# Naturalité des sols – Horizonation, âge, hétérogénéité et résilience. Une réflexion en construction

Etienne Dambrine, David Etienne, Jean-Luc Dupouey, Jean-Jacques Brun, Jean Andre

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Etienne Dambrine, David Etienne, Jean-Luc Dupouey, Jean-Jacques Brun, Jean Andre. Naturalité des sols – Horizonation, âge, hétérogénéité et résilience. Une réflexion en construction. Naturalité, vers une autre culture des eaux & des forêts, Sep 2013, Chambéry, France. 244 p. hal-01734687

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# Naturalité des eaux et des forêts

DANIEL VALLAURI, CHRISTOPHE CHAUVIN, JEAN-JACQUES BRUN, MARC FUHR, NICOLE SARDAT, JEAN ANDRÉ, RICHARD EYNARD-MACHET, MAGALI ROSSI, JEAN-PIERRE DE PALMA (COORDONNATEURS)

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Lavoisier
TEC & DOC
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I. La Jeunesse, Ph. Quevauviller, 2016

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D. Vallauri, J. André, R. Eynard-Machet, J.-C. Génot, J.-P. De Palma, 2010

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Livre blanc sur la protection des forêts naturelles en France – Forêts métropolitaines

D. Vallauri, 2003

Direction éditoriale : Emmanuel Leclerc

Édition : Mélanie Kucharczyk

Conception couverture : Nord Compo

Fabrication : Estelle Perez

Composition : Nord Compo

Photo de couverture : © Vincent Munier

© 2016, Lavoisier, Paris

ISBN : 978-2-7430-2180-1

## REMERCIEMENTS

Cet ouvrage fait suite au colloque « Naturalité, vers une autre culture des eaux et des forêts », qui a rassemblé 410 participants au Centre de congrès Le Manège à Chambéry (France) du 17 au 20 septembre 2013.

Au nom de l'ensemble des partenaires qui ont mené à bien à la fois la publication de cet ouvrage et la tenue du colloque, les coordonnateurs souhaitent remercier chaleureusement :

- les élus ayant accueilli, soutenu et participé au colloque, et tout spécialement Bernadette Laclais, maire de Chambéry et Jean-Pierre Ruffier, premier adjoint ;

- les très nombreux partenaires, collectivités locales ou institutions, ayant soutenu et rendu possible l'ensemble du projet ;

- le comité scientifique du colloque, qui a eu pour tâche de proposer les thèmes et les orateurs, de suivre la qualité des débats, d'aider à la publication d'actes de qualité. Il était composé de Paul Arnould, Jacques Blondel, Suzanne Brais (Québec), Rita Bütler (Suisse), Jean-Luc Dupouey, Hervé Piégay, Annik Schnitzler, Max Bruciamacchie, Jean-Claude Génot, Anne-Marie Granet, Nabila Hamza, Bernard Pont, Aline Salvaudon et Christian Schwoehrer ;

- tous les orateurs, auteurs d'affiches et participants qui ont rendu les conférences, discussions et débats particulièrement riches durant ces quatre jours et ont bien voulu contribuer à cette publication.

À propos spécifiquement du colloque, nos remerciements chaleureux vont à :

- Luc Mauchamp (ministère de l'Environnement), qui a animé gracieusement la grande table ronde sur « La conscience écologique d'Aldo Leopold », avec la participation de Baptiste Lanaspèze, Raphaël Larrère, Jean-Claude Génot, Christophe Chauvin et Emmanuel Michau ;

- Catherine Perrin (Terre Sauvage), qui a animé gracieusement la soirée sur « Le retour de la nature sauvage en Rhône-Alpes », ainsi que les participants à sa table ronde composée par Yves Paccalet, Alain Chabrolle, Jean André, Hervé Coquillard, Jean-Christophe Poupet et Christian Schwoehrer ;

- l'ensemble des personnes ayant coordonné une session ou un atelier du colloque, Jean-Paul Torre et Claire Hubert (ministère de l'Écologie), Jean-Jacques Brun (Irstea), Catherine Biache (ONF), Aline Salvaudon (PNR du Luberon), Roland Burrus (Pro Silva/AFI), Lise Wlérick (MAAF), Cécile Nivet (Agence nationale de la recherche), Jean-René Malavoï (EDF), Gilbert Cochet (Forêts sauvages), Jean-Claude Génot (PNR des Vosges du nord), Claire Tollis (IGA), Max Bruciamacchie (AgroParisTech), Roland Susse (Pro Silva/AFI), Julien Touroult (MNHN), Loïc Duchamp (RNF), Jean-Marie Savoie (EIP), Christophe Chauvin (Irstea), Jean-Luc Dupouey (INRA), Cécile Dardignac (ONF), Claire Crassous (Parc national du Mercantour), Suzanne Brais (Université du Québec), Marc Fuhr (Irstea), ainsi que les élèves d'AgroParisTech rapporteurs de session ou ayant résumé les affiches (Cyrille Pupin, Mathilde Wendling, Marion Pilate, Artura Guéret, Alice Sabine, Valentin Demets, Paola Le Moing, Marie de Guisa, Loïc Cizabuiroz et Margaux Lebecque) ;

- l'équipe du Centre de Congrès Le Manège, notamment Florence Fournier et Ludovic Sauval. Bien plus que l'esthétique et l'équipement technique du Centre de congrès, leur écoute, leur patience et leur très grand professionnalisme ont été, comme en 2004 et en 2008, une vraie garantie de réussite pour les organisateurs ;
de l'état boisé sur un intervalle de temps. Pour les périodes plus anciennes, l'analyse des données paléo-environnementales et archéologiques, souvent complémentaires, apporte d'autres informations relatives à cette ancienneté et à l'occupation du territoire par l'homme.

La confrontation et le croisement de ces différentes données tendent à montrer que toutes les forêts étudiées jusqu'à présent, y compris celles définies comme anciennes, ont été occupées par l'homme à un moment donné, voire modelées par lui. Cet impact est encore visible aujourd'hui par la présence de vestiges archéologiques et par des modifications au niveau des sols et de la flore.

## BIBLIOGRAPHIE

1. Allenet G, Leroyer C (2005). Analyse pollinique de la tourbière du Cormier, Forêt de Sénart (91). Rapport d'analyses, non publié, 9 p.

2. Aoustin D, Leroyer C (2010). Diagnostic du potentiel pollinique de quatre mares de la forêt de Fontainebleau (77). Rapport d'analyses, non publié, 17 p.

3. Cinotti B (1996). Évolution des surfaces boisées en France : proposition de reconstitution depuis le début du XIXe siècle. *Revue Forestière Française*, 47 (6) : 547-562.

4. Dardignac C (2006). Des sites archéologiques en forêt. *Rendez-vous Techniques*, 14 : 19-23.

5. Dardignac C, Le Jeune Y (2011). Évolution des masses forestières en Île-de-France. « Extension forestière et mosaïque paysagère », Journée d'Etudes Environnement, Forêt et Société, XVIe-XXe siècles. *Cahier d'Etudes*, 21 : 14-21.

6. Dupay JP (dir.) (1997). Trois siècles de cartographie en Île-de-France. *Les Cahiers de l'Institut d'Aménagement et d'Urbanisme de la région d'Ile-de-France*, 119 (1) : 1-268.

7. Dupouey JL, Bachacoul J, Cosserat R, Aberdam S, Vallauri D, Chappart G, Corvisier de Villèle MA (2007a). Vers la réalisation d'une carte géoréférencée des forêts anciennes de France. *Le Monde des Cartes*, 191 : 85-98.

8. Dupouey JL, Dambrine E, Dardignac C, Georges-Leroy M (2007b). La Mémoire des forêts. Actes du colloque « Forêt, archéologie et environnement » (14-16 décembre 2004). Coédition ONF/INRA/DRAC Lorraine, 294 p. + DVD.

9. Georges-Leroy M, Bock J, Dambrine E, Dupouey J. (2011). Apport du LiDAR à la connaissance de l'histoire de l'occupation du sol en forêt de Haye. *ArchéoSciences*, Revue d'archéométrie, 35 : 117-129.

10. Leroyer C, Aoustin D (2010). Évolution du paysage végétal en forêt de Dourdan (91) de l'Antiquité à la fin du Moyen Âge d'après l'analyse pollinique de deux mares tourbeuses. Rapport d'analyses, non publié, 25 p.

11. Vallauri D, Grel A, Granier E, Dupouey J. (2012). Les forêts de Cassini. Analyse quantitative et comparaison avec les forêts actuelles. Rapport WWF/INRA, Marseille, 64 p. + CD.

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# CHAPITRE 3

## Naturalité des sols –
Horizonation, âge, hétérogénéité
et résilience

*Une réflexion en construction*

ÉTIENNE DAMBRINE, DAVID ETIENNE, JEAN-LUC DUPOUEY, JEAN-JACQUES BRUN, JEAN ANDRÉ<fnref n="1" />

Quantifier le degré de naturalité des écosystèmes a divers intérêts. Cette mesure peut être conservatoire : localiser les milieux à forte naturalité, afin de mieux préserver leur biodiversité, parce qu'elle est souvent particulière. Cette recherche peut aussi permettre de guider les modes de gestion. Lorsque le fonctionnement des écosystèmes, les services qu'ils fournissent, sont jugés plus satisfaisants dans les systèmes moins artificialisés, il est utile de rechercher ces références. Les sols étant l'une des composantes majeures des écosystèmes et le support d'une forte diversité, il peut être tentant de chercher à évaluer leur degré de naturalité. Ce chapitre poursuit des réflexions initiées lors du précédent colloque sur la naturalité des forêts (Vallauri et Blondel, 2010 ; Dupouey et Dambrine, 2010 ; Domenech et al., 2010).

Nous prenons ici le mot naturalité comme antonyme de l'artificialisation : sont dits naturels les sols les moins affectés par les actions humaines. Cette définition en négatif a un corollaire : quantifier la naturalité des sols revient à caractériser les modifications dues aux actions humaines, volontaires et involontaires, et à comparer leur importance relative, pour divers descripteurs de l'état et du fonctionnement des sols, à différentes échelles spatiales et temporelles. Une des difficultés réside dans le fait que perturbations humaines ou naturelles peuvent avoir des conséquences identiques. Nous chercherons à bâtir un raisonnement en trois axes : horizonation et âge des pédogenèses, actions anthropiques et hétérogénéités, traces et résilience.

<footnote n="1">1. Remerciements</footnote>

<footnote>Les auteurs remercient Murielle Georges-Leroy (DRAC Lorraine), Pascale Ruffaldi (UMR Chronoenvironnement, U. Besançon) et Daniel Vallauri (WWF) pour leur relecture amicale et attentive.</footnote>
# 1. Horizonation et âge

Les sols sont généralement formés de trois horizons principaux, A (ou E), B et C, plus ou moins différenciés, suivant des proportions dictées par leur cadre biogéographique. À l'intérieur de ce cadre, la différenciation pédogénétique croît avec l'âge des sols. L'approfondissement du front de dissolution de la roche, la production de particules fines par fragmentation et néogenèse, la construction des structures physiques et biologiques, le développement des transferts qui conduisent à celui des horizons éluviaux et illuviaux, concourent à cette différenciation des horizons, ou horizonation. Pour illustrer ceci, l'étude des successions primaires après des perturbations suffisamment intenses pour réinitialiser les processus de pédogenèse (glaciations, éruptions volcaniques, glissements de terrain, inondations et alluvionnement) montre un approfondissement des sols et un développement des pédogenèses croissant avec la durée de la période suivant la perturbation (Huggett, 1998). Notons tout de suite que ces perturbations catastrophiques peuvent être occasionnées par l'Homme.

Cet approfondissement des pédogenèses en fonction de la durée n'est cependant pas linéaire, car : 1) des dynamiques internes, comme la formation d'horizons imperméables ou l'évolution de l'activité de la faune fouisseuse au cours de la pédogenèse tendent à ralentir les transferts au cours du temps, à les réorienter, ce qui ralentit ou modifie la pédogenèse ; 2) des perturbations intermédiaires, telles celles causées par les incendies ou des chablis, peuvent obscurcir la dynamique générale ; 3) la durée n'est pas synonyme de stabilité dans le temps, car les longues durées – le temps – peuvent impliquer une instabilité climatique. Cette liaison centrale entre développement et durée (Jenny, 1941) a donc rarement été mise en équation, car elle est éminemment complexe. Cette démarche fait partie du corps de métier du pédologue, car la recherche des facteurs du milieu influençant la pédogenèse constitue son guide d'interprétation et de cartographie des sols. Ainsi cette relation est-elle généralement implicite dans une carte pédologique, dans un contexte bioclimatique et régional donné. L'attitude classique du pédologue cartographe, à la recherche de profils de référence, souvent dans des espaces forestiers, en pente faible, dans des positions stables du paysage, a priori moins perturbées par des catastrophes (dont d'origine humaine), découle de cette vision.

Cette relation « naturelle » pédogenèse-durée n'est pas facile à étudier, car elle implique de pouvoir dater des pédogenèses, ou mieux, les horizons. Historiquement et dans des contextes géographiquement proches, elle a été discutée : 1) dans certains contextes de terrasses alluviales, comme dans la vallée du Rhône (Bornand, 1978) où la pédogenèse s'exerce sur la très longue durée (centaines de milliers d'années), mais avec la complexité supplémentaire de changements climatiques ; 2) en utilisant les dépôts volcaniques (Quantin et al., 1991), ou des moraines glaciaires (Paternoster, 1981), où la pédogenèse est rapide (centaines à milliers d'années), l'influence humaine faible et les formations superficielles datées ; ou encore 3) grâce à des datations archéologiques d'occupations successives, comme par exemple dans les sables et limons du Centre (Robin, 1979) et de l'Ouest, mais avec le biais possible lié aux conséquences sur les sols des perturbations anthropiques anciennes. Cette thématique est en cours de renouvellement, grâce en particulier à de nouvelles techniques de datations (OSL, isotopes cosmogéniques).

Lorsque l'épaisseur ou le développement des horizons d'un sol n'est pas conforme au profil type, c'est-à-dire finalement à son équivalent jugé non perturbé, le pédologue interprète l'intensité de la perturbation et suggère les facteurs responsables. Dans l'ancienne classification CPCS, les types de sols dits peu évolués (ranker, rendzine, sol alluvial et colluvial) résultent typiquement d'une perturbation bloquant l'évolution de la pédogenèse, soit fréquente et de faible intensité, soit rare mais catastrophique, généralement par érosion ou apport de matière colluviale ou alluviale, de sorte que l'écosystème entier doit se reconstruire. Le cas le plus banal résultant d'une perturbation fréquente s'observe en pied de falaise calcaire, où le degré de carbonatation-décarbonatation des sols résulte de la fréquence des apports de matériel calcaire divisé, par chute à partir de la falaise. Les perturbations peu fréquentes mais de très forte intensité entraînent l'apport en masse de matériel nouveau, suivant ou non d'éventuelles troncatures, ce qui provoque l'érosion partielle à complète, ou la conservation sous les sédiments, de pédogenèses plus anciennes.

Dans le cas de sols plus évolués, lorsque la fréquence des perturbations devient plus faible et que leur intensité est intermédiaire, la relation entre l'épaisseur des horizons et les facteurs de pédogenèse, qui intègrent la durée, est un thème d'étude scientifique spécifique à chaque site.

# 2. Actions anthropiques sur les sols, hétérogénéités et contaminations

## 2.1. Comprendre l'histoire d'un sol

Comment l'Homme modifie-t-il cette relation et quelles traces laisse-t-il ? Une ouverture historique est nécessaire, extrêmement sommaire et simplificatrice, que le lecteur veuille l'excuser, mais elle n'est donnée qu'à titre de contexte.

À travers la révolution agricole du Néolithique, les populations dispersées et numériquement faibles de chasseurs-pêcheurs-cueilleurs ont progressivement modifié les paysages et les sols. Examinons cinq images d'une même unité géographique, qui pourrait être la bordure orientale du plateau calcaire de Lorraine à proximité de Nancy, l'une il y a 7 000 ans, au début du Néolithique, la seconde il y a 2 000 ans, à la période gallo-romaine, la troisième au Moyen Âge, une quatrième vers 1850, c'est-à-dire lors du minimum forestier moderne, et enfin actuellement, à la manière dont Dupuis-Tate et Fischesser (2003) les illustrent dans leur ouvrage sur les rivières et les paysages.

Le cadre géographique actuel est le suivant : d'ouest en est, un vaste plateau calcaire essentiellement forestier, son rebord en falaise, des buttes témoins dominant une vaste plaine ondulée marneuse, où méandrent Meurthe, Moselle et Seille, couverte par de larges ensembles forestiers et prairiaux, et parsemée de nombreux étangs. Entre plateau et plaine, les villes de Nancy, Nomeny, Metz. Plus à l'est encore, le piémont vosgien gréseux, couvert de sols forestiers acides et la ligne bleue des Vosges.
## 2.2. Au début du Néolithique

Au tout début du Néolithique, le paysage est couvert de forêts, dont le degré d'ouverture est mal connu, constituées par diverses essences, chêne, orme, tilleul, noisetier en fonction des pentes, de l'orientation, de la profondeur et de la composition des sols (Ruffaldi, 1999). Le pin, hérité de périodes plus froides, régresse. Le long des rivières, des forêts alluviales, sans doute des aulnaies-frênaies. De grands ensembles forestiers, avec une forte diversité interne sur le plan biologique et pédo logique. Sur les limons épais couvrant les plateaux calcaires, comme dans tout le nord-ouest du Bassin parisien, des sols lessivés se sont développés, dont le degré de dégradation « par l'hydromorphie est variable. Sur la pente et le plateau marneux, des sols caractérisés par un contraste textural, de la famille des pélosols, diversement différenciés, essentiellement en fonction de l'épaisseur de la couverture de limon et de l'imperméabilité de la marne sous-jacente. L'origine des variations d'épaisseur de la couverture limoneuse d'origine est mal connue. Sur le piémont gréseux vosgien, des sols sableux d'autant plus profondément podzolisés que le grès est pauvre en carbonates et en argile. Les couverts forestiers protègent les sols de l'érosion, leurs racines pénètrent et ameublissent les horizons profonds, et leurs litières alimentent l'activité biologique et la fertilité de la surface. Les archives sédimentaires lacustres ou alluviales montrent pour cette période des taux de sédimentation très faibles (Ruffaldi, 1999). L'homme est encore peu présent, sur des petits promontoires dominant les vallées, dans des clairières qu'il entretient par le feu pour les cultiver.

## 2.3. À partir de l'Âge du Fer

4 à 5 000 ans plus tard, par comparaison, l'espace forestier de l'Âge du Fer et de la période antique est considérablement rétrécii, par l'action de l'agriculture. À partir de l'Âge du Bronze, mais surtout au cours de l'Âge du Fer, des établissements fortifiés se développent sur les digitations du plateau calcaire dominant les rivières et la plaine (Essey-les-Nancy « La Butte Sainte-Geneviève »), Messein « La Cité d'Affrique », la colline de Sion (Deffressigne et Koenig, 2004), mais aussi les extrémités des reliefs tabulaires dominant le piémont vosgien (Etival-Clairefontaine, Saint-Dié « La Bure ») (Deyber in Michler, 2004), tandis que l'augmentation de la part des cultures et plantes adventices dans les spectres polliniques des dépôts sédimentaires décrit l'extension des exploitations agricoles aux dépens des forêts (Etienne, 2011). La plaine se densifie. Les exploitations proto-industrielles de sel le long de la vallée de la Seille nécessitent un combustible ligneux abondant collecté dans des forêts progressivement plus éloignées et produisent d'énormes tertres de déchets de poterie. Dans les vallées qui drainent le plateau calcaire et parcourent la plaine marneuse s'accumulent des sédiments résultant de la déforestation et de la mise en culture des paysages (Olivier, 2010 ; Houben, 2012). Sur des promontoires (Sion) et des versants, mais aussi près de l'eau ou en des lieux stratégiques (Metz, Tarquimpol, Sarrebourg), il y existe des villes antiques, dont les déchets alimentent le maraîchage. Sur les terrains en faible pente, sur le plateau comme dans la plaine en contrebas, de grandes parcelles agricoles, encloses, desservies par des voies empierrées (Laffite, 2004), conduisent à des villas parfois monumentales (Liéhon, Saint-Ulrich... ; Flotté et Fuchs, 2004), mais aussi de petites fermes ou hameaux disséminés (Georges Leroy et al., 2014). Les pratiques culturales

font alterner des cultures de fèves et de céréales, fumées et chaulées si nécessaire, et des prairies. La marne est excavée de marnières – qui vont former un vaste réseau de mares – et épandue, probablement massivement, au moins dans certains secteurs (Etienne et al., 2011). Cette mise en valeur agricole affecte aussi bien le plateau calcaire aux sols peu profonds que les sols lourds et profonds sur marne et limons de la plaine. Y a-t-il une spécialisation agronomique de ces divers sols à l'époque ? Probablement, mais on ne le sait pas précisément. La polyculture s'accommode facilement d'une diversité de sols et de terroirs. Les sols du plateau sont épierrés, et la couverture de limon s'érode pour s'accumuler en banquettes, probablement au droit de haies, de murets, dans les bas-fonds et les vallées, comme celle de la Seille. Autour des habitats (Heckenbenner et Meyer, 2004), les sols sableux du piémont et des sommets gréseux vosgiens sont cultivés.

## 2.4. Première analyse des impacts sur les sols

Dans quelle mesure l'homme a modifié par érosion l'épaisseur de la couverture limoneuse originale, et donc la pédogenèse, est une question non encore résolue et difficile. Mais l'inflation des dépôts sédimentaires dans les dépressions et les lacs (Enters et al., 2008) consécutive à la déforestation et à la mise en culture (Meunier, 1990), la troncature fréquente des horizons E de sols lessivés (Houben, 2012), ou la disproportion entre horizon E et Bt (Le Tacon, 1966) militent pour une influence décisive. Le taux d'érosion moyen calculé à partir des archives sédimentaires ou de cubage de sol supposé perdu (0,1 et 0,4 mm/an, d'après la synthèse de Houben, 2012) est cohérent avec les taux actuels calculés sous culture à partir de dispositifs expérimentaux (Cerdan et al., 2010).

D'autre part, dans quelle mesure la déforestation a-t-elle pu accentuer non pas l'érosion, mais le phénomène de lessivage ? Sur le plan théorique, des travaux anciens et récents montrent que la mise en culture peut accélérer le lessivage, soit par déstruc turation des horizons superficiels, soit, en milieu acide, parce que l'élévation de pH qui suit souvent la mise en culture peut faciliter la dispersion des argiles. Mais les démons trations quantifiées manquent. Et les labours peuvent obscurcir cette dynamique en mélangeant les horizons E et B. En revanche, les feux des déforestations et d'entretien des parcellaires enrichissent clairement les sols en charbons. Sur le piémont acide, la végétation de lande à callune et pinède qui suit déforestation, mise en culture et aban don provoque une accentuation de leur acidité et de la podzolisation (Guillet, 1972).

Où se trouvent les sols non ou peu anthropisés ? Probablement dans des lambeaux forestiers entre les clairières pâturées par le bétail, sur le plateau, les fortes pentes et les fonds (Dupouey et al., 2002) ; sur les versants nord du piémont ; sur les sols chim iquement plus pauvres, très callouteux ? Pas nécessairement. La mise en culture des sols très acides du piémont gréseux vosgien en versant sud le démontre (Guillet, 1972). À Tronçais, les sols acides et très humides semblent évités par les cultivateurs gallo romains (Dambrine et al., 2007). La même observation est faite par Vannière (2001) sur le territoire agricole actuel du Berry antique. Et les agriculteurs antiques paraissent mettre en valeur les types de sols par différentes pratiques d'agriculture et d'élevage. Mais les sols les moins anthropisés se trouvent probablement là où les vicissitudes des organisations humaines les ont laissés à l'écart des usages. Et là où la fréquence ou l'intensité des perturbations naturelles réduisent l'influence relative de l'Homme.
On peut probablement dès l'époque antique parler d'une modification d'ensemble des
propriétés physiques et chimiques des sols provoquée par les activités humaines, même
si cette modification est d'importance modérée. En revanche, leur contamination par
des matériaux exogènes est très probablement plus limitée, à la fois spatialement et en
intensité, même si des exploitations minières proto-industrielles ont déjà marqué les sols
soit par contamination directe de divers massifs (Baron, 2005) soit par contamination
aérienne, comme le démontrent les traces de plomb et de mercure, datées de la période
gallo-romaine, dans les tourbières situées en milieu rural ou dans les glaces du pôle.

3. En quoi ces modifications sont-elles spécifiques des activités humaines ?

Les troncatures dans les horizons superficiels, l'épaississement des sols au niveau des banquettes et l'empâtement de bas de versant sont des effets de l'érosion, favorisés par la disparition du couvert forestier ou prairial. Ces perturbations intermédiaires peuvent modifier profondément la pédogenèse sur le long terme et la diversité végétale.

Lors de la cartographie des parcellaires gallo-romains en forêt de Haye (Georges-Leroy et al., 2007 ; 2014), nous avons pu observer des banquettes en faible pente, le sol de la partie amont de la banquette étant limoneux faiblement acide, profond et épierré, tandis que le sol de l'aval était graveleux, superficiel et calcaire (Figure 3-1). Cette rupture linéaire au niveau de la banquette ne laissait aucun doute sur son origine anthropique, mais chacun des deux types de sols existait aussi de manière indépendante sur le plateau pour des raisons liées à la géomorphologie et à la nature, tendre ou plus dure, des roches. À ce niveau, l'action humaine crée ici une organisation spatiale régulière qui lui est spécifique, mais pas une originalité pédologique. L'originalité à l'échelle du massif vient plutôt d'une forte concentration en éléments fertilisants (P) et en charbon des sites en périphérie des habitats. Enfin, la podzolisation accrue sous les landes à callune affecte des versants entiers et contribue à la formation de podzols de dégradation (Guillet, 1972), c'est-à-dire de type de sols très spécifiques.

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Figure 3-1. Coupe dans un talus d'époque gallo-romaine délimitant deux anciennes parcelles agri-coles en pente très faible, en forêt de Haye. Le sol à l'amont est épierré, profond et légèrement acide, le sol aval est calcaire et superficiel, un murget en pierres sépare les deux unités pédologiques. L'origi-nalité ne se trouve pas dans chacun des types de sols, communs dans cette forêt en fonction du degré de fragmentation du calcaire sous-jacent, et de la couverture alluviale, mais dans leur organisation spatiale (© Étienne Dambrine).

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Ces exemples suggèrent que les perturbations anthropiques ont pu dès cette époque modifier ou créer et étendre à l'échelle des parcelles, si ce n'est des paysages complets, des organisations ou des propriétés spécifiques et pérennes. On remarquera que ces perturbations affectent les sols à l'échelle de l'agent perturbateur et de l'usage, c'est-à-dire souvent à l'échelle de la parcelle agricole ou de l'habitat. On remarquera aussi que les sols engendrés par ces modifications sont peu originaux en tant que tels, et que c'est plutôt leur association/organisation dans le paysage qui est originale, ou l'accen-tuation d'un caractère (teneur en P par exemple) qui traduit l'influence anthropique.

Ce type d'organisation peut-il être produit sous couvert forestier ? La contribution des études sur les chablis forestiers (Samonil et al., 2010) est à cet égard éclairante. Les sols de forêts anciennes non exploitées subissent des chablis d'importance consi-dérable, liés au vieillissement des individus et à la fréquence des tempêtes. Cette dynamique, connue en milieu tropical (Blancaneaux, 1973), a été relativement négli-gée jusque récemment en milieu tempéré. Les chablis des grands arbres soulèvent le sol et engendrent l'équivalent d'un retournement profond et local des sols, dont les conséquences en terme pédologique sont radicales. Ils provoquent la coexistence à l'échelle métrique à décamétrique de profils très évolués et faiblement évolués, avec des propriétés chimiques et biochimiques radicalement différentes. L'observation par les archéologues de chablis anciens, conservés sous forme de croissants orientés dans les horizons profonds des sols, est assez fréquente (Figure 3-2). Elle montre que ces perturbations sont durables et qu'elles constituent sans doute un facteur très primordial de la pédogenèse. Par le fait que les spéculations agricoles excluent le plus

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Figure 3-2. Traces de chablis antiques sur un chantier de fouilles archéologiques de l'INRAP (site du Haut-Buisson, Bouy, Marne). Dans l'espace où la terre arable a été dégagée pour permettre la pros-tection archéologique, on distingue de nombreuses taches sombres en forme de croissant de lune, prolongées par des moustaches, orientées dans la même direction. Ces formes sont interprétées par les archéologues comme résultant de vastes chablis, le sol organique se sédimentant dans la fosse en forme de demi-lune ouverte dans le sol par la chute de l'arbre (© Étienne Dambrine).
souvent les grands arbres, la mise en valeur agricole élimine la possibilité de formation de ces chablis, et donc ce type de structure si les usages sont stables dans l'espace.

## 4. L'histoire des sols se poursuit

### 4.1. De l'Antiquité au Moyen Âge

À la fin de l'Antiquité, les séquences sédimentaires s'enrichissent en débris organiques forestiers et témoignent globalement d'un fort retour de la forêt, tandis que les données archéologiques attestent d'une réorganisation du tissu rural. Des villes nouvelles comme Nancy se développent à côté de bas-fonds marécageux, jusqu'alors plutôt évités. Mais, dès le Moyen Âge, on observe de nouveaux défrichements dans certains secteurs. Le pouvoir féodal requiert des forêts pour la chasse, les abbayes pour les revenus du bois. Par rapport aux campagnes gallo-romaines, les sols gagnent en stabilité ce que les forêts gagnent en extension. Vues en général, les pratiques agricoles ne diffèrent pas radicalement de la période précédente, mais la charrue va permettre un approfondissement du travail des sols. Cependant, les surfaces couvertes par les spéculations agricoles ainsi que leurs lieux peuvent s'être déplacés, de sorte que les effets peuvent se cumuler, s'étendre ou s'éteindre en fonction de leur intensité. De nombreux étangs se créent, pour la pisciculture, ennoyant des vallées. Avant la Révolution française, et la révolution industrielle, la population agricole de la Lorraine est élevée. C'est une terre d'assolement triennal : prairie et cultures alternent sur la sole villageoise. Le relief de la plaine agricole est strié de billons, ou ados, ces bombements allongés dans le sens de la pente, formés par un labour tournant, qui permettent de drainer superficiellement les versants. La forêt est exploitée pour le bois, le charbonnage, les fruits (glands, faines) et les litières. Ces pratiques en forêt conduisent à des modifications fortes des humus. En sol acide, elles peuvent appauvrir et acidifier les sols sur le court et le moyen termes (Dzwonko et Gawronski, 2002), et on soupçonne les conséquences de ces usages à long terme sur la nutrition des forêts (Koerner et al., 1998 ; Glatzel, 1991). Ces pratiques sont cependant exclues dans les espaces réservés à la production de bois d'œuvre, le « quart en réserve ». Mais à chaque guerre, instabilité politique majeure (guerre de 100 ans, de 30 ans...), la forêt s'étend, accueille et nourrit, puis se réduit au gré de la pression des populations. À la veille de la Révolution française, les archives des Vosges expriment un état de dégradation avancé des forêts et des sols forestiers (Jehin, 2005).

### 4.2. Après le minimum forestier

Au cours du XIXe siècle, l'ouverture des mines, l'essor industriel et les guerres retirent des bras à l'agriculture. Les prairies permanentes s'étendent massivement sur les labours. Autour et dans les villes (Antisari et al., 2013), les sous-produits des activités urbaines, industrielles et minières s'étendent sur (remblais et terrils) et dans (contaminants métalliques et organiques) les sols. La forêt s'étend petit à petit depuis 1830 (Cinotti, 1996), aux dépens des prairies pour l'essentiel.

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Le XXe siècle commence par un bouleversement complet des sols et leur contamination profonde dans les zones de combat du front de guerre. Paradoxalement, c'est une période d'extension forte des villes et des forêts. Dans les campagnes, la population agricole diminue radicalement, les terres marginales sont drainées ou s'enfrichent, tandis que les meilleures terres sont fortement homogénéisées par labour, chaulage et fertilisation et contaminées par des produits phytosanitaires dont la rémanence peut être longue. La vidange de nombreux étangs (par exemple, Paroy) restitue à l'agriculture des sols anciennement ennoyés, tandis que d'autres étangs sont creusés (par exemple, Brin).

On voit donc qu'au cours de la période pré-industrielle et industrielle, les modifications d'usages se diversifient, les effets s'approfondissent, l'introduction d'éléments exogènes au sol s'accroît considérablement, mais la localisation des impacts se resserre car la forêt s'étend.

### 4.3. Période récente

Au cours de la période récente, post-industrielle, les anciennes zones industrielles retournent en friche, c'est-à-dire à terme à la forêt, transformant peu à peu des sous-produits d'activité industrielle en technosols forestiers (Huot et al., 2014). Et les prairies permanentes billonnées sont labourées et remises en culture, avec une fertilisation et souvent après drainage. Le développement des villes et routes imperméabilise des portions croissantes des sols, à tel point qu'en France en 2007 l'IFEN estime que 4,8 % des sols de la France métropolitaine sont artificiels. En forêt, la mécanisation lourde de l'exploitation, en développement, favorise le tassement des sols limoneux sensibles (Ranger et al., 2005) et, sur les pentes, une nouvelle érosion concentrée sur les pistes d'exploitation. Les modifications globales de la chimie atmosphérique conduisent à une contamination aérienne en composés soufrés et azotés et en composés organiques persistants. Cette contamination peut se produire très à l'écart des centres urbains et industriels et fréquemment sur les sites forestiers d'altitude. Ces contaminations peuvent engendrer des modifications de la biodiversité des sols et des eaux, dont la réversibilité ne s'envisage au mieux que sur le moyen terme (Dambrine et al., 1998).

En bref, les contaminations directes et indirectes des sols s'amplifient, les sols d'une proportion croissante du territoire perdent leur fonction de production, tandis que des sols nouveaux se reconstruisent à partir de résidus d'activités industrielles.

## 5. Traces et résilience

### 5.1. Approche par l'empreinte humaine

Ce panorama rapide montre qu'au cours du temps et depuis l'origine, l'extension des perturbations anthropiques rend très fragile la possibilité de rencontrer des sols
non perturbés par les activités humaines. Inversement, l'extension des forêts à la fin de la période antique et la relative stabilité spatiale de ces accrus depuis lors autorisent la délimitation de zones relativement peu perturbées. S'y ajoutent les sols des prairies permanentes ou des espaces faiblement intensifiés par l'agriculture pour des raisons pédologiques, géographiques ou historiques.

Cette voie de délimitation des zones de sols plus naturels requiert l'analyse des documents cartographiques actuels et anciens (cadastres) et des archives. On sait cependant que sa profondeur temporelle est limitée. L'extension des observations d'irrégularités topographiques par des techniques aéroportées (LiDAR) fournira des informations complémentaires.

L'autre voie est d'identifier des traceurs univoques de naturalité, ou – c'est plus facile – de perturbation anthropique. Ce qui précède montre que les modifications anthropiques des propriétés physiques des sols par la culture sont plus spécifiques par leur échelle d'action que par leur nature stricto sensu. Les modifications chimiques sont plus facilement décelables. Dès les périodes antiques, l'enrichissement en phosphore et en micro-charbons marque les sols agricoles. Et plus tard, la nature des composés allochtones stockés dans les sols ou les structures sédimentaires les explicite. Les réseaux de suivis de la qualité des sols (RMQS, RENECOFOR) permettent de mettre en relation les usages actuels et la contamination qu'ils provoquent (Villanneau et al., 2008).

## 5.2. Vers des indicateurs biologiques ?

En quoi et sur quelles durées ces perturbations conditionnent-elles la biodiversité et le fonctionnement des sols et, en corollaire, pourrait-on utiliser des indicateurs biologiques de naturalité des sols ?

Dans notre contexte de naturalité, cette question n'a de sens que si l'on considère des perturbations anciennes d'importance modérée.

Dans les perturbations que nous avons listées, certaines (épierrage, labour, érosion) affectent les propriétés physiques des sols et conditionnent leur réserve utile en eau. D'autres (culture, récolte des rémanents, fertilisation, amendement, labour, feux) les nutriments disponibles. Ces modifications sont susceptibles d'engendrer des conséquences à très long terme de la flore (Dupouey et al., 2002) et donc d'une fraction de la biodiversité des sols car la flore supporte, vit en association ou nourrit les organismes du sol. Mais nos connaissances sont maigres sur ce sujet. La diversité des invertébrés du sol est très fortement influencée par la diversité végétale épigée et le stade de développement des humus au cours du cycle sylvigénétique. L'incidence d'une perturbation ancienne est peu renseignée. On sait qu'en sol très acide, où les lombrics sont absents, l'agriculture ancienne a favorisé l'introduction et permet la survie des lombricidés sur de très longues périodes (Enckel et Rundgren, 1988). Il semble que la diversité globale des insectes soit modifiée dans les parcellaires cultivés à l'époque antique et abandonnés à la forêt depuis (Vallet et al., 2007). Et un constat similaire a été effectué en ce qui concerne les champignons ectomycorhiziens (Diedhiou et al., 2009). Des études sont en cours sur d'autres familles d'organismes. Mais il paraît logique que la biodiversité des sols soit d'abord liée aux propriétés des peuplements végétaux et des humus. On pourrait ainsi utiliser les formes d'humus (Jabiol et al., 2007) comme des indicateurs de cohérence fonctionnelle

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des sols (Souchier et al., 1997 ; Ponge, 2003). L'indicateur « naturalité des formes d'humus » mesurerait la distance entre « la forme d'humus attendue », une sorte d'orthotype qui résulterait de l'interaction des facteurs environnementaux agissant localement [climat, roche-mère, topographie, type(s) d'essence(s) dans le cas des forêts], ceci en l'absence de perturbations de forte intensité, et « la forme d'humus réalisée » telle qu'on peut l'observer sur le terrain. Plus la distance serait faible et plus la naturalité des humus et des sols pourrait être considérée comme forte. À l'inverse, une distance élevée nous renseignerait sur une naturalité faible, indiquant des blocages fonctionnels liés à des perturbations naturelles ou anthropiques qui ont affecté durablement le fonctionnement des sols. On manque cependant actuellement de référentiels robustes pour établir en tous lieux les formes d'humus attendues en fonction du régime de perturbation. Et la forme d'humus n'est sans doute pas un indicateur suffisamment variable et sensible pour rendre compte de la large gamme des impacts anthropiques.

Ceci ne rend pas la question inintéressante, bien au contraire, et il y a fort à penser que perturbations et contaminations influencent sur le long terme la diversité microbienne des sols. Mais ceci reste un champ novateur d'investigation.

## 5.3. Du bon sens en attendant mieux

En l'absence de méthode simple et pratique permettant d'identifier le degré de naturalité d'un sol, on peut se guider sur des règles de bon sens. Les sols « plus naturels » se trouvent soit dans les espaces peu intensifiés, rarement perturbés, où la biomasse ligneuse ou herbacée pérenne est élevée et les humus constitués, soit dans les espaces souvent et intensément perturbés par des facteurs naturels, où les peuplements végétaux sont pionniers et les sols peu évolués. Dans le premier cas, il est probable qu'un fort degré de naturalité des sols va de pair avec une plus grande biodiversité et une plus grande complexité (Domenech et al., 2010), mais cette relation dépend probablement de l'échelle à laquelle on se place.

Enfin, la faiblesse de nos connaissances sur la naturalité des sols plaide pour un regain de recherche sur ce sujet, qui permet de revisiter et de remettre en perspective les processus pédogénétiques dans un contexte d'anthropisation qui dépasse très largement le cadre lorrain que nous nous sommes donné par facilité (Willis et al., 2004).

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Spontanéité :
« la nature sera
toujours à naître »