lundi 19 juin 2017

Cuisine granulaire

L’agronomie et l’art culinaire ont beaucoup de points communs. Par exemple, l’importance de la structure et de la texture se retrouvent à la fois pour les aliments et pour les sols avec la difficulté, dans les deux domaines, de relier des mesures analytiques à une approche sensorielle, visuelle ou tactile. « En sciences alimentaires, la normalisation terminologique se heurte à un obstacle difficilement surmontable lié au caractère sensoriel des mesures. On utilise des termes qui, bien que paraissant très bien définis, recouvrent des concepts flous. À ce problème s’ajoute celui créé par l’existence d’une seconde méthode de mesure à base instrumentale. Les termes traditionnels usités sont très fortement chargés culturellement, difficilement utilisables avec la méthode instrumentale… » (C. Daniel). Certains agronomes préconisent même de goûter la terre.
De nombreux AgroReporter ont développé les notions de texture et structure du sol, la première désignant une classification, la seconde une organisation des particules. Cette note approfondit l’approche de la texture d’un sol.

L'histoire d'une recette
Dès la naissance de l’agronomie, il est observé que la taille des particules d’un sol est à la base de son comportement et de celui des plantes qu’il supporte. La première « analyse mécanique » aurait été faite par M. Houghton en Angleterre en 1681 avec une séparation des «sables» par tamisage. En 1772, Johannes Baptiste de Beunie liait la fertilité des terres à la fraction argile en faisant une mise en suspension des « fines ». (Source A. Richer de Forges).


 
Figure 1 - Première page du livre de Johannes Baptiste de Beunie (1780) sur l'analyse chimique des sols (source Philippe C. Baveye)

Une simple différenciation entre l’argile et les sables étant vite limitante, les techniques d’analyse physique du sol ont approfondi progressivement l’appréciation de la grosseur des particules (granulométrie), rapidement complétée par une approche minéralogique (renseignant sur la nature chimique de ces particules).
L’objectif est donc de partir du matériau initial (l’échantillon de terre) est de le fractionner en éléments simples, c’est-à-dire de trier les constituants élémentaires. Il est très rapidement apparu alors que les fractions les plus fines de l’échantillon (influant fortement sur ses propriétés) n’étaient pas simplement mélangées, mais liées entre elles sous forme d’agrégats, avec donc la nécessité de les séparer en détruisant ces liaisons (étape de dispersion). Après cette individualisation des particules simples, leur séparation s’est fait par tamisage (pour les plus grossières), sédimentation ou lévigation en fonction des classes de dimensions retenues (Cliquez-ici pour connaître les méthodes utilisées par AUREA).

 
Figure 2 - Schéma simplifié d’une analyse granulométrique


Une autre problématique s’est développée parallèlement : jusqu’où doit aller l’individualisation des particules et donc la séparation des agrégats ? Les agrégats jouant un rôle essentiel sur le comportement physique du sol, leur destruction totale a-t-elle vraiment un sens agronomique ? Cette question a passionné des générations d’agronomes et les discussions continuent notamment sur le fait de pratiquer les analyses granulométriques avec ou sans décarbonatation. Il peut être en effet utile, en sols calcaires, d’effectuer une destruction des nombreux ciments calcaires et calciques par un acide fort (voir ci-après).

Ce n’est qu’en 1930, au Congrès international de l'Association Internationale pour la Science du Sol (A.I.S.S.) à Moscou que les agronomes se sont, sinon accordés, du moins entendus sur une « Méthode Internationales» pour l’analyse mécanique des sols avec (type A) ou sans (type B) dispersant. Il est important de noter que, dans tous les cas, cette appréciation des « constituants mécaniques du sol » se fait exclusivement sur la terre fine et après destruction de la matière organique.   

Les ingrédients
Une fois les particules élémentaires isolées, il faut les répartir par classes de dimension. Cette distribution nécessite donc de fixer les limites des classes granulométriques. Les bornes proposées par le suédois Attenberg (A.I.S.S., 1930) constituent encore la référence internationale :
  • 2mm de diamètre (2 000 micromètres) : au-delà de cette borne, on parle d’éléments grossiers, graviers et cailloux, dits refus, non pris en compte dans l’analyse de terre car trop inertes (mais nécessaires à l’interprétation). Cliquez-ici pour consulter l'AgroReporter « Pierres qui roulent ».
  • 200 micromètres : en dessous de ce diamètre, les éléments peuvent s’agréger par capillarité (principe du « château de sable »)
  •  20 micromètres : ce diamètre est censé correspondre à celui des poils absorbants des racines. 
  • 2 micromètres (0,002mm) : diamètre en dessous duquel les éléments présentent des propriétés de suspension stable dans l’eau, c’est-à-dire la possibilité de former des colloïdes. Il s’agit bien ici des argiles granulométriques.
  • La limite de de 50 micromètres a été ajoutée plus tard et correspond à la taille maximale de particules pouvant être transportées sur de longues distances par un vent de 10 m/s, ce phénomène étant à l’origine de nombreux sols très fertiles.
On arrive ainsi aux dénominations présentées dans la figure 3, très majoritairement utilisées en France. Les bornes granulométriques correspondent donc bien à une logique de comportement des particules, mais il faut faire attention au fait que selon les auteurs et les pays, ces bornes et dénominations peuvent varier. Si les bornes inférieures (argile) et supérieures (refus) sont communément admises, les limites entre limons et sables  sont plus discutées.
Les résultats obtenus sont exprimés en pourcentage de terre fine sèche (ou en g/kg). Pour utiliser un triangle des textures ou une fonction de pédotransfert (*), notamment pour le calcul de différents indices (Cliquez-ici pour consulter l'AgroReporter « Toucher terre 3 »), on ramène à 100% la somme des 5 fractions granulométriques (cas 1 de la figure 3), mais on peut aussi visualiser les matières organiques ou les carbonates (s’ils ont été détruits) pour revenir à l’échantillon initial (cas 2 et 3 de la figure 3).

Figure 3 – Exemples de présentation d’une analyse granulométrique


(*) Les fonctions de pédotransfert (FPT) sont des outils, basés sur des relations statistiques, qui permettent d'estimer et de prédire des propriétés ou des comportements du sol. (D. Baize)

La recette : le triangle des textures
Il faut maintenant arriver à relier les analyses granulométriques du sol aux observations de terrain. C’est dans cet objectif que sont apparus progressivement les triangles de texture. Richer de Forges remarque que, sauf exception, les premiers triangles de texture sont apparus au début du XXème siècle et généralisés à partir de 1950.
Le principe est assez simple : la granulométrie est réduite à 3 fractions (sables, limons, argiles) avec une somme égale à 100% puis on positionne 2 de ces fractions sur les côtés correspondants du triangle. A l’intérieur du triangle sont identifiées des zones correspondant à une répartition et à des comportements spécifiques des sols. Ces séparations sont faites « à dire d’experts » en fonction de contextes pédoclimatiques et régionaux spécifiques en reliant ces classes texturales à une appréciation tactile et visuelle ou à un objectif particulier. Cela explique que plus de 15 triangles différents sont disponibles en France et pratiquement un par pays ou grande administration internationale, même si celui du GEPPA (1963) qui comporte 17 classes est devenu le standard français car émanant d’un important travail collectif. C’est celui utilisé par AUREA (Cliquez-ici pour consulter l'AgroReporter « Toucher terre 2 »).

  Figure 4 – Quelques-uns des triangles de texture utilisés en France (source A. Richer de Forges)

Cette mise en relation entre le laboratoire et le terrain reste assez délicate, notamment du fait que, manuellement au champ, on intervient sur un sol avec des agrégats et de la matière organique grossière qui peuvent influer sensiblement l’appréciation.  A noter également qu’il n’y a pas de correspondances strictes entre les différents triangles utilisables. Lorsque l’on cite une classe texturale, il faut toujours préciser le triangle utilisé.

Les tours de main
Ce survol de la granulométrie et de sa « longue » histoire montre l’importance qu’elle reflète pour les agronomes, la difficulté de relier le terrain au laboratoire mais aussi le fait que l’agronomie n’est pas figée, mais en progression constante. Pour bien utiliser un outil, il faut en connaître les caractéristiques et les limites, il en est de même pour l’interprétation de la granulométrie :
  • Nous avons vu que les matières organiques, sous forme de ciment des particules minérales ou de fragments influant sur les propriétés physiques, n’interviennent pas, normativement, dans la granulométrie. Cela peut prêter à  discussion. La prise en compte de la granulométrie des matières organiques est un axe de travail intéressant
  •  De même, la profondeur du sol utile, la nature du sous-sol, la proportion et la nature des refus, le comportement du sol sont évidemment des informations à connaître pour interpréter la granulométrie. En ce sens, les observations de terrain, notamment au moment du prélèvement, sont un complément indispensable à l’analyse.
  • La texture est appréciée selon la répartition des particules dans des classes, en raisonnant sur une répartition gaussienne (centre de classe). De nombreux scientifiques ont travaillé sur les courbes de répartition des particules d’un sol. Une approche linéaire, continue, serait certainement plus proche de la réalité ce que propose par exemple M. A. Shirazi en utilisant un granulomètre laser. Dans le même esprit, la forme des particules, notamment des sables, a une influence sur le comportement du sol.
  • Quelle que soit la méthode utilisée, les analyses quantifient les argiles granulométriques et non minéralogiques. Cela signifie qu’à l’intérieur de ce groupe vont se trouver des « fausses » argiles (particules de diamètre correspondant mais non constituées de silicates d’alumine ou de magnésie) et des argiles « vraies » avec leurs propriétés spécifiques. En allant plus loin, il faudrait aussi distinguer la nature de ces argiles « vraies », leurs propriétés pouvant être très différentes (Cliquez-ici pour consulter l'AgroReporter « Toucher terre 1 »). L’appréciation de la Capacité d’Echange Cationique (CEC) et l’utilisation de cartes pédologiques est un moyen de répondre à cette problématique.
  • Se pose enfin la question du choix entre analyse granulométrique avec ou sans décarbonatation. Là aussi, il est essentiel de préciser par quelle méthode a été obtenue l’analyse granulométrique. En effet, si pour des terres non carbonatées, le  prétraitement acide n’a pas d’effet avec des résultats très sensiblement identiques, la granulométrie obtenue peut être très différente pour des terres carbonatées : voir figure 5. Sur ce type de sol, il faut donc raisonner en fonction des objectifs de l’analyse :


    En sol carbonaté :
    Pour évaluer un comportement physique du sol, très lié à la taille des particules, il vaut mieux pratiquer une analyse sans décarbonatation.
    Pour évaluer un comportement « physico- chimique » du sol (réactivité des constituants, disponibilité minérale, répartition des carbonates…), il vaut mieux pratiquer une analyse avec décarbonatation.
    Pour étudier la genèse et l’évolution des sols, notamment en termes de filiation pédogénétique entre horizons, l’analyse avec décarbonatation s’impose.
     
    Sur les sols carbonatés, S. Henin préconise de réaliser et comparer les deux types de granulométrie au départ, puis de réaliser l’analyse avec décarbonatation en routine de contrôle. Le laboratoire AUREA AGROSCIENCES réalise les deux types d’analyse en fonction des objectifs et des historiques des producteurs.


Figure 5 - Rapport entre les quantités d'argile granulométrique avec et sans décarbonatation selon l'origine de la terre (d'après S. Hénin)


Notre service technique est à votre disposition pour répondre à vos questions, échanger sur ces problématiques ou construire des démarches de travail.

 Article coordonné par : Alain KLEIBER - Référent Nutrition Végétale (Auréa AgroSciences)




 Documents utilisés :
- Agro-Transfert R&T, Chambres d’Agriculture de Picardie, 2007. Mémento Sols et Matières Organiques. 50 p
- Baize D., 2000. Guide des analyses en pédologie. INRA Editions, 257 p.
- Baveye P. C., 2013. Jean-Baptiste De Beunie (1717-1793): pionnier méconnu de l’étude des sols Full. Revue Soil Science
- Daniel C. et A.-C. Roudot, 2007. Revue Meta.
- Demolon A., 1952. Dynamique du sol - Dunod
- Dridi B. et Dilmi A., 2011. Poids des différentes caractéristiques des sols dans l’estimation de leur rétention en eau. Etude et Gestion des Sols.
- Girard M-C. , Schvartz C.  Jabiol , B., 2011. Etude des sols: description, cartographie, utilisation. Dunod.
- Guet G., Chotard A., Riman K. , 2011. Memento d’agriculture biologique. Editions France Agricole.
- Henin S., 1976. Cours de physique du sol. Orstom – Editest.
- Hoogmoed W., 1994. Caractéristiques physiques du sol. Publication FAO.
- Ministère de la Coopération, 1993. Mémento de l’Agronome, 4ème Edition. Collection « Techniques rurales en Afrique ». 1635 p.
- Richer de Forges A. et al, 2008. Perdus dans le triangle des textures. Etudes et Gestion des Sols, 15, 2, 2008.
- Shirazi M. A., Boersma L. et Johnson C. B., 2001 - Particle-size distribution Soil Sci. Soc. Am. J.
- Soltner D., 2003. Les bases de la production végétale. Tome 1 : le sol et son amélioration. Collection Sciences et Techniques Agricoles.

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