Petits êtres, grands effets sur le développement des sols tropicaux
Auteur: Tobias Sprafke
Quiconque s'intéresse aux sols et possède quelques notions de base pensera probablement aux sols rouges profonds lorsque l’on parle des tropiques. La couleur attrayante de ces sols est due à l'enrichissement relatif en hématite (oxyde de fer) finement dispersée résultant d'une intense altération ; la classification des sols aux États-Unis utilise pour ces sols le terme évocateur d'Oxisol. Tout aussi logique semble être le terme Ferralsol de la classification internationale (WRB), en raison des teneurs relativement élevées en fer (lat.: ferrum) et en aluminium (Al) dans ces sols.
A gauche: Terre rouge avec une couche de pierres à Minas Gerais (Brésil) | A droite: Plateau avec croûtes latéritiques (São Paulo, Brésil)
Source: Tobias Sprafke
Peut-être que les croûtes de fer (croûtes latéritiques) vous viennent également à l'esprit, qui dominent particulièrement le paysage des sols dans les tropiques pendant la saison sèche. Le terme traditionnel 'latérite' englobe les zones riches en fer des profils d'altération tropicaux, qui peuvent être découpées lorsqu'elles sont humides, mais qui durcissent de manière irréversible au contact de l'air, rendant ainsi le matériau utilisable pour en faire des briques (lat.: later).
Bien sûr, il existe une grande variété de sols dans les tropiques, allant des sols jeunes aux anciens, des sols saturés en eau aux sols secs, mais le sol typique des paysages anciens bien drainés est la terre rouge tropicale, également appelée Latosol (rouge). Dans les zones tropicales humides autour de l'équateur, ce sont toutefois les sols jaunes qui dominent, car ici, c'est la goethite (hydroxyde de fer), un pigment un peu plus 'humide' que l'hématite, qui donne la couleur. On sait que les sols rouges et jaunes profonds se forment par des processus d'altération intensive sur des millions d'années, mais il existe des apparentes bizarreries qui, depuis des décennies, suscitent des débats dans la communauté scientifique, voire des conflits, sur leurs processus et leurs vitesses de formation.
A gauche: Échantillon d'une croûte latéritique au sud du Cameroun avec des zones dominées par la goethite (jaune à brun) et l'hématite (rouge à violet) | A droite: Champs de soja à perte de vue à Paraná, sud-est du Brésil.
Source: Tobias Sprafke
Laissons la classification de côté et appelons ce matériau de sol rouge à jaune simplement « TYRE » (tropical yellow to red earth). Il s'agit de la peau souvent finement structurée et riche en vie des paysages tropicaux, souvent appelée biomanteau. Avec beaucoup d'engrais, notamment de la chaux et, le cas échéant, de l'irrigation, on peut obtenir des rendements élevés sur ces sols naturellement acides et pauvres en nutriments, mais souvent bien structurés, parfois même plusieurs fois par an. Le soja, la canne à sucre et l'huile de palme sont des carburants bon marché pour les humains, les animaux et les machines. C'est principalement pour cette raison qu'actuellement, l'équivalent de dix terrains de football de forêt tropicale est détruit chaque minute.
Comment se fait-il alors que dans ces sols, naturellement très vivants et intensément remués, on observe souvent des horizons discrets, parfois même des couches de charbon datées du Pléistocène tardif ? Les isotopes du carbone le long de profils en profondeur, souvent associés à des variations de phytolithes, fournissent des indices sur les changements écosystémiques du Quaternaire récent, comme si le TYRE était une archive sédimentaire. Des couches contenant des outils en pierre suggèrent la présence de matériaux de sol stratifiés. Enfin, les couches de pierres à la base de TYRE, en transition vers des croûtes de latérite et des roches décomposées, ressemblent souvent comme un dépôt grossier qui semble déplacé par l'eau courante.
Les phénomènes décrits ne sont pas rares et ont conduit à l'absence d'une théorie cohérente sur le développement des TYRE. Les perspectives géologiques, géomorphologiques, écologiques et archéologiques semblent trop controversées, ce qui désespèrent parfois les pédologues. En Europe centrale, nous sommes conscients de l’influence profonde des changements climatiques quaternaires sur les sols. Mais les matériaux de base stratifiés, les dépôts de poussière et les colluvions sont-ils également largement répandus dans les tropiques ?
Étude d’un Ferralsol jaune au sud du Cameroun (à gauche) et d’un Ferralsol rouge dans le sud-est du Brésil (à droite)
Source: Tobias Sprafke
Une méthode précieuse pour déterminer l’âge des couches sédimentaires est la datation par luminescence. Au fil du temps, le quartz et d’autres minéraux accumulent un signal de luminescence sous l’influence des radiations environnementales, lequel peut être mesuré en laboratoire sombre. En connaissant la radiation environnementale qui affecte les minéraux mesurés et en déterminant leur signal de luminescence, il est possible de dater le moment où ces minéraux ont été enfouis. En effet, la lumière réinitialise cette horloge interne des minéraux à zéro.
La datation par luminescence des sols tropicaux semblait longtemps dépourvue de sens, car comment les minéraux dans le sous-sol de produits d’altération locaux auraient-ils pu recevoir de la lumière solaire ? Cependant, depuis au moins deux décennies, des études ont montré que des âges méthodologiquement valables peuvent être déterminés dans un TYRE. Ces datations se situent généralement dans les 100 000 dernières années et sont presque unanimement considérées comme une preuve que les tropiques ont également subi des changements géomorphologiques profonds sur cette échelle de temps.
La théorie du lœss tropical soutient qu’un TYRE est composé de produits d'altération régionaux éoliens issus de la période glaciaire. Un échantillon de test en luminescence prélevé à 1,5 m de profondeur dans un TYRE près de São Paulo a révélé en 2015 un âge correspondant au maximum glaciaire dernier, ce qui, en tant que chercheur en lœss, me semblait être une preuve convaincante d'un dépôt éolien. Au Département de géographie à Berne, j'ai approfondi mes recherches jusqu'à ce que je réalise que j'étais complètement dans l'erreur. Il m'a fallu plusieurs années pour réviser ma vision du monde, compléter la grande quantité de datations par luminescence avec une étude systématique de la littérature sur les taux d’altération et de bioturbation, et finaliser et publier le manuscrit résultant du travail effectué.
Transferts de matériaux dans le développement de TYRE: BR : roche mère (bedrock), SA : roche altérée (saprolite), LF : croûte ferrugineuse (laterite / ferricrete ), SL : couche de pierres (stoneline). a : transport autochtone par les termites et les fourmis, b : bioturbation diffuse par divers organismes, c : fluage du sol (creep), d : érosion (denudation), e : transport éolien (eolian transport).
Source: Tobias Sprafke et al. (2024)
Le modèle désormais publié sur le développement des TYRE n'est pas une invention révolutionnaire, mais il semble unir et affiner des théories et explications divergentes. La solution à la stratification apparente dans un produit d'altération fortement marqué par la bioturbation réside dans un type particulier d'activité biomécanique, qui n'est pas chaotique, mais plutôt bien ordonnée et stratifiée. Les termites et les fourmis apportent continuellement des matériaux fins à la surface pour construire leurs nids ou comme débris, qui sont localement déplacés et constamment recouverts de nouveaux matériaux. Les datations par luminescence dans différentes régions montrent qu'en moyenne, environ 10 cm de TYRE se forment en mille ans – des taux similaires sont produits par les termites et les fourmis par leur activité de construction. Pour mettre cela en perspective : c'est environ dix fois plus rapide que l'altération profonde tropicale.
Dans le manuscrit, vous trouverez une présentation détaillée du modèle, de la base de données et des nombreuses implications, qui ne seront pas approfondies ici. Ce qui me réjouit dans cette étude, c'est que j'ai pu réfuter moi-même ma fausse hypothèse initiale de manière approfondie, et ce, exactement avec la méthode que je trouvais pertinente pour confirmer la théorie éolienne.
Notre article récemment publié souligne plutôt le grand travail des innombrables micro-organismes dans la création et la transformation de TYRE. Ce travail peut constituer un élément clé pour une compréhension approfondie du développement des paysages de sols tropicaux, ainsi qu'une motivation pour leur utilisation ciblée et durable. Peut-être qu'après avoir lu cet article, vous verrez également dans nos régions les tempêtes de vent, les fourmilières, les amas de vers de terre et les changements de substrat comme autant d‘indices de l’influence biomécanique sur nos sols , rôle encore souvent sous-estimé…?
Tobias Sprafke
Haute école spécialisée bernoise
Haute école des sciences agronomiques, forestières et alimentaires HAFL
tobias.sprafke@bfh.ch
