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Toute vie terrestre dépend du sol, mince couche de quelques centimètres ou dizaines de centimètres d'épaisseur, interface entre la roche du sous-sol et l'atmosphère. Le sol s'est formé sur des périodes géologiques très longues. Il est constitué d'éléments d'origine minérale, qui résultent de l'altération du sous-sol, et d'éléments d'origine organique, principalement végétale, sans cesse en évolution sous l'influence d'une vie intense. En plus de la matière morte, animale et végétale, le sol reçoit les particules en suspension dans l'atmosphère et les poussières cosmiques.
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Le sol ce n'est pas que de la terre et des cailloux. C'est avant tout un milieu où la vie prolifère, visible : vers, mollusques, insectes, rongeurs ou invisible : bactéries, champignons microscopiques, actinomycètes.
Cette vie cachée étonne, on trouve dans un gramme de sol 10 millions de bactéries, un million d'actinomycètes, cent mille champignons. Ajoutons à cela des propriétés extraordinaires, par exemple des surfaces de contact avec l'air et l'eau qui peuvent aller de 100 à 800 mètres carrés par gramme.
Le sol est un véritable réacteur biochimique. Quand il est en bonne santé l'eau s'y recycle et s'épure.
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Insectes, vers, mollusques, cloportes, collemboles participent au recyclage de la matière organique. L'action mécanique de fragmentation est indispensable à la suite du processus de transformation qui sera achevé par des micro-organismes du sol.
L'effet principal de la fragmentation est une augmentation considérable de la surface de contact avec l'air ou avec l'eau. Imaginons par exemple qu'un cube de bois, de 10 centimètres de côté soit tranché en cubes de plus en plus petits. Le volume reste constant mais la surface de contact augmente au fur et à mesure que l'on divise la matière en éléments plus petits. Dans la réalité la fragmentation de la matière vivante ne produit pas des cubes mais des volumes aux contours irréguliers qui présentent des surfaces de contact beaucoup plus importantes.
| Evolution de la surface de contact
à volume constant 1 dm³ en fonction de la fragmentation |
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| Nombre de cubes | Côté | Surface |
| 1 | 100 mm | 600 cm² |
| 1 000 | 10 mm | 6 000 cm² |
| 10 000 | 1 mm | 60 000 cm² = 6 m² |
| 100 000 | 0,1 mm | 60 m² |
| 1 000 000 | 0,01 mm | 600 m² |
| 10 000 000 | 0,001 mm | 6 000 m² |
Les bactéries et les champignons, qui n'avaient accès avant fragmentation qu'à une surface de 600 cm² ( 0,06 m² ), peuvent lorsque le bois est réduit en fragments microscopiques se développer sur une surface de 6 000 m².
Après cette « expérience » théorique il est plus facile d'admettre qu'on peut trouver dans 1 gramme de sol 10 millions de bactéries, 1 million d'actinomycètes, 100 000 champignons et que les surfaces de contact de ce même gramme de sol puissent être de l'ordre de 100 à 800 mètres carrés.
Le sol fonctionne comme un bio-réacteur où s'effectuent les transformations et les « recyclages » qui entretiennent la vie des plantes.
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Le sol est un passage obligé pour l'eau. Elle peut rester en surface, où elle stagne ou ruisselle, ou s'infiltrer à plus ou moins grande profondeur dans le sous-sol dont elle renouvelle les réserves.
Le volume retenu par le sol dépend de sa composition et de sa structure. L'eau du sol dissout les minéraux qui « alimentent » les plantes, favorise la vie microbienne et joue un rôle important dans le processus de minéralisation de la matière organique.
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Voici une image simple, simpliste même, qui consisterait à voir le bassin versant comme un entonnoir disons de 12 km de diamètre et le sol comme un filtre posé sur les parois de l'entonnoir. Les premières gouttes d'eau versées vont imprégner le filtre, puis l'eau va passer au travers ; si on verse trop rapidement l'eau va couler vers le fond de l'entonnoir. Du haut vers le bas l'eau s'écoule de plus en plus vite et augmente d'autant sa force d'érosion.
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Dans les terres où la nature du sous-sol ne permet pas l'infiltration, le ruissellement intervient dès que le volume ou l'intensité des précipitations dépassent les capacités d'absorption du sol. Dans cette situation le débit des cours d'eau dépend directement des précipitations.
Sur des terrains à sous-sol perméable l'eau, après avoir imprégné le sol, s'infiltre en profondeur, s'accumule au contact des couches imperméables puis, après un temps plus ou moins long, reparaît en surface, au niveau des sources. Dans cette situation le débit des cours d'eau est entretenu par l'apport des sources.
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Les quantités d'eau qui peuvent être absorbées puis infiltrées vers le sous-sol dépendent directement de la composition et de la structure du sol. Les vers de terre favorisent l'infiltration mais également la présence de galeries d'arthropodes, de rongeurs, de racines profondes. La faune et la flore jouant ce rôle d'infiltration disparaissent des sols qui subissent des interventions mécaniques répétées et qui reçoivent des pesticides.
Une terre travaillée trop finement et laissée à nu peut, sous l'impact de la pluie, devenir très rapidement aussi perméable qu'un parking de grande surface. D'une façon générale la culture intensive augmente le ruissellement et celui-ci a des effets négatifs d'autant plus marqués que les bassins versants ne sont pas aménagés pour en limiter les effets.
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Le ruissellement a avant tout des effets négatifs. L'eau qui ruisselle va renforcer de façon temporaire et brusque le débit du cours d'eau alors que l'infiltration a un effet régulateur et alimente les cours d'eau en période d'étiage.
Le ruissellement de l'eau au niveau du sol a un effet d'érosion. Les particules les plus fines sont emportées, le sol s'appauvrit. Ces matériaux vont rejoindre les cours d'eau qui s'envasent. Le colmatage des bancs de sable compromet la reproduction de certains poissons. L'apport d'éléments fertiles est a priori favorable aux cours d'eau, mais leur excès peut rapidement aboutir à l'eutrophisation.
Enfin le ruissellement n'entraîne pas vers les cours d'eau que des éléments « naturels », il entraîne aussi les molécules toxiques des pesticides utilisés en agriculture intensive.
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Si on le traite comme un banal support de culture auquel on apporte des nutriments artificiels, ou comme un dépotoir, le sol devient le lieu de toutes les contaminations et de tous les dangers.
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De la qualité du sol dépend la qualité de l'eau. Or de plus en plus d'éléments nocifs s'y accumulent en provenance des pesticides, des engrais chimiques, des déjections animales, de la circulation automobile... Les stations d'épuration permettent de traiter les eaux usées. Reste ensuite à trouver une destination pour les boues des stations d'épuration. Pour être utilisables comme fertilisant sur les terres agricoles elles doivent être conformes à certaines normes qui concernent en particulier la présence de métaux lourds. Souvent les agriculteurs hésitent à accueillir ces boues sur leurs terres. On envisage de les assécher puis de les brûler. Que fera-t-on ensuite des cendres ?
Les capacités du sol à « épurer » et à recycler tiennent à la présence d'une faune et d'une flore variées et abondantes. Dans les terres soumises à une monoculture intensive le sol n'est plus qu'un substrat inerte où l'eau se contamine au contact d'un cocktail de molécules aussi sophistiquées que variées dont on commence à peine à répertorier les effets nocifs.