La pédogenèse : comment le vivant fabrique le sol

Jenny (1941) a donné à la pédologie son cadre quantitatif en posant que l'état d'un sol est une fonction du climat (C), des organismes (O), du relief (R), de la roche-mèreFormation géologique (roche dure ou meuble) située à la base du profil pédologique et servant de matériau originel à la formation du sol (Soltani, 2019). Son altération physico-chimique sous l'influence du climat et de la biosphère fournit la fraction minérale initiale du sol et détermine ses propriétés texturales fondamentales (Tafasca, 2020) → Vocabulaire (P, pour parent material) et du temps (T) — le mnémonique CLORPT. L'équation s'écrit S = f(C, O, R, P, T), où S désigne le sol dans son état d'équilibre dynamique. L'intuition décisive n'est pas la liste des facteurs — déjà pressentis par Dokuchaev au XIXᵉ siècle — mais la proposition méthodologique : en tenant quatre facteurs constants, on isole l'effet du cinquième. C'est le principe des séquences — chronoséquences (le temps varie), toposequences (le relief), lithosequences (la roche) — qui ont fait la science pédologique du XXᵉ siècle.

L'élégance du cadre ne doit pas masquer sa limite : les facteurs ne sont pas indépendants. Le climat conditionne le biote, le relief détermine le drainage, le temps donne de l'épaisseur à l'interaction entre tous. Mais c'est précisément cette élégance qui a permis à la pédologie de passer de la description naturaliste des profils à l'hypothèse testable. Jenny n'a pas enfermé le sol dans une formule : il a ouvert la possibilité de son étude expérimentale.

Les chronoséquences transforment le temps en variable expérimentale : en comparant des sols d'âges croissants sur une même roche-mère, on lit la pédogenèseEnsemble des processus physico-chimiques et biologiques conduisant à la formation et à l'évolution des sols à partir de la dégradation de la roche-mère (Mergelov et al., 2018). Ce processus complexe est influencé par cinq facteurs principaux : le climat, les organismes vivants (biote), le relief, la roche-mère et le temps (Mergelov et al., 2018; Retallack, 2025) → Vocabulaire en accéléré. La séquence classique du Michigan (moraines glaciaires étagées de quelques siècles à environ 12 000 ans) ou celle de la côte californienne (terrasses marines pléistocènes) ont forgé l'essentiel des connaissances sur la vitesse de formation des horizons, le lessivage des argiles et l'acidification progressive des profils.

Un exemple récent en montre la fécondité agronomique. Sur la chronoséquence de Cooloola (Australie), Butler et al. (2025) ont suivi la dynamique des cofacteurs de la nitrogénase — fer, vanadium, molybdène — et du phosphore au fil du développement du sol. Leur résultat est net : la fixation biologique de l'azote, qui soutient la fertilité des écosystèmes, est d'abord contrainte par la disponibilité de ces éléments traces dont l'origine est exclusivement minérale. Le jeune sol riche en minéraux fraîchement altérés offre un cortège de cofacteurs métalliques que le vieux sol lessivé a perdu depuis longtemps. La biologie du sol hérite de la minéralogie en cours d'altération — et l'âge du sol devient une variable agronomique, pas seulement une curiosité de pédologue. Ce que les ingénieurs agronomes appellent « carence en molybdène » est, vu du sol, une étape normale de la pédogenèse.

L'altérationProcessus biogéochimique de dégradation et de transformation des minéraux de la roche-mère ou des particules du sol. Cette altération libère des nutriments essentiels et participe à la formation des complexes argilo-humiques (Génermont, 1996). Elle est influencée par des facteurs abiotiques (climat, pH) et biotiques (excrétions racinaires, activité microbienne) (Génermont, 1996) → Vocabulaire des minéraux primaires n'est pas qu'affaire d'eau, de gel et d'hydrolyse passive. Le lessivage et les récoltes exportent cations basiques et phosphore, et leur remplacement exige un apport de novo par altération du matériau parental — processus auquel les organismes participent activement, des champignons mycorhiziens explorant les failles minérales jusqu'aux bactéries acidolytiques qui dissolvent les silicates par excrétion de protons et d'acides organiques (Finlay et al., 2020).

Cette vision a mis du temps à s'imposer. Longtemps, la pédologie a considéré l'altération comme essentiellement abiotique — le vivant colonisant un substrat déjà préparé par la géochimie. La synthèse de Finlay et al. (2020) a marqué un tournant en documentant systématiquement les mécanismes biologiques de l'altération : pénétration physique des hyphes dans les microfissures (pression de turgescence), complexation des cations métalliques par les sidérophores et les acides organiques, dissolution redox du fer et du manganèse. Le rôle des micro-organismes, longtemps sous-estimé faute d'outils d'observation à l'échelle de l'interface minérale, est désormais documenté jusqu'à l'échelle planétaire (Wild et al., 2022).

Les leviers agronomiques découlent directement de cette biologie de l'altération : les bactéries KSB (potassium-solubilizing bacteria), capables de libérer le potassium structural des feldspaths et des micas, ou l'extraction acide des minéraux par exsudats racinaires et fongiques sont les applications opérationnelles de ce moteur biologique. Le sol vivant ne se contente pas d'entretenir la fertilité : il la fabrique, grain par grain, à partir de la roche.

La pédogenèseEnsemble des processus physico-chimiques et biologiques conduisant à la formation et à l'évolution des sols à partir de la dégradation de la roche-mère (Mergelov et al., 2018). Ce processus complexe est influencé par cinq facteurs principaux : le climat, les organismes vivants (biote), le relief, la roche-mère et le temps (Mergelov et al., 2018; Retallack, 2025) → Vocabulaire n'agrège pas les particules au hasard. L'architecture du sol — la disposition des agrégats, des pores, des surfaces minérales et organiques — se construit en même temps que le sol se forme. Totsche et al. (2024) proposent, sous forme d'hypothèses structurées et d'un programme de recherche, que structure et fonctions du sol (rétention d'eau, fourniture de nutriments, habitat microbien) co-évoluent pendant la formation, via le développement et la stabilisation des microagrégats par les agents biologiques — polysaccharides bactériens, glomaline fongique, enchevêtrement des hyphes.

L'idée centrale est que la fonction n'est pas une propriété émergente qui apparaît une fois la structure établie : elle est le moteur de la structuration. Un agrégat se forme parce qu'une bactérie a sécrété un exopolysaccharide collant ; un pore se crée parce qu'une racine l'a traversé puis s'est décomposée. La structure n'est pas le contenant passif de la vie du sol — elle en est le produit, et elle la conditionne en retour.

Ce programme de recherche, développé en détail dans la fiche dédiée à la co-évolution structure-fonction, éclaire d'un jour nouveau les carbonates pédogéniques : leur précipitation, majoritairement géochimique (dégazage du CO₂, évaporation), peut se lire comme une stabilisation en partie biologique de la structure — les carbonates colmatent les pores à la vitesse où le CO₂ respiratoire les dissout. La pédogenèse est un processus de construction architecturale, pas de remplissage de contenant.

La lecture profonde du tempsDimension temporelle indispensable à l'évaluation des processus pédogénétiques et écologiques. Le temps définit la production (biomasse accumulée sur une période donnée) et la persistance des substances (durée de résidence ou demi-vie DT₅₀) (Mamy et al., 2014; Mitchell, 1983). Le suivi à long terme est nécessaire pour capturer l'évolution temporelle des propriétés hydrauliques et la résilience du sol face aux extrêmes climatiques (Pirlot et al., 2025) → Vocabulaire change tout : les sols se sont diversifiés avec l'évolution de la vie terrestre, selon une logique qui n'est pas sans rappeler la diversification des espèces. Retallack (2025) propose le terme de « Darwinian soil evolution » pour décrire cette trajectoire : microbes dans les sols archéens, champignons et amibes au Protérozoïque, lichens puis plantes non vasculaires à l'Ordovicien, premières forêts au Dévonien, prairies herbeuses au Miocène. Chaque innovation biologique majeure a créé de nouveaux types de sols — parce qu'elle a modifié la chimie de l'altération (acides humiques des premières tourbières carbonifères), la physique de la structuration (racines profondes des arbres), ou le bilan hydrique des profils (transpiration des prairies).

Les conséquences sont concrètes : les arbres ont engendré les horizons argileux des Alfisols par lessivage profond et les horizons ferrugineux des Spodosols par complexation acide ; les prairies herbeuses, avec leur renouvellement racinaire dense et superficiel, ont construit les profils riches en matière organique des Mollisols des grandes steppes. Le sol n'est pas un substrat sur lequel la vie s'est installée : c'est un produit de la vie, qui a évolué avec elle et qui porte, dans l'épaisseur de ses horizons, la trace des écosystèmes qui l'ont fabriqué.

Les paléosols — sols fossilisés dans les séries sédimentaires — sont les archives de cette co-évolution. Les plus anciens débattus remontent à 3,3 milliards d'années, sur le craton de Pilbara en Australie occidentale, où Retallack & Schmitz (2023) ont décrit des structures pédologiques dans des dépôts archéens. Le débat sur leur interprétation — s'agit-il vraiment de sols ou de paléosols hydrothermaux ? — est vif, mais il témoigne de l'enjeu : si des sols structurés existaient déjà à l'Archéen, alors la pédogenèse est presque aussi ancienne que la vie continentale elle-même.

Si le sol est un produit évolutif du vivant, le dégrader n'est pas simplement éroder un stock minéral : c'est interrompre une fabrication biologique qui a mis des centaines de millions d'années à produire le profil que nous cultivons. Un Mollisol des Grandes Plaines nord-américaines n'est pas un stock de limon et d'argile : c'est l'héritage pédologique de 20 millions d'années de co-évolutionProcessus de changement graduel des caractéristiques génétiques des populations au fil des générations, incluant l'adaptation aux niches écologiques et le transfert horizontal de gènes chez les micro-organismes (Tringe & Hugenholtz, 2008). L'évolution microbienne dans le sol est un moteur de la diversification fonctionnelle et de l'innovation métabolique (Sessitsch et al., 2023) → Vocabulaire avec les graminées — et un siècle de labour peut en effacer les horizons superficiels (Montgomery, 2007).

La réciproque est porteuse d'espoir : restaurer un sol, c'est relancer une pédogenèse — et l'on dispose aujourd'hui d'accélérateurs biologiques. L'altération renforcée des roches, qui épand des poudres de basalte ou de silicate sur les sols agricoles, mimique en quelques années le travail minéral que les lichens et les bactéries accomplissent sur des millénaires. La couverture permanente, le non-labour et l'apport de biomasse ne sont pas que des pratiques de conservation : ce sont des régimes de pédogenèse active, qui remettent le vivant au travail de fabrication du sol.

Le temps de la pédogenèse — des siècles pour quelques centimètres de sol meuble, sous climat tempéré — oppose son rythme à celui de l'érosion agricole, qui peut le consommer en quelques décennies. Le taux de formation moyen est estimé entre 0,01 et 0,1 millimètre par an sous forêt tempérée ; le taux d'érosion sous labour conventionnel peut dépasser 1 millimètre par an, soit un facteur 10 à 100. C'est cette asymétrie fondamentale qui a condamné des civilisations entières : les terrasses du Croissant fertile, autrefois grenier de l'empire néo-assyrien, sont aujourd'hui des badlands stériles ; les sols de la MésoamériqueAire géoculturelle s'étendant du Mexique central au Costa Rica, berceau de civilisations agricoles majeures (Olmèques, Mayas, Aztèques) ayant domestiqué le maïs, le haricot et la courge. Les sols volcaniques fertiles de cette région ont soutenu des systèmes agraires complexes, dont les chinampas, modèle ancestral d'agriculture intensive en zone humide. → Vocabulaire maya, déforestés et cultivés sur pentes, ont été emportés plus vite qu'ils ne se reformaient (Montgomery, 2007).

Lire la pédogenèse, c'est comprendre pourquoi le sol est un capital à renouvellement quasi nul à l'échelle humaine. Une fois disparu, le temps nécessaire à sa reconstitution — même accéléré par les amendements minéraux — excède l'horizon de planification de toute société agricole. C'est pourquoi les pratiques de couverture, de non-labour et de restitution de biomasse sont des politiques de conservation pédologique autant qu'agronomiques : elles ne freinent pas seulement l'érosion, elles maintiennent les conditions d'une pédogenèse active — en conservant le biote qui altère la roche, en protégeant la structure qui retient l'eau, en nourrissant les cycles qui accumulent la matière organique.