Texture du sol

Il peut paraître paradoxal de parler de fertilité « physique ». Elle est pourtant, avec les composantes chimique et biologique, l’une des bases du triptyque sur lequel repose la fertilité des sols. Comment des composants, minéraux et supposés inertes par nature, peuvent-ils conditionner le potentiel agricole d’une parcelle ?

Au laboratoire

Appréciation et mesure de la texture d’un sol

Sur le terrain, lors de l’examen du profil cultural par exemple, on peut, avec un peu d’expérience, apprécier la texture au toucher. Appliquée avec rigueur et méthode, elle permet d’aboutir à une véritable classification des sols.

Malgré tout, on comprend que la perception manuelle pourra être différente d’une personne à l’autre. L’appréciation texturale est donc le plus souvent le résultat d’une mesure en laboratoire, plus reproductible et plus discriminante, par l’analyse granulométrique, une fois les graviers et cailloux éliminés par un tamisage à 2 mm. La totalité des analyses est effectuée, normativement, sur la « terre fine », dont les éléments ont moins de 2 mm de diamètre. Pour les sols caillouteux, il est utile de demander au laboratoire de mesurer le « refus à 2 mm », afin d’apprécier la représentativité de la mesure sur la terre fine par rapport au volume total de sol exploitable ! En effet, sur certains sols viticoles par exemple, la terre fine peut représenter moins de 20% du volume du sol exploité par les racines. De la même façon que la bonne interprétation d’une analyse de sol nécessite la connaissance de la profondeur de la couche arable (sol utile), la prise en compte des refus (mais aussi du pourcentage de cailloux non mis dans l’échantillon à analyser, mais à indiquer sur la fiche de renseignements) est indispensable. Les éléments grossiers interviennent directement sur la porosité, la capacité de rétention hydrique et minérale, la vitesse de réchauffement et la résistance au tassement des sols.

L’analyse granulométrique au laboratoire

La méthode la plus fréquemment utilisée en France est la méthode normalisée NF X31-107.

Méthode Normalisée (NF X31 107)

• Préparation 5 g ± 0,001 g de terre fine.
• Destruction préalable de la matière organique (à l’eau oxygénée à froid, puis à chaud).
• Dispersion des particules élémentaires (ajout d’une solution à base de sodium).
• Agitation.
• Sédimentation : principe basé sur la vitesse de chute des particules selon leur grosseur. Pipetages successifs pour déterminer par prélèvements, les argiles, les limons fins et les limons grossiers.

          - Pesée après séchage des fractions fines pipetées.

          - Pesée après tamisage et séchage des fractions grossières (sables).

Argile vraie ou argile granulométrique

Selon les laboratoires, l’analyse granulométrique peut être effectuée avec ou sans décarbonatation préalable. Derrière ce qui peut passer pour un détail technique, se cache la plupart du temps le souci d’accéder, par l’analyse granulométrique aux argiles « vraies » ou minéralogiques, dont le rôle est fondamental dans les propriétés physiques, chimiques et biologiques du sol. Or la méthode d’analyse de la granulométrie étant basée sur la taille des particules constitutives, la classe des argiles va rassembler tous les éléments d’un diamètre inférieur à 2 micromètres : il s’agit d’argiles granulométriques. On y trouve les argiles minéralogiques (issues de l’altération des silicates), mais aussi : des débris de quartz très fins (1 à 2 micromètres), de la silice plus ou moins hydratée, des oxydes de fer et d’aluminium et des cristaux de calcaire très fins (moins de 2 micromètres).

L’étape préalable de décarbonatation, lorsqu’elle est réalisée par le laboratoire, aboutit à l’élimination du calcaire. De ce fait elle permet de se rapprocher de la proportion d’argile minéralogique dans la fraction inférieure à 2 micromètres, mais elle ne suffit pas à déterminer uniquement les argiles « vraies » : le quartz, la silice, les oxydes restent comptabilisés avec les argiles.

D’autre part, en fonction du type de sol, les carbonates peuvent aussi se trouver dans les fractions plus grossières. L’ensemble des résultats de l’analyse granulométrique peut donc être modifiée par la décarbonatation, sans qu’il soit possible d’en prévoir l’effet sur chaque fraction granulométrique prise séparément. En fait, la granulométrie après décarbonatation présente un intérêt dans deux cas particuliers précis :

          - pour résoudre certains problèmes de filiation pédogénétique entre horizons, qui intéressent les pédologues ;

          - pour connaître la répartition granulométrique des carbonates dans un horizon calcaire (à condition d’avoir aussi réalisé l’analyse sans décarbonatation). Cette approche peut intéresser les agronomes qui cherchent à évaluer la « réactivité » du calcaire, notamment dans des situations de risque de chlorose ou de choix de porte-greffe. Il faut souligner que le dosage du calcaire actif semble bien corrélé aux taux de carbonates des fractions granulométriques inférieures à 20 micromètres (argiles et limons fins), sauf pour les sols crayeux. Ce dosage complète utilement l’analyse granulométrique en l’absence de décarbonatation, pour les sols calcaires. C’est l’approche retenue par AUREA.

Comme la quantité et la nature des argiles minéralogiques jouent un rôle important dans la capacité d’échange des sols, la mesure de la Capacité d’Echange Cationique (CEC) est une détermination complémentaire particulièrement importante pour l’interprétation de l’analyse chimique de sol (bilan de fertilité). Deux sols ayant la même proportion d’argile granulométrique et de matières organiques peuvent en effet présenter des CEC très différentes selon la nature et la qualité de ces argiles et matières organiques.

Signification - Interprétation

• Ne pas confondre texture et structure

Les propriétés physiques des sols dépendent naturellement des proportions relatives des éléments les constituant, mais aussi de la façon dont ces éléments sont associés entre eux pour former des unités structurales. On appelle texture la composition d’un sol en sables, limons et argile. Elle permet de positionner les sols dans des « classes », dans lesquelles on associe parfois la matière organique et le calcaire lorsque leur présence est supérieure à 4 ou 5 %. La texture du sol classe donc les éléments constitutifs du sol selon leur dimension. Elle se distingue de la structure qui qualifie la disposition de ces éléments, en agrégats ou en unités structurales. Ces deux notions, texture et structure, commandent la totalité des caractéristiques physiques des sols, entre autres la porosité et le comportement des sols vis-à-vis de l’eau et de l’air

La texture du sol = répartition quantitative des éléments solides suivant leur taille.

Utilisation du triangle de texture

• De l’analyse granulométrique à la texture

La proportion relative des différentes classes granulométriques définit la texture du sol. Les classes de texture sont généralement données dans des diagrammes triangulaires, équilatéraux ou rectangles, divisés en zones de texture déterminée. Différents diagrammes ont été proposés. Ils réduisent les compositions granulométriques à trois fractions (argile, limon, sable) dont la somme fait 100 %. Le principe est toujours le même : on positionne la composition granulométrique selon 2 des 3 fractions. La troisième est forcément égale au complément de la somme des deux premières à 100 %. Par exemple, pour un sol à 35 % d’argile et à 50 % de limon, la proportion de sable est égale à 15 % car [100 – (35 + 50] = 15. Parmi les référentiels existants, on peut citer le diagramme USDA (12 classes), le diagramme FAO-UNESCO (3 classes), le diagramme belge (7 classes), ainsi que les triangles anglais (11 classes), suisse (10 classes), néerlandais (10 classes), ISSS (12 classes), etc.

En France, deux diagrammes sont couramment utilisés :

- celui du Service de la carte des sols de l’Aisne, qui comporte aujourd’hui 15 classes. A l’origine il ne comportait « que » 14 classes, les limons sableux et les limons moyens sableux n’étant pas distingués. Des versions simplifiées ont été proposées pour les « séries de sols » (9 classes) et les « familles de sols » (6 classes).

- celui du GEPPA (1963), qui comporte 17 classes. Elaboré par un groupe de pédologues à partir des sensations tactiles ressenties sur des prélèvements en provenance de tout le territoire métropolitain, il est devenu le standard français car reconnu comme le seul à émaner d’un travail collectif. C’est le triangle utilisé par AUREA.

Pour définir la texture du sol.

Exemple : sol ayant la granulométrie suivante : (en pour mille)

• Argiles = 280 (A)
• Limons Fins = 199 (LF)
• Limons Grossiers = 130 (LG)
• Sables Fins = 117 (SF)
• Sables Grossiers = 238 (SG)

A noter :

D’autres types de triangles de texture peuvent être utilisés. Les résultats s’expriment par rapport à la terre fine sèche, avec : LF + LG + SF + SG + A = 1000. Les carbonates totaux se répartissent dans les différentes fractions (argiles, limons, sables) suivant la grosseur des particules de calcaire.

Il ne faut pas perdre de vue l’objectif recherché par les concepteurs de ces triangles, et le contexte dans lequel ils sont apparus. Ainsi, le diagramme de la FAO, est en fait un référentiel d’aptitude à la création d’étangs piscicoles, ce qui explique qu’il puisse se satisfaire de « seulement » trois classes. Dans d’autres situations, les triangles cherchent à apprécier les aptitudes à l’irrigation, servent de base au raisonnement du chaulage (USA, UK), à l’évaluation de la réserve utile ou en hydrologie. Certains triangles développent plus ou moins les textures de sols les plus répandus dans leur région d’origine (pour mieux distinguer les séries de sols) : c’est le cas du triangle roumain qui présente une forte différenciation des classes vers le pôle sableux. De même, on comprend la difficulté pour les agronomes des pays d’Afrique du Nord aux sols souvent extrêmes (très argileux ou très sableux) de travailler avec un triangle de texture européen, centré sur les sols limoneux.

Finalement, sauf exigence de normalisation, que l’on utilise un triangle de textures existant ou que l’on en crée un autre pour ses propres besoins n’a guère d’importance. L’essentiel est de travailler avec un outil correspondant à ses objectifs. Il est assez fréquent, par exemple, que certaines structures ou organisations demandent au laboratoire de construire pour elles des diagrammes de textures spécifiques, centrés sur leurs sols dominants, pour mieux caractériser leurs parcelles. En revanche, du fait des nombreux diagrammes existants, et du risque d’erreur lors du passage d’un référentiel à l’autre, il faut bien préciser la source utilisée : triangle référencé ou triangle spécifique.

La texture issue des diagrammes est une première classification des sols. Elle est forcément un peu réductrice par rapport à l’information obtenue par l’analyse granulométrique, qui comporte cinq classes de fractions, la matière organique et éventuellement le calcaire. Ces informations sont valorisables autrement, par le calcul de divers indices qui permettent d’évaluer la porosité, le risque de battance, etc.

• Et la structure ?

Les éléments constituants du sol sont, sur le terrain, plus ou moins intimement associés pour former des agrégats, dans la composition desquels entre également une partie de la matière organique. Ces agrégats peuvent eux-mêmes être associés en unités structurales de plus grande taille pour constituer la structure du sol. De cette organisation va dépendre la circulation de l’eau et de l’air dans le sol et donc la vie végétale.

La structure n’est pas une constante : elle varie dans le temps, avec les saisons, les conditions climatiques et hydriques et sous l’effet de la culture. Le principal facteur de destructuration des sols est l’eau. Selon sa résistance à ces différents paramètres, le sol est qualifié de « stable » ou « instable ».

Cette stabilité est liée à de nombreux paramètres, dont :

- la présence de colloïdes et leur cimentation, dans lesquels l’argile, la matière organique et les oxydes de fer et d’aluminium jouent un rôle important ;

- la quantité, la fonctionnalité et le type de matière organique du sol ;

- la « couverture cationique » du sol, et notamment la présence excessive de sodium, magnésium ou potassium (facteurs d’instabilité sur les sols sensibles). A contrario, le calcium a un effet stabilisant (les sols basiques sont toujours plus stables que les sols acides) ;

- la mise en culture du sol, qui a souvent tendance à dégrader la structure du sol si les techniques choisies ne sont pas appropriées : choix des outils de travail du sol, gestion des amendements calciques ou organiques, type d’engrais… C’est à ce niveau qu’intervient, en grandes cultures, le choix de techniques cultures simplifiées (TCS), de non labour ou de semis direct.

La structure n’est pas une valeur mesurable mais s’apprécie, sur le terrain, par l’observation des profils culturaux ou pédologiques. On distingue plusieurs types de structure (particulaire, massive, fragmentaire…) selon la dimension des unités structurales, leur forme, leur cohésion… En fait, l’appréciation de la structure d’un sol fait le lien entre la pédologie et l’agronomie. Cette relation indispensable entre l’analyse au laboratoire et l’observation sur le terrain sera développée dans un prochain Agro-Reporter.

L’échantillon de terre transmis au laboratoire, remanié, est par nature déstructuré et ne permet donc pas de déterminer la structure du sol. Par contre, de nombreux outils analytiques ou critères permettent d’en estimer la stabilité et d’apprécier les risques d’accidents ou de difficultés (contraintes) agronomiques.

• Quelques indices

La détermination des cinq classes granulométriques permet d’aller encore plus loin dans l’utilisation des résultats d’analyses par le calcul de divers indices.

Ainsi l’indice d’instabilité structurale des agrégats de Hénin est établi à partir des teneurs en argile, limons fins, sables grossiers et en agrégats :

Is = [Argile + Limon fin] / [Agrégats – 0,9 * Sable grossier]

Cet indice varie globalement de 0,1 à 100, ce qui correspond à des stabilités structurales respectivement très élevées et très faibles. Plus l’indice d’instabilité est élevé et plus le sol a tendance à se désagréger et à se colmater sous l’effet de la circulation de l’eau, ce qui réduit la vitesse d’infiltration, si bien que ces deux paramètres varient en sens inverse l’un de l’autre. Néanmoins, l’appréciation des quantités d’agrégats n’est pas une analyse de routine dans les laboratoires agronomiques. Ainsi, en pratique, cet indice est rarement utilisé pour les analyses agricoles, qui s’appuient davantage sur l’indice de battance.

La formule d’estimation des risques de battance, proposée initialement par Rémy et Marin-Laflèche en 1974, est bien corrélée avec les résultats des tests de stabilité de Hénin. Dans sa dernière version, utilisée par AUREA, elle s’écrit :

IB = [1,5 * Limon fin + 0,75 * Limon grossier] / [Argile + 10 * Matière organique] – CII

L’indice de battance (IB) s’applique aux horizons de surface. Plus la valeur de l’IB est élevée, plus le risque de battance est important. Les sols sont considérés comme peu ou non battants pour des valeurs d’IB inférieures à 1,4 à 1,6 et battants à très battants si cet indice est supérieur à 1,6 ou 1,8. On comprend bien que, pour un sol de composition granulométrique donnée, l’indice de battance diminue avec une augmentation de la teneur en matière organique de la couche de sol travaillée. De fait, les techniques qui conduisent à un enrichissement relatif de la couche superficielle du sol en matière organique (non labour, maintien des résidus de cultures en surface, engrais verts, …) peuvent contribuer à limiter la sensibilité du sol à la battance. Comme l’illustre la figure suivante, une différence sur la teneur en MO du sol de 0,5%, pour une composition granulométrique donnée, suffit à faire passer un sol limoneux de « peu battant » à « assez battant ». Ainsi l’entretien organique des sols revêt une importante particulière lorsqu’on observe que le risque de battance devient problématique à moins de 2% de MO sur ces mêmes sols.

Enfin la composition granulométrique peut servir de base au calcul d’autres indices, pour estimer la porosité d’un sol ou son potentiel d’activité biologique par exemple.

Conséquences agronomiques

Effet "Texture"	Rôles et Phénomènes	Incidences sur le sol
Quantité d’argile	- physique (structure) - chimique (réservoir alimentaire) = formation du complexe argilo-humique (C.A.H.) - hydrique (capacité de rétention en eau)	- richesses, potentialités et contraintes. - réserves en eau.
Déséquilibre de la texture	- instabilité, battance élevée si IB > 1,8 - aération (porosité défavorable) si IP < 3	- travaux du sol ± difficiles. - levées difficiles en cas de battance élevée. - risque de tassement.

A noter :

Les problèmes de structure d’un sol sont très souvent aggravés par une acidité excessive, un manque de matière organique. L’analyse granulométrique est à effectuer une seule fois pour la même parcelle. Elle est nécessaire pour une terre destinée à la plantation en viticulture ou arboriculture sur sol et sous-sol, en particulier pour le choix du porte-greffe. La connaissance de la texture peut aider à choisir certaines cultures. Elle guidera dans la conduite de certains traitements phytosanitaires au sol (herbicides). L’indice de battance est à utiliser avec un esprit critique ; il existe plusieurs formules pour le calculer.

• Principe de relativité

D’une façon générale, il ne faut pas se fier à un seul indice ou ratio, forcément réducteur, mais les confronter entre eux. Garder présents à l’esprit les quelques points suivants permettra de conserver le recul nécessaire à l’interprétation des résultats d’analyses :

       - La nature minéralogique des argiles présentes dans le sol est un facteur essentiel de son aptitude à la fissuration ; par exemple, la montmorillonite a un fort pouvoir de gonflement, contrairement à la kaolinite. A ce niveau intervient aussi la différence entre les argiles granulométriques et les argiles « vraies »

       - La répartition des éléments dans les classes granulométriques n’est pas forcément linéaire. La classe des « sables fins » est à ce niveau particulièrement délicate. Ces particules se comportent souvent plus comme des limons, avec des risques de compactage et tassements, que comme des sables grossiers à forte porosité. C’est pour cela que certains modèles agronomiques peuvent distinguer plusieurs groupes dans cette classe.

       - De même, la qualité et la fonctionnalité des matières organiques interviennent de façon prépondérante sur le comportement physique du sol. Les analyses spécifiques des matières organiques des sols, qui seront développées dans un prochain article, sont une des évolutions récentes de l’agronomie.

       - Les comportements théoriques des sols s’exprimeront plus ou moins selon la quantité d’éléments grossiers dans le sol (graviers, cailloux). Il faut se souvenir que l’analyse de terre se fait après élimination des éléments supérieurs à 2 mm ! Ainsi, un sol très asphyxiant sur la terre fine peut être très drainant s’il possède 50% de refus.

       - Un sol très asphyxiant par l’analyse peut être agronomiquement très intéressant s’il repose sur un sous-sol très drainant. A l’inverse un sol sableux, sans risque d’asphyxie a priori, peut être très difficile s’il est suivi d’une couche d’argile imperméable. La connaissance de la texture du sol, mais aussi du sous-sol, est essentielle pour le choix du porte greffe dans les cultures pérennes.

* Bibliographie :

- Agro-Transfert R&T, Chambres d’Agriculture de Picardie, 2007. Mémento Sols et Matières Organiques. 50 p

- D. Baize, 2000. Guide des analyses en pédologie. INRA Editions, 257 p.

- B. Dridi et A. Dilmi, 2011. Poids des différentes caractéristiques des sols dans l’estimation de leur rétention en eau. Etude et Gestion des Sols, 18, 4, 2011.

- Ministère de la Coopération, 1993. Mémento de l’Agronome, 4ème Edition. Collection « Techniques rurales en Afrique ». 1635 p.

- A.C. Richer de Forges et al, 2008. Perdus dans le triangle des textures. Etudes et Gestion des Sols, 15, 2, 2008.

- D. Soltner, 2003. Les bases de la production végétale. Tome 1 : le sol et son amélioration. Collection Sciences et Techniques Agricoles. 472 p.