Le lessivage, compris comme la translocation de particules fines dans les sols à partir d’un horizon dit éluvié vers un horizon d’accumulation dit illuvié, est considéré comme un processus pedogénétique majeur. Il a été décrit dans de nombreux sols mais reste assez peu connu, mal caractérisé et son existence même est encore sujette à débat dans la communauté scientifique. Pour améliorer nos connaissances, ce projet a eu pour objectif de mettre en place des expérimentations au laboratoire pour permettre une quantification et une approche cinétique du lessivage. Nous avons ainsi construit trois dispositifs expérimentaux, deux étant dédiés à l’étude de l’éluviation sur sols remaniés et non perturbés, et le troisième dédié à l’étude de l’illuviation. Ces expériences associées à une approche de bilan de masse sur les bases de données pédologiques existantes nous ont permis de : (i) déterminer la nature des particules migrantes, (ii) quantifier les particules mobilisées et identifier certains processus responsables de cette mobilisation, (iii) quantifier les quantités de particules fixées au sein des horizons d’accumulation et identifier quelques processus responsables de cette fixation, (iv) déterminer l’impact de la structure du sol et des événements climatiques extrêmes sur le lessivage, (v) extrapoler ces résultats expérimentaux sur les durées de la pédogenèse et les confronter aux profils de sols décrits dans la littérature. Nos résultats montrent que : (1) les particules qui migrent ont la signature de la fraction 0-2 μm, légèrement enrichie en smectites lors des premières pluies ; (2) le transfert des particules dépend du mode de fonctionnement hydrodynamique, matriciel ou préférentiel ; (3) seule une fraction des particules mises en suspension dans l’horizon d’éluviation est fixée dans l’horizon d’illuviation ; (4) le lessivage est le processus majeur responsable de la formation de profils à texture contrastée dans 1 à 12% des cas. / Lessivage - understood as a substantial vertical transfer of fine particles from an eluvial horizon to an illuvial horizon - is one of the major pedogenetic processes. It has been described in many soil types but remains poorly known and characterized. Its existence is still subject to debate in the scientific community. To improve our knowledge, this project aimed at conducting laboratory experiments allowing both a quantification and a kinetic approach of lessivage. We thus designed three experiments, two to study eluviation on disturbed and undisturbed soils, and the third one to study illuviation. Theses experiments associated to a mass balance approach performed on existing pedological data allowed: (i) determing the nature of migrant particles, (ii) quantifying the mobilized particles and identifying some of the processes responsible for their mobilization, (iii) quantifying the quantities of particles retained in the illuvial horizon and identifying some of the processes responsible for this fixation, (iv) determining the impact of soil structure and extreme climatic events on lessivage. At last, we extrapolated these experimental results on the pedogenese duration and confronted them to soils profiles described in the literature. Our results show that: (1) the migrating particles have the signature of the 0-2 μm fraction, slightly enriched in smectites for the first rain events, (2) the particle transfer depends of the hydrodynamic functioning, either matricial or preferential, (3) only a fraction of particles mobilised in the eluvial horizon is fixed in the illuvial horizon, (4) the lessivage is the process mainly responsible for the formation of textural contrast in 1 to 12 % of the studied profiles.

La capacité du sol à fournir de nombreux services écosystémiques dépend de propriétés qui évoluent en permanence sous l’effet de multiples processus. Or, malgré leur importance, les dynamiques des processus de lessivage et de bioturbation de la fraction < 2 μm sont peu connues. Nous nous sommes alors fixés pour objectifs de i) développer et valider une méthode de quantification par analyse d’images de l’intensité de ces deux processus, ii) quantifier l’effet d’un à deux siècles de mise en culture et d’une dizaine d’années d’apports répétés de fumier sur leur intensité, et iii) d’en déduire des informations sur leur dynamique. Notre procédure d’analyse d’images repose sur une approche colorimétrique et texturale permettant de prendre en compte les différents niveaux d’organisation des sols. Le volume de sol bioturbé depuis 10 000 à 15 000 ans, est compris entre 65% du volume total à 40 cm de profondeur et 20 à 30% du volume total à 150 cm de profondeur soit une masse de sol déplacée de l’ordre de 6 500 t.ha-1 ou 1 700 t.ha-1 de fraction fine. Le processus d’illuviation est, quant à lui, à l’origine d’un flux de fraction fine de 1 100 t.ha-1. Les processus étudiés se sont montrés sensibles et étonnement réactifs aux forçages anthropiques. Deux cents ans de mise en culture ont eu pour résultats : i) une évolution de la structuration des sols sur au moins un mètre de profondeur, ii) une modification de l’architecture du volume de sol remanié par les vers de terre, et iii) une intensification du processus de lessivage. Une dizaine d’années d’apports répétés de fumier ont à l’inverse été en mesure de tamponner la plupart de ces évolutions. Cette réactivité inattendue des sols représente une opportunité en ce qu’il est possible d’orienter ces évolutions en fonction d’un objectif d’atténuation des effets du changement climatique notamment. / The intensity at which soils provide ecosystem services are function of soil properties that permanently evolved according to numerous processes. Lessivage and bioturbation are of crucial importance as they imply the clay size fraction but are still poorly characterized. This study aims at i) developing a digital 2D image analysis method to quantify both processes intensity, ii) quantifying the effect of two centuries of continuous cultivation and of a decade of organic amendments spreading on their intensity, and iii) characterizing their dynamics. We succeeded in quantifying those processes by carefully considering different levels of soil organization while combining a colorimetric and a textural approach. The percentage volume of worm-worked soil since 10 000 to 15 000 years is 65% at 40 cm depth and between 20 and 30% at 150 cm depth that corresponds to a soil mass flow of 6 500 t.ha-1, i.e. 1 700 t.ha-1 of clay size fraction. Illuviation is responsible for a clay size fraction mass flow of 1 100 t.ha-1. On a time scale as short as two centuries, cultivation was found to induce i) a change of the soil poral network characteristics until 1 meter depth, ii) a modification of the structure of the worm-worked soil volume, and finally iii) an increase of the lessivage intensity. A decade of organic matter spreading tended to lower the intensity of lessivage. Finally, our study points out the fact that soils are highly reactive and that our method may be particularly helpful to predict soil evolution while facing climate change among others.

Le lessivage, compris comme la translocation de particules fines dans les sols à partir d'un horizon dit éluvié vers un horizon d'accumulation dit illuvié, est considéré comme un processus pedogénétique majeur. Il a été décrit dans de nombreux sols mais reste assez peu connu, mal caractérisé et son existence même est encore sujette à débat dans la communauté scientifique. Pour améliorer nos connaissances, ce projet a eu pour objectif de mettre en place des expérimentations au laboratoire pour permettre une quantification et une approche cinétique du lessivage. Nous avons ainsi construit trois dispositifs expérimentaux, deux étant dédiés à l'étude de l'éluviation sur sols remaniés et non perturbés, et le troisième dédié à l'étude de l'illuviation. Ces expériences associées à une approche de bilan de masse sur les bases de données pédologiques existantes nous ont permis de : (i) déterminer la nature des particules migrantes, (ii) quantifier les particules mobilisées et identifier certains processus responsables de cette mobilisation, (iii) quantifier les quantités de particules fixées au sein des horizons d'accumulation et identifier quelques processus responsables de cette fixation, (iv) déterminer l'impact de la structure du sol et des événements climatiques extrêmes sur le lessivage, (v) extrapoler ces résultats expérimentaux sur les durées de la pédogenèse et les confronter aux profils de sols décrits dans la littérature. Nos résultats montrent que : (1) les particules qui migrent ont la signature de la fraction 0-2 μm, légèrement enrichie en smectites lors des premières pluies ; (2) le transfert des particules dépend du mode de fonctionnement hydrodynamique, matriciel ou préférentiel ; (3) seule une fraction des particules mises en suspension dans l'horizon d'éluviation est fixée dans l'horizon d'illuviation ; (4) le lessivage est le processus majeur responsable de la formation de profils à texture contrastée dans 1 à 12% des cas.