FIF-ENGREF B. Jabiol, Propriétés électriques des sols et de leurs constituants

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Michel Chevalier
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1 FIF-ENGREF B. Jabiol, 2002 Propriétés électriques des sols et de leurs constituants 1

2 1 - Le pouvoir adsorbant des sols poly «absorption» de cations 2 - échange de cations 3 - échange rapide 4 - échange réversible 5 - effet limité 6 - effet variable selon les terres 2

3 1 - Le pouvoir absorbant des sols 2 - Schématisation de l échange Ech (A) + B + + X - Ech (A, B) + A + + B + + X - Ech (B) + A + + B + + X - ensemble des échangeurs = «complexe adsorbant» 3

4 1 - Le pouvoir absorbant des sols 2 - Schématisation de l échange 3 - Origine du pouvoir adsorbant poly 1 a - charges permanentes dues à substitutions isomorphiques : compensations par cations hydratés 4

5 3 - Origine du pouvoir adsorbant a - charges permanentes double couche diffuse (Gouy- Chapman) concentrations ioniques n + concentration faible d'électrolyte concentration forte no distance à la surface de l argile n - poly 2 5

6 3 - Origine du pouvoir adsorbant a - charges permanentes b - charges variables dues à groupes fonctionnels : bordure des argiles -- SiOH : -- SiOH --> SiO - + H + sites de la MO -- COOH, phénols... oxy-hydroxydes LE NOMBRE DE CHARGES VARIABLES AUGMENTE QUAND LE PH AUGMENTE 6

7 1 - Le pouvoir absorbant des sols 2 - Schématisation de l échange 3 - Origine du pouvoir adsorbant 4 - Sélectivité de l échange fraction ionique de A : x A = Z A n A / Z i n i x fraction ionique dans solution X fraction ionique sur échangeur X B sélectivité plus grande pour B si X B > x B en présence de A, sélectivité de l échangeur plus marquée pour B que pour A poly 2 sélectivité plus grande 7 pour A x B

8 4 - Sélectivité de l échange fonction de l échangeur fonction de la charge des ions puis du rayon solvaté Mg ++ Ca ++ K + Na D après Soltner Al +++ > Ca ++ > Mg ++ > K + > NH + 4 > Na + 8

9 conséquences :. très faible sélectivité pour Na + quand x Na = x Ca (= 50%) X Na < 10% pour avoir X Na > 15% il faut x Na > 70%. forte sélectivité pour Al +++ 9

10 4 - Sélectivité de l échange 5 - La capacité d échange cationique a - définition CEC = T b - méthodes de mesure : exprimée en mé/100 g = cmol+ / kg - tamponné à ph 7 : (Metson, échange à l acétate d ammonium) dissociation de sites pour sols acides - au ph du sol : CEC effective (Te) : soit par échange, soit par somme des cations fixés si ph < 7, T 7 > Te 10

11 5 - La capacité d échange cationique a - définition b - méthodes de mesure CECmesurée à ph7 (Metson) y = 0,763 x r 2 = 0,396 ph > 7 ph < 7 5 En mé/100g CEC mesurée au ph du sol (cobaltihexammine) 11

12 5 - La capacité d échange cationique a - définition b - méthodes de mesure c - ordres de grandeur SURFACE SPECIFIQUE ET CHARGE DE QUELQUES MINERAUX ARGILEUX Surface externe Surface interne Surface totale Charge (à ph 7) m2 / g m2 / g m2 / g mé / 100 g kaolinite illite montmorillonite vermiculite matière organique

13 5 - La capacité d échange cationique b - méthodes de mesure c - ordres de grandeur sols forestiers, CEC au ph du sol poly 3 4 à 6 mé / 100g 2 à 4 mé / 100g LIÉE À LA QUANTITÉ D'ARGILE ET DE MATIÈRE ORGANIQUE 13

14 5 - La capacité d échange cationique 6 - Garnitures cationiques a - définitions cations d acidité négligeable («bases échangeables») cations responsables de l acidité Ca ++, Mg ++, K +, Na + H +, Al + + +, Mn + +, Fe Ca(H 2 O) n ++ + H 2 O Ca (OH) (H 2 O) n-1 + +H 3 O + pka = 12,7 Al(H 2 O) H 2 O Al (OH) (H 2 O) H 3 O + pka = 5,1 14

15 6 - Garnitures cationiques a - définitions poly 2 % Al total 100 Al +++ Al(OH) 3 Al(OH) 2 + Al(OH) ++ Al 6 (OH) ph 15

16 6 - Garnitures cationiques a - définitions cations d acidité négligeable («bases échangeables») cations responsables de l acidité Ca ++, Mg ++, K +, Na + H +, Al + + +, Mn + +, Fe macro-éléments toxiques S = somme des «bases échangeables» AE = acidité d échange en mé / 100 g V = 100 S / T : taux de saturation 16

17 6 - Garnitures cationiques a - définitions V dépend de la méthode de mesure de T : à ph 7 ou au ph du sol en sols acides T 7 > Te donc S/T 7 < S/Te S/Te = 4 + 2,02 S/T 7 si S/T 7 < 50% étude dans les Vosges en contexte acide : (M Penel) 17

18 6 - Garnitures cationiques poly 3 a - définitions b - exemples E E BT BT C sol saturé C E BT C sol mésosaturé Ca K A Sal C Al sol désaturé Mg H 18

19 6 - Garnitures cationiques a - définitions b - exemples c - lixiviation des éléments minéraux Le drainage climatique entraine sous nos climats un renouvellement rapide des solutions du sol riches en éléments minéraux ; c est la lixiviation qui a pour conséquences : - décarbonatation - échange entre H + et cations du sol : rôle du système tampon, acidification possible 19

20 1 - Le pouvoir adsorbant des sols 2 - Schématisation de l échange 3 - Origine du pouvoir adsorbant 4 - Sélectivité de l échange 5 - La capacité d échange cationique 6 - Garnitures cationiques 7 - La capacité d échange anionique fixation : H 2 PO 4 - > SO > NO 3 - > Cl - 20

21 1 - Le pouvoir adsorbant des sols 2 - Schématisation de l échange 3 - Origine du pouvoir adsorbant 4 - Sélectivité de l échange 5 - La capacité d échange cationique 6 - Garnitures cationiques 7 - La capacité d échange anionique 8 - ph du sol Définition??? 21

22 8 - ph du sol a- définition Par convention : (norme ISO) - ph eau : terre 1 volume eau 5 volumes - ph KCl : KCl N Ech (A, H) + K + + Cl - Ech (K) + A + + H + + K + + Cl - - ph CaCl2 ph KCl ph eau 22

23 8 - ph du sol a- définition b- valeurs du ph eau sols forestiers, horizons 0-10cm poly 5 sols agricoles, horizon L 23

24 8 - ph du sol a- définition b- valeurs c- régulation - ph 8,7 : sols alcalins, «très basiques»- sols «salés», riches en Na forte solubilité des carbonates de Na et K fournissent OH - Forte contrainte due au sodium - ph 8,5 à 7 : sols «basiques» tamponnés par la dissolution de Ca CO 3 : sols calcaires ph variable selon vitesse de dissolution, donc forme du Ca CO 3, flux d eau et de CO 2, des acides organiques, des nitrates, etc. 24

25 8 - ph du sol a- définition b- valeurs c- régulation - ph 5 à 6,5 : «peu acide» ph très favorables pour la végétation et la faune ph tamponné par l altération des silicates - ph : 5 à 4,2 : ph «acide» ph tamponné par équilibres de Al ; aluminisation des argiles Importance de Al +++, forte contrainte pour la végétation et la faune - ph < 4,2 : ph «très acide» très faible à nulle capacité à neutraliser les acides 25

26 8 - ph du sol d- relation ph / taux de saturation poly 4 ph > 6 => S/Te > 95% S/Te (au ph sol) ph < 4 => S/Te < 25 % ph > 7 => S/T 7 =100% ph < 5 => S/T 7 < 20 % 26

27 8 - ph du sol a- définition b- valeurs c- relation ph / taux de saturation d- régulation e- conséquences du ph du sol Disponibilités en éléments chimiques (cations, P, oligoéléments) Toxicités (Na, Al, calcaire ) Activité biologique (bactéries, micro à macrofaune, champignons ) Répartition des plantes Altérations et pédogénèse Équilibres et déplacement du fer 27

28 C est fini! 28

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