Cours : Qualité des sols et de l'eau

Le sol, milieu d’échange de matières

Le sol est une interface entre la terre, l’eau et l’air dont la composition varie en fonction de la vie animale et végétale qui s’y développe. Les agrégats que l’on y trouve sont composés de minéraux, d’humus, d’argile et d’eau.

• Ils forment ce qu’on appelle le complexe argilo-humique (CAH).

Le complexe argilo-humique permet une bonne circulation de l’air et de l’eau dans le sol. Les éléments présents dans le sol influencent la pérennité des espèces qui vivent à sa surface.

Échanges avec la vie animale

Que ce soit en raison de leur présence, de leurs déjections ou de leur décomposition, les animaux influencent largement la qualité et la composition des sols.

Ces échanges enrichissent la terre de chaînes carbonées, d’hydrogène, d’oxygène et d’azote qui s’ajoutent aux substances minérales déjà présentes.

L’activité en sous-sol de certaines espèces comme les lombrics assurera une porosité suffisante pour permettre à l’air et à l’eau de bien circuler. Ils vont également consommer les résidus organiques présents dans les couches superficielles du sol pour les transformer en molécules simples, réutilisables par les plantes.

Échanges avec la vie végétale

Au même titre que la vie animale, la vie végétale enrichit les sols sur lesquels elle se développe.

• En effet, les plantes font le relais entre les ions présents dans le sol et les animaux.

Définition

Humus :

L’ensemble des matières organiques présentes dans le sol forme l’humus.

À retenir

C’est la diversité retrouvée au sein du complexe argilo-humique qui permet d’évaluer la richesse et la qualité d’un sol.

De plus, on peut remarquer que les agrégats du CAH sont chargés négativement, c’est-à-dire qu’ils fixent les cations pour ensuite les restituer aux plantes.

Le complexe fonctionne donc comme un réservoir d’eau et d’ions pour assurer le développement et le maintien du règne végétal.

À retenir

C’est à cause de la lixiviation que l’on retrouve certains produits issus des engrais chimiques tels que les nitrates dans les réserves d’eau souterraines.

Définition

Lixiviation :

Phénomène au cours duquel les anions sont entrainés par les eaux jusqu’aux nappes phréatiques.

Les scientifiques ont remarqué que depuis les années 1970, sur les littoraux bretons, les algues vertes prolifèrent grâce à cet apport massif de $\text{NO}_3-$. C’est une eutrophisation.

Définition

Eutrophisation :

Accumulation de nutriments dans une eau stagnante.

L’hydrogène sulfuré ($\text{H}_2\text{S}$) qui s’échappe lors de leur décomposition est à l’origine d’une odeur pestilentielle qui nuit énormément au tourisme. Ce problème a coûté un milliard d’euros en 30 ans aux collectivités locales.

Définition

Lessivage :

Le lessivage est le transport par l’eau d’éléments non solubles comme l’argile.

Les engrais et les produits phytosanitaires

La fertilisation des sols

L’Homme utilise des engrais pour fertiliser les sols afin d’améliorer la croissance des plantes et d’obtenir un rendement accru des cultures.

Définition

Rendement :

Quantité de récolte agricole sur une surface donnée (exprimée en quintaux par hectare).

Le dioxyde de carbone ($\text{CO}_2$) présent dans l’air est absorbé par les feuilles des plantes et leur assure l’apport nécessaire en carbone et en oxygène. L’eau retenue par le CAH couvre leurs besoins en hydrogène,mais l’appauvrissement des sols dû à la monoculture intensive ne permet pas aux végétaux d’accéder à de l’azote ($\text{N}$), du phosphore ($\text{P}$) ou du potassium ($\text{K}$).

• C’est le rôle des engrais de pallier à ce manque.

La protection des végétaux

La protection des cultures est assurée par les produits phytosanitaires (ou pesticides). Ils servent à soigner et à prévenir les maladies des plantes.
Il en existe plusieurs catégories :

• les herbicides,
• les fongicides,
• et les insecticides.

Exemple

Le principal ennemi des viticulteurs est le mildiou, un champignon qui parasite les vignes. Pour contrer cette menace, on utilise de la « bouillie bordelaise » à base de sulfate de cuivre.

• Ce mélange perturbe le cycle enzymatique des spores en empêche donc le développement du parasite de façon préventive.

L’eau potable

Les eaux de consommation

On classe les eaux de consommation en 3 catégories :

• les eaux minérales : d’origine souterraine, elles présentent des caractéristiques chimiques constantes. Elles sont reconnues pour leurs vertus thérapeutiques mais ne remplissent pas nécessairement les normes de potabilité ;
• les eaux de source : elles sont naturellement potables et ne sont pas traitées ;
• l’eau du robinet : elle doit être traitée et revérifiée à de nombreuses reprises avant d’être distribuée.

Astuce

Le contrôle sanitaire de l’eau du robinet donne lieu chaque année à la réalisation de plus de 300 000 prélèvements et de plus de 12 millions d’analyses.

• Cela en fait l’aliment le plus contrôlé en France.

Analyse de l’eau

Pour assurer une qualité constante de l’eau (et donc la sécurité du consommateur) il faut vérifier certains facteurs :

• le pH ;
• le résidu sec (ou minéralisation), qui est déterminé par le poids restant après évaporation ;
• la concentration en ions. On surveille notamment le calcium $(\text{Ca}^{2+})$ et le magnésium $(\text{Mg}^{2+})$ qui sont responsables de la dureté de l’eau, c’est-à-dire de sa capacité à laisser des dépôts calcaires.

À retenir

Ainsi, une eau est dite « potable » si elle réunit 3 critères :

• la qualité microbiologique, c’est-à-dire l’absence de virus, bactérie ou parasite pathogène ;
• la qualité chimique, qui se traduit par une absence ou une teneur très faible en minéraux et substances toxiques ;
• la qualité physique et gustative : l’eau doit être limpide et sans goût désagréable.

Toutefois, il n’y a pas que l’eau du robinet qui doit être surveillée. L’eau usée rejetée par les particuliers et les industries doit également être traitée avant d’être rejetée dans les cours d’eau et les océans.

Traitement de l’eau

Pour traiter les eaux usées, on utilise des procédés tels que le dessablage, le dégraissage ou encore le traitement biologique par bactéries.
Ces procédés produisent des « boues » qu’il faut faire sécher et qui sont parfois réutilisées en épandage ou stockées lorsqu’elles sont polluantes.

Malheureusement, la rareté de l’eau potable augmente sans cesse car l’eau douce de l’atmosphère et des nappes phréatiques est polluée par les industries. On y trouve, dans des concentrations qui la rendent dangereuse à consommer, divers éléments chimiques comme les pesticides, les nitrates, les phosphates liés à l’agriculture, ou encore les métaux lourds (plomb, fluor, mercure).

La pollution de l’eau pose aussi un problème environnemental. En effet, les oxydes de soufre et d’azote présents dans l’atmosphère provoquent des pluies acides qui détruisent les forêts. On peut également penser aux nitrates qui saturent les rivières et empêchent la vie aquatique.

À retenir

Il convient donc de surveiller l’état réel de l’eau et l’avancée de la pollution. Ce rôle incombe aux scientifiques qui effectuent des relevés et des mesures grâce à plusieurs méthodes physico-chimiques comme la chromatographie en phase liquide ou gazeuse, la spectrométrie de masse, et la résonance magnétique nucléaire.

Lorsqu’une eau a été polluée, il faut l’épurer pour la rendre consommable. Ce processus est long et coûteux.

Des procédés physiques (décantation, précipitation ou filtration) et chimiques (ozonation par ultraviolets, acidification ou chloration) sont mis en jeu.

Pour augmenter la quantité d’eau douce disponible, on peut également procéder au dessalement de l’eau de mer, par distillation ou osmose inverse (qui consiste à faire passer de l’eau salée à travers une fine membrane).

Pour autant, ces solutions ne sont pas viables à grande échelle, la distillation étant trop polluante et l’osmose inverse trop coûteuse.