UNIVERSITE PIERRE ET MARIE CURIE
(PARIS VI)

UNIVERSITE NANCY I

INSTITUT NATIONAL AGRONOMIQUE
PARIS GRIGNON

UNIVERSITE DE FRANCHE-COMTE

ECOLE NATIONALE SUPERIEURE
AGRONOMIQUE DE RENNES

D.E.A.
de
PEDOLOGIE

Laurence DENAIX

Etude des constituants
et de la micro-organisation
d'andosols de la Réunion

Février - Septembre 1989

Laboratoire des Sols
I.N.R.A. de Versailles
Résumé

Sur l'île de La Réunion, les andosols représentent la majeure partie des sols cultivables. Ils possèdent des propriétés particulières qui posent de nombreux problèmes agronomiques. Celles-ci semblent directement liées aux constituants majoritaires de ces sols, les allophanes (s.l.). L'étude des constituants minéraux a montré la présence dans l'ensemble des profils étudiés d'allophanes à faible rapport Si/Al et d'oxydes, en particulier de gibbsite présente en quantité importante; l'halloysite n'apparait qu'en deçà d'une certaine altitude. La forme et la cristallinité de ces minéraux varient en fonction de l'altitude : ils se retrouvent à l'état libre ou à l'intérieur de nanoagrégats dans le sol. Des phénomènes d'agrégation apparaissent à une échelle macroscopique lors de la dessiccation des échantillons. Ceux-ci s'accompagnent de modifications irréversibles de la structure et de la capacité de rétention en eau au-delà d'un seuil de potentiel de l'eau. Les propriétés particulières de ces sols semblent dues à la présence de minéraux cristallisés à courte distance.

Summary

The andosols constitute the most important part of the cultivable soils on the island of La Réunion. These soils have some specific properties which seem to be dependent on principal constituents of volcanic ash soils : the allophanes (s.l.). The study of these minerals showed the presence of allophanes with low Si/Al ratic and oxides like gibbsite which is found in great quantity in all samples. Halloysite only appears below 1000 m. The shape and the cristallinity of these minerals change with altitude. They are separated or agglomerate in nano-aggregates. On drying samples, we observed aggregate-formations which goes with irreversible modifications of the structure and moisture retention. The presence of poorly cristalline minerals could explain the specific properties.
Ce stage n'a pu être réalisé et mené à bien que grâce à la contribution d'un grand nombre de personnes. Je voudrais par ces quelques phrases les remercier et rappeler combien leur aide m'a été nécessaire. Tout d'abord, je remercie sincèrement mon responsable de stage M. ROBERT mais également toutes les personnes de la station de science du sol qui m'ont accueillie avec chaleur. Plus particulièrement, je tenais à remercier D. TESSIER dont les nombreux conseils m'ont très souvent aidée, F. ELSASS et A. M. JAUNET, M. HERVIO, J. LAPEYRONNIE, A. BEAUMONT pour leur aide et leur disponibilité. Je voudrais également remercier S. PERRET et M. RAUNET qui depuis La Réunion, ont toujours répondu chaleureusement à mes nombreuses demandes. Toutes ces personnes ont contribué pour beaucoup à la réalisation de ce mémoire.
# SOMMAIRE

## CHAPITRE I :

### PRESENTATION GENERALE DU MILIEU D'ETUDE 3

#### I 1. Milieu naturel 3

##### I 1.1 Situation géographique

##### I 1.2 Géologie

##### I 1.3 Régime climatique

##### I 1.4 Végétation

##### I 1.5 Distribution des sols

#### I 2. Toposéquence étudiée 7

## CHAPITRE II :

### GENERALITES ET CARACTERISTIQUES DE LA SEQUENCE 10

#### II 1. Présentation générale des andosols 10

#### II 2. Méthodes 11

#### II 3. Résultats des analyses chimiques 12

##### II 3.1 Matière organique

##### II 3.2 PH

##### II 3.3 C.E.C. Cations échangeables

##### II 3.4 Rétention du phosphore

#### II 4. Quelques données physiques 14

#### II 5. Conclusion 15

## CHAPITRE III :

### ETUDE DES CONSTITUANTS MINERAUX DES SOLS DE LA TOPOSEQUENCE 16

#### III 1. Rappels bibliographiques 16

#### III 2. Matériels et méthodes 18

##### III 2.1 Préparation des échantillons

##### III 2.2 Matériel utilisé
III 3. Identification des principaux minéraux 18

III 3.1 Minéraux cristallins

III 3.2 Minéraux paracristallins

III 4. Quantification des principaux minéraux 25

III 4.1 Minéraux cristallisés

III 4.2 Minéraux paracristallins

III 5. Répartition des différents minéraux dans les profils 28

## CHAPITRE IV :

### ETUDE DE LA STRUCTURE ET DE L'ORGANISATION D'UN ANDOŠOL

31

IV 1. Rappels bibliographiques 31

IV 2. Matériels et méthodes 33

IV 2.1 Mesures de porosité

IV 2.2 Observations en microscopie optique

IV 2.3 Observations en microscopie électronique à transmission

IV 3. Etude de la dynamique de l'espace poral 34

IV 4. Description de la microstructure 37

IV 5. Etude de la microstructure en microscopie électronique 41

IV 6. Conclusion 44

## CHAPITRE V :

### SYNTHESE ET CONCLUSIONS GENERALES 45

V 1. Répartition altitudinale des différents facteurs étudiés 45

V 2. Etude des constituants minéraux 46

V 3. Etude de la microorganisation 47

V 4. Rôle de la dessication 47

V 5. Conclusion 48
Depuis 1988, un programme pluridisciplinaire (CORDET 1988) a réuni différents organismes de recherche afin de mieux connaître les andosols de l'île de la Réunion. Ce type de sol constitue en effet 80 % des sols cultivables de l'île. Leur mise en valeur, nécessaire compte tenu de l'enjeu économique qu'ils constituent, nécessite une meilleure compréhension de certaines de leurs propriétés. En effet, ces sols posent de nombreux problèmes lors de leur mise en culture dont :

- une grande sensibilité à l'érosion.

- la rétention énergétique du phosphore posant des problèmes de gestion de la fertilité.

- l'acidité des sols et l'existence de toxicités.

- la difficulté de relever le pH par amendement calcique.

Ces problèmes agronomiques, directement liés aux propriétés spécifiques des andosols, demandent une meilleure compréhension des propriétés physico-chimiques, hydriques et rhéologiques de ces sols.

Les recherches déjà entreprises en considérant le sol comme une "boîte noire" ont révélé leurs limites. Il s'avère donc nécessaire de poursuivre des travaux plus précis sur la structure du sol et son fonctionnement chimique à différents niveaux d'investigation. Pour cela, un site d'expérimentation (le site de Fond Jardin) inclus dans une toposéquence altitudinale a été choisi pour servir de base à des études tant sur le terrain qu'en laboratoire.

Les travaux présentés dans ce mémoire constituent la base d'une étude confiée à l'INRA de Versailles concernant l'analyse cristallochimique des différents minéraux et, en particulier, des minéraux paracristallins, ainsi que l'étude de la microstructure particulière de ces sols.
Notre étude effectuée à partir d'échantillons prélevés sur les terrains d'étude, se situe essentiellement à l'échelle microscopique. Elle comporte deux parties complémentaires :

- d'une part, la description et la quantification des principaux minéraux contenus dans les différents profils de la toposéquence. Leur étude cristallochimique précise a été rendue difficile par la présence de matériaux amorphes et de complexes organo-minéraux dans la fraction fine.

- d'autre part, la description de la microstructûre et de la porosité d'échantillons non perturbés. Ceci nous a permis d'approcher les phénomènes d'agrégation à différentes échelles, notamment l'agrégation des constituants minéraux et la formation d'agrégats microscopiques élémentaires.

Ainsi, après une première partie présentant le milieu naturel et replaçant les échantillons dans leur contexte, et une seconde partie décrivant leurs principales caractéristiques physico-chimiques, nous exposerons les résultats obtenus concernant :

- l'étude des constituants.

- la description de la microstructure du sol.

La synthèse nous permettra de relier les données physico-chimiques, la composition minéralogique et l'organisation des constituants en agrégats. Ainsi, ces travaux pourront constituer la base d'une étude minéralogique détaillée de ces sols, mais ils permettront surtout de poser certains problèmes pouvant constituer des voies de recherche à venir.
# CHAPITRE I

PRESENTATION GENERALE DU MILIEU D'ETUDE

## I 1. Le Milieu Naturel

### I 1.1 Situation géographique

En plein Océan Indien, à 21°07 de latitude et 55°32 de longitude se dresse l'Ile de La Réunion. Située à 200 km de l'île Maurice, elle forme avec l'île Rodriguez l'archipel des Mascareignes. Deux volcans sont à la base de la constitution de cette île : le Piton des Neiges, sommet le plus élevé (3069 m), et le piton de La Fournaise.

### I 1.2 Géologie (figure I.1)

Les premières études de ce système volcanique ont été réalisées dès le début du siècle (LACROIX, 1936). Elles ont montré que l'île était composée de deux massifs d'âge différent reliés par une zone intermédiaire.

<figure><img src="image_1.png" /><figcaption>Figure I.1 : Ile de la Réunion - Carte géologique simplifiée.</figcaption></figure>
Le Piton des Neiges du Miocène-Pliocène se compose de nombreuses coulées basaltiques ou andésitiques superposées. La toposéquence étudiée se situe dans ce massif, sur un substrat homogène de cendres pyroclastiques.

Le Piton de la Fournaise, plus récent (début du quaternaire), est encore en activité.

## I.1.3 Régime climatique

Le climat est de type tropical à deux saisons : une saison sèche de Mai à Novembre pendant laquelle souffle la mousson du Nord-Est et une saison humide soumise à l'alizé du Sud-Est.

L'influence de ces vents d'Est divise l'île en deux zones climatiques : la côte au vent et la côte sous le vent où se situe notre toposéquence.

### - Pluviométrie

Comme l'indique la carte de la figure I.2, les précipitations varient à la fois d'une zone à l'autre,

<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>Figure I.2 : Ile de la Réunion - Carte pluviométrique.</figcaption></figure>
la côte sous le vent étant la moins arrosée, et en fonction de l'altitude. Leur variabilité interannuelle est importante comme le montre la courbe de la figure I.3 retraçant 19 années de mesures pluviométriques sur le site de Colimaçon (780 m).

<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>Figure I.3 : Répartition interannuelle des pluies.</figcaption></figure>

- Température - Ensoleillement

Les températures mensuelles moyennes varient peu suivant les saisons et les zones. Par contre, elles diminuent fortement en fonction de l'altitude, passant de 25°C sur la côte à 5-10°C sur les sommets.

## I 1.4 Végétation

Suivant l'altitude, deux types de végétation se distinguent sur les versants. La partie la moins élevée est cultivée : canne à sucre jusqu'à 800 m, géranium au delà. A partir de 1400 m, la végétation naturelle est conservée : forêts de tamarins et fougères arborescentes.

## I 1.5 Distribution des sols

Comme nous le montre la carte de la figure I.4, un facteur important de différenciation des sols est la nature de la roche mère. De plus, la répartition des sols est ici fortement dépendante de l'altitude.
En effet, de nombreuses études (ZEBROWSKI, 1975; BROUWERS et RAUNET, 1981) ont montré la similitude entre la toposéquence altitudinale de l'île de la Réunion et la toposéquence caractéristique des sols des régions volcaniques, c'est-à-dire la succession décrite aux Antilles (COLMET-DAAGE et LAGACHE, 1965) : andosols - sols bruns andiques - sols ferrallitiques - vertisols. Celle-ci correspond également à une évolution minéralogique allant de minéraux amorphes ou cristallisés à courte distance aux minéraux 1:1 puis aux minéraux 2:1.

<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>Figure I.4 : Ile de la Réunion - Carte pédologique simplifiée.</figcaption></figure>
Une différence est ici à noter par rapport à cette séquence typique : la présence inhabituelle de podzols au sommet (ZEBROWSKI, 1973).

Il apparaît en conclusion que l'ensemble des facteurs naturels varie en fonction de la pluviométrie qui est elle-même corrélée à l'altitude.

Nous n'étudierons ici que les andosols, type de sol le plus répandu sur l'île de la Réunion.

## I 2. Toposéquence étudiée

Elle comprend essentiellement des formations andiques. Comme nous l'avons indiqué précédemment, deux facteurs influent sur la distribution des sols. Pour cette étude, il a été choisi de fixer le paramètre roche mère en faisant varier le paramètre altitude. C'est pourquoi la toposéquence étudiée, choisie et décrite par M.RAUNET, est développée sur une même formation composée de cendres pyroclastiques basiques.

Cette toposéquence est située au Nord-Est de l'île dans la région de Saint Paul (figure I.5). Elle est composée de cinq profils répartis entre 600 et 1230 m d'altitude (figure I.6). Trois profils correspondent à un transect altitudinal et deux autres (Fond Jardin et Colimaçon) s'en écartent légèrement. Une description précise en est fournie en annexe 1. Les photos I.1 et I.2 montrent les profils Fond Jardin et Colimaçon.
<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>Figure I.5 : Ile de la Réunion - Localisation de la toposéquence.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>Figure I.6 : Description de la toposéquence.</figcaption></figure>
<table><thead><tr><td>Nom du profil</td><td>Altitude</td><td>CPCS, 1967</td><td>Nom des horizons</td></tr></thead><tbody><tr><td>La Saline</td><td>600 m</td><td>Andosol saturé</td><td>LSA LSBt LSB/C</td></tr><tr><td>Colimaçon</td><td>780 m</td><td>Andosol saturé</td><td>CA CB</td></tr><tr><td>Bras Calebasse</td><td>980 m</td><td>Andosol désaturé non perhydraté</td><td>BCA BCB</td></tr><tr><td>Fond Jardin</td><td>1000 m</td><td>Andosol désaturé non perhydraté</td><td>FJA1 FJA2 FJB</td></tr><tr><td>Trois Bassins</td><td>1230 m</td><td>Andosol désaturé perhydraté</td><td>TBA1 TBA2 TBB</td></tr></tbody></table>
<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>Photo I.1 : Profil
Fond Jardin (1000 m).</figcaption></figure>

<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>Photo I.2 : Profil
Colimaçon (780 m).</figcaption></figure>
# CHAPITRE II

## GENERALITES ET CARACTERISTIQUES DE LA SEQUENCE

### II 1. Présentation générale des andosols (d'après COLMET-DAAGE et al., 1967; QUANTIN, 1972)

Les andosols se développent sous climat pluvieux, tropical ou tempéré, sur des matériaux volcaniques pyroclastiques (cendres, ponces, scories) mais également sur des coulées volcaniques massives (MOINEREAU, 1977). Ce sont des sols jeunes qui doivent leur nom à l'expression japonaise "an do" signifiant sol noir. Cette couleur foncée est due à la présence en quantité importante (jusqu'à 15-20 %) de matière organique. Sa complexation avec des ions aluminium et fer la rend stable et résistante à la biodégradation.

Les principaux composants minéralogiques des andosols sont des substances amorphes ou paracristallines : les allophanes. Leur étude sera détaillée au chapitre III.

Ces sols possèdent des propriétés physico-chimiques spécifiques. L'importance des sesquioxydes et des substances amorphes dans le complexe absorbant en fait des sols à charges variables en fonction du pH. Ils sont définis par une valeur de pH, le point de charge nulle (zpc), de part et d'autre de laquelle les charges globales du sol changent de signe.

Le pH<sub>eau</sub> des andosols est en général légèrement acide (de 5,5 à 6,5).

La Capacité d'Echange Cationique (C.E.C.) mesurée de manière classique est une donnée peu fiable pour ce type de sol car elle varie considérablement en fonction de la teneur en matière organique, du pH, de la force ionique et du degré de dessiccation de l'échantillon. Suivant les méthodes employées, les résultats obtenus varient du simple au double. La somme des cations échangeables Ca²⁺ + K⁺ + Na⁺ + Mg²⁺ + Al³⁺ + H⁺ appelée C.E.C effective peut être une bonne approximation de l'adsorption cationique dans les sols à charges variables (ESPIAU, 1987).

La Capacité d'Echange Anionique (A.E.C.) est également variable. Toutefois, ces sols présentent un fort pouvoir de fixation des anions phosphates, ce qui entraîne une faible quantité de phosphore disponible pour la végétation.
Très perméables, ils ont une capacité de rétention en eau pouvant atteindre 200 % en teneur pondérale et une densité apparente sèche faible (inférieure à 0.85, critère définissant les andepts de la Soil Taxonomy).

Ces propriétés initiales sont généralement perdues irréversiblement lorsque le sol se dessèche, sa texture devenant alors sablo-limoneuse (MAEDA et al., 1977; GRANDJEAN, 1983). Nous détaillerons ce phénomène au chapitre IV.

Nous allons donc présenter dans la suite de ce chapitre les principales caractéristiques physico-chimiques des sols de la séquence. D'autres études pédologiques (ZEBROWSKI, 1973 et 1975; ROSELLO, 1984) ont eu lieu sur des toposéquences proches, nous essayerons lorsque cela s'avèrera possible de replacer nos données par rapport à ces travaux.

## II 2. Méthodes

A partir des données précédentes, différentes analyses ont été nécessaires pour décrire ces sols :

- Dosage du carbone organique par la méthode Anne.

- Dosage de l'azote organique par la méthode Kjeldahl.

- Détermination de la CEC et des cations échangeables après extraction par la cobaltihexamine.

- Détermination du phosphore total après attaque à l'acide perchlorique.

- Détermination du phosphore assimilable après extraction par la méthode Olsen-Dabin.

- Détermination du point de charge nulle grâce à des courbes de titration potentiométrique établies par titration après mise en équilibre d'une masse déterminée de sol avec des solutions de CaCl2 de molarités différentes.

Ces analyses ont été effectuées au laboratoire d'analyse des sols de l'IRAT de la Réunion.
## II 3. Résultats des analyses chimiques

Les résultats détaillés de toutes ces analyses sont données en annexe 2.

### II 3.1 Matière Organique

Comme le montre la figure II.1, la quantité de matière organique augmente en fonction de l'altitude et diminue en fonction de la profondeur des profils. La proportion de matière organique est ici comprise entre 2 et 20 %.

Le rapport C/N reste constant le long des profils, mais varie le long de la toposéquence : dans les profils La Saline et Colimaçon le C/N de 10 serait caractéristique d'un mull alors que le rapport C/N des profils Trois Bassins et Bras Calebasse variant de 15 à 25 caractériserait un modder. Ceci montre que deux types d'humus se différencient dans les sols de la séquence.

Certains auteurs (TODUKOME et KANNO, 1965a) différencient la matière organique de climat chaud dans laquelle les acides fulviques dominent et la matière organique de climat froid dans laquelle les acides humiques dominent. Cette distinction pourrait expliquer les différences de qualité d'humus. Des analyses supplémentaires concernant la composition de ces matières humiques, en particulier la répartition des acides humiques et fulviques devraient permettre de mieux comprendre ces variations.

Il semble donc que la matière organique soit moins évoluée et en quantité croissante vers le haut de la toposéquence.

### II 3.2 PH

Légèrement acide, le pH des sols étudiés diminue progressivement en fonction de l'altitude (figure II.2). Dans les sols Trois Bassins et Bras Calebasse, le delta pH (pH<sub>KCl</sub>-pHeau) est positif. De plus la mesure du point de charge nulle montre que le pH de ces sols lui est toujours inférieur. Ces deux observations nous indiquent que le complexe absorbant des sols précédents est dominé par des charges positives. Par contre, le delta pH devient négatif dans les autres sols de la toposéquence. Le complexe absorbant est alors dominé par des charges négatives. La raison de ces variations est vraisemblablement à rechercher dans la composition minéralogique de ces sols.
<figure><img src="image_9.png" /><figcaption>Figure II.1 : Evolution de la teneur en matière organique dans les différents profils.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_10.png" /><figcaption>Figure II.2 : Evolution du pH dans les différents profils.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_11.png" /><figcaption>Figure II.3 : Evolution de la C.E.C. dans les différents profils.</figcaption></figure>
## II.3.3 C.E.C. - Cations échangeables (figure II.3)

Le réactif utilisé ayant un faible pouvoir tampon, la variation de pH reste faible pour des sols neutres ou légèrement acides. Les conditions expérimentales sont alors proches de celles rencontrées dans le milieu naturel, en particulier sur les sols étudiés.

La somme des cations échangeables (C.E.C. effective) a été calculée sans tenir compte des ions Al³⁺ et H⁺, ces dosages n'ayant pas été effectués. Malgré cela, elle est proche de la C.E.C. mesurée : ces mesures sont relativement fiables.

Il apparaît que la C.E.C. mesurée varie le long du profil parallèlement aux variations de la matière organique : les charges variables développées par celle-ci augmentent en effet la capacité d'échange du sol. Les variations notées le long de la toposéquence pourraient être liées au variations de pH (le pH évolue en effet dans le même sens que la C.E.C.) ou à une composition minéralogique différente : en particulier la présence de minéraux à charges variables pourraient modifier les valeurs de la C.E.C.

## II.3.4 Rétention du phosphore

Les mesures effectuées montrent que globalement les teneurs en phosphore total diminuent avec la profondeur du profil mais aucune loi simple de variation en fonction de l'altitude ne semble apparaître. Ces teneurs, dont les valeurs sont données dans le tableau suivant, sont très importantes : de 1500 à 3000 ppm mais seulement moins de 10% de cette quantité considérable est assimilable. Il s'ensuit des problèmes concernant la nutrition phosphatée des plantes et la gestion de la fertilisation.

<table><thead><tr><td>Echantillon</td><td>P. total</td><td>P. assimilable</td></tr></thead><tbody><tr><td>LSB (600 m)</td><td>1170</td><td>40</td></tr><tr><td>BCB (980 m)</td><td>1190</td><td>83</td></tr><tr><td>FJB (1000 m)</td><td>2580</td><td>180</td></tr><tr><td>TBB (1230 m)</td><td>2390</td><td>271</td></tr></tbody></table>

## II.4. Quelques données physiques

Nous donnerons ici les principales données permettant de comprendre l'évolution le long de la séquence mais le
comportement physique des sols, notamment vis à vis de la dessiccation, sera développé au chapitre IV.

Les teneurs pondérales en eau augmentent en fonction de l'altitude de 40 à 130 % pour l'horizon B au pF de 2,5. D'autre part, la densité apparente diminue en fonction de l'altitude, ce qui semble indiquer une augmentation de la porosité avec cette dernière.

Par contre, des prélèvements effectués en fin de saison sèche (octobre 1988) et en saison humide (mars 1989) nous ont permis de constater que la teneur pondérale en eau du sol in situ dépend peu de la saison, la variation observée étant toujours inférieure à 20 %. Dans la cas de l'horizon Fond Jardin A, cette variation est même nulle.

## II 5. Conclusion

Les différents caractères étudiés varient donc en fonction de l'altitude. Deux types de sols peuvent être distingués : les sols d'altitude inférieure à 800 m et les sols d'altitude supérieure à 1000 m (tableau suivant).

<table><tr><td>Altitude (m)</td><td>600-800</td><td>+ de 1000</td></tr><tr><td>Mat. Organiques (%)</td><td>2</td><td>8-11</td></tr><tr><td>Type d'humus</td><td>mull</td><td>modder</td></tr><tr><td>C.E.C. (meq/100g)</td><td>10</td><td>6-7</td></tr><tr><td>E.C.E.C. réduite (meq/100g)</td><td>8-10</td><td>&lt; 1</td></tr><tr><td>S/T</td><td>saturé &gt;80</td><td>désaturé &lt;20</td></tr><tr><td>Humidité à pF 2.5 (%)</td><td>faible 40-50</td><td>forte 110-130</td></tr></table>

La comparaison avec différents types de sols définis précédemment (ZEBROWSKI, 1975) met en évidence une évolution identique : ces sols correspondraient aux sols de type II et III que ZEBROWSKI définit : succession andosol perhydraté - andosol non perhydraté, le profil La Saline étant à la limite des sols bruns andiques.

Nous pouvons ici conclure que les caractères andiques des sols de la séquence s'intensifient avec l'altitude.
# CHAPITRE III

## ETUDES DES CONSTITUANTS MINERAUX DES SOLS DE LA TOPOSEQUENCE

Avant toute approche de la structure du sol, nous avons choisi d'étudier les constituants minéraux qui sont à la base de son organisation. Cette étude comprend l'identification des principaux minéraux, leur quantification lorsque celle-ci s'avère possible et la description de leur répartition le long de la toposéquence.

### III 1. Rappels bibliographiques

Les sols volcaniques se distribuent suivant une toposéquence typique décrite à Hawaï, aux Antilles, en Nouvelle Zélande, au Japon. A celle-ci correspond une séquence d'évolution minéralogique (FIELDES, 1955) admise aujourd'hui par tous :

Verre → Allophanes → Halloysite hydratée

La majeure partie des constituants de ces sols ont une cristallinité variable. HERBILLON (1983) les décrit comme minéraux cristallisés à courte distance, définition englobant des minéraux mal cristallisés et des constituants amorphes tels que les opales. Nous décrirons plus précisément les minéraux ordonnés suivant une ou deux directions de l'espace. Ces minéraux paracristallins (PEDRO, 1983), nommés allophanes, comprennent en fait différents types d'alumino-silicates cristallisés à courte distance. L'imogolite est la mieux définie (YOSHINAGA et AOMINE, 1962). De rapport SiO₂/Al₂O₃ égal à 1, elle forme de long tubes (quelques µm) de 20 à 30 Å de diamètre. Sa structure décrite figure III.1 (CRADWICK et al., 1972) est organisée dans deux plans de l'espace et se compose d'une couche gibbsitique bidimensionnelle enveloppant une couche tétraédrique silicique incomplète.

Les allophanes sensu stricto ont une composition chimique variable (rapport SiO₂/Al₂O₃ compris entre 1 et 2) et forment de petites sphères creuses de 30 à 50 Å de diamètre. Les allophanes siliceux (rapport SiO₂/Al₂O₃ proche de 2) auraient une structure proche de celle d'une halloysite alors que les allophanes alumineux auraient une structure proche de celle de l'imogolite.

WADA (1977) définit de plus des "allophane like", constituants de rapport SiO₂/Al₂O₃ variant de 0,2 à 1, qui seraient peut-être plus des constituants organo-minéraux que des minéraux au sens strict.
<figure><img src="image_12.png" /><figcaption>Figure III.1 : Structure de l'imogolite (CRADWICK et al., 1972).</figcaption></figure>

D'autres substances paracristallines du système $Fe_2O_3-SiO_2$ apparaissent dans ces sols, en particulier la ferrihydrite, difficilement identifiable.

Des minéraux cristallins peuvent se rencontrer dans ces sols. Un climat à saison sèche semble favoriser la formation d'halloysite (WADA, 1977). D'après TAZAKI (1982), il y aurait tout d'abord formation d'halloysite glomérulaire de petite taille puis d'halloysite tubulaire.

Sous climat plus sec se forment de plus des minéraux $2:1$ (VAN OORT, 1988) qui peuvent s'interstratifier avec des halloysites (DELVAUX, 1988).

Les diagrammes d'EGGLETON (1987) résument ainsi la composition chimique des différents minéraux présents dans les sols volcaniques (figure III.2).

<figure><img src="image_13.png" /><figcaption>Figure III.2 : Diagramme triangulaire de composition Si-Al-Fe.</figcaption></figure>
## III 2. Matériels et méthodes

### III 2.1 Préparation des échantillons

Prélevés en saison humide par M.RAUNET et S.PERRET, les échantillons ont été conservés à l'abri de la dessiccation. Après désagrégation par agitation mécanique dans l'eau, un traitement à H₂O₂ détruisant une partie de la matière organique et un tamisage sous eau nous ont fourni la fraction inférieure à 50 µm. Comme les andosols ne dispersent pas facilement et que les produits dispersant entraînent des modifications des propriétés, nous avons préféré travailler sur cette fraction plus grossière. Les échantillons ont alors été observés en pâte humide orientée pour la diffraction des rayons X ou séchés pour d'autres observations. La préparation de pastilles de Kbr à partir de sol sec a été nécessaire pour la spectroscopie infra-rouge.

### III 2.2 Matériel utilisé

Les différentes études et analyses des constituants ont été réalisées à l'INRA de Versailles grâce à :

- un microscope électronique à transmission haute résolution Philips E420 équipé d'un système de balayage (STEM) et d'une microsonde dispersive en énergie LINK.

- un système d'analyses thermiques SETARAM.

- un diffractomètre Philips à anticathode CoKa ($\lambda$ = 1.798 Å), 40 kV 24 mA.

- un spectromètre Infra-Rouge PERKIN ELMER 580.

## III 3. Identification des principaux minéraux

Nous avons examiné non seulement des minéraux cristallisés tels que les phyllosilicates ou les oxydes mais aussi des minéraux paracristallins de composition variable donc plus difficiles à appréhender.

### III 3.1 Les minéraux cristallisés

L'étude de leur présence et leur identification s'est faite essentiellement grâce à la diffraction des rayons X dont certains diagrammes sont représentés figure III.3. Un pic à 10 Å disparaissant par chauffage à 110°C révèle la présence d'halloysite hydratée.
D'autre part, un épaulement à 7 Å disparaissant après un traitement à la formamide (CHURCHMAN et al., 1984) apparaît fréquemment : il correspond à de l'halloysite deshydratée.

<figure><img src="image_14.png" /><figcaption>Figure III.3 : Diagramme de diffraction des rayons X.</figcaption></figure>

L'analyse thermo-différentielle (ATD) confirme la présence de ce minéral par un endotherme à 480-500°C dans les échantillons où ce minéral est présent à plus de 10 % (figure III.4).

L'analyse spectroscopique, plus sensible pour ce type de minéral, permet de détecter les vibrations spécifiques d'un minéral dioctaédrique type halloysite (FARMER, 1974), c'est-à-dire :

- les modes de vibration OH de déformation (790 et 915 cm⁻¹) et d'élongation (3620 et 3700 cm⁻¹).

- les vibrations des réseaux Si-O (470-550 cm⁻¹) et SiIV-O-AlV (700-755 cm⁻¹) dans des sols contenant moins de 5 % de ce minéral. Par contre, nous n'observons en
aucun cas de bande d'absorption à 3654 cm⁻¹ qui est attribuée aux vibrations des groupement OH de la kaolinite ou de la "métahalloysite" (CHUKHROV et ZVYAGIN, 1966).

<figure><img src="image_15.png" /><figcaption>Figure III.4 : Diagramme d'analyse thermo-différentielle.</figcaption></figure>

Des observations en microscopie électronique à transmission ont permis de constater la présence d'halloysite tubulaire (photo III.1) dans les profils La Saline et Colimaçon alors que seule de l'halloysite glomérulaire de petite taille est observable en faible quantité dans le sol Fond Jardin. Son diagramme de microdiffraction (photo III.3) montre des raies à 9.51, 4.68, 2.35, 1.88, 1.57 Å. La microanalyse met en évidence la présence de Fe dans des proportions de 5 à 10 %, le rapport SiO₂/Al₂O₃ étant de 1,3.

L'halloysite se révèle être la seule argile phyllosilicatée de la toposéquence.

Par contre, nous observons grâce au MET des fibrilles de 16 à 21 Å de diamètre, longues de 1µm au plus (photo III.3 et III.4). Celles-ci donnent des halos de diffraction à 3.28, 2.47, 1.91, 1.52, 1.16 Å (photo III.5). TAZAKI et FYFE (1987) ont mis en évidence des constituants semblables qui appartiennent à une séquence de formation d'halloysite à partir de feldspath potassique. Ces fibres sont vraisemblablement des précurseurs d'halloysite.
<figure><img src="image_16.png" /><figcaption>Photo IV.1 : Halloysite tubulaire (Horizon LSB dépôt sur grille).</figcaption></figure>

<figure><img src="image_17.png" /><figcaption>Photo IV.2 : Halloysite glomérulaire (Horizon FJB dépôt sur grille).</figcaption></figure>

<figure><img src="image_18.png" /><figcaption>Photo IV.3 : Précurseurs d'argiles issus de l'horizon FJA₂ (coupe ultra-mince).</figcaption></figure>

<figure><img src="image_19.png" /><figcaption>Photo IV.4 : idem Photo IV.3.</figcaption></figure>
<figure><img src="image_20.png" /><figcaption>Photo III.5 : Diffractogramme des précurseurs d'halloysite.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_21.png" /><figcaption>Photo III.6 : Fibres d'imogolite (Horizon TBB; coupes ultraminces).</figcaption></figure>

<figure><img src="image_22.png" /><figcaption>Photo III.7 : Allophanes développés sur du verre en voie d'altération (Horizon TBB; dépôts sur grille).</figcaption></figure>
La présence de pics de diffraction à 4.85, 4.37, 4.32, 3.3, 2.39 Å et d'un endotherme en ATD à 270-300°C indique d'autre part la présence de gibbsite en quantité importante et ce, dans la quasi totalité des horizons de la toposéquence.

L'analyse spectroscopique (figure III.5) dans la zone 3000-4000 cm⁻¹ nous renseigne sur la cristallinité de la gibbsite présente dans les différents profils. En effet, les modes de vibration d'elongation des OH d'une gibbsite bien cristallisée donnent des bandes d'absorption à 3380, 3428, 3520, 3617 cm⁻¹ (KOLESOVA et RYSKIN, 1959). Mais, ELDERFIELD et HEM (1973) ont montré que la netteté de ces bandes d'absorption diminuait avec la perte de cristallinité jusqu'à n'être plus distinguables pour des minéraux de faible cristallinité. Or, nous observons uniquement dans les sols d'altitude (Trois Bassins) une large bande centrée sur 3540 cm⁻¹. Les spectres restent inchangés après chauffage à 150°C pendant une journée pour éliminer d'éventuels artéfacts dus à la présence d'eau adsorbée (FARMER et RUSSELL, 1967).

<figure><img src="image_23.png" /><figcaption>Figure III.5 : Spectres d'absorption infrarouge.</figcaption></figure>
La cristallinité de la gibbsite est donc décroissante avec l'altitude (figure III.5). BRAVARD (1988) observe un phénomène équivalent sur une séquence de sol ferrallitique-podzol en Amazonie.

D'autres oxydes en particulier de la magnétite, de la maghémite et de l'ilménite, ont été mis en évidence par la diffraction des rayons X.

### III 3.2 Les minéraux paracristallins

Les diagrammes de diffraction des rayons X ne permettent pas de reconnaître les raies attribuées à l'imogolite (WADA et YOSHINAGA, 1969) ni celles provenant de l'allophane sensu stricto (YOSHINAGA et AOMINE, 1962). Un endotherme en ATD théoriquement à 390-420 °C (WADA et al., 1972) et se retrouvant ici entre 370 et 380 °C permet de détecter l'imogolite dans certains profils.

Seules l'analyse spectroscopique et l'observation ultra-microscopique nous permettront d'étudier les minéraux paracristallins de la série Al₂O₃-SiO₂-H₂O.

Les vibrations d'élongation sont masquées par celles de l'halloysite et de la gibbsite. Par contre, une bande d'absorption spécifique de l'imogolite à 348 cm⁻¹ (FARMER et al., 1979) permet d'identifier ce minéral dans tous les profils. Ce constituant est d'autre part facilement reconnaissable au microscope à transmission (photo III.6). Sa composition chimique est relativement constante avec un rapport SiO₂/Al₂O₃ variant de 0.7 à 1.

De nombreux auteurs distinguent aujourd'hui deux types d'allophanes à fort et faible rapport SiO₂/Al₂O₃. HENMI (1981) remarque que cela correspond à un degré de polymérisation croissant illustré par un rapport des absorptions à 1100 et 940 cm⁻¹ croissant et un maximum d'absorption autour de 1000 cm⁻¹ (variant de 975 et 1020 cm⁻¹ entre les faibles et forts rapports SiO₂/Al₂O₃). Cette dernière caractéristique ne peut être utilisée ici du fait que nous avons dans les sols un mélange d'allophane et d'imogolite. Le tableau suivant indique par contre la variation du rapport précédemment défini dans les profils et le long de la toposéquence.

<table><thead><tr><th>Echantillon</th><th>TBA1</th><th>TBA2</th><th>TBB</th><th>FJA2</th><th>FJB</th><th>CA</th><th>CB</th><th>LSA</th><th>LSB/C</th></tr></thead><tbody><tr><td>Ratio<br>1100/940</td><td>0.7</td><td>0.7</td><td>0.6</td><td>0.6</td><td>0.95</td><td>1.6</td><td>1.6</td><td>1.9</td><td>2.1</td></tr></tbody></table>
Ceci mettrait en évidence deux types d'allophanes dans notre toposéquence, les moins polymérisés étant observés dans les sols d'altitude.

Les analyses chimiques par microsonde dispersive en énergie rapportées dans le tableau suivant nous permettent de confirmer la présence d'allophanes à faible rapport SiO₂/Al₂O₃ de type allophane-like dans les sols d'altitude (Trois Bassins). La photo III.7 montre des allophanes se développant sur un fragment de verre volcanique.

Composition chimique d'allophanes (s.l.) issus du profil Trois Bassins.

<table><thead><tr><th></th><th></th><th>SiO2<br>(%)</th><th>Al2O3<br>(%)</th><th>Fe2O3<br>(%)</th><th>SiO2<br>A12O3</th></tr></thead><tbody><tr><td rowspan="2">Imogolite</td><td>1</td><td>42</td><td>53</td><td>3</td><td>0.78</td></tr><tr><td>2</td><td>51</td><td>47</td><td>3</td><td>1.08</td></tr><tr><td rowspan="2">Allophane</td><td>1</td><td>25</td><td>48</td><td>22</td><td>0.52</td></tr><tr><td>2</td><td>32</td><td>57</td><td>9</td><td>0.56</td></tr></tbody></table>

Nous pouvons remarquer dans ces analyses l'importante quantité de fer en particulier lors d'analyses d'allophanes. Le fer pourrait être présent soit au coeur des allophanes, soit sous formes d'éléments indépendants (polycations, ferrihydrite) à la périphérie de ces constituants.

Nous n'avons pas pu, par les méthodes employées, mettre en évidence de constituants paracristallins du système Fe₂O₃-SiO₂-H₂O tels que la ferrihydrite mais nous pouvons suspecter sa présence grâce au halo sur les diagrammes de diffraction des rayons X autour de 2.5 - 3 Å et à l'importance des constituants ferrifères dissous par un traitement à l'oxalate (voir III 4.2).

## III 4. Quantification des principaux minéraux

### III 4.1 Minéraux cristallisés

Leur quantification est rendue possible par l'interprétation de courbes d'analyse thermo-pondérale (figure III.6). En effet, un minéral perd en quantité déterminée les hydroxyles de son réseau cristallin dans une zone de température donnée à 10°C près pour une vitesse de chauffe donnée. Il est donc possible, connaissant le poids perdu dans cette zone, de calculer
le pourcentage de minéral présent dans l'échantillon avec une erreur de 10 %. Mais nous ne pourrions ainsi quantifier que les minéraux majoritaires, c'est à dire l'halloysite et la gibbsite. Les résultats sont présentés au paragraphe III 5.

<figure><img src="image_24.png" /><figcaption>Figure III.6 : Courbes d'analyse thermo-pondérale.</figcaption></figure>

### III 4.2 Minéraux paracristallins

La composition en OH des allophanes et surtout leur teneur en eau étant très variables, il est impossible d'évaluer leur pourcentage par la technique précédente. C'est pourquoi nous avons utilisé ici la technique spécifique des dissolutions sélectives.

Deux réactifs ont été employés :

- l'oxalate d'ammonium à pH 3.5 (SCHWERTMANN, 1964; HIGASHI et IKEDA, 1974) qui solubilise les allophanes au sens large ainsi que les oxyhydroxydes mal cristallisés et les complexes organiques de fer et d'aluminium.

- le pyrophosphate de sodium 0.1 M (Mc KEAGUE et al., 1966 et 1971; WADA et HIGASHI, 1976) qui solubilise également les complexes organiques de fer et d'aluminium.
La combinaison des deux méthodes (PARFITT et HENMI, 1982) permet d'obtenir la quantité d'aluminium, silicium et fer contenue dans les composés mal cristallisés minéraux. L'estimation de la quantité d'allophane se calcule d'après la composition chimique de gels synthétiques (FEY et LEROUX, 1975 et 1977) ou sur la base d'une structure de type imogolite (Si/Al = 2) à partir de :

- la quantité de silicium extraite (PARFITT et HENMI, 1982; FARMER et al., 1983).

- la quantité d'aluminium extraite (RUSSEL et al., 1981; PARFITT et al., 1983).

Les résultats des extractions sont présentés en annexe 3. Le tableau suivant présente les différents résultats en pourcentage du sol total.

<table><thead><tr><th rowspan="2">Méthode</th><th colspan="3">Quantité d'allophane (%)</th></tr><tr><th>Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub></th><th>SiO<sub>2</sub></th><th>FEY LEROUX</th></tr></thead><tbody><tr><td>TBA<sub>1</sub></td><td>36</td><td>29</td><td>28</td></tr><tr><td>TBA<sub>2</sub></td><td>43</td><td>33</td><td>33</td></tr><tr><td>TBB</td><td>47</td><td>37</td><td>36</td></tr><tr><td>FJA<sub>1</sub></td><td>9</td><td>6</td><td>7</td></tr><tr><td>FJA<sub>2</sub></td><td>21</td><td>13</td><td>16</td></tr><tr><td>FJB</td><td>12</td><td>9</td><td>10</td></tr><tr><td>CA</td><td>0</td><td>0</td><td>0</td></tr><tr><td>CB</td><td>0</td><td>0</td><td>0</td></tr><tr><td>LSA</td><td>0</td><td>0</td><td>0</td></tr><tr><td>LSB<sub>t</sub></td><td>0</td><td>0</td><td>0</td></tr><tr><td>LSB/C</td><td>1</td><td>1</td><td>2</td></tr></tbody></table>

Dans les échantillons étudiés, le rapport SiO<sub>2</sub>/Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> faible (0.3 - 0.4) est caractéristique des allophanes-like. Toutefois, puisqu'il peut également être dû à la présence d'oxyhydroxydes mal cristallisés d'aluminium, nous n'avons pas utilisé ce critère pour décrire les substances amorphes. Par contre, nous avons retenu pour la même raison les estimations fondées sur les teneurs en silicium extrait. Mais le calcul du pourcentage d'allophane sur la base d'une structure de type imogolite est ici discutable. Il semble en effet que nous ayons un mélange d'imogolite et d'allophanes de type allophane-like, au moins dans les sols d'altitude.
L'importante teneur en fer extrait par le traitement à l'oxalate pourrait indiquer la présence de ferrihydrite (SCHWERTMANN et al., 1982). Cependant, la maghémite est entièrement solubilisée par ce même traitement (FINE et SINGER, 1989), aussi nous ne pouvons conclure quant à la quantité de ferrihydrite.

### III 5. Répartition des différents minéraux dans les profils

Le tableau suivant et la figure III.7 présentent la répartition des constituants minéraux dans les profils de la séquence étudiée. Seuls les deux profils extrêmes et le profil médian sont représentés, les profils annexes présentent en effet des compositions intermédiaires. Composition minéralogique des profils de la toposéquence.

<table><thead><tr><th rowspan="2">Profil</th><th colspan="3">La Saline</th><th colspan="3">Fond Jardin</th><th colspan="3">Trois Bassins</th></tr><tr><th>A1</th><th>Bt</th><th>B/C</th><th>A1</th><th>A2</th><th>B</th><th>A1</th><th>A2</th><th>B</th></tr></thead><tbody><tr><td>Horizon</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Constituants minéraux</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Halloysite</td><td>++</td><td>++</td><td>++</td><td>+</td><td>+</td><td>+</td><td>0</td><td>0</td><td>0</td></tr><tr><td>Gibbsite</td><td>++</td><td>++</td><td>+</td><td>++</td><td>++</td><td>++</td><td>++</td><td>++</td><td>++</td></tr><tr><td>Magnétite</td><td>ε</td><td>ε</td><td>ε</td><td>+</td><td>+</td><td>ε</td><td>+</td><td>+</td><td>+</td></tr><tr><td>Maghémite</td><td>ε</td><td>ε</td><td>+</td><td>+</td><td>+</td><td>+</td><td>+</td><td>+</td><td>+</td></tr><tr><td>Ilménite</td><td>ε</td><td>ε</td><td>ε</td><td>ε</td><td>+</td><td>+</td><td>+</td><td>+</td><td>+</td></tr><tr><td>Imogolite</td><td>+</td><td>+</td><td>+</td><td>++</td><td>++</td><td>++</td><td>++</td><td>++</td><td>++</td></tr><tr><td>Allophanes</td><td>+</td><td>+</td><td>+</td><td>++</td><td>++</td><td>++</td><td>++</td><td>++</td><td>++</td></tr></tbody></table>

Nous remarquons tout d'abord que tous les horizons contiennent les mêmes types d'oxydes : gibbsite, magnétite, ilménite. Au sein d'un profil, tous les horizons conservent un même schéma de composition minéralogique : les principaux constituants y sont présents en proportions équivalentes.

L'halloysite n'apparaît dans le sol que jusqu'au profil Fond Jardin, en quantité décroissante en fonction de l'altitude. Cette variation est opposée à celles des quantités de gibbsite et d'allophanes.
Trois Bassins

<figure><img src="image_25.png" /></figure>

<figure><img src="image_26.png" /></figure>

<figure><img src="image_27.png" /></figure>

Fond Jardin

<figure><img src="image_28.png" /></figure>

<figure><img src="image_29.png" /></figure>

La Saline

<figure><img src="image_30.png" /></figure>

Figure III.7 : Répartition des principaux constituants dans quelques profils de la toposéquence en pourcentage de la fraction inférieure à 50 µm.
Les formes de l'halloysite varient également avec l'altitude. Cette évolution est semblable à celle observée par TAZAKI (1982) :

<figure><img src="image_31.png" /></figure>

La cristallinité de l'halloysite diminue avec l'altitude. Nous avons montré une évolution semblable pour la cristallinité de la gibbsite et le degré de polymérisation des allophanes. Il semble qu'il y ait une ambiance physico-chimique défavorable à la cristallisation vers le haut de la toposéquence.
# CHAPITRE IV

## ETUDE DE LA STRUCTURE ET DE L'ORGANISATION D'UN ANDOSOL

Après avoir identifié les différents minéraux du sol, nous devons maintenant étudier leur organisation, c'est-à-dire la structure et la microstructure du sol.

Cette étude comprend la prise en compte des phénomènes d'agrégation, qui semblent dépendre de la dessiccation comme l'indiquerait le changement de texture appréciable au toucher et la formation de "pseudo sables".

Ce problème peut être envisagé de deux manières :

- la description des agrégats.

- l'étude des vides qui limitent les agrégats, ce qui nous conduit à une étude précise de la porosité.

Nous utiliserons ces deux approches complémentaires dans ce chapitre.

### IV 1. Rappels bibliographiques

A partir d'observations au microscope électronique à balayage (MEB), HETIER (1975) définit un agrégat type (figure IV.1) de 5 à 10 µm de diamètre qui serait à la base de l'organisation des andosols du Massif Central.

<figure><img src="image_32.png" /><figcaption>Figure IV.1 : Nanoagrégat élémentaire (d'après HETIER, 1975).</figcaption></figure>
D'autres auteurs décrivent des types d'organisation différents :

- des "domaines" de 0.01 à 1 µm et des "clusters" de 1 à 100 µm (MAEDA et al., 1977).

- des "agrégats élémentaires arrondis" de 30 à 40 µm et des "agrégats arrondis" de 400 à 700 µm (BECH-BORRAS et al., 1977).

ROSELLO (1984) intègre ces différentes observations pour définir un système à quatre niveaux d'organisation emboîtés (tableau suivant) qui préexisterait dans les sols humides mais se révélerait lors de la dessiccation. La microstructure continue deviendrait alors une microstructure agrégée.

Unités d'organisation microstructurale des horizons B andosoliques (d'après ROSELLO, 1984)

<table><thead><tr><th>Unité d'organisation</th><th>Porosité</th><th>Représentation schématique</th></tr></thead><tbody><tr><td>Nanoagrégat élémentaire<br>0.1-1 µm</td><td>Nanoporosité<br>intra-particule<br>10-100 Å<br>inter-particules<br>1-10 nm</td><td>Im.<br>°° Al.<br>autres particules élémentaires<br>Matière organique<br>Nanoagrégat</td></tr><tr><td>Polyagrégat de 1er ordre<br>5-10 µm</td><td>Ultra microporosité<br>inter-nanoagrégats<br>0.1-1 µm</td><td>Polyagrégat</td></tr><tr><td>Polyagrégat de 2ème ordre ou<br>Microagrégat<br>50-100 µm</td><td>Microporosité<br>inter-polyagrégats<br>1-10 µm</td><td>Microagrégat</td></tr><tr><td>Microstructure continue<br>0.1-1 mm</td><td>Microporosité<br>inter-microagrégats<br>10-100 µm<br>Macroporosité<br>biologique<br>0.1-1 mm</td><td></td></tr></tbody></table>

<figure><img src="image_33.png" /></figure>

<figure><img src="image_34.png" /></figure>

<figure><img src="image_35.png" /></figure>

<figure><img src="image_36.png" /></figure>

<figure><img src="image_37.png" /></figure>

<figure><img src="image_38.png" /></figure>
Ceci expliquerait le changement textural des andosols avec la dessiccation.

# IV 2. Matériels et méthodes

## IV 2.1 Mesures de porosité

La porosité d'un échantillon dépend de son état d'hydratation (TESSIER, 1984). C'est pourquoi, en faisant varier l'état d'hydratation du système, nous pouvons approcher la dynamique de l'eau et de l'espace poral de l'échantillon étudié. Cette approche se fait en calculant les indices des vides ($I_v$) et indices d'eau ($I_w$) à partir de la mesure de la teneur en eau ($W_w$) et du volume apparent ($V_a$) :

$$I_v = \frac{V_a - W_s / \delta_s}{W_s / \delta_s} \qquad I_w = \frac{W_w \cdot \delta_s}{W_s \cdot \delta_w}$$

avec $W_s$ poids de solide et $\delta_s$ masse volumique du solide, estimée pour ces mesures à 2.65 g cm⁻³.

Pour obtenir ces valeurs, des mottes de taille centimétrique sont soumises à des pressions de succion variables en utilisant :

- de pF 1 à pF 3 (1 à 100 kPa) : un dispositif de filtration mis au point par TESSIER et BERRIER (1979).

- à pF 4.2 (1 MPa) : une presse à membrane.

- de pF 4.45 à pF 6.04 (2.5 à 100 MPa) : la mise en équilibre avec des solutions salines saturées.

## IV 2.2 Observations en microscopie optique

A partir de mottes conservées à l'état humide, les imprégnations par de la résine ont été réalisées après séchage à l'air de l'échantillon ou remplacement de l'eau par de l'acétone (MIEDEMA et al., 1974).

La confection de lames minces a ainsi permis l'observation d'échantillons à structure conservée (état humide conservé) et d'échantillons desséchés.

Les échantillons ont été prélevés en mottes dans le centre de l'horizon mais ils n'ont pas été orientés. Nous ne pourrons donc pas raisonner sur des possibles phénomènes d'illuviation ou elluviation. Nous nous
contenterons d'utiliser les observations micromorphologiques pour décrire la porosité et l'agrégation dans les échantillons. De plus, n'ayant pas d'échantillon des zones de transition entre les horizons, nous ne pourrons étudier les transformations du système poral.

### IV 2.3 Observations en microscopie électronique à transmission

Des coupes ultra-minces (50 nm d'épaisseur) ont également été réalisées pour l'observation en microscopie électronique à transmission (MET). Ces coupes sont effectuées à partir d'inclusions d'échantillons de taille millimétrique dans de la résine, l'eau de ces échantillons étant remplacée par du méthanol.

Un dispositif d'analyse chimique élémentaire par microsonde nous a permis d'approcher la composition chimique de zones restreintes de quelques nanomètres de diamètre.

## IV 3. Etude de la dynamique de l'espace poral

A partir de mesures de teneurs en eau et de densité apparente effectuées sur quatre sols différents, nous avons mis en évidence sur le profil Fond Jardin deux comportements de la dynamique de l'espace poral qui se retrouvent dans d'autres andosols. L'horizon inférieur (FJB) a un comportement andique typique avec une teneur pondérale en eau élevée (150 % à pF 1.5) et une densité apparente faible, alors que l'horizon supérieur (FJA1) semble être desséché irréversiblement (teneur pondérale en eau de 70 % à pF 1.5) et a une densité apparente deux fois plus importante. C'est pourquoi nous avons choisi d'étudier plus précisement la porosité de ces échantillons.

L'interprétation des courbes de retrait nous donne des renseignements quant à la géométrie de l'espace poral alors que les courbes de rétention d'eau permettent de mettre en évidence l'affinité du matériau pour l'eau (BRUAND, 1986). Nous avons donc choisi ce type de diagramme pour notre étude.

Ainsi la courbe de retrait (figure IV.2) indique que l'échantillon FJB possède un comportement variable vis à vis de la dessiccation :

- dans une première partie, l'échantillon se comporte comme un solide poreux rigide. Le volume dégagé par le départ d'eau est remplacé par de l'air.
- ensuite, la variation du volume des vides devient égale voire légèrement inférieure au volume d'eau extrait.

La courbe de rétention (figure IV.3) d'eau précise certains points. En effet, l'échantillon FJB est décrit par une courbe à paliers :

- entre pF 1.5 et pF 2 (phase 1), le matériau semble se comporter comme un solide rigide. L'eau éliminée est remplacée par de l'air sans changement de volume.

- par contre entre pF 2 et pF 3 (phase 2), une diminution de volume et surtout une entrée importante d'air compense le départ d'eau. Des fissures pourraient alors se créer.

- de pF 3 à pF 4.45 (phase 3), le volume des vides reste constant et le volume d'eau diminue peu. Il semble ne rien se passer : très peu de pores se vident entre ces deux pressions appliquées.

- de pF 4.45 à pF 5.18 (phase 4), l'échantillon perd brusquement plus de la moitié de son contenu en eau et de sa quantité d'air. La structure de l'échantillon semble s'effondrer entre ces deux pressions.

- au-delà de pF 5.18 (phase 5), le départ d'eau est compensé par une diminution de volume comme dans un solide idéalement déformable.

L'échantillon FJA possède par contre un comportement constant vis à vis de la dessiccation. La courbe de retrait (figure IV.2) montre que la variation du volume des vides est toujours inférieure à celle du volume d'eau. Le départ d'eau entraîne alors l'apparition de fissures, la déformation partielle du matériau ou la conjugaison de ces deux phénomènes. De plus, comme l'indique la courbe de rétention d'eau (figure IV.3), les valeurs des indices d'eau et indices des vides sont, à pF 1.5, inférieures de moitié à celles de l'échantillon FJB. Les variations de ces deux grandeurs sont en outre plus faibles : l'indice des vides est pratiquement constant alors que l'indice d'eau décroît légèrement jusqu'à pF 4.45. Entre les pF de 4.45 et de 5.18, il se produit également dans cet échantillon une diminution brutale du volume d'eau compensée en grande partie par une entrée d'air.
<figure><img src="image_39.png" /><figcaption>Figure IV.2 : Courbes de retrait.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_40.png" /><figcaption>Figure IV.3 : Courbes de rétention.</figcaption></figure>
Ces deux horizons semblent être extrêmement différents quant à la dynamique de leur espace poral. Remarquons que le matériau de départ n'est en aucun cas saturé en eau et que la limite de retrait n'est pas atteinte. D'autre part, les différences notées ne peuvent être expliquées par un développement à partir de roches mères différentes, ces échantillons se développant à partir d'un même matériau pyroclastique.

Il apparaît donc dans l'horizon B deux types de porosité : une macroporosité et une microporosité auxquelles nous ne pouvons affecter de valeur de rayon de pore équivalent déterminé suivant la loi de Laplace. En effet, cette transposition n'est valable que si le matériau est rigide. Or les andosols étudiés ici sont déformables.

Ces deux types de porosité semblent se vider de leur contenu hydrique au delà de valeurs seuils du potentiel de l'eau : - 0.3 $10^5$ et - 25 $10^5$ Pa. Le dépassement de ce dernier seuil entraînerait dans les échantillons des andosols perhydratés un effondrement de la structure allant jusqu'à la prise en masse. Cet effondrement pourrait expliquer l'état irréversible de la dessiccation de ces sols. La libération brutale d'eau serait à rapprocher du phénomène de thixotropie, propriété spécifique de ces sols de passer de l'état pâteux à l'état liquide lorsqu'ils sont malaxés.

Le comportement des échantillons desséchés, comme l'échantillon FJA1 semble l'être, se rapproche de celui des sols limono-argileux. En effet, les variations entraînées par la dessiccation affectent bien moins le volume de l'échantillon. L'existence d'une valeur seuil du potentiel de l'eau est tout de même observée pour la même valeur de potentiel. Mais la perte d'eau n'entraîne pas dans ce cas d'effondrement de la structure.

L'existence de deux types de porosité, qui est un élément important suggéré par l'analyse des courbes précédentes, doit être confirmé par des observations en micromorphologie.

## IV 4. Description de la microstructure

L'utilisation de lames minces incluses à l'état sec ou après remplacement de l'eau par de l'acétone permet d'une part la description de la structure du sol non perturbée et l'étude des modifications appportées par la dessiccation. Seules les lames minces issues de trois profils (Trois Bassins, Fond Jardin, Colimaçon) ont été observées.
Les lames minces d'échantillons à structure théoriquement conservée montrent communément une fraction fine, poussiéreuse, brune, isotrope et homogène (photo IV.1). La porosité observée est essentiellement une macroporosité d'origine biologique. En effet, comme le montre cette photo, ces sols contiennent de nombreux chenaux à bords lisses ou faiblement rugueux qui relient des chambres. Ils sont partiellement comblés par de petits agrégats arrondis de 10 à 150 µm de diamètre. Quelques vides d'entassement non connectés et de rares fissures accomodées et rugueuses de 30 à 300 µm de largeur sont également observés.

Seuls les agrégats à l'intérieur des chenaux semblent se développer dans les sols non perturbés.

La photo IV.2 montre le même échantillon (Colimaçon B) desséché. La porosité et la structure sont alors modifiées : si la macroporosité biologique avec chambres et chenaux est conservée, il apparaît un système de macrofissures à bords rugueux et bien accomodés de 100 à 500 µm de largeur séparant des agrégats subangulaires. Ceux-ci, d'un diamètre variant de 500 µm à 2 mm, sont découpés par des microfissures apparemment non raccordées entre elles de 10 à 50 µm de largeur et de 500 µm de longueur maximale. Elles apparaissent en quantité bien plus importante dans les échantillons FJA (photo IV.3), CA et CB (photo IV.2) que dans l'échantillon FJB (photo IV.4). Dans ce dernier, le phénomène d'agrégation semble se traduire par une prise en masse. Les petits agrégats de 10 à 150 µm de diamètre sont également observés, en quantité plus importante dans tous les échantillons mais répartis de manière plus homogène et non plus seulement dans les chenaux biologiques.

Ces observations nous permettent de constater l'apparition de fissures lors de la dessiccation. Dans les échantillons d'andosols non perhydratés (FJA, CA, CB), deux types de fissures apparaissent. Deux phases de fissuration pourraient expliquer les deux entrées d'air, une progressive et l'autre brutale, observées sur les diagrammes de rétention d'eau.

Dans l'échantillon FJB l'apparition d'un système unique de fissures macroscopiques expliquerait l'entrée d'air au delà de pF 2.5 (0.5 $10^5$ Pa).

Les petits agrégats arrondis sont présents dans tous les horizons. Leur localisation dans les échantillons non desséchés ainsi que leur taille et leur forme nous indiquent qu'il s'agit de boulettes fécales. Celles-ci s'accumulent dans les chenaux qu'elles comblent. Nous devons alors nous demander si les nombreux petits
<figure><img src="image_41.png" /><figcaption>Photo IV.1 : Echantillon Colimaçon horizon B à structure conservée.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_42.png" /><figcaption>Photo IV.2 : Echantillon Colimaçon horizon B desséché.</figcaption></figure>
<figure><img src="image_43.png" /><figcaption>Photo IV.3 : Echantillon Fond Jardin horizon A desséché.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_44.png" /><figcaption>Photo IV.4 : Echantillon Fond Jardin horizon B desséché.</figcaption></figure>
agrégats qui semblent apparaitre lors de la dessiccation sont créés à partir de la fraction fine par une véritable agrégation ou s'il s'agit d'anciennes boulettes fécales qui se sont agglomérées en comblant les vides et qui réapparaîtraient ainsi. Les observations que nous avons effectué ne nous permettent pas de répondre à cette question mais nous devons souligner le rôle important que la micro-faune semble jouer dans les phénomènes d'agrégation de ces sols.

Ainsi, les observations de la microstructure semblent confirmer nos hypothèses quant à la dynamique de l'espace poral de ces échantillons.

## IV 5. Etude de la microstructure en microscopie électronique

Les travaux effectués en microscopie électronique par ROSELLO ont mis en évidence des "nanoagrégats pseudosphériques". L'étude de la microstructure du sol porte sur la présence éventuelle de cet agrégat et sa description.

Les profils Fond Jardin et Trois Bassins constituant deux stades significatifs de l'évolution minéralogique, nous avons limité notre étude aux échantillons issus de ces profils.

L'observation de coupes ultra-minces nous a permis de reconnaître d'une part des fragments de minéraux primaires intacts (verre volcanique en voie d'altération pour la plupart) ou pseudomorphosés par des minéraux secondaires comme la gibsite. D'autre part, des agrégats individualisés regroupant plusieurs types de constituants apparaissent. Ces derniers constituent l'objet de notre étude.

Ils ont une taille variant de 0.1 à 1 µm. Les photos IV.5 et IV.6 montrent l'agrégat type décrit par ROSELLO et HETIER qui est formé des éléments suivants :

- des halloysites glomérulaires.

- des feuillets sinueux de 15 à 20 Å de diamètre associés en faisceaux et constituant soit de l'imogolite, soit de l'halloysite en formation.

- de petites sphères semblables à des allophanes.

- des fragments de verre inaltéré.

La photo IV.5 montre que ces différents constituants ne sont pas répartis aléatoirement mais regroupés dans certaines zones de l'agrégat.
<figure><img src="image_45.png" /><figcaption>Photo IV.5 : Nano agrégat (Echantillon FJB coupe ultra-mince).</figcaption></figure>

<figure><img src="image_46.png" /><figcaption>Photo IV.6 : Nano agrégat (Echantillon FJB coupe ultra-mince).</figcaption></figure>

<figure><img src="image_47.png" /><figcaption>Photo IV.7 : Nanoagrégats contenants des inclusions de titane.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_48.png" /><figcaption>Photo IV.8 : Deux agrégats distincts : l'un constitué de fibres d'imogolite, l'autre de sphérules d'allophanes.</figcaption></figure>
D'autres types d'agrégats, en quantité plus importante, sont également présents. Ceux-ci semblent avoir une constitution plus homogène. La photo IV.8 en présente deux exemples :

- un agrégat constitué de fibres d'imogolite enroulées.

- un agrégat plus petit se développant à côté du précédent constitué des petites sphères évoquées précédemment.

L'analyse chimique élémentaire de cet agrégat par microsonde fait apparaître une importante proportion de fer et de titane. Si les sphères observées étaient effectivement des allophanes, elles seraient donc associées à des constituants de la série $SiO_2-Fe_2O_3-H_2O$, vraisemblablement de la ferrihydrite.

Le fer et le titane semblent se retrouver dans tous les agrégats de manière homogène : il n'y a pas de gradient d'accumulation de fer du centre vers la périphérie de l'agrégat comme le laissait penser les premières observations de ROSELLO. Nous observons par contre des accumulations de titane en inclusion dans certains agrégats (photo IV.7).

D'autre part, la proportion de silice devient bien plus importante dans les zones où apparaissent des filaments, le rapport $SiO_2/AI_2O_3$ étant alors environ de 4.

Par contre, nous n'avons pas pu étudier la répartition de la matière organique dans ces agrégats, le carbone et l'azote étant des éléments trop légers pour être détectables en microanalyse. De même, nous n'avons pu localiser les ions phosphates.

La forme caverneuse de ces agrégats rappelle le verre volcanique altéré. Des ponts de silice amorphes semblent en relier certains. Ces observations nous conduisent à nous interroger sur l'origine de ces agrégats : s'agit-il d'une véritable agrégation d'éléments ou de la pseudomorphose de cendres volcaniques ?

Il semble bien que ces agrégats soient un lieu privilégié pour la cristallisation de certains minéraux : nous n'avons observé aucune halloysite glomérulaire libre alors qu'il en existe au coeur des agrégats.

Tous les constituants du sol, en particulier les allophanes et l'imogolite, ne sont pas inclus dans des agrégats. L'agrégation semble même être un phénomène minoritaire dans les sols observés.
Il semble donc important de souligner la diversité de la composition tant minéralogique que chimique des agrégats, et surtout leur caractère minoritaire par rapport aux constituants isolés. Il serait maintenant intéressant d'étudier les modifications apportées à ce niveau par la dessiccation.

## IV 6. Conclusion

Un étude à différentes échelles a mis en évidence dans les échantillons d'andosols perhydratés étudiés l'existence de deux niveaux de porosité : une macroporosité et une microporosité qui se vident au delà de valeurs seuils du potentiel de l'eau.

D'autre part, l'organisation des sols s'analyse à plusieurs niveaux :

- à l'échelle la plus fine, nous pouvons confirmer la présence de nano-agrégats. Bien que quantitativement peu importants, ils semblent constituer un lieu privilégié pour la néoformation de certains minéraux tels que l'halloysite.

- à une échelle macroscopique, nous n'avons observé que des micro-agrégats créés par la micro-faune et des macro-agrégats qui n'apparaissent que lors de la dessication.

Nous n'avons donc pas retrouvés dans ces échantillons les niveaux d'organisation décrits par ROSELLO (1984). De plus lorsque les échantillons ne sont pas desséchés l'agrégation ne semble pas être un phénomène dominant. Par contre, nous devons souligner la modification irréversible de la structure lors de la dessiccation avec l'apparition de phénomènes d'agrégation importants.
## CHAPITRE V :
### SYNTHESE ET CONCLUSIONS GENERALES.

Le but de notre travail était de décrire précisément les constituants et les microorganisations d'andosols à la base des travaux du programme CORDET. Rappelons que ce programme de recherche a pour objet une meilleure connaissance des andosols réunionnais et de leurs propriétés spécifiques.

Pour cela, nous avons toujours tenté de recouper les informations apportées par différentes techniques d'étude et de comparer, lorsque cela s'avérait possible, les résultats obtenus à partir de sol desséché et de sol à l'état naturel. Nous avons ainsi étudié la variation de certains facteurs en fonction de l'altitude d'une part et de la dessiccation d'autre part.

#### V.1 Répartition altitudinale des différents facteurs étudiés

Nous remarquons une évolution homogène des différents facteurs étudiés en fonction de l'altitude comme l'indique le tableau ci-dessous :

<table><thead><tr><th>Altitude</th><th>600 m</th><th>1230 m</th></tr></thead><tbody><tr><td><strong>Facteurs climatiques</strong></td><td></td><td></td></tr><tr><td>pluviométrie</td><td></td><td></td></tr><tr><td>température</td><td></td><td></td></tr><tr><td><strong>Facteurs physico-chimiques</strong></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Matière organique (%)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>C/N</td><td></td><td></td></tr><tr><td>pH</td><td></td><td></td></tr><tr><td>C.E.C.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Humidité pondérale</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Densité apparente</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Porosité</td><td></td><td></td></tr><tr><td><strong>Facteurs minéralogiques</strong></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Halloysite (%)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>habitus</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Allophanes (%)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>degré de polymérisation</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Gibbsite (%)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>cristallinité</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>
Cette évolution est globalement identique à celle constatée par ZEBROWSKI (1975) et ROSELLO (1984). ZEBROWSKI l'expliquait par l'action des facteurs climatiques sur la pédogenèse. En fait pour certains de ces facteurs les variations ne semblent pas pouvoir s'expliquer par la seule action du climat.

Si nous étudions l'exemple de la répartition de la matière organique, nous remarquons que son accumulation peut certes être due à un ralentissement de la minéralisation à cause de l'abaissement de la température, mais aussi à la stabilisation des composés organiques par formation de complexes avec les minéraux cristallisés à courte distance.

De même, l'évolution de certains facteurs physico-chimiques, en particulier la C.E.C. n'est pas directement liée aux variations climatiques. En effet, la mesure de la C.E.C. est un indicateur de la répartition et de l'importance des charges de surface développées par les constituants. Or, la matière organique, les allophanes et les oxydes qui constituent, dans les andosols perhydratés, la majeure partie du complexe absorbant possèdes des charges variables avec le pH. Au pH du sol, ces constituants minéraux développent des charges positives. Par contre, l'halloysite présente des charges négatives indépendantes du pH. La variation de la composition minéralogique détermine donc globalement les charges de surface et la capacité d'échange cationique.

Ces deux exemples montrent qu'il est essentiel, pour mieux comprendre les données des analyses chimiques de ces sols, de bien connaître la répartition des constituants, tant organiques que minéraux.

## V.2 Etude des constituants minéraux

L'étude minéralogique nous a permis de mettre en évidence une séquence de cristallinité décroissante avec l'altitude. Ceci est vraisemblablement dû à une inhibition de la cristallisation en altitude. Son origine est peut-être à rechercher dans la présence de substances humiques complexantes.

La séquence d'évolution minéralogique de ces sols semble différer de celle définie par FIELDES (1955) :

verre → allophanes → halloysite
En effet, il pourrait se produire deux schémas d'évolution distincts : pour les allophanes d'une part et pour l'halloysite d'autre part, suivant les séquences suivantes :

verre → allophanes
précurseurs d'argiles → halloysite

Ces hypothèses seraient à vérifier en étudiant des séquences minéralogiques développées sur d'autres andosols.

### V.3 Etude de la microorganisation

L'étude de la microorganisation ne nous permet de mettre en évidence que deux types de porosité, une macroporosité et une microporosité, et deux types d'agrégats :

- les nanoagrégats qui préexistent dans le sol frais mais sont minoritaires par rapport aux minéraux libres.

- les macroagrégats qui apparaissent lors de la dessiccation.

Les microagrégats également observés ont une origine controversée. S'agit-il d'agrégats élémentaires qui préexisteraient dans le sol frais ou de boulettes fécales ? Nos observations confirment l'origine biologique d'une partie au moins de ces agrégats. Des observations sur d'autres profils devraient aider à préciser le rôle de la microfaune dans l'agrégation des andosols.

### V.4 Rôle de la dessiccation

La dessiccation des échantillons entraîne de nombreux changements tant au niveau macroscopique qu'au niveau microscopique. Nous observons une fissuration nette et la formation de macroagrégats. La perte irréversible de la structure est due au dépassement d'un seuil de potentiel de l'eau. Ceci semble entraîner une modification de la porosité.

Nous n'avons pu étudier les modifications apportées par la dessiccation au niveau des nanoagrégats ou des constituants paracristallins. Mais il serait intéressant de savoir si le phénomène de dessiccation irréversible est dû seulement à l'effondrement de la porosité ou s'il est le résultat de modifications plus drastiques affectant les constituants paracristallins.
Des recherches plus approfondies concernant le comportement des allophanes à différents potentiels de l'eau devraient pouvoir apporter des éléments de réponse.

## V.5 Conclusion

Il convient de rappeler que ces travaux ont été réalisés à partir d'un nombre restreint d'échantillons extraits de leur environnement naturel. Nous ne pourrons donc en aucun cas généraliser les résultats obtenus. Ils devront au préalable être confirmés par des études sur d'autres échantillons et surtout par des travaux sur le terrain. Nous pouvons tout de même insister sur la fragilité de ces sols et la nécessité d'éviter des modification de pH ou de potentiel de l'eau (en particulier par séchage à l'air) lors des analyses chimiques ou autres manipulations. En ce qui concerne les analyses chimiques, il est à souligner que le delta pH peut être une mesure rapide permettant d'approcher, par le signe global du complexe absorbant, les proportions de constituants à charges variables et constituants à charges fixes dans le sol.

Ceci souligne l'importance de la composition minéralogique des sols et de la connaissance des propriétés des différents constituants. De futures recherches devront donc être orientées dans cette voie.
# ANNEXES

## ANNEXE I :

DESCRIPTION DES PROFILS DE LA TOPOSEQUENCE (M. RAUNET
S. PERRET)

I

## ANNEXE II :

RESULTATS DES ANALYSES CHIMIQUES

IV

## ANNEXE III :

RESULTATS DES EXTRACTIONS SELECTIVES

V
# ANNEXE 1

## DESCRIPTION DES PROFILS DE LA TOPOSEQUENCE
(M.RAUNET S.PERRET)

### La Saline, altitude 600 m.

Formation végétale : ancien champ de canne à sucre.

* 0-5 cm (A0) : Litière très organique, présence de résidus de feuilles de canne à sucre en décomposition.

* 5-30 cm (A1) : Horizon brun foncé (7.5 YR 2/3) argilo-sableux humifère à structure polyédrique et sous structure finement grumeleuse. Forte activité biologique : présence de nombreuses racines et de galeries de vers de terre. Forte porosité. Frais au toucher.

* 30-60 cm (Bt) : Horizon brun jaune (5 YR 3/6) argileux à structure polyédrique grossière. Activité biologique faible, peu de racines. Humide au toucher.

* 60-80 cm (B/C) : Horizon brun jaune (5 YR 4/8) argileux à structure grossière presque continue. Aucune activité biologique. Frais à plastique au toucher. Présence de cendres ou de tuff peu altérés.

CPCS (1967) : Andosol saturé.

Soil Taxonomy (1975) : Eutrandept.

### Colimacon, altitude 780 m.

Formation végétale : friche herbacée

* 0-3 cm (A0) : Litière organique (talles et chevelu racinaire dense). Horizon brun-noir sableux à structure particulaire. Sec au toucher.

* 3-25/30 cm (A1) : Horizon humifère brun limono-sableux à structure grumeleuse à particulaire grossière. Forte activité biologique : nombreuses racines, quelques galeries de vers de terre. Macroporosité forte. Frais au toucher. Pierrosité nulle.
· 30-110 cm (B) : Horizon brun jaune limoneux à structure continue. Présence de quelques racines. Microporosité forte. Frais au toucher. Non thixotropique. Pierrosité nulle. Très homogène.

CPCS (1967) : Andosol saturé.

Soil Taxonomy (1975) : Eutrandept.

## Bras Calebasse, altitude 980 m.

Formation végétale : Bois d'Acacia decurrens. Ancienne jachère.

· 0-20 cm (A₀) : Horizon humifère peu net bruñ à structure polyédrique subangulaire. Activité biologique importante.

· 20-95 cm (B) : Horizon brun-jaunâtre limono-sableux à structure polyédrique subangulaire.

CPCS (1967) : Andosol désaturé non perhydraté.

Soil Taxonomy (1975) : Dystrandepт.

## Fond Jardin, altitude 1000 m.

Formation végétale : friche à Bringellius et Lanthana.

· 0-2 cm (A₀) : Litière humifère brun-noire composée de débris végétaux peu ou pas décomposés.

· 2-20/25 cm (A₁.₁) : Horizon humifère brun foncé limono-sableux à structure grumeleuse prononcée. Activité biologique intense : chevelu racinaire dense, très nombreuses galeries de vers de terre. Pierrosité nulle. Sec au toucher.

· 25-50/55 cm (A₁.₂) : Horizon parfois absent, situé dans des poches. Brun foncé sablo-limoneux à structure grumeleuse. Nombreuses racines. Frais au toucher. Pierrosité nulle.
* 55-80 cm (B) : Horizon brun jaune limoneux à structure continue. Présence de quelques racines. Humide et gras au toucher, thixotropique. Pierrosité nulle jusqu'à 70-75 cm puis apparition de blocs décimétriques de basalte altéré colluvionné.

CPCS (1967) : Andosol désaturé non perhydraté.

Soil Taxonomy (1975) : Dystrandept.

## Trois Bassins, altitude 1230 m.

Formation végétale : Petit bois d'Acacia decurrens.

* 0-30 cm (A0) : Horizon grisâtre-brunâtre. Activité biologique importante : très nombreuses racines d'Acacia.

* 30-65 cm (A2) : Horizon brun rougeâtre. Nombreuses racines. Frais au toucher. Pierrosité nulle.

* 65-130 cm (B) : Horizon brun jaunâtre. Nombreuses racines d'Acacia. Frais au toucher. Pierrosité nulle. Thixotropique

CPCS (1967) : Andosol désaturé perhydraté.

Soil Taxonomy (1975) : Dystrandept.
ANNEXE 2 :
RESULTATS DES ANALYSES CHIMIQUES.

<table><thead><tr><th rowspan="2">Echant.</th><th rowspan="2">pHeau</th><th rowspan="2">pHKCl</th><th colspan="3">Mat. Organique</th><th rowspan="2">P. Ass.</th><th rowspan="2">P.tot.</th></tr><tr><th>N</th><th>C</th><th>C/N</th></tr></thead><tbody><tr><td>TBB</td><td>4.7</td><td>5.2</td><td>3.9</td><td>6</td><td>15</td><td>271</td><td>2390</td></tr><tr><td>TBA2</td><td>4.8</td><td>5.2</td><td>4.3</td><td>7.5</td><td>17</td><td>184</td><td>1860</td></tr><tr><td>TBA1</td><td>4.8</td><td>5.2</td><td>4.2</td><td>7.9</td><td>18</td><td>200</td><td>2040</td></tr><tr><td>BCB</td><td>5</td><td>5.6</td><td>1.8</td><td>4.5</td><td>25</td><td>107</td><td>1520</td></tr><tr><td>BCA2</td><td>5.1</td><td>5.4</td><td>3.3</td><td>6.8</td><td>20</td><td>107</td><td>1480</td></tr><tr><td>BCA1</td><td>5.1</td><td>5.3</td><td>4.7</td><td>8</td><td>17</td><td>128</td><td>1770</td></tr><tr><td>FJB</td><td>5.3</td><td>5</td><td>3.7</td><td>5.1</td><td>13</td><td>202</td><td>2270</td></tr><tr><td>FJA2</td><td>5.4</td><td>4.8</td><td>4.7</td><td>6.9</td><td>14</td><td>188</td><td>2580</td></tr><tr><td>FJA1</td><td>5.5</td><td>5.2</td><td>8.4</td><td>11.6</td><td>13</td><td>239</td><td>3180</td></tr><tr><td>CB</td><td>6.3</td><td></td><td>1.3</td><td>1.3</td><td>10</td><td>51</td><td></td></tr><tr><td>CA</td><td>5.9</td><td></td><td>3.8</td><td>4.2</td><td>11</td><td>287</td><td></td></tr><tr><td>LSB/C</td><td>6.6</td><td></td><td>0.5</td><td>0.4</td><td>8</td><td>21</td><td>930</td></tr><tr><td>LSB</td><td>6.1</td><td>5.3</td><td>1.5</td><td>1.3</td><td>8</td><td>61</td><td></td></tr><tr><td>LSA</td><td>5.9</td><td>5</td><td>2.7</td><td>2.5</td><td>9</td><td>106</td><td></td></tr><tr><td>Unité</td><td>pH</td><td>pH</td><td>%</td><td>%</td><td></td><td>ppm</td><td>ppm</td></tr></tbody></table>

<table><thead><tr><th rowspan="2">Echant.</th><th colspan="6">Cations Echangeables</th><th rowspan="2">zpc</th></tr><tr><th>Ca</th><th>Mg</th><th>K</th><th>Na</th><th>CEC</th><th>Sat.</th></tr></thead><tbody><tr><td>TBB</td><td>0.01</td><td>0.01</td><td>0.01</td><td>0.02</td><td>8.6</td><td>0</td><td>5.4</td></tr><tr><td>TBA2</td><td>0.01</td><td>0.01</td><td>0.01</td><td>0.03</td><td>7.4</td><td>0</td><td>5.4</td></tr><tr><td>TBA1</td><td>0.01</td><td>0.01</td><td>0.01</td><td>0.01</td><td>8.6</td><td>0</td><td>5.2</td></tr><tr><td>BCB</td><td>0.01</td><td>0.01</td><td>0.01</td><td>0.01</td><td>8</td><td>0</td><td>5.8</td></tr><tr><td>BCA2</td><td>0.01</td><td>0.01</td><td>0.01</td><td>0.04</td><td>7</td><td>1</td><td>5.5</td></tr><tr><td>BCA1</td><td>0.6</td><td>0.01</td><td>0.01</td><td>0.06</td><td>6.7</td><td>12</td><td>5.4</td></tr><tr><td>FJB</td><td>0.4</td><td>0.2</td><td>0.1</td><td>0.04</td><td>5</td><td>14</td><td></td></tr><tr><td>FJA2</td><td>0.6</td><td>0.2</td><td>0.1</td><td>0.02</td><td>6</td><td>16</td><td></td></tr><tr><td>FJA1</td><td>8</td><td>2.4</td><td>0.6</td><td>0.08</td><td>13.1</td><td>84</td><td></td></tr><tr><td>CB</td><td>6.3</td><td>1.3</td><td>0.04</td><td>0.4</td><td>10.1</td><td>79</td><td></td></tr><tr><td>CA</td><td>8.7</td><td>1.2</td><td>1</td><td>0.08</td><td>12.1</td><td>90</td><td></td></tr><tr><td>LSB/C</td><td>5.6</td><td>5.6</td><td>0.01</td><td>0.47</td><td>11.3</td><td>83</td><td></td></tr><tr><td>LSB</td><td>6.2</td><td>6.2</td><td>0.01</td><td>0.42</td><td>11.1</td><td>81</td><td></td></tr><tr><td>LSA</td><td>8.9</td><td>8.9</td><td>0.04</td><td>0.26</td><td>14.6</td><td>84</td><td></td></tr><tr><td>Unité</td><td colspan="3">meq/100 g</td><td>% CEC</td><td>pH</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>
ANNEXE 3 :
RESULTATS DES EXTRACTIONS SELECTIVES

Pourcentage d'éléments extractibles par l'oxalate d'ammonium

<table><thead><tr><th>Echantillon</th><th>Al<br>%</th><th>Si<br>%</th><th>Fe<br>%</th><th>Al/Si</th><th>Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub><br>%</th><th>SiO<sub>2</sub><br>%</th><th>Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub><br>%</th><th>SiO<sub>2</sub>/Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub></th></tr></thead><tbody><tr><td>TBA1</td><td>11</td><td>4</td><td>4</td><td>3.3</td><td>22</td><td>9</td><td>6</td><td>0.41</td></tr><tr><td>TBA2</td><td>14</td><td>5</td><td>9</td><td>2.8</td><td>26</td><td>10</td><td>12</td><td>0.39</td></tr><tr><td>TBB</td><td>14</td><td>5</td><td>5</td><td>2.6</td><td>26</td><td>11</td><td>7</td><td>0.43</td></tr><tr><td>FJA1</td><td>6</td><td>1.5</td><td>5</td><td>3.8</td><td>11</td><td>3</td><td>7</td><td>0.30</td></tr><tr><td>FJA2</td><td>9</td><td>2.2</td><td>11</td><td>4.1</td><td>17</td><td>5</td><td>15</td><td>0.28</td></tr><tr><td>FJB</td><td>7</td><td>1.7</td><td>10</td><td>4.3</td><td>14</td><td>4</td><td>14</td><td>0.27</td></tr><tr><td>CA</td><td>2</td><td>0.4</td><td>2.5</td><td>3.1</td><td>2</td><td>0.8</td><td>4</td><td>0.36</td></tr><tr><td>CB</td><td>1</td><td>0.4</td><td>2.3</td><td>2.0</td><td>2</td><td>0.8</td><td>3.2</td><td>0.41</td></tr><tr><td>LSA</td><td>0.6</td><td>0.2</td><td>2.0</td><td>3.4</td><td>1</td><td>0.4</td><td>2.9</td><td>0.33</td></tr><tr><td>LSBt</td><td>0.5</td><td>0.2</td><td>1.9</td><td>3.5</td><td>1</td><td>0.3</td><td>2.7</td><td>0.32</td></tr><tr><td>LSB/C</td><td>0.5</td><td>0.2</td><td>2.5</td><td>2.3</td><td>1</td><td>0.3</td><td>3.6</td><td>0.48</td></tr></tbody></table>

Pourcentage d'éléments extractibles par le pyrophosphate de sodium.

<table><thead><tr><th>Echantillon</th><th>Al<br>%</th><th>Si<br>%</th><th>Fe<br>%</th><th>Al/Si</th><th>Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub><br>%</th><th>SiO<sub>2</sub><br>%</th><th>Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub><br>%</th><th>SiO<sub>2</sub>/Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub></th></tr></thead><tbody><tr><td>TBA1</td><td>1.8</td><td>0.4</td><td>1.2</td><td>12</td><td>3.4</td><td>0.3</td><td>1.7</td><td>0.1</td></tr><tr><td>TBA2</td><td>2.2</td><td>0.2</td><td>2</td><td>12</td><td>4</td><td>0.4</td><td>2.9</td><td>0.1</td></tr><tr><td>TBB</td><td>1.1</td><td>0.05</td><td>0.2</td><td>23</td><td>2</td><td>0.1</td><td>0.4</td><td>0.05</td></tr><tr><td>FJA1</td><td>3.5</td><td>0.6</td><td>3.8</td><td>5</td><td>7</td><td>1.3</td><td>5.5</td><td>0.2</td></tr><tr><td>FJA2</td><td>3.4</td><td>0.4</td><td>6.0</td><td>9</td><td>6</td><td>0.8</td><td>8</td><td>0.1</td></tr><tr><td>FJB</td><td>4.3</td><td>0.5</td><td>7.5</td><td>8</td><td>8</td><td>1.1</td><td>11</td><td>0.1</td></tr><tr><td>CA</td><td>1.7</td><td>0.9</td><td>2.7</td><td>2</td><td>3</td><td>1.9</td><td>3.9</td><td>0.6</td></tr><tr><td>CB</td><td>0.9</td><td>0.5</td><td>2</td><td>2</td><td>1.8</td><td>1</td><td>2.9</td><td>0.6</td></tr><tr><td>LSA</td><td>0.7</td><td>0.4</td><td>0.9</td><td>1.5</td><td>1.2</td><td>0.9</td><td>1.2</td><td>0.7</td></tr><tr><td>LSBt</td><td>0.5</td><td>0.3</td><td>0.7</td><td>1.6</td><td>1</td><td>0.7</td><td>1</td><td>0.7</td></tr><tr><td>LSB/C</td><td>0.2</td><td>0.1</td><td>0.1</td><td>1.6</td><td>0.4</td><td>0.3</td><td>0.1</td><td>0.7</td></tr></tbody></table>
BIBLIOGRAPHIE

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