Evolution et effets sur la structuration du sol de la matière organique apportée en grande quantité

The RECONSTITUTED ANTHROPIC SOILS are defined as strongly modified by the human activities, and built from natural or transformed materials. The spatial and temporal variability of their physical properties is important, and they are characterized by the incorporation of great organic matter quantities. The organic matter decomposition and its influence on structuration and hydraulic properties were studied. Three organic products (green wastes compost, sewage sludge and woodchips compost, and sphagnum peat) were mixed by 20 or 40% (by volume) with a sandy loam, let in a 600L boxe under natural conditions during two years. Samples were taken 5, 12 and 24 months after the beginning of the experiment and the decomposition of the organic matter was measured (C rates, physical fragmentation, biochemical composition and mineralization potential), the mixtures structuration (bulk density, pore space and structural stability) and their hydraulic properties (retention curve and saturated hydraulic conductivity). The results show decreases in the organic matter quantities, with important modifications of the biochemical composition characterized by increases in solubles rates, and a decrease of the lignin in the coarse organic matter fractions. For the composts / sandy loam mixtures mineralization potential of the added organic matter decreases. For the peat / loam mixtures, mineralization potential increases, and the results show a decrease of the peat organic matter stability. A model describing the evolution of the organic matter quantities was proposed and its parameters were fitted under controlled and natural conditions. As the organic matter decays, important effects were measured on the compost / loam mixtures structuration, with an increase of the structural stability and a pore space reorganization. The creation of a macroporosity is as much important as it is made from elongated and winding pores, that are involved in the hydodynamic behaviour. The mixture structuration mecanism of the compost / loam mixtures backes up with the water retention and the saturated hydraulic conductivity improvement. The image analysis results are coherent with the van Genuchten model, fitted on the retention curves. On the contrary any effect of the sphagnum peat was measured on the mixture structuration. If immediate effects of the organic matter incorporation were similar, composts involved a structuration mechanism in 24 months, while the sphagnum peat had no effet. The most interesting results for structuration were obtained for the 40% composts doses.Les ANTHROPOSOLS RECONSTITUÉS sont définis comme des sols fortement modifiés par l'activité humaine, et fabriqués à partir de matériaux naturels ou transformés. Ces sols présentent une grande variabilité spatiale et temporelle de leurs propriétés physiques, et sont caractérisés par l'incorporation de grandes quantités de matière organique. Les mécanismes de décomposition de cette matière organique sont étudiés, ainsi que son influence en termes de structuration du sol et de modification des propriétés hydriques. Des mélanges avec trois produits organiques (compost de déchets verts, compost de boue de station d'épuration et de broyat de palette, tourbe blonde) incorporés à 20 ou 40% en volume dans une terre végétale, sont réalisés et placés en bac de 600L sur un site expérimental en conditions climatiques naturelles pendant 2 ans. Des prélèvements effectués 5, 12 et 24 mois après la mise en place du site ont permis de mesurer la décomposition de la matière organique (teneurs en C, fragmentation physique, composition biochimique et potentiel de minéralisation), la structuration des mélanges (masse volumique apparente, espace poral et stabilité structurale) et leurs propriétés hydriques (rétention d'eau et conductivité hydraulique à saturation). Les résultats montrent que la teneur en matière organique diminue au cours du temps et que des modifications importantes de sa composition biochimique apparaissent : augmentation de la teneur en solubles, et une diminution de la teneur en lignine dans les fractions de matière organique les plus grossières. Pour les mélanges à base de compost, ces changements s'accompagnent d'une diminution du potentiel de minéralisation de la matière organique. Pour les mélanges à base de tourbe, le potentiel de minéralisation évolue peu, puis augmente, ce qui correspond plutôt à une "levée d'inhibition" de la dégradation de la matière organique. Un modèle d'évolution de la matière organique est proposé et ses paramètres ont été ajustés sur les valeurs expérimentales mesurées dans les conditions contrôlées et naturelles. En se dégradant, la matière organique agit fortement sur la structuration des mélanges à base de compost, avec notamment une augmentation de la stabilité structurale, associée à une réorganisation de l'espace poral. L'apparition d'une macroporosité est d'autant plus importante qu'elle est majoritairement constituée de pores allongés et tortueux, impliqués dans le fonctionnement hydrodynamique. Cette structuration des mélanges s'accompagne d'une augmentation de la capacité de rétention d'eau, et d'une légère amélioration de la conductivité hydraulique à saturation. Les mesures directes de la porosité par analyse d'image sont comparées avec le modèle de van Genuchten ajusté sur les courbes potentiel / teneur en eau et semblent bien corrélées. En revanche on ne mesure pas d'effet de la tourbe sur la structuration du mélange. Si les effets immédiats de l'incorporation de matière organique sont similaires pour les composts et la tourbe, les composts induisent en 24 mois une structuration du sol, tandis que la tourbe n'a pas d'effet structurant. Les résultats les plus intéressants en terme de structuration sont obtenus pour les doses de 40% de compost