Mesure de la conductivité électrique

Mesure de la conductivité électrique

Les conséquences environnementales des changements de la nature et qualité des terres et la place des microorganismes dans la manifestation de la qualité des études des sols

Le dégradation des terres fut longtemps considéré comme un problème à retombées essentiellement locales mais, actuellement, il apparaît comme un facteur présentant des conséquences plus globales (Foley et al., 2005). En effet, les dégradations des terres liés à l’agriculture se sont produits, et se produisent encore, sur de très grandes surfaces de la planète : selon les estimations proposées par Vitousek et al. 1997, un tiers de la moitié de la surface de la Terre aurait été sujette à des modifications d’origine anthropique. Ces dégradations sont de natures très différentes : il peut s’agir de conversion de forêts en terres arables ou en prairies, ou de l’intensification des cultures par exemple (Foley et al., 2005). Le point commun de toutes ces dégradations est leur origine dictée par les contraintes et les besoins engendrés par les activités humaines. La remarquable intensification de l’agriculture qui s’est déroulée au cours du dernier siècle a permis de doubler la production mondiale de nourriture en augmentant la surface agricole de seulement 10 % (Tilman, 1999). Cela a pu être réalisé grâce à la sélection de cultivars de plantes à haut rendement, à l’usage de l’irrigation, à la mécanisation et à l’utilisation massive de fertilisants et de pesticides. Malheureusement ces dégradations se sont déroulées au prix d’un changement des conditions environnementales. La conversion des forêts en terres cultivées et le labour des sols arables sont ainsi mis en cause pour leur participation dans les émissions de gaz à effet de serre (CO2, N2O) (Johnson et al., 2007). L’usage croissant des différents pesticides et fertilisants associés à l’agriculture intensive est à l’origine de fréquents problèmes de contamination et de potabilité des eaux (nappes phréatiques) et notamment de l’eutrophisation des eaux douces et marines (Khan et Ansari, 2005; Glibert et al., 2006; Csatho et al., 2007).

Ces dégradations entraînent également la modification et la fragmentation des habitats naturels avec leurs conséquences sur la biodiversité (Robinson et Sutherland, 2002). Enfin, les techniques de culture intensive peuvent engendrer une dégradation des propriétés physico-chimiques du sol, telles que la teneur en matière organique, avec à terme des pertes de fertilité et même l’érosion des couches superficielles du sol. Certaines formes de dégradations des terres se révèlent donc à la fois nécessaires aux besoins humains (en terme notamment de production de nourriture) mais également à l’origine de conditions environnementales dégradées, permettant d’anticiper une perte plus ou moins intense et plus ou moins durable des services fournis par les écosystèmes (Hooper et al., 2005; Diaz et al., 2007). Durant ces dernières décennies, les conséquences des dégradations des systèmes de production agricole ont fait l’objet de nombreuses études.

Les dégradations peuvent donc avoir des impacts considérables sur les processus écologiques et, par extrapolation, sur les services rendus par les écosystèmes tels que la régulation du climat, des cycles biogéochimiques, le contrôle de l’érosion, la formation du sol, le rôle d’habitat pour les êtres vivants, la production de nourriture, d’énergie, de matériaux, la source de divertissement, de patrimoine génétique (Costanza et al., 1997). Ces dégradations peuvent influencer les processus écosystémiques directement via leurs effets physiques ou chimiques, et indirectement via leurs effets sur la biodiversité (changement de la composition, du nombre d’espèces et ou altération des capacités des espèces (Diaz et al., 2007). Selon le scénario prédictif de Sala et al. (2000), ces dégradations constitueraient d’ailleurs le facteur majeur des changements de biodiversité, et ce, plus fortement que le changement climatique, l’augmentation du dépôt d’azote ou du CO2 atmosphérique, et les échanges biotiques. Cet impact a été attribué aux changements drastiques des habitats causés par des dégradations, qui modifient les conditions environnementales, elles-mêmes déterminant des modifications voir des disparitions d’espèces.

La fraction minérale

Dépend du type de roche mère à partir duquel le sol s’est formé. La fraction minérale des sols résulte de l’action de deux principaux phénomènes (Best, 1995). La désagrégation physique due aux alternances chaud/froid, le gel, le vent ou l’eau fractionnant la roche en morceaux de taille de plus en plus faible, les particules générées conservant la composition minéralogique initiale (Gobat, 2003). L’altération due à l’eau, associée ou non à l’oxygène, au gaz carbonique CO2 ou à des acides organiques (Gobat, 2003) provoque une transformation des minéraux primaires avec formation de minéraux secondaires (comme l’argile) dont l’ensemble constitue le complexe d’altération (Duchaufour, 1977). Cette fraction minérale est constituée de particules de différentes tailles, classées généralement selon leur diamètre : la fraction grossière (>2mm) et la terre fine (<2mm) (sables, limons et argiles). La proportion relative aux éléments de la terre fine détermine la texture d’un sol conditionnant directement la structure d’un sol. Les argiles sont le résultat de l’altération des roches par hydrolyse des minéraux silicatés (Gobat, 2003).

Les minéraux argileux formés sont des phyllosilicates, constitués de feuillets organisés en couches. Certaines argiles sont capables d’expansion suite à l’hydratation des couches interfoliaires (Gobat, 2003). Une autre composante de la réactivité des particules argileuses est leur surface spécifique. Plus leur surface disponible est élevée, plus leur réactivité sera prédominante (Alexander, 1977). L’adsorption des molécules et ions à la surface des argiles augmente avec leur surface disponible par unité de masse (White, 2006). Par ailleurs les phyllosilicates argileux sont des colloïdes possédant d’autres propriétés qui vont influencer la structure, la porosité ou la capacité d’échange ionique du sol. En effet les argiles sont chargées électronégativement, sont hydrophiles, mais aussi lipophiles présentant un pouvoir de dispersion et de floculation. Ces propriétés varient suivant les structures minéralogiques et les surfaces développées respectives, régissent la formation d’agrégats, cimentent les particules et favorisent l’habitat microbien (Gobat, 2003).

L’eau et l’air L’eau circule et est retenue dans le sol par le réseau des pores. Ces pores sont occupés par un réseau aqueux discontinu, sauf quand le sol est saturé, portant des substances inorganiques ou organiques dissoutes et comprennent une phase gazeuse. L’eau gravitationnelle circule librement dans les macro-pores de diamètre supérieur à 10μm, constitués entre les agrégats et à l’intérieur des macro-agrégats. Une partie de l’eau est fortement retenue par capillarité à l’intérieur des micropores (<10 μm) (Robert, 1992) constitués à l’intérieur des micro-agrégats. La disponibilité de l’eau résulte de la combinaison des potentiels matriciel et osmotique. La rétention et potentiellement l’immobilisation de l’eau sont plus importantes dans les microporosités dues à un potentiel matriciel plus élevé que dans les macroporosités, maintenant les microporosités dans un état plus humide que les macroporosités quand le sol est soumis à de fortes pluies.

L’eau du sol est très importante dans l’écologie des micro-organismes du sol car la disponibilité des nutriments et l’intégrité des membranes bactériennes nécessitent que la solution du sol soit largement disponible et circulante (Ranjard et Richaume, 2001). La diffusion des gaz, comme la circulation de l’eau, dépendent de la distribution de l’espace poreux. La diffusion de gaz est faible dans les micropores (Baver, 1961). Le faible renouvellement de l’atmosphère dans ces microenvironnements combinés avec la consommation biologique de l’oxygène, peuvent conduire à un développement rapide et à la persistance de conditions anaérobies. La survie des microrganismes dépend donc de leur capacité pour une respiration alternée, remplaçant l’oxygène par un autre accepteur final d’électrons. Il a été montré par exemple que les zones anaérobies à l’intérieur d’un agrégat artificiel sont préférentiellement colonisées par des populations bactériennes capables d’utiliser le nitrate comme accepteur final d’électrons (Philippot, 1996).

Table des matières

Dédicace
Remerciements
Résumé
Liste des abréviations
Listes des figures
Liste des tableaux
Introduction
Etude bibliographique
Chapitre I : Contexte général sur les changements des terres et état des lieux de la carrière de Terga (Ain Témouchent
1. Les conséquences environnementales des changements de la nature et qualité des terres et la place des microorganismes dans la manifestation de la qualité des études des sols
2. Description de la carrière de Terga d’Ain Témouchent et son historique
2.1. Le climat
2.2. Recensement des espèces végétales avant l’exploitation
2.3. L’intérêt de la revégétalisation du littoral témouchentois
Chapitre II : Généralités sur l’étude des sols
1. Le sol
1.1. Le sol matrice physique et chimique complexe, hétérogène mais structurée
1.1.1. La fraction minérale
1.1.2. La matière organique
1.1.3. L’eau et l’air
1.2. Le sol niche écologique de biodiversité
1.3. Le sol réservoir de diversité
1.4. Le sol source de fonctions environnementales
2. Les caractères édaphiques du sol
2.1. Les caractérisations physiques
2.1.1. La texture
a. Les sables
b. Les limons
c. Les argiles
2.1.2. La classe texturale du sol
2.1.3. L’importance de la texture du sol
2.1.4. La structure
2.1.5. Les agrégats micro-habitats du sol
2.1.6. La porosité du sol
2.1.7. Le pH du sol
a. Facteurs influant sur le pH du sol
2.1.8. La salinité
2.2. Les caractérisations chimiques
2.2.1. La matière organique
2.2.2. Le calcaire total
2.2.3. Le calcaire actif
2.2.4. Le fonctionnement biologique du sol
3. Les microorganismes du sol
3.1. Historique de l’écologie microbienne
3.2. La grande diversité biologique des sols
3.2.1. Les bactéries
3.2.2. Les actinobactéries
3.2.3. Les champignons
3.2.4. Les levures
3.2.5. Les virus
3.2.6. Les algues
3.2.7. Les protozoaires
3.2.8. La faune du sol
3.2.9. Les organes souterrains des végétaux
3.3. Facteurs influençant la structure des communautés microbiennes du sol
3.3.1. Facteurs abiotiques
a. Influence du travail du sol
b. Influence de l’azote disponible
c. Influence de la température
d. Influence du pH et de l’humidité des sols
3.3.2. Facteurs biotiques
3.4. Interactions entre populations microbiennes
3.5. Interactions entre les microorganismes et les plantes
3.5.1. Interactions non symbiotiques
3.5.2. Interactions symbiotiques
a. Les symbioses mycorhiziennes
b. Les Symbioses fixatrices d’azote
3.6. Rôle de la communauté microbienne dans le sol
4. Approches de modélisation mathématique
4.1. Les modèles biologiques
Chapitre III : Matériels et méthodes
1. Description de la zone expérimentale (présentation du site d’étude
1.1. Situation géographique de la sablière de Terga
1.2. Morphologie du site de Terga
2. Echantillonnage du sol
3. Analyses physico-chimiques
3.1. Analyses physiques
3.1.1. Analyse granulométrique
3.1.2. L’humidité
3.1.3. Mesure du pH
3.2. Analyses chimiques
3.2.1. Mesure de la conductivité électrique
3.2.2. Dosage du calcaire total
3.2.3. Dosage du calcaire actif
3.2.4. Carbone total et matière organique
4. Isolement de la population microbienne
5. Analyses statistiques et modélisation mathématiques des données
Chapitre IV : Résultats et discussion
1. Résultats des analyses physico- chimiques
2. L’évaluation de la flore microbienne
3. Résultats des analyses statistiques
4. Approche de modélisation mathématique de population microbienne du sol
Conclusion et perspectives
Références bibliographiques
Annexe

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