Formation et propriétés de sols du bouclier guyanais

Formation et propriétés de Formation et propriétés de sols du bouclier guyanaissols du bouclier guyanais

Bruno FERRYBruno FERRY

FTH FTH 20072007

Kourou

déniveléesG3 : surface tabulaire et très faible dénivelée

G2 : petites collines

Contexte géomorphologique de la sortie de ce matin

Distinction de 3 domaines (horizons)

1

1

1

1 Roche altéréeStructure entièrement héritée de la roche mère.Limon et argile abondants.Couleurs très variées.

2

2

2

2 Domaine tacheté

Structures discordantes avec celles de la roche. Taches de taille cm à dm. Couleurs vives : jaune, rouge, blanc (noir).

3

3

3

3

Couleur de la terre fine uniforme par horizons, brun-jaune vif à blanc.Bonne perméabilité.

Domaine supérieur bioturbé

Pédogénèse

Roche altérée

Gneiss altéré

Gneiss

Saprolite :Lithomarge :Isaltérite :

roche pourrieroche fondanteroche transformée à volume conservé

Pédogénèse Roche altérée

Couleurs très variées, selon les minéraux d ’origine. Structure de la roche

reconnaissable.

Conditions de formation de la saprolite

Nappe phréatique

Eau de surface

Roche mère

Saturation totale et permanente de la porosité

Renouvellement lent solution relativement peu agressive chimiquement

Formation dans la nappe retenue par la

roche


Eléments solubilisé

s

Na, Ca, Mg, K, Si

Minéraux hérités

drainage

Minéraux secondaires

Si, AlKaoliniteAlGibbsite

Minéraux primaires

Quartz SiMica blanc Si, Al, K

Si, Al, Ca, Na, K

FeldspathsSi, Al, Fe, MgMica noir

QuartzMica blanc

SiSi, Al, K

Altération d’un granite


FeHématiteFeGœthite

Le domaine tacheté

Très dur, très riche en fer (surtout hématite)

Cuirasse ferrugineuseMeuble, un peu enrichi en fer

(surtout goethite)Argile tachetée

Pédogénèse Domaine tacheté

Couleurs rouge et jaune vifs (+ blanc, noir)Structure tachetée (cm-dm), au moins en partie discordante avec celle de la roche

Grande diversité des faciès

Conditions de formation des taches

Nappe phréatique

Eau de surface

Roche mère

Des alternances d’engorgement et de dessication

Une porosité hétérogène

Formation conditionnée

par


max min

Humidité

Saturation Dessication

porosité fine(F < 10 µm)

porosité large(F > 10 µm)

gravitaire

capillaire

évaporation + diffusion

Flux d'eau

Mécanismes à l ’origine des taches

Porosité hétérogène

Alternances saturation - dessication

Réduction,mobilisation

Précipitation,cristallisation

Fer


Si/Al Al

pluviosité forte + bon drainage.

pluviosité forte ou nappe

proche

Désilication

Hydratation

Climat tropical à saisons

contrastées

kaolinitehématite

Ecologie des horizons indurés


Fe

Climat tropical très

humide

gibbsitegoethite

BauxitesCuirasses ferrugineus

es

Bauxite (40-50 Ma)200

160

120

80

40

00 200 400 600 800 1000 1200

alt

itude (

m)

distance au sol (m)

Cuirasses ferrugineuses (5-10 Ma)

traces de cuirassement

cuirasse ou bauxite massivecuirasse ou bauxite démanteléetraces de cuirasse démantelée

Bauxites et cuirasses dans le paysage

D’après Paget (1999), Théveniaut et Freyssinet (2002)


Des horizons indurés très anciens, très riches en fer (cuirasses ferru-gineuses) ou en aluminium (bauxites), arment les sommets

des reliefs

Le domaine supérieur bioturbé

Grande diversité des faciès

Pédogénèse Domaine bioturbé

Rouge

Jaune

Brun BlancJaune Gris

Couleur uniforme, le plus souvent brun à jaune (+/-

rougeâtre), parfois gris, voire blanc.

Texture : argile - sable (sans limon)

Conditions de formation

Nappe phréatique

Eau de surface

Roche mère

Formation conditionnée parUne forte influence de

l’activité biologique et des apports organiques

Une agressivité renforcée des agents chimiques d’altération

Pédogénèse Domaine pédoturbé


Altération chimique renforcée

Acidité (organique

, CO2)

Pureté en

silice

Remontée des

éléments assimilés par les

arbres, via la litière (N,

P, K, Ca, Si…)

Remontées biologiques

M.O. complexante

(Fe, Al)

Agressivité chimique des

solutions

Fort potentiel réducteur en cas d ’engorgement

Taille décroissante des feuillets de

kaolinitelimon --> argile

Si

DissolutionCristallisation

Eléments solubilisé

s

K, Si

drainage

Minéraux secondaires

Si, AlKaoliniteAlGibbsite

Minéraux hérités

Poursuite de l ’altération


FeHématiteFeGœthite

QuartzMica blanc

SiSi, Al, K


Bioturbation du sol

Brassage et aération

Chablis

Vers de terre

Fourmis, termites,tatous...

Racines

Couleur homogèn

e

microagrégats (Ø : 100 µm - 1 mm)

Origine ? (1) la division-dissolution de restes de cuirasses (2) boulettes de termites

Structuration

Macrostructure grumeleuse, due à l ’activité des vers de terre

Porosité tubulaire due aux racines

Structure microagrégée, caractéristique des très vieux sols ferrallitiques Bonne perméabilité Bonne réserve utile en eau


Du rouge au jaune


jaune

rouge

Front de transformation vertical, vers le bas, de l’hématite en goethite

Photos de Peterschmitt (1993)

Gravillons de cuirasse riches en hématite + cortex de goethite

Front de transformation

centripète

Démantèlement de la cuirasse ferrugineuse

Du rouge au jaune

Dissolution progressive de l’hématite en saison humide

Bilan net : hydratation : goethite = hématite + eau + aluminisation partielle


hématiteFesoluble

RéductionOxydation

Hydra

tati

on

Mili

eu

aci

de

Alsoluble

goethitealumineuse

Re-cristallisation du fer en goethite (alumineuse)

kaolinite

kaolinite

kaolinite kaolinite

kaolinite

Fe

FeFe

Fe

Du jaune au brun

MO

MOMO

MO MO

MO

kaolinite MO Fe

kaolinite

kaolinite

kaolinite kaolinite

kaolinite

Fe

FeFe

Fe

MO

MO

MOMO

Complexe argilo-humique

humus

horizon minéral


Interactions M.O. - argile

Relation entre texture et matière organique(sous forêt naturelle)

0

1

2

3

4

0 20 40 60 80 100Argile + Limon fin (%)

Carb

one (

%)

0-20 cm

20-40 cm

R2=0,74

R2=0,78

Ferry et al. (1997)

Saint-Laurent

Cayenne

0 40 km

Localisation des échantillons

Les variations de texture des sols entraînent des variations très sensibles de leur teneur en matière

organique.


Conditions de formation

Nappe phréatique

Eau de surface

Roche mère

Rôle majeur de l ’efficacité du drainage

Bon drainage --> conditions oxydantes

Mauvais drainage --> conditions réductrices


Du jaune au gris

Horizon tacheté

Saprolite

Horizon d ’éluviati

on

Humus

Bas de pente : décoloration

croissante des horizons supérieurs

noir et blanc


Du jaune au gris

Décoloration le long

d’un transect

horizontal, du bord vers le centre d’un

plateau


Lucas et al. (1987), Veillon (1990)

Dégradation hydromorphe

kaoliniteFe

kaolinite

kaolinite kaolinite

kaolinite

Fe Fe

Fe

kaoliniteFe

kaolinite

kaoliniteFe

kaolinite

kaoliniteFe

kaolinite

kaolinite kaolinite

Fe

kaolinite

Sans fer pour les agréger, les particules de kaolinite sont

facilement mises en

suspension, et déplacées

kaoliniteFe

kaolinite

kaolinite kaolinite

kaolinite

FeFe

Fe

Engorgement prolongé

réduction du fer,

solubilisé puis déplacé


Du gris au blanc

Sol à faible teneur en fer-argile

E (éluviation) sable blanc

Podzosol

Bh accumulation de M.O.

Bs accumulation d’oxydes de fer


Lucas et al. (1987), Veillon (1990)

Podzolisation

Quartz

Quartz

kaoliniteFe

kaolinite

MO

MO

MOMO

MO

Quartz

QuartzQuartz

Quartz

Quartz

kaolinite

kaolinite

Quartz

QuartzQuartz

FeMOMO

MO

MO

MO

Les acides organiques solubles libérés par la

décomposition sont trop abondants par rapport au

complexe fer-argile

Quartz

Quartz

kaoli

kaolinite

Quartz

QuartzQuartz

kaoliniteFeMOMO

MO

MO

MOcomplexation du fer et de l’aluminium (des kaolinites) par ces acides organiques

et entraînement en profondeur


Couleurs du sol et pédogénèse

Apport de MO


Hématite --> goethite

Réduction et lixiviation du fer

Hématite --> goethite

Podzolisation

Erosion

Pédogénèse Dynamique de l’eau et érosion

Facteurs du ruissellement :Pente --> vitesse de

l ’eau

Intensité des pluies et faible infiltration --> débitFacteurs de la sensibilité du sol au charriage :Surface/masse des particules libres

Structure des horizons et drainage

D’après Boulet (1983)

B.v. ECEREX C

B.v. ECEREX F

44%

4%

52%

3200 mm

26%

47%

27%

drainage latéral

drainage vertical

Horizons à structure

microagrégée : > 1,2 m : drainage

vertical< 0,8 m : drainage

latéral

S. a

S. a


Ruissellement et érosion

20 g/m2

50 g/m2

Exportation annuelle de matières dissoutes

Roche (1983)

020 40 60 800

20

40

60

Ruis

selle

ment

(mm

)

Averse (mm)

C (drainage vertical)

F (drainage latéral)


Enfoncement de la couverture pédologique

Erosion mécanique

Erosion chimique

front d’érosion à ECEREX

1,5 - 5 mm/siècle

1 mm/siècle

front d’altération

Nappe phréatique

Eau de surface

Roche mère


Exemple de sol rajeuni par l’érosion

Humus

Horizon appauvri

Graviers

Domaine supérieur pédoturbé

Saprolite rouge violacé

3 %

65 %

30 %

1 %


Scénario plausible d ’érosion régressive

1

2

enfoncement du cours

d ’eau

4

charriage de la terre

fine en surface

5

remontée de terre

fine par la faune du

sol

3

érosion régres-

sive

6

appauvris-

sement en fer

Brun-jaune à rouge, microagrégéJaune à jaune pâle verdâtre

Bas-fonds

Saprolite et allotérite

Ferry et al. (2003)


Régimes hydriques des sols

Roche altérée

Domaine tacheté

Domaine supérieur bioturbé

Pédogénèse

Drainage latéral superficiel

Drainage latéral profond

Drainage vertical profond

Système hydromorphe amont

Système hydromorphe de bas de versant

Système hydromorphe de bas-fonds

Boulet, R. (1983). Organisation des couvertures pédologiques des bassins versants. Le projet ECEREX (Guyane). Analyse de l'écosystème forestier tropical humide et des modifications apportées par l'homme, Cayenne.

Ferry, B., Freycon, V. et Paget, D. (2003). "Genèse et fonctionnement hydrique des sols sur socle cristallin en Guyane." Revue Forestiere Francaise 55(Numero Special): 37-59.

Ferry, B., Nolibos, I. et Pellet, A. (1997). Mise en place d'un dispositif d'étude de la croissance de Dicorynia guianensis et Eperua falcata sur différentes couvertures pédologiques du domaine forestier aménagé par l'ONF en Guyane. Nancy, ENGREF: 82 p.

Lucas, Y., Boulet, R., Chauvel, A. et Veillon, L. (1987). Systèmes sols ferrallitiques - podzols en région amazonienne. Podzols et podzolisation. D. Righi and A. Chauvel. Paris, AFES, INRA: 53-65.

Paget, D. (1999). Etude de la diversité spatiale des écosystèmes forestiers guyanais : réflexion méthodologique et application. Nancy (France), ENGREF: 155.

Roche, M. A. (1983). Comportements hydrologiques comparés et érosion de l'écosystème forestier amazonien à ECEREX, en Guyane. Le projet ECEREX (Guyane). Analyse de l'écosystème forestier tropical humide et des modifications apportées par l'homme, Cayenne.

Theveniaut, H. and Freyssinet, P. (2002). "Timing of lateritization on the Guiana Shield: synthesis of paleomagnetic results from French Guiana and Suriname." Palaeogeography Palaeoclimatology Palaeoecology 178(1-2): 91-117.

BibliographieBibliographie

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