Les sols forestiers, contrairement à beaucoup de sols agricoles cultivés, ont une structure pratiquement intacte et naturelle, car ils ne sont ni labourés ni fertilisés. Leurs caractéristiques permettent d’une part de reconstituer les processus passés de formation du sol, et livrent d’autre part d’importantes indications sur les propriétés et les fonctions de ces sols. Cela permet de caractériser et d’interpréter le sol sur lequel se déroulent les travaux forestiers (fig. 1).

Formation des sols forestiers

Le processus menant à un sol forestier est très long (fig. 2). La plupart des sols forestiers du Plateau suisse se développent depuis quelque 10 à 12000 ans, c’est-à-dire depuis la fin de la dernière glaciation. Après le retrait des glaciers, des processus physiques, chimiques et biologiques ont agi sur les rochers, les moraines et les alluvions fluviaux. Ils ont morcelé les roches et partiellement dissous et transformé les particules minérales. Les premières plantes ont alors pu s’établir. Ces processus sont toujours en cours aujourd’hui. Sous l’effet de l’eau de pluie légèrement acide par nature et des acides sécrétés par les racines, la roche-mère continue de s’altérer et les minéraux de se dissoudre. À partir des produits dissous se forment de nouveaux minéraux tels que les argiles ainsi que les oxydes de fer et d’aluminium. Selon la disponibilité en eau et la perméabilité du substrat, ces substances sont entraînées en profondeur dans le sol. Dès que la végétation se développe sur un sol encore très jeune, du matériel végétal mort s’y dépose et se décompose sous l’effet de processus biologiques. La décomposition reste incomplète pour une partie de ce matériel, qui devient de l’humus et se développe principalement dans la partie supérieure du sol (humification; voir Le sol forestier vit – diversité et fonctions des organismes vivants du sol).

Facteurs de formation des sols

Pendant leur formation (pédogenèse), les sols évoluent de façons très diverses, en fonction de l’influence des divers facteurs en jeu. On distingue généralement cinq facteurs déterminant cette évolution (tab.1).

Tab. 1 – Facteurs de formation du sol.

Géologie:Roche-mère (p.ex. calcaires, granits, gneiss, roches mixtes)
Climat:Précipitations (humide, sec), température (froid, chaud)
Relief:Exposition (nord, sud), pente, configuration du terrain (plaine, versant, butte, cuvette)
Organismes:Plantes, animaux, activités humaines
Temps:Durée de la formation du sol (p.ex. de la fin de la dernière glaciation à nos jours, ou à partir d’un phénomène d’érosion ou de dépôts d’alluvions)

Processus de formation du sol

Les sols se forment la plupart du temps très lentement et sur plusieurs millénaires. Leur formation n’est jamais vraiment terminée, car elle est constamment soumise à divers processus (tab. 2).

Tab. 2 – Principaux processus de formation des sols.

Formation d’humus:Décomposition de matériel organique mort et transformation en humus avec le concours de la pédofaune
Altération:Désintégration physique de la roche-mère en particules plus petites (particules minérales, sable, limon, argile et minéraux) et dissolution chimique des parties solides
Néoformation de minéraux:Reconstitution de minéraux à partir des produits de l’altération des minéraux
Formation de structures:Regroupement de particules du sol par agrégation (p.ex. formation d’agrégats dans le système digestif des vers de terre) et par gonflements et retraits du matériel argileux; cela fait apparaître des systèmes interconnectés de pores de différentes dimensions
Migration:Migration de minéraux argileux, d’humus ou de fer de la partie supérieure du sol vers les couches plus profondes

Les facteurs et processus de formation du sol agissant sur une station forestière donnée résultent en un sol typique pour la station, présentant diverses couches superposées (horizons) et possédant des caractéristiques et propriétés spécifiques.

Caractéristiques et propriétés du sol

Le sol fait penser à un livre où l’on peut puiser quantité d’informations. Lorsqu’on «lit» ce livre, en procédant à l’appréciation du sol, on détermine ses caractéristiques en observant le profil pédologique vertical, que l’on obtient en creusant une fosse pédologique. Ces caractéristiques permettent de connaître les processus de la formation du sol et donnent des indications sur ses propriétés (tab. 3), p.ex. le régime hydrique ou la circulation de l’air et des éléments nutritifs.

Tab. 3 – Propriétés du sol pertinentes pour l’analyse de la station.

Couleur du sol:Caractérisation des couleurs de la terre fine à l’aide d’un nuancier; permet d’identifier et de délimiter les horizons, d’estimer la teneur en humus et de repérer l’hydromorphie (signes de saturation en eau)
Texture du sol:Appréciation de la texture de la terre fine minérale (<2 mm) par le toucher (sable 2,0-0,05 mm, limon (silt) 0,05–0,002 mm, argile <0,002 mm)
Structure:Appréciation visuelle: structure particulaire (non cohérente, particules du sol juxtaposée, sans liens, p.ex. grains de sable), structure cohérente (masse liée, compacte), structure grumeleuse, agrégée (structuré, agrégation lâche ou stable de particules du sol, p.ex. grumeaux)
Pierrosité:Appréciation visuelle: part de volume et répartition des classes de grosseur des pierres (particules >2 mm)
Densité du sol:Détermination de la résistance à la pénétration d’un couteau dans la paroi du profil; plus le sol est dense, plus la résistance est forte
Signes d’hydromorphie:Appréciation visuelle des caractéristiques d’engorgement du sol: concrétions (nodules) de manganèse (points noirs), taches de rouille, marbrures (coloration rouge pâle), couleurs de réduction (gris ou bleu; fig. 3)
Porosité:Appréciation visuelle de la porosité (aération du sol): nombre de pores et de cavités
Acidité:Détermination du pH à l’aide d’un réactif et d’une échelle de référence (pH-Hellige); détermination de la teneur en calcaire de la terre fine et de la roche en testant la réaction effervescente avec de l’acide chlorhydrique dilué (10%)
Enracinement:Appréciation visuelle du nombre de racines séparément pour trois classes de diamètres: racines fines <2 mm, racines moyennes 2–5 mm, racines grossières >5 mm

L’ABC du sol – classement en horizons

De nombreux sols présentent des couches successives. Les caractéristiques pédologiques de ces strates varient plus ou moins fortement de l’une à l’autre. Dans la classification des sols, sur la base d’une combinaison de caractéristiques spécifiques, de telles zones sont classifiées en horizons pédogénétiques. Le classement des horizons du sol se fait séparément pour la couche organique d’accumulation et pour la terre minérale. (Fig. 4).

Les horizons de ces deux entités sont déterminés par une combinaison de caractéristiques et désignés par une lettre: L, F, H sont des horizons organiques alors que A, B, C sont des horizons de terre minérale. D’autres horizons minéraux peuvent être présents en fonction des conditions stationnelles (géologie, climat, relief, organismes, état d’avancement de la pédogénèse) (tab. 4).

Tab. 4 – Bref descriptif des principaux horizons minéraux du sol.

AHorizon supérieur du sol minéral, mélangé avec de l’humus, riche en éléments nutritifs.
Ah: Sol supérieur à forte teneur en humus et à structure grumeleuse
Aa: Formé sous l’influence de l’eau en surface, généralement sans structure reconnaissable, parfois avec signes de saturation, de type anmoor
EHorizon éluvial (horizon d’éluviation): horizon clair, pâle sous l’effet du lessivage, migration du fer et de substances organiques (podzolisation).
El: Horizon de lessivage résultant de la migration de l’argile (lessivage), appauvri en argile, au-dessus d’un horizon enrichi en argile (Bt). Généralement plus clair que l’horizon Bt
BHorizon minéral d’altération (sol inférieur), brun à brun rougeâtre. Modification de la coloration et de la teneur en éléments comparativement à la roche-mère, par altération et/ou néoformation des argiles.
Bt: Sol inférieur enrichi en argile par accumulation: cette argile provient de l’horizon El (au-dessus) et contient 3-5% d’argile de plus que El.
Bh: Sol inférieur enrichi en matière humique par migration: ces éléments humiques proviennent de l’horizon E (au-dessus).
Bs: Sol inférieur enrichi en oxydes de fer ou sesquioxydes par migration: ces oxydes proviennent de l’horizon E (au-dessus).
SHorizon d’eau stagnante: horizon à perméabilité réduite, influencé périodiquement par de l’eau rémanente.
Sw: Zone de stagnation temporaire, perméabilité meilleure que l’horizon Sd au-dessous
Sd: Horizon imperméable provoquant l’accumulation d’eau
GHorizon influencé par les eaux de fond ou de pente.
Go: Formé en présence d’oxygène (conditions oxydantes). Taches de rouille dans la zone d’oscillation de la nappe phréatique ou de pente.
Gr: Formé en l’absence d’oxygène (conditions réductrices). Horizon presque constamment saturé en eau (coloration gris bleu).
CRoche-mère (roche meuble), souvent début d’altération, encore peu influencée par la formation du so
RRoche, substrat rocheux: roche-mère non altérée

La succession des horizons du sol (A, B, C, etc.) permet de déterminer le type de sol. Dans la suite, les profils pédologiques des types de sols fréquents dans la forêt suisse (fig. 5).

Fig. 5a) Régosol: A-C, b) rendzine: A-C, c) sol brun: A-B-C, d) sol brun lessivé: A-ElB-Bt-C, e) podzol: A-E-Bh-Bs-B-C, f) pseudogley: A-Sw-Sd, g) stagnogley: A-ES, h) gley: A-Go-Gr. Photos: Marco Walser

Comme le type de sol, la forme d’humus est le miroir des facteurs pédogénétiques agissant sur une station forestière, et dépend donc aussi du peuplement et de sa gestion. Dans les forêts suisses, sur des sols à perméabilité normale, les formes d’humus typiques sont le mull, le moder ou l’humus brut (mor). Sur les stations qui présentent de longues périodes de saturation par l’eau et des conditions souvent anaérobiques jusqu’en surface, on trouve les formes d’humus fortement hydromorphes que sont l’anmoor et la tourbe (anaérobique: approvisionnement insuffisant en oxygène). Les formes d’humus comprennent le sol supérieur et la couche d’accumulation organique (litière) (fig. 6).

La clé des formes d’humus (fig. 7) permet de déterminer schématiquement et rapidement la forme d’humus des sols forestiers.

Développement et répartition des sols forestiers

En raison des nombreuses formes de reliefs et de formations géologiques en Suisse, des types de sols forestiers très divers s’y sont développés sur des espaces restreints. En fonction des combinaisons des facteurs en jeu, la formation des sols débouche soit sur un sol brut (A-C), un sol développé (A-B-C) ou un sol influencé par l’eau (A-G, A-S) (fig. 8).

Les sols bruts se sont à peine développés et sont nommés différemment en fonction de la roche-mère. Le sol brut est appelé ranker lorsque la roche ne contient pas de calcaire, régosol sur des roches mixtes et rendzine sur des roches calcaires. Les sols bruts (Fig. 9, gris) se trouvent en Suisse principalement dans les Alpes et dans le Jura, les sols humides (bleu clair, bleu foncé) sur le versant nord des Alpes et dans les dépressions du Plateau. Les podsols (rouges) se forment surtout dans les Alpes.

Fonctions des sols forestiers

Les principaux critères utilisés pour apprécier un sol forestier sont le bilan hydrique et minéral, la fonction de filtre et de tampon, ainsi que la fonction d’espace vital pour les organismes vivants (voir aussi Le sol forestier vit – diversité et fonctions des organismes vivants du sol). Le sol est une ressource existentielle pour la vie sur Terre et non-renouvelable à l’échelle humaine (OFEV 2017). Nos sols forestiers sont pourtant soumis à des nuisances très diverses qui mettent leur fonctionnement naturel en danger – du compactage aux charges en métaux lourds (voir Notice pour le praticien «Protection physique des sols en forêt – Protection des sols lors de l’utilisation d’engins forestiers») , en passant par l’acidification par des apports trop élevés en azote.

Une description plus détaillée des différents horizons de sol, des types de sol, des formes d'humus et des fonctions des sols forestiers ainsi que d'autres références bibliographiques se trouvent dans l'article original (PDF).

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