1.5. La dégradation des matières organiques au sein de la détritusphère
1.5.4. Impact du potentiel matriciel
1.5.4.1. Rétention de l’eau dans le sol
Dans le sol, les forces de rétention sont l’effet de la matrice solide sur l’eau qu’elle contient via les forces d’adsorption ou capillaires. La quantité d’eau retenue par le sol dépendra de plusieurs facteurs comme la nature des constituants du sol ou sa structure.
La teneur en eau du sol correspond à la quantité d’eau retenue dans le sol. Il existe plusieurs façons de la caractériser : (1) 𝑇𝑒𝑛𝑒𝑢𝑟 𝑒𝑛 𝑒𝑎𝑢 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑖𝑞𝑢𝑒 (𝜔)(𝑔. 𝑔−1) = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑒 𝑑 ′𝑒𝑎𝑢 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑢𝑒 𝑝𝑎𝑟 𝑙𝑒 𝑠𝑜𝑙 (𝑔) 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑒 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙 sec (𝑔) (2) 𝑇𝑒𝑛𝑒𝑢𝑟 𝑒𝑛 𝑒𝑎𝑢 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑖𝑞𝑢𝑒 (𝜃)(𝑐𝑚3. 𝑐𝑚−3) = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑 ′𝑒𝑎𝑢 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑢𝑒 𝑝𝑎𝑟 𝑙𝑒 𝑠𝑜𝑙 (𝑐𝑚3) 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑎𝑝𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡 (𝑐𝑚3)
Le plus souvent celle-ci est déterminée par mesure thermogravimétrique, soit par prélèvement d’un cylindre de sol, qui est pesé avant (méchantillon) et après dessiccation (à 105°C pendant 2
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jours) (msol) : soit ω = (méchantillon – msol) / msol, soit (1).
A noter que la connaissance de la masse de sol sec (msol) et du volume apparent (Va) permet
d’en connaitre la densité apparente, ρa = msol / Va. Celle-ci dépend de l’arrangement des
constituants solides et est souvent comprise entre 1,3 et 1,6 g.cm-3 (Calvet, 2013b).
L’existence de forces dans le sol liées à la nature poreuse du sol (forces capillaires) ou à la présence d’argiles (force d’adsorption) caractérisent la force exercée par la matrice du sol sur l’eau, la force matricielle, à l’origine du potentiel matriciel (ψm) = potentiel capillaire (ψc) + potentiel d’adsorption (ψa), souvent réduit à ψm= ψc, ψa étant négligeable dans un sol non sec (Calvet, 2013b).
L’énergie à fournir pour vider l’eau d’un pore est d’autant plus grande que le rayon du ménisque que forme l’eau est petit. Ainsi, dans le sol, lorsque le potentiel matriciel augmente, la teneur en eau diminue en premier lieu dans les pores dont les rayons sont les plus larges ou la force de capillarité est plus faible puis vers les pores les plus fins, où la force de capillarité augmente. Le potentiel matriciel est souvent exprimé par le pF, équivalent à log |ψm|, où ψm est exprimé en cm (Calvet, 2013b).
Ainsi, les évolutions des teneurs en eau en fonction du potentiel matriciel (courbes de rétention) seront différentes entre un sol sableux, limoneux ou argileux. En effet, la déshydratation d’un sol sableux aura lieu pour des potentiels matriciels plus faibles que pour un sol limoneux. Cela est dû à la présence d’un nombre plus important de pores de petite taille dans des sols limoneux retenant l’eau plus fortement.
Ces courbes peuvent être obtenues à l’aide de presses de Richards. Ce dispositif permet d’appliquer à des échantillons de sol saturés des pressions plus ou moins fortes afin de les déshydrater et les équilibrer à un potentiel matriciel voulu. Ainsi, en réalisant des pesées du sol à saturation, après chaque rééquilibrage à différentes pressions puis après séchage, il est possible d’établir une courbe de la teneur en eau pour chaque pression, équivalente à un pF donné. Il est également important de noter que cette courbe ne sera pas la même si l’on prend en considération une déshydratation, comme c’est le cas avec cette méthode, où une réhydratation du sol (phénomène d’hystérésis) (Calvet, 2013b).
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Comme cela a déjà été développé dans le paragraphe expliquant les facteurs favorisant la biodégradation des matières organiques, l’eau est un facilitateur d’accès entre microorganismes et substrats en favorisant la diffusion. Il n’est donc pas surprenant que l’eau du sol soit également un facteur influant fortement sur la détritusphère.
En effet, l’augmentation de la teneur en eau participe à une augmentation de la quantité de substrat diffusée. Cependant, contrairement à ce qu’on pourrait supposer, aucun effet sur la taille de la détritusphère n’a été démontré (Poll et al., 2008, 2006). En revanche, Poll et al. (2006) montrent que la teneur en eau du sol modifie la cinétique du transport de C, du développement des microorganismes et de l’excrétion d’enzymes alors qu’en condition d’advection ce n’est pas le cas.
Les quantités de PLFA retrouvées dans la détritusphère d’un sol soumis à deux potentiels matriciels différents tendent à montrer que celui-ci a une influence sur les communautés de microorganismes du sol. Par exemple, les communautés fongiques sont affectées par le potentiel matriciel dans les phases initiales de l’incubation principalement quand la diffusion initie le transport de matières organiques vers le sol mais pas au-delà (Poll et al., 2010). Dans leur étude, Poll et al. (2006) trouvent que le développement de microorganismes est plus important à pF2,5 qu’à pF1,8 en conditions plus humides, au contact d’apports de feuilles de maïs et expliquent ce résultat inattendu par des mesures trop tardives des marqueurs microbiens (après 2 semaines d’incubation) ayant possiblement diminué suite à la consommation des substrats présents en début d’expérience dans la détritusphere. Cette constatation permet néanmoins de supposer que le potentiel matriciel et la diffusion au sein de la détritusphère sont d’une importance primordiale pour les dynamiques de biodégradation en jeu. Enfin dans cette même étude, aucun impact de la diffusion des composés solubles n’est observé sur la quantité de microorganismes dégradants quantifiés au contact des apports (Poll et al., 2006).
D’autre part, les conditions de diffusion semblent avoir moins d’effet que les conditions d'advection provoqués par des pluies ou la fonte d’eau en surface qui permettent des transferts de matières organiques vers le sol de manière plus importante que dans le cas de la diffusion simple (Babey et al., 2017). Il a déjà été observé dans des incubations de sol et de maïs que l’irrigation du système entrainait des transferts de MO plus importants et sur de plus longues distances dans le sol qu'en conditions de diffusion (Poll et al., 2006). Des résultats similaires
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ont été observés avec le 2,4-D (Pinheiro et al., 2015 ; 2018). Les déplacements passifs des microorganismes étant plus fréquents, les conditions d'advection peuvent également favoriser le transfert de microorganismes sur de plus longues distances et affecter l'accessibilité substrat-microorganismes (Pinheiro et al., 2015, 2018).