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Le fer et l'aluminium
Le fer, le manganèse et l'aluminium




Une voie de chemin de fer longe l'arboretum de Camors
Le fer, s'il est un oligoélément important pour les plantes et les animaux, joue aussi un rôle pédologique fondamental.



Le fer est d'abord un excellent indicateur (coloré) de l'aération d'un sol et de son évolution (degré de lessivage, influence du climat, couverture végétale, etc.).

1) Fer ferreux et fer ferrique.

Le fer se trouve dans le sol sous deux états. En milieu réducteur et pauvre en oxygène, le fer est bivalent (Fe++). Le fer se trouve sous la forme d'oxyde ferreux FeO de couleur gris vert ou gris bleuté, d'hydroxyde ferreux Fe(OH)2, de carbonate ferreux FeCO3, de bicarbonate ferreux Fe(CO3H)2 et de sulfure de fer FeS. Ces formes sont toutes solubles.

Dans les sols rendus asphyxiques par excès d'eau (sols hydromorphes), les oxydes ferreux se déposent en taches de gley caractéristiques. Les sols à gley sont peu propices aux bactéries aérobies ou à la respiration des racines.

En milieu oxygéné, le fer est trivalent (Fe+++). Il prend la forme d'oxyde ferrique Fe2O3 de couleur rouille ou d'hydroxyde ferrique Fe(OH)3. Ces formes sont insolubles.

2) Les formes du fer dans le sol.

L'origine du fer dans le sol est surtout liée à l'altération des matériaux silicatés. Le fer peut alors prendre l'une de ces quatre formes :

a) Une forme colloïdale.

L'hydrate ferrique Fe(OH)3 ou hydroxyde ferrique peut se fixer par ses charges positives sur les charges négatives des argiles, voire à l'intérieur de ses feuillets. L'hydroxyde ferrique peut alors servir de pont entre l'argile électronégative et les humus électronégatifs aussi. Le complexe argile - hydroxyde ferrique - humus, floculé, est caractéristique des sols bruns.

Ce sont les hydroxydes ferriques qui donnent leur couleur à l'argile. Elle est brune, en climat humide, quand l'hydroxyde est très hydraté, brun rouge à rouge franc dans les régions sèches où l'hydroxyde est peu hydraté (régions méditerranéennes et tropicales).L'hydrate ferrique peut aussi se trouver sous une forme libre. C'est le cas lorsque le complexe argile - hydroxyde - humus est détruit lors d'une acidification du sol. L'hydroxyde ferrique libéré est d'une belle couleur rouge. Il est facilement lessivé, entraîné vers les horizons inférieurs où il peut se concrétionner (par exemple, autour des racines sous l'action des acides organiques).

b) Une forme soluble et échangeable.

En milieu réducteur, pauvre en oxygène (et souvent acide), le fer bivalent est sous forme d'hydrate ferreux moyennement soluble ou de carbonate ferreux insoluble. En présence de gaz carbonique, le carbonate ferreux est solubilisé en bicarbonate ferreux, soluble, qui libère les ions Fe++.

Le Fe++ est tout à fait assimilable sous cette forme, mais du fait de la très faible activité bactérienne et racinienne qui règne en milieu asphyxique, le fer a plutôt tendance à s'accumuler jusqu'au point d'être toxique. Cet excès de fer, en outre, participe à l'acidification du sol laquelle est favorable à la libération de fer… On est là typiquement devant un processus de régulation en tendance.

c) Une forme pseudo soluble.

Le fer, aussi bien à l'état ferreux que ferrique, peut s'associer à la silice ou à des matières organiques pour former des complexes pseudo solubles sous une forme colloïdale dispersée.

En milieu peu acide et pauvre en matières organiques, il se forme des complexes ferri - siliciques en milieu aéré et des complexes ferro - siliciques en milieu peu aéré. Ces complexes dispersés peuvent être floculés par un excès de calcium (chaulage brutal). Ils deviennent alors insolubles et inutilisables pour les plantes qui souffrent de carence ferrique ou chlorose.C'est sous cette forme pseudo soluble et mobile que le fer peut migrer, soit vers le bas dans les sols bruns lessivés, soit vers le haut dans les sols rouges.

En milieu acide et riche en matières organiques solubles, il se forme des complexes ferro - humiques, électronégatifs, dispersés et migrant facilement en profondeur. Ces complexes sont caractéristiques des podzols et des sols podzoliques.

d) Une forme cristalline.

L'oxyde ferrique peut se cristalliser et former autour des grains de sable soit un simple film, soit un ciment qui réunit ces grains en concrétions, en blocs, jusqu'à former, dans certaines conditions, de véritables bancs rocheux.

Selon les climats, le degré d'humidité et divers autres facteurs, l'oxyde ferrique cristallise sous forme de stilpnosidérite Fe2O3 (2H2O), de couleur ocre jaune, sous climat humide ; sous forme de gœthite Fe2O3 (H2O), de couleur brun rouge, sous climat moyennement humide ; et sous forme d'hématite Fe2O3, de couleur rouge, sous climat très sec.

Dans les régions arrosées, après migration en profondeur des différentes formes du fer, la cristallisation peut conduire à la formation d'alios, c'est-à-dire à la formation d'une véritable cuirasse de grès ferrugineux. Cette formation d'alios est fréquente dans les podzols ou les sols podzoliques installés sur une roche-mère sableuse.

Dans les régions sèches, méditerranéennes et tropicales, la migration du fer se fait vers la surface. Les sols ont une teinte rouge caractéristique. La cristallisation du fer conduit à la formation de latérite, véritable cuirasse de grès ferrugineux qui affecte, de plus en plus, les sols tropicaux. Sous climat tropical, le comportement du fer est très lié à celui de l'aluminium.

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Le rôle du fer actif dans les processus d'humification

Contrairement à ce que l'on pressent intuitivement, on remarque fréquemment que sur des sols forestiers pourtant acides (pH <5.5) se développe un mull forestier acide sans accumulation de litière et avec une bonne minéralisation de l'humus formé.

Or on sait généralement qu'en milieu acide l'activité biologique est plutôt réduite et que la matière organique a tendance à s'accumuler. On sait aussi que les humus formés dans ces conditions sont peu minéralisables. C'est donc que sur ces sols forestiers (sols bruns), l'activité biologique est soutenue.

Une des raisons de cette activité biologique soutenue tient au fait que le fer issu des minéraux silicatés altérés par hydrolyse acide (acidolyse) se retrouve sous forme d'hydroxyde de fer dont une des propriétés est de se fixer aux colloïdes électronégatifs des sols, c'est-à-dire les humus et les argiles.

Dans ces conditions, le " fer libre " (hydroxyde de fer) favorise grandement l'humification d'abord en insolubilisant les substances pré humiques ce qui rend plus probable la fabrication d'acides fulviques et d'acides humiques. C'est aussi dans ces conditions que l'humine d'insolubilisation peut être fabriquée.

En outre, les hydroxydes de fer permettent d'établir des ponts entre les humus et les argiles pour la construction d'un complexe argile - hydroxyde de fer - humus, de couleur brune caractéristique de ces sols bruns forestiers.

Enfin, l'action positive du fer libre s'arrête avant la stabilisation de l'humine et celle des acides humiques. Ces substances restent donc accessibles à certaines formes de biodégradabilité plus ou moins rapide.




Cycle du fer et du manganèse

1) Réduction et solubilisation :

En milieu anaérobie, les formes oxydées de Fe 3+ et Mn 4+ peuvent être des accepteurs d'électrons au cours de réactions d'oxydations de diverses matières organiques par des bactéries. Cette réduction dissimilatoire, dont le stade ultime est le CO2, aboutit aussi à la solubilisation des oxydes de fer et de manganèse sous la forme d'ions Fe 2+ et Mn 2+ et un abaissement sensible du Ph et du Eh (redox).

Ces réactions sont déclenchées par diverses bactéries hétérotrophes comme Acetinobacter, Bacillus, Pseudomonas, etc. Ces réactions s'observent surtout dans les eaux souterraines et les sédiments.

2) Réactions d'oxydation :

Certaines bactéries peuvent provoquer l'oxydation du Fe 2+ et du Mn 2+. Pour cela il faut qu'elles trouvent diverses conditions favorables (pH, aérobiose ou micro aérobiose, etc.)

L'oxydation du fer est catalysée par diverses enzymes sécrétées dont des flavines. Le fer trivalent est insolubilisé sous forme d'hydroxyde Fe(OH)3 ou d'oxy-hydroxyde FeO(OH), puis accumulé dans des sécrétions mucilagineuses des bactéries (pédoncules, gaines, capsules, etc.).

Les sidérobactéries les plus souvent retrouvées dans ces processus sont, parmi les plus fréquentes et les mieux reconnaissables : Leptothrix, Crenothrix, Gallionella et Thiobacillus ferrooxydans, Clonothrix, Siderocapsa, Ferrobacillus, Sideromonas moins aisément reconnaissables et sans doute moins fréquentes.

Assez remarquablement, la plupart de ces organismes, sauf les Gallionella, peuvent oxyder le manganèse en MnO2. On notera cependant que ces microorganismes ne commenceront l'oxydation du manganèse que lorsque tout le fer dissous aura été insolubilisé.

D'autres bactéries sont plus spécifiques du manganèse : Pseudomonas mangaoxydans, Metallogenium, Hyphomicrobium vulgare, etc.

Toutes ces bactéries posent des problèmes particuliers dès lors qu'elles se trouvent dans des eaux riches en fer ou en manganèse. Elles gênent considérablement l'épuration des eaux ou sont responsables de corrosion dans les tuyauteries en fonte ou en acier.






L'aluminium.

L'alumine est un constituant principal des argiles. L'alumine ne se rencontre à l'état libre, sous forme d'hydroxydes ou d'oxydes, qu'après que les sols aient subi une altération suffisamment intense pour dégrader les argiles. Cette dégradation se fait, soit par effet du climat dans les régions tropicales, soit par acidification dans les podzols. L'alumine, d'ailleurs, ne joue un rôle pédologique que dans ces deux types de sols.

Dans les sols tropicaux, l'alumine libérée prend une forme cristalline inerte (gibbsite) qui, en association avec les oxydes de fer, forme les cuirasses latéritiques.

Dans les podzols et les sols podzoliques, l'alumine libérée en quantité par la réaction acide de la solution du sol, contribue à l'hydrolyse de l'eau (Al+++ + 3H2O = Al(OH)3 + 3H+). La libération de protons contribue à son tour à l'abaissement du pH du sol.

L'alumine libre et soluble est un poison pour les plantes. Elle s'oppose, en effet, à l'absorption des ions bivalents.




Le fer : http://fr.wikipedia.org/wiki/Fer

Le manganèse :http://fr.wikipedia.org/wiki/Mangan%C3%A8se

L'aluminium : http://fr.wikipedia.org/wiki/Aluminium




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