Qu’est ce que le sol ?

Le sol est la couche superficielle et meuble de l’écorce terrestre qui s’étend verticalement de la roche altérée jusqu'à la surface et dont l’épaisseur varie généralement de quelques centimètres à quelques mètres. Horizontalement, il s’étend de façon presque continue à la surface des continents, seulement interrompu par les affleurements rocheux, les cours d’eau et les constructions de l’homme (Bruand, 2009). Le sol est ainsi considéré comme un volume (pédosphère) à l’interface de 4 autres grands milieux naturels de la planète : la lithosphère, l’hydrosphère, l’atmosphère et la biosphère (Figure I-1). De par sa position centrale, le sol participe à de nombreuses fonctions environnementales. Il est notamment un lieu de stockage et de transformation des matières organiques et minérales, jouant ainsi le rôle de régulateur des échanges et des flux de carbone dans les écosystèmes. En rapport direct avec l’homme, le sol fournit alimentation, fibres et combustibles ainsi que de nombreux autres services écosystémiques indispensables aux sociétés humaines. Enfin le sol constitue un support pour les êtres vivants et abrite une biodiversité très élevée.

Figure I-2: Liens entre les services écosystémiques et le Bien-être de l’Homme. Cette figure donne une liste non exhaustive des services fournis par les écosystèmes et les différentes composantes du bien-être qui en résultent (Source: Millenium Ecosystem Assessment).

Encadré 1 : L’évaluation des écosystèmes pour le millénaire

L’évaluation des écosystèmes pour le millénaire (en anglais MAE) est un programme de travail international initié en 2000 à la demande du secrétaire général des Nations Unies, Kofi Annan. Instaurée en 2001, ce programme a pour objectif d’évaluer les conséquences des changements que subissent les écosystèmes pour le bien être humain. Il doit également établir la base scientifique pour mettre en œuvre les actions nécessaires à l’amélioration de la conservation et de l’utilisation durable de ces systèmes, ainsi que de leur contribution au bien-être humain. Plus de 1360 experts du monde entier ont participé à ce projet. Leurs conclusions, réunies en 5 volumes techniques et 6 rapports de synthèse, présentent une évaluation scientifique de la condition et des tendances des écosystèmes dans le monde et de leurs fonctions (comme l’eau potable, la nourriture, les produits forestier, etc.), ainsi que les possibilités de restaurer, de conserver ou d’améliorer l’utilisation

durable des écosystèmes. (Source: http://www.millenniumassessment.org)

Chapitre I : Synthèse Bibliographique

1.1- Une mine de services écosystémiques

De par les multiples fonctions qu’il porte, le sol fournit une grande variété de services écosystémiques, définis comme des bénéfices délivrés par les écosystèmes aux sociétés humaines (Daily et al., 1997; MA, 2005). Ce concept de services écosystémiques apparait dans les années 1970 et devient un important champ d’investigation depuis ces dix dernières années (Fisher et al., 2009), notamment grâce à la publication du Millenium Ecosystem

Assessment (MA) (Encadre I-1). Depuis, plusieurs travaux ont tenté d’identifier les services

écosystémiques délivrés spécifiquement par le sol en se basant majoritairement sur les agro-écosystèmes (Lavelle et al., 2006; Barrios, 2007; Brussaard et al., 2007; Blouin et al., 2013), mais aussi sur les sols naturels (Daily et al., 1997). Sur la base de la classification des services réalisée par le MA et de la littérature existante, les services écosystémiques du sol peuvent être répartis en 4 grands types de services (Figure I-2):

• Les services de support qui supportent le fonctionnement de l’écosystème et l’ensemble

des autres services écosystémiques, à travers le cycle des nutriments et de l’eau, la production primaire et la formation du sol…

• Les services d’approvisionnements qui fournissent des produits tels que l’alimentation,

l’eau potable et les matériaux bruts…

• Les services de régulations qui régulent au sein des écosystèmes le climat, l’érosion, la

dépollution…

• Les services culturels qui correspondent aux bénéfices non-matériels apportés aux

sociétés humaines comme les valeurs religieuses, culturelles ou encore esthétiques. L’ensemble des services identifiés montre que le sol est un élément vital pour le fonctionnement global des écosystèmes et des sociétés humaines. L’autre point important qui ressort de ces travaux est le lien fort qui existe entre la composante biologique du sol et les services écosystémiques, puisque l’ensemble des processus dépend fortement des organismes habitants dans le sol (Barrios, 2007; Brussaard et al., 2007).

1.2- Une matrice complexe, hétérogène mais structurée

La formation du sol est lente et résulte de l’altération de la roche mère enrichie par des apports de matière organique sous l’influence du climat, de la végétation, du relief, de la géomorphologie et de l’activité biologique. Au niveau de sa composition, le sol est une matrice complexe représentée par (Figure I-1) :

Chapitre I : Synthèse Bibliographique

• Une phase liquide enrichie en ions et en molécules minérales et organiques, appelée solution du sol où siègent de nombreux processus,

• une phase gazeuse occupant les pores abandonnés par l’eau lors de son retrait où se mélangent différents gaz provenant des réactions chimiques et de l’atmosphère,

• une phase solide constituée de particules minérales de taille et de nature différentes et de constituants organiques allant de fragments de végétaux ou d’animaux à des macromolécules organiques complexes.

Parmi les éléments constitutifs du sol, la matière organique est importante dans l’édification de cette matrice et peut représenter 1 à 10 % de la masse des sols. La Matière Organique du Sol (MOS) peut être considérée comme l’ensemble des constituants organiques morts, d’origine végétale, animale ou microbienne, transformés ou non (Manlay et al., 2007). Elle est constituée de différentes fractions représentées par (i) la Matière Organique Fraîche (MOF) composée de débris d’origine végétale (résidus végétaux, exsudats) et animale (déjections, cadavres), (ii) les composés organiques intermédiaires, appelés « matières organiques transitoires », provenant de la transformation de la MOF, et (iii) les matières humiques ou humus, provenant de l’évolution des matières précédentes. Cette dernière partie représente à elle seule 70 à 90 % de la matière organique totale et constitue un stock de carbone important dans les sols (Arrouays et al., 2002). La complexité multiphasique du sol et de la MOS ainsi que les variabilités de texture (composition granulométrique) et de structure (mode d’assemblage des constituants minéraux et organiques) confèrent au sol une forte hétérogénéité à petite comme à grande échelle (Dequiedt et al., 2011; Ranjard et al., 2013). L’organisation qui en résulte permet l’existence d’une mosaïque de micro- et macro-environnements (agrégat, motte, parcelle, champ, paysage…) différents en termes de caractéristiques physico-chimiques et structurales qui représentent une multitude d’habitats pour les organismes indigènes (Girard et al., 2005; Bruand, 2009).

1.3- Un réservoir de biodiversité

Le sol héberge l’une des communautés biologiques les plus complexes et diversifiées que l’on peut rencontrer sur terre. Par exemple, on estime qu’il y a 260 millions d’organismes en moyenne dans 1 m² de sol de prairie permanente et que 1 hectare de sol forestier compte plus d’organismes vivants que d’être humains sur terre (Gobat et al., 1998). Cette immense diversité s’explique en partie par la forte hétérogénéité physique et chimique du sol, aux caractéristiques microclimatiques et à la phénologie des organismes qui, ensemble, conduisent

Table I-1: Estimation du nombre d’espèces de végétaux et d’organismes du sol organisé en fonction de la largeur de leur corps (modifié à partir de Barrios, 2007)

Chapitre I : Synthèse Bibliographique au développement et au maintien d’un nombre important de niches écologiques (Ettema & Wardle, 2002).

Au sein de cet écosystème, les organismes ont été classés sur la base de leur taille et sont représentés par 4 groupes incluant la microflore (1-100 µm), la microfaune (5-120 µm), la mésofaune (80 µm-2 mm), et la macrofaune (500 µm–50 mm) (Table I-1). Malgré une classification des organismes du sol bien définie par la communauté scientifique, l’inventaire des espèces à été considérablement limité par rapport aux organismes vivant au dessus du sol comme les végétaux (Table I-1). Ceci est particulièrement vrai pour les organismes de petite taille (bactéries et champignons) dont les espèces connues représentent environ 1% du nombre total d’espèces présentent dans le sol (Torsvik & Øvreås 2002). Le manque de connaissances sur la diversité de la microflore du sol est essentiellement dû à des difficultés techniques. Toutefois avec le développement et l’augmentation de l’utilisation de techniques moléculaires que nous détaillerons plus loin, notre connaissance de la diversité des communautés microbiennes du sol a augmenté considérablement depuis ces dernières années.

Chapitre I : Synthèse Bibliographique