HYDROMORPHES (SOLS)

HYDROMORPHES (SOLS)

En pédologie, l’hydromorphie désigne un ensemble de processus résultant de l’action de l’eau envisagée comme facteur principal d’évolution des sols. Sont considérés comme hydromorphes les sols dont la genèse est dominée par un excès d’eau saturant la totalité des pores, de façon permanente ou temporaire sur la totalité ou la plus grande partie du profil. La saturation des pores, qui entraîne un déficit prolongé en oxygène, peut se traduire soit sous forme d’eau libre (nappe phréatique liée à un cours d’eau, nappe «perchée» due à une couche imperméable peu profonde), soit par imbibition de la porosité fine (cas des sols où dominent les phénomènes de capillarité). L’origine et la durée de présence de la nappe conditionnent les processus de décomposition de la matière organique et la dynamique du fer, entraînant ainsi la formation d’horizons caractéristiques et la différenciation des profils. La mise en valeur de ces sols implique l’élimination préalable de l’excès d’eau et peut nécessiter des travaux d’aménagements importants.

Horizons de diagnostic

Les principaux horizons caractéristiques des sols hydromorphes sont soit des horizons minéraux, soit des horizons organiques (cf. figure).

Horizons minéraux

L’horizon de pseudogley (g), horizon à engorgement périodique où se produit une alternance de réduction et d’oxydation avec redistribution du fer, est caractérisé soit par la présence de taches rouille et/ou de concrétions, enduits ferro-manganiques noirâtres, dans un horizon de couleur beige clair (A^2g), soit par la présence de bandes verticales ou obliques (les «glosses») de teintes claires ou bleutées, à bordure rouilleuse, dans un horizon de couleur générale ocre avec parfois aussi des niveaux de concrétions (B^g).

L’horizon de gley (G) est un horizon à engorgement relativement prolongé où les phénomènes de réduction l’emportent sur les phénomènes d’oxydation. Il est caractérisé par des teintes dominantes grises, verdâtres ou bleutées, de chroma égal ou inférieur à 2 (Munsell Soil Color Charts ).

Horizons organiques

L’horizon fibrique (tourbe fibreuse) est formé de matériaux organiques d’aspect roux, non décomposés, contenant, pour plus des deux tiers, des fibres ayant en majorité plus de 1 millimètre, résistantes à la pression.

L’horizon saprique (tourbe altérée) est constitué de matériaux organiques d’aspect noir, hautement décomposés, comportant, dans une proportion de moins d’un tiers, des fibres cassantes.

L’anmoor est un horizon de surface constitué d’un mélange intime de matière organique bien humifiée et de matière minérale. La structure est compacte, plastique et collante.

L’hydromor est un horizon de surface séparé de l’horizon minéral et caractérisé par l’importance de la matière organique non décomposée. Il se subdivise en trois couches: A⁰⁰, F, H, cette dernière étant de couleur noire et de consistance plastique.

L’hydromoder est un horizon de surface présentant une couche A⁰ de faible épaisseur passant sans limite nette à un horizon A¹, foncé, épais, avec juxtaposition de la matière organique et de la matière minérale.

L’hydromull est un horizon de surface A¹, humifère, épais, très bien structuré, présentant une liaison entre la matière organique et la matière minérale.

Origine et formes de l’excès d’eau

En fonction des caractéristiques propres au sol (nature et distribution de l’espace poral) et des facteurs du milieu (nature du substrat géologique, climat, topographie, végétation...), les causes de l’hydromorphie peuvent être diverses:

– Présence d’une nappe phréatique. Elle fluctue plus ou moins dans le profil, mais elle est peu mobile latéralement. L’hydromorphie est alors due à la remontée de la nappe assez près de la surface. Suivant le pH de la nappe (caractère acide, neutre ou alcalin), sa minéralisation (teneur en sels), les phénomènes d’oxydo-réduction et de mobilisation du fer sont variables. L’amplitude d’oscillation de la nappe conditionne l’humification du sol. En particulier, lorsque les oscillations sont faibles ou nulles, que la nappe est très réductrice, il y a formation de tourbe. Cette forme d’excès d’eau se rencontre essentiellement dans les basses plaines alluviales, les plaines littorales, les deltas... ainsi que, plus localement, en positions déprimées et de zones sourceuses (tourbières).

– Présence d’une nappe perchée d’origine pluviale. Le cas le plus général correspond aux nappes perchées temporaires acides situées dans les sols en position de plateaux, pentes faibles, terrasses alluviales, etc. Lors des épisodes pluvieux, lorsque le bilan hydrique P - ETP (pluie - évapotranspiration potentielle) est positif, l’eau météorique en excès s’infiltre dans les sols pour former une nappe d’eau libre au contact d’une couche très peu perméable (diminution brutale de la porosité non capillaire). Cette couche, pouvant apparaître entre 0,30 m et 1,50 m de profondeur, peut être formée d’un horizon pédologique (horizon d’accumulation en argile des sols lessivés, fragipan ou couche limoneuse très tassée) ou d’un niveau géologique (argile à silex, granite, etc.). Suivant le climat, la topographie, la durée de la nappe est plus ou moins grande (de quelques semaines à plusieurs mois).

En région très humide, en montagne notamment, et pour des situations topographiques déprimées (cuvettes), la nappe perchée, alimentée également par les eaux de ruissellement, peut avoir un caractère permanent ou quasi permanent.

– Saturation par imbibition capillaire prolongée. Dans certains sols argileux, mis à part l’horizon de surface à porosité grossière, l’espace poral est essentiellement constitué de pores très fins dans lesquels les phénomènes d’écoulement gravitaire sont très réduits en période humide (gonflement). Dans ces conditions, l’eau en excès sature cette microporosité sans qu’il y ait apparition d’eau libre. Cette situation se rencontre en particulier en position de plateau ou de coteau sur des formations géologiques très argileuses.

Processus fondamentaux de genèse

Suivant la forme de l’excès d’eau dans le sol, sa position dans le profil, sa durée et sa mobilité, il apparaît des conditions d’anaérobiose plus ou moins complète et plus ou moins permanente qui ont une action sur la décomposition de la matière organique et la dynamique du fer.

Processus affectant la matière organique

L’évolution normale de la matière organique se fait par deux processus fondamentaux, l’un, essentiellement biologique, de décomposition de la matière fraîche en des éléments relativement simples, l’autre, à la fois physico-chimique et biologique, de synthèse de composés humiques.

Dans le cas des sols hydromorphes, seuls quelques micro-organismes peuvent subsister en raison des conditions d’anaérobiose du pédoclimat qui influencent la décomposition: des bactéries anaérobies spécifiques attaquent la cellulose et les hémicelluloses en donnant des produits gazeux (CO², H²) ou solubles, tels que certains acides organiques qui peuvent intervenir dans la complexation du fer ou être transformés en gaz (par exemple en méthane) grâce à d’autres fermentations. La lignine, par contre, subit une décomposition très lente.

À l’opposé de la décomposition, l’humification en milieu anaérobie est très réduite par suite de la faible activité des micro-organismes et de la transformation à l’état gazeux de la plupart des produits d’attaque des celluloses. La lignine donne en faible quantité des substances peu polymérisées.

Une anaérobiose permanente se traduit donc par l’accumulation de débris végétaux riches en lignine (tourbes) et par la formation d’acides fulviques qui jouent un rôle dans la complexation du fer.

L’alternance d’aérobiose et d’anaérobiose accélère les processus de minéralisation et favorise l’humification par polymérisation en phase sèche des composés organiques solubles formés en phase humide (anmoor, hydromor, hydromoder, hydromull).

Processus affectant le fer

Réduction et oxydation

Dans un sol aéré, le fer est principalement sous forme oxydée. La présence d’une nappe dépourvue d’oxygène dissous entraîne la réduction du fer. La durée de la réduction dépend de celle de la phase d’asphyxie du pédoclimat. Quand le milieu s’aère à nouveau (disparition de l’eau), le fer se réoxyde et précipite en taches de teinte rouille et en concrétions. Une nappe qui circule reste aérée et ne provoque pas le phénomène de réduction.

Mobilisation

Le fer réduit peut être soit insoluble en milieu neutre ou alcalin – Fe(OH)² ou FeC³ de couleur verdâtre –, soit soluble en milieu acide, sous forme de Fe(OH)² ou de complexes organo-ferreux. On sait que le pouvoir complexant des composés organiques est faible en milieu riche en calcium. Dans ce cas, la solubilisation du fer réduit se produit quand l’eau de la nappe est riche en C² dissous; il se forme alors des produits solubles tels que Fe(HCO³)².

La migration du fer ferreux en solution varie selon l’origine de l’excès d’eau. Dans le cas d’une nappe phréatique (gley), cette migration est uniquement ascendante. Elle se produit sous l’effet de l’évaporation lorsque la nappe est à son niveau le plus bas dans le profil: le fer ferreux ainsi transporté dans un milieu aéré précipite en donnant un horizon de gley oxydé (Go) qui surmonte le gley réduit (Gr) de la nappe.

Lorsque la nappe est superficielle et temporaire (pseudogley), la migration a lieu sur de courtes distances dans toutes les directions. Il se produit une ségrégation du fer qui se traduit par une alternance de taches de couleur rouille ou de concrétions (fer réoxydé) et de taches grisâtres appauvries en fer (g). Dans certaines situations, la totalité du fer de l’horizon peut être mobilisée et entraînée, ce phénomène aboutissant à une décoloration totale de l’horizon.

Processus affectant d’autres constituants chimiques

Le manganèse subit une évolution voisine de celle du fer auquel il est associé dans l’oxydation sous forme de concrétions noires ferro-manganiques.

Le calcaire est mis en solution sous forme de Ca(HCO³)², avec reprécipitation en milieu aéré sous forme de CaC³.

Caractères de quelques profils

On retiendra trois profils caractéristiques d’hydromorphie de nature différente.

Sols tourbeux

Les caractères du profil peuvent varier avec la nature du dépôt. On donnera à titre d’exemple un profil observé dans les marais à carex et à sphaignes du haut Doubs.

L’horizon supérieur (0 à 30 cm) est subdivisé en deux sous-horizons: le plus superficiel (0 à 15 cm) est caractérisé par sa couleur brun-noir, alors que le plus profond (15 à 30 cm) présente le type fibrique déjà décrit, avec une teneur en matière organique de 75 p. 100. L’horizon inférieur (30 à 90 cm) est de type saprique, brun-noir; il contient 80 p. 100 de matière organique. L’horizon minéral est situé au-delà de 90 centimètres. Il est gleyifié, de texture argileuse. Le plan d’eau est observé à 15 centimètres.

Sols à gley peu profond

Le profil type comprend trois horizons. L’horizon A¹ humifère présente une teneur et une nature de matière organique (anmoor, hydromoder, hydromull) variables selon le type. L’horizon Go est caractérisé par la précipitation d’oxydes ferriques (taches ou concrétions de teinte rouille sur fond gris); il correspond à la zone de battement de la nappe phréatique; cet horizon n’existe pas lorsque les conditions asphyxiantes sont très accentuées. L’horizon Gr est l’horizon de gley déjà décrit; il est situé au niveau le plus bas de la nappe, mais à profondeur variable d’un sol à l’autre.

Pseudogleys

On rencontre successivement: l’horizon A¹, à humus de type hydromoder ou moder; l’horizon g, ou horizon de pseudogley caractéristique à taches et concrétions; l’horizon (B)g, présentant une structure prismatique et des taches blanches disposées en bandes verticales (glosses) alternant avec des bandes de couleur ocre ou rouille.

Classification

Deux conceptions différentes se font jour pour classer les sols hydromorphes. Dans la classification américaine, essentiellement morphologique, seuls sont considérés comme hydromorphes les sols organiques (ordre des histosols ), les autres sols étant ventilés au niveau du sous-ordre, avec le préfixe aqu , dans chacun des autres ordres (aquept , aquod ...).

Les classifications européennes, dont la classification française, englobent dans la classe des sols hydromorphes, outre les histosols, tous les sols dont la genèse est dominée par l’excès d’eau au point que les caractères des autres classes ne sont plus reconnaissables. On présentera ici les éléments de cette classification.

Les sols hydromorphes sont répartis en trois sous-classes selon l’abondance de la matière organique. Ce caractère semble le plus représentatif de la durée et de l’intensité des conditions d’anaérobiose créées par l’excès d’eau. Dans chacune des sous-classes, on distingue plus précisément divers groupes, suivant la nature de la matière organique ou l’origine de la nappe conditionnant les processus qui concernent le fer.

Les sols hydromorphes organiques sous-classe 1 , ou histosols , sont caractérisés par une hydromorphie totale et permanente, une teneur élevée en matière organique (au moins de 20 à 30 p. 100 selon que la texture est sableuse ou argileuse), une forme de matière organique de type tourbe. Les groupes se distinguent par leur horizon de diagnostic (fibrique, saprique ou intermédiaire).

Les sols hydromorphes moyennement organiques (sous-classe 2) ont une hydromorphie totale mais temporaire en surface. La matière organique représente de 8 à 30 p. 100 de la masse. Elle est en général de type anmoor ou hydromor. Les groupes font apparaître la nature de l’hydromorphie (sols humiques à gley ou à stagnogley).

Les sols hydromorphes minéraux (sous-classe 3) ou peu organiques ont une hydromorphie temporaire. Le taux de matière organique est inférieur à 8 p. 100. Les groupes se différencient essentiellement par la nature de l’hydromorphie: gley, pseudogley, stagnogley, amphigley (pseudogley superposé au gley), ainsi que par des phénomènes de redistribution d’éléments solubilisés, tels que calcaire et gypse, ou par l’accumulation du fer en cuirasse.

À noter que les sols à pseudogley, de grande extension, constituent souvent le terme ultime d’une évolution pédologique faisant intervenir d’abord des processus d’entraînement en profondeur («lessivage») d’argile et de fer. Ils sont parfois classés aussi comme sols lessivés à pseudogley ou sols lessivés dégradés (classe des sols brunifiés).

Certains auteurs (P. Duchaufour, entre autres) ont mis d’abord l’accent sur les formes et les manifestations de l’hydromorphie pour définir les sous-classes de sols hydromorphes, permettant ainsi un meilleur diagnostic des modalités d’assainissement-drainage nécessaires pour une utilisation rationnelle des sols hydromorphes.

Problèmes de mise en valeur

Si l’élimination de l’eau en excès constitue l’étape première de la mise en valeur, la valorisation de cette catégorie de sols nécessite aussi d’autres aménagements et techniques culturales adaptées à leurs propriétés spécifiques.

L’assainissement-drainage se raisonne surtout d’après le fonctionnement hydrique des sols (forme, origine, localisation de l’excès d’eau), tel qu’il est diagnostiqué par des études pédologiques préalables.

Sols à nappe phréatique

Les objectifs premiers de l’aménagement de ces sols sont le rabattement et le maintien de la nappe permanente à une profondeur compatible avec le développement racinaire, ainsi que la lutte contre les submersions et les inondations périodiques, phénomènes qui accompagnent souvent la remontée de la nappe.

Cela suppose une conception des opérations sur le plan collectif qui prenne en compte l’ensemble du bassin alluvial (études hydrogéologiques). L’abaissement de la nappe se fait d’abord par la mise en œuvre d’une infrastructure hydraulique comprenant un réseau de fossés, le recalibrage des cours d’eau, parfois la réalisation de digues et dans certains cas l’installation de stations de pompage (plaines côtières, polders).

Pour les sols à gley, le drainage par drains enterrés complète l’aménagement. Les modalités techniques (écartement, enrobages autour des drains, remblais de graviers, drainage-taupe ou sous-solage associés) sont définies en fonction des caractéristiques hydrodynamiques (perméabilité) et physiques des sols (susceptibilité au colmatage des tuyaux, sensibilité au tassement). Grâce au drainage, à une conduite culturale adaptée, les sols à gley, qui ont généralement de bonnes potentialités agricoles, peuvent être valorisés par des cultures annuelles, des productions maraîchères..., se substituant aux mauvaises prairies naturelles ou aux peupleraies.

Dans le cas des tourbes, surtout si elles sont épaisses (plus de 1 m-1,2 m), le drainage se fait uniquement par fossés ouverts, en maîtrisant le niveau d’eau. En effet, sans de telles précautions, des phénomènes importants de tassement, de minéralisation, voire de dessèchement peu reversible (non-mouillabilité) peuvent intervenir. Cette utilisation agricole in situ des tourbières n’est pas exclusive. Le matériau tourbe peut être valorisé par d’autres voies après extraction: en tant que combustible ou comme support de cultures horticoles ou maraîchères en conditions protégées telles que les serres.

Sols à nappe perchée temporaire

Le drainage des sols à pseudogley, sols extrêmement répandus en pays tempérés, fait appel aux techniques classiques de drainage par tuyaux enterrés en PVC annelé, posés par des draineuses-trancheuses ou par des draineuses sous-soleuses. Le drainage, en autorisant la réalisation des façons culturales en temps opportun (labour, semis, traitements, récolte) et en permettant l’installation de cultures variées, régularise et améliore nettement la productivité des sols à pseudogley.

Toutefois, ces sols rencontrés sur formations géologiques diverses (limons des plateaux, alluvions anciennes, roches sédimentaires, matériaux d’altération de roches granitiques, schisteuses...) présentent également d’autres contraintes pour la mise en valeur:

– Sensibilité des couches de surface au tassement, à la prise en masse («croûte de battance») d’où le recours à des modes spécifiques de travail du sol: pas d’outils rotatifs, à disque émiettant trop le sol, sous-solage périodique pour fissurer les couches tassées éventuelles («semelles de labour»).

– Sensibilité à la sécheresse par suite d’une profondeur d’enracinement limitée par la présence de la nappe perchée. Drainage et sous-solage, ainsi que l’irrigation d’appoint, permettent de lever cette contrainte.

– Très faibles réserves en éléments nutritifs (calcium, potassium, acide phosphorique) et en matière organique après culture intensive sans restitutions organiques. L’apport d’amendements calcaires et organiques, d’engrais phospho-potassiques permet de remonter leur fertilité chimique.

L’aménagement des planosols et des stagnogleys relève des mêmes principes généraux.

Sols à imbibition capillaire prolongée

Plusieurs modes de drainage sont utilisés pour éliminer l’eau en excès: le drainage classique avec tuyaux enterrés dans le cas de sols à structure stable, nette, non plastiques, le drainage avec techniques associées, drainage-taupe ou sous-solage dans le cas des sols argileux, plastiques, gonflants. Dans ce dernier cas, les drains sont surmontés de remblais poreux (graviers ou matériaux divers).

Des précautions particulières pour le travail du sol sont à prévoir pour la mise en valeur de ces sols lourds mais à bonne productivité (labour avant l’hiver, après ressuyage complet; tracteurs puissants...).

Encyclopédie Universelle. 2012.