Tipe

BOUTROY Karine MEIMARAKIS Georges TARIEL Grégoire

LE TEMPS DE DECOMPOSITION DE LA MATIERE ORGANIQUE VEGETALE Plan : INTRODUCTION…………………………………………………………………………….1 1. PRESENTATION DES SOLS 1.1. Histoire et description du site de Cessières………………………………………..1 1.2. La tourbière………………………………………………………………………..2 1.2.1 Description et formation………………………………………………….2 1.2.2 Caractéristiques de la tourbière de Cessières…………………………….3 1.2.2.1 Description……………………………………………………..3 1.2.2.2 Coupe pédologique……………………………………………..3 1.3. La chênaie………………………………………………………………………....4 1.3.1 Description……………………………………………………………….4 1.3.2 Coupe pédologique……………………………………………………….4 2. OBSERVATION DES EFFETS DE LA DECOMPOSITION DES MATERIAUX ORGANIQUES. 2.1. Etude comparative de la décomposition dans deux milieux différents……………5 2.1.1. Etude macroscopique……………………………………………………5 2.1.2. Etude microscopique…………………………………………………….6 2.2. Observation de litières le long d’un transect réalisé dans la chênaie……………...7 2.2.1. Etude macroscopique…………………………………………………….7 2.2.2. Etude microscopique…………………………………………………….7 3. INTERPRETATION DES RESULTATS ET PROPOSITION D’UN MODELE…….7 CONCLUSION……………………………………………………………………………….8 BIBLIOGRAPHIE

INTRODUCTION Une tourbière est un écosystème particulier composé principalement de plantes adaptées à un milieu gorgé en eau et dont les débris s'accumulent. La lente décomposition de ces éléments produit la tourbe, matière contenant jusqu'à 50 % de carbone. L'époque de formation des tourbières remonte à ± 10.000 ans. [1] De part ses propriétés asphyxiantes, la tourbière constitue un milieu dit conservateur. En effet, la matière organique présente ne s’y décompose pas ou très lentement à la différence d’un milieu tel qu’une chênaie ou la décomposition et le recyclage des matériaux organiques sont très actifs et donc rapides. Pour ces raisons, à partir d’une étude réalisée sur le site de Cessières, nous avons décidé d’étudier en parallèles ces deux milieux afin de dégager les facteurs de la décomposition de la matière organique au cours du temps. 1. PRESENTATION DES SOLS 1.1. Histoire et description géomorphologique du site de Cessières L’action érosive d’un cours d’eau durant le quaternaire creuse une dépression qui deviendra le site de Cessières. Cette zone constitue alors une vallée encaissée de 70 m, surplombée par la vallée de la montagne de Laniscourt et du mont des vaux (170m). Entre les différents niveaux, on constate la présence d’imperméables au fond du bassin. Ceux-ci permettent, Il a 11 000 ans (fin du Würm, Tardiglaciaire, fig. 1), l’accumulation de l’eau : le bilan hydrique positif est aussi dû à l’existence d’un microclimat : Un phénomène d’inversion thermique. L’air froid et humide coule le long de la questa et s’accumule au fond de la dépression. Les 160 gelées par an ainsi que les sols acides permettent le développement d’une flore boréoarctique (fig. 2). La tourbe est fortement concentrée en matériaux organiques, c’est donc un bon combustible. La tourbière de Cessieres fût exploitée à partir du XVIIIe siècle puis fût abandonnée. Au XIX, des rigoles de dessèchement sont creusées. Elle a été redécouverte dans les années 1950. en 1973,la station de recherches de Cessières est crée ( dépendante du CNRS ). Des zones forestières sont alors arrachées pour rajeunir la tourbière. Aujourd’hui, elle est propriété des sociétés de chasse locales. La tourbière 1.2.1 Description et formation Après la formation du bassin, les plantes pionnières forment un radeau, qui se mue en marais puis en tourbière. Celle-ci se bombe alors avec la croissance des sphaignes. Le milieu tourbeux empèche le dégradation des matériaux organiques, ce qui cause leur accumulation.

b.

a.

Cette tourbière, située à 130 km de Paris, à une surface de 230 ha. Elle se situe à la limite géologique des plateaux tertiaires au sud et des plaines crayeuses au Nord. Il s’agit d’une tourbière dîte acide, ou le pH est aux environs de 4. Figure 1 : Schéma de la formation du site. a. état du site à -10000 ans. b. La tourbière de nos jours Figure 2 : Schéma de la disposition géomorphologiq ue du site. 1, 2, 3 emplacement des prélèvements numérotés 1,2, 3 par la suite.

Figure 3 : Situation pédologique de la tourbière.

On peut définir une tourbière comme étant une zone humide colonisée par la végétation. Le sol des tourbières est très caractéristique (fig. 3). En effet celui-ci est constitué d’une eau stagnante ou peu mobile qui constitue un milieu asphyxiant. Les micro-organismes (comme les bactéries ou les champignons) ainsi privés d’oxygène réalisent difficilement la décomposition et le recyclage de la matière organique. Dans ces conditions dites d’anaérobiose, la litière végétale se minéralise lentement et partiellement. On assiste alors à une accumulation de la matière organique peu ou pas décomposée que l’on appelle la tourbe (contenant 30 à 60% de matière organique). La tourbe constitue alors une véritable roche fossile issue de la dégradation incomplète des débris végétaux dans un milieu saturé en eau. Elle peut s’accumuler sur plusieurs mètres d’épaisseur au rythme moyen de 0,2 à 1 mm par an et les dépôts de tourbe généralement observés ont une épaisseur comprise entre 50 cm et 5 à 10 m. Les végétaux édificateurs de la tourbe sont essentiellement des Bryophytes (sphaignes notamment) et Spermaphytes. Une tourbière est active tant que se poursuivent les processus d'élaboration et d'accumulation de la tourbe à partir de ces végétaux (processus de turbification ou turfigenèse). Si ces processus cessent, la tourbière devient inactive.[ ] On distingue alors plusieurs type de tourbières qui se caractérisent aussi bien selon le pH du milieu, selon la topographie, selon l’origine de l’eau ou encore selon le type de végétation présente. Cependant, il est possible de classer les tourbières en deux catégories principales : les tourbières neutro-alcalines, topogènes, ( c'est-à-dire que l’eau est piégée dans des dépressions ou cuvettes) plates, à Mousses pleurocarpes (mousses dont le sporophyte est placé sur le coté de la tige généralement ramifiée) et les tourbières oligotrophes (milieu pauvre), (qualifie un milieu où la concentration en éléments nutritifs est faible) ombrogènes, (se dit si l’eau est d’origine atmosphérique c'est-à-dire pluie, brouillard ou neige) bombée à sphaignes Sphagnum palustre, Sphagnum fimbriatum, Sphagnum subnitens. 1.2.2 Caractéristique de la tourbière de Cessières 1.2.2.1 Description Le cas de la tourbière de Cessières constitue un cas rare. Il s’agit d’une tourbière bombée, de pente alimentée par une nappe oligotrophe acide. Autrement dit, à Cessières, on observe une pluviosité inférieure à l’évapotranspiration mais, le fond de vallée est alimenté grâce à des eaux de ruissellement alors dépourvues de sels calcaires. Cette particularité permet le maintien d’une tourbière oligotrophe en fond de vallée. On dit que la tourbière de Cessières est une tourbière oligotrophe topogène. Les caractéristques de cette tourbière sont une porosité totale de 95%, une teneur en air de 30%, un pH de 4, un rapport C/N de 50 environ et une densité apparente de 0.1. 1.2.2.2 Coupe pédologique Les sphaignes vivent au-dessus du niveau moyen de l’eau dans la tourbière (fig. 5). La tourbière se renouvelle par croissance des sphaignes sur celles des niveaux inférieurs. Il y a tassement des sphaignes mortes en dessous et un peu de dégradation. Au-dessus du niveau de l’eau, le milieu étant moins asphyxiant (moins d’eau et présence de gaz comme l’oxygène), il y a un peu de dégradation de la matière organique.

Dans la tourbière, grâce à la présence d’une grande quantité d’eau, la température y est plus fraîche. L’eau qui s’évapore pompe de la chaleur. En hiver il fait plus froid. La tourbière gèle difficilement à cause de son inertie thermique. Observer la dégradation de la matière organique dans une tourbière permet de vérifier qu’elle est bien active. En effet étant asphyxiante, la dégradation doit y être très faible. COUPE SUR LA FOSSE ?? + explication Photo Sur un carré d’un mètre de coté on délimite trois zones : -une zone témoin sans horizons ôtés. -une zone avec les feuilles de l’année enlevées. On voit donc les feuilles de l’année précédente. -une zone où deux horizons sont enlevés. On observe les feuilles d’il y a deux ans. On observe une différence de couleur avec la Figure 5 : Carottage de la tourbière. 1.3 La chênaie 1.3.1 Description La chênaie se situe sur un sol en pente, autour de la tourbière. Celle-ci est constituée avant tout de chêne sessile (Quercus sessiliflora), mais aussi de bouleaux et de hêtre. 1.3.2. Coupe Pédologique On trouve 2 types de sols dans la vallée de Cessières. Les podzols et la tourbe. Les podzols sont issus de la dégradation et de l’appauvrissement d’anciennes landes. C’est un sol a profil ABC (horizons distincts) (fig. 4). On y trouve de haut en bas : un humus noté Mor ( constitué d’un horizon A0 épais, subdivisé en L, F, H ), un hoizon A1 ( issus de la décomposition importante de la matière organique ), puis une formation quaternaire d’éléments divers ( Cailloutis ), et enfin les sables Thaniens.

Figure 4 : Sol de la chênaie

OL : Litière continue avec feuilles entières puis fragmentées. (Feuilles de l’année, puis des années précédentes) A1 : Texture limoneuse. Noire et riche en matière organique des feuilles des années précédentes. A2 : Texture limoneuse, qelques cailloux.

Bt : Texture limonoargileuse.

2. OBSERVATION DES RESULTANTES DES PROCESSUS DE DECOMPOSITION. OBSERVATION DES EFFETS DE LA DEGRADATION DES MATERIEUX ORGANIQUES. 2.1. Etude comparative de la dégradation dans deux milieux différents. 2.1.1. Etude macroscopique Nous avons réalisé une étude à la loupe binoculaire (fig. 6,7) afin d’évaluer l’état des éléments végétaux dans les différents horizons, dans le cas de la chênaie (inutile pour la tourbière car fragments conservés). Figure 6 : Feuille de l’horizon OL (×40) nous observons un début de fragmentation. Celle-ci est due à la macrofaune. Sans doute plus particulièrement des arthropodes car nous n’avons pas observé beaucoup de déjections. De plus les conditions plutôt froides régnant près de la tourbière ne favorisent pas le développement de ceux-ci. La feuille est encore très brune, preuve que la dégradation est peu avancée Figure 7 : Feilles de l’horizon OF (×40) La fragmentation est un peu plus avancée. La pigmentation est claire sur une grande partie de la feuille. Les pigments bruns formés au moment de la sénescence des feuilles ont été digérés. La lyse des pigments est faite surtout par les champignons saprophytes.

La première étape consiste à mettre en rapport le temps de décomposition de l matière organique et à quantifier les effets observés. Nous avons donc soumis des échantillons végétaux de l’année à différents milieux d’altération. Ces échantillons sont prélevés et examinés à intervalles réguliers. Matériel : -grillages plastiques imputrescibles : un maillage de 1x1mm un maillage de 5x5mm -4 sacs étanches (témoin) Protocole : - prélever de la végétation des deux milieux étudiés (graminées ubiquistes (molinie), feuilles de bouleau Betula alba et de chêne Quercus pedunculata). - les déposer dans deux grillages plastiques à maillages différents ainsi que dans un sac

étanche (témoin) - enfouir les sacs dans la tourbière : un à un niveau à 10cm (ainsi qu’un sac étanche) et un autre à 40cm (ainsi qu’un sac étanche) -faire de même dans la chênaie en enterrant les sacs aux mêmes niveaux que précédemment. -peser la litière contenue dans les sacs à intervalles réguliers (à préciser)

Figure 7: Schéma de l’expérience (ici sol de chênaie, principe similaire pour la tourbière) Afin de mettre en rapport les résultats observés avec la réalité pédologique, nous avons réalisé des observations d’échantillons végétaux dans les différents horizons. 2.1.2. Etude microscopique On réalise des lames mince dans des échantillons de matériaux organiques dans les différents horizons et à différents emplacements. Feuille dont la dégradation du limbe a commencée (OL). Dégradation des vaisseaux moins avancée Limbe totalement dégradé. Seuls les vaisseaux persistent (OF)

Tige et feuille de sphaigne de l’horizon (1). Pas de fragmentatio n. Les feuilles sont liées à la tige. Feuille de sphaigne de l’horizon (2). Débris végétaux encore reconnaissab le bien que fragmentés.

Matière organique dégradée et fragmentée. Colonies bactériennes nombreuses et très visibles.

Matière organique très fragmentée. Les fragments végétaux ne sont plus reconnaissab les. Figure 8 : Tableau d’étude microscopique des différents horizons des deux milieux (×400) On détermine aussi les variations de matériaux organiques par des dosages. On utilise deux types de dosages : le dosage d’azote dit Kjeldahl et un dosage du carbone par combustion totale. Matériel : -Machine de dosage automatique (à la fois hotte, colonne de distillation,..) -Verrerie de laboratoire -Solution d’acide sulfurique concentré -Oxyde mercurique rouge -Solution d’acide Salicylique et de thiosulfate -Soluton d’acide borique -K2SO4 -Thiosulfate -Solution d’acide borique Protocole : On minéralise l’azote de l’échantillon à l’aide d’acide sulfurique concentré à chaud en présence d’acide mercurique rouge et de sels K2SO4 (catalyseurs). On distille et on condense le NH3 gazeux. On réduit les nitrates et nitrites grâce à k’acide Salicylique et au thiosulfate. On rajoute de la soude pour obtenir un pH de 9.5. On titre ensuite la solution obtenue à l’aide d’acide borique. EN COURS …………….. Enrichissemen en azote atmosphérique : 17 kg azote/ ha / an. Les nitratesparticipent à l’euphorisation(=Mx. S’enrichiten matière nutritive ) NH4+ et NH3 ds l’eau = processus de dégradation incomplete de la mat. org 2.2. Observation de litières le long d’un transect réalisé dans la chênaie. 2.1.1. Etude macroscopique EN COURS Schéma du transect 2.1.2. Etude microscopique 3. RESULTATS ET LEURS INTERPRETATION : COMPARAISON DES DEUX MILIEUX ET FIABILITE DU MODELE.

3.2. Interprétation microscopique Nous observons sur les lames minces l’action de divers décomposeurs (les vers de terre, les arthropodes, les champignons et les bactéries.) L’action de la microfaune est visible dès l’horizon (quelques mois après la tombée des feuilles) dans le cas de la chênaie. Pour la tourbière, nous observons que les tiges feuillées sont entières. Il n’y a aucune trace d’activité bactérienne ou d’une mésofaune. Le limbe est parfaitement conservé (parois des cellules visibles). On observe sur les lames suivantes une décomposition très rapide dans le cas de la chênaie. Rapidement tout le limbe est détruit est seuls les parties ligneuses restent présentes. Pour la tourbe, les fragments végétaux deviennent difficilement identifiables dans les horizons suivants, bien que non décomposés. Cela résulte de la compression de ces fragments et de l’acidité de la tourbière. L’étude des lames minces a permis d’établir une liste des décomposeurs présents : bactéries (très diverses, ne pouvant faire l’objet d’une liste exhaustive ici), acariens dont les plus présents sont de l’espèce …………… Vers de terres et arthropodes (insectes aptérygotes : protoures, diploures…). Le limbe est le premier attaqué. Nous pouvons donc nous attendre à ce que les premiers éléments recyclés soient ceux présent en plus grande quantité dans le limbe. C’est cette hypothèse que vient vérifier les dosages Kjeldahl. DOSAGES EN COURS, RESULTATS A LA RENTRéE CONCLUSION BIBLIOGRAPHIE SITES INTERNET [1] ecol.ucl.ac.be/tourbiere/doc/types.html [2] pole-tourbieres.org [3] CONNICK F. (1991) et al. [4] COPIN B. (2000) Mémoire de maîtrise UFR, 67p [5] Charte départementale pour l’environnement et pour le développement durable de l’Aisne, projet n°12- Gestion durable du marais de Cessières-montbavin-laniscourt