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.

Ce travail évalue le potentiel du zinc et plus particulièrement des terres rares à tracer les différents processus le long d’une catena issue d’une formation carbonatée constituée d’une succession de bancs marneux et calcaires, et ayant subi des processus de décarbonatation, des conditions redox en lien avec l’hydromorphie et de l’éluviation. L’approche choisie repose (i) sur la spéciation des terres rares, à l’aide de méthodes physiques et chimiques, dans les traits pédologiques formés par les différents processus et des matériaux aux dépens desquels ils se sont développés, (ii) sur la quantification par bilan de masse des flux de terres rares et éléments majeurs associés. Ce travail a nécessité deux mises aux points méthodologiques : une méthode de normalisation des terres rares, basée sur l’enfoncement des fronts de transformation afin de quantifier l’impact des processus successifs sur le fractionnement des terres rares ; une méthodologie de reconstruction des matériaux parentaux pour chacun des horizons, l’approche par bilan de masse nécessitant une connaissance des stocks initiaux. L’impact de deux processus sur les fractionnements de terres rares est ensuite plus particulièrement abordé : la décarbonatation des matériaux parentaux et les processus d’oxydo-réduction. On montre ainsi l’importance de comparer les quantités mises en solution aux flux calculés par les bilans de masse pour prédire le devenir des éléments libérés et l’intérêt des terres rares pour quantifier les cycles de dissolution/précipitation des oxydes de fer et de manganèse. / This project aims at considering the potential of zinc and rare earth element (REEs) at quantifying pedogenetic processes along a soil sequence developed from a limestone formation consisting in a succession of marl and limestone strata which underwent carbonate dissolution, redox cycles related to soil hydromorphy and eluviation. The chosen approach relies on (i) the speciation of rare earth elements - by a method combining sequential extractions and physical separations - in the pedological features resulting from the different processes and in the materials from which they developed; (ii) the quantification of the REE and major element fluxes by mass balance calculation. To do so, two methodologies were developed: a methodology of normalization of REEs based on the theory of transformation fronts to quantify the impact of the processes on REE fractionations; an innovative approach of the reconstruction of the former parent material for each soil horizon as mass balance calculation requires the quantification of initial stocks in elements. Two processes were then further studied: carbonate dissolution and redox processes. We thus point out the necessity to compare max fluxes as computed by mass balance to quantities released by carbonate dissolution in order to forecast the fate of elements released into the soil solution. We also evidenced the potential of REEs to quantify the dissolution/precipitation cycles of iron and manganese oxides.

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.

Ce travail évalue le potentiel du zinc et plus particulièrement des terres rares à tracer les différents processus le long d'une catena issue d'une formation carbonatée constituée d'une succession de bancs marneux et calcaires, et ayant subi des processus de décarbonatation, des conditions redox en lien avec l'hydromorphie et de l'éluviation. L'approche choisie repose (i) sur la spéciation des terres rares, à l'aide de méthodes physiques et chimiques, dans les traits pédologiques formés par les différents processus et des matériaux aux dépens desquels ils se sont développés, (ii) sur la quantification par bilan de masse des flux de terres rares et éléments majeurs associés. Ce travail a nécessité deux mises aux points méthodologiques : une méthode de normalisation des terres rares, basée sur l'enfoncement des fronts de transformation afin de quantifier l'impact des processus successifs sur le fractionnement des terres rares ; une méthodologie de reconstruction des matériaux parentaux pour chacun des horizons, l'approche par bilan de masse nécessitant une connaissance des stocks initiaux. L'impact de deux processus sur les fractionnements de terres rares est ensuite plus particulièrement abordé : la décarbonatation des matériaux parentaux et les processus d'oxydo-réduction. On montre ainsi l'importance de comparer les quantités mises en solution aux flux calculés par les bilans de masse pour prédire le devenir des éléments libérés et l'intérêt des terres rares pour quantifier les cycles de dissolution/précipitation des oxydes de fer et de manganèse.