Matières organiques

Au laboratoire

Méthode normalisée (NF ISO 14235)

Méthode par oxydation sulfochromique

1. Attaque oxydante (le sol ne contenant pas d’autres corps oxydables que le carbone)
   • 500 mg de terre broyée finement (à 0,315 mm)
   • solution d’attaque : bichromate de Potassium + acide sulfurique
2. Traitement intermédiaire
   • chauffage
   • ajout d’eau
   • refroidissement
   • décantation
3. Dosage de la concentration par colorimétrie sur chaîne d’analyse à flux continu

Remarque : dans les sols humifères non calcaires pauvres en argile, la matière organique est dosée par perte au feu (combustion des substances carbonées).

Note A :

Définition - Signification

Par convention : Matières organiques = carbonique organique (C) x 1,72

Processus simplifié de l’humification :

	Rapport C/N = Carbone organique / Azote total indicateur de la richesse de l’humus en azote donc du potentiel de fourniture d’azote par le sol. Renseigne sur la vitesse de minéralisation de l’humus.
	Humification (k1) : coefficient ISOHUMIQUE = rendement de la transformation en humus stable des matières organiques (ce rendement est de l’ordre de 15 % pour les pailles).
	Minéralisation (k2) : coefficient de minéralisation = 0,5 à 3 % par an selon les types de sols. L’humus est minéralisé par les micro-organismes du sol et forme des ions simples nutritifs et du gaz carbonique (CO2).

Ordre de grandeur

(Pour un sol moyen à 2 % de matières organiques et 3000 t/ha de terre fine)

Interprétation

• Teneur souhaitable en Matières Organiques

Texture / sol	Valeur minimale autour de	A préciser en fonction de
Grossière / sable	15 g/kg	La texture et les caractéristiques du sol
Moyenne/limon	18-20 g/kg	La présence plus ou moins importante de calcaire
Fine/argile	22-25 g/kg	Le pH du sol
Argilo-calcaire	25-35 g/kg	Le système de culture (céréales - vigne…)

• Rapport C/N :
  

Conséquences agronomiques

Rôles de la MATIERE ORGANIQUE

• Physique : rôle structurant (assemblage des particules et agrégats).
• Chimique : constituant du COMPLEXE ARGILO-HUMIQUE (C.A.H.)
  • propriétés d’adsorption et mise en réserve.
• Biologique : lieu de la vie biologique
  • amélioration de la faune et de la microflore.
• Hydrique : capacité de rétention en eau.
• Thermique : réchauffement des sols.

A noter :

Les Matières Organiques' recouvrent des fractions très différentes = matières organiques fraîches (racines, pailles, engrais verts enfouis…), intermédiaires (en cours de stabilisation) ou stables = humus (substances humiques, acides aminés, biomasse microbienne…). Humus + Argile = Complexe Argilo-Humique (C.A.H.) Conditionnant la structure du sol et le pouvoir alimentaire du sol.

La matière organique ne fait pas (toujours) l’amendement

• Evolution des stocks de carbone des sols français

Figure 1 : Estimation de la variation de la teneur en carbone organique dans les sols entre les périodes 1990-1995 et 1999-source  : Gis Sol (BDAT), 2007

L’observation de l’évolution des teneurs en matière organique des sols montre que selon les conditions pédo-climatiques, les cultures et les modes d’entretien du sol, certains sols s’enrichissent en matière organique alors que d’autres, à l’opposé, s’appauvrissent (Figure 1). Globalement, les teneurs en matière organique des sols français décroissent. La perte du stock de carbone organique dans les sols agricoles français est estimée à 6 millions de tonnes de carbone par an, soit près de 0,2 %, entre les périodes 1990-1995 et 1999-2004 (source : Groupement d’Intérêt Scientifique Sols GISsol) Pourtant les matières organiques du sol assurent de nombreuses fonctions agronomiques et environnementales. Elles proviennent de la transformation des débris végétaux par les organismes vivants, essentiellement les micro-organismes. Composées de 58 % de carbone organique en moyenne, elles libèrent du dioxyde de carbone (CO2) et des composés organiques en se décomposant sous l’influence du climat et des conditions ambiantes du sol. L’évolution du stock de carbone organique dans les sols résulte de l’équilibre entre les apports de matières organiques végétales au sol et leur minéralisation.

• L’amendement organique

L’apport d’amendement organique est un moyen parmi d’autres de compenser ces pertes et de conserver le potentiel agronomique des sols cultivés. Toutefois l’offre de produits disponibles est aujourd’hui importante en France, et le choix peut s’avérer difficile pour l’utilisateur ou le prescripteur. Devant cette variété, comment choisir le « meilleur » produit, qui pourra répondre au mieux aux besoins du sol, du végétal et de l'objectif de production de l'agriculteur ? Tout d’abord, qu’attend-on d’un amendement organique ? Réglementairement, les amendements organiques sont des matières fertilisantes. Celles-ci comprennent les engrais, les amendements et, d’une manière générale, tous les produits dont l’emploi est destiné à assurer ou à améliorer la nutrition des végétaux ainsi que les propriétés physiques, chimiques et biologiques des sols. Les amendements organiques sont définis, dans la norme NF U44-051 (2006)1, comme des matières fertilisantes composées principalement de combinaisons carbonées d’origine végétale, ou animale et végétale en mélange, destinées à l’entretien ou à la reconstitution du stock de matière organique du sol et à l’amélioration de ses propriétés physiques et/ou chimiques et/ou biologiques. Leur rôle nutritif n’est donc pas prépondérant, mais il n’est pas toujours négligeable pour autant.

• Variabilité des produits disponibles

L’amendement organique le plus répandu en France est le fumier de bovin. Cette terminologie unique cache une grande variété de produits, en fonction de la gestion du troupeau, du type d’animaux, de la stabulation, du degré de maturité du produit. C’est souvent le cas des engrais dits « de ferme » (Figure 2).

Figure 2 : Variabilité des teneurs en matière sèche des fumiers Source : Guillotin M-L, Jordan-Meille L, 2007. Caractérisation agronomique de produits organiques à partir d’une base de données d’un laboratoire d’analyses. In "8èmes Journées de la fertilisation raisonnée et de l’analyse de terre", GEMAS-COMIFER, Blois, 2007

Ces produits présentent l’avantage d’être disponibles en grande quantité, et s’ils ne sont pas gratuits, ils sont souvent proposés à un prix inférieur aux produits mis sur le marché. Ces derniers sont le plus souvent normalisés. De ce fait leurs caractéristiques sont vérifiées et validées. Avant la mise sur le marché d’un produit, le producteur s’est assuré qu’il est bien conforme à la norme à laquelle il est rattaché : NF U 44-051 pour les amendements organiques sans boues et NF U 44-095 pour les amendements organiques contenant des Matières d’Intérêt Agronomique issues du Traitement des Eaux (MIATEs). Dans ce cas, un certain nombre d’analyses est exigé, afin de vérifier l’innocuité du produit, ses effets bénéfiques, ses caractéristiques spécifiques, comme sa vitesse de minéralisation, sa stabilité biologique. Certains renseignements obligatoires sont consignés sur l’étiquette du produit, sur l’emballage ou dans un document d’accompagnement. La norme des amendements organiques NF U 44-051 comprend 11 dénominations de type, qui dépendent des matières premières employées et du mode d’obtention (compostage / lombricompostage / simple mélange…). Ainsi, même si l’objectif commun d’un amendement organique est d’apporter au sol de la matière organique, selon le type de produit, les effets obtenus ne seront pas les mêmes. C’est pourquoi il est important de bien lire les étiquettes, et de solliciter le producteur pour tout complément d’information sur le produit acheté.

L’amendement organique universel n’existe pas. Il existe un produit adapté à chaque situation agronomique, et chaque produit peut répondre à un besoin agronomique. Pour bien choisir et appliquer un produit en réponse à un effet, il est utile de coupler les caractéristiques de l’amendement organique avec une analyse du sol.

• Des potentiels amendants différents

Mais ce n’est pas parce qu’un produit est plus riche en matière organique qu’un autre produit, qu’il sera forcément plus performant ! La matière organique s’apprécie à la fois par la quantité présente, mais aussi par son état de maturité et sa stabilité.

Ainsi, les produits qui ont tendance à fortement minéraliser permettront de relancer l’activité biologique du sol (stimulation de la biomasse microbienne). Les amendements organiques bien stabilisés ont quant à eux un fort potentiel amendant et seront à privilégier pour structurer et enrichir durablement le sol en matière organique.

• Quelques outils de diagnostic

- L’analyse chimique classique d’un produit organique est une première étape pour en connaître sa valeur fertilisante potentielle. En dosant les concentrations en éléments fertilisants et en matières organiques, on caractérise de façon « quantitative » le produit. La matière organique et certains éléments, comme l’azote ou encore le phosphore, ne s’expriment pas de la même façon selon la nature même de l’amendement et de son état de maturité.

- Les analyses spécifiques, comme la cinétique de minéralisation du carbone et de l’azote ou l’indice de stabilité biologique (ISMO), permettent de mieux appréhender la façon dont cette matière organique évoluera, une fois le produit apporté au sol.

Identifier et remédier à certains dysfonctionnements du sol par l’analyse de la MO dans le sol

• Rappels sur la nature et les fonctions des MO du sol

Pour restituer le contexte, rappelons que le sol, défini(1) comme la « formation naturelle de surface, à structure meuble et d’épaisseur variable, résultat de la transformation de la roche-mère sous-jacente sous l’influence de divers processus, physiques, chimiques et biologiques, au contact de l’atmosphère et des êtres vivants » par le pédologue Albert Demolon, ne prend naissance que lorsque, à ses constituants minéraux s’ajoutent des constituants organiques. Ceux-ci, encore appelés MATIERES ORGANIQUES (MO), peuvent provenir des organismes végétaux et animaux du sol, ou apportés au sol. Ainsi, les matières organiques du sol sont communément réparties en quatre groupes :

• Les végétaux et animaux vivants : bactéries, champignons, racines des végétaux supérieurs, vers, protozoaires, acariens, etc

• Les déjections animales et les végétaux et animaux morts mais pas encore décomposés, formant les « matières organiques fraîches »

• Les matières organiques en cours de décomposition, parfois appelées « produits transitoires »,

• Les matières organiques colloïdales, plus ou moins stabilisées par le processus d’humification.

L’ensemble représente en moyenne 2% de la masse d’un sol agricole, et 3% de son volume. Les différents types de MO ne sont pas quantitativement équivalents dans un sol (les MO les plus « évoluées » étant généralement majoritaires). D’autre part, ils se caractérisent par des temps de séjour différents, indissociables de la fonction jouée par les MO.

Pour comprendre pourquoi cette MO, qui ne représente que quelques pour-cents d’un sol, passionne tant la communauté scientifique, il faut s’intéresser à son importance fonctionnelle. On a coutume de dire qu’elle améliore à la fois les propriétés physiques, chimiques et biologiques.

• Une des fonctions principales de la MO du sol est de stabiliser les agrégats, ces derniers participant à la formation d'une porosité essentielle au transport de l’eau et de l’air dans les sols. C’est surtout la fraction la plus active de la MO (biomasse microbienne, polysaccharides …) qui conditionne la stabilité des agrégats et indirectement, la structure du sol (effet anti-érosion et anti-compaction).

• La fraction organique du sol fournit aussi une grande diversité d’habitats et une source d’énergie pour la faune (lombrics, acariens, nématodes...) et la microflore (champignons, algues, micro-organismes...) du sol. La plupart de ces organismes décomposent la MO, maintiennent les propriétés physiques du sol et facilitent, dans certains cas, l’accès des plantes aux nutriments (mycorhizes, rhizobium par exemple). Ils peuvent également intervenir dans la dégradation de certains micro-polluants organiques (pesticides, hydrocarbures...), avant que ceux-ci n’atteignent les eaux de surface ou les eaux souterraines. Les composés organiques interviennent également dans l’inhibition de certains organismes phytopathogènes (effet suppresseur).

• En outre, la MO du sol représente un réservoir important dans le cycle du carbone. Des études récentes (notamment celle de L Ragot et K Schubert en 2007) ont démontré l’importance de la séquestration du CO2 atmosphérique dans ce réservoir.

• Facteurs de variation des teneurs en MO

La concentration en MO dans les sols dépend à la fois de la restitution de la biomasse au sol (prairie, culture, forêt), de l’apport de matières exogènes (fumier, boues de stations d’épuration, compost, ...) et du taux de minéralisation et d’humification de la MO, ces deux paramètres étant fonction, entre autres, de la qualité du substrat organique, de l’environnement physico-chimique du sol (pH, texture, …) et du climat (température, humidité, ...).

Il existe également une forte interaction entre les pratiques de travail du sol et la dynamique des MO du sol. Le travail du sol (ou le non travail) détermine les modalités d’incorporation et de décomposition des MO fraîches retournant au sol. Ainsi la pratique de travail du sol va influencer la localisation des MO dans le sol (dans les 10 premiers centimètres en non labour, alors que le labour la répartit sur tout l’horizon travaillé) mais aussi, leur vitesse de minéralisation. D’une façon générale, le passage aux techniques simplifiées de travail du sol s’accompagnerait d’une diminution de la vitesse de minéralisation de la MO du sol, qui peut être expliquée par une protection de la MO du sol dans les macro-agrégats, plus stables dans les situations non travaillées(2) . Les difficultés méthodologiques (modalités d’échantillonnage, effet des précédents ou des cultures intermédiaires, définition de la masse ou du volume de sol considéré…) nous obligent néanmoins à la plus grande prudence quand on interprète l’effet de modalités de travail du sol (cf [Constantin et al]site).

• Teneur « souhaitable » du sol en MO

On peut chercher à définir une teneur en matière organique "souhaitable", c'est-à-dire permettant d'obtenir des propriétés physiques, chimiques et biologiques du sol acceptables. Rémy et Marin-Laflèche (1974) ont proposé un abaque permettant de qualifier l’état organique d’un sol cultivé suivant sa teneur en matière organique et ses teneurs en argile et en calcaire.

Très global, il n’a pas été rattaché par ses auteurs à des effets précisément mesurés des matières organiques sur le comportement et les propriétés du sol.

De ce fait, son utilisation est parfois remise en question. Plus récemment, Loveland et Webb(3) ont étudié les relations entre le taux de matière organique des sols et les rendements des cultures ou les comportements de différents sols de régions tempérées. Cette étude montre qu’il est très difficile de définir des teneurs satisfaisantes, même si l’on s’intéresse à une catégorie de sols donnée et à un type de propriété précis de ces sols. Dans les systèmes agricoles, les relations du sol avec le végétal cultivé et les objectifs du producteur complexifient l’approche. En effet la richesse en MO d’un sol doit aussi être raisonnée en fonction de l’espèce (voire de la variété en plantes pérennes), et de l’itinéraire technique (en particulier en Techniques Culturales Simplifiées ou en conduite biologique). De même, on ne peut réfléchir à la teneur en MO « normale » ou souhaitable d’un sol sans tenir compte des conditions climatiques qu’il subit (altitude, régime pluviométrique, variations thermiques…). On comprend, par exemple, qu’en termes de niveau et de fonctionnement, l’approche sera différente pour une prairie d’altitude en Aveyron, dans la plaine de la Crau, ou dans le moyen Atlas.

Dans la pratique, les laboratoires qui présentent des valeurs « souhaitables » ou « optimales » en MO dans l’interprétation des analyses de terre, s’appuient sur des valeurs standards. A la lumière des éclairages précédents, on comprend que ces valeurs sont à considérer comme informatives et peuvent être modulées en fonction des choix techniques ou de contraintes environnementales spécifiques. De son côté, le laboratoire LCA tient compte, pour fixer les teneurs dites « souhaitables » en MO des sols, du type de production (plante pérenne, grande culture, truffe, …), du type de sol (déterminé par l’analyse) et de la région. Le niveau de MO souhaitable correspond alors, selon les situations à :

• La valeur considérée comme normale ou satisfaisante pour des couples « type de sol x type de production » précis. Ces valeurs ont été fixées selon les cas, soit par une approche statistique descriptive de grands types de sol fréquemment rencontrés (dans ce cas, pour un type de sol donné, la teneur souhaitable correspond à la valeur moyenne observée), soit par adoption des référentiels régionaux, départementaux ou au niveau des terroirs (viticulture).

• La valeur calculée selon l’abaque de Rémy et Marin-Laflèche. Ces niveaux permettent une première interprétation des teneurs en MO, issues directement de l’analyse. On a bien compris qu’il ne s’agit pas de donner une « norme impérative » des teneurs en MO d’un sol, mais de proposer un seuil permettant de réfléchir et de raisonner.

• Teneur ou stock ?

Le stock de MO correspond à la quantité totale de MO présente dans un volume de sol. Il peut être exprimé en tonnes par hectare par exemple. La teneur en MO représente, quant à elle, le contenu en MO d’une quantité de terre fine (terre séchée à 38°C et tamisée à 2mm). Elle s’exprime couramment en % ou en g de MO/kg de sol sec. Pour passer de la mesure de la teneur à l’appréciation du stock de MO, il faut donc connaître la profondeur du sol, sa teneur en cailloux et sa densité. Par conséquent, une teneur en MO mesurée dans un sol peut correspondre à des stocks différents, en fonction de l’épaisseur de sol, de sa densité et de sa pierrosité. La distinction entre ces deux notions est importante lorsqu’on veut réaliser un bilan humique. En effet, dans ce cas, on s’intéresse à la quantité de MO qui va se minéraliser annuellement, pour la compenser si nécessaire par d’autres apports de matière organique.

• L’analyse au laboratoire

Ce point est crucial lorsque l’on s’intéresse à la qualité de données obtenues sur des suivis ou des évaluations à long terme. Le plus souvent, la mesure de la teneur en matière organique est en réalité une mesure du carbone du sol, dont la valeur est multipliée par un coefficient conventionnel de 1,72 (ou 1,724 selon les laboratoires).

Les méthodes de mesure dites de « combustion sèche » sont celles qui sont réputées extraire la plus grande partie du carbone. Les méthodes d’oxydation par voie humide comme celle de Walkley-Black ou Anne, extraient des quantités moindres qui varient selon des valeurs de 70 % (principalement pour les sols tropicaux) à des valeurs très proches de celles obtenues par combustion sèche pour les sols tempérés(4) . La méthode Anne est très largement utilisée en France par les laboratoires d’analyses de terre. Cette méthode normalisée (NF ISO 14235), utilisée en routine au laboratoire LCA, est basée sur une oxydation sulfochromique du carbone (le sol ne contenant pas d’autres corps oxydables que le carbone), suivie d’un dosage par colorimétrie. Comme le carbone total des sols varie lentement, d’autres indicateurs de l’évolution de compartiments plus sensibles peuvent être appliqués pour détecter de façon précoce des tendances évolutives. Ces indicateurs permettent une vision plus précoce des tendances et renseignent sur la qualité des matières organiques. On dépasse ainsi un simple raisonnement sur le niveau.

(1) Encyclopédie Larousse

(2) LABREUCHE J., LE SOUDER C., CASTILLON P., OUVRY J.F., REAL B., GERMON J.C., de TOURDONNET S. (coordinateurs), 2007. Evaluation des impacts environnementaux des Techniques Culturales Sans Labour en France. ADEME-ARVALIS Institut du végétal-INRA-APCA-AREAS-ITB-CETIOM-IFVV. 400 p. Site

(3) Loveland P.; Webb J., 2003. Is there a critical level of organic matter in the agricultural soils of temperate regions: a review. Soil & Tillage Research, Volume 70, Number 1, March 2003 , pp. 1-18(18)

(4) D. Arrouays, C. Feller, C. Jolivet, N. Saby, F. Andreux, M. Bernoux, C. Cerri, 2002. Estimation de stocks de carbone organique des sols à différentes échelles d’espace et de temps. Étude et Gestion des Sols, Volume 10, 4, 2003 - pages 347 à 355.