Concentrations, stocks et paramètres qui influencent la répartition des teneurs

1.3.1 Concentrations et stocks de chlore dans les sols

Le tableau 1. 2 permet de faire un bilan des données connues sur les teneurs en chlore dans les sols. Les teneurs moyennes en chlore total mesurées dans les sols sont comprises entre 20 et > 1000 mg.kg-1. La fraction de masse sèche que représente le chlore dans les sols, d’environ 0,01-0,5%, est du même ordre de grandeur que celle du phosphore (0,03-0,2%) (Öberg et al., 2002).

Dans les horizons de surface, les teneurs en chlore organique des sols sont en général supérieures à celles du chlore inorganique et représentent 80% du stock de chlore total (Öberg, 2003 ; Van den Hoff et Thiry, 2012 ; Pupier et al., 2015). Une étude menée au

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Danemark estime le stock de chlore organique dans un sol forestier à 630 kg.ha-1 (Öberg et Gron, 1998). Par ailleurs, différentes études mesurent des teneurs en chlore organique nettement supérieures (2 à 5 fois) dans l’horizon organique de surface (45-1041 mg.kg-1) que dans les horizons plus profonds (25-340 mg.kg-1) (Asplund et al., 1994 ; Redon et al., 2011 ; Pupier et al., 2015). A l’inverse, le rapport ClO/C augmente avec la profondeur, de 1 dans la litière à 7 dans les couches profondes, et indique donc une préservation du chlore organique par rapport au carbone. Ceci suggère que les formes de chlore en profondeur sont faiblement biodisponibles et/ ou plus résistantes à la biodégradation (Öberg et al., 1998 ; Redon et al., 2011 ; Bastviken et al., 2013).

En considérant que le stock de carbone dans le sol dans le monde est de 1456 milliards de tonnes, que le rapport ClO/C moyen est de 2,3, alors le stock de chlore organique dans la pédosphère (en considérant la totalité du profil) pourrait être équivalent à 3350 millions de tonnes (Öberg, 2003).

La concentration en chlore inorganique dans les sols, quant à elle, est comprise entre 37 et 130 mg.kg-1 de sol, ce qui représente un stock dans les 15 premiers centimètres de sol compris entre 2 et 8 mg.m2 (Johansson et al., 2000 ; Rodstedth et al., 2003). Dans les horizons de surface, la teneur en chlore inorganique est donc inférieure à la teneur en chlore organique. Cependant, en considérant que l’épaisseur totale des sols dans le monde est d’environ 2 mètres, que la densité moyenne des sols et de 1g.cm3 et que la concentration en chlore inorganique moyenne est de 100 mg.kg-1 de sol, alors le stock de chlore inorganique dans la pédosphère (en considérant la totalité du profil) est estimé à 24 milliards de tonnes (Öberg, 2003). Ce stock de chlore inorganique calculé en considérant la totalité du profil de sol est donc supérieur à celui du chlore organique.

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Tableau 1.2. Bilan des données issues de la littérature concernant les teneurs et les stocks en chlore dans les sols

Teneurs en chlore

Auteur Type d’écosystème

étudié Teneur en chlore total Teneur en chlore organique Teneur en chlore inorganique Öberg et al. (2002) 20-1000 mg.kg-1 Asplund et al. (1994) ; Redon et al. (2011) ; Pupier et al. (2015) Horizon de surface 45-1041 mg.kg-1 Horizon profond 25-340 mg.kg-1 Johansson et al. (2000) ; Johansson et al. (2003) ; Rodstedth et al. (2003) Ecosystème forestier (Suède) 37-130 mg.kg-1

Redon et al. (2012) Agricole 19-100 mg.kg-1

Prairie 13-1248 mg.kg-1

Forestier 34-340 mg.kg-1

Redon et al. (2011) Forestier 90 mg.kg-1

Cultivé 50 mg.kg-1

Prairie 54 mg.kg-1

Stocks de chlore

Auteur Type d’écosystème

étudié Stocks de chlore total Stocks de chlore organique Stocks de chlore inorganique Öberg (2003) Stock mondial dans

la pédosphère

3350 millions de t

24000 millions de t

Horizon de surface 80% du chlore

total Öberg et Gron (1998) Ecosystème forestier (Danemark) 630 kg.ha-1

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Contrairement aux flux, les stocks de chlore dans les horizons de surface des sols sont principalement dominés par le chlore organique. La répartition du chlore dans les sols semble donc influencée par des processus de formation (chloruration) et de dégradation (déhalogénation) de chlore organique.

1.3.2 Paramètres qui influencent la répartition des teneurs en chlore dans les

sols

La répartition des teneurs en chlore organique et inorganique dans les sols dépend des flux d’entrée et de sortie de chlore hors des sols mais également des processus de chloruration et de déhalogénation dans les sols. Ainsi, les paramètres microbiologiques des sols, et indirectement les paramètres physico-chimiques et le climat influencent ces processus de transformation et stockage de chlore dans les sols sous une forme organique.

Redon et al. (2011) trouvent que les teneurs en chlore des sols varient selon les occupations végétales : les teneurs en chlore total sont plus importantes sous couvert végétal forestier (en moyenne de 90 mg.kg-1) que sous couvert végétal cultivé ou de prairie (en moyenne 50 et 54 mg.kg-1, respectivement ; tableau 1.2). Ces résultats sont en accord avec Redon et al. (2012), qui trouvent des teneurs en chlore total moyennes comprises entre 19 et 100 mg.kg-1 dans des horizons de surface (0-30 cm) de sols agricoles, entre 13 et 1248 mg.kg -1 dans des horizons de surface de sols de prairie (1248 mg.kg-1 mesuré dans un sol salés) et entre 34 et 340 mg.kg-1 dans des horizons de surface de sols forestiers. Johansson et al. (2003) mesurent également des concentrations en chlore organique plus faibles dans des sols développés sous forêts de feuillus que dans des sols sous forêts de conifères.

Enfin, le pH des sols ainsi que leur teneur en carbone semblent être corrélés avec les teneurs en chlore. Redon et al. (2012) montrent que la teneur en chlore total des sols augmente avec une diminution du pH. Par ailleurs, Redon et al. (2011, 2012), trouvent que la teneur en chlore total et la teneur en chlore organique sont étroitement liées à la teneur en carbone organique des sols et plus généralement à la teneur en matière organique. Ils montrent que la teneur en chlore organique est plus importante pour des sols forestiers à fortes teneurs en carbone et à faible pH.

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La répartition des teneurs en chlore des sols semble également dépendre des paramètres microbiologiques des sols. En conditions contrôlées, Bastviken et al. (2007) montrent en effet la rétention rapide du chlore inorganique par les microorganismes : 20% du chlore inorganique ajouté initialement au sol est incorporé dans la biomasse microbienne en 5 jours (Bastviken et al., 2007). Ces résultats suggèrent que de fortes quantités de chlore sont retenues dans la biomasse microbienne des sols. Par ailleurs, Bastviken et al. (2009) trouvent que le processus de formation du chlore organique dans les sols est principalement gouverné par des processus microbiologiques qui impliquent des activités enzymatiques.

1.4 Processus de chloruration et de déhalogénation