Partie 3 : Les propriétés chimiques du sol

Partie 3 : Les propriétés chimiques du sol I. Notions de nutrition végétale Via ses racines, la plante se nourrit essentiellement d eau et d ions. Exemples d ions : Elle puise l eau et les ions dont elle a besoin dans la solution du sol. Le schéma suivant présente les principales origines des ions présents dans la solution du sol. A l aide de ce schéma, répondez aux questions suivantes : 1) Qu est-ce que la solution du sol? 2) Les roches-mères sont les roches à partir desquelles le sol se forme. Elles sont situées plus ou moins profondément dans le sol. La formation du sol à partir de ces roches est extrêmement lente. L eau, le gel, le vent, la végétation fragmentent les roches en place qui s usent. Une partie finit par se dissoudre dans la solution du sol en enrichissant cette solution en ions. a) Citez un ion enrichissant la solution du sol si la roche-mère est du calcaire. b) Pensez-vous que la dégradation des roches suffise à enrichir la solution du sol? Pourquoi? Novembre 2015 1

3) Quels sont les deux grands types de matières organiques qui fournissent des ions à la solution du sol? 4) Le chlorure de potassium est un engrais très utilisé. a) Quelle est la formule chimique du chlorure de potassium? b) Quels sont les ions apportés à la solution du sol après apport et dissolution de chlorure de potassium? II. Pouvoir adsorbant du sol Définition : Voici une représentation du pouvoir adsorbant du sol : A votre avis, grâce à quoi le pouvoir adsorbant est-il permis? Novembre 2015 2

Quels sont les ions retenus par le sol? Complétez le tableau suivant : Ions retenus Nature de l ion (cation, anion) Nom de l ion Les ions retenus sont-ils des cations ou des anions? Pourquoi? Quelle différence peut-on observer entre le mode d accrochage des ions monovalents et celui des ions divalents? En général, un cation domine. L ion dominant est : - Soit l ion calcium (de formule chimique Ca 2+ ) : si le sol est calcaire ou s il est bien entretenu en calcium par l Homme, l ion calcium est abondant et c est lui qui domine quantitativement ; - Soit l ion hydronium (de formule chimique H 3 O + ) : si au contraire le sol n est pas régulièrement alimenté en calcium, alors les ions hydronium dominent. En effet, les ions hydronium arrivent naturellement et régulièrement dans le sol : certaines rochesmères en libèrent beaucoup, l eau de pluie en contient, la MO fraîche en libère lors de sa décomposition, les être vivants du sol en excrètent de grosses quantités. Un sol non entretenu en calcium devient de plus en plus riche en ions hydronium. 1) Pourquoi l ion calcium est-il dominant dans les sols calcaires? 2) Que signifie l expression «sol entretenu en calcium»? 3) Quel est le cation dominant dans le cas représenté ci-dessus? Novembre 2015 3

4) Quels sont les sols qui retiennent beaucoup d ions? Pourquoi? 5) Quels sont les sols qui retiennent peu d ions? Pourquoi? 6) De façon générale, de quoi dépend la quantité d ions retenus? Le nombre total de places (charges négatives) pour 100g de terre fine peut être mesuré. Cette mesure se nomme la CEC (Capacité d Echange Cationique). La CEC se mesure dans une unité nommée «milliéquivalent» (symbole : meq). Un milliéquivalent c est 602.10 18 charges négatives. - Si la CEC est inférieure à 10 meq, elle est faible. - Si la CEC est comprise entre 10 et 12 meq, elle est moyenne. - Si la CEC est supérieure à 12 meq, elle est bonne. Le taux de saturation Quelle que soit l importance de la CEC, toutes les places sont toujours occupées car il y a toujours beaucoup plus d ions dans le sol que le nombre de places disponibles sur le CAH (les ions en trop restent dans la solution du sol). Les ions H 3 O + ne sont pas désirés car ils présentent de gros inconvénients : ils sont responsables de l acidité du sol, ils gênent le développement des vers de terre, etc. Les autres ions stockés sont intéressants. Définition du taux de saturation : Pour être bon, le taux de saturation doit être de 80% minimum. 1) Un sol a un taux de saturation de 40% a) Quel pourcentage de places occupent les ions H 3 O +? Et les autres ions? b) Que pensez-vous d un tel taux de saturation? Novembre 2015 4

2) Voici deux analyses de sol Analyse A : Analyse B : a) Citez la CEC et le taux de saturation de chacune des terres analysées : Novembre 2015 5

Analyse A : Analyse B : b) Commentez chaque CEC et taux de saturation III. Equilibre ionique entre la solution du sol et le CAH Les cations du sol sont très nombreux La plupart d entre eux trouvent une place sur le CAH. Les autres restent «libres» dans la solution du sol. Dans la réalité, - Le nombre d ions est beaucoup plus important, - Le rapport ions libres / ions fixés varie de 1/1000 dans les sols pauvres en colloïdes (sol sableux, limoneux) à 1/100 000 dans un sol argileux ou humifère. Novembre 2015 6

1) D après le schéma précédant, voici la répartition des ions : 2) Quelle est la proportion des Ca 2+ de la solution par rapport à l ensemble des cations de la solution? Quelle est la proportion des cations Ca 2+ retenus par rapport à l ensemble des cations retenus? Que constatez-vous? Ca 2+ de la solution / cations totaux de la solution : Ca 2+ sur CAH / cations totaux sur CAH : 3) Peut-on faire la même remarque concernant les autres cations? 4) Pourquoi ne trouve-t-on pas d anions fixés sur le CAH? Cas particulier des ions phosphoriques PO 4 3- A la différence des autres anions, les ions phosphoriques sont très solidement fixés sur le CAH. Ils ne sont pas fixés directement mais par l intermédiaire des ions calcium (pont calcique). Novembre 2015 7

IV. Echanges d ions entre la solution du sol et le CAH A. Expérience De la terre argileuse riche en ions calcium est placée dans un entonnoir. On verse sur la terre une solution de chlorure de potassium (eau avec des ions K + et des ions Cl - dissous). On récupère le liquide qui s écoule (filtrat) dans un récipient placé sous l entonnoir. On constate que le filtrat est : - Appauvri en ions potassium par rapport à la solution versée, - Aussi riche en ions chlorure que la solution d origine, - Enrichi en ions calcium par rapport à la solution d origine qui n en contenait pas. 1) Lors de leur passage dans la terre, qu est-il arrivé à certains ions potassium? Quelle hypothèse peut-on émettre? 2) Les ions chlorure ont-ils subi la même chose au cours de leur passage dans la terre? 3) Comment pouvez-vous expliquer la présence des ions calcium dans le filtrat? Quelle hypothèse peut-on émettre? Conclusion : les cations fixés sur le CAH peuvent céder leur place à d autres ions dans certaines circonstances. Novembre 2015 8

B. Echange de la solution vers le CAH (adsorption) Imaginons un sol où le CAH soit totalement saturé en ions calcium (Ca 2+ ). On ajoute dans ce sol des ions potassium (K + ). Conclusion : quand des cations arrivent dans la solution du sol, certains d entre eux vont se fixer sur le CAH en prenant la place des ions calcium (cas des sols riches en calcium). Attention : si les ions hydronium sont les ions occupant en majorité le CAH, la fixation sur le CAH des cations nouvellement arrivés est pratiquement impossible car les ions H 3 O + ne cèdent leur place que très difficilement. Quand on fait une fertilisation (apport d ions potassium, ammonium, etc.), que préfère-t-on trouver en majorité sur le CAH : des Ca 2+ ou des H 3 O +? Pourquoi? Novembre 2015 9

C. Echange du CAH vers la solution (désorption) Novembre 2015 10

Conclusion : quand des cations quittent la solution du sol, des cations de même type se décrochent du CAH et viennent réenrichir la solution du sol. Les places ainsi laissées libres sont immédiatement occupées : - Soit par des cations Ca 2+ (cas favorable des sols bien entretenus en calcium). - Soit par des cations H 3 O + (cas défavorable des sols non entretenus en calcium). D. Quels sont les évènements susceptibles de provoquer des échanges d ions entre le sol et la solution? - le lessivage : quand il pleut, l eau de pluie s infiltre dans le sol et entraîne une partie des ions contenus dans la solution. - les prélèvements par les plantes : les plantes consomment toutes sortes d ions qu elles pompent dans la solution du sol. - l altération des roches-mères : avec le temps, les roches-mères s usent et les ions qu elles renferment finissent par être libérés dans la solution du sol. En fonction de la nature de la roche, les ions libérés varient. - l apport d engrais et d amendements : la plupart des engrais et des amendements sont des composés chimiques renfermant des ions. Ces produits libèrent plus ou moins rapidement leurs ions dans la solution du sol ; Novembre 2015 11

- l évolution des MO du sol : les différents types de MO du sol (MO fraîches et humus) subissent des transformations dues à des microorganismes. Au cours de ces différentes transformations, des ions sont libérés. Classez les évènements classés ci-dessus dans le tableau suivant : Evènements entraînant en échange dans le sens solution du sol vers CAH Evènements entraînant en échange dans le sens CAH vers solution du sol V. Gros plan sur les ions H 3 O + A. Acidité et ions H 3 O + Les ions hydronium acidifient les milieux dans lesquels ils se trouvent. Dans un sol, l acidité n est pas recherchée. En effet, un sol acide est un milieu défavorable pour la vie de la plupart des plantes et des principaux êtres vivants peuplant le sol. Remarque : il existe des exceptions. Par exemple, les plantes dites «de terre de bruyère» (azalées, bruyères, etc.) se développent dans les sols acides. Le sol contient toujours plus ou moins d ions hydronium. On trouve à la fois des ions H 3 O + libres dans la solution et à la fois des ions H 3 O + adsorbés sur le CAH. On cherche à ce que le nombre d ions H 3 O + soit aussi réduit que possible. B. Origine des ions H 3 O + Les ions H 3 O + ont diverses origines. Citez différentes cause de la présence d ions H 3 O + dans la solution du sol : - certains engrais (les engrais azotés uréiques et ammoniacaux) sont transformés par les bactéries du sol. Au cours de ces transformations, il y a libération d ions hydronium. - - - - Novembre 2015 12

C. Mesure des ions H 3 O + : ph On peut mesurer le nombre d ions hydronium présents dans une solution grâce à un ph-mètre. Le ph peut varier de 0 à14. Le ph des sols varie de 3,5 à 9 environ. Celui des sols cultivés est en général compris entre 5 et 8. Plus ils y a d ions H 3 O + par litre, plus le ph est petit. Complétez les phrases suivantes en plaçant au bon endroit les mots «peu» et «beaucoup». Quand le ph est inférieur à 7, il y a... d ions H 3 O +, la solution est acide. Quand le ph est supérieur à 7, il y a... d ions H 3 O +, la solution est basique (ou alcaline). Quand le ph est égal à 7, la solution est neutre. Quel ph faut-il pour le sol? Il n y a pas de ph idéal. Il dépend des types de sol et des cultures (en majorité entre 6,5 et 7,5). Pourquoi un sol trop acide n est-il pas favorable aux cultures? Donnez un titre court à chacune des raisons présentées ci-dessous : Première raison : Les ions phosphates sont des ions très appréciés par les plantes. Or, ces ions sont bloqués en sol acide. «Bloqués» signifie que les ions, bien que présents dans le sol, sont inutilisables par les plantes. En effet, quand le sol est acide, les ions phosphates de la solution se combinent avec d autres ions du sol. Ensemble, ils forment de nouveaux composés chimiques insolubles (lesquels ne libèrent aucun ion). Plus le ph baisse, plus le blocage des ions phosphoriques est important. Deuxième raison : Les plantes détestent l acidité excessive (sauf les plantes ornementales de terre de bruyère). Troisième raison : Les principaux êtres vivants du sol (vers de terre, insectes, bactéries, etc.) ne peuvent absolument pas vivre dans un milieu acide. Or, ces êtres vivants jouent des rôles considérables dans le sol. Par exemple, ce sont eux qui décomposent la MO fraîche et la transforment en humus. Si le sol est trop acide, ces transformations ne se font plus ou se font lentement et mal. Ce sont eux également qui transforment certains engrais afin de les rendre consommables par les plantes. Là encore, si le sol est trop acide, cette fonction n est plus assurée et les plantes sont mal nourries. Novembre 2015 13

Quatrième raison : Le CAH permet de stocker des cations nutritifs qui peuvent plus tard, après passage dans la solution du sol, servir à nourrir les plantes. Si le sol est trop acide, les ions hydronium prennent beaucoup de places et les autres ions se contentent du peu qui reste. Cinquième raison : Quand on fait un apport de cations nutritifs (ions potassium par exemple), ceux-ci sont apportés dans la solution du sol. Une partie d entre eux doit normalement se fixer sur le CAH. Mais, si celui-ci est surtout occupé par des ions H 3 O +, les cations apportés ont beaucoup de mal à se fixer car les ions H 3 O +, fortement fixés, s échangent difficilement. Les cations apportés sont plus nombreux à rester dans la solution du sol, ils risquent d être lessivés : il y a donc du gaspillage. Que peut-on faire pour lutter contre l acidité du sol? Faites une proposition. Deux sols ont un ph de 5,3. Un de ces sols est argileux, l autre est sableux. Dans quel sol le ph sera-t-il le plus difficile à remonter? Pourquoi? Pourquoi un sol trop basique n est-il pas favorable aux cultures? Donnez un titre court à chacune des raisons présentées ci-dessous : Première raison : Les ions phosphates sont bloqués en sols alcalins. Comme ils le font en sols acides, ces ions, en sols basiques, se recombinent avec d autres ions du sol (les ions calcium) et deviennent inutilisables par les plantes. Deuxième raison : Toutes sortes d ions, consommés par les plantes en petite quantité (oligo-éléments) sont bloqués quand le sol est basique. Les plantes souffrent alors de carences (manque d éléments nutritifs). Troisième raison : Les principaux êtres vivants du sol ne peuvent pas vivre et travailler correctement dans un sol trop alcalin. Que peut-on faire pour lutter contre l alcalinité du sol? Faites des propositions. Novembre 2015 14

D. En résumé Novembre 2015 15