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Page d'aide sur l'homonymie Pour les articles homonymes, voir CAH.
Le tube digestif du ver de terre est muni d'un organe spécial liant entre elles les micelles de matière organique aux micelles argiles

Un complexe argilo-humique (CAH) est une association de colloïdes de matière organique (humus) et de matière inorganique (argiles minéralogiques) chargés négativement, et d'ions minéraux chargés positivement (cations) liant l'humus et l'argile entre eux [1],[2]. On trouve les CAH dans les agrégats constitutifs du sol.

Il s'agit d'un complexe adsorbant qui a la propriété de retenir des cations présents dans le sol (Mg2+, Ca2+, K+, H+) par des interactions électrostatiques. Ces éléments chargés positivement peuvent alors attirer des anions ou groupements anioniques : les phosphates PO43- [1]. La capacité d'échange cationique[3] des CAH avec le milieu environnant a une influence sur la fertilité chimique des sols.

Cette liaison « argile + éléments minéraux + humus» s'appelle la « complexolyse ». C'est un des nombreux phénomènes qui participent à la pédogenèse. La profondeur et l'importance de la formation des complexes varient selon la nature des argiles et de l'humus, ainsi que le type de liaison impliquée dans la formation du complexe[1]. Des facteurs environnementaux tels que le pH et le climat entrent aussi en compte[4],[5].

Sommaire

Modalités de complexationModifier

Dans le milieu, les colloïdes d'argiles et d'humus sont agités de mouvement browniens et se repoussent mutuellement en raison de leurs charges négatives. Ces particules sont alors dites dispersées [5],[6]. Cependant, elles peuvent s'agréger au cours d'un processus nommé la floculation [4],[7],[6]. Les processus de dispersion et de floculation sont réversibles au cours du temps[5]. À ce jour, on connaît trois modalités d'agrégation[5] :

  1. La formation de ponts cationiques entre les colloïdes d'argiles et d'humus[1] ,[4],[5],[7]. Ces liaisons mettent en jeu des cations bivalents hydratés tels que Ca2+ et Mg2+[5],[7]. Les complexes les plus solides qu'on observe sont basés sur des ponts calciques formés dans les sols calcaires ou dans les sols chaulés [5],[6],[7]. Elles confèrent au sol une résistance à la dispersion par l'eau et à la minéralisation de l'humus à l'ensemble[5]. Seul, le cation Mg2+ aurait plutôt tendance à disperser les colloïdes[5],[7]. En effet, Mg2+ est plus hydraté que Mg2+. La neutralisation des charges positives portées par Mg2+ par les molécules d'eau amoindrissent son pouvoir foculant[5]. Cependant, associé à Ca2+ qui se retrouve en quantités supérieures dans la majorité des sols, Mg2+ provoque la floculation[5],[7].
  2. La liaison par l'intermédiaire des hydroxydes de fer ou d'aluminium chargés positivement[4],[5],[8],[9] en milieux acide. Ce mode de fixation est surtout celui que l'on observe dans les "sols bruns" des régions tempérées [5],[8],[9].
  3. L'adsorption par fixation directe des colloïdes d'humus chargés négativement sur des sites chargés positivement obtenus aux poins de rupture des feuillets d'argile [4],[5], quand la fracture d'un feuillet de silice ou d'un feuillet d'alumine fait apparaître une charge positive[5]. Ces sites de fixation sont moins nombreux que les précédents.

L'enveloppe protectrice formée par l'eau retenue par les colloïdes d'humus autour des argiles prévient la dispersion des particules d'argiles en cas de précipitations[1].

En effet, tous les éléments métalliques se combinent facilement avec la matière organique (MO) pour former des complexes organo-métalliques [réf. nécessaire]. Leur présence et leur activité dépendent de la nature chimique (géochimie) des constituants géologiques. En dehors du fer, les métaux les plus abondants dans le sol sont l’aluminium et le manganèse. Leurs combinaisons avec la MO sont moins intéressantes que celles à base de fer car, d’un côté, la liaison avec l’aluminium est très forte et provoque un blocage de la MO et, de l’autre côté, celle avec le manganèse est trop instable [réf. nécessaire] et sensible au lessivage. Les métaux sont d’autant plus mobiles que le milieu est acide et leur surabondance entraîne des problèmes de toxicité pour l’activité microbienne et pour la croissance des plantes[10].

De plus, la pellicule d'humus prévient également la dissolution des particules argileuses tandis que le complexe préserve la dégradation de la matière organique[1].

Propriétés des complexes argilo-humiquesModifier

 
Modélisation du complexe argilo-humique et d'ions adsorbés

Le complexe argilo-humique a la propriété d'être fortement adsorbant, ce qui lui permet de fixer de nombreux minéraux ; cette liaison « argile + éléments minéraux + humus » s'appelle la « complexolyse ». C'est un des nombreux phénomènes qui participent à la pédogenèse. La profondeur et l'importance de ce phénomène varient selon le climat, le pH du sol et la qualité des argiles et des humus en présence [réf. nécessaire].

Les propriétés adsorbantes de ces complexes sont agronomiquement intéressantes et même vitales, car seuls ces complexes sont capables de fixer dans le sol des cations qui sont des nutriments pour les plantes, qui seraient sans cela mobiles dans le sol, voire dans l'air ou la pluie : Mg2+, Ca2+, K+, protons H+ qui peuvent alors attirer des anions ou groupements anioniques : phosphate PO43− [réf. nécessaire].

Si le groupement ionique est composé d'ions calcium (Ca2+), il prendra le nom de pont calcique [réf. nécessaire].

Cette même propriété a une grande valeur du point de vue écotoxicologique [réf. nécessaire]; ces complexes peuvent en effet fixer, c'est-à-dire provisoirement "inerter" des cations toxiques (métaux lourds, autres métaux toxiques ou radionucléides…), qui ne sont alors plus solubles dans l'eau ou dans l'air et qui sont de la sorte moins biodisponibles pour la flore [réf. nécessaire].

Le complexe argilo-humique est mieux hydraté que ne pourraient l'être les micelles d'argile ou humiques, au bénéfice de la faune et microflore du sol qui produisent ce complexe (et au bénéfice de l'agriculture).

Une hydratation minimale est d'ailleurs nécessaire à la stabilité de ce complexe (la désertification s'accompagne de la destruction de ces complexes) [réf. nécessaire].


Argile
(fraction minérale)
charge  
ions minéraux
(échange permanent d'ions)
charge  
Humus
(fraction organique)
charge  

Activité biologiqueModifier

L'accrochage des argiles (charge négative) avec l'humus (charge négative) se fait par des ions positifs. Cependant, cette liaison est électrique et instable, notamment en présence d'eau. Un CAH qui n'aurait que les liaisons électriques des ions positifs pour tenir, ne tiendrait pas longtemps. C'est un CAH instable.

L'activité biologique vient enrober les éléments "argile + humus + ions" dans une colle humique que l'on appelle glomaline conduisant ainsi à stabiliser le complexe en le rendant résistant à la dégradation par l'eau. Cette liaison du CAH est principalement réalisée dans le tube digestif des vers de terre mais aussi (probablement) par d'autres individus. Ici, les champignons jouent (surtout les champignons micorhiziens de l'ordre des glomérales) car ils sont des producteurs de glomalines. D'où la grande importance d'un apport de bois raméal fragmenté (BRF) et de cultiver des plantes à mycorhizes pour favoriser la production de colles humiques et stabiliser les agrégats, d'où aggradation.

Les sols permettant la création de CAH doivent donc disposer :

  1. d'une argile de bonne qualité (montmorillonite),
  2. de matières organiques fraîches à dégradation lente et rapide (humus),
  3. d'ions positifs au pouvoir floculant (Ca2+ > H+ > Mg2+ >K+ >Na+),
  4. d'être vivants (pédofaune, plantes symbiotiques) pour mélanger le tout
  5. d'un système d'irrigation et de drainage agricole permettant que l'eau soit présente sans l'être en excès (asphyxie).

La capacité des sols à former des complexes argilo-humiques et constituer un réservoir d'éléments nutritifs pour la plante peut être mise en évidence par une expérience consistant à verser différents échantillons de terre dans deux entonnoirs munis d'un filtre (dans le premier entonnoir, on ajoute de l'éosine qui doit sa couleur à des anions, dans le deuxième une solution de bleu de méthylène qui doit sa couleur à des cations). Le filtrat rouge à la sortie du premier entonnoir montre que les anions ne sont pas fixés par la terre. Le filtrat incolore à bleu transparent (selon l'échantillon) à la sortie du second entonnoir montre que le CAH fixe plus ou moins les cations. Si on rajoute une solution de chlorure de calcium, le filtrat est d'un bleu plus foncé que le précédent, suggérant que les cations fixés sur le CAH sont échangeables[11].

Ces sols n'existent plus en agriculture ou jardinage quand les pratiques classiques de culture les ont dégradés . Généralement il manque toujours quelque chose ou tout. La meilleure voie consiste à influer la reconstruction naturelle du complexe . On peut jouer sur les pratiques suivantes : installation de couverts végétaux, (apports d'azote + mobilisation des ions positifs en profondeur >> développement bactérien et fongique = production de glomaline) apport de BRF (multiplication des vers de terre = remonté d'argiles en surface + apport de carbone = multiplication des mycorhizes) association judicieuse de plantes complémentaires cultivées (biodiversité + rotations = exploration plus large du sol par les racines), la couverture permanente du sol (amélioration de la réserve hydrique + prolifération des micro-organismes de surface), la protection des habitats (limitation des pratiques culturales traumatisantes pour le sol = arrêt du labour + réduction ou élimination des pesticides)

Dans tous les cas, il apparaît que le rôle de l'activité biologique est majeur. Pour construire des CAH dans un sol, il faudrait procéder ainsi, dans l'ordre :

  1. préserver les habitats,
  2. restituer des résidus organiques frais ("engrais verts" et/ou apporter du BRF)
  3. éliminer les excès d'eau (drainage naturel du sol grâce aux racines et la présence de glomaline),
  4. Favoriser la vie du sol et notamment les vers de terre (Digestion de la matière organique + remonté des argiles)

Voir aussiModifier

Notes et référencesModifier

NotesModifier

RéférencesModifier

  1. a b c d e et f Roger Doucet, Le climat et les sols agricoles, Berger, (ISBN 9782921416719 et 2921416719, OCLC 77046129, lire en ligne), p. 199-202
  2. Claire Chenu, « Le complexe argilo-humique des sols: état des connaissances actuelles », Comptes Rendus de l'Académie d'Agriculture de France. 87 (3): 3-12, 2001.,‎ (lire en ligne)
  3. Source : INRA
  4. a b c d et e (en) D. J. Greenland, « Interactions Between Humic And Fulvic Acids And Clays », Soil Science, vol. 111, no 1,‎ , p. 34–41 (ISSN 0038-075X, DOI 10.1097/00010694-197101000-00004, lire en ligne, consulté le 4 janvier 2019)
  5. a b c d e f g h i j k l m n et o Dominique Soltner, Les bases de la production végétale : phytotechnie générale : le sol, le climat, la plante. Tome I, Le sol et son amélioration, Sciences et techniques agricoles, , 471 p. (ISBN 9782907710008 et 2907710001, OCLC 496292549, lire en ligne), chap. 1 (« Les constituants du sol : leur variété et leur double origine »), p. 17-42
  6. a b et c Roger Doucet, Le climat et les sols agricoles, Berger, (ISBN 9782921416719 et 2921416719, OCLC 77046129, lire en ligne), p. 144-145
  7. a b c d e et f Dominique Soltner, Les bases de la production végétale : phytotechnie générale : le sol, le climat, la plante. Tome I, Le sol et son amélioration, Sciences et techniques agricoles, , 471 p. (ISBN 9782907710008 et 2907710001, OCLC 496292549, lire en ligne), chap. 11 (« Les amendements calcaires et magnésiens et la régulation ionique du sol »), p. 271-294
  8. a et b Dominique Soltner, Les bases de la production végétale : phytotechnie générale : le sol, le climat, la plante. Tome I, Le sol et son amélioration, Sciences et techniques agricoles, , 471 p. (ISBN 9782907710008 et 2907710001, OCLC 496292549, lire en ligne), chap. 5 (« Les principaux constituants chimiques du sol : leurs multiples formes dans le sol »), p. 107-124
  9. a et b Soltner, Dominique,, Les bases de la production végétale phytotechnie générale : le sol, le climat, la plante. Tome II, Le climat : Météorologie - Pédologie - Conservation des sols - Bioclimatologie - Agronomie du Carbone, Sciences et techniques agricoles, , 352 p. (ISBN 2907710168 et 9782907710169, OCLC 496794260, lire en ligne), chap. 3 (« Les grands types de sols, leur évolution et leurs caractéristiques »), p. 79-84
  10. La question du chaulage
  11. Isabelle Bednarek-Maitrepierre, Bruno Semelin, Alain Le Grand, Sciences, Hatier, , p. 117-118.