΔS = variation du stockage.
Sur une surface très imperméable :I→0
et une grande partie de l’eau devient :R↑
Le ruissellement augmente donc fortement.
2. L’imperméabilisation modifie également le climat local
Une surface minérale sombre peut :
absorber fortement le rayonnement solaire ;
augmenter sa température ;
restituer de la chaleur la nuit ;
réduire l’évapotranspiration ;
contribuer à l’îlot de chaleur urbain.
On ne traite donc pas seulement un problème hydraulique.
Chaque quartier devient une petite unité hydrologique.
31. La ville comme bassin versant
C’est un changement de paradigme majeur.
Au lieu de considérer :
chaque rue, chaque bâtiment, chaque parking séparément,
on considère :
le bassin versant urbain dans son ensemble.
On peut alors cartographier :
surfaces imperméables ;
pentes ;
écoulements ;
points bas ;
réseaux ;
zones d’infiltration ;
zones d’expansion.
32. SIG et cartographie
Un SIG permet de calculer :taux d’impermeˊabilisation=AtotaleAimper
et de suivre son évolution.
On peut ensuite simuler :
« Que se passe-t-il si 10 %, 20 % ou 40 % des surfaces sont désimperméabilisées ? »
33. Objectif : zéro ruissellement inutile
L’objectif n’est pas nécessairement :
zéro ruissellement.
Un ruissellement contrôlé est naturel.
L’objectif est plutôt :eˊviter que l’eau qui pourrait eˆtre geˊreˊe localement soit inutilement exporteˊe
34. Stratégie par niveaux
Niveau 1 — Déconnecter
Déconnecter les descentes d’eau du réseau lorsque possible.
Niveau 2 — Ralentir
Créer noues et jardins de pluie.
Niveau 3 — Infiltrer
Restaurer les sols.
Niveau 4 — Stocker
Créer mares et bassins.
Niveau 5 — Végétaliser
Planter arbres et végétation.
Niveau 6 — Reconnecter
Relier les différents dispositifs.
35. Réversibilité
Un bon projet de désimperméabilisation doit être pensé sur plusieurs décennies.
Les surfaces peuvent évoluer :2026→2035→2050→2100
Le système végétal évolue.
Les arbres grandissent.
Les racines structurent le sol.
La capacité d’infiltration peut évoluer.
Le microclimat change.
Le projet doit donc être pilotable et adaptable.
36. Indicateurs de performance
Créer des KPI permet de mesurer les résultats.
Hydrologie
% de surface désimperméabilisée ;
volume infiltré ;
volume stocké ;
débit de pointe réduit ;
temps de vidange.
Climat
température de surface ;
température de l’air ;
température ressentie ;
surface ombragée.
Sol
infiltration ;
compaction ;
matière organique ;
biomasse microbienne.
Biodiversité
nombre d’espèces ;
abondance d’insectes ;
diversité végétale ;
présence d’amphibiens.
Carbone
biomasse ;
carbone du sol ;
carbone végétal.
37. Avant / après
Indicateur
Avant
Après
Imperméabilisation
élevée
réduite
Ruissellement
élevé
réduit
Infiltration
faible
augmentée
Température de surface
élevée
réduite
Ombrage
faible
augmenté
Biodiversité
faible
augmentée
Carbone végétal
faible
augmenté
Fonction hydrologique
évacuation
stockage/infiltration
38. Étude de cas — Parking d’entreprise
Situation initiale
5 000 m² d’enrobé ;
faible ombrage ;
évacuation rapide des eaux ;
forte température estivale.
Projet
réduction des surfaces de stationnement inutiles ;
pavés perméables sur certaines zones ;
noues ;
arbres ;
bandes végétalisées ;
jardins de pluie ;
déconnexion partielle du réseau.
Résultat recherché
Transformer :parking
en :infrastructure hydraulique + climatique + eˊcologique.
39. Étude de cas — Cour d’école
Avant
100% mineˊral
Projet
zones de jeux conservées ;
arbres ;
sols perméables ;
noues ;
jardin pédagogique ;
récupération des eaux ;
espaces ombragés.
La cour devient simultanément :
espace éducatif ;
espace climatique ;
espace hydrologique ;
espace écologique.
40. Étude de cas — Place publique
On peut conserver :
cheminements ;
accès PMR ;
événements ;
marchés ;
mobilier.
Tout en transformant certaines zones en :
îlots végétalisés ;
arbres de haute tige ;
noues ;
jardins de pluie ;
sols perméables.
La place reste fonctionnelle mais devient beaucoup plus résiliente.
41. La désimperméabilisation comme projet d’infrastructure
Elle doit être traitée avec le même sérieux qu’un réseau hydraulique classique.
Il faut :
diagnostiquer ;
cartographier ;
mesurer ;
calculer ;
concevoir ;
dimensionner ;
réaliser ;
instrumenter ;
suivre ;
corriger.
42. Le lien avec le jumeau numérique
Dans le futur, une ville pourra disposer d’un modèle numérique intégrant :
bâtiments ;
routes ;
sols ;
arbres ;
réseaux ;
pluie ;
température ;
infiltration ;
ruissellement.
On pourra alors tester virtuellement :
« Que se passe-t-il si nous retirons 2 000 m² d’enrobé ? »
ou :
« Quel est l’effet de 100 nouveaux arbres ? »
ou :
« Quelle quantité d’eau reste dans le quartier lors d’une pluie décennale ? »
43. Vers la ville-éponge
La désimperméabilisation constitue l’une des bases de la ville éponge.
Le principe est :ABSORBER→STOCKER→UTILISER→INFILTRER→RESTITUER
plutôt que :PLUIE→CANALISATION→EˊVACUATION.
44. La vision Omakëya™
Dans la méthode Omakëya™, désimperméabiliser signifie finalement rendre à la ville une partie de ses fonctions écologiques perdues.
Le bitume peut redevenir :
sol ;
eau ;
arbre ;
ombre ;
biodiversité ;
carbone ;
fraîcheur.
Le parking peut redevenir :
infrastructure hydrologique ;
espace végétal ;
corridor écologique ;
puits de fraîcheur.
La cour peut devenir :
terrain de jeu ;
laboratoire climatique ;
jardin ;
espace pédagogique.
La voirie peut devenir :
corridor de mobilité ;
corridor végétal ;
corridor hydraulique.
45. Principe directeur
La désimperméabilisation ne doit donc pas être pensée comme une simple opération de remplacement de matériaux.
Elle doit être conçue comme une restauration fonctionnelle du territoire :BEˊTON / BITUME→SOL→EAU→VEˊGEˊTATION→VIE→CLIMAT LOCAL
C’est précisément à cette interface entre pédologie, hydrologie, climatologie, écologie et génie urbain que se situe l’un des champs d’application les plus importants de l’hydrologie régénérative.
L’hydraulique douce : ralentir, filtrer, infiltrer et reconnecter l’eau au paysage
Après les mares, les zones humides et les baissières, ce chapitre introduit une autre famille d’ouvrages essentiels de l’hydrologie régénérative : les infrastructures hydrauliques végétalisées et distribuées.
L’objectif n’est plus de faire disparaître rapidement l’eau du site, mais de modifier progressivement son parcours : COLLECTER→RALENTIR→REˊPARTIR→FILTRER→INFILTRER→STOCKER→RESTITUER
Cette logique constitue le cœur de l’hydraulique douce.
1. Qu’est-ce qu’un fossé vivant ?
Un fossé vivant est un fossé dont la géométrie et la végétation sont conçues pour assurer simultanément des fonctions :
hydrauliques ;
biologiques ;
pédologiques ;
paysagères ;
climatiques.
Il ne s’agit donc plus simplement d’un canal destiné à évacuer l’eau.
Ce système peut être particulièrement intéressant dans certains talwegs dégradés.
17. Le risque majeur : la rupture
Un micro-barrage mal conçu peut devenir un problème.
La rupture peut provoquer :
onde de submersion locale ;
érosion régressive ;
transport de matériaux ;
incision du talweg.
Il faut donc toujours prévoir :
chemin de débordement ;
stabilité ;
ancrage ;
protection contre l’érosion ;
scénario de rupture.
18. Le principe de surverse contrôlée
Un ouvrage hydraulique doit toujours savoir :
comment l’eau sortira lorsqu’elle dépassera sa capacité normale.
Il faut donc créer un déversoir ou une zone de surverse préférentielle.
Niveau normal──────────────Niveau extrême───────────────→ SURVERSE SÉCURISÉE
19. Fascines
Les fascines sont des assemblages de branches ou de matériaux végétaux disposés transversalement à l’écoulement.
Elles peuvent :
ralentir l’eau ;
piéger des sédiments ;
favoriser la végétalisation ;
stabiliser localement un talweg.
Elles sont particulièrement intéressantes comme dispositifs souples et évolutifs.
20. Bois mort et génie écologique
Le bois peut également jouer un rôle hydrologique dans certains contextes naturels.
Les troncs et branches peuvent :
augmenter la rugosité ;
créer des micro-obstacles ;
retenir des sédiments ;
créer des habitats.
Il faut cependant distinguer le fonctionnement naturel des cours d’eau et les interventions artificielles : tout obstacle ne doit pas être installé sans diagnostic hydraulique et écologique.
21. Le rôle de la végétation
Les plantes présentes dans les fossés et noues peuvent :
ralentir l’eau ;
protéger le sol ;
intercepter les particules ;
absorber certains nutriments ;
fournir des habitats.
Les racines contribuent également à structurer le sol.
22. Le fossé comme corridor biologique
Un fossé végétalisé peut devenir un véritable corridor.
C’est ce passage d’une succession d’ouvrages isolés à un cycle de l’eau spatialement organisé qui constitue l’un des fondements de l’hydrologie régénérative Omakëya™.
Concevoir, dimensionner et piloter des baissières pour ralentir, infiltrer et redistribuer l’eau dans le paysage
La baissière — souvent désignée par le terme anglais swale — est un dispositif linéaire implanté généralement sur ou à proximité des courbes de niveau, destiné à ralentir les écoulements de surface et à favoriser, lorsque les conditions du site le permettent, leur infiltration et leur redistribution.
Dans l’approche Omakëya™, la baissière n’est pas simplement un fossé.
Elle constitue une infrastructure hydrologique distribuée, susceptible de relier :
versants ;
haies ;
arbres ;
mares ;
zones humides ;
sols vivants ;
vergers ;
cultures ;
fossés ;
bassins.
Son rôle fondamental peut être résumé ainsi : RALENTIR→REˊPARTIR→INFILTRER→STOCKER→REDISTRIBUER
1. Qu’est-ce qu’une baissière ?
Une baissière est une dépression linéaire créée dans le terrain, généralement associée à un bourrelet ou cordon aval, permettant de modifier localement le cheminement de l’eau.
Chaque élément dissipe une partie de l’énergie hydraulique.
25. L’énergie de l’écoulement
L’eau qui descend une pente possède une énergie potentielle : Ep=mgh
Plus la différence d’altitude est importante, plus l’énergie disponible pour l’écoulement est importante.
L’objectif des dispositifs successifs est notamment de dissiper progressivement cette énergie plutôt que de la laisser s’accumuler jusqu’à un point critique.
26. Implantation dans un verger
Une configuration classique peut être :
HAUT DU VERSANT arbres arbres 🌳 🌳──────── BAISSIÈRE ──────── arbres arbres 🌳 🌳──────── BAISSIÈRE ──────── BAS DU VERSANT
Les arbres sont placés en fonction du sol, des objectifs agronomiques et des contraintes hydriques.
La baissière ne doit pas automatiquement être placée au pied immédiat des arbres.
Il faut être particulièrement prudent en présence de :
fortes pentes ;
sols instables ;
nappes très proches ;
sols pollués ;
infrastructures enterrées ;
bâtiments sensibles ;
zones à risque de glissement ;
ouvrages hydrauliques existants.
Dans certaines situations, une étude hydraulique, géotechnique ou réglementaire est indispensable.
51. La philosophie Omakëya™
La baissière représente parfaitement la philosophie du Tome 7 :
ne pas lutter contre l’eau, mais organiser le paysage pour travailler avec elle.
On ne cherche pas simplement à évacuer le ruissellement.
On cherche à transformer : EˊNERGIE DU RUISSELLEMENT
en : EAU STOCKEˊE+EAU INFILTREˊE+BIOMASSE+CARBONE+BIODIVERSITEˊ.
52. La baissière est donc beaucoup plus qu’un fossé.
C’est une ligne hydraulique écologique qui peut connecter :
topographie → eau → sol → racines → végétation → nappe → mare → zone humide → rivière.
Son dimensionnement doit combiner :
topographie ;
hydrologie ;
hydraulique ;
pédologie ;
hydrogéologie ;
végétation ;
sécurité ;
maintenance.
La démarche complète devient : LEVEˊ TOPOGRAPHIQUE→BASSIN VERSANT→PLUIES→RUISSELLEMENT→DIMENSIONNEMENT→IMPLANTATION→REˊALISATION→VEˊGEˊTALISATION→SUIVI
Et surtout, une baissière ne doit jamais être conçue seule : dans une véritable stratégie d’hydrologie régénérative, elle prend place dans un réseau associant sols vivants, haies, mares, zones humides, arbres, fossés, bassins et nappes.
La bonne question n’est donc pas « quelle taille doit avoir ma swale ? », mais « comment dimensionner l’ensemble du réseau pour que l’eau reste le plus longtemps possible dans le paysage, sans créer de risque, tout en alimentant les sols, les plantes, les nappes et les écosystèmes ? »
Tourbières, prairies humides, ripisylves et marais : comprendre, restaurer et piloter les infrastructures naturelles de l’eau
Les zones humides constituent parmi les écosystèmes les plus importants pour le fonctionnement hydrologique et écologique des territoires.
Elles se situent à l’interface entre :
eau superficielle ;
eau souterraine ;
atmosphère ;
sols ;
végétation ;
biodiversité.
Elles peuvent temporairement stocker l’eau, ralentir les écoulements, soutenir les nappes, piéger des sédiments, transformer certains nutriments, stocker du carbone et fournir des habitats.
Dans l’approche Omakëya™, elles doivent être considérées comme de véritables infrastructures écologiques multifonctionnelles.
1. Qu’est-ce qu’une zone humide ?
Une zone humide est un espace où l’eau est présente de manière permanente ou temporaire, suffisamment longtemps pour influencer :
les propriétés du sol ;
la végétation ;
les communautés biologiques ;
les processus biogéochimiques.
L’eau peut provenir :
des précipitations ;
du ruissellement ;
d’une nappe ;
d’une source ;
d’un cours d’eau ;
d’inondations périodiques.
La zone humide peut donc être :
hydrologiquement connectée à l’eau de surface, à l’eau souterraine, ou aux deux.
2. Une interface plutôt qu’un simple « terrain mouillé »
Une zone humide est un système de transition.
TERRE FERME ↓SOL HUMIDE ↓ZONE HUMIDE ↓EAU PEU PROFONDE ↓COURS D'EAU / MARE
Les gradients d’humidité, d’oxygène, de température et de nutriments créent une grande diversité de niches écologiques.
3. Les grands types étudiés dans ce tome
Nous nous intéresserons notamment à :
tourbières ;
prairies humides ;
ripisylves ;
marais ;
roselières ;
zones humides temporaires ;
dépressions humides ;
annexes hydrauliques ;
plaines inondables.
Chaque type possède son propre fonctionnement.
4. Les tourbières
Les tourbières sont des zones humides particulières dans lesquelles l’accumulation de matière organique partiellement décomposée conduit à la formation de tourbe.
Le processus nécessite généralement :
forte humidité ;
engorgement prolongé ;
conditions limitant la décomposition complète de la matière organique.
5. Une tourbière est un réservoir de carbone
La matière végétale produite n’est pas entièrement décomposée.
Les tourbières peuvent donc constituer des réservoirs majeurs de carbone sur de longues périodes.
6. Pourquoi l’assèchement d’une tourbière est problématique
Lorsque la nappe est abaissée :
l’oxygénation du sol augmente ;
la décomposition peut s’accélérer ;
du carbone stocké peut être minéralisé ;
les émissions de CO₂ peuvent augmenter.
Dans certaines conditions, l’assèchement peut également accroître le risque d’incendie.
La restauration hydrologique des tourbières est donc aussi une question climatique.
7. Les tourbières et le méthane
Une tourbière humide peut produire du méthane dans certaines zones anoxiques.
Cela rappelle une règle fondamentale :
un écosystème ne doit pas être évalué uniquement avec un indicateur.
Il faut considérer simultanément :
CO₂ ;
CH₄ ;
carbone stocké ;
durée de stockage ;
fonctionnement hydrologique ;
biodiversité.
8. Les prairies humides
Les prairies humides sont des espaces herbacés soumis à une humidité importante, temporaire ou permanente.
Elles peuvent être associées à :
vallées ;
fonds de vallons ;
plaines alluviales ;
sources ;
nappes proches de la surface.
Elles présentent souvent une biodiversité importante.
9. Une prairie humide est un système dynamique
Son fonctionnement dépend de :
fréquence des inondations ;
durée d’engorgement ;
hauteur de nappe ;
régime des fauches ;
pâturage ;
fertilisation ;
climat.
Une modification de l’hydrologie peut donc entraîner une modification profonde de la végétation.
10. Les ripisylves
La ripisylve correspond à la végétation associée aux berges et aux plaines alluviales des cours d’eau.
Elle comprend selon les régions :
arbres ;
arbustes ;
herbacées ;
lianes.
Elle constitue une interface majeure entre :
terre ↔ rivière.
11. Les fonctions hydrauliques de la ripisylve
Une ripisylve peut contribuer à :
stabiliser les berges ;
ralentir certains écoulements ;
favoriser la rugosité hydraulique ;
piéger des sédiments ;
réduire certains transferts de nutriments ;
fournir de l’ombre au cours d’eau.
Elle ne doit cependant pas être considérée comme un dispositif capable de résoudre seule tous les problèmes d’inondation.
12. Ombre et température des cours d’eau
La végétation rivulaire peut réduire le rayonnement solaire direct atteignant l’eau.
Elle contribue ainsi, selon les conditions locales, à limiter certains échauffements du cours d’eau.
La température de l’eau est importante pour :
poissons ;
invertébrés ;
microorganismes ;
oxygène dissous.
13. Les racines et les berges
Les systèmes racinaires peuvent :
augmenter la cohésion du sol ;
stabiliser les berges ;
créer des habitats ;
favoriser certains échanges sol–eau.
Mais la végétation doit être adaptée :
au régime hydrologique ;
aux contraintes mécaniques ;
aux espèces locales ;
aux objectifs du cours d’eau.
14. Les marais
Un marais est une zone humide où l’eau est présente de manière permanente ou temporaire et où se développe une végétation adaptée aux conditions hydromorphes.
Il peut être :
d’eau douce ;
saumâtre ;
côtier ;
continental.
15. Les marais comme filtres biologiques
Les zones humides peuvent participer à la transformation et à la rétention de certains éléments :
azote ;
phosphore ;
matières organiques ;
sédiments.
Les mécanismes comprennent :
absorption végétale ;
adsorption ;
sédimentation ;
transformations microbiennes.
Il ne faut cependant jamais considérer une zone humide comme une station d’épuration universelle.
16. Le cycle de l’azote
Les conditions alternativement oxygénées et anoxiques peuvent favoriser différentes transformations de l’azote.
On peut notamment rencontrer : NH4+→NO2−→NO3−
puis, dans des conditions appropriées : NO3−→N2
par dénitrification.
Ces processus sont contrôlés par :
oxygène ;
carbone disponible ;
température ;
pH ;
humidité ;
communautés microbiennes.
17. Le cycle du phosphore
Le phosphore peut être :
adsorbé sur les particules ;
stocké dans la biomasse ;
précipité sous certaines conditions ;
remis en circulation.
Le comportement du phosphore dépend fortement de :
pH ;
minéralogie ;
conditions redox ;
matière organique.
18. Les zones humides comme pièges à sédiments
Lorsqu’un écoulement rapide pénètre dans une zone humide, sa vitesse peut diminuer.
Les particules peuvent alors se déposer.
ÉCOULEMENT RAPIDE ↓ zone humide ↓vitesse ↓ ↓sédimentation ↓eau plus claire
Cette fonction est particulièrement intéressante en aval de zones agricoles soumises à l’érosion.
19. Mais attention à la saturation
Une zone humide qui accumule des sédiments ou des nutriments n’a pas une capacité infinie.
Il faut donc considérer :
le stock accumulé dans le temps.
Un dispositif peut être efficace pendant plusieurs décennies, puis perdre une partie de sa fonction si son fonctionnement n’est pas maintenu.
20. Le rôle hydrologique : ralentir
Une zone humide peut augmenter le temps de séjour de l’eau.
Au lieu de : P→RIVIEˋRE
on obtient : P→ZONEHUMIDE→STOCKAGE→RESTITUTION
Le débit de pointe peut ainsi être atténué dans certaines configurations.
Concevoir, dimensionner, implanter et gérer une mare comme infrastructure écologique, hydrologique et climatique
Dans la méthode Omakëya™, une mare n’est jamais considérée comme un simple bassin rempli d’eau.
Elle constitue un écosystème, un réservoir hydrologique, un habitat biologique, un élément paysager et potentiellement un outil de régulation microclimatique.
Une mare correctement conçue peut participer à :
ralentir les eaux de pluie ;
stocker temporairement ou durablement de l’eau ;
favoriser l’infiltration lorsque les conditions géologiques le permettent ;
soutenir la biodiversité ;
créer des habitats pour les amphibiens et les invertébrés ;
alimenter certaines végétations ;
créer une zone tampon pendant les périodes sèches ;
modifier localement température et humidité ;
constituer un élément du réseau hydraulique du site.
Mais une mare mal implantée peut au contraire devenir :
un ouvrage instable ;
une source de moustiques dans certaines configurations ;
un piège pour la faune ;
un point de contamination ;
un risque de débordement ;
un ouvrage nécessitant beaucoup d’entretien.
La mare doit donc être pensée comme un système hydraulique vivant.
1. Qu’est-ce qu’une mare ?
Une mare est une petite étendue d’eau généralement peu profonde, permanente ou temporaire, naturelle ou artificielle.
Elle se distingue d’un simple bassin technique par la diversité des processus qui peuvent s’y développer :
végétation aquatique ;
microorganismes ;
invertébrés ;
amphibiens ;
oiseaux ;
mammifères ;
champignons ;
interactions avec le sol et la nappe.
La profondeur, la durée d’inondation, la température et le régime hydrologique déterminent largement son fonctionnement écologique.
2. La mare comme nœud du réseau Omakëya™
Une mare peut être positionnée entre plusieurs composantes :
Elle devient ainsi un nœud hydraulique et écologique.
3. Les différents types de mares
Il faut distinguer plusieurs catégories.
Mare temporaire
Elle s’assèche périodiquement.
Elle peut présenter une biodiversité particulièrement spécifique.
Mare permanente
Elle conserve de l’eau toute l’année dans les conditions hydrologiques normales.
Mare alimentée par les précipitations
Elle dépend principalement du bilan pluie–évaporation–infiltration.
Mare alimentée par ruissellement
Elle reçoit des eaux provenant du bassin versant.
Mare alimentée par une source
Elle bénéficie d’un apport souterrain.
Mare connectée à une nappe
Son niveau peut être directement influencé par les fluctuations de la nappe.
Mare artificielle étanchée
Elle utilise une couche ou une membrane limitant les pertes par infiltration.
Ces systèmes ont des fonctionnements très différents.
4. Première règle : observer avant de creuser
Avant toute conception :
observer les écoulements ;
relever les altitudes ;
analyser le sol ;
rechercher la nappe ;
observer les mares existantes ;
étudier les zones humides ;
analyser les pluies ;
identifier les risques.
La question n’est pas :
« Où peut-on mettre une mare ? »
mais :
« Où l’eau cherche-t-elle naturellement à aller ? »
5. Choisir l’implantation
L’implantation doit tenir compte de :
topographie ;
bassin versant ;
nature du sol ;
profondeur de nappe ;
niveau des eaux ;
accès ;
végétation ;
voisinage des bâtiments ;
sécurité ;
risques de débordement.
Une dépression naturelle peut être particulièrement intéressante, mais elle doit être étudiée avant modification.
6. Le bassin versant de la mare
Une mare ne doit pas être étudiée isolément.
Il faut déterminer sa surface contributive :Ab
c’est-à-dire la surface qui peut contribuer à son alimentation.
Elle peut comprendre :
toiture ;
terrasse ;
chemin ;
prairie ;
jardin ;
parcelle agricole ;
pente naturelle.
7. Calcul simplifié du volume entrant
Pour une pluie P, une surface contributive Ab et un coefficient de ruissellement C :Vr=CPAb
Exemple :Ab=2000 m2P=30 mm=0,03 mC=0,4
alors :Vr=0,4×0,03×2000Vr=24 m3
Ce volume constitue une estimation du ruissellement disponible pour l’événement considéré, avant autres pertes et éventuels stockages intermédiaires.
8. Le bilan hydrique de la mare
Le niveau de la mare dépend de plusieurs flux.
On peut écrire :ΔV=P+R+S+N−I−E−Q
avec :
P = précipitations directes ;
R = ruissellement ;
S = apports de surface divers ;
N = apports souterrains ;
I = infiltration ;
E = évaporation ;
Q = sortie ou débordement.
Cette équation constitue le cœur du dimensionnement hydrologique.
9. La surface de la mare
Le volume ne dépend pas uniquement de la profondeur.
Il dépend de la géométrie complète :V=∫Ah(x,y)dA
En pratique, on peut utiliser des sections successives ou un modèle numérique du terrain.
Pour une première approximation :V≈Amoy×hmoy
mais cette approximation devient moins fiable lorsque les berges sont irrégulières.
10. Ne pas chercher une mare « profonde partout »
Une mare écologique efficace présente généralement une diversité de profondeurs.
On peut créer :
zones très peu profondes ;
hauts-fonds ;
pentes douces ;
zones intermédiaires ;
fosse plus profonde.
Cette diversité crée une mosaïque d’habitats.
11. Le profil en pente douce
Une berge verticale est souvent écologiquement pauvre et peut être dangereuse.
Une berge en pente douce permet :
végétation graduelle ;
accès à la faune ;
zones de reproduction ;
variations thermiques ;
développement de plusieurs ceintures végétales.
Schéma :
TERRE───────────────╲ ╲ ╲ ╲____ ╲____ MARE
12. Les différentes zones d’une mare
On peut distinguer :
Zone terrestre
Végétation périphérique.
Zone humide
Sol périodiquement saturé.
Zone de berge
Zone soumise aux fluctuations du niveau.
Zone littorale
Faible profondeur et forte activité biologique.
Zone ouverte
Eau libre.
Zone profonde
Température et lumière différentes.
Cette zonation est essentielle à la biodiversité.
13. Le littoral est souvent plus important que la profondeur
Une mare de faible profondeur avec un littoral diversifié peut offrir davantage d’habitats qu’un bassin profond aux berges artificiellement verticales.
Il faut donc optimiser :
la diversité des interfaces eau–terre.
14. Le rôle des plantes aquatiques
Les plantes peuvent :
produire de la biomasse ;
fournir des habitats ;
oxygéner certaines zones ;
absorber des nutriments ;
stabiliser certaines berges ;
fournir des ressources alimentaires.
Mais une couverture végétale excessive peut également :
réduire l’oxygène nocturne dans certains contextes ;
accélérer l’envasement ;
déséquilibrer le système.
Il faut donc rechercher un équilibre écologique.
15. Ne pas introduire systématiquement des espèces
Une erreur fréquente consiste à vouloir « peupler » artificiellement une mare.
Il vaut souvent mieux :
créer les conditions d’accueil plutôt que transporter artificiellement le vivant.
La colonisation naturelle peut apporter une communauté adaptée au contexte local.
Les introductions doivent être particulièrement prudentes pour éviter :
À proximité d’un espace de vie, une mare peut participer à un système combinant :
ombre ;
végétation ;
évaporation ;
circulation d’air ;
stockage thermique.
Mais il faut éviter de présenter une petite mare comme un « climatiseur naturel » au sens strict.
Son rôle doit être évalué quantitativement.
28. Étanchéité naturelle
Certains sols sont naturellement peu perméables.
Les matériaux argileux peuvent permettre la création d’une couche relativement étanche lorsque les conditions géotechniques et hydrologiques sont adaptées.
Il faut cependant distinguer :
argile réellement étanche ;
sol argileux fissuré ;
limon ;
sol remanié.
Un diagnostic est indispensable.
29. Étanchéité artificielle
Lorsque l’étanchéité naturelle n’est pas suffisante, plusieurs solutions peuvent être envisagées :
argile compactée ;
matériaux géosynthétiques ;
membranes adaptées.
Le choix dépend :
du sol ;
du volume ;
de la pente ;
de la durabilité recherchée ;
des contraintes environnementales.
30. La sécurité
Une mare doit être conçue avec une attention particulière aux risques :
chute ;
noyade ;
glissement ;
rupture de berge ;
débordement ;
érosion.
Les exigences réglementaires et de sécurité peuvent dépendre du contexte et de la nature de l’ouvrage.
31. Le trop-plein
Une mare doit toujours avoir un chemin de débordement maîtrisé.
45. La mare comme infrastructure multifonctionnelle
La véritable puissance d’une mare Omakëya™ réside dans la superposition des fonctions.
Elle peut simultanément être :
un réservoir hydraulique
un habitat écologique
un élément du réseau trophique
un tampon climatique local
un observatoire scientifique
un élément paysager
un maillon du cycle de l’eau.
46. La mare constitue l’un des éléments les plus intéressants de l’hydrologie régénérative parce qu’elle se situe exactement à l’interface entre :EAU↔SOL↔VEˊGEˊTATION↔BIODIVERSITEˊ↔ATMOSPHEˋRE
Mais une mare réellement résiliente ne se résume pas à creuser un trou et à attendre qu’il se remplisse.
La démarche complète est :OBSERVATION→DIAGNOSTIC→IMPLANTATION→DIMENSIONNEMENT→CONSTRUCTION→COLONISATION→SUIVI→ADAPTATION
Dans la Vision Omakëya™, la mare n’est donc pas un objet posé dans le jardin : elle est un nœud vivant du réseau hydrologique du paysage.
Le chapitre suivant peut naturellement approfondir les noues, fossés végétalisés, swales, banquettes et terrasses hydrologiques, c’est-à-dire tous les dispositifs permettant de conduire l’eau vers les mares et les zones d’infiltration tout en ralentissant son écoulement.
L’hydraulique classique cherche souvent à collecter, canaliser, transporter et évacuer l’eau avec efficacité.
L’hydraulique naturelle poursuit un objectif différent.
Elle cherche à conserver l’eau le plus longtemps possible dans le système écologique, tout en respectant les contraintes hydrologiques, géologiques, sanitaires et de sécurité.
Son principe fondamental peut être résumé en cinq verbes : RALENTIR→INFILTRER→STOCKER→REDISTRIBUER→RESTITUER
Cette succession constitue l’une des bases opérationnelles de l’hydrologie régénérative Omakëya™.
1. Changer de paradigme
Dans une approche conventionnelle, on peut représenter le système ainsi :
43. De l’ouvrage hydraulique au paysage hydraulique
C’est probablement l’un des changements conceptuels les plus importants de l’hydrologie régénérative.
Au lieu de demander :
« Où construire un bassin ? »
on demande :
« Comment organiser l’ensemble du paysage pour que l’eau circule correctement ? »
Le projet ne porte donc plus uniquement sur un ouvrage.
Il porte sur :
la géométrie du terrain + les sols + la végétation + les zones de stockage + les flux souterrains + les exutoires.
44. Vers l’ingénierie des écosystèmes
L’hydraulique naturelle devient alors une véritable discipline d’ingénierie.
Elle doit intégrer :
hydrologie ;
hydraulique ;
pédologie ;
hydrogéologie ;
écologie ;
botanique ;
climatologie ;
génie civil ;
agronomie ;
gestion des risques.
Et surtout, elle doit considérer le temps.
Un ouvrage peut être dimensionné pour aujourd’hui, mais son fonctionnement doit être étudié pour :
2030 ;
2050 ;
45. L’hydraulique naturelle Omakëya™ ne consiste pas à opposer technologie et nature.
Elle consiste à utiliser les lois physiques de l’eau, la topographie, les propriétés du sol et les processus biologiques pour concevoir des systèmes hydrauliques plus distribués, multifonctionnels et résilients.
Le principe directeur reste : RALENTIR→INFILTRER→STOCKER→REDISTRIBUER→RESTITUER
L’eau cesse alors d’être considérée comme un flux qu’il faut simplement évacuer.
Elle devient une ressource dynamique à accompagner à travers le paysage.
Le véritable ouvrage hydraulique Omakëya™ n’est pas nécessairement un bassin, une noue ou un fossé : c’est l’ensemble du paysage organisé pour que chaque goutte d’eau puisse accomplir le maximum de fonctions avant de quitter le système.
Du petit cycle de l’eau au grand cycle : restaurer l’évapotranspiration, la condensation et le recyclage continental
Restaurer l’eau dans un écosystème ne consiste pas uniquement à installer une mare, une citerne ou un bassin d’infiltration.
L’eau fonctionne selon un ensemble de cycles imbriqués.
Une goutte d’eau peut successivement :
tomber sous forme de pluie ;
être interceptée par une feuille ;
pénétrer dans le sol ;
être stockée dans un agrégat ;
rejoindre une nappe ;
être absorbée par une racine ;
être transpirée par une plante ;
rejoindre l’atmosphère ;
se condenser ;
puis retomber sous forme de pluie.
À l’échelle d’un jardin, d’une forêt ou d’un territoire, il devient donc possible d’agir sur certaines parties de ce cycle.
L’objectif de l’hydrologie régénérative n’est pas de fabriquer de l’eau, mais de restaurer les mécanismes qui permettent à l’eau de circuler, de séjourner et de se recycler dans le paysage.
1. Les deux grands cycles de l’eau
On distingue généralement deux niveaux complémentaires.
La végétation devient ainsi une composante active du transport d’eau.
15. Le concept de « pompe biotique »
La notion de pompe biotique est utilisée dans certaines approches scientifiques pour décrire le rôle potentiel des forêts et de l’évapotranspiration dans les circulations atmosphériques et le transport d’humidité.
Elle doit cependant être utilisée avec prudence.
Le fonctionnement atmosphérique réel dépend d’une multitude de mécanismes :
gradients de pression ;
circulation générale ;
convection ;
topographie ;
température ;
humidité ;
évapotranspiration.
Il ne faut donc pas réduire le climat régional à un seul mécanisme.
16. La forêt comme infrastructure hydrologique
Une forêt peut agir simultanément sur :
Interception
Les feuilles retiennent temporairement une partie des précipitations.
Sol
Les racines et la matière organique modifient la structure.
Infiltration
La macroporosité peut favoriser certains flux.
Stockage
Le sol et la biomasse stockent de l’eau.
Évapotranspiration
Les arbres transfèrent de l’eau vers l’atmosphère.
Microclimat
La forêt modifie :
température ;
humidité ;
vent ;
rayonnement.
17. Le rôle des mares et zones humides
Les mares, étangs et zones humides jouent également un rôle important.
Ils permettent :
stockage temporaire ;
évaporation ;
alimentation des sols ;
soutien à la biodiversité ;
ralentissement des écoulements.
Ils créent des surfaces d’échange supplémentaires entre :
eau ↔ sol ↔ atmosphère.
18. Restaurer le cycle de l’eau commence par le sol
Une stratégie Omakëya™ doit commencer par la question :
Que devient une goutte de pluie lorsqu’elle atteint le sol ?
Un sol dégradé peut favoriser : pluie→ruissellement→eˊrosion→perte d’eau
Un sol bien structuré peut favoriser : pluie→infiltration→stockage→racines→eˊvapotranspiration.
19. La couverture végétale
Une couverture végétale permanente peut modifier fortement le comportement hydrologique de la surface.
Elle peut :
protéger le sol contre l’impact des gouttes ;
ralentir le ruissellement ;
favoriser l’infiltration ;
réduire l’évaporation directe ;
alimenter la matière organique ;
maintenir une activité biologique.
Mais là encore, les effets dépendent du climat, de la structure du sol et du type de végétation.
20. Le paillage
Le paillage agit principalement à l’interface :
atmosphère ↔ sol.
Il peut réduire :
rayonnement direct ;
température du sol ;
vitesse du vent au niveau du sol ;
évaporation.
Il peut également contribuer progressivement à la matière organique lorsqu’il se décompose.
21. Le rôle des arbres
Un arbre constitue une véritable infrastructure verticale :
ATMOSPHÈRE ↑ TRANSPIRATION ↑ FEUILLAGE ↑ TRONC ↑ RACINES ↙ ↓ ↘ SOL SOL SOL
Il connecte plusieurs profondeurs du sol avec l’atmosphère.
22. Le rôle des racines profondes
Les racines peuvent exploiter des réserves situées à plusieurs profondeurs.
Cela peut permettre à certains végétaux de maintenir leur transpiration plus longtemps pendant les périodes sèches.
Mais cette consommation d’eau doit être intégrée au bilan.
Une végétation plus abondante n’entraîne donc pas automatiquement une augmentation du débit disponible en aval.
23. Restaurer ≠ maximiser l’évapotranspiration
C’est une distinction essentielle.
L’objectif n’est pas : ET→maximum
mais plutôt : ET optimale+stockage+infiltration+restitution
Une végétation très consommatrice d’eau peut être intéressante dans certains contextes et défavorable dans d’autres.
24. Le bilan hydrique du paysage
Une formulation simplifiée est : ΔS=P−ET−R−D
avec :
P = précipitations ;
ET = évapotranspiration ;
R = ruissellement ;
D = drainage profond ;
ΔS = variation du stockage.
Ce bilan peut être établi :
pour un jardin ;
une parcelle ;
un bassin versant ;
une forêt ;
un territoire.
25. Le paysage comme réservoir distribué
Dans la Vision Omakëya™, il est préférable de ne pas considérer l’eau comme stockée dans un seul ouvrage.
Le stockage peut être réparti entre :
sol ;
mares ;
bassins ;
nappes ;
bois ;
végétation ;
zones humides ;
neige ;
retenues.
On obtient un :
réservoir hydrologique distribué.
26. Ralentir plutôt que simplement retenir
Une mauvaise gestion cherche parfois à :
retenir toute l’eau.
Une stratégie plus robuste cherche à :
ralentir l’eau suffisamment pour qu’elle puisse accomplir son cycle.
37. Restaurer le cycle de l’eau signifie restaurer les connexions.
La pluie ne doit plus être considérée comme un événement à évacuer rapidement, mais comme une ressource qui peut : ralentir→infiltrer→stocker→vivre→eˊvapotranspirer→recycler
Le sol vivant devient alors le premier réservoir.
La végétation devient une interface entre le sol et l’atmosphère.
Les mares et zones humides deviennent des réservoirs intermédiaires.
Les nappes deviennent des stocks à long terme.
Les rivières deviennent des voies de restitution.
Et l’atmosphère devient le grand système de transport de l’humidité.
L’hydrologie régénérative Omakëya™ consiste ainsi moins à « gérer l’eau » qu’à restaurer les chemins qu’elle emprunte naturellement à travers le paysage.
Cette approche prépare directement la suite du Tome 7 : le cycle du carbone, car eau et carbone sont intimement couplés par la photosynthèse, la production végétale, la matière organique, la respiration des sols et l’activité microbienne.
ÉVACUATION RAPIDE ↓ perte du stockHYDROLOGIE RÉGÉNÉRATIVE ↓ ralentissement ↓ infiltration ↓ stockage ↓ flux souterrain ↓ restitution lente
Il ne s’agit cependant pas de retenir toute l’eau partout : le fonctionnement naturel du bassin doit être respecté.
42. Les flux souterrains constituent le réseau invisible qui relie les sols, les nappes, les sources, les rivières et les écosystèmes.
Ils permettent de comprendre pourquoi :
une source peut continuer à couler longtemps après une pluie ;
une rivière peut rester alimentée pendant une sécheresse ;
une nappe peut mettre des années à se reconstituer ;
une pollution peut persister longtemps ;
une zone humide peut dépendre d’un écoulement souterrain invisible.
La notion essentielle à retenir est celle d’inertie hydrologique.
Plus le système souterrain est lent, plus il peut amortir les variations du climat — mais plus sa restauration et son renouvellement peuvent également prendre du temps.
Dans la Vision Omakëya™, le sous-sol devient ainsi une infrastructure naturelle à part entière : Sol→Zone non satureˊe→Aquifeˋre→Source→Rivieˋre
et cette infrastructure doit être diagnostiquée, mesurée, modélisée et protégée au même titre qu’un réseau hydraulique construit par l’homme.
Comprendre, mesurer et restaurer le transfert de l’eau depuis les précipitations jusqu’aux aquifères
La recharge des nappes constitue l’une des grandes fonctions hydrologiques d’un territoire.
Une pluie qui s’infiltre dans le sol ne rejoint pas nécessairement une nappe. Elle peut être :
interceptée par la végétation ;
stockée dans le sol ;
consommée par l’évapotranspiration ;
transférée latéralement ;
drainée vers un cours d’eau ;
retenue temporairement dans une nappe perchée ;
ou finalement atteindre la zone saturée d’un aquifère.
Comprendre cette succession de transferts permet de passer de la simple gestion de la pluie à une véritable hydrologie intégrée du territoire.
La recharge d’une nappe est le résultat d’un parcours de l’eau à travers l’ensemble du système sol–végétation–géologie–climat.
1. Qu’est-ce qu’une nappe souterraine ?
Une nappe souterraine est une zone du sous-sol où les pores ou fissures sont suffisamment remplis d’eau pour constituer un système aquifère exploitable ou hydrologiquement significatif.
Il faut distinguer :
Aquifère
Formation géologique capable :
de stocker de l’eau ;
et surtout de la transmettre.
Nappe
Eau souterraine occupant une partie de cet aquifère.
Aquitard
Formation qui transmet l’eau très lentement.
Aquiclude
Formation très peu perméable pouvant pratiquement empêcher les transferts à l’échelle considérée.
2. Un aquifère n’est pas nécessairement une grande « cavité »
Une représentation populaire imagine parfois une nappe comme un immense lac souterrain.
Dans la majorité des aquifères poreux, ce n’est pas le cas.
L’eau occupe :
les pores entre les grains ;
les fissures ;
les fractures ;
les conduits karstiques.
On peut schématiser :
SOL────────────────────── ↓ pluie ↓ infiltration────────────────────── ZONE NON SATURÉE pores partiellement remplis d'eau────────────────────── NIVEAU DE NAPPE══════════════════════ ZONE SATURÉE══════════════════════ AQUIFÈRE══════════════════════
3. Le cycle de recharge
Le parcours simplifié est :
PRÉCIPITATIONS ↓ INTERCEPTION ↓ SOL ↓ INFILTRATION ↓ ZONE NON SATURÉE ↓ PERCOLATION ↓ ZONE SATURÉE ↓ NAPPE ↓ ÉCOULEMENT SOUTERRAIN ↙ ↘ SOURCE RIVIÈRE
Mais une partie importante de l’eau peut être consommée avant d’atteindre la nappe.
4. Le bilan simplifié de recharge
On peut écrire : P=I+R+ET+ΔS+D
avec :
P : précipitations ;
I : interception ;
R : ruissellement ;
ET : évapotranspiration ;
ΔS : variation du stockage dans le sol ;
D : drainage profond.
Dans une première approximation, la recharge profonde est associée à la fraction de D qui atteint effectivement la zone saturée.
5. La recharge n’est donc pas égale à l’infiltration
C’est une distinction fondamentale.
On peut avoir : infiltration eˊleveˊe
sans avoir : recharge eˊleveˊe.
Pourquoi ?
Parce que l’eau infiltrée peut être :
stockée dans le sol ;
absorbée par les racines ;
évaporée ;
transmise latéralement ;
retenue au-dessus d’une couche peu perméable.
Ainsi :
infiltrer n’est que la première condition de la recharge.
6. La zone non saturée
Entre la surface et la nappe se trouve généralement une zone où les pores contiennent simultanément :
de l’air ;
de l’eau.
Cette zone est essentielle.
Elle constitue une véritable zone de transfert hydrologique.
L’eau y subit :
infiltration ;
percolation ;
adsorption ;
réactions chimiques ;
absorption biologique ;
filtration ;
transformation des contaminants.
7. Le front de recharge
Lors d’un épisode pluvieux important, l’eau peut progresser vers le bas sous la forme d’un front d’humectation.
Avant pluie──────────────── surface████████████████████ sol humide ███-------------------- sol sec ↓ ↓ nappeAprès pluie──────────────── surface████████████████████████████████████████████████ ← front humide ↓ ↓ ↓════════════════════ NAPPE
La vitesse réelle dépend fortement des propriétés du sol et du sous-sol.
8. Les temps de transfert
L’une des caractéristiques les plus importantes d’un aquifère est son temps de transfert.
Une eau tombée aujourd’hui peut rejoindre :
une nappe superficielle en quelques jours ;
une nappe plus profonde en plusieurs mois ;
certains aquifères en plusieurs années ;
certains systèmes en plusieurs décennies ;
parfois davantage.
Il n’existe donc pas une seule « vitesse de l’eau souterraine ».
9. Temps de transfert ≠ vitesse d’écoulement
Il faut distinguer :
Vitesse de l’eau
Vitesse réelle de déplacement dans les pores.
Temps de transfert
Durée nécessaire à une molécule ou un volume d’eau pour parcourir un trajet donné.
Temps de résidence
Durée moyenne pendant laquelle l’eau reste dans le système avant d’en sortir.
Ces notions sont fondamentales en hydrogéologie.
10. Un exemple conceptuel
Imaginons :
profondeur de nappe : 20 m ;
vitesse effective moyenne : 0,1 m/j.
Une approximation simplifiée donnerait : t=0,120 t=200 jours
Mais ce calcul ne constitue pas une estimation hydrogéologique fiable à lui seul.
Pourquoi ?
Parce que le trajet réel peut être :
tortueux ;
hétérogène ;
préférentiel ;
ralenti par des horizons peu perméables.
11. La recharge rapide
Certaines situations favorisent des transferts rapides :
fissures ;
fractures ;
galeries ;
conduits karstiques ;
macropores ;
zones très perméables.
Dans un système karstique, par exemple, l’eau peut atteindre rapidement la zone saturée.
Cela augmente également la vulnérabilité aux pollutions.
12. La recharge lente
Dans un milieu relativement homogène et peu perméable, l’eau peut progresser beaucoup plus lentement.
On peut avoir :
pluie ↓sol ↓horizon B ↓horizon C ↓aquifère
avec des temps de transfert importants.
Cette lenteur peut contribuer à une certaine protection vis-à-vis des variations climatiques de court terme.
Mais elle signifie aussi que :
les effets d’une sécheresse ou d’une surexploitation peuvent apparaître avec retard.
13. Les aquifères libres
Dans un aquifère libre, la surface supérieure de la zone saturée constitue la nappe phréatique.
Elle est directement influencée par :
infiltration ;
précipitations ;
sécheresse ;
pompages ;
évapotranspiration ;
échanges avec les cours d’eau.
Le niveau de la nappe peut donc fluctuer relativement rapidement.
14. Les aquifères captifs
Un aquifère captif est confiné sous une formation relativement peu perméable.
La recharge peut alors se produire :
dans une zone d’affleurement ;
latéralement ;
à travers une zone de confinement ;
à partir d’un autre compartiment hydrogéologique.
Le temps de renouvellement peut être beaucoup plus long.
15. Les nappes perchées
Une nappe perchée peut se développer au-dessus d’un horizon peu perméable situé dans la zone non saturée.
l’eau souterraine n’est pas séparée du jardin, du champ ou de la forêt.
Elle est l’aboutissement d’une chaîne de processus : Atmospheˋre→Veˊgeˊtation→Sol→Sous-sol→Aquifeˋre
et inversement : Aquifeˋre→Sources→Rivieˋres→Sols→Veˊgeˊtation→Atmospheˋre
Le cycle de l’eau est donc véritablement souterrain et aérien à la fois.
42. Une politique de recharge efficace ne consiste pas simplement à « faire infiltrer davantage ».
Elle doit chercher à :
ralentir l’eau → favoriser l’infiltration → stocker dans le sol → permettre la percolation → protéger la qualité → recharger les aquifères → maintenir les sources et les cours d’eau.
Et surtout :
une nappe est un patrimoine hydrologique dont le temps de renouvellement peut être beaucoup plus long que celui d’un jardin, d’une culture ou même d’une génération humaine.
C’est pourquoi la conception Omakëya™ doit intégrer simultanément hydrologie de surface, pédologie, végétation, hydrogéologie et qualité des eaux.
Réserve utile, humus, argiles, matière organique, biopores et agrégats : comment un sol vivant devient un réservoir hydrologique
L’infiltration n’est que la première étape.
Faire pénétrer l’eau dans le sol ne garantit pas qu’elle y restera suffisamment longtemps pour être utile aux plantes. Une partie peut rapidement rejoindre les horizons profonds, une autre rester fortement retenue par les particules, tandis qu’une fraction intermédiaire constitue une véritable réserve hydrique exploitable par les racines.
La question fondamentale devient donc :
Comment transformer le sol en un réservoir capable de recevoir l’eau, de la conserver, de la redistribuer et de la rendre progressivement disponible au vivant ?
C’est ici que se rejoignent la pédologie, la physique des sols, la biologie, l’hydrologie et l’agroclimatologie.
1. Le sol comme réservoir vivant
Un sol peut être représenté comme un réservoir complexe :
C’est une architecture dynamique dont les pores sont continuellement créés, détruits, agrandis, colmatés et reconnectés par les processus physiques et biologiques.
2. Les différents compartiments de stockage
L’eau peut être stockée dans plusieurs structures :
pores entre les grains ;
pores à l’intérieur des agrégats ;
micropores associés aux argiles ;
espaces associés à la matière organique ;
galeries de lombrics ;
anciens canaux racinaires ;
réseaux de fissures ;
interfaces entre particules minérales et matière organique.
Cette diversité est essentielle.
La capacité de stockage ne dépend donc pas uniquement de la quantité de matière présente, mais de l’architecture tridimensionnelle du sol.
3. La réserve utile
La réserve utile (RU) correspond à une estimation de l’eau située entre :
la capacité au champ ;
le point de flétrissement permanent.
On peut l’exprimer en hauteur d’eau : RU=(θCC−θPFP)Z
où :
θCC = teneur en eau à la capacité au champ ;
θPFP = teneur en eau au point de flétrissement permanent ;
Z = profondeur considérée.
4. Exemple
Supposons un horizon de : Z=0,50 m
avec : θCC=0,32
et : θPFP=0,16
Alors : RU=(0,32−0,16)×0,50 RU=0,08 m
soit : 80 mm
Comme : 1 mm=1 L/m2
cela correspond à : 80 L/m2
sur cet horizon.
5. La réserve utile n’est pas le stockage total
C’est une distinction fondamentale.
Un sol peut contenir : 150 L/m2
d’eau totale, mais seule une partie peut être facilement mobilisée par les plantes.
Cette boucle est particulièrement importante dans les systèmes pérennes.
17. Les racines profondes
Les arbres et certaines plantes vivaces peuvent créer des biopores traversant plusieurs horizons.
Cela peut permettre à l’eau de :
contourner certaines zones compactées ;
pénétrer plus profondément ;
rejoindre des horizons plus humides.
Mais l’effet dépend de la continuité et de la connectivité des pores.
18. Les lombrics
Les lombrics créent également des biopores.
Selon leur écologie, leurs galeries peuvent être :
superficielles ;
horizontales ;
profondes ;
relativement permanentes.
Ces structures peuvent favoriser :
infiltration ;
aération ;
transfert de matière organique ;
enracinement.
19. Les champignons
Les réseaux mycéliens constituent une autre architecture biologique.
Les hyphes peuvent :
relier les particules ;
contribuer à la formation d’agrégats ;
modifier les flux microscopiques ;
créer des interfaces entre racines et sol.
Les mycorhizes ajoutent une dimension supplémentaire :
la plante et le champignon forment alors une interface hydraulique et minérale intégrée.
20. Le stockage de l’eau est donc tridimensionnel
Un modèle simpliste considère :
« le sol contient X litres d’eau par m² ».
Le modèle Omakëya™ doit aller plus loin.
Il faut considérer :
profondeur ;
distribution verticale ;
distribution horizontale ;
taille des pores ;
connectivité ;
zones racinaires ;
horizons pédologiques.
On peut représenter :
Surface────────────────────────── ↓ ↓ racine racine ↓ ↓─────── A ──────────────── • • • • • • •─────── B ──────────────── ↓ ↓ biopores ↓ ↓─────── C ──────────────── ↓ drainage
21. L’eau stockée n’est jamais immobile
Même lorsque l’eau est considérée comme « stockée », elle peut :
descendre ;
remonter par capillarité ;
se déplacer latéralement ;
être absorbée par une racine ;
être transférée entre pores ;
s’évaporer ;
être consommée par les microorganismes.
Le sol est donc un réservoir dynamique.
22. Le stockage et la texture
On peut établir une comparaison qualitative :
Sol
Stockage potentiel
Disponibilité
Drainage
Sable grossier
Faible
Faible à moyenne
Très rapide
Sable limoneux
Moyen
Moyenne
Rapide
Limon
Élevé
Souvent bonne
Moyenne
Limon argileux
Élevé
Variable
Moyenne à lente
Argile
Très élevé
Variable à faible
Lent
Sol structuré riche en MO
Élevé
Potentiellement élevée
Variable
Les valeurs réelles doivent être déterminées par mesure ou par données pédologiques adaptées.
23. Le paradoxe du sol argileux
Un sol argileux peut être :
trop humide en hiver et trop sec en été.
Cela semble contradictoire.
Mais il suffit de considérer la dynamique des pores :
hiver
→ saturation
→ faible aération
→ drainage lent.
Puis :
été
→ forte évapotranspiration
→ retrait éventuel
→ eau fortement retenue
→ extraction difficile.
24. Le paradoxe du sol sableux
Le phénomène inverse peut apparaître :
pluie
→ infiltration rapide
→ drainage rapide
→ faible stockage.
Puis :
sécheresse
→ faible réserve
→ dessiccation rapide.
Un sol sableux peut donc nécessiter une gestion particulièrement efficace de :
couverture ;
matière organique ;
irrigation ;
choix variétal ;
enracinement.
25. L’objectif : créer une architecture hydrique équilibrée
La conception Omakëya™ vise donc à favoriser simultanément :
En surface
interception ;
ralentissement ;
protection.
Dans les premiers horizons
stockage ;
activité biologique ;
racines.
En profondeur
infiltration ;
stockage profond ;
enracinement ;
redistribution.
En excès
drainage contrôlé ;
recharge ;
transfert vers les zones humides ou réserves.
26. Le stockage par horizon
Pour un diagnostic précis, il est utile de découper le profil.
Exemple :
Horizon
Profondeur
RU estimée
Volume sur 100 m²
A
0–20 cm
25 mm
2,5 m³
B
20–50 cm
35 mm
3,5 m³
C
50–100 cm
20 mm
2,0 m³
Total
0–100 cm
80 mm
8,0 m³
Ces chiffres sont illustratifs.
Ils montrent cependant une idée importante :
la profondeur du sol peut transformer radicalement le volume hydrique disponible.
27. Un hectare change complètement l’échelle
Sur : 1 ha=10000 m2
un stockage supplémentaire de seulement : 10 mm
représente : 10×10000=100000 L
soit : 100 m3
Un simple gain de 10 mm de stockage fonctionnel peut donc représenter 100 m³ d’eau par hectare.
28. Le carbone comme infrastructure hydrologique
Une idée majeure du Tome 7 peut être formulée ainsi :
le carbone organique du sol n’est pas seulement un stock de carbone ; il participe à l’architecture physique et biologique qui conditionne le cycle de l’eau.
On retrouve : Carbone→biologie→agreˊgation→porositeˊ→infiltration→stockage
Mais cette relation doit être étudiée quantitativement : l’augmentation du carbone organique ne produit pas partout le même gain hydrique.
29. Le stockage de l’eau et le climat
Le stockage hydrique influence également le microclimat.
Un sol humide peut fournir de l’eau à la végétation.
La végétation peut alors augmenter :
transpiration ;
évapotranspiration ;
humidité de l’air ;
dissipation d’énergie par chaleur latente.
On obtient une chaîne :
pluie
→ sol
→ réserve hydrique
→ racines
→ feuilles
→ transpiration
→ atmosphère
Le stockage hydrique du sol devient donc indirectement un composant du système climatique local.
30. Le sol comme batterie hydrique
Une analogie utile consiste à comparer le sol à une batterie.
Batterie
Sol
capacité
volume de stockage
charge
infiltration
décharge
évapotranspiration
pertes
drainage/évaporation
puissance de sortie
capacité à fournir l’eau rapidement
état de charge
humidité actuelle
vieillissement
dégradation structurale
Cette analogie doit rester conceptuelle, mais elle permet de comprendre une différence fondamentale :
un sol peut avoir une grande capacité mais être incapable de fournir rapidement l’eau dont la plante a besoin.
31. Vers un indicateur de « batterie hydrique »
On pourrait définir, dans le cadre des futurs modèles Omakëya™, un état de charge hydrique : SOCh=Smax−SminS−Smin
avec :
S = stockage actuel ;
Smin = stockage minimal considéré ;
Smax = stockage maximal fonctionnel.
On obtient ainsi un indicateur conceptuel compris entre : 0≤SOCh≤1
Il pourrait être utilisé dans un futur tableau de bord agroclimatique.
32. Mesurer plutôt que supposer
Pour caractériser réellement le stockage d’un site, il faudra combiner :
Mesures physiques
humidité volumique ;
densité apparente ;
texture ;
profondeur ;
capacité au champ ;
point de flétrissement.
Mesures biologiques
biomasse microbienne ;
activité enzymatique ;
racines ;
lombrics ;
champignons.
Mesures structurales
stabilité des agrégats ;
macroporosité ;
compaction ;
continuité des biopores.
33. Le protocole scientifique Omakëya™
Pour chaque horizon :
1. Prélever
Échantillon représentatif.
2. Mesurer
texture ;
densité ;
matière organique ;
humidité.
3. Déterminer
capacité au champ ;
point de flétrissement ;
réserve utile.
4. Observer
racines ;
agrégats ;
galeries ;
activité biologique.
5. Cartographier
Associer les données au profil pédologique et au SIG.
6. Modéliser
Simuler :
pluie ;
stockage ;
évapotranspiration ;
drainage ;
sécheresse.
34. Une nouvelle façon de concevoir les jardins
Dans la méthode Omakëya™, le concepteur ne devrait donc plus seulement demander :
« Combien de litres d’eau dois-je apporter ? »
Il devrait demander :
« Combien de millimètres de pluie mon système peut-il infiltrer, stocker et rendre disponibles aux racines avant de devoir irriguer ? »
Cette question change radicalement la conception.
35. Le principe fondamental
On peut résumer le fonctionnement par : Intercepter→Infiltrer→Stocker→Redistribuer→Utiliser→Restituer
C’est l’un des principes structurants de l’hydrologie régénérative Omakëya™.
36. Transformer le sol en infrastructure vivante
Un sol vivant peut être simultanément :
un réservoir ;
un filtre ;
un réseau hydraulique ;
un habitat ;
une réserve de nutriments ;
un stockage de carbone ;
un support racinaire ;
un régulateur thermique.
Les argiles fournissent une capacité de rétention importante.
La matière organique participe à la rétention et surtout à la structuration.
L’humus contribue à l’organisation physico-chimique du système.
Les agrégats créent une architecture de pores.
Les racines et lombrics construisent des biopores.
Les microorganismes participent à la stabilisation de cette architecture.
Ainsi :
le stockage de l’eau n’est pas une propriété statique du sol : c’est le résultat émergent de son architecture minérale, organique et biologique.
Et c’est précisément cette idée qui permet de passer de la pédologie classique à une véritable ingénierie hydrologique du sol vivant.
Comprendre, mesurer et améliorer la capacité d’un sol à recevoir l’eau
L’infiltration constitue l’une des fonctions hydrologiques fondamentales d’un sol.
Lorsqu’une pluie atteint le sol, elle ne devient pas automatiquement une ressource pour les plantes. Une partie peut :
s’infiltrer ;
ruisseler ;
s’évaporer ;
être interceptée par la végétation ;
être temporairement stockée en surface ;
rejoindre rapidement les horizons profonds.
L’enjeu de l’hydrologie régénérative est donc de favoriser une infiltration suffisamment rapide pour limiter le ruissellement, mais également suffisamment fonctionnelle pour permettre le stockage de l’eau dans la zone racinaire.
Un sol vivant n’est pas simplement un sol qui absorbe beaucoup d’eau : c’est un sol dont la structure permet à l’eau de pénétrer, de circuler, de se stocker et d’être redistribuée.
1. Qu’est-ce que l’infiltration ?
L’infiltration correspond au passage de l’eau depuis la surface vers le sol.
À ne pas confondre avec :
infiltration : entrée de l’eau dans le sol ;
percolation : déplacement de l’eau à travers les horizons ;
drainage : transfert de l’eau vers les profondeurs ou vers une zone de sortie ;
ruissellement : déplacement de l’eau à la surface.
Chaque valeur représente un taux d’infiltration mesuré ou estimé.
Cette carte peut ensuite être croisée avec :
pente ;
occupation du sol ;
végétation ;
texture ;
réseau de drainage ;
topographie ;
profondeur du sol.
33. Le SIG devient alors un outil d’ingénierie
On peut superposer :
couche 1 : topographie
couche 2 : sols
couche 3 : infiltration
couche 4 : ruissellement
couche 5 : végétation
couche 6 : réseau hydrographique
couche 7 : ouvrages hydrauliques
On passe ainsi d’un simple test de terrain à une véritable cartographie hydrologique fonctionnelle.
34. Du diagnostic au dimensionnement
Une fois l’infiltration connue, on peut dimensionner :
noues ;
jardins de pluie ;
bassins d’infiltration ;
mares ;
fossés végétalisés ;
terrasses ;
zones humides artificielles ;
systèmes de récupération des eaux pluviales.
L’infiltration devient donc une donnée d’ingénierie.
35. La logique Omakëya™
Le raisonnement complet peut être représenté ainsi :
OBSERVATION ↓DIAGNOSTIC DU SOL ↓MESURE DE L'INFILTRATION ↓CARTOGRAPHIE ↓MODÉLISATION DU RUISSELLEMENT ↓CONCEPTION HYDROLOGIQUE ↓DIMENSIONNEMENT ↓RÉALISATION ↓MESURE APRÈS TRAVAUX ↓COMPARAISON ↓AMÉLIORATION
36. Mesurer avant et après
C’est un principe particulièrement important.
Une restauration écologique devrait pouvoir être évaluée.
Par exemple :
Avant restauration f=8 mm/h
Après restauration f=42 mm/h
On peut alors quantifier l’évolution.
Mais il faut conserver :
même méthode ;
conditions comparables ;
plusieurs points ;
répétitions ;
historique climatique.
37. Indicateur Omakëya™ d’infiltration
On pourrait créer un indicateur simple : Irel=favantfapreˋs
Dans l’exemple : Irel=842=5,25
Le flux mesuré serait donc environ 5,25 fois supérieur dans les conditions comparées.
Ce ratio n’est toutefois pertinent que si les protocoles sont réellement comparables.
38. Un indicateur encore plus intéressant : l’eau infiltrée
Pour l’ingénierie des écosystèmes, il faut aller au-delà du seul taux instantané.
On peut chercher à quantifier : Vinfiltreˊ
sur une pluie donnée.
On passe alors de :
« mon sol infiltre 40 mm/h »
à :
« lors d’un événement pluvieux donné, mon système a infiltré X m³ et évité Y m³ de ruissellement ».
C’est beaucoup plus pertinent pour un projet territorial.
39. L’infiltration est donc une propriété physique, biologique et paysagère.
Elle dépend de l’interaction entre :
pluie
↓
surface
↓
structure
↓
porosité
↓
racines
↓
lombrics
↓
matière organique
↓
eau
↓
plantes
↓
atmosphère
La Vision Omakëya™ ne cherche donc pas simplement à « faire entrer l’eau dans le sol ».
Elle cherche à construire une architecture vivante de l’eau, capable de transformer les précipitations en une ressource durable.
La meilleure pluie est celle qui ne devient ni ruissellement destructeur ni drainage inutile, mais qui entre dans le système vivant, y circule, y reste suffisamment longtemps et devient disponible pour les organismes qui en ont besoin.
De l’eau gravitaire à l’eau hygroscopique : comprendre ce que devient réellement chaque millimètre de pluie dans un sol vivant
L’expression « eau du sol » semble désigner une réalité unique. En réalité, l’eau présente dans un sol peut se trouver sous des états physiques et fonctionnels très différents.
Deux sols contenant exactement la même quantité totale d’eau peuvent présenter des comportements radicalement différents pour une plante.
Dans l’un, l’eau peut être :
rapidement drainée ;
facilement absorbée ;
stockée dans les pores ;
accessible aux racines.
Dans l’autre, elle peut être :
fortement retenue par les particules ;
piégée dans des micropores ;
difficilement accessible ;
pratiquement inutilisable par les végétaux.
La question fondamentale devient donc :
Où se trouve l’eau, sous quelle forme est-elle retenue et quelle énergie faut-il dépenser pour l’extraire ?
C’est cette distinction qui permet de passer d’une simple mesure de l’humidité du sol à une véritable hydrologie fonctionnelle.
1. Une même eau, plusieurs comportements
Dans le sol, on distingue classiquement plusieurs catégories fonctionnelles :
eau gravitaire ;
eau capillaire ;
eau hygroscopique ;
eau disponible ;
eau indisponible.
Attention cependant :
ces catégories ne sont pas toujours strictement séparées physiquement.
Elles représentent surtout des domaines de comportement hydrique.
L’eau peut progressivement passer d’un comportement à l’autre lorsque le sol sèche.
2. L’eau gravitaire
L’eau gravitaire est l’eau qui est principalement soumise à la gravité et qui peut circuler rapidement à travers les pores suffisamment grands.
Elle apparaît notamment après :
une forte pluie ;
une irrigation importante ;
une saturation du sol ;
une remontée de nappe.
Elle se déplace vers le bas lorsque le drainage est possible.
3. Les macropores : autoroutes de l’eau
L’eau gravitaire circule préférentiellement dans :
Capillarité, tension superficielle, forces matricielles, adhésion, cohésion et conductivité hydraulique : comprendre comment l’eau entre, circule, se stocke et devient disponible dans un sol vivant
L’eau est probablement le composé le plus important du fonctionnement d’un sol.
Elle permet :
la germination ;
la croissance des racines ;
les échanges ioniques ;
le transport des nutriments ;
l’activité microbienne ;
les réactions biochimiques ;
la photosynthèse ;
la régulation thermique ;
l’altération des minéraux ;
le fonctionnement des écosystèmes.
Pourtant, l’eau du sol n’est pas simplement une quantité exprimée en litres par mètre cube.
Elle est soumise simultanément à plusieurs forces physiques.
Elle peut :
être attirée par les surfaces minérales ;
être retenue dans les micropores ;
circuler dans les macropores ;
remonter par capillarité ;
s’écouler sous l’effet de la gravité ;
être absorbée par les racines ;
s’évaporer ;
être déplacée sous forme de vapeur.
La compréhension de ces mécanismes est donc fondamentale pour construire une véritable hydrologie régénérative.
1. L’eau du sol n’est jamais « simplement présente »
Dans un sol, l’eau peut occuper des espaces très différents.
On distingue notamment :
eau gravitaire ;
eau capillaire ;
eau fortement retenue ;
eau adsorbée ;
vapeur d’eau.
Une partie est facilement drainée.
Une autre reste disponible pour les plantes.
Une autre encore peut être physiquement présente mais pratiquement inaccessible aux racines.
On doit donc distinguer :
quantité totale d’eau et eau effectivement disponible.
2. Le sol comme réseau de pores
Un sol peut être imaginé comme un immense réseau tridimensionnel.
La cohésion permet aux molécules d’eau de rester liées entre elles.
Ces interactions participent au fonctionnement capillaire.
8. La tension superficielle
À l’interface eau-air, les molécules d’eau sont soumises à des forces qui ne se compensent pas de la même manière qu’au sein du liquide.
Il en résulte une tension superficielle.
Cette propriété permet notamment :
formation de gouttes ;
maintien de surfaces courbes ;
phénomènes capillaires ;
interaction avec les interfaces air-eau-sol.
La tension superficielle est donc une propriété fondamentale pour comprendre l’eau dans les petits pores.
9. Le ménisque
Lorsqu’un liquide est en contact avec une paroi, sa surface peut se courber.
Dans un tube fin, on observe un ménisque.
Dans le sol, les pores constituent une multitude de géométries complexes.
L’eau forme donc des interfaces courbes dans le réseau poreux.
Ces interfaces génèrent des différences de pression.
10. La capillarité
La capillarité est la capacité d’un liquide à se déplacer dans des espaces fins sous l’effet combiné :
de l’adhésion ;
de la cohésion ;
de la tension superficielle ;
de la géométrie du pore.
Dans un tube capillaire idéal, la hauteur de remontée est approximativement inversement proportionnelle au rayon du tube. h∝r1
Donc :
petit pore → remontée potentiellement importante
grand pore → remontée faible
11. Pourquoi l’eau peut-elle remonter ?
La gravité s’oppose à la remontée.
La force capillaire la favorise.
Lorsque les forces capillaires dominent :
EAU ↑ ↑ ↑ ┌──┴──┐ │ │ │ sol │ │ │─────┴─────┴────
L’eau peut remonter au-dessus de la nappe ou d’une zone humide.
12. Mais un sol n’est pas un tube
Attention à une simplification fréquente.
Un sol réel n’est pas constitué de tubes cylindriques réguliers.
Il contient :
pores connectés ;
pores isolés ;
étranglements ;
agrégats ;
fissures ;
galeries biologiques ;
interfaces racines-sol.
La capillarité réelle est donc beaucoup plus complexe.
13. Les forces matricielles
Le terme matriciel désigne ici l’ensemble des interactions entre l’eau et la matrice solide du sol.
Elles résultent notamment :
de l’adhésion ;
de la capillarité ;
des surfaces minérales ;
de la géométrie des pores.
On parle de potentiel matriciel ou de pression matricielle selon le cadre théorique utilisé.
14. Le potentiel de l’eau
Pour comprendre le déplacement de l’eau, il est plus rigoureux de raisonner en termes de potentiel hydrique.
L’eau se déplace globalement des zones de potentiel hydrique plus élevé vers les zones de potentiel hydrique plus faible.
Le potentiel total peut être décomposé en plusieurs composantes : Ψ=Ψg+Ψm+Ψp+Ψs
selon le système étudié :
Ψg : potentiel gravitationnel ;
Ψm : potentiel matriciel ;
Ψp : potentiel de pression ;
Ψs : potentiel osmotique.
Cette approche permet de relier la physique du sol à la physiologie végétale.
15. La gravité
Le potentiel gravitationnel augmente avec l’altitude.
La gravité tend donc à faire descendre l’eau.
Dans un sol horizontal :
EAU↓↓↓GRAVITÉ
Mais cette tendance peut être contrecarrée par :
capillarité ;
pression ;
succion racinaire ;
gradients hydriques.
16. Le potentiel matriciel
Lorsque le sol sèche, l’eau restante est retenue plus fortement par la matrice.
Le potentiel matriciel devient alors plus négatif.
La plante doit fournir davantage d’énergie pour extraire l’eau.
C’est l’une des raisons pour lesquelles :
un sol peut encore contenir de l’eau tout en étant hydriquement difficile pour la plante.
17. Eau totale ≠ eau disponible
C’est une distinction centrale en agroclimatologie.
Imaginez deux sols contenant chacun 20 % d’eau volumique.
Le comportement peut être totalement différent.
Sol A
Une grande partie de cette eau est facilement accessible.
Sol B
Une grande partie est retenue très fortement.
La teneur en eau seule ne suffit donc pas à caractériser le confort hydrique d’une plante.
18. La capacité au champ
Après une saturation suivie d’un drainage libre, le sol atteint approximativement un état appelé :
capacité au champ.
Elle représente une teneur en eau conventionnelle dépendant du sol et de la méthode utilisée.
Elle n’est pas une constante universelle.
Elle dépend notamment :
texture ;
structure ;
profondeur ;
drainage ;
historique hydrique.
19. Le point de flétrissement
Lorsque le potentiel hydrique devient suffisamment faible, de nombreuses plantes ne peuvent plus extraire suffisamment d’eau pour maintenir leur fonctionnement.
On définit alors conventionnellement un :
point de flétrissement permanent.
Là encore, il s’agit d’une approximation dépendant notamment de l’espèce végétale et des conditions.
20. La réserve utile
Une approximation classique est : RU≈θCC−θPFP
où :
θCC = teneur en eau à la capacité au champ ;
θPFP = teneur en eau au point de flétrissement permanent.
Cette réserve est essentielle pour l’agroclimatologie.
Elle permet d’estimer combien d’eau un sol peut mettre progressivement à disposition des plantes.
21. La réserve facilement utilisable
La plante n’utilise pas nécessairement toute la réserve utile avec le même confort.
On peut donc distinguer une fraction facilement accessible.
Cette notion est particulièrement importante pour :
irrigation ;
maraîchage ;
vergers ;
cultures sensibles ;
dimensionnement hydrique.
22. Texture et capillarité
La texture joue un rôle majeur.
Sol sableux
gros pores ;
drainage rapide ;
faible remontée capillaire ;
stockage limité.
Sol argileux
nombreux pores fins ;
forte rétention ;
remontée capillaire potentiellement importante ;
conductivité pouvant devenir faible lorsque le sol est très sec.
Sol limoneux
comportement intermédiaire mais souvent complexe ;
forte sensibilité à la battance et à la dégradation structurale.
23. Le paradoxe de l’argile
Un sol argileux peut contenir beaucoup d’eau mais en rendre une partie difficilement accessible.
Cela paraît paradoxal.
Pourtant :
BEAUCOUP D'EAU ≠EAU FACILEMENT DISPONIBLE
C’est précisément pourquoi la physique de l’eau doit être intégrée à la pédologie.
24. Le rôle de la structure
Deux sols ayant une texture identique peuvent avoir des comportements hydriques très différents.
Pourquoi ?
Parce que la structure modifie :
distribution des pores ;
connectivité ;
infiltration ;
drainage ;
stockage ;
aération.
Ainsi :
texture ≠ structure.
25. Le rôle de la matière organique
La matière organique influence notamment :
agrégation ;
porosité ;
rétention d’eau ;
stabilité structurale ;
activité biologique.
Mais il faut éviter l’idée simpliste :
« plus de matière organique = toujours plus d’eau disponible ».
L’effet dépend :
de la nature de la matière organique ;
de sa localisation ;
de la texture ;
de la structure ;
du climat ;
de la profondeur.
26. La conductivité hydraulique
La conductivité hydraulique mesure la facilité avec laquelle l’eau circule dans le milieu poreux sous un gradient hydraulique donné.
Elle est généralement notée : K
Elle dépend notamment :
de la texture ;
de la structure ;
de la teneur en eau ;
de la connectivité des pores ;
de la température ;
de la viscosité de l’eau.
27. La loi de Darcy
La circulation de l’eau dans un milieu poreux est classiquement décrite, dans de nombreuses situations, par la loi de Darcy : q=−Kdldh
où :
q = flux d’eau ;
K = conductivité hydraulique ;
h = charge hydraulique ;
l = direction de l’écoulement.
Le signe négatif traduit le déplacement vers les charges hydrauliques décroissantes.
28. La conductivité n’est pas constante
C’est une notion fondamentale.
Pour un sol non saturé : K=K(θ)
La conductivité hydraulique dépend fortement de la teneur en eau.
Lorsque le sol sèche :
les pores remplis d’eau deviennent moins nombreux et moins bien connectés.
La conductivité peut alors diminuer de plusieurs ordres de grandeur.
29. Sol saturé
Lorsque tous les pores sont remplis d’eau :
████████████████████ EAU ███████████████████████
La conductivité hydraulique à saturation est souvent notée : Ks
Elle constitue une caractéristique importante du sol.
30. Sol non saturé
Lorsque l’air pénètre dans les pores :
██████████████████ EAU ██ AIR ██████ AIR ███████
Les chemins de circulation de l’eau deviennent progressivement plus complexes.
La conductivité diminue.
31. Le rôle de la taille des pores
Les grands pores conduisent généralement beaucoup plus facilement l’eau.
Les petits pores retiennent davantage l’eau.
On obtient donc une opposition fondamentale :
les pores qui drainent facilement ne sont pas nécessairement ceux qui stockent le mieux l’eau.
Un sol performant doit présenter une distribution de pores permettant à la fois :
infiltration ;
stockage ;
drainage ;
aération ;
alimentation racinaire.
32. La courbe de rétention d’eau
Une des représentations essentielles de la physique des sols est la courbe de rétention hydrique.
Elle relie généralement :
teneur en eau ;
potentiel matriciel ou pression de succion.
Conceptuellement :
Teneur en eau↑│████████│ ███│ ██│ █│ █└──────────────────→ succion
Elle décrit comment l’eau est progressivement retirée du sol.
33. La courbe caractéristique du sol
Cette courbe permet de comprendre :
capacité au champ ;
réserve utile ;
point de flétrissement ;
comportement lors du séchage ;
disponibilité de l’eau.
Elle constitue donc un outil fondamental du dimensionnement hydrique.
34. L’hystérésis
Le comportement hydrique du sol n’est pas toujours identique pendant :
le séchage ;
le réhumidification.
La relation entre teneur en eau et potentiel matriciel peut présenter une hystérésis.
Elle dépend notamment :
de la géométrie des pores ;
des phénomènes de piégeage d’air ;
de l’histoire hydrique du sol.
35. Les chemins préférentiels
L’eau ne circule pas toujours uniformément.
Elle peut emprunter :
galeries de lombrics ;
fissures ;
anciennes racines ;
macropores ;
interfaces structurales.
On parle de :
flux préférentiels.
36. Les lombrics et l’hydrologie
Les galeries des lombrics peuvent devenir des voies rapides d’infiltration.
On retrouve ici le lien entre les chapitres précédents :
faune
↓
bioturbation
↓
structure
↓
macropores
↓
infiltration
↓
hydrologie.
37. Les racines
Les racines créent elles aussi des voies hydrauliques.
Après leur mort, elles peuvent laisser des canaux.
Lorsqu’elles sont vivantes, elles modifient :
structure ;
humidité ;
potentiel hydrique ;
activité microbienne.
Les racines sont donc à la fois :
consommatrices d’eau et architectes du réseau hydraulique.
38. L’infiltration
Lorsqu’une pluie atteint le sol, plusieurs phénomènes se produisent simultanément :
Pour un diagnostic hydropédologique complet, il devient pertinent de mesurer ou d’estimer :
Physique
texture ;
structure ;
densité apparente ;
porosité ;
teneur en eau.
Hydraulique
conductivité hydraulique saturée ;
conductivité non saturée si nécessaire ;
infiltration ;
courbe de rétention.
Biologique
activité racinaire ;
galeries ;
biomasse microbienne ;
matière organique ;
activité de la faune.
Climatique
pluie ;
température ;
humidité de l’air ;
évapotranspiration ;
rayonnement.
49. Vers un modèle numérique
Ces paramètres peuvent ensuite alimenter un modèle.
Entrées
pluie ;
température ;
rayonnement ;
texture ;
structure ;
teneur initiale en eau ;
végétation ;
profondeur du sol.
Paramètres
K(θ) ;
courbe de rétention ;
profondeur racinaire ;
capacité de stockage.
Sorties
infiltration ;
ruissellement ;
drainage ;
teneur en eau ;
disponibilité hydrique ;
stress hydrique ;
évapotranspiration.
Nous passons alors de la description du sol à sa modélisation physique.
50. L’eau ne se gère pas uniquement en surface
La gestion conventionnelle de l’eau cherche souvent à répondre à une question :
Combien d’eau apporter ?
L’hydrologie régénérative pose une question plus fondamentale :
Comment faire en sorte que chaque millimètre de pluie soit utilisé au mieux par l’écosystème ?
Cela implique de comprendre :
la capillarité ;
la tension superficielle ;
l’adhésion ;
la cohésion ;
les forces matricielles ;
la gravité ;
la conductivité hydraulique ;
la structure poreuse ;
les racines ;
la faune ;
la matière organique ;
l’évapotranspiration.
Ainsi, la véritable unité de gestion n’est plus simplement le volume d’eau, mais le couplage sol–eau–plante–atmosphère.
Un sol résilient n’est pas celui qui contient le plus d’eau : c’est celui qui sait capter, stocker, déplacer et restituer l’eau au bon endroit, au bon moment et avec le minimum de pertes.
Acariens, collemboles, nématodes, protozoaires, insectes, mollusques et microarthropodes : comprendre le réseau trophique qui fait fonctionner le sol vivant
Après avoir étudié les bactéries, les champignons, les mycorhizes et les lombrics, il faut maintenant élargir considérablement notre vision.
Le sol n’est pas seulement un milieu minéral contenant quelques microorganismes et quelques vers de terre.
C’est un écosystème complet, peuplé d’organismes appartenant à de nombreux groupes taxonomiques et fonctionnels.
On y trouve notamment :
bactéries ;
archées ;
champignons ;
protozoaires ;
nématodes ;
rotifères ;
tardigrades ;
collemboles ;
acariens ;
insectes ;
larves ;
myriapodes ;
crustacés terrestres ;
mollusques ;
lombrics ;
autres annélides ;
petits vertébrés.
Ces organismes ne sont pas simplement juxtaposés.
Ils forment un réseau trophique souterrain, dans lequel la matière et l’énergie circulent continuellement.
Le sol vivant est moins une « terre habitée » qu’un véritable écosystème dont la majeure partie de la biodiversité échappe à notre regard.
1. Changer d’échelle
Pour comprendre la biodiversité du sol, il faut raisonner en plusieurs ordres de grandeur.
Les catégories peuvent légèrement varier selon les auteurs et les critères utilisés, notamment parce que certaines classifications sont fondées sur la taille et d’autres sur la fonction.
2. Une classification fonctionnelle
Une approche particulièrement utile pour l’ingénierie écologique consiste à distinguer :
Microorganismes
bactéries ;
archées ;
champignons.
Microfaune
protozoaires ;
certains nématodes.
Mésofaune
collemboles ;
acariens ;
petits arthropodes.
Macrofaune
lombrics ;
larves d’insectes ;
myriapodes ;
mollusques ;
autres organismes suffisamment grands pour être observés directement.
Cette classification est avant tout fonctionnelle et pratique, pas une classification taxonomique stricte.
3. Les acariens
Les acariens sont des arachnides, comme les araignées.
Ils sont extrêmement diversifiés.
Dans le sol, certaines espèces sont :
détritivores ;
prédatrices ;
fongivores ;
omnivores.
Ils participent donc à plusieurs niveaux du réseau trophique.
4. Les acariens détritivores
Certains acariens consomment :
débris organiques ;
matière végétale morte ;
microorganismes associés.
Ils contribuent à la fragmentation et à la transformation de la matière organique.
5. Les acariens prédateurs
D’autres sont prédateurs.
Ils peuvent consommer :
petits nématodes ;
collemboles ;
larves ;
autres petits organismes.
Ils participent donc à la régulation des populations.
6. Les acariens : une biodiversité souvent invisible
Un sol peut contenir une multitude d’acariens sans qu’un seul soit visible à l’œil nu.
Ils constituent donc un excellent exemple de ce principe :
la biodiversité fonctionnelle d’un sol est largement invisible à l’observation ordinaire.
7. Les collemboles
Les collemboles sont de petits arthropodes particulièrement abondants dans de nombreux sols.
Ils sont généralement très petits et vivent notamment :
dans la litière ;
dans les agrégats ;
dans les espaces poreux ;
autour des racines.
8. Le rôle des collemboles
De nombreuses espèces consomment :
champignons ;
bactéries ;
matière organique ;
débris végétaux.
Ils participent donc au contrôle des communautés microbiennes.
En consommant certaines ressources microbiennes, les collemboles peuvent modifier la structure des communautés et indirectement la vitesse de recyclage des nutriments.
10. Les nématodes
Les nématodes sont des vers microscopiques extrêmement diversifiés.
Ils occupent de nombreuses niches.
On distingue notamment des nématodes :
bactériophages ;
fongivores ;
prédateurs ;
omnivores ;
parasites des plantes ;
parasites d’autres organismes.
Le mot « nématode » ne désigne donc pas simplement un organisme nuisible.
11. Les nématodes bactériophages
Certains se nourrissent principalement de bactéries.
Ils participent ainsi à :
régulation des populations bactériennes ;
transfert de matière ;
libération de certains nutriments.
Le mécanisme général peut être représenté :
BACTÉRIES ↓NÉMATODES ↓NUTRIMENTS ↓PLANTES
12. Les nématodes fongivores
D’autres consomment des champignons.
Ils contribuent ainsi à la régulation des réseaux fongiques.
Le sol contient donc déjà une forme de contrôle biologique interne.
13. Les nématodes prédateurs
Certains nématodes consomment d’autres nématodes ou de petits organismes.
Ils se situent à un niveau trophique supérieur.
14. Les nématodes phytoparasites
Certains nématodes attaquent les racines.
Ils peuvent provoquer :
lésions ;
déformations ;
réduction de l’absorption ;
baisse de croissance ;
pertes agricoles.
Ils constituent donc une composante importante de la pathologie végétale.
15. Une communauté de nématodes
Il est donc préférable de ne jamais parler simplement de :
« présence de nématodes ».
Il faut demander :
Quels nématodes ?
La structure fonctionnelle d’une communauté peut être extrêmement informative sur l’état du sol.
16. Les protozoaires
Les protozoaires sont des organismes unicellulaires eucaryotes.
Ils comprennent notamment différents groupes fonctionnels de :
flagellés ;
amibes ;
ciliés.
Ils vivent dans les films d’eau présents dans les pores du sol.
17. Le rôle des protozoaires
Une grande partie des protozoaires du sol se nourrit de bactéries.
Le réseau possède des boucles et des rétroactions.
46. Cascade trophique
La disparition d’un groupe peut avoir des conséquences en cascade.
Par exemple :
baisse des prédateurs ↓augmentation de certaines proies ↓augmentation de consommation microbienne ↓modification du recyclage ↓modification de la nutrition végétale
Cette logique est fondamentale en écologie.
47. Résilience du réseau trophique
Un réseau diversifié peut parfois mieux absorber certaines perturbations.
Si une fonction est assurée par plusieurs groupes, la disparition temporaire d’une espèce peut être compensée.
C’est le principe de redondance fonctionnelle.
Mais il ne faut pas supposer qu’une forte diversité garantit toujours une forte résilience.
La relation dépend de la structure du réseau.
48. Perturbations
Les communautés du sol peuvent être affectées par :
sécheresse ;
inondation ;
compaction ;
labour ;
pesticides ;
pollution ;
salinité ;
acidification ;
changement de végétation ;
incendie ;
réchauffement climatique.
Chaque perturbation modifie différemment les communautés.
49. Sécheresse
Une sécheresse peut réduire :
activité microbienne ;
mobilité des organismes ;
reproduction ;
décomposition.
Certaines espèces peuvent survivre grâce à :
dormance ;
migration verticale ;
œufs résistants ;
structures de résistance.
50. Inondation
Une saturation prolongée en eau peut réduire l’oxygène disponible.
Certaines espèces diminuent alors leur activité ou migrent.
Le sol passe progressivement d’un fonctionnement dominé par des processus aérobies à des conditions plus réductrices.
51. Compaction
La compaction réduit notamment :
volume des pores ;
circulation de l’air ;
infiltration ;
espace disponible pour les organismes.
Elle peut donc agir simultanément sur :
physique + chimie + biologie + hydrologie.
52. Les pesticides
Les pesticides sont conçus pour agir sur certains organismes cibles.
Mais selon la molécule, la dose, la fréquence, le sol et les conditions environnementales, des effets peuvent également toucher des organismes non cibles.
L’évaluation doit donc considérer :
toxicité directe ;
effets sublétaux ;
modification de la ressource ;
interactions trophiques ;
temps de persistance.
53. Mesurer la faune du sol
Un véritable diagnostic biologique pourrait combiner plusieurs méthodes.
Échantillonnage
carottes ;
quadrats ;
prélèvements de litière.
Extraction
extraction manuelle ;
extraction par chaleur ;
entonnoirs de Berlese/Tullgren pour certains arthropodes.
Observation
loupe binoculaire ;
microscope.
Biologie moléculaire
ADN environnemental ;
métabarcoding.
54. Le piège du simple comptage
Compter :
« 500 organismes par kilogramme »
ne suffit pas.
Il faut savoir :
lesquels ?
quelle biomasse ?
quelle fonction ?
quel niveau trophique ?
quelle diversité ?
quelle activité ?
Le diagnostic doit être fonctionnel.
55. Un indice de réseau trophique
Pour la méthode Omakëya™, on pourrait imaginer un tableau :
Compartiment
Indicateur
Bactéries
biomasse / activité
Champignons
biomasse / diversité
Protozoaires
abondance
Nématodes
groupes trophiques
Collemboles
abondance
Acariens
guildes
Lombrics
biomasse / groupes
Prédateurs
abondance
Décomposeurs
activité
Ingénieurs
galeries / bioturbation
L’objectif serait de rechercher un équilibre fonctionnel, pas une valeur maximale pour chaque groupe.
56. Une métrique intéressante : le rapport champignons/bactéries
Le rapport entre biomasse fongique et bactérienne peut être utilisé dans certains diagnostics écologiques.
Mais il ne doit jamais être considéré comme un indicateur universel de qualité.
Un sol forestier, une prairie et un potager peuvent naturellement présenter des communautés très différentes.
Le bon indicateur dépend du type d’écosystème et de l’objectif.
Les acariens, collemboles, nématodes, protozoaires, insectes, mollusques, myriapodes et autres microarthropodes montrent une réalité fondamentale :
la fertilité d’un sol ne réside pas uniquement dans sa composition chimique.
Elle dépend également de la circulation permanente :
du carbone ;
de l’azote ;
du phosphore ;
de l’eau ;
de l’énergie ;
de la matière organique.
Et cette circulation est assurée par un immense réseau d’organismes.
Les lombrics construisent des galeries.
Les champignons explorent les pores.
Les bactéries transforment les molécules.
Les protozoaires consomment les bactéries.
Les nématodes régulent microorganismes et autres nématodes.
Les collemboles et acariens contrôlent les communautés microbiennes.
Les insectes fragmentent, déplacent ou prédatent.
Les prédateurs régulent les niveaux inférieurs.
Les racines captent les ressources et alimentent le système en carbone.
Tout cela forme un réseau trophique dynamique, connecté à l’eau, au carbone et à la structure physique du sol.
Le véritable sol vivant n’est donc pas un stock de nutriments : c’est un système de transformation permanent.
C’est cette idée qui permet de passer de la simple pédologie à l’hydrologie régénérative : lorsque la biologie construit la structure du sol, elle participe également à construire son comportement face à la pluie, à la sécheresse, à la chaleur et au stockage de l’eau.
Racines et champignons : une symbiose fondamentale pour l’eau, le phosphore, le carbone et la résilience des plantes
Les mycorhizes constituent l’une des interfaces biologiques les plus importantes entre le végétal et le sol.
Le terme désigne une association symbiotique entre les racines d’une plante et certains champignons du sol. Cette association est extrêmement ancienne dans l’histoire évolutive des plantes terrestres et concerne une très grande diversité d’espèces végétales.
Dans un écosystème fonctionnel, il faut donc dépasser le modèle simplifié :
plante → racine → sol
pour considérer plutôt :
plante → racine → mycorhize → réseau fongique → sol → microorganismes → autres plantes.
La mycorhize devient ainsi une véritable interface biologique d’échange entre la plante et son environnement.
1. Une symbiose, mais pas un simple « échange »
La relation mycorhizienne est souvent présentée comme un échange parfaitement équilibré :
la plante donne du carbone ; le champignon donne de l’eau et des minéraux.
Cette représentation est utile pédagogiquement, mais elle est trop simplificatrice.
La réalité dépend :
de l’espèce végétale ;
du champignon ;
du type de mycorhize ;
de la disponibilité en eau ;
de la disponibilité en phosphore ;
de l’azote ;
de la température ;
du pH ;
de la fertilité ;
des autres microorganismes ;
du contexte écologique.
La symbiose doit donc être considérée comme une interaction dynamique dont le bilan peut évoluer dans le temps.
2. Les deux grands types étudiés ici
Deux grands ensembles sont particulièrement importants :
Endomycorhizes
Principalement les mycorhizes arbusculaires.
Ectomycorhizes
Très importantes chez de nombreuses espèces forestières.
Il existe également d’autres formes de mycorhizes spécialisées, notamment chez certaines plantes particulières.
3. Les endomycorhizes
Le terme traditionnel « endomycorhize » recouvre notamment les mycorhizes arbusculaires.
Le champignon colonise certaines parties du cortex racinaire et développe des structures spécialisées.
Les principales structures comprennent :
hyphes ;
arbuscules ;
parfois vésicules selon les groupes fongiques.
4. Les arbuscules
L’arbuscule est une structure ramifiée formée à l’intérieur d’une cellule végétale.
On peut l’imaginer comme un arbre microscopique :
HYPHE │ │ ─────┼───── ╱ │ ╲ ╱ │ ╲ ╱ │ ╲ ARBUSCULE ARBUSCULE ARBUSCULE dans les cellules racinaires
Il constitue une zone majeure d’interaction entre le champignon et la plante.
5. Les ectomycorhizes
Les ectomycorhizes fonctionnent selon une architecture différente.
Le champignon développe notamment :
un manteau fongique autour de la racine ;
un réseau d’hyphes entre certaines cellules du cortex : le réseau de Hartig.
Le champignon reste donc principalement dans les espaces intercellulaires du cortex, contrairement aux arbuscules des mycorhizes arbusculaires.
6. Ectomycorhizes et arbres
Les ectomycorhizes sont particulièrement importantes chez de nombreux arbres :
chênes ;
hêtres ;
bouleaux ;
pins ;
épicéas ;
sapins ;
peupliers, selon les espèces et associations.
Elles jouent donc un rôle majeur dans le fonctionnement des écosystèmes forestiers.
C’est l’une des raisons fondamentales pour lesquelles les mycorhizes peuvent modifier l’acquisition des ressources.
10. Transport de l’eau
Les réseaux mycorhiziens peuvent contribuer à l’accès de certaines plantes à l’eau.
Ils peuvent notamment :
explorer des volumes de sol supplémentaires ;
exploiter certaines zones humides ;
modifier les relations plante-sol ;
participer à la dynamique hydrique autour des racines.
Mais il faut distinguer :
exploration accrue du sol
de :
transport hydraulique massif comparable à une canalisation.
Le mycélium n’est pas un réseau d’irrigation miniature.
11. Le rôle hydraulique réel
Le bénéfice hydrique dépend notamment :
du diamètre des hyphes ;
de leur densité ;
de la continuité hydrique ;
du potentiel hydrique ;
de la conductivité du sol ;
de l’état hydrique de la plante.
L’effet peut être important dans certains systèmes mais faible dans d’autres.
La bonne question n’est donc pas :
« Les mycorhizes apportent-elles de l’eau ? »
mais :
« Dans quelles conditions la symbiose mycorhizienne améliore-t-elle l’acquisition ou l’utilisation de l’eau par la plante ? »
Cette formulation est beaucoup plus intéressante pour l’agroclimatologie.
12. Le phosphore
Le phosphore constitue l’un des rôles les mieux étudiés des mycorhizes arbusculaires.
Le phosphore est relativement peu mobile dans le sol.
Les racines explorent donc seulement une partie du phosphore accessible.
Le réseau fongique augmente la zone potentiellement explorée.
13. Phosphore : schéma fonctionnel
SOL phosphore peu mobile ● ● ● ● ● ● ↓ RÉSEAU MYCÉLIEN ───────●───────●──── │ │ RACINE │ ↓ PLANTE
Le champignon peut accéder à des ressources situées à distance de la surface racinaire.
14. Les phosphatases
Certains champignons mycorhiziens peuvent produire des enzymes telles que des phosphatases.
Elles participent à la mobilisation de certaines formes de phosphore organique.
Il faut toutefois distinguer :
phosphore total ;
phosphore organique ;
phosphore minéral ;
phosphore réellement accessible à la plante.
Le fonctionnement dépend fortement de la chimie du sol.
15. Autres éléments minéraux
Les associations mycorhiziennes peuvent également influencer l’acquisition de certains :
azote ;
zinc ;
cuivre ;
fer ;
autres micronutriments.
Mais l’effet varie fortement selon les espèces et les conditions.
16. Mycorhizes et sécheresse
La question devient particulièrement importante dans le contexte du changement climatique.
Une sécheresse impose plusieurs contraintes :
diminution du potentiel hydrique du sol ;
fermeture stomatique ;
baisse de la photosynthèse ;
perturbation de la nutrition ;
stress oxydatif ;
ralentissement de la croissance.
Une symbiose mycorhizienne fonctionnelle peut parfois contribuer à limiter certains de ces effets.
17. Une hypothèse de mécanisme
SÉCHERESSE ↓sol plus sec ↓accès racinaire limité ↓MYCORHIZES ↓exploration supplémentaire ↓eau + nutriments ↓maintien partiel de la nutrition ↓meilleure tolérance au stress
Mais cette chaîne n’est pas automatique.
Elle doit être vérifiée expérimentalement pour le système considéré.
18. Mycorhizes et physiologie de la sécheresse
Les mycorhizes peuvent influencer plusieurs mécanismes physiologiques :
potentiel hydrique ;
conductance stomatique ;
photosynthèse ;
nutrition minérale ;
système antioxydant ;
architecture racinaire ;
régulation hormonale.
La résistance à la sécheresse n’est donc pas seulement une question de quantité d’eau disponible.
C’est aussi une question de :
capacité de la plante à fonctionner lorsque l’eau devient limitante.
19. Mycorhizes et résilience
Il faut distinguer :
Résistance
Capacité à maintenir son fonctionnement pendant le stress.
Résilience
Capacité à récupérer après le stress.
Une symbiose peut contribuer à l’une ou à l’autre, mais les deux notions ne sont pas équivalentes.
20. Mycorhizes et changement climatique
Avec :
sécheresses plus fréquentes ;
vagues de chaleur ;
modification des régimes pluviométriques ;
évolution des sols ;
déplacement des aires climatiques ;
les symbioses racinaires deviennent un domaine majeur de recherche.
L’objectif n’est cependant pas de rechercher « le champignon miracle ».
Il faut identifier :
les associations plante–champignon les mieux adaptées à un climat et à un sol donnés.
21. Communication entre plantes
C’est ici que commence l’un des sujets les plus fascinants.
Des réseaux mycorhiziens peuvent connecter différentes plantes.
PLANTE A │ │ MYCORHIZE │ ═════╪═════ │ RÉSEAU HYPHAL ╱ ╲ ╱ ╲ │ │ PLANTE B PLANTE C
Des transferts de ressources et certains signaux peuvent alors se produire dans certaines conditions.
22. Le « Wood Wide Web »
L’expression Wood Wide Web a été popularisée pour décrire l’idée de réseaux mycorhiziens reliant des plantes, particulièrement dans les écosystèmes forestiers.
Elle est très parlante pour la vulgarisation.
Mais scientifiquement, elle doit être utilisée avec prudence.
Un réseau mycorhizien n’est pas l’équivalent biologique d’Internet.
Il ne possède pas :
serveur ;
intelligence centrale ;
intention ;
langage symbolique.
Il s’agit d’un réseau écologique distribué.
23. Ce qui peut réellement circuler
Selon les systèmes étudiés, des réseaux mycorhiziens peuvent participer à des transferts de :
carbone ;
nutriments ;
eau dans certaines conditions ;
molécules de signalisation.
Mais la quantité transférée et son importance écologique peuvent varier considérablement.
24. Le cas des arbres
Dans une forêt, plusieurs arbres peuvent partager des partenaires fongiques compatibles.
Cette architecture contribue à la connectivité biologique du sol.
25. Attention au mythe de « l’arbre mère »
La vulgarisation a popularisé l’idée d’un « arbre mère » nourrissant systématiquement les jeunes arbres via le réseau fongique.
La réalité est beaucoup plus complexe.
Les transferts existent dans certains systèmes expérimentaux et naturels, mais :
ils ne sont pas nécessairement dirigés ;
leur amplitude varie ;
leur bénéfice pour le receveur varie ;
les réseaux sont soumis à de nombreuses contraintes biologiques.
Il faut donc parler de transferts et interactions médiés par les réseaux mycorhiziens, plutôt que d’un système volontaire de solidarité forestière.
26. Mycorhizes et compétition
Les plantes connectées par des champignons ne cessent pas pour autant d’être concurrentes.
Elles peuvent continuer à se disputer :
lumière ;
eau ;
azote ;
phosphore ;
espace.
La coopération et la compétition peuvent donc coexister.
C’est un principe fondamental de l’écologie.
27. Mycorhizes et facilitation
Dans certaines situations, une plante peut bénéficier indirectement de la présence d’une autre grâce à des interactions biologiques.
On parle alors de facilitation.
Mais il faut démontrer le mécanisme plutôt que l’inférer simplement de la présence d’un réseau fongique commun.
28. Applications agricoles
Les mycorhizes intéressent fortement l’agriculture pour plusieurs raisons :
amélioration potentielle de la nutrition phosphatée ;
meilleure exploration du sol ;
tolérance à certains stress ;
interaction avec la microbiologie du sol ;
réduction potentielle de certains intrants dans des conditions appropriées.
29. Agriculture et inoculation
Des produits commerciaux proposent des inoculums mycorhiziens.
Mais :
inoculer n’est pas nécessairement synonyme de mycorhizer efficacement une culture.
Un sol possède déjà sa communauté fongique.
Il faut donc se demander :
Quels champignons sont présents ?
La plante est-elle mycorhizable ?
Le sol est-il favorable ?
Le phosphore est-il limitant ?
Le travail du sol détruit-il les réseaux ?
L’inoculum est-il compatible ?
Le bénéfice attendu est-il mesurable ?
30. Le paradoxe de la fertilisation
Une forte disponibilité en phosphore peut parfois réduire l’intérêt de la symbiose mycorhizienne pour la plante.
C’est logique :
si la plante obtient facilement le phosphore directement, le coût métabolique de l’association peut devenir moins avantageux.
On retrouve donc un principe important :
plus une ressource est facilement accessible, moins une symbiose permettant de l’acquérir peut être avantageuse.
31. Travail du sol
Le travail mécanique du sol peut fragmenter les réseaux mycéliens.
Selon :
fréquence ;
profondeur ;
intensité ;
humidité ;
système cultural ;
les conséquences peuvent être très différentes.
La réduction du travail du sol peut donc favoriser la continuité de certains réseaux fongiques, mais elle ne garantit pas automatiquement une amélioration de toutes les fonctions du sol.
32. Couverture végétale
Une couverture végétale permanente ou prolongée peut favoriser la continuité biologique du système.
Les racines vivantes fournissent en effet du carbone aux microorganismes.
Le modèle pourrait ensuite simuler différents scénarios :
année humide ;
sécheresse ;
canicule ;
fertilisation ;
changement de culture ;
modification du travail du sol ;
changement climatique.
44. Le véritable enjeu
La grande question n’est finalement pas :
« Les mycorhizes sont-elles utiles ? »
mais :
« Comment identifier les associations plante–champignon qui rendent un système particulier plus performant, plus autonome et plus résilient ? »
Cette question ouvre directement vers l’ingénierie agroclimatique.
45. Les mycorhizes sont l’une des interfaces les plus remarquables entre le monde végétal et le monde souterrain.
Elles permettent de relier :
carbone
↓
racine
↓
champignon
↓
sol
↓
eau + phosphore + nutriments
↓
plante
Elles peuvent contribuer à la nutrition, à l’exploration du sol et, dans certaines conditions, à la tolérance aux contraintes hydriques.
Les réseaux mycorhiziens peuvent également connecter des organismes et participer à des transferts biologiques, mais les représentations simplifiées du « Wood Wide Web » doivent être remplacées par une compréhension plus rigoureuse des réseaux écologiques.
Dans la Vision Omakëya™, le principe essentiel devient donc :
Ne pas fabriquer artificiellement un sol vivant lorsque l’on peut concevoir les conditions permettant au sol de construire lui-même sa propre infrastructure biologique.
C’est probablement l’une des idées les plus importantes de l’hydrologie régénérative : la gestion de l’eau commence souvent bien avant l’eau elle-même, dans la structure physique, biologique et symbiotique du sol.
Mycélium, décomposition, symbioses et réseaux souterrains — les architectures fongiques qui relient le sol, les racines, le carbone et l’eau
Après les bactéries, les champignons constituent l’autre grande composante du monde microbien du sol.
Ils sont souvent réduits à quelques images : champignons visibles en forêt, moisissures, maladies des plantes. Cette vision est extrêmement incomplète.
La plus grande partie de leur activité se déroule hors de notre regard, sous forme de filaments microscopiques appelés hyphes, qui constituent des réseaux plus ou moins étendus appelés mycéliums.
Ces réseaux peuvent :
explorer les pores du sol ;
décomposer la matière organique ;
transformer le carbone ;
participer à la formation des agrégats ;
interagir avec les bactéries ;
s’associer aux racines ;
contribuer à l’acquisition de certains nutriments ;
participer à la résistance de certaines plantes aux stress ;
jouer un rôle dans les cycles de l’eau et du carbone.
Dans la Vision Omakëya™, le champignon doit donc être considéré comme un acteur biologique de l’architecture et du fonctionnement du sol.
Le mycélium est à certains sols ce que le réseau racinaire est à la plante : une infrastructure vivante d’exploration, d’échange et de transformation.
1. Qu’est-ce qu’un champignon ?
Les champignons appartiennent au domaine des Eukaryota.
Ils sont donc fondamentalement différents des bactéries.
Une cellule fongique possède notamment :
un noyau ;
des organites ;
une membrane ;
une paroi contenant généralement de la chitine ;
un système cellulaire eucaryote.
Les champignons ne sont ni des plantes ni des bactéries.
Ils constituent leur propre règne biologique.
2. Un monde extrêmement diversifié
Le terme « champignon » recouvre une immense diversité.
On rencontre notamment :
levures ;
moisissures ;
champignons filamenteux ;
champignons mycorhiziens ;
champignons saprophytes ;
champignons pathogènes ;
champignons symbiotiques ;
champignons parasites ;
champignons formant des fructifications macroscopiques.
Les champignons visibles ne représentent donc qu’une partie du monde fongique.
3. Le mycélium
La structure fondamentale de nombreux champignons filamenteux est le mycélium.
Les champignons saprophytes utilisent de la matière organique morte comme ressource.
Ils jouent donc un rôle majeur dans la décomposition :
feuilles ;
bois ;
racines mortes ;
débris végétaux ;
matière organique diverse.
Ils participent au retour des éléments chimiques dans le système.
7. Pourquoi les champignons sont essentiels à la décomposition du bois
Le bois contient notamment :
cellulose ;
hémicellulose ;
lignine.
La lignine est particulièrement résistante à la dégradation.
Certains champignons sont spécialisés dans la dégradation de composés lignocellulosiques.
Ils jouent ainsi un rôle essentiel dans les écosystèmes forestiers.
8. Champignons et lignine
Le processus peut être simplifié :
BOIS ↓cellulose + hémicellulose + lignine ↓ENZYMES FONGIQUES ↓molécules plus simples ↓biomasse+CO₂+composés organiques+nutriments
Cette capacité explique pourquoi les champignons sont des acteurs majeurs des cycles du carbone.
9. Les enzymes extracellulaires
Contrairement à un organisme qui ingère directement un aliment, de nombreux champignons dégradent une partie de leur substrat à l’extérieur de leurs cellules grâce à des enzymes.
Ils peuvent produire notamment différentes :
cellulases ;
hémicellulases ;
ligninases ;
protéases ;
phosphatases.
Le champignon transforme ainsi le substrat avant d’en absorber les produits.
10. Les champignons parasites
Tous les champignons ne sont pas bénéfiques.
Certains sont parasites de :
plantes ;
animaux ;
autres champignons.
Chez les végétaux, certains peuvent provoquer :
pourritures ;
dépérissements ;
maladies racinaires ;
maladies foliaires ;
chancres ;
flétrissements.
Il faut donc éviter l’idée simpliste :
champignon = organisme bénéfique.
11. Les champignons pathogènes
Un champignon pathogène peut exploiter :
une blessure ;
une faiblesse physiologique ;
une racine stressée ;
une humidité excessive ;
une plante particulièrement sensible.
Le développement d’une maladie dépend généralement d’une interaction entre :
hôte + pathogène + environnement.
C’est le principe du triangle de la maladie.
HÔTE / \ / \ / \ ENVIRONNEMENT ─ PATHOGÈNE
12. Les champignons symbiotiques
À l’inverse, certaines associations entre champignons et plantes sont bénéfiques pour les deux partenaires.
La plus importante pour l’agroécologie est la mycorhize.
Une mycorhize correspond à une association entre :
champignon + racine.
13. La mycorhize
La plante fournit notamment au champignon :
carbone ;
composés organiques issus de la photosynthèse.
Le champignon peut en retour contribuer à :
l’exploration du sol ;
l’acquisition de phosphore ;
l’acquisition de certains micronutriments ;
l’accès à l’eau ;
certaines interactions avec d’autres microorganismes.
Le bénéfice exact dépend toutefois de l’espèce, du champignon, de la plante et des conditions du milieu.
14. La racine et son extension invisible
Une racine possède une certaine surface d’exploration.
Le réseau mycorhizien peut prolonger cette capacité :
Ce réseau constitue une infrastructure biologique.
Mais il faut rester prudent avec les représentations populaires d’un « Internet des arbres » : les échanges et leur importance écologique varient considérablement selon les systèmes.
19. Communication biologique
Les champignons participent à de nombreuses formes de signalisation biologique.
Ils peuvent interagir avec :
plantes ;
bactéries ;
autres champignons ;
animaux.
Les signaux peuvent être :
chimiques ;
métaboliques ;
électriques au sens de variations de potentiels membranaires ;
liés à des molécules de signalisation.
Il faut cependant distinguer clairement :
communication biologique
de :
communication intentionnelle au sens humain.
20. Les échanges plante–champignon
La relation mycorhizienne peut être représentée comme un échange :
Les mycorhizes arbusculaires produisent des composés associés aux sols et aux agrégats, historiquement regroupés autour du terme glomaline.
Ce terme a cependant été utilisé de manière trop simplificatrice dans certains discours de vulgarisation.
Il est préférable de parler plus largement de :
résidus et composés issus des microorganismes contribuant à la stabilisation de la matière organique et des agrégats.
25. Champignons et phosphore
Le phosphore est souvent peu mobile dans le sol.
Les réseaux mycorhiziens peuvent augmenter l’accès à certaines formes de phosphore grâce à leur exploration du sol et à leurs interactions chimiques et biologiques.
Ce phénomène explique en partie l’importance des mycorhizes dans la nutrition de nombreuses plantes.
26. Champignons et eau
Les hyphes sont beaucoup plus fins que les racines.
Ils peuvent explorer des pores très petits.
Dans certaines situations, les réseaux mycorhiziens peuvent contribuer à améliorer l’accès de la plante à l’eau.
Mais il faut éviter une affirmation universelle :
« les mycorhizes donnent toujours plus d’eau aux plantes ».
Le bénéfice dépend :
de la plante ;
du champignon ;
du sol ;
de l’humidité ;
de la température ;
des autres microorganismes.
27. Champignons et sécheresse
Lors d’un déficit hydrique, une association mycorhizienne peut parfois contribuer à la tolérance de certaines plantes en modifiant :
acquisition hydrique ;
nutrition ;
architecture racinaire ;
régulation physiologique ;
interactions avec le microbiote.
C’est une piste majeure pour l’agroclimatologie du futur.
28. Champignons et résilience
La résilience végétale peut être représentée conceptuellement :
Sécheresse ↓stress hydrique ↓racines + mycorhizes ↓exploration du sol ↓eau + nutriments ↓maintien partiel du fonctionnement ↓résilience
Ce schéma reste une simplification : la mycorhization ne garantit évidemment pas la survie d’une plante lors d’une sécheresse sévère.
29. Champignons et bactéries
Les champignons et les bactéries ne fonctionnent pas indépendamment.
Ils peuvent :
coopérer ;
se concurrencer ;
se nourrir de métabolites produits par l’autre ;
modifier localement le pH ;
exploiter des ressources différentes.
On parle parfois de bactériome associé au mycélium ou de communautés bactériennes associées aux hyphes.
30. Le mycélium comme habitat
Les hyphes peuvent constituer une surface colonisable par des bactéries.
Les champignons deviennent alors une voie majeure du réseau trophique du sol.
32. Les champignons et la matière organique
La matière organique du sol est le résultat de multiples processus.
Elle provient :
plantes ;
racines ;
microorganismes ;
animaux ;
résidus.
Les champignons transforment une partie de ces matériaux.
Leur biomasse devient elle-même une matière première pour d’autres organismes.
33. Mort du mycélium et formation de matière organique
Le cycle est particulièrement intéressant :
Carbone végétal ↓mycélium ↓biomasse fongique ↓mort ↓résidus microbiens ↓association avec les minéraux ↓matière organique du sol
Les résidus microbiens peuvent constituer une part importante de la matière organique persistante.
34. Champignons et pH
Les champignons peuvent modifier localement leur environnement en produisant :
acides organiques ;
CO₂ ;
métabolites divers.
Ces modifications peuvent influencer la solubilité de certains éléments.
Leur effet dépend fortement du contexte.
35. Champignons et minéraux
Certains champignons peuvent participer à l’altération des minéraux.
Ils peuvent notamment :
produire des acides organiques ;
complexer certains éléments ;
favoriser la libération de certains ions.
On retrouve alors un lien direct avec la pédogenèse étudiée au début du Tome 7.
36. Champignons et formation des sols
Le schéma général devient :
ROCHE ↓ALTÉRATION ↓MINÉRAUX ↓MICROORGANISMES ↓MATIÈRE ORGANIQUE ↓STRUCTURE DU SOL ↓ÉCOSYSTÈME
Les champignons participent à plusieurs étapes de cette transformation.
37. Les réseaux souterrains ne sont pas isolés
Un réseau mycélien peut rencontrer :
plusieurs racines ;
des débris organiques ;
des colonies bactériennes ;
des agrégats ;
des microarthropodes.
Il devient donc une interface entre plusieurs compartiments du sol.
38. Peut-on parler de communication entre arbres ?
La question est fascinante mais demande de la prudence.
Des expériences ont montré que les plantes peuvent échanger ou transférer certains composés et signaux via différents réseaux, notamment dans des systèmes mycorhiziens.
Mais les interprétations médiatiques du type :
« les arbres discutent entre eux grâce à Internet »
sont beaucoup trop simplistes.
Il faut parler plutôt de :
transferts de ressources, signaux et interactions biologiques médiés par des réseaux écologiques.
39. Une vision plus scientifique de la communication
On peut représenter :
PLANTE A │ ↓composés / signaux │ ↓RÉSEAU FONGIQUE │ ↓PLANTE B │ ↓réponse physiologique éventuelle
Mais la magnitude et la signification écologique de ces transferts doivent être démontrées pour chaque système.
40. Le champignon comme organisme distribué
Une caractéristique remarquable du mycélium est qu’il ne ressemble pas à un organisme centralisé.
Il est constitué d’un réseau de filaments en croissance.
Cette architecture permet :
exploration ;
croissance vers les ressources ;
réparation locale ;
redistribution interne ;
colonisation progressive du milieu.
Cette propriété intéresse directement l’ingénierie biologique.
41. Une architecture adaptative
Le réseau fongique peut être vu comme un système qui cherche continuellement :
ressources ;
eau ;
zones favorables ;
partenaires.
Il construit progressivement sa propre architecture.
Ressource A ● ╲ ╲ ╲ ●──────● Ressource B / / ● / ● Ressource C
Ce type d’architecture distribuée présente des analogies intéressantes avec certains réseaux techniques.
42. Champignons et ingénierie des écosystèmes
Dans la Vision Omakëya™, le champignon peut être considéré comme :
Un décomposeur
Il transforme la matière organique.
Un ingénieur du sol
Il contribue à certaines structures et agrégats.
Un explorateur
Il étend l’accès aux ressources.
Un symbiote
Il échange avec les racines.
Un régulateur
Il interagit avec d’autres microorganismes.
Un acteur du cycle du carbone
Il transforme et redistribue le carbone.
43. Mesurer les champignons
Plusieurs approches sont possibles.
Observation
mycélium visible ;
fructifications ;
colonisation racinaire.
Microscopie
observation des hyphes ;
observation des structures mycorhiziennes.
Biomasse
estimation de biomasse fongique ;
biomarqueurs spécifiques.
Biologie moléculaire
séquençage ;
métabarcoding ;
qPCR ;
métagénomique.
Fonctionnement
activité enzymatique ;
respiration ;
vitesse de décomposition.
44. Mesurer la mycorhization
Pour les mycorhizes, on peut notamment mesurer :
taux de colonisation racinaire ;
fréquence des structures mycorhiziennes ;
abondance de certains taxons ;
biomasse fongique ;
diversité des communautés.
Un simple :
« la plante possède des mycorhizes »
est donc beaucoup moins informatif qu’un diagnostic quantifié.
45. Construire un diagnostic fongique Omakëya™
Un protocole avancé pourrait comporter :
Niveau 1 — Sol
humidité ;
pH ;
texture ;
matière organique ;
température.
Niveau 2 — Observation
mycélium ;
fructifications ;
litière décomposée.
Niveau 3 — Racines
architecture ;
profondeur ;
colonisation mycorhizienne.
Niveau 4 — Activité
respiration ;
enzymes ;
décomposition.
Niveau 5 — Communauté
diversité fongique ;
groupes fonctionnels ;
interactions avec les bactéries.
46. Un indicateur fongique fonctionnel
Dans une future méthode Omakëya™, on pourrait suivre simultanément :
Indicateur
Ce qu’il renseigne
Biomasse fongique
quantité de champignons
Diversité
variété de la communauté
Colonisation racinaire
association plante–champignon
Activité enzymatique
potentiel de décomposition
Respiration
activité métabolique
Décomposition
transformation de la matière
Structure du sol
effet potentiel sur les agrégats
Nutrition végétale
fonctionnement de la symbiose
L’objectif ne serait pas de rechercher « beaucoup de champignons », mais :
un réseau fongique fonctionnel adapté au système.
47. Le réseau fongique dans l’écosystème Omakëya™
On peut maintenant intégrer les champignons au modèle général :
Cette boucle relie directement les trois grands axes du Tome 7 :
carbone — eau — fertilité.
49. Ce que l’ingénierie écologique doit éviter
Il serait dangereux de transformer les champignons en solution universelle.
Il ne faut pas conclure :
qu’il faut toujours inoculer des mycorhizes ;
que tous les champignons sont bénéfiques ;
que davantage de champignons signifie nécessairement meilleur sol ;
que le mycélium transporte toujours l’eau efficacement ;
que tous les arbres communiquent par les champignons ;
que les mycorhizes remplacent les bonnes pratiques agronomiques.
La bonne approche est :
diagnostiquer → comprendre → intervenir seulement si nécessaire → mesurer → ajuster.
50. Le principe Omakëya™
La Vision Omakëya™ peut ainsi considérer le réseau fongique comme une infrastructure biologique à préserver et à favoriser, plutôt qu’une ressource artificiellement ajoutée systématiquement.
Cela conduit à des pratiques cohérentes :
maintenir une couverture du sol ;
limiter les perturbations inutiles ;
conserver les racines vivantes ;
maintenir une diversité végétale ;
apporter de la matière organique adaptée ;
éviter les conditions de compaction ;
préserver les continuités biologiques ;
maintenir des conditions hydriques compatibles avec la vie du sol.
51. Les champignons constituent une infrastructure biologique majeure des sols.
Ils peuvent être :
saprophytes, lorsqu’ils décomposent la matière morte ;
parasites, lorsqu’ils exploitent un organisme vivant ;
symbiotiques, lorsqu’ils établissent des associations mutuellement bénéfiques ;
décomposeurs, lorsqu’ils transforment des molécules organiques complexes ;
architectes biologiques, lorsqu’ils participent à la structuration du sol ;
intermédiaires, lorsqu’ils relient racines, microorganismes et matière organique.
Leur véritable importance apparaît lorsque l’on cesse de les considérer comme des organismes isolés et que l’on observe leur réseau d’interactions.
Le sol vivant n’est pas seulement une matrice minérale habitée par des organismes : c’est un réseau d’organismes qui transforme continuellement la matrice elle-même.
Et ce réseau fongique constitue l’une des interfaces essentielles entre plantes, carbone, eau, minéraux et microorganismes.
CHAPITRE 10 — LES MYCORHIZES
L’alliance entre racines et champignons : architecture souterraine, nutrition minérale, eau, carbone et résilience climatique
Ce chapitre mérite d’être traité séparément du chapitre général sur les champignons, car il permettra d’approfondir :
Historique et évolution des mycorhizes
Mycorhizes arbusculaires
Ectomycorhizes
Autres formes de symbioses
Anatomie de la colonisation racinaire
Échanges carbone ↔ eau ↔ nutriments
Phosphore
Azote
Oligoéléments
Résilience à la sécheresse
Résilience thermique
Interactions avec les bactéries
Interactions entre plantes
Continuités mycorhiziennes dans les forêts
Effets de la fertilisation
Effets du travail du sol
Effets des pesticides
Inoculation : intérêt, limites et risques
Diagnostic de la mycorhization
Mesure de l’efficacité
Applications au jardin
Applications au verger
Applications à l’agroforesterie
Applications forestières
Mycorhizes et changement climatique
Modélisation dans le jumeau numérique Omakëya™
Conception d’un réseau racinaire–mycorhizien résilient
Ce chapitre permettra de passer d’une simple description de la biodiversité souterraine à une véritable ingénierie des symbioses végétales.
Les milliards d’ingénieurs invisibles : classification, fonctions, décomposition, fixation de l’azote, cycle du carbone et respiration
Après avoir étudié la biodiversité du sol dans son ensemble, il faut maintenant entrer dans l’un de ses compartiments les plus importants : le monde bactérien.
Les bactéries sont microscopiques, mais leur importance écologique est immense. Elles participent à pratiquement tous les grands cycles biogéochimiques et interviennent dans la transformation de la matière organique, la disponibilité des nutriments, la formation des agrégats, les interactions avec les racines et la respiration du sol.
Il serait toutefois incorrect de considérer les bactéries comme un groupe fonctionnel homogène.
Une bactérie n’est pas « une fonction » : les fonctions dépendent des espèces, des souches, des gènes, des conditions physico-chimiques et des interactions avec les autres organismes.
C’est cette diversité fonctionnelle que l’ingénierie des sols vivants doit chercher à comprendre.
1. Où placer les bactéries dans l’arbre du vivant ?
Les bactéries appartiennent au domaine des Bacteria.
Elles sont des organismes procaryotes : leur matériel génétique n’est pas enfermé dans un noyau cellulaire délimité comme chez les cellules eucaryotes.
Il faut distinguer :
Bacteria ;
Archaea ;
Eukaryota.
Les bactéries ne constituent donc qu’un des grands domaines du vivant.
2. Une cellule bactérienne
Une cellule bactérienne typique peut comprendre :
membrane plasmique ;
paroi cellulaire ;
cytoplasme ;
ribosomes ;
chromosome bactérien ;
plasmides éventuels ;
structures de mobilité selon les espèces ;
capsules ou autres enveloppes chez certaines espèces.
La simplicité apparente de la cellule ne signifie pas simplicité métabolique.
Certaines bactéries possèdent des capacités biochimiques extrêmement spécialisées.
3. Classification bactérienne
La classification moderne repose principalement sur :
phylogénie ;
comparaison des séquences génétiques ;
génomes ;
caractéristiques cellulaires ;
métabolisme ;
écologie.
Les bactéries sont réparties en nombreux phylums et lignées.
Parmi les groupes fréquemment rencontrés dans les sols, on trouve notamment :
Proteobacteria ;
Actinomycetota ;
Firmicutes ;
Acidobacteriota ;
Bacteroidota ;
Verrucomicrobiota ;
et de nombreux autres groupes.
Cette diversité est fondamentale.
4. Pourquoi la classification fonctionnelle est souvent plus utile
Pour l’agroclimatologie, connaître uniquement le nom taxonomique d’une bactérie n’est pas toujours suffisant.
On cherchera également à savoir :
Que fait-elle ?
On peut ainsi distinguer fonctionnellement :
bactéries décomposeuses ;
bactéries nitrifiantes ;
bactéries dénitrifiantes ;
bactéries fixatrices d’azote ;
bactéries solubilisant certains phosphates ;
bactéries oxydant ou réduisant certains composés du soufre ;
bactéries méthanotrophes ;
bactéries promotrices de croissance végétale ;
bactéries pathogènes ;
bactéries prédatrices ou antagonistes.
Une même communauté peut remplir plusieurs fonctions simultanément.
5. Une diversité métabolique exceptionnelle
Les bactéries peuvent utiliser des sources d’énergie et de carbone très différentes.
Certaines sont :
hétérotrophes ;
autotrophes ;
chimiotrophes ;
phototrophes ;
aérobies ;
anaérobies ;
facultatives.
Elles peuvent utiliser différents accepteurs d’électrons selon les conditions.
C’est l’une des raisons pour lesquelles les bactéries peuvent coloniser des environnements extrêmement différents.
6. Les bactéries dans les pores du sol
Une partie importante de la vie bactérienne se trouve :
dans les films d’eau ;
sur les surfaces minérales ;
autour des agrégats ;
dans la rhizosphère ;
sur les débris organiques.
La distribution est donc extrêmement hétérogène.
À l’échelle microscopique, un sol est constitué de milliers de microhabitats.
7. Le biofilm
Les bactéries peuvent se développer sous forme de biofilms.
Elles produisent alors une matrice extracellulaire composée notamment de polymères.
Cela peut :
favoriser l’adhésion aux surfaces ;
retenir l’eau ;
protéger les cellules ;
organiser une communauté microbienne.
Dans le sol, ces matrices participent à la complexité des surfaces biologiques.
8. Les bactéries et les agrégats
Certaines bactéries produisent des composés extracellulaires qui peuvent contribuer à l’adhésion de particules.
Le schéma conceptuel est :
Bactéries ↓substances extracellulaires ↓adhésion de particules ↓agrégats ↓architecture des pores
Il ne faut cependant pas attribuer toute la stabilité structurale aux bactéries : les champignons, racines, matière organique et organismes du sol jouent également des rôles majeurs.
9. La décomposition
L’une des fonctions fondamentales des bactéries est la décomposition de la matière organique.
Une feuille morte contient notamment :
cellulose ;
hémicelluloses ;
protéines ;
sucres ;
lipides ;
lignine ;
minéraux.
Les microorganismes transforment progressivement ces composés.
10. La décomposition n’est pas une simple combustion
Un sol ne peut pas être compris en étudiant séparément :
carbone ;
azote.
Les microorganismes ont besoin de carbone pour leur énergie et d’azote pour construire leur biomasse.
Le rapport C/N de la matière organique influence donc les processus de décomposition et d’immobilisation.
24. Immobilisation de l’azote
Lorsque les microorganismes décomposent une matière pauvre en azote, ils peuvent prélever de l’azote minéral dans la solution du sol pour fabriquer leur propre biomasse.
Cette boucle constitue l’un des fondements de la fertilité biologique.
26. Les bactéries nitrifiantes
Certaines bactéries et archées participent à la nitrification, processus d’oxydation de l’ammoniac/ammonium vers le nitrite puis le nitrate.
Schématiquement : NH4+→NO2−→NO3−
Ces transformations nécessitent généralement des conditions suffisamment oxygénées.
27. La dénitrification
Dans des conditions pauvres en oxygène, certains microorganismes peuvent utiliser des oxydes d’azote comme accepteurs d’électrons.
On peut schématiser : NO3−→NO2−→NO→N2O→N2
Cette voie peut retourner de l’azote vers l’atmosphère.
Elle peut également produire du N₂O, un puissant gaz à effet de serre.
28. L’eau contrôle donc le cycle de l’azote
Le lien avec l’hydrologie devient évident.
Sol bien aéré ↓conditions favorables à la nitrificationSol saturé ↓O₂ limité ↓conditions favorables à certains processus anaérobies ↓dénitrification possible
Le cycle de l’azote est donc intimement lié :
à la structure du sol + à l’eau + à l’oxygène.
29. Les bactéries et le phosphore
Certaines bactéries peuvent contribuer à la mobilisation du phosphore.
Elles peuvent notamment produire :
acides organiques ;
phosphatases ;
autres composés favorisant la libération de formes accessibles.
Cela peut augmenter la disponibilité du phosphore dans certaines conditions.
Mais là encore :
toutes les bactéries ne solubilisent pas le phosphore.
30. Les bactéries promotrices de croissance végétale
Certaines bactéries associées aux racines peuvent influencer la croissance végétale.
Elles peuvent notamment :
produire ou moduler des phytohormones ;
favoriser l’acquisition de nutriments ;
produire des sidérophores ;
modifier la rhizosphère ;
antagoniser certains pathogènes.
On regroupe certaines d’entre elles sous le terme :
PGPR — Plant Growth-Promoting Rhizobacteria.
31. Les sidérophores
Le fer est souvent peu disponible dans certains environnements.
Certaines bactéries produisent des molécules appelées sidérophores, capables de complexer fortement le fer.
Cela peut modifier sa disponibilité pour les microorganismes et, indirectement ou directement selon le système, les interactions avec les plantes.
32. Les bactéries et les maladies
Certaines bactéries sont pathogènes pour les plantes.
Elles peuvent provoquer :
pourritures ;
chancres ;
flétrissements ;
taches ;
autres maladies.
Mais le sol contient également de nombreuses bactéries antagonistes.
Certaines peuvent :
concurrencer les pathogènes ;
produire des métabolites inhibiteurs ;
modifier leur environnement ;
stimuler certaines défenses végétales.
33. La communauté bactérienne comme système de régulation
la formation et la transformation de la matière organique.
Et surtout :
leur activité dépend directement de l’eau, de l’oxygène, de la température, du carbone disponible, du pH et de la structure du sol.
C’est précisément ce qui fait des bactéries un élément central de l’agroclimatologie : elles constituent l’un des mécanismes par lesquels le climat et l’hydrologie se transforment en processus biologiques dans le sol.
46. Vers le chapitre suivant
Après les bactéries, il est logique d’étudier leur grand partenaire biologique :
CHAPITRE 9 — LES CHAMPIGNONS DU SOL
Mycélium, décomposition, mycorhizes, symbioses, architecture du sol et transfert du carbone
Nous pourrons notamment étudier :
classification des champignons ;
levures et moisissures ;
hyphes et mycélium ;
champignons saprophytes ;
champignons pathogènes ;
champignons mycorhiziens ;
ectomycorhizes ;
endomycorhizes / mycorhizes arbusculaires ;
réseau mycélien ;
décomposition de la lignine ;
stockage et transfert du carbone ;
interaction champignons–bactéries ;
interaction champignons–racines ;
rôle des champignons dans la structure des agrégats ;
rôle du réseau fongique dans l’exploration hydrique ;
diagnostic et mesure de l’activité fongique ;
et surtout le rôle du réseau mycorhizien dans la résilience hydrique des écosystèmes.
La vie sous nos pieds — biomasse, réseaux trophiques, diversité biologique et fonctionnement des sols vivants
Un sol peut sembler immobile.
À sa surface, il paraît parfois n’être qu’une masse minérale, brune, sèche ou humide. Pourtant, sous quelques centimètres carrés de terrain se trouve un monde biologique extraordinairement complexe.
Bactéries, champignons, racines, protozoaires, nématodes, collemboles, acariens, vers de terre, insectes et autres organismes interagissent en permanence.
Ils :
décomposent la matière organique ;
construisent les agrégats ;
recyclent les nutriments ;
déplacent les éléments minéraux ;
créent des galeries ;
régulent certaines populations ;
participent au stockage du carbone ;
modifient la circulation de l’eau ;
interagissent avec les racines.
Dans la Vision Omakëya™, la biodiversité du sol n’est donc pas un simple indicateur naturaliste.
Elle constitue une infrastructure biologique fonctionnelle.
1. Qu’appelle-t-on biodiversité du sol ?
La biodiversité pédologique désigne la diversité des organismes vivant dans le sol et dans ses interfaces :
racines ;
litière ;
horizons organiques ;
pores ;
agrégats ;
rhizosphère.
Elle comprend plusieurs dimensions.
Diversité taxonomique
Combien de groupes, espèces ou lignées sont présents ?
Diversité génétique
Quelle diversité existe à l’intérieur des populations ?
Diversité fonctionnelle
Combien de fonctions écologiques différentes sont assurées ?
Diversité trophique
Combien de niveaux et de réseaux alimentaires existent ?
Diversité spatiale
Comment la vie est-elle distribuée dans les différents horizons et microhabitats ?
Diversité temporelle
Comment cette communauté évolue-t-elle avec :
saisons ;
humidité ;
température ;
disponibilité alimentaire ;
perturbations ?
2. Un véritable écosystème souterrain
Le sol peut être représenté comme un écosystème à part entière :
On peut organiser la biodiversité souterraine en plusieurs ensembles.
Microorganismes
bactéries ;
archées ;
champignons ;
algues microscopiques ;
protistes.
Microfaune
protozoaires ;
nématodes ;
rotifères ;
organismes microscopiques divers.
Mésofaune
collemboles ;
acariens ;
petits arthropodes.
Macrofaune
vers de terre ;
larves ;
insectes ;
myriapodes ;
gastéropodes ;
arachnides.
Végétation souterraine
racines ;
radicelles ;
mycorhizes.
6. Les bactéries
Les bactéries constituent l’un des groupes les plus importants du fonctionnement microbiologique du sol.
Elles participent notamment :
décomposition ;
minéralisation ;
immobilisation des nutriments ;
transformation de l’azote ;
transformation du carbone ;
formation de substances extracellulaires ;
interactions avec les racines.
Certaines bactéries sont libres dans le sol.
D’autres vivent en association étroite avec les racines.
7. Les champignons
Les champignons constituent un autre pilier de l’écosystème souterrain.
Leur réseau d’hyphes :
explore les pores ;
décompose des composés complexes ;
participe à la formation des agrégats ;
transporte des ressources ;
interagit avec les racines.
Certains champignons sont décomposeurs.
D’autres sont pathogènes.
D’autres encore vivent en symbiose avec les plantes.
8. Les mycorhizes
Les mycorhizes établissent une association entre certains champignons et les racines.
La plante fournit notamment des composés carbonés au champignon.
En retour, le réseau fongique peut améliorer l’exploration du sol et l’acquisition de certains éléments et de l’eau selon les associations et les conditions.
Un nutriment peut parcourir de nombreux compartiments.
Par exemple :
ROCHE ↓MINÉRAL ↓SOLUTION DU SOL ↓RACINE ↓FEUILLE ↓LITIÈRE ↓MICROORGANISMES ↓FAUNE ↓DÉCOMPOSITION ↓SOLUTION DU SOL
Cette boucle est au cœur de la fertilité naturelle.
19. Le carbone comme monnaie énergétique
Dans beaucoup de réseaux souterrains, le carbone provenant de la photosynthèse constitue la principale source d’énergie.
La plante transforme :
CO₂ + énergie solaire
en matière organique.
Une partie de cette matière est ensuite :
stockée dans les tissus ;
transférée aux racines ;
exsudée dans la rhizosphère ;
transférée aux symbiotes ;
incorporée dans la matière organique du sol.
Le carbone relie donc :
atmosphère → plante → sol → microorganismes.
20. Les exsudats racinaires
Les racines libèrent dans leur environnement :
sucres ;
acides organiques ;
acides aminés ;
autres composés.
Ces exsudats nourrissent ou modulent certaines communautés microbiennes.
La plante agit donc comme une véritable source d’énergie distribuée dans le sol.
RACINE │ ┌─────────┼─────────┐ ↓ ↓ ↓ sucres acides autres organiques └─────────┼─────────┘ ↓ MICROBIOTE ↓ transformation des nutriments
21. La rhizosphère
La rhizosphère est la zone du sol directement influencée par les racines.
Elle se distingue du sol environnant par :
chimie ;
humidité ;
activité microbienne ;
disponibilité des nutriments ;
abondance de certains organismes.
Elle constitue donc un véritable microécosystème.
22. La diversité fonctionnelle
Deux sols peuvent contenir un nombre comparable d’organismes mais avoir des fonctionnements très différents.
La question importante devient alors :
Quelles fonctions sont présentes ?
Par exemple :
décomposition ;
fixation biologique de l’azote ;
mycorhization ;
prédation ;
fragmentation ;
agrégation ;
solubilisation du phosphore ;
détoxification ;
stockage du carbone.
La biodiversité fonctionnelle est donc particulièrement importante dans l’ingénierie des écosystèmes.
23. Redondance fonctionnelle
Plusieurs organismes peuvent réaliser des fonctions similaires.
Cette redondance peut augmenter la résilience.
Si une population diminue à cause :
d’une sécheresse ;
d’une chaleur extrême ;
d’une perturbation ;
d’autres organismes peuvent parfois maintenir une partie de la fonction.
On obtient :
Espèce A ─┐Espèce B ─┼→ fonction écologiqueEspèce C ─┘
C’est l’une des bases biologiques de la résilience.
24. Biodiversité et stabilité
Un système diversifié n’est pas automatiquement invulnérable.
Mais la diversité peut contribuer à :
multiplier les interactions ;
répartir les fonctions ;
créer de la redondance ;
améliorer la capacité d’adaptation ;
amortir certaines perturbations.
Il faut donc raisonner en termes de diversité + fonctions + contexte.
25. Biodiversité et structure du sol
La vie construit littéralement une partie de l’architecture du sol.
Racines ↓CanauxChampignons ↓Réseaux d'hyphesBactéries ↓Substances extracellulairesVers de terre ↓GaleriesMacrofaune ↓Fragmentation et mélange
Toutes ces actions modifient :
porosité ;
agrégation ;
infiltration ;
rétention d’eau ;
aération.
26. Biodiversité et hydrologie
Un sol biologiquement actif peut présenter une architecture poreuse complexe.
Cela peut influencer :
infiltration ;
stockage ;
drainage ;
redistribution de l’eau.
On peut donc établir le lien :
BIODIVERSITÉ ↓STRUCTURE ↓POROSITÉ ↓HYDROLOGIE ↓DISPONIBILITÉ DE L'EAU ↓RÉSILIENCE VÉGÉTALE
Ce lien sera central dans la partie consacrée à l’hydrologie régénérative.
27. Biodiversité et fertilité
La fertilité naturelle dépend en grande partie du recyclage biologique.
Un élément nutritif peut être :
immobilisé dans une biomasse ;
transformé ;
libéré ;
absorbé ;
transféré ;
stocké ;
remobilisé.
La biodiversité participe donc à la vitesse et à la continuité des cycles biogéochimiques.
28. Biodiversité et maladies
Le sol contient également des organismes pathogènes.
Mais la présence de nombreux organismes non pathogènes peut modifier :
compétition ;
prédation ;
occupation des niches ;
ressources disponibles ;
interactions avec les racines.
On parle parfois de résistance biologique ou de suppression biologique des maladies.
Il faut cependant éviter une simplification du type :
« plus de biodiversité = aucune maladie ».
Les interactions sont beaucoup plus complexes.
29. Les perturbations
La biodiversité du sol peut être affectée par :
labour intensif ;
compaction ;
pesticides ;
salinité ;
artificialisation ;
érosion ;
dessiccation prolongée ;
inondation ;
pollution ;
perte de matière organique.
Certaines perturbations sont temporaires.
D’autres peuvent entraîner une modification durable du fonctionnement du sol.
30. Sécheresse et vie du sol
La sécheresse ne tue pas nécessairement toute la communauté biologique.
Certains organismes peuvent :
entrer en dormance ;
former des structures résistantes ;
ralentir leur métabolisme ;
se déplacer vers des microhabitats plus favorables.
La réhumectation peut ensuite provoquer une reprise rapide de l’activité.
Ce phénomène fait partie des pulsations biogéochimiques liées aux cycles hydrologiques.
31. Le paradoxe de la réhumectation
Après une période sèche, le retour de l’eau peut provoquer une forte augmentation temporaire de l’activité microbienne.
On peut observer :
Sécheresse ↓activité réduite ↓réhumectation ↓forte reprise biologique ↓respiration accrue ↓libération de CO₂+transformation des nutriments
Cette dynamique doit être intégrée dans les modèles du carbone et de l’azote.
32. Mesurer la biodiversité du sol
Une approche scientifique peut combiner plusieurs niveaux.
Niveau 1 — Observation
présence de vers ;
galeries ;
litière ;
mycélium ;
racines ;
activité de décomposition.
Niveau 2 — Biomasse
biomasse microbienne ;
biomasse des vers ;
biomasse racinaire.
Niveau 3 — Diversité
nombre de taxons ;
richesse spécifique ;
diversité génétique.
Niveau 4 — Fonctionnement
respiration du sol ;
activité enzymatique ;
décomposition ;
minéralisation ;
respiration microbienne.
Niveau 5 — Biologie moléculaire
Selon les objectifs :
métabarcoding ;
séquençage ;
ADN environnemental ;
analyses métagénomiques.
33. Pourquoi compter les espèces ne suffit pas
Deux sites peuvent avoir :
100 taxons
mais des fonctions très différentes.
Un diagnostic complet doit donc combiner : Biodiversiteˊ=diversiteˊ taxonomique+diversiteˊ fonctionnelle+interactions+activiteˊ
Il faut distinguer :
présence
de :
activité
et de :
fonctionnement écologique.
34. La biomasse microbienne
La biomasse microbienne représente une fraction vivante relativement dynamique du carbone du sol.
Elle peut être utilisée comme indicateur de :
disponibilité de ressources ;
activité biologique ;
évolution d’un sol.
Mais elle ne suffit pas à elle seule.
Une biomasse importante ne garantit pas nécessairement une communauté fonctionnellement équilibrée.
35. La respiration du sol
La respiration du sol constitue un indicateur particulièrement intéressant.
Elle reflète principalement la production de CO₂ associée à :
respiration microbienne ;
respiration racinaire ;
activité des organismes du sol.
Elle dépend notamment :
température ;
humidité ;
disponibilité en carbone ;
oxygénation ;
saison.
36. Un indicateur dynamique
La respiration peut être suivie dans le temps :
CO₂ du sol │ │ /\ /\ │ / \ / \ │_____/ \___/ \____ └────────────────────────→ temps
Cela permet de détecter :
saisons biologiques ;
réponses aux pluies ;
sécheresses ;
effets d’un amendement ;
perturbations.
37. Un protocole Omakëya™ de diagnostic biologique
Pour un projet important, on pourrait établir un protocole en six niveaux.
Niveau A — Observation
Profil du sol et activité visible.
Niveau B — Faune
Comptage standardisé des organismes indicateurs.
Niveau C — Microbiologie
Biomasse et activité microbienne.
Niveau D — Racines
Densité et profondeur racinaire.
Niveau E — Champignons
Présence et activité mycorhizienne selon les objectifs.
Niveau F — Fonctionnement
Respiration, décomposition et flux de nutriments.
38. Cartographier la biodiversité
Un site ne doit pas nécessairement être considéré comme biologiquement homogène.
On peut établir une cartographie :
┌──────────────────────────────┐│ ZONE A ││ sol très vivant ││ ██████████████ ││ ││ ZONE B ││ compaction ││ ░░░░░░ ││ ││ ZONE C ││ forte matière organique ││ ████████████████ │└──────────────────────────────┘
Cette cartographie peut ensuite être croisée avec :
humidité ;
température ;
végétation ;
texture ;
compaction ;
production.
On commence alors à construire une véritable cartographie fonctionnelle du sol.
39. Vers le jumeau numérique biologique
Dans les tomes consacrés à l’ingénierie et à l’IA, on pourra aller beaucoup plus loin.
43. Les quatre niveaux de la biodiversité Omakëya™
Pour l’ingénierie d’un sol vivant, on peut retenir quatre niveaux :
1. Présence
Qui est là ?
2. Abondance
En quelle quantité ?
3. Activité
Que font-ils ?
4. Fonction
Quel effet produisent-ils sur l’écosystème ?
Cette dernière question est la plus importante pour le concepteur.
44. La biodiversité comme infrastructure fonctionnelle
La vie du sol n’est pas un élément décoratif ajouté à un système agricole.
Elle participe directement à :
la structure ;
l’infiltration ;
la rétention d’eau ;
la décomposition ;
la fertilité ;
le stockage du carbone ;
les cycles de l’azote et du phosphore ;
la santé des plantes ;
la résilience.
Le sol vivant peut donc être considéré comme un système biologique d’ingénierie, capable de construire, réparer et adapter en permanence une partie de sa propre architecture.
Plus qu’un support pour les plantes, le sol est un écosystème qui travaille pour elles.
La progression logique du Tome 7 est maintenant d’entrer dans les cycles qui font fonctionner cet écosystème :
CHAPITRE 8 — LES CYCLES BIOGÉOCHIMIQUES DU SOL
Carbone, azote, phosphore, soufre, potassium, calcium, magnésium et silicium
Nous pourrons y suivre chaque élément depuis son origine jusqu’à la plante, puis son retour au sol, avec :
réservoirs ;
flux ;
transformations microbiennes ;
immobilisation ;
minéralisation ;
lixiviation ;
volatilisation ;
absorption racinaire ;
stockage ;
pertes ;
effets du climat ;
rôle de l’eau ;
rôle de la matière organique ;
et surtout construire une méthode de bilan des cycles biogéochimiques applicable à un jardin, un verger, une ferme ou un territoire.
Les ingénieurs du sol : diversité, galeries, bioturbation, fertilité et régulation hydrologique
Les lombrics sont probablement parmi les organismes du sol les plus visibles et les plus facilement identifiables. Pourtant, leur importance écologique dépasse largement leur apparence.
Ils constituent une composante majeure de la macrofaune du sol et participent à des processus fondamentaux :
fragmentation de la matière organique ;
mélange des horizons ;
création de galeries ;
incorporation de matière organique ;
modification de la porosité ;
infiltration de l’eau ;
circulation de l’air ;
formation d’agrégats ;
redistribution des éléments minéraux ;
interactions avec les microorganismes.
Dans une approche d’ingénierie des écosystèmes, le lombric peut être considéré comme un ingénieur biologique du sol, mais cette expression doit être comprise au sens écologique : il modifie physiquement son environnement et crée des structures dont d’autres organismes peuvent bénéficier.
Un sol riche en lombrics n’est pas simplement un sol qui contient des vers : c’est potentiellement un sol dans lequel une multitude de processus physiques, biologiques et hydrologiques sont activement couplés.
1. Que sont réellement les lombrics ?
Les lombrics appartiennent au groupe des Annélides, et plus précisément aux vers de terre traditionnellement regroupés dans les Oligochètes terrestres.
Ils sont caractérisés par :
un corps segmenté ;
une symétrie bilatérale ;
une musculature longitudinale et circulaire ;
un système digestif complet ;
une respiration principalement cutanée ;
un système circulatoire fermé ;
une forte dépendance à l’humidité du milieu.
Le terme « ver de terre » désigne donc une grande diversité d’espèces, et non un organisme unique.
2. Il n’existe pas « une » espèce de lombric
Les sols peuvent héberger des communautés composées de plusieurs espèces présentant :
des tailles différentes ;
des profondeurs de vie différentes ;
des régimes alimentaires différents ;
des comportements différents ;
des cycles biologiques différents.
Cette diversité fonctionnelle est fondamentale.
Deux sols peuvent posséder la même biomasse totale de lombrics mais fonctionner très différemment si les espèces présentes n’occupent pas les mêmes niches écologiques.
3. La classification écologique en trois grands groupes
Dans la littérature écologique et agronomique, les lombrics sont souvent classés selon leur mode de vie plutôt que seulement selon leur taxonomie.
On distingue notamment :
épigés ;
endogés ;
anéciques.
Cette classification est particulièrement intéressante pour comprendre leurs fonctions dans le sol.
4. Les lombrics épigés
Les espèces épigées vivent principalement :
dans la litière ;
à la surface du sol ;
dans les matières organiques en décomposition ;
dans les composts ou accumulations de débris végétaux.
Elles sont généralement relativement petites et fortement associées à la matière organique fraîche.
5. Fonction des épigés
Les épigés participent surtout à :
fragmentation des feuilles ;
consommation de matière organique ;
accélération de sa transformation ;
production de déjections ;
alimentation de certains prédateurs.
Ils jouent donc un rôle important dans le premier étage de la décomposition.
Une partie de l’eau peut pénétrer rapidement par ces structures.
13. L’effet sur l’infiltration
L’impact hydrologique dépend de nombreux facteurs :
densité des galeries ;
continuité ;
stabilité ;
texture du sol ;
humidité ;
compaction ;
pente ;
intensité de la pluie.
Il est donc incorrect d’affirmer qu’une augmentation des lombrics entraîne systématiquement une augmentation proportionnelle de l’infiltration.
Mais dans certaines situations, leurs galeries constituent des voies préférentielles importantes.
14. Infiltration et ruissellement
Un sol compacté peut présenter une infiltration réduite.
La présence de macropores biologiques peut contribuer à augmenter certaines voies d’infiltration.
On peut donc obtenir :
SOL COMPACTÉ↓infiltration faible↓ruissellement élevé VSSOL STRUCTURÉ+MACROPORES BIOLOGIQUES↓infiltration accrue↓ruissellement potentiellement réduit
Mais la structure globale du sol reste déterminante.
15. Stockage de l’eau
Il faut distinguer :
infiltration
Entrée de l’eau dans le sol ;
stockage
Eau retenue dans les pores ;
drainage
Eau quittant le profil ;
évapotranspiration
Retour vers l’atmosphère.
Les lombrics influencent principalement la structure et les voies de circulation, et non directement la quantité totale d’eau que le sol peut retenir.
16. Réserve utile
La réserve utile dépend notamment :
texture ;
structure ;
profondeur ;
matière organique ;
capacité au champ ;
point de flétrissement.
Les lombrics peuvent modifier indirectement certaines propriétés structurales, mais ils ne transforment pas magiquement un sol sableux en sol argileux.
17. Bioturbation
Le terme fondamental est :
bioturbation.
La bioturbation correspond au déplacement et au mélange des matériaux du sol par les organismes vivants.
Les lombrics constituent parmi les agents les plus importants de cette bioturbation.
Ils déplacent :
particules minérales ;
matière organique ;
microorganismes ;
agrégats.
18. Le sol comme système mélangé
Un profil pédologique n’est donc pas totalement immobile.
L’activité biologique contribue à modifier continuellement l’architecture du réseau poreux.
27. Lombrics et racines
Les galeries peuvent constituer des chemins préférentiels pour certaines racines.
Une racine peut pénétrer plus facilement dans une galerie préexistante.
Cela peut favoriser :
profondeur racinaire ;
exploration du sol ;
accès à l’eau ;
accès aux nutriments.
Les racines et les lombrics peuvent donc construire successivement la structure du sol.
28. Une architecture coopérative
On peut imaginer :
LOMBRIC ↓GALERIE ↓RACINE ↓EXPLORATION ↓EXSUDATS RACINAIRES ↓MICROORGANISMES ↓STRUCTURE DU SOL
Cette boucle illustre parfaitement le caractère systémique d’un sol vivant.
29. Lombrics et carbone
Les lombrics participent au cycle du carbone en consommant et transformant de la matière organique.
Mais leur effet sur le stockage du carbone est complexe.
Ils peuvent :
favoriser la formation de certains agrégats ;
incorporer du carbone dans le sol ;
stimuler certaines activités microbiennes ;
accélérer certaines décompositions.
Le bilan carbone dépend donc du système.
30. Le piège du « ver de terre = stockage carbone »
Il serait scientifiquement incorrect de conclure :
« plus de vers = plus de carbone stocké ».
Les lombrics peuvent contribuer à certaines formes de stabilisation de la matière organique, mais ils peuvent aussi accélérer la décomposition et la respiration microbienne.
C’est cette architecture collective qui constitue le sol vivant.
52. Le principe fondamental
Un lombric n’est pas simplement un organisme qui « mange de la terre ».
Il transforme physiquement et biologiquement son environnement.
Il participe à :
la bioturbation
la formation de macropores
la redistribution de matière organique
la transformation des nutriments
la structuration du sol
la dynamique hydrologique
les interactions microbiennes
l’exploration racinaire.
53. Le lombric, ingénieur biologique du sol
Les lombrics représentent une forme remarquable d’ingénierie écologique distribuée.
Ils construisent sans plan :
des galeries ;
des pores ;
des agrégats ;
des interfaces biologiques ;
des voies de circulation de l’eau et de l’air.
Ils ne remplacent évidemment ni un drainage, ni une réserve d’eau, ni une gestion agronomique adaptée.
Mais ils peuvent contribuer à créer les conditions dans lesquelles ces fonctions apparaissent naturellement à l’échelle du sol.
La véritable leçon pour l’ingénierie Omakëya™ est donc :
Plutôt que de construire artificiellement toutes les infrastructures dont un sol a besoin, concevoir les conditions permettant aux organismes du sol de construire eux-mêmes une partie de cette infrastructure.
C’est précisément là que se rencontrent pédologie, biologie et hydrologie régénérative.
Et le lombric n’est qu’un des nombreux ingénieurs de cette infrastructure invisible : derrière lui se trouvent les bactéries, champignons, mycorhizes, collemboles, acariens, nématodes, protozoaires, racines et innombrables microorganismes qui seront à leur tour intégrés au modèle global du Tome 7.
Le rôle des mycorhizes ne consiste pas simplement à « fabriquer du phosphore ».
Elles peuvent améliorer l’acquisition de nutriments peu mobiles, notamment le phosphore, dans certaines associations et conditions.
15. La salinité
La salinité correspond à la présence de sels dissous à des concentrations susceptibles d’affecter le fonctionnement du sol et des plantes.
On rencontre notamment :
chlorures ;
sulfates ;
bicarbonates ;
sodium ;
calcium ;
magnésium.
La salinité est particulièrement importante dans :
régions arides ;
zones irriguées ;
terrains littoraux ;
zones à drainage insuffisant.
16. Pourquoi le sel est-il problématique ?
Le problème n’est pas seulement la toxicité de certains ions.
Une forte concentration en solutés diminue également le potentiel osmotique de la solution du sol.
La plante doit alors fournir davantage d’énergie pour absorber l’eau.
On peut avoir :
Sol humide ↓mais solution très salée ↓potentiel osmotique très faible ↓eau difficile à absorber ↓stress hydrique
C’est l’un des paradoxes majeurs des sols salins :
un sol peut contenir beaucoup d’eau et pourtant être physiologiquement sec pour la plante.
17. Mesurer la salinité
La conductivité électrique de l’extrait de sol ou de la solution du sol est couramment utilisée comme indicateur de salinité.
Elle est généralement exprimée en :
dS/m
La mesure doit cependant être interprétée avec :
la méthode d’extraction ;
la texture ;
l’humidité ;
la culture considérée ;
la composition ionique.
18. La sodicité
La sodicité concerne spécifiquement l’importance du sodium échangeable et ses effets sur les propriétés du sol.
Un sol sodique peut présenter :
dispersion des argiles ;
dégradation structurale ;
diminution de l’infiltration ;
augmentation du ruissellement ;
difficultés d’enracinement.
On doit donc distinguer :
salinité
et
sodicité.
Un sol peut être :
salin ;
sodique ;
salin-sodique ;
ni salin ni sodique.
19. Sodium et structure
Une simplification utile est :
CALCIUM ↓floculation plus favorableSODIUM ↓dispersion potentielle ↓pores obstrués ↓infiltration réduite
La réalité dépend toutefois de la minéralogie, de la concentration ionique et des propriétés de la solution du sol.
20. Le calcium comme outil de restauration
Dans certains sols sodiques, des amendements calciques, notamment le gypse dans certaines situations, peuvent être utilisés pour favoriser le remplacement du sodium échangeable par du calcium.
Mais cette intervention ne doit jamais être automatique.
Avant toute correction, il faut diagnostiquer :
EC ;
sodium échangeable ;
SAR/ESP selon les méthodes utilisées ;
CEC ;
texture ;
drainage ;
hydrologie.
On ne traite pas une salinité comme on traite une sodicité.
21. Les oligoéléments
Les plantes ont besoin de nombreux éléments en quantités relativement faibles.
Parmi les principaux oligoéléments :
fer ;
manganèse ;
zinc ;
cuivre ;
bore ;
molybdène ;
chlore ;
nickel.
Le fait qu’un élément soit nécessaire en faible quantité ne signifie pas qu’il soit secondaire.
22. Fer et chlorose
Le fer est un excellent exemple.
Un sol peut contenir beaucoup de fer total mais présenter une disponibilité insuffisante pour la plante.
Cela peut conduire à :
chlorose ferrique, notamment dans certaines conditions de pH élevé.
On comprend alors une distinction essentielle :
teneur totale ≠ disponibilité biologique.
23. Manganèse
Le manganèse intervient notamment dans :
fonctionnement enzymatique ;
photosynthèse ;
métabolisme végétal.
Sa disponibilité dépend fortement :
du pH ;
de l’oxygénation ;
de l’état d’oxydoréduction ;
de l’humidité.
Ainsi, l’hydrologie du sol modifie directement sa chimie.
24. Zinc
Le zinc intervient dans :
enzymes ;
régulation de croissance ;
métabolisme végétal.
Sa disponibilité dépend notamment :
du pH ;
de la matière organique ;
des carbonates ;
des argiles.
25. Cuivre
Le cuivre est un oligoélément essentiel.
Il peut être fortement retenu par :
matière organique ;
argiles ;
oxydes.
Son accumulation excessive peut cependant devenir toxique pour les organismes du sol.
C’est particulièrement important dans certains systèmes agricoles utilisant historiquement des produits cupriques.
26. Bore
Le bore intervient notamment dans :
croissance des tissus ;
développement reproducteur ;
intégrité des parois cellulaires.
Sa plage entre carence et toxicité peut être relativement étroite dans certaines situations.
Le raisonnement :
« plus d’éléments = plus de fertilité »
est donc faux.
27. Les nutriments : quantité totale contre disponibilité
Texture, structure, porosité et circulation de l’eau : comprendre la mécanique invisible du sol vivant
Après avoir étudié la naissance des sols, leurs horizons et leur diversité à l’échelle mondiale, il faut maintenant entrer dans leur fonctionnement physique.
Un sol n’est pas simplement un mélange de particules minérales.
C’est une architecture tridimensionnelle composée de :
particules solides ;
agrégats ;
pores ;
eau ;
air ;
matière organique ;
racines ;
organismes vivants.
Cette architecture détermine directement la manière dont le sol :
reçoit l’eau ;
la stocke ;
la transmet ;
la restitue aux plantes ;
laisse circuler l’air ;
résiste à la compaction ;
permet aux racines de progresser.
Dans la Vision Omakëya™, ces propriétés constituent donc les paramètres physiques fondamentaux de l’ingénierie hydropédologique.
1. Le sol : un milieu triphasique
On peut commencer par une représentation extrêmement simple.
Un sol contient trois phases principales :
SOL │ ┌─────────┼─────────┐ ↓ ↓ ↓ SOLIDE EAU AIR │ │ │ minéraux + solution atmosphère matière du sol du sol organique
La proportion de chacune de ces phases varie :
avec la texture ;
avec la structure ;
avec l’humidité ;
avec la compaction ;
avec la matière organique.
Un sol saturé peut contenir très peu d’air.
Un sol très sec contient davantage d’air dans ses pores.
Cette simple relation contrôle une grande partie de la biologie du sol.
2. Texture du sol
La texture décrit la proportion relative des différentes fractions granulométriques minérales.
On distingue principalement :
sable ;
limon ;
argile.
La texture est une propriété relativement stable à l’échelle humaine.
2.1. Le sable
Les particules sableuses sont relativement grandes.
Elles produisent généralement :
des macropores ;
une infiltration rapide ;
une faible cohésion ;
une faible capacité de rétention de l’eau par rapport aux particules fines.
Un sol sableux peut donc recevoir rapidement une pluie.
Mais l’eau peut également le traverser rapidement.
3. Le limon
Les limons occupent une position intermédiaire.
Ils peuvent contribuer à une bonne capacité de stockage de l’eau.
Mais les sols très limoneux peuvent être sensibles :
à la battance ;
à l’érosion ;
au tassement ;
à la dégradation structurale.
La présence de matière organique et une bonne couverture végétale sont donc particulièrement importantes.
4. L’argile
Les particules argileuses sont extrêmement fines.
Elles offrent une surface spécifique considérable.
Cela leur confère des propriétés importantes :
forte rétention d’eau ;
capacité d’échange cationique souvent importante selon les minéraux ;
cohésion ;
faible conductivité hydraulique lorsqu’elles sont très compactes ou mal structurées.
Mais attention :
un sol qui contient beaucoup d’eau n’est pas nécessairement un sol qui fournit beaucoup d’eau aux plantes.
Une partie de l’eau peut être retenue très fortement par la matrice du sol.
5. La texture ne suffit pas
Deux sols ayant exactement la même texture peuvent avoir des comportements radicalement différents.
Cette relation doit cependant être utilisée avec prudence lorsque le sol contient beaucoup de matière organique ou des matériaux particuliers.
15. La compaction
La compaction correspond à une diminution de la porosité, généralement accompagnée d’une augmentation de la densité apparente.
Elle peut être provoquée par :
engins agricoles ;
véhicules ;
piétinement ;
travaux ;
stockage de matériaux ;
passage répété ;
travail du sol dans de mauvaises conditions hydriques.
16. Pourquoi la compaction est-elle dangereuse ?
Elle peut réduire :
infiltration ;
diffusion de l’oxygène ;
enracinement ;
activité biologique ;
stockage accessible de l’eau.
Elle peut également favoriser :
ruissellement ;
stagnation ;
érosion.
Un cercle vicieux peut alors apparaître :
Compaction ↓moins de pores ↓moins d'infiltration ↓plus de ruissellement ↓érosion ↓perte de sol
17. La compaction en profondeur
Il faut distinguer :
Compaction superficielle
Souvent liée au passage et au travail du sol.
Compaction profonde
Potentiellement beaucoup plus difficile à corriger.
Une couche compacte à 30–50 cm peut devenir une véritable barrière pour :
racines ;
eau ;
air.
Dans un projet d’arbre ou de forêt-jardin, cette information peut modifier complètement la stratégie de plantation.
18. La pierrosité
La pierrosité correspond à la proportion d’éléments grossiers présents dans le sol.
On peut trouver :
graviers ;
cailloux ;
pierres ;
blocs.
La pierrosité influence directement le volume de terre réellement disponible.
19. Pourquoi les cailloux ne sont pas nécessairement négatifs
Une forte charge en éléments grossiers peut :
réduire le volume de terre fine ;
diminuer certaines réserves en eau ;
compliquer le travail du sol.
Mais elle peut également :
favoriser le drainage ;
limiter certaines formes de compaction ;
créer des habitats ;
modifier le régime thermique.
Dans certains terroirs viticoles, les éléments grossiers jouent même un rôle important dans les échanges thermiques et hydriques.
Il faut donc raisonner en fonction du contexte.
20. La capacité au champ
La capacité au champ correspond à une teneur en eau du sol après drainage gravitaire relativement rapide suivant un épisode d’humectation, dans des conditions définies.
Elle représente approximativement l’état dans lequel :
les macropores sont largement vidés ;
une partie importante des pores reste remplie d’eau.
La valeur dépend :
de la texture ;
de la structure ;
de la matière organique ;
de la profondeur ;
de la méthode de mesure.
Elle est souvent exprimée en :
fraction volumique ;
% volumique ;
mm d’eau par unité de profondeur.
21. Le point de flétrissement permanent
Le point de flétrissement permanent correspond conventionnellement à une teneur en eau à laquelle une plante de référence ne parvient plus à extraire suffisamment d’eau pour éviter un flétrissement persistant.
Il est généralement associé à un potentiel hydrique conventionnel d’environ :
−1,5 MPa
pour la définition classique utilisée en pédologie/agronomie.
Mais cette valeur n’est pas une frontière biologique universelle.
Les plantes diffèrent fortement dans leur capacité à extraire l’eau.
22. La réserve utile
La réserve utile (RU) représente approximativement la quantité d’eau du sol disponible pour les plantes entre une limite supérieure proche de la capacité au champ et une limite inférieure proche du point de flétrissement.
On peut la représenter simplement par : RU≈θCC−θPF
pour une unité de volume de sol.
Pour une profondeur donnée : RUprofil≈(θCC−θPF)×Z
En pratique, il faut tenir compte des horizons successifs, de la pierrosité et de la profondeur réellement accessible aux racines.
23. La réserve utile n’est donc pas uniquement une propriété de la texture
Deux sols peuvent avoir une texture similaire mais une RU très différente.
Par exemple :
SOL ATexture similaire+profil profond+bonne structure+peu de cailloux ↓RU élevéeSOL BTexture similaire+profil peu profond+forte pierrosité+compaction ↓RU beaucoup plus faible
C’est pourquoi une simple analyse granulométrique est insuffisante pour dimensionner un système végétal.
24. La réserve facilement utilisable
Dans la pratique agronomique, on distingue souvent la réserve utile totale de la fraction que la plante peut exploiter sans subir un stress hydrique significatif.
Cette fraction dépend :
de l’espèce ;
de la profondeur racinaire ;
de la demande climatique ;
de la vitesse d’extraction ;
de la distribution de l’eau dans le profil.
Une plante adaptée à la sécheresse peut exploiter une partie de l’eau qu’une autre plante ne pourrait plus mobiliser.
25. La conductivité hydraulique
La conductivité hydraulique caractérise la capacité d’un milieu poreux à transmettre l’eau sous l’effet d’un gradient hydraulique.
Elle dépend fortement :
de la texture ;
de la structure ;
de la saturation ;
de la connectivité des pores ;
de la compaction ;
de la matière organique ;
des macropores biologiques.
26. Conductivité hydraulique saturée et non saturée
Il faut distinguer :
Conductivité hydraulique saturée
Le sol est pratiquement saturé en eau.
On note généralement : Ks
Conductivité hydraulique non saturée
Le sol contient simultanément de l’eau et de l’air.
La conductivité devient alors fortement dépendante de la teneur en eau ou du potentiel matriciel.
On peut avoir :
Sol très humideK élevée ↓Dessèchement ↓K diminue fortement ↓Sol très secK très faible
Cette non-linéarité est fondamentale pour comprendre les sécheresses.
27. La loi de Darcy
Le déplacement de l’eau dans un milieu poreux est souvent décrit à partir de la loi de Darcy.
Sous une forme simplifiée : q=−Kdzdh
avec :
q = flux d’eau ;
K = conductivité hydraulique ;
h = charge hydraulique ;
z = coordonnée verticale.
Cette équation constitue l’une des bases de l’hydrologie des sols.
Elle sera approfondie dans le chapitre consacré à l’hydrologie du sol.
28. Pourquoi l’eau peut-elle circuler très vite dans certains sols ?
Comprendre, classer et cartographier la diversité pédologique de la planète
Après avoir appris à lire un profil pédologique, il faut maintenant changer d’échelle.
Un sol n’est jamais seulement « argileux », « calcaire », « sableux » ou « fertile ». Ces qualificatifs décrivent certaines de ses propriétés, mais ils ne suffisent pas à caractériser l’ensemble de son fonctionnement.
À l’échelle mondiale, les sols présentent une extraordinaire diversité liée à :
la roche ou au matériau parental ;
au climat ;
au relief ;
à la végétation ;
aux organismes ;
à l’hydrologie ;
au temps ;
aux activités humaines.
Pour comparer cette diversité, les pédologues ont développé des systèmes de classification internationaux.
Les deux grandes références à connaître sont notamment :
la WRB — World Reference Base for Soil Resources ;
la Soil Taxonomy de l’USDA.
À cela s’ajoutent les grandes bases et cartes de référence de la FAO, ainsi que les systèmes nationaux, notamment les référentiels utilisés en France.
1. Pourquoi classer les sols ?
Imaginez une carte mondiale sur laquelle chaque sol serait simplement décrit par son nom local.
La comparaison deviendrait rapidement impossible.
La classification permet de répondre à plusieurs questions :
Quel est le type de sol ?
Comment s’est-il formé ?
Quelles sont ses propriétés dominantes ?
Où se rencontre-t-il ?
Comment se comporte-t-il vis-à-vis de l’eau ?
Quelle est sa fertilité potentielle ?
Quelles contraintes présente-t-il ?
Quels usages sont possibles ?
Comment évoluera-t-il sous changement climatique ?
La classification constitue donc un langage commun entre pédologues.
2. Attention : texture, matériau parental et type de sol ne sont pas synonymes
Cette distinction est fondamentale.
Dire :
« C’est un sol argileux »
ne donne pas nécessairement son type pédologique.
De même :
« C’est un sol calcaire »
ne constitue pas une classification complète.
Et :
« Ce sol vient du granite »
décrit principalement son matériau parental.
On peut donc avoir :
MATÉRIAU PARENTAL ↓MINÉRALOGIE ↓TEXTURE ↓STRUCTURE ↓PROCESSUS PÉDOGÉNÉTIQUES ↓HORIZONS ↓TYPE DE SOL
Cette distinction sera essentielle dans toute démarche de diagnostic.
3. Les grandes familles de classification
Trois références doivent particulièrement être distinguées.
FAO
La FAO a joué un rôle historique majeur dans la cartographie et la classification mondiale des sols.
Elle a notamment développé les anciennes cartes mondiales des sols et contribué à établir une terminologie internationale.
WRB
La World Reference Base for Soil Resources est aujourd’hui l’un des principaux systèmes internationaux de classification des sols.
Elle est portée par l’Union internationale des sciences du sol et soutenue notamment par la FAO.
USDA Soil Taxonomy
Le système américain de Soil Taxonomy, développé par le USDA, constitue une autre classification pédologique majeure.
Ces systèmes ne sont pas strictement identiques.
Un même sol peut donc être nommé différemment selon le système de classification utilisé.
4. La WRB : un langage international
La WRB classe les sols selon leurs propriétés et horizons diagnostiques.
Elle fonctionne notamment autour de groupes de référence et de qualificatifs permettant de préciser leurs caractéristiques.
Parmi les grands groupes de référence WRB, on trouve notamment :
Chernozems ;
Kastanozems ;
Phaeozems ;
Cambisols ;
Luvisols ;
Acrisols ;
Ferralsols ;
Podzols ;
Gleysols ;
Histosols ;
Regosols ;
Leptosols ;
Fluvisols ;
Andosols ;
Vertisols ;
Solonchaks ;
Solonetz ;
Arenosols ;
Calcisols ;
Gypsisols ;
Durisols ;
Planosols ;
Stagnosols.
La liste complète et la nomenclature détaillée dépendent de l’édition du référentiel utilisée.
5. Pourquoi les noms semblent parfois complexes
Un nom pédologique international peut sembler difficile à première vue.
Mais il encode une information.
Il peut renseigner sur :
l’hydromorphie ;
l’accumulation d’argile ;
les carbonates ;
la matière organique ;
la salinité ;
la minéralogie ;
l’âge ou le degré d’évolution ;
certains horizons diagnostiques.
La classification est donc une sorte de code scientifique du fonctionnement du sol.
6. La Soil Taxonomy de l’USDA
Le système américain adopte une structure hiérarchique :
Ordre ↓Sous-ordre ↓Grand groupe ↓Sous-groupe ↓Famille ↓Série
Les douze grands ordres sont :
Alfisols
Andisols
Aridisols
Entisols
Gelisols
Histosols
Inceptisols
Mollisols
Oxisols
Spodosols
Ultisols
Vertisols
Cette classification est particulièrement détaillée et permet une caractérisation fine des sols.
7. FAO : de la cartographie mondiale à la science des sols
La FAO a joué un rôle historique dans la production et la diffusion d’informations mondiales sur les ressources en sols.
Les premières grandes cartes mondiales ont permis de faire apparaître la distribution géographique des grands ensembles pédologiques.
Aujourd’hui, l’information pédologique mondiale repose sur des ensembles de données beaucoup plus riches combinant :
observations de terrain ;
cartes historiques ;
télédétection ;
modèles numériques de terrain ;
bases analytiques ;
SIG ;
apprentissage automatique.
8. Les sols français
La France présente une diversité pédologique exceptionnelle.
Elle combine notamment :
grandes plaines alluviales ;
bassins sédimentaires ;
massifs granitiques ;
massifs métamorphiques ;
zones volcaniques ;
reliefs montagneux ;
plateaux calcaires ;
zones littorales ;
zones humides.
Il est donc impossible de parler d’« un sol français ».
9. Les sols développés sur limons
Les limons sont des particules minérales de taille intermédiaire entre les sables et les argiles.
Les sols limoneux peuvent présenter :
Avantages
bonne capacité de stockage d’eau dans certaines conditions ;
potentiel agronomique élevé ;
travail du sol relativement facile lorsqu’ils sont bien structurés.
Risques
battance ;
érosion ;
tassement ;
sensibilité à la dégradation structurale.
Un sol limoneux nu sous pluie intense peut donc devenir extrêmement vulnérable.
10. Les sols argileux
Les argiles constituent une fraction minérale très fine.
Mais « argileux » ne signifie pas automatiquement « mauvais drainage ».
Tout dépend :
du type d’argiles ;
de la structure ;
de la porosité ;
de la matière organique ;
de la compaction ;
de la profondeur ;
du régime hydrique.
Certains sols argileux peuvent stocker beaucoup d’eau.
Mais une partie de cette eau peut être fortement retenue et donc difficilement disponible pour les plantes.
11. Les Vertisols : des sols argileux particulièrement particuliers
Les Vertisols sont caractérisés notamment par des teneurs importantes en argiles à comportement de gonflement-rétraction.
Ils peuvent présenter :
fissures importantes en période sèche ;
gonflement lors de l’humectation ;
mouvements verticaux ;
mélange interne des horizons.
Ils constituent un excellent exemple du lien entre :
Les sols calcaires contiennent des quantités significatives de carbonates.
Ils sont fréquents dans de nombreuses régions françaises.
Le calcaire influence :
pH ;
disponibilité de certains nutriments ;
structure ;
activité biologique ;
hydrologie ;
végétation.
La présence de calcium peut également favoriser certaines formes de structuration du sol.
13. Sols sur granite
Les matériaux granitiques donnent généralement naissance à des sols contenant une proportion importante de matériaux sableux ou limono-sableux, selon l’altération et les conditions locales.
On peut observer :
arènes granitiques ;
sables grossiers ;
graviers ;
sols acides dans certaines situations ;
faible réserve utile lorsque le profil est très drainant et peu profond.
Mais là encore :
granite ≠ un seul type de sol.
Le climat, la végétation et la topographie modifient profondément le résultat.
14. Sols sur schistes
Les schistes peuvent produire des matériaux très différents selon :
leur composition ;
leur degré d’altération ;
leur structure ;
leur position topographique.
Les sols peuvent être :
peu profonds ;
caillouteux ;
acides ou plus neutres selon la roche ;
sensibles à l’érosion sur certaines pentes.
Le paysage schisteux est donc un excellent exemple de l’interaction :
géologie + relief + eau + végétation.
15. Les sols alluviaux
Les sols alluviaux se développent sur des matériaux déposés par les cours d’eau.
Ils peuvent présenter une forte variabilité verticale.
Un profil peut par exemple contenir :
A : limon↓sable↓graviers↓argile↓sable grossier↓graviers
Chaque couche correspond potentiellement à un épisode hydrosédimentaire différent.
Ces sols peuvent être très productifs mais leur fonctionnement hydrologique dépend fortement :
de la rivière ;
de la nappe ;
de la texture ;
de la topographie ;
des crues.
Les Fluvisols constituent un groupe important de référence dans la WRB pour certains sols associés aux matériaux alluviaux.
16. Les sols volcaniques
Les matériaux volcaniques peuvent produire des sols présentant des propriétés très particulières.
Les Andosols sont notamment associés à des matériaux volcaniques et présentent souvent :
forte porosité ;
faible densité apparente ;
forte capacité de rétention de certains éléments ;
propriétés particulières vis-à-vis de l’eau ;
forte sensibilité aux changements d’usage dans certaines situations.
Ils montrent parfaitement qu’un sol ne peut être compris uniquement à partir de sa texture.
17. Les sols sableux
Les sols sableux présentent généralement :
macroporosité importante ;
infiltration rapide ;
faible capacité de stockage par unité de volume par rapport à de nombreux sols fins ;
faible cohésion.
Ils peuvent donc être :
Très perméables
mais :
relativement pauvres en réserve facilement accessible
si la profondeur est faible et la texture très grossière.
C’est un point fondamental en agroclimatologie :
infiltrer beaucoup d’eau ne signifie pas nécessairement stocker beaucoup d’eau.
18. Les sols limoneux
Ils se situent dans une zone intermédiaire de texture.
Ils peuvent avoir une réserve en eau importante mais présentent souvent une sensibilité particulière :
à la battance ;
à l’érosion ;
au tassement.
La structure et la matière organique deviennent alors déterminantes.
19. Les sols argileux
Ils possèdent une grande quantité de particules fines.
Ils peuvent présenter :
forte capacité de rétention ;
faible conductivité hydraulique lorsqu’ils sont massifs ;
forte cohésion ;
phénomènes de gonflement ;
retrait ;
fissuration.
La relation entre eau totale et eau disponible pour la plante doit toujours être analysée.
20. Les sols organiques
Les Histosols de la WRB et les Histosols de la Soil Taxonomy sont associés à des accumulations importantes de matière organique dans certaines conditions.
Les tourbières constituent un exemple majeur.
Elles peuvent stocker des quantités considérables de carbone.
Mais leur drainage peut provoquer :
oxydation de la matière organique ;
affaissement ;
émissions de CO₂ ;
modification du régime hydrologique.
La restauration hydrologique devient alors un enjeu climatique majeur.
21. Les sols hydromorphes
Certains sols connaissent des périodes de saturation en eau suffisamment importantes pour produire des caractéristiques diagnostiques liées aux conditions réductrices.
Ils peuvent présenter :
engorgement ;
couleurs particulières ;
taches d’oxydation ;
faible disponibilité en oxygène.
Ils sont particulièrement importants pour comprendre les :
zones humides ;
prairies humides ;
fonds de vallées ;
plaines alluviales.
22. Les Gleysols
Les Gleysols constituent un groupe de référence WRB associé à des conditions hydriques réductrices proches de la surface ou dans le profil.
Ils illustrent parfaitement la relation :
sol ↔ eau ↔ oxygène ↔ microbiologie.
Un changement du niveau de la nappe peut donc transformer profondément le fonctionnement biologique du sol.
23. Les Leptosols
Les Leptosols sont généralement caractérisés par une faible profondeur sur roche dure ou par une forte présence de matériaux rocheux selon les critères du système.
Ils sont fréquents dans :
reliefs ;
montagnes ;
terrains fortement érodés.
Leur faible profondeur peut limiter :
réserve en eau ;
enracinement ;
stockage de carbone.
Mais ils peuvent néanmoins présenter une forte valeur écologique.
24. Les Cambisols
Les Cambisols correspondent à des sols présentant un certain degré de développement pédologique sans satisfaire aux critères de nombreux groupes plus fortement différenciés.
Ils sont très largement représentés dans le monde.
Ils constituent un bon rappel :
un sol n’a pas besoin d’être extrêmement ancien ou très complexe pour être fonctionnel.
25. Les Luvisols
Les Luvisols présentent notamment une accumulation d’argiles dans un horizon subsuperficiel.
Ils sont particulièrement intéressants pour comprendre :
lessivage → transfert d’argiles → accumulation.
Ils permettent donc de relier directement les horizons E et B aux flux d’eau.
26. Les Ferralsols
Les Ferralsols sont caractéristiques de nombreux environnements tropicaux très altérés.
Ils présentent généralement :
forte altération ;
minéraux secondaires très évolués ;
abondance d’oxydes de fer et d’aluminium ;
faible proportion de minéraux facilement altérables.
Ils montrent qu’un sol peut être extrêmement ancien et profondément altéré tout en ayant des propriétés agronomiques particulières.
27. Les Podzols
Les Podzols sont particulièrement associés à certains environnements acides, souvent sous végétations où les conditions favorisent des processus de podzolisation.
Un profil typique peut présenter :
O↓A↓E très clair↓B enrichi↓C
Le contraste entre l’horizon E et le B peut être spectaculaire.
28. Les Chernozems
Les Chernozems sont parmi les sols les plus célèbres pour leur horizon de surface riche en matière organique.
Ils se développent notamment dans des environnements de prairies tempérées à semi-arides.
Ils peuvent présenter :
horizon superficiel sombre ;
importante activité biologique ;
forte fertilité potentielle.
Ils constituent un exemple emblématique de l’interaction :
Les classifications FAO/WRB et USDA Soil Taxonomy permettent de partager un langage scientifique.
Mais pour l’ingénierie agroclimatique, la classification n’est que le point de départ.
Le nom du sol permet de l’identifier. Ses propriétés permettent de le comprendre. Son fonctionnement permet de le concevoir.
C’est précisément à cette étape que le Tome 7 doit aller plus loin : après avoir identifié les grands sols du monde, il faut maintenant comprendre comment leur texture, leur structure, leur porosité et leur matière organique déterminent leur capacité à retenir, transmettre et restituer l’eau.
Le prochain niveau de lecture sera donc la physique du sol : texture → structure → porosité → eau → racines → vie.
