Sols et environnement - 2e édition - Cours, exercices et études de cas - Livre+compléments en ligne

De
Publié par

Cette nouvelle édition actualisée est plus axée sur l'environnement et sur les problèmes spécifiques à l'économie et à la gestion des sols. Sont ainsi présentés les différents sols selon la nature de leur exploitation par les activités humaines. Si la vie végétale a besoin d'eau pour prospérer elle nécessite aussi un sol, qu'il faut préserver pour les générations futures. Cette nouvelle approche de l'étude du sol, en tant que valeur économique, est également étudiée dans cet ouvrage. Des compléments en ligne (exercices, images...) sont disponibles sur le site dunod.com.
Publié le : mercredi 26 janvier 2011
Lecture(s) : 52
Licence : Tous droits réservés
EAN13 : 9782100558919
Nombre de pages : 896
Voir plus Voir moins
Cette publication est uniquement disponible à l'achat
PRÉFACE
Le sol est l’épiderme vivant de notre planète Terre. À l’interface entre l’atmosphère, l’eau, les roches et le monde du vivant, il participe aux grands cycles d’énergie, d’eau et d’éléments. Ressource non renouvelable à l’échelon humain, le sol est indispensable aux activi tés de l’homme ainsi qu’au fonctionnement des écosystèmes terrestres. Sa préserva tion constitue ainsi un enjeu majeur du développement durable. Il rend de nombreux services et se situe au carrefour de grands enjeux parfois concurrents : production d’aliments et de biomasse pour l’énergie et les matériaux, habitat pour de nombreux organismes vivants, support des infrastructures et des habitations humaines, recy clage des déchets par épandage, atténuation du changement climatique, voire parti cipation à l’adaptation aux conséquences de ce changement, régulation des cycles de l’eau, filtration active des polluants visàvis des eaux souterraines. . . Cette ressource vitale et complexe est pourtant limitée et menacée : contamination, érosion, baisse de la matière organique, perte de biodiversité, tassement, salinisation, artificialisation/urbanisation, glissement de terrain. L’Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Énergie (ADEME) s’associe aux Éditions DUNOD pour la parution de l’ouvrage Sols et Environnement dont les thèmes abordés rejoignent ses missions sur les sols, comme leur protection, la remise en état des sites pollués à responsables défaillants, la dépollution des sols et des eaux souterraines, la gestion des déchets, le changement climatique, l’urbanisme. Rédigé par les meilleurs spécialistes, cet ouvrage très complet, présente les sols comme un élément central de la biosphère qui régule les grands équilibres. Par ses fonctions, le sol est en interaction avec les activités humaines : urbanisme, gestion de l’espace, forêt, zones humides. La prévention et la réhabilitation des sols sont donc des outils ecaces face aux menaces. Richement illustré et pédagogique, cet ouvrage s’adresse à l’ensemble des acteurs concernés directement ou indirectement par la gestion et la protection des sols, mais aussi aux étudiants de l’enseignement supérieur. L’intégration de plusieurs chapitres rédigés par des spécialistes des sciences humaines et sociales (politiques, droit, éco nomie. . . ) est à souligner. Ces chapitres nous interrogent notamment sur notre rela tion au sol : Bien privé ou patrimoine commun ? Outil de production ou fournisseur de services écosystémiques ?. . . Elle montre que le « sol » eectue sa sortie du do maine des spécialistes des sols, pour s’inviter dans les sphères socioéconomiques et politiques. Virginie Schwarz Directrice exécutive des programmes à l’Agence de l’Environnement Dunod. La photocopie non autorisée est un délit. et de la Maîtrise de l’Énergie
©
IX
AVANT-PROPOS
Il a paru important en 2005 de présenter à tous ceux qui s’intéressent aux sols et à l’environnement un ouvrage traitant de ces sujets de la manière la plus complète pos sible en 35 chapitres. Le précédent ouvrage de cette dimension était celui du regretté Philippe Duchaufour et de ses collaborateurs : M. Bonneau et B. Souchier publié en 2 volumes, en 1977 et 1979. La première édition étant épuisée, il a semblé opportun à l’éditeur d’en faire une seconde, mise à jour et renouvelée. Cela d’autant que les sols sont désormais consi dérés comme dotés de nouvelles fonctions : par exemple, le stockage du carbone ou de biodiversité. À ce titre, ils font maintenant l’objet d’opérations d’envergure de remédiation voire de construction. L’homme préhistorique a découvert, il y a environ 8 500 ans, que les sols pouvaient recevoir des graines pour en produire d’autres en plus grand nombre et qu’ils étaient utilisables pour leur subsistance. Cette fonction « agronomique »sensu latoétait jus qu’à récemment, avec l’ensemble des productions végétales (forestières et agricoles) et des productions animales (élevage), la fonction, l’usage et l’intérêt les mieux, voire les seuls, reconnus des sols. Les civilisations antiques se préoccupèrent largement de la fertilité des sols et dé veloppèrent déjà des méthodes de travail du sol. La civilisation romaine en est un bel 1 exemple . Les Gaulois inventèrent la charrue à versoir. Ces démarches et techniques persistèrent, s’améliorèrent, et s’imposèrent avec e le développement de la chimie et de la biologie dusiècle jusqu’au milieu du e siècle, pour aboutir au grand bond des productions végétales au cours de la se e conde partie dusiècle. La production agricole fut ainsi multipliée par 238 de 1900 à 2000 au niveau mondial. Si la susance alimentaire s’installait, qu’en seratil dans quelques dizaines d’an nées, avec l’accroissement de la population mondiale, les besoins des pays en déve loppement, la compétition entre les diérents usages des sols, leur dégradation (ur banisation, désertification, salinisation, érosion, pollution. . . ) ? En parallèle à la production végétale et animale, d’autres questions attiraient l’at e tention. Ausiècle, en France, Grande Bretagne, ÉtatsUnis d’Amérique, des inventaires cherchèrent à établir des relations entre la nature des sols et des paysages
1. Berthelin J., Babel U., Toutain F. 2006. History of soil biology, chap 11 in B.P. Warkentin (ed), Dunod. La photocopie non autorisée est un délit. Footprints in the soil, people and ideas in soil history, 279306, Elsevier, Amsterdam. ©
XI
Avant-propos
XII
2 et la santé humaine . À la fin du siècle suivant, des relations entre sols et santé ani male et santé humaine furent établies avec le développement de la microbiologie et des médecines vétérinaire et humaine. Il y a un peu plus d’un demisiècle émerge la définition de la pédosphère aux inter faces atmosphère, hydrosphère, lithosphère, biosphère. À la même époque, se déve loppent l’écologie microbienne du sol et l’écologie générale. De nouvelles définitions des fonctions du sol apparaissent avec : 1) la prise en compte des implications ma jeures des sols dans le fonctionnement des cycles biogéochimiques terrestres, 2) dans le cycle et la qualité de l’eau, 3) dans le fonctionnement des écosystèmes, 4) dans la qualité de l’atmosphère, etc. Dans le précédent ouvrage, d’autres fonctions des sols, supports de l’urbanisation sensu latoet de l’aménagement du territoire, sources de matériaux, sites de dépôts et gestion de déchets, associées à l’ensemble des activités humaines, étaient évoquées, mais chacune était considérée séparément : elles relèvent de statuts juridiques et éco nomiques distincts. Les sols étaient perçus par ailleurs, au moins par certains, comme des supports stables des productions végétales ou comme des ressources parfaitement renouve lables ! Il fallut cependant définir les dangers et les risques de dégradations physiques, chimiques et biologiques pour arriver à proposer des voies de protection et gestion durable des sols. Les concepts et approches de type « sols systèmes interactifs quadridimensionnels (espacetemps) », avec leurs constituants organiques et minéraux spécifiques, leurs solutions, leurs atmosphères, leurs organismes vivants se développèrent essentielle e ment à compter du milieu et de la fin dusiècle. De nouvelles voies d’études avec de nouveaux outils ont vu le jour : elles font progresser nos connaissances tant pour les modes d’organisation que pour les propriétés et processus physiques, chimiques et biologiques de fonctionnement des sols. Des enjeux nouveaux sont apparus très récemment : environnementaux, écono miques, politiques. . . comme l’utilisation des sols pour la production de biomasse à des fins énergétiques en compétition avec la production agricole alimentaire, ou bien encore comme l’achat, par des pays voulant assurer leur sécurité alimentaire (par exemple Chine, Inde, Corée. . . ), de dizaines de millions d’hectares de terre dans des pays en voie de développement, ce qui pourrait créer des situations conflictuelles. . . Les fonctions très variées des sols liées à leurs usages ont ainsi conduit à diérentes définitions et sont associées à divers statuts juridiques : code rural, code de l’envi ronnement, code de l’urbanisme, code forestier, code minier, code de santé publique, protection de la biodiversité ou d’une espèce menacée. . . qui tous traitent des sols.
e e 2. Barles S. 1999.La ville délétère. Médecins et ingénieurs dans l’espace urbain. XVIII – XIX siècles. Editions Champ Fallon, Seynel.
Avant-propos
L’ensemble de ces statuts juridiques et économiques et des intérêts qui y sont liés contribue sans aucun doute à rendre dicile les adaptations politiques et juridiques pour l’adoption d’une directive européenne voire d’une charte mondiale sur la pro tection des sols. En eet, cette directive sur la protection des sols, a été votée par les députés européens, mais n’est pas encore adoptée par le Conseil européen. Cette di rective rappelle le rôle déterminant des sols pour les sociétés et identifie huit menaces pesant sur leur durabilité : l’érosion, la baisse des teneurs en matières organiques, la contamination (locale et diuse), l’imperméabilisation (recouvrement des sols par les infrastructures), le tassement, la diminution de la biodiversité, la salinisation, et les inondations et glissements de terrain. Cependant il est curieux de remarquer qu’en matière de biodiversité, celle des sols – qui représente plus de 50 % de la biodiversité terrestre – n’a pas retenu l’attention de la Commission en 2010 : année de la biodi versité. Ceci montre que la politique d’utilisation des sols évolue au niveau européen et en France.
Il y a pourtant lieu de reconnaître, défendre et protéger les fonctions environne mentales et les services que rendent les sols pour le bon fonctionnement de l’en semble de l’écosystème terrestre et pour l’aide à l’humanité. Les ressources en sols au niveau de la planète ont montré leur limite et n’échappent pas à une approche glo bale, intégrée comme pour l’atmosphère et l’hydrosphère. Si, certes, les fondements sur les sols n’ont pas changé, par contre les questions environnementales prennent de plus en plus en compte les sols et les approches sociale, économique et juridique des sols se développent. La société commence à les prendre en considération.
Dans cette nouvelle édition, divers chapitres ont été assez profondément revus et de nouveaux chapitres apparaissent concernant : (1) l’ingénierie écologique, qui répond en partie aux processus de dégradation des sols ; (2) les indicateurs de la qualité des 3 sols avec leurs conséquences sur l’économie agricole, l’alimentation, la santé, le 4 climat et la biodiversité ; (3) les aspects sociologiques, politiques, économiques et juridiques.
Nous remercions particulièrement les auteurs de ces chapitres qui ont innové et en particulier Ph. Billet qui a vérifié toutes les références juridiques dans l’ensemble des chapitres. En revanche, d’autres chapitres ont été retirés pour ne pas trop alourdir l’ouvrage : « Éléments d’histoire de la science des sols en France », « Méthodologie pour l’évaluation des terres », « Prise en compte de la diversité des sols dans le cadre de la gestion environnementale de l’exploitation agricole », « Étude d’impact ». Ces derniers sont consultables par tous sur le site Internet de l’Association Française pour l’Étude des sols et sur le site DUNOD www.dunod.com.
3. Séance de l’académie d’agriculture de France du 30 janvier 2008. Dunod. La photocopie nonautoriséeest un délit. 4. Séance de l’ac démi des sc ences du 9 février 2010. ©
XIII
Avant-propos
Les 36 chapitres du présent ouvrage sont répartis en six grandes parties correspon dant à six domaines. 1. Le sol, élément central de la biosphère et régulateur des grands équilibres 2. Les sols et les activités humaines 3. Les fonctions des sols 4. Les sols et la gestion de l’espace 5. Les sols : menaces, prévention, réhabilitation 6. Les sols et les sciences sociales La limite de ces domaines n’est pas stricte et certains chapitres pourraient se trouver dans l’une ou l’autre partie de l’ouvrage. Mais chaque partie fait l’objet d’une intro duction qui définit son champ, afin de conserver le fil directeur et l’esprit dans lequel a été conçu cet ouvrage. Ces choix soulignent donc encore que la pédosphère est bien à l’intersection bio sphère – lithosphère – atmosphère – hydrosphère. Elle est un ensemble original constitué par quatre sous ensembles interactifs et qui correspond à un compartiment essentiel et fondamental nécessaire au fonctionnement de la Terre. Ils démontrent aussi l’importance de l’anthroposphère désormais l’un des facteurs majeurs de l’évo lution des sols, dont les cinétiques d’action dépassent souvent celles des autres fac teurs pédogénétiques. Cet ouvrage est toujours à lire en utilisant le site Internet de l’éditeur, où on trou vera des compléments en ligne : les corrigés des exercices, des chapitres complémen taires et le glossaire, ainsi que le site de l’Association Française pour l’Étude du Sol, où on trouvera en plus des corrigés et du glossaire, des documents supplémentaires, des figures en couleurs, et une bibliographie bien plus complète que dans l’ouvrage.
XIV
Partie I
Le sol : élément central de la biosphère et régulateur des grands équilibres
Les sols (chapitre 1) sont, avec les océans, l’un des deux « compartiments » essentiels à la vie terrestre : leurs constituants spécifiques minéraux et organiques (chapitre 2), leurs solutions, leurs « atmosphères », leurs organismes vivants (microorganismes, faune – chapitre 4, plantes), leur diversité, tant structurale que fonctionnelle, et leurs organisations contribuent au développement d’une biosphère, abondante et très di versifiée. Les sols présentent en eet des conditions très favorables (énergétiques, nutritionnelles, hydriques, thermiques, acidobasiques. . . ) au développement de la vie. Ils hébergent tous les principaux groupes d’organismes (microorganismes, ani maux, végétaux). Certains sites des sols comme les rhizosphères (chapitre 3), interfaces entre les ra cines des plantes et le sol, sont des lieux d’activités biochimiques fortes et d’échange de matières avec des vitesses réactionnelles rapides. En raison de leurs activités bio physicochimiques et de leur structure, les sols sont des « réacteurs » régulateurs des grands cycles biogéochimiques comme le cycle du carbone (chapitre 5) et de l’azote et dans une moindre mesure du phosphore, du soufre, du fer. . . , essentiellement grâce aux communautés microbiennes qui assurent, même en conditions extrêmes, la trans formation de ces éléments. . . des états les plus réduits aux états les plus oxydés − − − (de CH4à CO2, de N2. . ) , de FeII à FeIII. en contribuant aussià NO à SO , de S 3 4
Le sol : élément central de la biosphère et régulateur des grands équilibres
2
à la formation et la dégradation des composés organominéraux plus ou moins com plexes (chapitre 7). Les sols sont impliqués dans la dynamique et la qualité des eaux qu’ils reçoivent par les précipitations atmosphériques, puis répartissent essentiellement par infiltra tion (alimentation des nappes), évapotranspiration (retour à l’atmosphère), et ruissel lement (retour direct aux eaux de surface et aux océans) (chapitre 6). Ce sont des systèmes accumulateurs (matières organiques, métaux. . . ), des systèmes sources (nutriments, polluants, eaux. . . ), des systèmes transformateurs (bio dégradation, biosynthèse, oxydation, réduction. . . ), des systèmes transferts (vers l’hydrosphère, la biosphère, l’atmosphère. . . ) indispensables au fonctionnement des écosystèmes continentaux.
Jacques Berthelin
1.1
DIVERSITÉ ET ORGANISATION DE LA COUVERTURE PÉDOLOGIQUE
INTRODUCTION
1
:QUI A BESOIN DES SOLS?
La connaissance sur les sols relèvetelle du service public ? Voilà une question qui n’a eu de réponse politique satisfaisante que récemment en France avec la création 1 duGroupement d’Intérêt Scientifique Sol(GISSOL) en 2001 , ce qui a eu pour eet d’en améliorer l’inventaire systématique (chapitres 18, 19 et 32). On dispose déjà pour l’étude du milieu naturel : 1) des cartes pédologiques, à diérenteséchellesde l’INRA, de divers départements, régions, Chambres d’Agri culture, ou Sociétés d’Économie Mixtes ; 2) des ZNIEFF, inventaire des zones natio nales d’intérêt écologique floristique et faunistique ; 3) des cartes de la végétation du CNRS ; 4) de la banque de données CARTHAGE qui donne des informations (pour les agences de l’eau) sur l’hydrographie et les bassins versants ; 4) de la carte géolo gique (qui est numérisée au BRGM) ; 5) de la carte topographique et du Modèle nu mérique d’altitude de l’IGN (numérisation des altitudes, des pentes et expositions) ; 6) de la carte européenne de l’utilisation du sol (CORINE Land Cover). Une grande 2 partie de ces cartes sont disponibles (et superposées) sur le site Géoportail de l’IGN Actuellement, l’étude du sol relève des ministères de l’agriculture, de l’environne ment et de la recherche. La réhabilitation des sols se développe avec la désindustria lisation qui libère des espaces souvent impropres à une autre utilisation car pollués (chapitres 22 et 26). L’agriculture de précision, qui se développe en grande culture et en viticulture, et qui sera utile pour les cultures des fruits et légumes et pour l’horticul ture, nécessite la réalisation d’une cartographie pédologique de précision. Les direc tions régionales et départementales de l’environnement ou de l’agriculture équipées en Systèmes d’Informations Géographiques (SIG) désirent avoir accès à la connais sance des sols. Enfin l’Union Européenne a élaborée une directive pour les sols qui sera bientôt mise en application (chapitres 32 et 34). Les sols constituent donc un des
MichelClaude Girard (Académie d’agriculture de France), Marcel Jamagne (INRA). 1. http://www.gissol.fr/gissol/gissol.php Dunod. Laphotocopie non autorisée est un délit. 2. htt ://www.geop rtail.fr ©
3
Partie I
4
Le sol : élément central de la biosphère et régulateur des grands équilibres
facteurs nécessaires à la compréhension de l’environnement de l’homme. Alors qui a besoin des sols ? 3 Les pouvoirs publics, qui demandent des études d’impact (voir chapitre en ligne ), gèrent les grands réservoirs d’eau, les épandages, les risques de corrosion des réseaux enterrés, la qualité des produits alimentaires, qui dépendent en grande partie des sols. Ils constituent un lieu d’apport, de transfert ou de rétention (rôle épurateur des sols) de diverses substances telles que : des déchets ménagers et d’élevage (chapitre 27), des pesticides (chapitre 25), des matières organiques (chapitre 5) et des métaux lourds et éléments traces (chapitre 24). Les particuliers, qui subissent les conséquences de l’érosion (chapitre 30), des cou lées de boues, des inondations (chapitre 20), de la détérioration de la qualité des pro duits alimentaires, se manifestent de plus en plus. Pour mettre en valeur le patrimoine historique, les archéologues eectuent leurs recherches dans la couverture pédologique. Les connaissances pédogénétiques per mettent de contribuer à la datation des objets découverts, de comprendre leurs mise en place et de déterminer l’environnement naturel dans lequel vivaient nos lointains ancêtres (chapitre 9). Les agriculteurs savent la place essentielle que le sol occupe pour leurs productions végétales (chapitres 14 et 3), dans la gestion des fertilisants (chapitres 12, 15, 32 et 3 chapitre en ligne ), des pesticides (chapitre 25), pour éviter les risques de pollution (eet de serre – chapitre 7, agriculture biologique) et pour analyser plus finement leur pratiques culturales (dégradation et régénération – chapitre 29, agriculture de 3 précision, chapitre en ligne , etc.). Les viticulteurs s’appliquent également à mieux connaître leurs sols, surtout depuis la prise en compte de la notion deterroirdans l’évaluation de la qualité des vins (chapitre 10). Les forestiers, pour la production de bois, ont besoin de connaître les sols (par exemple, leur acidité – chapitre 17) sur lesquels se développent les diverses espèces (chapitre 11). Pour les hydrologues, la couverture pédologique constitue un lieu de circulation et de rétention des eaux (chapitre 6), et donc une zone de transfert des eaux vers les nappes ou l’atmosphère. Les écologues s’intéressent à l’ensemble de lapédologiequi, de leur point de vue, est l’édaphologie (étude des sols se limitant à ce qui influence la croissance et le développement de la végétation). Ils sont particulièrement intéressés par les zones humides (chapitre 16), la faune du sol (chapitre 4) et la microbiologie (chapitre 28).
3. Les chapitres de la première édition non inclus dans la seconde, sont disponibles sur le site internet de l’Association Française pour l’Étude du Sol : http://afes.fr/ou sur le site Dunod www.dunod.fr.
Chapitre 1
Diversité et organisation de la couverture pédologique
Dans les régions chaudes, en plus de l’érosion et des problèmes de salinisation (chapitre 31), il est particulièrement important d’étudier la fertilité dans le cadre des pratiques culturales et en fonction des caractéristiques écologiques spécifiques (cha pitre 13).
Pour toutes ces raisons, il est nécessaire de définir les contraintes des sols leur qualité (chapitre 21) sans oublier l’eet des radionucléides (chapitre 23).
Enfin, dans notre société, il est important de connaître, non seulement les divers aspects économiques (chapitre 35) des sols, mais aussi quels en sont les aspects juri diques (chapitre 34) et la manière dont ils sont reconnus par la société (chapitre 33) : en eet la ressource en sol est menacée : il y a de nouveaux enjeux et des mesures de protection (chapitre 36) sont envisagées dans la directive communautaire des sols au niveau européen. L’ensemble de l’ouvrage essaie de faire le point sur ces divers aspects. Cela nécessite l’utilisation du langage pédologique qui est relativement nou veau à l’image de cette science (chapitre en ligne : « Éléments d’histoire de la science des sols en France »).
Pour faciliter la lecture un glossaire est associé à cet ouvrage sur les sites internet de Dunod (http://www.dunod.com) et de l’Association Française pour l’étude du sol (http://www.inra.fr/Internet/Hebergement/afes/) ; il faut aussi mentionner le glossaire de la société américaine de Science du Sol (2001) (https://www.soils.org/publications/soilsglossary).
Ce premier chapitre aborde surtout les concepts de base et donne de nombreuses définitions. En eet, comme toute science, la pédologie nécessite d’en connaître la langue qui s’est construite à partir des recherches eectuées et qui permet de se com prendre plus rapidement, plus facilement et surtout plus finement. Le langage ancien sur les sols n’est plus susant pour restituer les études sur le sol qui elles, datent de moins de 150 ans (chapitre sur internet AFES). Les termes utilisés localement pour parler des sols sont trop imprécis pour les utiliser dans un cadre géographique plus large. Une « terre blanche » peut tout autant être un sol sableux très clair (´), qu’un sol calcaire (R), ou qu’un sol battant (Luvisol), or lecomportement, le fonctionnement et les constituants de ces trois sols sont complètement diérents.
On montre comment l’objet d’étude le plus approprié pour l’étude de la couverture pédologique est l’horizon. On insiste sur l’importance de l’analyse spatiale(carto graphie) et temporelle (pédogenèse) pour toute étude environnementale des sols. Les fondements du langage utilisé et de la dénomination des sols qui se base sur les normes AFNOR et ISO et sur le Référentiel pédologique (Baize et Girard, 2008) sont rappelés. Enfin, un exemple desystème pédologiqueétudié dans le nord de la France Dunod. La photocopie non autorisée est un délit. montre les interactions en re les divers processus pédogénétiques. ©
5
Soyez le premier à déposer un commentaire !

17/1000 caractères maximum.