Sols : généralités, fonctions et protection

Le sol est une ressource naturelle essentielle, support de vie et de nombreuses activités humaines. Sa compréhension, sa préservation et sa gestion durable sont cruciales face aux pressions anthropiques et climatiques.

Introduction aux Sols : Généralités et Fonctions

Le sol est la couche externe de la croûte terrestre qui abrite de nombreux êtres vivants et est le lieu d'échanges intenses de matière et d'énergie entre l'air, l'eau et les roches. Il joue un rôle clé dans les cycles biogéochimiques globaux. L'année 2015 a été désignée Année Internationale des Sols par la FAO pour sensibiliser à leur importance.

Définition et Perspectives

Le sol est perçu différemment selon le domaine d'étude :

• Pédologue : Couche externe de la croûte terrestre avec des êtres vivants, siège d'échanges intenses entre l'air, l'eau et les roches.
• Agriculteur : Couche de terre arable, essentielle au développement et à la croissance des végétaux cultivés.
• Géochimiste/Physicien : Milieu poreux créé à la surface de la Terre par des processus d'altération (biologiques, géologiques, hydrologiques), constituant un système biogéochimique ouvert avec solides, liquides et gaz.
• Ingénieur en Génie Civil : Un aspect important de leur travail.

Pédologie : La Science du Sol

La pédologie (du grec pedon, "sol que l'on foule au pied") est la science qui étudie les caractères physiques, chimiques et biologiques des sols et leur évolution. Elle a été popularisée par les travaux de V. Dokuchaev. Le sol est le résultat de l'action du climat sur les roches, modifié par la topographie, les êtres vivants et la durée.

Échelles et Variabilité des Sols

Les sols peuvent être étudiés à différentes échelles et présentent une variabilité spatiale et temporelle significative.

• Échelles d'étude :
  • Le paysage (kilomètres)
  • Le profil de sol ou cultural (mètres)
  • La motte de terre (centimètres)
  • L'agrégat (millimètres)
  • Les argiles (micromètres)
• Variabilité spatiale : Les caractéristiques du sol peuvent différer considérablement même sur de courtes distances (ex: carte pédologique des sols agricoles).
• Variabilité temporelle : Les sols évoluent en fonction de :
  • Teneurs en eau, en oxygène (un sol aéré a environ 20% d'oxygène contre 2% pour un sol compacté).
  • Cycles biogéochimiques (azote, carbone, potassium).
  • Cultures, climat et usages.
  • Atteintes physiques et chimiques qui mettent en péril cette ressource fragile.

Composants d'un Profil de Sol

Un profil de sol se décrit généralement en trois horizons principaux :

• Horizon A (Couche supérieure du sol ou humus) :
  • Propriétés : Riche en humus, bien colonisée par les racines, riche en organismes et en nutriments, couleur brun foncé.
  • Épaisseur : 15 à 35 cm.
  • Fonctions : Transformation des matériaux organiques par les organismes vivants en humus et nutriments pour les plantes.
• Horizon B (Sous-sol) :
  • Propriétés : Colonisée par les racines et les organismes, couleur brun clair à rouille foncé.
  • Épaisseur : 30 à 80 cm.
  • Fonctions : Réservoir pour l'eau et les nutriments, abrite les racines d'ancrage.
• Horizon C (Matériau parental ou roche-mère) :
  • Propriétés : Sédiments ou roches meubles peu ou pas désagrégés.
  • Fonctions : Matériau parental à l'origine de la formation du sol, réservoir d'eau, peut abriter des racines d'ancrage.

Pour les projets de génie civil, la distinction est faite entre la couche supérieure du sol, le sous-sol (jusqu'à la limite d'enracinement) et les matériaux d'excavation profonds, avec des directives spécifiques pour leur manipulation et leur réutilisation.

Fonctions Indispensables des Sols

Les sols remplissent des fonctions multiples et vitales, souvent appelées services écosystémiques, qui peuvent être classées en fonctions écologiques, anthropiques et sociales.

Fonctions Écologiques / Régulatrices

Ces fonctions sont essentielles à la régulation des écosystèmes :

• Cycle de l'eau : Les sols participent activement au cycle de l'eau, agissant comme des éponges pour ralentir les mouvements d'eau dans les bassins versants, protégeant ainsi contre les crues et inondations. Cependant, l'agriculture moderne et l'urbanisation (drainage, agrandissement des parcelles, suppression des haies, compactage, imperméabilisation) accélèrent l'écoulement de l'eau, augmentant les risques d'inondations et réduisant les débits d'étiage.
• Cycles biogéochimiques : Les sols sont cruciaux pour les cycles de l'azote, du phosphore, du carbone, etc.
• Épuration de l'eau : Ils agissent comme des filtres naturels des eaux de nappes et de sources grâce à leur surface spécifique, leurs charges de surface et leur capacité d'échange cationique (CEC) importante, permettant l'adsorption des métaux lourds et la dégradation microbienne des composés organiques.
• Climat et séquestration du carbone : Les sols tempèrent le climat, en particulier en milieu urbain, grâce à l'albédo supérieur des sols par rapport aux surfaces bitumineuses et à l'évapotranspiration de la végétation (réaction endothermique). Ils constituent le troisième plus grand réservoir de carbone, piégeant 30% des émissions humaines de CO₂.
• Réserve de biodiversité : Les sols sont un habitat vital pour une biomasse souterraine largement supérieure à celle de surface. Par exemple, 1 hectare de sol peut abriter 1 à 3 millions de lombrics (3 000-4 500 kg), contre 1 500 kg pour 2-3 vaches en pâture. Ils contribuent à la maintenance des habitats et de la biodiversité, étant des milieux biologiques nourriciers, protecteurs et des réservoirs biologiques.

Fonctions Anthropiques (Maîtrise Humaine)

Ces fonctions concernent l'utilisation directe des sols par l'homme :

• Production : Support des productions végétales agricoles et forestières, fournissant des ressources génétiques et pharmaceutiques. Les sols sont le siège d'une intense activité biologique (décomposeurs, autotrophes) essentielle au recyclage des nutriments et à la production primaire.
• Support : Ancrage des végétaux (racines, eau, nutriments) et support des activités humaines et constructions.
• Fourniture de matériaux : Source de matériaux pour la construction et la production végétale (terres arables).
• Stockage : Utilisation pour le stockage des déchets, voire pour la création de technosols (sols construits par l'homme à partir de matériaux recyclés).

Fonctions Sociales

Les sols ont également une dimension sociale et culturelle :

• Archivage : Conservation de fossiles, d'artefacts archéologiques et d'archives climatiques, témoignant de l'histoire de la Terre et des civilisations.
• Patrimoniale : Lieux de promenades, de sites remarquables et d'aménagements urbains, contribuant au patrimoine culturel et naturel.

Menaces et Fragilité des Sols

Les sols sont une ressource limitée et non renouvelable à l'échelle temporelle humaine. Il faut des milliers d'années pour former un sol (environ 100 g/an/m² ou 10 cm en 2 000 ans), mais bien moins pour le détruire.

Principales Atteintes aux Sols

• Imperméabilisation : Les surfaces d'habitat et d'infrastructures transforment les sols en "sols morts", annulant leurs fonctions écologiques. La progression des surfaces d'habitat et d'infrastructures a été de 23% entre 1985 et 2009 en Suisse.
• Érosion : Phénomène qui fait perdre jusqu'à $5 \, \text{kg}_{\text{sol}}/\text{an}/\text{m}^2$. Environ 40% de la surface agricole utile de la Suisse est concernée par l'érosion.
• Compaction : Causée par l'utilisation excessive d'engins lourds, elle détruit la structure poreuse du sol, réduit l'aération et la croissance des racines, et détruit les habitats des organismes du sol. Près de 70 000 hectares de surfaces agricoles suisses sont menacés par le compactage.
• Polluants persistants : Métaux lourds (Pb, Cu, Cd, Zn), substances organiques persistantes et médicaments polluent les sols. Environ 10% des sols suisses dépassent les valeurs indicatives pour certains métaux lourds.
• Apports élevés d'azote et acidification : L'élevage intensif conduit à des apports excessifs d'azote, affectant environ deux tiers des sols suisses et entraînant leur acidification.
• Utilisation du sol : Recul des surfaces agricoles au profit des surfaces boisées et construites, ce qui a un impact indéniable sur le devenir des sols.

Le coût des pertes de sol est estimé à 30 milliards de dollars US par an (Pimentel, 2010).

Sols et Géopolitique : Source de Conflits

Les sols, en tant que ressource limitée, jouent un rôle géopolitique majeur et sont parfois à l'origine de conflits. Le PNUE estime que 40% des conflits civils sont liés à l'exploitation des ressources naturelles.

Exemples de Conflits liés aux Sols

• Darfour : La rareté de l'eau et des terres fertiles, exacerbée par le surpâturage et la déforestation, a contribué au conflit. La diminution de la couverture végétale a entraîné une accélération de l'érosion et une avancée des sables, augmentant la pression sur les terres arables et la concurrence entre agriculteurs, nomades et bergers.
• Afghanistan : La dépendance aux ressources naturelles et services environnementaux, combinée à la destruction de vergers et à la déforestation due aux conflits, a provoqué une accélération de l'érosion, une perte de terres cultivables et une dégradation de la ressource en eau. La paix dépend de la remise en état de ces ressources.
• Haïti : La perte massive de surfaces forestières (44% entre 1990 et 2000) a éliminé la protection naturelle contre les tempêtes tropicales, conduisant à la disparition de la couche de terre arable, à l'effondrement de l'agriculture et à des glissements de terrain et inondations catastrophiques.
• Minerais de conflit (RDC, Colombie, Birmanie, Libéria) : La demande croissante en métaux rares pour l'industrie manufacturière (tantale, étain, tungstène, or, etc.) alimente une exploitation et une extraction illégales, entraînant des violations des droits humains et des dégâts écologiques importants.

Principes de Protection des Sols

Pour protéger les sols, il est essentiel de leur donner une valeur allant au-delà de leur simple fonction de support ou agricole. Il faut valoriser leurs fonctions au sein des cycles de l'eau et du carbone, leur rôle dans la biodiversité et la protection contre les dangers naturels.

Stratégies de Gestion Durable

• Analyse et évaluation de l'état du sol.
• Augmenter la teneur en matière organique du sol.
• Maintenir une couverture du sol.
• Utilisation rationnelle des éléments nutritifs.
• Travailler l'hospitalisation et l'aération des sols.
• Mettre en place des systèmes appropriés d'évacuation et de traitement des déchets et des eaux usées.
• Remettre en état/Réhabiliter les sols dégradés.
• Mettre en place un aménagement du territoire intégré.

Conclusion et Perspectives

Les sols fertiles sont une ressource non renouvelable et en péril. Leur formation est lente, tandis que leur destruction peut être extrêmement rapide. Les sols accomplissent des fonctions indispensables aux activités humaines et aux écosystèmes. Les atteintes (érosion, pollution, imperméabilisation, compactage) réduisent leur fertilité et leur capacité fonctionnelle, menaçant la sécurité alimentaire, la biodiversité, la régulation climatique et pouvant même être source de conflits mondiaux. Une gestion durable et une protection constante des sols sont impératives pour l'avenir.

Synthèse des Points Clés

• Les sols sont une ressource non renouvelable et en danger.
• La perception du sol varie selon son usage et l'échelle d'observation.
• La formation d'un sol est un processus lent (100 g/m²/an ou 10 cm en 2000 ans).
• Les sols remplissent des fonctions vitales (épuration de l'eau, protection contre les crues, stockage du carbone, support de biodiversité, production alimentaire, etc.).
• Les sols sont soumis à de nombreuses atteintes (érosion, pollution, imperméabilisation, compactage), qui entraînent leur rapide disparition.
• L'utilisation des sols varie entre les zones boisées, agricoles, non exploitables et urbanisées.
• La gestion et la mise en péril de la fertilité des sols sont des causes de conflits géopolitiques à travers le monde.