PÉDOLOGIE ET GÉOLOGIE — Comprendre le sol pour comprendre le vivant

De la roche mère à l’humus : la science des sols comme fondation de l’Agroclimatologie et de la Vision Omakëya™

Le sol est probablement l’une des infrastructures les plus sous-estimées d’un écosystème.

Il porte les plantes, stocke l’eau, échange des nutriments, abrite une extraordinaire diversité biologique, participe au cycle du carbone, filtre certains polluants, ralentit les écoulements et constitue l’interface entre la géologie, l’hydrologie, la biosphère et l’atmosphère.

Pourtant, deux parcelles séparées de quelques dizaines de mètres peuvent présenter des comportements radicalement différents.

L’une peut rester fraîche plusieurs jours après une pluie.

L’autre peut devenir sèche en quelques heures.

L’une peut être facile à travailler.

L’autre peut devenir compacte et asphyxiante.

L’une peut infiltrer rapidement l’eau.

L’autre peut produire du ruissellement.

L’une peut soutenir une végétation luxuriante.

L’autre peut présenter une végétation clairsemée.

La différence n’est pas nécessairement la quantité de pluie.

Elle peut être cachée sous nos pieds.

Le sol est un système hydrologique, biologique, chimique et mécanique.

Et pour concevoir les écosystèmes résilients de demain, il faut donc commencer par comprendre sa formation, sa géologie, sa texture, sa structure, sa porosité et son fonctionnement biologique.

I. LE SOL : UNE INTERFACE ENTRE LA ROCHE, L’EAU, L’AIR ET LE VIVANT

Un sol n’est pas simplement de la « terre ».

C’est un système multiphasique comprenant principalement :

une phase minérale ;
une phase organique ;
une phase aqueuse ;
une phase gazeuse ;
une composante biologique.

On peut le représenter ainsi :

                    ATMOSPHÈRE
                        │
                pluie / rayonnement
                        ↓
             ┌──────────────────┐
             │     VÉGÉTATION   │
             └──────────────────┘
                        │
                    RACINES
                        ↓
        ┌───────────────────────────┐
        │            SOL            │
        │                           │
        │ minéraux + matière org.   │
        │ eau + air + organismes    │
        └───────────────────────────┘
             ↓       ↓        ↓
          NAPPE    ROCHES   ATMOSPHÈRE

Le sol constitue donc une interface.

Il relie :

géosphère

↕

hydrosphère

↕

biosphère

↕

atmosphère.

II. LA FORMATION DES SOLS

1. Un sol est le résultat d’une histoire

Un sol ne naît pas instantanément.

Il résulte de l’action combinée de plusieurs facteurs :

matériau parental ;
climat ;
organismes vivants ;
relief ;
temps ;
activités humaines.

Une représentation classique peut être résumée par :S=f(R,C,O,Rl,T,H)

où, conceptuellement :

R = roche ou matériau parental ;
C = climat ;
O = organismes ;
Rl = relief ;
T = temps ;
H = influence humaine.

Cette relation n’est pas une équation de calcul universelle, mais une manière de rappeler que le sol est le résultat d’une interaction de facteurs.

2. L’altération des roches

La formation du sol commence notamment par l’altération des matériaux géologiques.

Trois grands mécanismes peuvent être distingués.

Altération physique

La roche se fragmente sans modification majeure de sa composition chimique.

Elle peut être provoquée par :

variations thermiques ;
gel-dégel ;
abrasion ;
pression ;
activité biologique.

Altération chimique

Les minéraux sont transformés par des réactions avec :

l’eau ;
l’oxygène ;
le CO₂ ;
les acides organiques.

Altération biologique

Les organismes participent également à la fragmentation et à la transformation des matériaux.

Les racines peuvent pénétrer les fissures.

Les microorganismes produisent des composés chimiques.

Les animaux remanient le matériau.

La pédogenèse devient ainsi une interaction géologique et biologique.

III. LES ROCHES MÈRES

3. Pourquoi la géologie est essentielle

La roche mère ou le matériau parental influence fortement les caractéristiques initiales du sol.

Mais attention :

un sol n’est pas simplement la roche mère réduite en poudre.

Au cours de la pédogenèse, les transformations chimiques, physiques et biologiques peuvent produire des matériaux très différents de la roche initiale.

La géologie constitue néanmoins une information fondamentale pour comprendre le potentiel pédologique.

4. Granite

Le granite est une roche magmatique riche notamment en :

quartz ;
feldspaths ;
micas.

Son altération peut contribuer à la formation de matériaux relativement riches en éléments sableux et limoneux, selon les conditions.

Les sols issus de matériaux granitiques peuvent présenter des comportements hydrologiques très variables.

Tout dépend notamment :

du degré d’altération ;
de la pente ;
de la profondeur ;
de la texture ;
de la teneur en matière organique ;
du drainage.

5. Calcaire

Les roches calcaires sont principalement constituées de carbonate de calcium, avec des compositions variables.

Elles donnent fréquemment naissance à des sols présentant une influence calcaire importante.

On peut rencontrer :

sols calcaires ;
sols bruns calcaires ;
rendzines ou sols calcimorphes dans certains contextes ;
sols décarbonatés lorsque la pédogenèse a suffisamment évolué.

Le calcaire influence notamment :

le pH ;
la disponibilité de certains éléments ;
la structure ;
les communautés biologiques ;
la végétation potentielle.

6. Schiste

Les schistes regroupent différentes roches à structure feuilletée.

Leur altération peut produire des matériaux riches en éléments fins, mais le comportement dépend fortement de la nature exacte du schiste et de son degré d’altération.

La présence de plans de schistosité peut également influencer :

le drainage ;
les circulations préférentielles ;
la stabilité des pentes.

7. Basalte

Le basalte est une roche volcanique riche notamment en minéraux ferromagnésiens et plagioclases.

Son altération peut produire des sols particulièrement riches en minéraux secondaires et, dans certains contextes climatiques, des sols très fertiles.

Les propriétés finales dépendent toutefois fortement :

du climat ;
du drainage ;
de l’âge du sol ;
de l’altération ;
de la matière organique.

IV. DES ROCHES AUX PARTICULES

La fragmentation et la transformation des matériaux donnent naissance à des particules de tailles différentes.

Trois catégories sont fondamentales pour comprendre la texture :

Sables

Particules relativement grossières.

Limons

Particules intermédiaires.

Argiles

Particules extrêmement fines.

Ces trois fractions ne doivent pas être confondues avec les agrégats.

Un sol peut être constitué de particules fines mais présenter une structure très poreuse.

V. LA TEXTURE DU SOL

8. La texture : la composition granulométrique

La texture correspond essentiellement aux proportions relatives de :

sable ;
limon ;
argile.

Elle constitue une propriété relativement stable à l’échelle d’un projet, même si elle peut évoluer très lentement sous l’effet de la pédogenèse et de certains processus anthropiques.

9. Sable

Les sols sableux présentent généralement :

une forte macroporosité ;
une infiltration potentiellement rapide ;
une faible capacité de rétention en eau par rapport aux sols plus fins ;
une bonne aération lorsqu’ils ne sont pas compactés.

Mais « sableux » ne signifie pas nécessairement « pauvre ».

La fertilité dépend aussi :

de la matière organique ;
de la CEC ;
du pH ;
des nutriments ;
de l’activité biologique.

10. Argile

Les argiles possèdent des particules extrêmement fines.

Elles peuvent présenter :

une forte capacité de rétention d’eau ;
une forte surface spécifique ;
une capacité d’échange cationique souvent importante, selon les minéraux argileux ;
une sensibilité à la compaction ;
des variations de volume dans certains sols.

Mais une forte rétention d’eau ne signifie pas automatiquement :

eau facilement disponible pour les plantes.

Une partie de l’eau peut être retenue avec une force telle que les racines ne peuvent plus l’extraire efficacement.

11. Limons

Les limons occupent une position intermédiaire.

Ils peuvent présenter :

une bonne capacité de stockage ;
une sensibilité à la battance ;
une sensibilité à l’érosion ;
une structure facilement dégradée en cas de mauvais fonctionnement du sol.

Un sol limoneux nu et travaillé intensivement peut donc évoluer très différemment d’un sol limoneux couvert et biologiquement actif.

VI. LA STRUCTURE : LA GRANDE DIFFÉRENCE ENTRE TEXTURE ET FONCTIONNEMENT

Deux sols peuvent avoir exactement la même texture et pourtant fonctionner très différemment.

Pourquoi ?

Parce que les particules peuvent être organisées différemment.

C’est la structure du sol.

Les particules peuvent être assemblées en agrégats.

Entre ces agrégats se développent des pores.

On obtient alors une architecture tridimensionnelle.

PARTICULES
   ↓
AGRÉGATS
   ↓
STRUCTURE
   ↓
RÉSEAU DE PORES
   ↓
EAU + AIR + RACINES

C’est ici qu’apparaît une distinction fondamentale :

La texture décrit les matériaux ; la structure décrit leur organisation.

VII. LA POROSITÉ

12. Le sol comme réseau de réservoirs

La porosité représente la proportion de volume occupée par les pores.

On peut l’exprimer par :n=VtVp

avec :

n = porosité ;
Vp = volume des pores ;
Vt = volume total.

Mais toutes les porosités ne jouent pas le même rôle.

13. Macropores et micropores

Macropores

Ils permettent notamment :

circulation rapide de l’eau ;
circulation de l’air ;
drainage ;
développement des racines.

Micropores

Ils participent davantage :

au stockage de l’eau ;
à la rétention capillaire ;
aux échanges entre eau et matrice du sol.

Un sol fonctionnel possède donc généralement une distribution de tailles de pores permettant simultanément :

infiltration ;
drainage ;
stockage ;
respiration ;
enracinement.

VIII. COMPACTION

14. Le sol compacté

La compaction réduit généralement le volume des pores et modifie leur connectivité.

Elle peut être provoquée par :

engins agricoles ;
véhicules ;
piétinement ;
travail du sol dans de mauvaises conditions ;
stockage ;
passage répété.

Ses conséquences peuvent inclure :

diminution de l’infiltration ;
réduction de l’aération ;
augmentation du ruissellement ;
limitation des racines ;
modification de l’activité biologique.

15. La compaction et le climat

Un sol compacté devient particulièrement problématique dans un contexte climatique extrême.

Pendant une pluie intense :

infiltration réduite → ruissellement accru → érosion potentielle.

Pendant une sécheresse :

enracinement limité → accès réduit aux réserves → stress hydrique accru.

On retrouve donc un lien direct entre :

pédologie + hydrologie + agroclimatologie.

IX. LA CAPACITÉ D’ÉCHANGE CATIONIQUE — CEC

16. Une propriété chimique fondamentale

La CEC mesure la capacité du sol à retenir et échanger des cations.

Elle est généralement exprimée en :cmolc/kg

Elle dépend notamment :

des argiles ;
de leur nature minéralogique ;
de la matière organique ;
du pH.

Les principaux cations concernés comprennent notamment :

Ca2+ ;
Mg2+ ;
K+ ;
Na+;
NH4+.

17. Pourquoi la CEC est importante

Un sol possédant une CEC élevée peut avoir une capacité importante à retenir certains nutriments sous forme échangeable.

Mais :

CEC élevée ≠ fertilité automatique.

Il faut également considérer :

le pH ;
la saturation en bases ;
les teneurs réelles en éléments ;
les formes chimiques ;
la disponibilité pour les plantes ;
l’activité biologique ;
les conditions hydriques.

X. MATIÈRE ORGANIQUE

18. La matière organique : moteur multifonctionnel

La matière organique du sol comprend des matériaux à différents stades de transformation :

résidus végétaux ;
racines mortes ;
exsudats ;
biomasse microbienne ;
composés organiques transformés ;
humus au sens pédologique.

Elle influence :

structure ;
stabilité des agrégats ;
rétention d’eau ;
CEC ;
activité biologique ;
cycle du carbone ;
disponibilité de certains nutriments.

19. Carbone et sol

Le sol constitue un immense réservoir de carbone.

Le carbone entre notamment sous forme :

de biomasse végétale ;
de racines ;
d’exsudats ;
de débris organiques.

Puis il est transformé par les organismes du sol.

Une partie retourne à l’atmosphère sous forme de CO2.

Une autre partie peut être stabilisée dans le sol.

La dynamique est donc :

ATMOSPHÈRE
    ↓
PHOTOSYNTHÈSE
    ↓
PLANTES
    ↓
RACINES / LITIÈRE
    ↓
MICROORGANISMES
    ↓
MATIÈRE ORGANIQUE DU SOL
    ↓
┌───────────────┐
│ CO2           │ ← respiration / décomposition
│               │
│ CARBONE SOL   │ ← stabilisation
└───────────────┘

XI. HUMUS : ATTENTION AUX SIMPLIFICATIONS

Le terme « humus » est utilisé dans différents contextes avec des significations parfois simplifiées.

Dans une approche scientifique moderne, il est préférable de considérer le sol comme un continuum de matières organiques transformées et stabilisées plutôt que comme un simple réservoir d’une substance uniforme appelée « humus ».

La stabilisation du carbone peut notamment être associée :

à la protection physique dans les agrégats ;
aux interactions avec les minéraux ;
à la formation de composés organiques relativement persistants.

La matière organique n’est donc pas seulement une réserve de nutriments.

Elle participe à l’architecture physique du sol.

XII. POURQUOI DEUX SOLS VOISINS STOCKENT-ILS DES QUANTITÉS D’EAU TRÈS DIFFÉRENTES ?

Étude de cas Omakëya™

Imaginez deux parcelles distantes de seulement 50 mètres.

Elles reçoivent exactement la même pluie :P=30mm

Pourtant, après trois jours :

Sol A : humide

Sol B : très sec

Pourquoi ?

20. Première différence : la texture

Supposons :

Sol A

Texture limono-argileuse.

Sol B

Texture sableuse.

Le sol A peut retenir davantage d’eau.

Le sol B peut présenter une infiltration et un drainage plus rapides.

Mais ce n’est que le début.

21. Deuxième différence : la structure

Supposons maintenant que les deux sols aient une texture proche.

Le Sol A possède :

agrégats stables ;
macropores ;
micropores ;
racines ;
vers de terre ;
matière organique.

Le Sol B est compacté.

La quantité totale de particules minérales peut être similaire.

Mais leur organisation est radicalement différente.

22. Troisième différence : la matière organique

Le Sol A possède davantage de matière organique stable et active.

Elle contribue notamment à :

l’agrégation ;
la capacité de rétention ;
la porosité ;
l’activité biologique.

Le Sol B possède moins de matière organique.

Sa structure est plus fragile.

23. Quatrième différence : les racines

Le Sol A possède un réseau racinaire profond.

        ARBRE
          │
          │
     ─────┼─────
       RACINES
     ╱  │ │  ╲
    ╱   │ │   ╲
   ↓    ↓ ↓    ↓
 ─────────────────
       SOL

Les racines peuvent :

créer des pores ;
exploiter plusieurs horizons ;
améliorer la cohésion de certains sols ;
favoriser des voies préférentielles d’infiltration.

24. Cinquième différence : la faune du sol

Les organismes du sol peuvent modifier profondément son architecture.

Les vers de terre, par exemple, créent des galeries.

Ces galeries peuvent devenir des voies préférentielles pour :

l’eau ;
l’air ;
les racines.

Les microorganismes contribuent à la formation et à la stabilisation d’agrégats.

Le sol vivant devient donc une infrastructure biologique de circulation de l’eau.

25. Sixième différence : la compaction

Un sol compacté peut avoir moins de pores fonctionnels.

Même s’il contient une certaine quantité totale d’eau, cette eau peut être :

mal distribuée ;
difficilement accessible ;
insuffisamment oxygénée ;
associée à une mauvaise croissance racinaire.

La notion de stock d’eau doit donc être complétée par celle d’eau disponible.

XIII. STOCK TOTAL ≠ EAU DISPONIBLE

C’est un point essentiel en agroclimatologie.

Une partie de l’eau du sol est fortement retenue par la matrice.

Une autre partie est facilement accessible aux racines.

On peut définir approximativement la réserve utile par :RU≈(θCC−θPF)Z

où :

θCC = teneur en eau à la capacité au champ ;
θPF = teneur en eau correspondant à une limite de disponibilité choisie ;
Z = profondeur explorée par les racines.

Les valeurs précises et la définition opérationnelle dépendent du contexte pédologique et agronomique.

XIV. LA PROFONDEUR DU SOL

Deux sols de même texture peuvent encore stocker des quantités très différentes d’eau.

Pourquoi ?

Parce que l’un fait :30cm

de profondeur utile et l’autre :150cm.

La capacité totale de stockage dépend donc également de l’épaisseur réellement exploitable.

Un arbre possédant un système racinaire profond peut accéder à un volume de sol beaucoup plus important qu’une plante superficielle.

XV. LA PENTE ET LA POSITION TOPOGRAPHIQUE

La topographie influence également le sol.

Sur un sommet :

érosion potentielle ;
sol parfois plus mince ;
drainage différent.

Sur un versant :

transfert de matériaux ;
ruissellement ;
érosion ;
colluvionnement.

En bas de pente :

accumulation ;
matériaux plus fins ;
humidité potentiellement supérieure.

Ainsi, deux sols géologiquement proches peuvent devenir pédologiquement très différents en raison de leur position dans le paysage.

XVI. LE SOL COMME BATTERIE HYDRIQUE

Une métaphore utile pour la Vision Omakëya™ consiste à comparer le sol à une batterie hydraulique biologique.

Un sol fonctionnel peut :

Charger

avec :

pluie ;
irrigation ;
remontées capillaires.

Stocker

dans :

pores ;
agrégats ;
matière organique ;
horizons profonds.

Distribuer

vers :

racines ;
organismes ;
nappes.

Décharger

par :

transpiration ;
évaporation ;
drainage ;
écoulement.

Mais comme une batterie, sa capacité dépend de son architecture.

XVII. TEXTURE VS STRUCTURE : TABLEAU DE SYNTHÈSE

Propriété	Texture	Structure
Nature	granulométrie	organisation des particules
Évolution	relativement lente	plus facilement modifiable
Dépend notamment	sable, limon, argile	agrégats, matière organique, activité biologique
Influence infiltration	importante	très importante
Influence stockage	importante	très importante
Influence aération	indirecte	majeure
Influence racines	indirecte	majeure
Peut être améliorée rapidement ?	très peu	parfois oui

Cette distinction est fondamentale pour l’ingénierie des sols.

XVIII. LE SOL COMME INFRASTRUCTURE CLIMATIQUE

Le sol n’est pas seulement une infrastructure hydrologique.

Il participe également au fonctionnement thermique du paysage.

L’eau contenue dans le sol possède une capacité thermique importante.

Un sol humide et un sol sec ne réagissent donc pas exactement de la même manière aux apports énergétiques.

L’eau disponible permet également à la végétation de maintenir une certaine transpiration lorsque les conditions le permettent.

On obtient une boucle :

EAU DU SOL
    ↓
RACINES
    ↓
TRANSPIRATION
    ↓
FLUX DE CHALEUR LATENTE
    ↓
REFROIDISSEMENT
    ↓
MICROCLIMAT

Le sol devient ainsi un composant du génie climatique végétal.

XIX. PÉDOLOGIE + HYDROLOGIE + BOTANIQUE

La conception d’un écosystème ne peut donc pas choisir une plante indépendamment du sol.

Il faut croiser :

Pédologie

Quel est le sol ?

Géologie

D’où vient-il ?

Hydrologie

Comment l’eau y circule-t-elle ?

Botanique

Quelles espèces peuvent y prospérer ?

Climatologie

Quelle demande climatique subiront-elles ?

Écologie

Quelles interactions peuvent être créées ?

XX. LA FICHE PÉDOLOGIQUE OMAKËYA™

Pour chaque projet, on pourrait établir une véritable fiche technique du sol :

Paramètre	Mesure / information
Roche mère	granite / calcaire / schiste / basalte…
Texture	sable / limon / argile
Structure	grumeleuse / massive / polyédrique…
Profondeur	cm
Porosité	%
Densité apparente	g/cm³
Compaction	faible / moyenne / forte
pH	valeur
CEC	cmolc/kg
Matière organique	%
Carbone organique	mesure
Conductivité hydraulique	m/s
Capacité au champ	% volumique
Point de flétrissement	% volumique
Réserve utile	mm
Activité biologique	indicateurs
Enracinement	profondeur
Hydromorphie	éventuelle
Nappe	profondeur / variation
Érosion	risque

Cette fiche devient la carte d’identité fonctionnelle du sol.

XXI. DU DIAGNOSTIC À LA CONCEPTION

Une fois le sol compris, les choix d’aménagement changent.

Un sol très sableux peut nécessiter une stratégie différente d’un sol argileux.

Un sol hydromorphe ne doit pas être traité comme un sol drainant.

Un sol compacté peut nécessiter une restauration avant toute plantation intensive.

Un sol superficiel sur roche peut imposer une sélection végétale spécifique.

Un sol profond et fertile peut au contraire permettre une architecture végétale beaucoup plus ambitieuse.

XXII. LA VISION OMAKËYA™ : NE PLUS LUTTER CONTRE LE SOL

Une approche conventionnelle consiste souvent à modifier fortement le terrain pour l’adapter aux plantes souhaitées.

L’approche Omakëya™ inverse progressivement la logique :

comprendre le sol → identifier ses capacités → choisir les plantes et les usages adaptés → améliorer progressivement son fonctionnement.

Le sol devient alors un partenaire de conception.

XXIII. LE SOL DU FUTUR

Face au changement climatique, les sols devront assurer simultanément plusieurs fonctions :

stocker l’eau ;
infiltrer les pluies intenses ;
soutenir la végétation pendant les sécheresses ;
stocker du carbone ;
maintenir la biodiversité ;
limiter l’érosion ;
nourrir les plantes ;
amortir les températures.

Cette polyvalence en fait probablement l’une des infrastructures les plus importantes des paysages du XXIᵉ siècle.

Comprendre un sol, c’est finalement comprendre une architecture invisible.

Sous quelques mètres carrés se trouvent :

des minéraux ;
des pores ;
de l’eau ;
de l’air ;
des racines ;
des microorganismes ;
de la matière organique ;
des nutriments ;
des flux hydrauliques ;
des échanges gazeux ;
du carbone.

La roche mère fournit une partie des matériaux.

Le climat accélère ou ralentit les transformations.

L’eau transporte.

Les plantes construisent.

Les microorganismes transforment.

Les animaux remanient.

La matière organique stabilise certaines structures.

Et le temps assemble progressivement l’ensemble.

C’est pourquoi deux sols voisins peuvent stocker des quantités d’eau radicalement différentes.

La différence peut venir de la texture, mais aussi de la structure, de la porosité, de la matière organique, de la compaction, de la profondeur, des racines, de la faune, de la topographie et de la géologie.

Le véritable réservoir d’eau d’un jardin n’est donc pas nécessairement sa cuve.

Il peut être sous ses pieds.

Cette idée constitue l’un des fondements de la Vision Omakëya™ :

Avant de chercher à apporter davantage d’eau à un paysage, cherchons d’abord à comprendre pourquoi son sol ne sait pas la conserver, l’infiltrer, la redistribuer ou la rendre disponible.

Car un sol correctement diagnostiqué et biologiquement fonctionnel peut devenir simultanément :

réservoir hydraulique

support racinaire
filtre
réacteur biologique
stock de carbone
réserve nutritive
régulateur thermique
infrastructure de résilience climatique.

Comprendre le sol, c’est donc commencer à comprendre l’écosystème tout entier.