Classification des sols 8

B. Les sols a altération ferrallitique (OXISOLS de la class. américaine)

1. Caractères généraux

Pluviosité supérieure à 1200 mm.( climat équatorial humide ) : altération rapide et intense des roches qui affecte la totalité des minéraux silicatés  sauf le quartz - perte de silice par lessivage et libération d'oxydes de Fer et d'alumine ( gibbsite) . Cette altération s'appelle la ferrallitisation.

Argile exclusivement du type kaolinite

Parfois durcissement du sol qui forme une cuirasse, cimentation par les sesquioxydes ( à base de Fe₂O₃) à l'état cristallisés.

2. Processus d'altération

2.1 L'altération en climat équatorial humide est rapide et complète, elle provient d'une hydrolyse alcaline ( une transformation d'hydrolyse basique est totale contrairement à une hydrolyse classique. Une hydrolyse basique est lente a température ambiante mais rapide à chaud.) . En effet les eaux d'infiltration profonde sont abondantes; elles sont pauvres en acides organiques solubles et en CO₂ mais riches en bases parce que leur libération est rapide --> pH +/-7. Les silicates subissent une hydrolyse totale , libérant non seulement les oxydes de fer , mais aussi la silice et l'alumine.

2.2 Dans les roches en cours d'altération , la silice tend à se dissoudre et à migrer en profondeur , entraînant Ca, Mg et K , tandis que Fe₂O₃ et Al₂O₃ floculent et restent en place parce qu'ils sont au voisinage de leur point isoélectrique (en physico-chimie, c'est le pH d'une solution aqueuse dans laquelle un solide existe sous un potentiel électrique neutre.

2.3 Sous l'influence du lessivage des bases, le profil s'acidifie au dessus de la zone d'altération.

2.4 Les modalités d'altération ferrallitique varient en fonction des conditions de drainage et de la roche mère.

On peut distinguer trois cas :

a) Sur roches mères riches en bases  ( Ca, Mg), mais pauvres en Si, on note une opposition complète des résultats de l'altération suivant les conditions de station, et en particulier de drainage :

- Sur stations bien drainées ; ( pentes, sommets de pentes ) il y a acidification rapide par lessivage oblique des bases, et la silice libérée par altération est dispersée et entrainée dans les eaux de drainage . D'où peu d'argile de synthèse , tandis que les sesquioxydes s'accumulent ( passivement) en grande quantité.

 = sols ferrallitiques vrais : SiO₂/Al₂O₃  de l'argile<1,7.

- A mis pente: ferrallitisation moins poussée; il y a davantage de kaolinite par rapport aux sesquioxydes SiO₂/Al₂O₃  </= 2.

- En bas de pente et dans les bas fonds mal drainés : Il y a hydromorphie permanente et le milieu est enrichi en bases et en SiO₂ par lessivage latéral. Le pH s'élève et les conditions sont favorables à la synthèse massive d'argile du type montmorillonite . S'il y a une saison sèche , la montmorillonite domine et on obtient un vertisol :SiO₂/Al₂O_3  > 2., argile noire tropicale ( voir caténa).

b) Sur roches mères riches en silice mais pauvres en bases ( granite gneis ) : Les sols formés présentent beaucoup moins de contrastes entre les zones bien ou mal drainées . L'acidification est rapide par suite de la faible réserve en bases, mais la silice n'est pas totalement libérée à cause de sa forte réserve : il y a recombinaison SiO2 + Al2O3 --> kaolinisation. Le sol est donc une argile faiblement ferrallitique à rapport SiO₂/Al₂O₃  <2

c) Certains sols équatoriaux connaissent une ferrallitisation atténuée : mélange de la kaolinite avec d'autres argiles et la quantité d'humus est plus importante , d'où le fer est incorporé dans un complexe argilo-humique rappelant les sols bruns tempérés : couleur brune ( sols bruns eutrophes ). De tels sols apparaissent soit en conditions climatiques particulières ( altitude sols ferralitiques humifères et sols bruns ferrallitiques ), soit dans des conditions de stations spéciales

Type de roche mère	R.M. pauvre en SiO2 riche en bases Ca, Mg, Fe	R.M. pauvre en SiO2 riche en bases Ca, Mg, Fe	R.M. riche en SiO2 pauvre en bases Ca, Mg, Fe
Conditions de drainage	Stations non drainées ( sols hydromorphes	Stations bien drainées ( pentes )	( Conditions de drainage variable suivant pente)
Climat équatorial humide	SOLS BRUNS EUTROPHES	FERRALITES	ARGILES FERRALITIQUES
Climat tropical	VERTISOLS	SOLS FERRUGINEUX TROPICAUX	SOL FERRUGINEUX TROPICAUX

 

3 Phénomène de durcissement : formation des cuirasses.

L'évolution en cuirasses provient de l'accumulation de sesquioxydes libres (Al₂O₃ et Fe₂O₃) qui subissent un changement d'état, se déshydratent plus ou moins et durcissent sous l'action des rayons solaires. Les cuirasses sont des formations anciennes héritées des périodes comprises entre le quaternaire moyen et le secondaire. Le cuirassement apparaît en outre comme un phénomène centré sur les régions chaudes à saison sèche accentuée; c'est un phénomène complexe qui ne peut bien se comprendre que s'il est placé dans son contexte géomorphologique .

Types de formation de cuirasses

C.d'érosion : résultent de l'érosion par abblation des horizons de surface et durcissement du B ( cuirasses de savanes secondaires : zone guinéenne ) au cours des cycles d'érosion naturels.

C. de nappes : accumulation de sesquioxydes dans les dépressions à nappe phréatique avec ascension capillaire et précipitation à l'état ferrique en surface, en bas de pente par écoulement latéral de nappe. On rencontre ces cuirasses de nappe aussi bien en climats à saisons tranchées qu'en climat tropical sec.

C. d'accumalation relative : par départ des autres éléments et maintien des sesquioxydes.

4. Schéma d'ensemble de la répartition des sols d'Afrique tropicale suivant les zones climatiques.

Les zones climatiques de la côte d'ivoire , prises pour types permettent de rencontrer successivement du Sud vers le Nord :

a) Zone de la forêt dense.

Limitée au nord par l'isohyète de 1500 mm., comprend une zone de la forêt ombrophile ( ou hygrophile ) dans les régions côtières et une zone de la forêt tropophile ( mésophile ) lorsqu'il existe une courte saison sèche.

Les sols ferrallitiques pauvres en argile sont localisés sur les pentes bien drainées des roches mères basiques.

Très localement, ils évoluent vers la formation de cuirasses par accumulation relative.

b) Zone guinéenne

Au nord de la présédente , savane boisée où dominent les graminées xérophiles. Cette savane serait d'origine secondaire ( Aubréville ), le climax étant une forêt de type xérophile , claire dont il subsiste quelques lambeaux ( qui sont classés comme réserves forestières . La pluviosité est inférieure à 1500 mm et une saison sèche persiste pendant 5 à 7 mois. . C'est dans cette zone que dominent les affleurements de carapaces ou cuiraces ferrallitiques d'érosion , parfois surmontées d'une colluvion +/-bgrossière. Il est à remarquer que dans les îlots de forêt sèche , le sol est resté meuble, c'est encore un sol rouge ferrallitique , mais moins profond que le précédent et plus riche en concrétions ferrugineuses ; il est aussi peu désaturé.

c) Zone soudanienne , plus au nord = savane plus ou moins arborée et dans tous les cas plus xérophile que la précédente

Vers le nord, cette zone passe progressivement à la zone sahélienne qui est le domaine de la steppe xérophile .

Dans ces deux zones, le climat est trop sec pour permettre la formation de sols ferrallitiques ; les cuirasses ne se forment que très localement  ( C. ferrugineuses de nappe ). C'est la grande région des sols ferrugineux tropicaux.

5. Les profils des sols ferrallitiques  ( = latéritiques ) ( les profils types sont rares et localisés = climax stationnels)

1. Sols ferrallitiques désaturés et appauvris.

Sols très profonds jusqu'à 10 m.au dessus de la roche mère non altérée ; sous forêt ombrophile dense.

Profil : Forêt de Yapo ( Côte d'Ivoire) - zone pauvre en argile en surface contenant des gravillons ou concrétions ferrallitiques.

- argile bigarrée épaisse très compacte

- Zone de transition dite tachetée.

- Roche mère.

0 -    20 cm : A1 grisâtre : pH5

0,20 -     1m 20 : A2 Limoneux beige , gravillons et grains de quartz.

1,21 -     2 m. :  B, compact argilleux : argile bigarrée rouge brique à taches ocres; quelques petites concrétions.

2    -       3m. : zone tachetée argilleuse, taches beiges , ocres et rouges parfois, trainées blanches verticales.

3    -       6m. : Roche mère C ; ocre; schistes en cours d'altération.  

Caractères analytiques :

1) L'humus est acide mais se décompose très vite et ne forme qu'un faible A1; pas d'A0 ; teneur très faible en bases échangeables ( 1-1,5 méqu / 100gr.)

2) Le B est enrichi en fer et en alumine libre par rapport au A et à la zone tachetée ; la teneur en kaolinite est de l'ordre de 50 % en B et la zone tachetée  : le complexe absorbant n'est pas entièrement détruit ; structure compacte mais non durcie car cet horizon est constamment imprégné d'eau.

3) La zone tachetée est plus pauvre en sesquioxydes que le B .

4) C : pH +/- 7

2. Sols ferrallitiques xériques peu désaturés

Sols de forêts xérophiles ( îlots forestiers de la zone guinéenne  - ex : Forêt de Bamoro : Côte d'Ivoire ).

Mêmes caractéristiques d'ensemble que le précédent avec les différences suivantes :

-Profondeur générale moins grande ( 3-4 m.)

-B moins profond ( 0,50 m.) et moins épais ( argiles bariolées).

- Concrétions ferrugineuses noires dans le A2 ( gravillons) beaucoup plus grosses et plus abondantes que dans les profils de forêt hygrophyle.

Ce qui précède indique un microclimat d'ensemble du sol nettement plus sec.

3. Carapaces et cuirasses latéritiques

Les cuirasses d'érosion : caractérisent la savane guinéenne dans son ensemble . leur caractère essentiel est l'existence à faible profondeur d'un horizon concrétionné ou durci :

- Carapace latéritique : on peut la briser à la main

- Cuirasse latéritique : on ne peut la briser qu'au pic.  La cuirasse est enrichie en fer par rapport à la cuirasse.

En dessous de l'horizon durci, on retrouve les zones tachetées et la roche mère semblable , semblable à celle des sols ferrallitiques d'érosion. Ex profil de savane à Bonake ( savane à Andropogon et Daniella ) :

0-50 cm : colluvion récente

50-80 cm : carapace durcie

80cm. - 2m. : zone tachetée  

2-3 m : zone de départ = roche mère = gneis altéré.

A noter la grande analogie entre la partie inférieure du profil  et celle du profil de la forêt de Bamako, à quelques kilomètres de là ( voir sur les profils de la figure ci-dessus le sol ferrallitique et la ferrallite).

types d'horizons de concrétionnement

La profondeur de l'horizon de concrétionnement ( horizon B) est d'autant plus grande que le climat est plus humide . Elle est plus considérable sous forêt ombrophile que sous forêt xérophile. Sous savane la cuirasse affleure , à moins qu'elle ne soit recouverte d'une colluvion récente.

6. L'origine et l'évolution des sols ferrallitiques . 

1) les sols ferrallitiques désaturés

Soit par exemple la formation et l'évolution d'un sol ferrallitique de forêt sous R.M. granitique ou gneissique, en station de plateau mal drainée : une nappe temporaire se forme en profondeur et conditionne l'évolution du sols.

L'épaisseur du profil doit largement dépasser la profondeur classique ( +/- 1m 20 ) du profil agricole ou écologique. Le profil se subdivise alors en trois zones , de bas en haut, sur une épaisseur de plusieurs mètres :

• Zone profonde : neutre ou légèrement alcaline.

 

- Altération intense  de la roche mère : libération des sesquioxydes, SiO₂ et bases

- Une partie de SiO₂ et la plus grande partie de K,Ca,Mg sont éliminés en profondeur

•  Zone moyenne : plus acide, saturée par l'eau pendant toute la période humide ( zone d'hydromorphie )

 

- C'est là que la kaolinite prend naissance par synthèse : combinaison silice , Al₂O₃ libre

- C'est la zone tachetée qui est en outre appauvrie en fer par remontée capillaire , vers la zone de surface

•  Zone de surface , normalement drainée . pH 5 ;

- soumise aux mouvements descendants de l'eau et à l'action des composés organiques formés en surface : ceux ci complexent l'alumine et le fer ferreux qui migre en profondeur .

- L'horizon A2 se décolore presque entièrement , cette zone superficielle est le plus souvent appauvrie en argile , non par lessivage , mais semble-t-il par un processus de dégradation lente, en milieu acide : la silice et l'alumine libérées sont en grande partie entraînées latéralement dans les eaux de la nappe à l'état soluble ou pseudosoluble ( voir plus haut : lessivage oblique généralisé ).

- Néanmoins , un horizon B d'accumulation des sesquioxydes se forme : il est surtout enrichi en fer ; d'une part par des mouvement descendants et obliques venant de la surface , d'autre part par des mouvement ascendant venant de la zone hydromorphe .

- En saison sèche, une déshydratation partielle des oxydes de fer peut se produire dans ces horizons qui prend alors une teinte bigarrée à tache jeunes et rouges. La déshydratation peut être accompagnée d'un concrétionnement d'autant plus marqué que le climat général est plus sec .

En résumé, si nous supposons une recolonisation forestière à partir d'une roche mère mise à nu, le sol ferrallitique forestier se reconstitue comme suit :

1) Phase initiale d'altération ( sol brun ) : perte de silice et de bases par lessivage.

2) Formation d'une zone hydromorphe, riche en kaolinite , qui formera la zone tachetée.

3) Accentuation du lessivage superficiel ( oxydes de fer) sous l'influence de l'humus forestier.

4) Processus d'appauvrissement : dégradation lente de la kaolinite en surface.

Le cycle biologique des éléments nutritifs en sol de forêt équatoriale est particulièrement rapide : l'arbre concentre dans ses feuilles , d'où la litière , une grande partie des cations métalliques puisés à grande profondeur.

On comprend dès lors que l'horizon humifère du sol forestier constitue la source d'éléments fertilisants la plus efficace, alors que l'ensemble des horizons minéraux est au contraire très pauvre.

2) Les ferrallites

Se formeraient comme suit : par exemple sur station bien drainée ( pente ) et R.M basique, riche en fer et pauvre en quartz : élimination totale par lessivage de la silice et des bases; restent en place les sesquioxydes . Pas ou peu de kaolinite de néoformation par manque de silice , d'où pas de zone tachetée retenant l'eau. Le sols repose presque sans transition sur la RM en cours d'altération.

Ici l'accumulation des sesquioxydes est "relative" ou passive , par départ de la silice et non par enrichissement dû à une migration.

3) Cuirassement : ébauche d'explications physico-chimiques

Ce phénomène exige beaucoup de temps pour se produire. Les cuirasses occupent en effet des aplanissements anciens .

a) Concentration des sesquioxydes libres ( Al₂O₃ , Fe₂O₃ ), soit par accumulation absolue ( migration ) soit par accumulation relative ( départ des autres éléments ).

b) Changement d'état des sesquioxydes par une forte insolation : concrétionnement .

On distingue trois modes de formation des cuirasses :

1) Cuirasses d'érosion par dégradation des sols ferrallitiques forestiers par suite de la destruction de la forêt par l'homme , suivie d'érosion, exposition au soleil, durcissement . Généralisé sur de vastes régions .

2) Cuirasses de nappe ( hydromorphe): Localisées à certaines stations particulières .

- Soit des dépressions à nappe phréatique peu profonde et remontée capillaire ascendante .

- soit changement de pente et écoulement latéral.

Dans ces deux cas , le fer migre sous forme de FeO et précipite sous forme de Fe₂O₃ 

3) Cuirasses par accumulation relative ( plus rare ). Exigent des conditions particulières d'où sont très localisées : climat humide , RM basique station bien drainée, absence de couvert forestier.

7. La dégradation des sols ferrallitiques forestiers et la formation des cuirasses d'érosion.

Les sols ferrallitiques forestiers se sont maintenus presque sans modification dans la zone de la forêt dense, tandis qu'il n'existe plus que des lambeaux dans la zone guinéenne , où, par contre , dominent les carapaces ou cuirasses sous savane . Ce phénomène tient au fait que la forêt dense est en équilibre parfaitement stable avec le climat et la végétation. Si elle est détruite , elle se reconstitue rapidement sous la forme d'une forêt "secondaire" c'est à dire différente de la forêt primitive , mais qui offre vis à vis du sol les mêmes conditions de protection : le microclimat édaphique est conservé.

En outre, le climat équatorial est peu favorable à une modification du sol : état hygrométrique élevé empêchant l'évaporation superficielle intense et freinant tout durcissement .

Par contre en zone guinéenne à saison sèche marquée , les conditions sont différentes : le sol et la forêt sont en équilibre instable avec le milieu  et ne résistent pas aux conditions destructrices de l'homme qui est à l'origine de leur évolution régressive .

A) Modalités de l'action humaine  

Par la jachère forestière et par l'usage de feux de brousse.

La jachère forestière = défrichement puis culture pendant 2-3 ans . Le sol est ensuite abandonné pendant un laps de temps variable , parfois plusieurs dizaines d'années . Nouvelle mise en culture et ainsi de suite.

si la jachère est de longue durée , la structure du sol forestier se reconstitue progressivement , mais il faut 30 à 40 ans . En général la jachère se limite au maximum à 10 ans : les conditions physico-chimiques changent, il se produit une dessication progressive en saison sèche . l'évolution régressive ainsi amorcée s'aggrave à chaque mise en culture.

Les feux de brousse accompagnent chaque défrichement , ce qui facilite la mise en culture. il est évident qu'ils aggravent la situation surtout lorsqu'ils sont pratiqués tardivement , c'est à dire aucours ( et surtout à la fin ) de la saison sèche . 

B) Processus de dégradation du sol forestier - les ruptures de l'équilibre bioclimatique

Les formes climaciques du modelé des régions chaudes sont très différentes suivant le degré d'humidité du climat, qui commande les caractères de la couverture végétale.

Sous forêt dense , les altérations l'emportent largement sur le décapage superficiel , résultant de la combinaison du ruissellement et de la reptation, auxquel s'ajoutent les glissements de terrain. Lorsque le décapage l'emporte sur l'altération, la forêt s'interrompt et des dômes rocheux apparaissent .

en savane , au contraire , les altérations moins intenses , donnent une couverture plus irrégulière , souvent percée par des affleurements rocheux. Le décapage plus rapide se fait surtout sous l'effet du ruissellement .

Or la forêt est fragile , car elle a de grandes exigences écologiques . Sa destruction provoque un profond rermaniement dans les conditions morphogénétiques , même si elle n'est pas immédiatemment accompagnée par la latéritisation , comme on l'a pensé autrefois. Un e rupture d'équilibre bioclimatique de cette nature a d'importantes répercussions sur le modelé. Elle se produiut dans deux cas différents qui ne se situent pas à la même échelle.

a) Sous l'influence de l'homme qui détruit la forêt pour étendre ses cultures ou ses pâturages et qui a réussi notamment en Afrique , à remplacer les forêts tropophiles par des savanes pyrophiles.

b) sous l'influence des oscillations paléoclimatiques qui onbt affecté la zone chaude , non seulement au Quaternaire , mais aussi au tertiaire  et avant, car ses oscillations tirent leur importance morphogénétique , non point tant des variations de température que celles de l'humidité .

C) : Conséquences agronomiques : diminution de la fertilité .

La fertilité du sol diminue corrélativement au processus d'induration et de tassement :

Au point de vue physique : diminution de la rétention d'eau , de la profondeur utile. Les graminées se multiplient au détriment des espèces ligneuses , sauf les xérophiles qui forment localement des bouquets buissonnants .

Au point de vue biochimique : le cycle des cations échangeables est perturbé ( disparition de la litière forestière si importante dans leur circuit rapide forêt-sol et sol-forêt ) ; les racines peu profondes des graminées ne peuvent enrichir la surface en éléments nutritifs aussi efficacement que la forêt, forte décroissance de la fertilité; l'érosion superficielle et le durcissement profond rendent le sol presque complètement stérile  : sol gravillonnaire. La puissance colonisatrice de la forêt est trop faible pour prendre possession des cuirasses en zone guinéenne ( c'est à dire au voisinage de sa limite classique ), même si l'action destructrice de l'homme vient à cesser . L'évolution de la forêt vers la savane est parallèle à celle du sol rouge ferrallitique vers la cuirasse ferrallitique . C'est une évolution régressive irréversible qui aboutit à un véritable paraclimax . A cet égard on peut la comparer à la lande à bruyère sur poidzol du domaine atlantique.

D) Les moyens de lutte contre la dégradation des sols ferrallitiques.

- Réglementation indispensable des feux de brousse et de la jachère forestière .

- Emploi d'amendements.

Réglementation des feux de brousse : en interdisant les feux tardifs, les plus nocifs, mais autorisant les feux précoces, moins intenses, permettant une réponse des herbages qui recouvriront rapidement le sol après le feu. Les feux précoces , relativement peu nuisibles sont un préventif des feux tardifs , les plus nuisibles.

Jachère forestière : en la prologeant au maximum, et en raccourcissant la période de culture .

En outre , il faut toujours préférer, dans la mesure du possible , la culture sous abri ( café, cacao) à celle qui dénude totalement le sol .

Au pis aller, pratiquer le " paillage" des sols en saison sèche , lorsqu'ils sont mis à nu.

amendement : pour reconstituer le stock d'éléments échangeables et le complexe absorbant. Amendements calcaires , " poudre de basalte " , engrais verts.