Hydrophobie du sol (SWR) : quand le sol refuse l'eau

Les hydrophobinesPetites protéines cystéine-riches produites exclusivement par les champignons filamenteux (Fernandez et al., 2015). Elles s'auto-assemblent en couches amphi-pathiques aux interfaces, rendant les surfaces (comme les parois des hyphes) hydrophobes, ce qui favorise l'adhésion aux substrats et stabilise la structure des agrégats du sol en les rendant moins mouillables (Almeida et al., 2022; Mountassir et al., 2018). → Vocabulaire sont de petites protéines (7–9 kDa) riches en cystéine, produites exclusivement par les champignons filamenteux. Leur particularité structurale — une face hydrophile et une face hydrophobe — leur permet de s'auto-assembler en films bidimensionnels aux interfaces air-eau ou eau-solide. Dans le sol, les hyphes fongiques sécrètent ces protéines qui viennent tapisser les surfaces minérales et les revêtir d'un manteau hydrophobe. Rillig (2005) a établi le lien entre la production d'hydrophobines par les champignons du sol, en particulier les saprophytes décomposeurs de litière, et l'apparition de la SWR. Cette connexion entre biologie fongique et physique du sol illustre magistralement le rôle d'ingénieur des microorganismes : un film protéique de quelques nanomètres d'épaisseur suffit à inverser la mouillabilité d'une surface minérale.

Les hydrophobines ne sont pas les seules responsables. Les acides gras à longue chaîne, les cires végétalesLes cires végétales sont des mélanges lipidiques complexes (alcanes, esters, acides gras à longue chaîne) localisés au niveau de la cuticule des parties aériennes des plantes (Lecomte, 2009). Totalement hydrophobes, elles forment une barrière imperméable qui contrôle la transpiration, protège contre les rayons UV et les stress abiotiques (sécheresse), et constitue une première ligne de défense contre les infections pathogènes et les agressions mécaniques (Chavonet, 2022; Giacinti, 2016; Marchat, 2015) → Vocabulaire issues de la décomposition des litières, et certaines fractions des matière organique évoluée peuvent également induire une hydrophobicité. Une étude a montré que des sels d'acides gras divalents, en s'accumulant à la surface des particules, peuvent créer un revêtement hydrophobe particulièrement persistant (Graber et al., 2009). La diversité des composés impliqués explique la complexité du phénomène : l'hydrophobie d'un sol peut avoir des origines multiples, parfois simultanées, et son intensité dépend de l'équilibre entre production (fongique, végétale) et dégradation (bactérienne) des composés hydrophobes.

Si les champignons produisent les revêtements hydrophobes, les bactéries peuvent les dégrader. Certaines souches de Bacillus subtilis, par exemple, sont capables de rompre les films hydrophobes et de restaurer la mouillabilitéAptitude d'une surface solide à être mouillée par un liquide, mesurée par l'angle de contact à l'interface solide-liquide-gaz. La mouillabilité des agrégats du sol conditionne l'infiltration de l'eau, la rétention hydrique et l'accessibilité des nutriments aux racines ; l'hydrophobicité induite par les exsudats fongiques ou les composés organiques peut créer des écoulements préférentiels et limiter la biodisponibilité de l'eau. → Vocabulaire du sol (Lowe et al., 2019). Feeney et al. (2006) ont démontré que l'application de biocides fongiques réduisait la SWR, confirmant le rôle prépondérant des champignons, mais que l'application de biocides bactériens l'aggravait, suggérant un effet protecteur des communautés bactériennes contre l'hydrophobie. La SWR apparaît ainsi comme un équilibre dynamique entre producteurs (champignons) et nettoyeurs (bactéries) de surfaces hydrophobes.

Le test du temps de pénétration d'une goutte d'eau (Water Drop Penetration Time, WDPT) est la méthode de terrain la plus simple et la plus répandue pour diagnostiquer la SWR. Une goutte d'eau est déposée sur la surface du sol (ou sur un agrégat), et le temps nécessaire à sa complète infiltrationProcessus physique par lequel l'eau pénètre à travers la surface du sol pour rejoindre la zone non saturée (Nakhaei & Šimůnek, 2014; Niyazi et al., 2023). Le taux d'infiltration dépend de la texture, de l'humidité initiale et de la structure superficielle (porosité, croûtes) ; il est initialement élevé puis diminue jusqu'à atteindre une valeur stable correspondant à la conductivité hydraulique à saturation (Keskinen et al., 2019; Marín et al., 2023; Rahmati et al., 2018) → Vocabulaire est chronométré. La classification la plus utilisée, issue des travaux fondateurs sur la SWR, distingue des classes croissantes de sévérité selon le temps d'infiltration — de quelques secondes (sol hydrophile) jusqu'à plusieurs heures pour un sol extrêmement hydrophobe (Doerr et al., 2000). En pratique, un temps d'infiltration dépassant quelques secondes signe déjà une hydrophobie marquée. Ce test simple permet de cartographier rapidement l'hétérogénéité de l'hydrophobie à l'échelle d'une parcelle.

L'angle de contactParamètre physico-chimique mesurant l'angle d'intersection entre l'interface air-eau et une surface solide (grain de sol), utilisé pour quantifier l'hydrophobie ou la « mouillabilité » d'un substrat (Bachmann et al., 2013; Zhang et al., 2023). Un sol est qualifié d'hydrophobe ou de « water repellent » lorsque l'angle de contact dépasse 90°, ce qui inhibe ou ralentit l'infiltration de l'eau par rapport à un sol hydrophile (angle < 90°) (Hallett, 2008; Karatza et al., 2021; Shirtcliffe et al., 2006) → Vocabulaire (angle de contact) est la mesure physique de référence : il quantifie l'angle que forme une goutte d'eau avec la surface solide. Un angle supérieur à 90° indique une surface hydrophobe. Le test à la molarité d'éthanol (Molarity of Ethanol Droplet, MED) utilise des solutions eau-éthanol de tension superficielle décroissante pour déterminer le degré d'hydrophobie de manière semi-quantitative. Ces deux indicateurs sont complémentaires du WDPT et permettent un suivi plus fin de l'intensité du phénomène.

L'hydrophobie n'est pas uniforme. Elle se manifeste en zones hétérogènes (patches), souvent associés aux zones de forte activité fongique (litière en décomposition, résidus végétaux). Elle varie aussi dans le temps : elle est généralement plus prononcée en été, lorsque le sol est sec, et diminue après les premières pluies d'automne, lorsque l'humidité réactive les communautés bactériennes dégradeuses. La revue fondatrice de Doerr et al. (2000) a documenté de manière exhaustive cette variabilité spatio-temporelle et ses implications hydro-géomorphologiques.

La conséquence la plus visible de la SWR est une infiltrationProcessus physique par lequel l'eau pénètre à travers la surface du sol pour rejoindre la zone non saturée (Nakhaei & Šimůnek, 2014; Niyazi et al., 2023). Le taux d'infiltration dépend de la texture, de l'humidité initiale et de la structure superficielle (porosité, croûtes) ; il est initialement élevé puis diminue jusqu'à atteindre une valeur stable correspondant à la conductivité hydraulique à saturation (Keskinen et al., 2019; Marín et al., 2023; Rahmati et al., 2018) → Vocabulaire hétérogène, qui crée des « doigts d'écoulement préférentiel » (finger flow) et laisse des zones entières du profil sec — les fameux « taches sèches (dry spots) » décrits dans la fiche sur l'hydrophobie du sol. Les racines, privées d'eau dans ces zones, subissent un stress hydrique localisé même quand le sol dans son ensemble a reçu suffisamment de pluie ou d'irrigation.

La remédiationMesures prises a posteriori pour réduire la contamination d'un milieu (sol ou eau) en favorisant des processus de dégradation et de rétention des polluants (Leenhardt et al., 2023). Elle vise à diminuer l'exposition des organismes aux substances toxiques par le biais de processus biotiques ou abiotiques (Leenhardt et al., 2022) → Vocabulaire de la SWR peut emprunter plusieurs voies (Müller & Deurer, 2011). L'application d'agents mouillants (tensioactifs) est efficace à court terme mais ne traite pas la cause. L'apport de matière organique mature (compost) stimule les communautés bactériennes dégradeuses. Le travail du sol peut rompre mécaniquement les films hydrophobes, mais au prix d'une perturbation des réseaux fongiques bénéfiques. La stratégie la plus durable consiste à gérer l'équilibre fongique/bactérien par la qualité et la diversité des apports organiques, en évitant l'accumulation de litières ligneuses non décomposées qui favorisent les champignons producteurs d'hydrophobines sans apporter les bactéries qui les dégraderaient.