Complexe organo-minéraux

Pour les articles homonymes, voir CAH.

Le tube digestif du vers de terre est muni d'un organe spécial liant entre elles les micelles de matière organique aux micelles argiles

Le complexe argilo-humique (CAH), aussi appelé "complexe adsorbant", est l'ensemble des forces qui retiennent les cations échangeables (Ca++, Mg++, K+, Na+...) sur la surface des constituants minéraux et organiques des sols (le mélange de minéraux argileux et d'humus constituant le "complexe argilo-humique" à proprement parler). Ces cations peuvent s'échanger avec la solution du sol et les plantes et constituent le réservoir de fertilité chimique du sol, c'est ce qu'on appelle la capacité d'échange cationique.

D'un point de vue chimique, argile et humus ne devraient normalement pas se lier entre eux car les micelles d'humus et d'argiles sont toutes deux électronégatives, et se repoussent donc naturellement. Pourtant certaines communautés d'organismes vivant du sol sont capables de produire de tels complexes en liant les argiles et les humus.

On trouve ces complexes dans les agrégats constitutifs du sol où ils jouent un rôle écologique et agronomique majeur. Ils sont essentiellement d'origine biogénique (créés par le vivant) expliquent la stabilité (résistance à la pluie par exemple) et la productivité exceptionnelle des sols riches en humus et en matière organique. Ils protègent très efficacement les sols qui en contiennent de la battance des pluies ou l'excès d'humidité.

Modalités de complexation

On connait trois principaux processus de complexation de l'argile et de l'humus :

1. Via des ponts calciques. Ce sont les complexes les plus solides qu'on observe dans les sols calcaires, l'humus en vient à n'être pratiquement plus disponible par minéralisation et les agrégats du sol sont particulièrement résistants à la dispersion par les précipitations.
2. via des ponts constitués d'hydroxydes de fer et d'alumine. Ce mode de fixation est surtout celui que l'on observe dans les sols bruns. Ce mode de fixation est moins stable que celui assuré par les ponts calciques.
3. via des ponts aluminium positionnés aux points de rupture des feuillets d'argile.

Ce type de pontage fait aussi intervenir un échange d'ions OH-.

En effet, tous les éléments métalliques se combinent facilement avec la matière organique (MO) pour former des complexes organo-métalliques. Leur présence et leur activité dépendent de la nature chimique (géochimie) des constituants géologiques. En dehors du fer, les métaux les plus abondants dans le sol sont l’aluminium et le manganèse. Leurs combinaisons avec la MO sont moins intéressantes que celles à base de fer car, d’un côté, la liaison avec l’aluminium est très forte et provoque un blocage de la MO et, de l’autre côté, celle avec le manganèse est trop instable et sensible au lessivage. Les métaux sont d’autant plus mobiles que le milieu est acide et leur surabondance entraîne des problèmes de toxicité pour l’activité microbienne et pour la croissance des plantes^[1].

Qualités

Le complexe argilo-humique a la propriété d'être fortement adsorbant, ce qui lui permet de fixer de nombreux minéraux ; cette liaison « argile + éléments minéraux + humus» s'appelle la « complexolyse ». C'est un des nombreux phénomènes qui participent à la pédogenèse. La profondeur et l'importance de ce phénomène varient selon le climat, le pH du sol et la qualité des argiles et des humus en présence.

Les propriétés adsorbantes de ces complexes sont agronomiquement intéressantes et même vitales, car seuls ces complexes sont capables de fixer dans le sol des cations qui sont des nutriments pour les plantes, qui seraient sans cela mobiles dans le sol, voire dans l'air ou la pluie : Mg²⁺, Ca²⁺, K⁺, protons H⁺ qui peuvent alors attirer des anions ou groupements anioniques : phosphate PO4^3-.

Si le groupement ionique est composé d'ions calcium (Ca²⁺), il prendra le nom de pont calcique.

Cette même propriété a une grande valeur du point de vue écotoxicologique ; ces complexes peuvent en effet fixer, c'est à dire provisoirement "inerter" des cations toxiques (métaux lourds, autres métaux toxiques ou radionucléides...), qui ne sont alors plus solubles dans l'eau ou dans l'air et qui sont de la sorte moins biodisponibles pour la flore.

Le complexe argilo-humique est mieux hydraté que ne pourraient l'être les micelles d'argile ou humiques, au bénéfice de la faune et microflore du sol qui produisent ce complexe (et au bénéfice de l'agriculture).

Une hydratation minimale est d'ailleurs nécessaire à la stabilité de ce complexe (la désertification s'accompagne de la destruction de ces complexes).

Argile (fraction minérale) charge

<—

ions minéraux (échange permanent d'ions) charge

—>

Humus (fraction organique) charge

Activité biologique

L'accrochage des argiles (charge négative) avec l'humus (charge négative) se fait par des ions +. Cependant, cette liaison est électrique et instable, notamment en présence d'eau. Un CAH qui n'aurait que les liaisons électriques des ions + pour tenir, ne tiendrait pas longtemps. C'est un CAH instable.

L'activité biologique vient enrober les éléments "argile + humus + ions" dans une colle humique que l'on appelle glomaline conduisant ainsi à stabiliser le complexe en le rendant résistant à la dégradation par l'eau. Cette liaison du CAH est principalement réalisée dans le tube digestif des vers de terre mais aussi (probablement) par d'autres individus. Ici, les champignons jouent un rôle important : ils sont des producteurs de glomalines. D'où la grande importance d'un apport de bois raméal fragmenté (BRF) pour favoriser la production de colles humiques et stabiliser les agrégats, d'où aggradation.

Les sols permettant la création de CAH doivent donc être couverts avec des matières organiques fraîches à dégradation lente et rapide, vivants, alimentés en ions +, disposer de l'argile de bonne qualité, ne pas être en excès d'eau (asphyxie).

Ces sols n'existent pas en agriculture ou jardinage. Généralement il manque toujours quelque chose ou tout. La meilleure voie consiste à influer sur les paramètre variables. On peut jouer sur les intrants suivants : apport de matière organique, de marne (argile + calcium), d'ions +, le drainage, l'arrosage, la protection des habitats.

Dans tous les cas, il apparaît que le rôle de l'activité biologique est majeur. Pour construire des CAH dans un sol, il faudrait procéder ainsi, dans l'ordre :

1. préserver les habitats,
2. restituer des résidus organiques frais,
3. éliminer les excès d'eau (drainage),
4. apporter des ions + et éventuellement des argiles (marnage).

Voir aussi

• Chéluviation
• Illuviation
• pH
• Chaulage

Notes et références

Lien externe

• Les mécanismes d'échanges du complexe argilo humique
• "Guide des analyses en pédologie" par Denis Baize

• Portail de la chimie
• Portail de la biochimie
• Portail de l’agriculture et l’agronomie
• Portail des minéraux et roches