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La terre et l'humus

Une plante se développant dans de l'humus.

Un sol vivant

Le sol, c'est-à-dire la terre que nous foulons est un écosystème vivant constitué de matières organiques libres et de l'humus. La première composante, la matière organique libre représente l'ensemble des organismes vivant sous terre : les petits animaux (taupes, vers de terre, nématodes, iules, etc), les insectes (collemboles, acariens, cloportes, termites, etc.) et les micro-organismes (bactéries, protozoaires, champignons, algues). Ces organismes représentent jusqu'à 20 % de la matière organique totale présente dans l'humus.

La deuxième composante est la matière organique provenant des résidus végétaux et des rejets du métabolisme des animaux et des bactéries. Cette matière organique en décomposition représente environ 5 % du poids sec de la terre, le reste étant constitué de minéraux et autres sels extraits des roches.

La matière organique libre travaille le sol pour décomposer la matière organique déposée en surface (feuilles et tiges mortes, branches et racines mortes, cadavres, déchets métaboliques, etc.). Ces organismes se nourrissent de sucre, de protéine, de la cellulose et d’autres constituants de la matière organique qu'il vont transformer en matière minérale assimilable par les plantes. Cette matière forme l'humus. Cette transformation s'appelle l'humification. La durée de ce processus varie entre quelques semaines et deux ans en fonction de la nature des sols et des conditions météos. On reviendra sur ce processus.

Cette couche superficielle et fertile est donc indispensable à la survie des végétaux et de manière générale à la survie de tous les organismes qui en tirent directement ou indirectement profit et dont nous faisons partie.

La couche d'humus

L'humus est la couche supérieure de terre dite arable, c'est-à-dire celle qu'on peut labourer et cultiver car elle contient les éléments nutritifs dont les plantes ont besoin (azote, phosphore, potassium, magnésium, ...).

L'humus est de couleur brun à noir selon sa nature et a une odeur caractéristique dont celle du sous-bois quand il s'agit d'humus forestier formé à partir du feuillage et autre cellulose en décomposition.

Constitution du sol et principaux mécanismes à l'oeuvre pour créer et entretenir l'humus. Documents IRD/L.Corsini.

L'humus est proche du compost mais s'en diffencie par sa composition et son stade de développement. Le compost représente toute matière organique en décomposition. Ce sont les jardiniers notamment qui appellent compost les déchets organiques empilés en attendant qu'ils se décomposent en humus. En revanche, l'humus est une matière naturelle et stable. Elle constitue le produit final de la décomposition et de la transformation de la matière organique. Ses quantités nutritives comprennent des traces de minéraux et une grande proportion de composés carbonés (acides organiques).

L'humus contient notamment deux éléments non organiques assimilables par les plantes : l'azote (N2) et le phosphore (P2). En moyenne, chaque année 3 % de l'azote organique est minéralisé et 60 % du stock d'azote contenu dans l'humus sous forme de nitrates (NO3-) est absorbé par les plantes. Toutefois un excès de nitrates est le signe d'une pollution suite à l'utilisation d'engrais chimiques ou un dysfonctionnement des installations d'assainissement ou industrielles.

Quant au phosphore également consommé par les plantes sous sa forme soluble (P2O5), sa quantité dépend de la nature du sol. Mais sa forme assimilable (ou biodisponibilité) dépend de sa durée de vie qui varie entre 1 et 3 semaines au-delà de laquelle il se lie à d'autres molécules, n'est alors plus soluble et donc plus assimilable.

Comme le compost, l'humus a la particularité d'être une matière spongieuse, aérée et souple. A l'inverse des roches qui sauf exception (ringwoolite) laissent filtrer l'eau jusqu'aux nappes phréatiques, l'humus retient l'eau ainsi que les nutriments (azote, potassium, phosphore, etc...), permettant d'une part de limiter les inondations et d'autre part de restituer les éléments transformés aux plantes en période de sécheresse. Mais ce n'est pas pour autant que vous pouvez noyer vos plantes sous 1 m d'eau où oublier de les arroser !

L'humus joue également un rôle important dans le stockage du carbone et notamment la séquestration du dioxyde de carbone présent dans l'atmosphère, réduisant ainsi la contribution de ce gaz à l'effet de serre responsable du réchauffement du climat.

Les cycles de l'azote (gauche) et du phosphore (droite) présentent une composante qui passe par l'humus à travers lequel les deux minéraux sont assimilés par les plantes. Documents Wikimedia.fr et Wikimedia US adaptés par l'auteur.

Types d'humus

Selon qu'il est transformé par un processus aérobie (en présence d'oxygène) ou anaérobie (en absence d'oxygène), l'humus est classé en différentes formes :

- Humus formé par aérobiose : 

- le mull : est présent dans les forêts et les prairies à forte activité biologique et se présente une couche d'épaisseur variable riche en matière organiques et minérales. Il est de couleur généralement brune et contient une grande proportion de vers de terre (sauf dans les sols calcareux).

- le moder : est présent dans les forêts et les landes à activité biologique modérée. Cela représente la majorité de nos forêts de feuillus riches en feuilles mortes, champignons, racines et autres déchets biologiques. Son épaisseur varie entre quelques millimètres et plusieurs centimètres. L'humus moder à l'odeur des champignons.

- le mor : est présent dans les forêts et les landes à faible activité biologique. Son activité étant ralentie, le sol est acide et peu fertile. Son épaisseur peut atteindre plusieurs dizaines de centimètres et même localement dépasser 1 mètre. C'est le cas typique du podzosol de couleur brun clair et de la terre de bruyère de couleur marron.

- Humus formé par anaérobiose :

- la tourbe : est présente dans des environnements ayant été longtemps inondés en présence de végétaux  aquatiques à croissance rapide (par ex. les sphaignes dans la région des Fagnes, les grands Carex dans les landes, la glycérie près des étangs, etc.). La tourbe renferme une quantité impressionnante de végétaux plus ou moins bien conservés parfois depuis 10000 à 12000 ans (cas des tourbières). Cet humus présente également un grand intérêt scientifique car il contient des pollens permettant de reconstruire le paléo-écosystème du gisement. Selon l'origine des végétaux et leur abondance en minéraux, la tourbe est marron clair (blonde, transformation des sphaignes et généralement jeune), brune (transformation des végétaux et âgée jusqu'à 5000 ans) ou noire (transformation des cyperaceae, âgée jusqu'à 12000 ans). La tourbe peut être neutre ou acide (pH entre 4-5).

- l'ammoor : est un humus contenant un mélange de matière organique humifiée et d'argiles. Il se forme dans des zones humides (par ex. aux abords des rivières et méandres temporairement inondés) ayant été asséchées, favorisant le processus d'humification.

La matière organique libre

Etant vivant et donc en évolution permanente, l’humus se crée et s'entretient grâce à l'action combinée de trois types d'organismes : les animaux, les bactéries et les champignons. Nous verrons plus loin quelques méthodes pour identifier et entretenir l'humus.

Le rôle des vers de terre

Sous des abords modestes, les vers de terre jouent un rôle majeur dans la fertilisation des sols. En effet, spécialisés dans l'entretien de l'humus, ils travaillent plus efficacement que le plus moderne motoculteur. Les vers de terre appartiennent à l'embranchement des annélidés et au sous-ordre des Lumbricina. Ils sont divisés en 13 familles, 700 genres et plus de 7000 espèces ont été décrites en 2015 (cf. "Soils" de Schaetz et Thompson).

Les vers de terre sont hermaphrodites et pondent des oeufs qui éclosent sous forme de petits vers complètement autonomes. Selon les espèces, ils peuvent vivre entre deux et huit ans. Les plus grands vers de terre vivent en Amazonie où ils peuvent dépasser 3 mètres de longueur !

Le ver de terre est l'espèce terrestre la plus importante en terme de biomasse globale. En effet, toutes espèces confondues, ils représentent 60 à 80 % du poids total de tous les animaux terrestres, humains compris !

Comme tous les animaux, les vers de terre sont classés en 3 groupes en fonction de l'endroit où ils évoluent :

- Les vers épigés : ils vivent dans la couche superficielle et horizontale de l'humus (la litière) et ne s'enfoncent jamais dans le sol. Il s'agit des vers rouges ou "vers du fumier" dont l'espèce la plus répandue est Eisenia foetida. Ils sont de petite taille et présentent des anneaux alternativement rose clair et rouge vif. On les utilise pour créer le lombricompost qu'on retrouve dans les jardins. Ces vers se nourrissent

- Les vers endogés : vivent en permanence dans le sol et creusent des galeries horizontales. Ils se nourissent des racines mortes.

- Les vers anéciques : ils voyagent continuellement et verticalement entre la surface et les profondeurs. Il s'agit des vers de terre proprement dits, familièrement appelés lombrics (sous-ordre des Lumbricina) dont voici des planches anatomiques détaillées. On les reconnaît par leur grande taille (10-12 cm pour 100 g) et la présence d'un clitellum, un bourrelet glandulaire plus clair et rouge en période sexuelle situé sur une petite section de l'épiderme, généralement dans la première moitié du corps. Il s'agit d'un organe sexuel secondaire.

Ce sont les lombrics et autres membres de la sous-classe des Oligochaeta qui digèrent la terre brute et fabriquent la matière argilo-humique composée d'un mélange d'argile récupéré en profondeur et de l'humusproduit provenant de la litière située dans la partie supérieure du sol. Les lombrics restent actifs presque toute l'année sachant qu'en Europe septentrionale, même en hiver le sous-sol reste généralement positif à partir d'environ 30 cm de profondeur.

Les vers de terre aèrent le sol en creusant des galeries et en remuant l'humus. Dans les prairies européennes, leur densité atteint 500 vers de terre par mètre cube de terre, ce qui représente jusqu'à 5 millions d'individus par hectare et une biomasse de 1 à 3 tonnes de vers de terre par hectare dans les sites tempérés les plus propices contre seulement 10 vers de terre au mètre cube dans les sols acides comme les forêts d'épiceas.

Les lombrics sont la proie de nombreux prédateurs : oiseaux, taupes, sangliers, renards, grenouilles, crapauds et insectes (par ex. le carabe doré) ainsi que de prédateurs invasifs comme le Platode, un ver plat terrestre de l’embranchement des Platyhelminthes probablement originaire de Nouvelle Zélande et qu'on retrouve dans les départements français proches des côtes et notamment en Bretagne.

A voir : Bioturbation en accéléré - Worms at work

De l'intérêt de préserver les organismes souterrains pour créer de l'humus

A gauche, un lombric reconnaissable à son segment tégumenteux. Au centre, la couche supérieur d'humus forestier couverte de feuilles mortes, de branchages et de souches et sur laquelle se développent des champignons. A droite, un scarabée qui assure patiellement le rôle des vers de terre dans les milieux tropicaux et sub-désertiques (ici au Maroc). Documents Le Labo des savoirs et T.Lombry.

Selon l'espèce, un vers de terre peut ingérer entre 100 et 400 tonnes de matière par hectare par an qu'il rejète transformé sous forme de petits monticules torsadés appelés turricules. Ces rejets présentent une forte concentration en éléments fertilisants comme l'azote, le phosphore, la potasse, le calcium, le magnésium et divers oligo-éléments. On estime qu'en présence de lombics, une parcelle présente un rendement 30 % supérieur à une parcelle sans vers de terre.

Il est donc important de protéger les vers de terre et de ne surtout pas abuser des produits chimiques et notamment des désherbants de type Roundup de Monsanto excessivement délétères pour la plupart des organismes (et candérogène).

Notons que dans les régions tropicale (savane) et les milieux sub-désertiques, l'humus est produit par d'autres organismes que les vers de terre, en particulier par les termites et les coléoptères (famille des Tenebrinidae adaptée aux climats semi-désertiques ou désertiques). Ces derniers comme par exemple le bousier qu'on trouve partout sauf en Antarctique joue en partie le rôle du lombric car en transformant les excréments d'animaux et les matières en décomposition, il élimine les moisissures et maintient la qualité des sols.

Le rôle des micro-organismes

Le sol abrite également une microfaune et une microflore dont on ne soupçonne pas l'utilité et dont la biomasse globale s'élève à plusieurs tonnes pa hectare. Par ordre d'importance de leur population, ils sont représentés par les bactéries, les champignons microbiens et les algues.

Les bactéries aérobies sont les plus nombreuses. Elles décomposent ou minéralisent la matière organique présente dans l'humus afin qu'elle soit assimilable par les plantes sous forme d'éléments plus simples (nitrate, phosphate, potassium, etc.). Les lignines qu'on retrouve dans les plantes vasculaires et donc dans les feuilles, les tiges et la cellulose du bois sont toutefois plus résistantes à l'action microbienne. Notons que vu l'importance du couvert végétal, la lignine et la cellulose représentent plus de 70 % de la biomasse de la Terre, d'où l'intérêt de la valoriser sous forme de combustible notamment.

Ces bactéries représentent entre 10 millions et 1 milliard d'individus par gramme de sol mais étant donné leur faible masse, leur biomasse représentent moins d'une tonne par hectare de terre arable.

Pour vivre et prospérer, ces bactéries ont besoin d'oxygène. C'est la raison pour laquelle un sol trop tassé ou gorgé d'eau ne leur permet plus de trouver suffisamment l'oxygène libre pour assurer leur métabolisme. Et comme la plupart des être vivants, elles ont également besoin d'eau, d'azote, de potassium et d'oligo-éléments.

Les bactéries ne consomment que très lentement les substances organiques contenues dans l'humus, raison pour laquelle on le qualifie de matière organique stable. Chaque année, les bactéries dégradent entre 1 et 2 % d'humus en minéraux et libèrent entre 40 kg et 80 kg d'azote par hectare par an. Cette minéralisation se mesure grâce au coefficient de minéralisation (K2). Nous verrons qu'il est favorisé par la chaleur et l'humidité.

Les champignons microbiens (à ne pas confondre avec les champignons ordinaires vivant au sol) ainsi que certaines bactéries filamenteuses (Streptomyces, Mycobacterium, etc.) représentent 75 % de la biomasse microbienne et jusqu'à 2 tonnes de biomasse par hectare. Ces organismes ont besoin d'oxygène.

Ces champignons microbiens se différencient des bactéries classiques par leur longévité plus longue et la présence d'une partie souterraine appelée le mycélium. Comme on le voit ci-dessous à gauche, cette partie végétative est composée de filaments (hyphes) qu'on reconnaît à leur structure souvent ramifiée et soyeuse et leur couleur blanche dans le sol ou dans les cultures.

Les actinomycètes ou "champignons rayonnants" sont proche des moisissures et représentent vraisemblablement un groupe de bactéries "vraies" (eubactéries) entre les bactéries et les champignons. Les plus étonnants produits de leur métabolisme sont des antibiotiques qui leur permettent de lutter contre les attaques des bactéries (et dont les hommes ont récupéré l'invention, cf. le Pénicillium).

Ces champignons (microbiens et actinomycètes) vivent parfois en symbiose avec les racines des plantes, ce qu'on appelle la mycorhize. Les champignons s'infiltrent au coeur même des racines où les plantes ont l'opportunité d'échanger les sucres de la photosynthèse contre des minéraux et de l’eau que les champignons ont remonté des profondeurs du sol. Cette association bénéfique aux deux parties concerne plus de 95 % des plantes terrestres et est un bioindicateur de la bonne santé des plantes car elle leur garantit un apport nutritif et les aide à mieux résister aux stress hydrique et acide ainsi qu'aux attaques des agents pathogènes.

Enfin, ces champignons sont extrêmement précieux car ce sont les seuls capables de transformer la lignine du bois en humus.

A gauche, le mycelium aggressif du champignon Psilocybe cyanescens (hallucinogène). Au centre, une colonie d'actinomycètes. A droite, une amibe arcella. Documents Mike Potts, HKI et anonyme (DR).

Le sol contient également une part importante de protozoaires dont les amibes qui représentent une biomasse de 100 à 300 kg/ha. Ces protozoaires consomment des bactéries et décomposent également la matière organique.

Enfin, le sol abrite également des algues mais elles ne peuvent vivre que dans des milieux humides et en surface car elles ont besoin de lumière pour assurer la photosynthèse. Leur densité est relativement faible avec des concentrations maximales d'environ 100000 individus par gramme de sol. Elles vivent souvent en symbiose avec des algues bleues avec lesquelles elles assurent la fixation de l'azote. Ces algues représentent aussi une source d'énergie pour les autres micro-organismes.

Comme les vers de terre, il est donc important de favoriser un développement contrôlé des micro-organismes en aérant le sol ce qui va améliorer sa qualité.

Entretien des sols

L'humus est un milieu riche en matière organique mais fragile qui demande assez bien de temps pour se constituer et qui une fois disparu risque de ne plus pouvoir être recréé. Il est très sensible aux actions mécaniques (érosion, lessivage des sols, labour) et aux agents chimiques (biocides, pesticides et engrais) qui peuvent le dégrader voire le détruire en quelques semaines. Ainsi, rien que le fait de labourer un champ, c'est-à-dire d'enfouir l'humus, accélère la minéralisation de la matière organique et induit une perte de sol variant entre 10 tonnes par an dans les régions tempérées à plusieurs centaines de tonnes en région tropicale. Le fait de défricher une zone boisée va également accélérer la perte de sol lors des précipitations avec des effets catastrophiques sur l'environnement comme on peut par exemple l'observer sur les collines (lavakas) des hauts-plateaux de Madagascar ou dans de nombreuses îles du Pacifique où les terres arables des forêts de montagne en partie défrichées s'écoulent jusqu'à la mer où elles asphyxient le corail.

Si nous voulons protéger l'environnement et conserver nos terres fertiles, on comprendra qu'il est très important de préserver la couche d'humus. Pour préserver les propriétés du sol, sachant que cet écosystème est vivant, qu'il respire et suit un cycle de vie à travers tous les organismes et processus qui s'y développent, il faut suivre son évolution. Pour cela, on peut surveiller plusieurs facteurs : 

- La manière dont les déchets sont recyclés

- L'évolution de la croissance des plantes

- Comment le sol stocke les nutriments et purifie l'eau.

Pour déterminer ces facteurs, il faut évaluer plusieurs paramètres dont la texture du sol (sa granulosité et sa proportion en argile, limon et sable), son taux d'acidité ou pH, sa structure (compacte, aérée), la présence ou non de calcaire ainsi que calculer ses coefficients isohumique (K1, quantité d'humus stable) et de minéralisation (K2).

Profil pédologique d'un sol pauvre présentant une couche d'humus d'à peine 5 cm d'épaisseur.

Bioindicateurs

Différentes plantes et arbres fruitiers sont des bioindicateurs de l'acidité ou de l'alcalinité des sols dont voici une courte liste :

- Sol acide (4 < pH <6) : arachide, caféier, châtaignier, chêne, conifère, échalote, endive, fougère, mousse, framboisier, lin, mûrier, myrtiller, patate douce, pomme de terre, rhubarbe

- Sol neutre (6 < pH < 7) : abricotier, céréales, cerisier, citrouille, fraisier, groseiller, haricotier, moutardier, pêcher, poirier, persil, pommier, vigne, sarrasin, soja, tomate

- Sol basique (7 < pH < 7.5) : asperge, betterave, brocoli, carotte, céléri, choux, concombre, courgette, épinard, laitue, oignon, poireau, trèfle.

Pour connaître rapidement l'état du sol, il existe des plantes dites "bioindicatrices" qui ne germent que lorsque les conditions physico-chimiques sont réunies (géologie, climat, hydrologie, etc.). Parmi ces plantes et fleurs citons la Renoncule rampante (sol saturé d'eau), le Grand Plantain (sol tassé peu oxygéné), la Spergule des champs (sol pauvre en argile et matière organique) et le Rumex à feuilles obtuses (sol asphyxié par un excès de matière organique ou pollué aux nitrites).

Pour les jardiniers amateurs (cf. l'ouvrage de Rosemary Morrow sur la permaculture), notons que le développement de la couche d'humus est notamment favorisé par le paillage nutritif du sol et éventuellement par l'apport de compost. Mais cette action ne peut pas réussir si on ne connaît pas la nature du sol et notamment son degré d'acidité.

On peut corriger un sol trop acide en ajoutant de la matière organique (paillis, compost), des engrais verts (Lupin jaune, Mélilot, Serradelle, Sarrasin ou Millet) et pour une action en profondeur on peut ajouter de la cendre de bois, de la marne, de la craie ou du calcaire ou encore de la dolomie si le sol manque de magnésium.

Pour corriger un sol trop alcalin on peut ajouter de la matière organique (paillis, compost), des engrais verts (Moutarde, Luzerne, Phacélie, Ray-grass, Consoude, Bardane, Bouillon blanc) et pour agir en profondeur on peut ajouter du soufre en fleur ou réaliser un paillage à base de copeaux de bois de résineux.

Qualité de l'humus

Il est également très utile de connaître la qualité de l'humus, caractérisée par son coefficient isohumique (K1) qui qualifie la quantité d'humus stable dans 1 kg de matière sèche apportée au sol. Plus la valeur est élevée plus l'humus est transformé et stable. Voici quelques valeurs classiques du coefficient isohumique :

- Fumier : 0.4 < K1 < 0.5

- Résidus de plantes annuelles : K1 = 0.2

- Pailles : 0.1 < K1 < 0.15.

On en déduit qu'une benne de 10 tonnes de fumier à 20 % de matière sèche donne environ 1 tonne d'humus par hectare.

Ainsi que nous l'avons expliqué, le second paramètre utile est le coefficient de minéralisation (K2) qui mesure la quantité d’humus transformée en matière minérale. Il s'obtient simplement par l'analyse de la terre dans un laboratoire spécialisé en tenant compte les teneurs en argile, en calcaire total et du pH de l'eau.

Connaissant ces valeurs, il faut ensuite agir en fonction du type de destination du sol et notamment des plantations. Ainsi, la minéralisation est favorisée par l'apport d'eau, ce qui explique la forte croissance des plantes au printemps du fait que l'augmentation de la température favorise la minéralisation de l'azote. Les bactéries préfèrent également des conditions plus chaudes, humides, des sols basiques ou peu calcareux.

On estime que dans une prairie (pâture) en exploitation, il se perd chaque année entre 800 et 1400 kg d'humus par hectare. En revanche, contrairement aux pratiques passées, dans plus en plus de pays les autorités en charge de l'exploitation forestière ont tendance à laisser le sol en l'état afin que la nature retrouve un équilibre plus naturel, plus favorable au développement d'une faune et d'une flore sauvages. 

En guise de conclusion

Voilà en quelques mots la nature et les caractéristiques de la terre que nous foulons et sans laquelle notre planète serait tout simplement stérile. Ainsi qu'on le constate, l'humus est loin d'être un milieu anodin et sans vie. C'est un véritable monde en soi fait d'interactions et dans lequel des organismes vivent en symbiose les uns avec les autres. Pour toutes ces raisons, il faut assurer sa pérennité à travers un développmement durable et une alimentation équilibrée du tapis végétal en évitant autant que possible de recourir aux engrais chimiques. La Nature vous le rendra bien.

Pour plus d'informations

Généralités

Vermicomposte

Techniques et processus de compostage, FAO

Vidéo sur YouTube

Bioturbation en accéléré

Worms at work

Livres

Le sol. Une merveille sous nos pieds, Christian Feller et al., Belin/Pour la Science, 2016

Manuel d'apprentissage pas à pas de la permaculture, Rosemary Morrow, Ed. Imagine un colibri, 2015

Le sol vivant. Bases de pédologie, Jean-Michel Gobat et al., PPUR, 2010

Soils: Genesis and Geomorphology Randall Schaetz et Michael Thompson, Cambridge University Press, 2015.

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