L'analyse du sol minéralogique, organique et minérale
Marc Pansu
Jacques Gautheyrou
Springer
Partie 1 - Analyse minéralogique
Chapitre 1.1 Teneur en eau et perte au feu
1. Introduction3
2 Teneur en eau à 105°C (H2O-)6
2.1 Principe6
2.2 Matériel6
2.3 Échantillon6
2.4 Mode opératoire7
2.5 Remarques7
3. Perte au feu à 1 000°C (H2O+)8
3.1 Introduction8
3.2 Principe9
3.3 Matériel11
3.4 Mode opératoire11
3.5 Calculs11
3.6 Remarques12
Bibliographie12
Chapitre 1.2 Analyse granulométrique
1. Introduction15
1.1 Situation pédologique15
1.2 Principe17
1.3 Loi de la sédimentation18
1.4 Conditions d'application de la loi de Stokes24
2. Méthodes classiques26
2.1 Prétraitement de l'échantillon27
2.2 Mise en suspension et dispersion des particules31
2.3 Méthode pipette Robinson-Köhn ou Andreasen34
2.4 Méthode densimétrique à profondeur variable42
2.5 Méthode densimétrique à profondeur constante46
2.6 Granulométrie des seuls sables48
3. Appareillages automatisés49
3.1 Introduction49
3.2 Méthodes mettant en jeu la sédimentation par gravité simple50
3.3 Méthodes par sédimentation accélérée52
3.4 Méthodes mettant en jeu la diffraction et diffusion Laser53
3.5 Méthodes mettant en jeu des propriétés optiques et électriques54
3.6 Méthodes permettant l'observation directe des particules55
3.7 Méthodes mettant en jeu la conductivité55
Références56
Bibliographie57
Généralités57
Prétraitements58
Méthode pipette61
Méthodes densimétrie-hydromètre61
Méthodes instrumentales62
Chapitre 1.3 Fractionnement des systèmes colloïdaux
1. Introduction65
2. Fractionnement par centrifugation continue66
2.1 Principe66
2.2 Théorie69
2.3 Matériels et produits72
2.4 Mode opératoire74
3. Pré-traitements divers des phases extraites79
Références81
Bibliographie81
Chapitre 1.4 Caractérisations minéralogiques par diffractométrie RX
1. Introduction83
1.1 Situation de la méthode83
1.2 Principe86
1.3 Instrumentation DRX87
2. Pratique de la diffractométrie qualitative90
2.1 Schéma général de préparation des échantillons90
2.2 Préparations pour diagrammes de poudre90
2.2 Préparations pour diagrammes orientés94
2.3 Prétraitement des argiles99
2.4 Interprétation qualitative des diffractogrammes113
3. Analyse minéralogique quantitative118
3.1 Intérêt118
3.2 Analyse minéralogique quantitative par DRX118
3.2 Analyse minéralogique quantitative multi-instrumentale124
Références126
Bibliographie127
Généralités127
Préparation agrégats orientés sur plaque céramique poreuse128
Saturation des argiles par les cations129
Saturation, solvatation, complexe d'intercalation, dissolution129
Préparation des oxydes de fer130
DRX quantitative130
Chapitre 1.5 Analyse minéralogique par spectrométrie Infrarouge
1. Introduction133
1.1 Principe133
1.2 Instrumentation I.R135
2. Pratique de la spectrométrie IR139
2.1 Matériels et produits139
2.2 Préparation des échantillons139
2.3 Clés succinctes d'interprétation des spectres147
2.4 Analyse quantitative152
3. Techniques complémentaires156
3.1 Spectrométrie dans le proche IR (NIRS)156
3.2 Couplage mesures thermiques et spectro FTIR des produits volatils158
3.3 Microscopie Infrarouge159
3.4 Spectroscopie de diffusion Raman159
Références161
Chronobibliographie162
Chapitre 1.6 Séparations minéralogiques par dissolution sélective
1. Introduction167
1.1 Intérêt pédologique167
1.2 Substances "amorphes"169
1.3 Méthodes de dissolutions sélectives173
1.4 Réactifs - Etalons synthétiques174
2. Principales méthodes de dissolution sélective180
2.1 Acide oxalique-oxalate d'ammonium à l'obscurité180
2.2 Méthode dithionite-citrate-bicarbonate (DCB ou CBD)187
2.3 Méthode EDTA192
2.4 Méthode pyrophosphate196
2.5 Extraction en milieux fortement basiques200
3. Autres méthodes, évolution et choix206
3.1 Méthodes séquentielles différentielles206
3.2 Méthodes sélectives diverses des produits amorphes210
3.3 Clé succincte d'utilisation des méthodes différentielles214
Références215
Chapitre 1.7 Analyse thermique
1. Introduction221
1.1 Définition221
1.2 Intérêt223
2. Méthodes classiques226
2.1 Analyse thermogravimétrique226
2.2 Analyse thermique différentielle et calorimétrie diff. à balayage235
3. Matériels combinés d'analyse thermique246
3.1 Concepts246
3.2 Les couplages analyse thermique - analyse des gaz247
Références249
Chronobibliographie250
Chapitre 1.8 Analyse microscopique
1. Introduction253
2. Préparation des échantillons254
2.1 Intérêt254
2.2 Enrobage et imprégnation, lames minces255
2.3 Grilles et répliques pour microscopie électronique en transmission261
2.4 Montage des échantillons pour microscopie électronique à balayage264
2.5 Traitement de surface (ombrages, flash-carbone, métallisation)265
3. Etudes267
3.1 Microscopie optique267
3.2 Microscopie électronique, généralités270
3.3 Microscopie électronique en transmission, microdiffraction271
3.4 Microscopie électronique à balayage280
3.5 Microanalyse élémentaire par spectrométrie RX282
Références284
Chronobibliographie285
Partie 2 - Analyse organique
Chapitre 2.1 Fractionnement physique des matières organiques
1. Principe et limitations289
1.1 Situation pédologique289
1.2 Principe289
1.3 Difficultés291
2. Méthodes293
2.1 Classification293
2.2 Extraction des racines293
2.3 Dispersion des particules296
2.4 Séparations densimétriques310
2.5 Fractionnements granulométriques314
2.6 Précision des méthodes de fractionnement320
3. Conclusion et perspectives322
Références323
Chapitre 2.2 Analyse élémentaire organique et totale C, N (H, O, S)
1. Introduction327
1.1 Matière organique des sols327
1.2 Prélèvements, préparation des échantillons, représentativité330
2. Méthodes par voie humide333
2.1 Carbone total, généralités333
2.2 C organique total par voie humide à température de réaction335
2.3 C organique total par voie humide à température contrôlée340
2.4 Carbone organique total par voie humide et spectrocolorimétrie341
2.6 Azote total par voie humide, introduction342
2.7 Azote total par méthode Kjeldahl classique et titrimétrie344
2.8 Azote Kjeldahl classique, dosage par spectrocolorimétrie348
2.9 Azote total Kjeldahl, dosage par électrode spécifique351
2.10 Mécanisation et automatisation de la méthode Kjeldahl353
2.11 Modes opératoires modifiés pour NO3-, NO2-, N fixé353
3. Méthodes par voie sèche355
3.1 Carbone total par volatilisation simple355
3.2 Analyse instrumentale simultanée CHN(OS) par voie sèche356
3.3 CHNOS par les méthodes d'analyse thermique361
3.4 Carbone et azote par analyse instrumentale non destructive362
3.5 Analyse simultanée des différents isotopes C et N363
Références364
Bibliographie366
Chapitre 2.3 Quantification des composés humiques
1. Intérêt pédologique371
1.1 Définitions371
1.2 Rôle dans le sol et l'environnement373
1.3 Extractions374
2. Principales techniques375
2.1 Extraction375
2.2 Quantification des extraits379
2.3 Précision et correspondance des méthodes d'extraction383
2.4 Purification des matières humiques389
3. Autres développements392
3.1 Variantes d'extraction392
3.2 Fractionnement du culot d'humine392
Références395
Généralités sur les matières humiques395
Extraction, dosage, purification et fractionnement des matières humiques396
Chapitre 2.4 Caractérisation des composés humiques
1. Introduction399
1.1 Mécanismes de formation399
1.2 Structure moléculaire400
2. Principales techniques401
2.1 Fractionnement des composés humiques401
2.2 Titrage des principaux groupes fonctionnels408
2.3 Spectrométrie UV-visible410
2.4 Spectrographie infrarouge413
3. Autres techniques415
3.1 Evolution des techniques de fractionnement415
3.2 Titrage de groupes fonctionnels417
3.3 Caractérisation par fragmentation419
3.4 Résonance magnétique nucléaire (RMN ou NMR)424
3.5 Spectroscopie de fluorescence433
3.6 Spectroscopie de résonance de spin électronique RSE435
3.7 Mesures de poids et encombrement moléculaire437
3.8 Observations microscopiques441
3.9 Autres techniques442
Références443
Modèles moléculaires443
Fractionnement, détermination des poids et tailles moléculaires443
Groupes fonctionnels des composés humiques445
Caractérisations spectrométriques et diverses446
Chapitre 2.5 Dosage des molécules non humiques
1. Introduction453
1.1 Les molécules non humiques453
1.2 Sucres des sols453
1.3 Lipides des sols456
1.4 Pesticides et polluants457
2. Techniques classiques458
2.1 Hydrolyse acide des polysaccharides458
2.2 Purification éventuelle des hydrolysats acides462
2.3 Dosages colorimétriques des sucres464
2.4 Dosage des sucres par chromatographie gazeuse467
2.5 Dosage des lipides totaux472
2.6 Quantification des hydrosolubles organiques474
3. Autres techniques475
3.1 Sucres par chromatographie gazeuse475
3.2 Sucres par chromatographie liquide475
3.3 Fractionnement et étude des lipides477
3.4 Dosages de résidus de pesticides et polluants483
Références492
Sucres des sols492
Lipides des sols495
Extraits aqueux495
Pesticides et polluants496
Chapitre 2.6 Formes de l'azote organique, azote (et C) minéralisable
1. Introduction497
1.1 Intérêt pédologique497
1.2 Types de méthodes499
2. Méthodes classiques500
2.1 Formes de l'azote organique par hydrolyse acide500
2.2 Formes de l'azote organique par hydrolyse acide: méth. simplifiée509
2.3 Dosage de l'urée511
2.4 Azote potentiellement minéralisable: méthodes biologiques513
2.5 Azote potentiellement minéralisable: méthodes chimiques522
2.6 Cinétiques de minéralisation526
3. Autres développements analytiques531
3.1 Variantes de protocoles d'hydrolyse acide531
3.2 Dosage colorimétrique et chromatographique des acides aminés532
3.3 Dosage colorimétrique et chromatographique des amino-sucres537
3.4 Protéines et glycoprotéines (glomaline)538
3.5 Azote potentiellement minéralisable par EUF539
Références540
Formes d'azote organique: articles généraux540
Formes d'azote: méthodes hydrolyse acide et distillation541
Améliorations de l'hydrolyse acide541
Dosage des acides aminés541
Dosage des amino-sucres542
Gomaline542
Dosage de l'urée543
Azote potentiellement minéralisable: articles généraux543
Azote potentiellement minéralisable: méthodes biologiques544
Azote potentiellement minéralisable: méthodes chimiques545
Azote potentiellement minéralisable par EUF545
Cinétiques de minéralisation546
Partie 3 - Analyse minérale
Éléments échangeables et totaux
Chapitre 3.1 Mesure du pH
1. Introduction549
1.1 Intérêt de la mesure549
1.2 Difficultés551
1.3 Rappels théoriques552
2. Mesures courantes554
2.1 Méthodes554
2.2 Méthode colorimétrique556
2.3 Méthode électrométrique558
2.4 Mesure électrométrique, généralités562
2.5 Mesure sur les suspensions de sols563
2.6 Détermination du pH-K et pH-Ca565
2.7 Mesure sur les "pâtes saturées"566
2.8 Mesure sur extrait de pâte saturée567
2.9 Mesure du pH-NaF567
3. Mesure in situ568
3.1 Appareillage568
3.2 Mise en place sur le terrain569
3.3 Mesure sur monolithe de sol571
Références572
Bibliographie572
Annexes573
Annexe 1 - Potentiels des électrode de référence/électrode à hydrogène574
Annexe 2 - Constantes de dissociation de quelques équilibres575
Annexe 3 - Solutions tampon575
Annexe 4 - Indicateurs colorés577
Chapitre 3.2 Mesure du potentiel d'oxydo-réduction
1. Définitions et principe579
2. Matériels et réactifs581
2.1 Electrodes581
2.2 Pont salin de liaison582
2.3 Système de mesure582
2.4 Solutions d'étalonnage583
3. Mode opératoire583
3.1 Prétraitement de l'électrode583
3.2 Mesure sur échantillons583
3.3 Mesure sur monolithe584
3.4 Mesure in situ584
3.5 Mesure de la vitesse de diffusion de l'oxygène (VDO)585
3.6 Détermination colorimétrique de Eh587
Références587
Bibliographie588
Chapitre 3.3 Carbonates
1. Introduction591
2. Dosage des carbonates totaux593
2.1 Introduction593
2.2 Détermination au calcimètre594
2.3 Détermination par acidimétrie597
3. Dosage du calcaire actif599
3.1 Principe599
3.2 Mise en œuvre599
3.3 Indice de pouvoir chlorosant601
Références601
Chapitre 3.4 Sels solubles
1. Introduction603
2. Extraction604
2.1 Rapport sol/solution605
2.2 Extrait de pâte saturée605
2.3 Extraits dilués606
2.4 Prélèvement de l'eau du sol in situ608
2.5 Extraits à l'eau chaude608
3. Mesures et dosages608
3.1 Conductivité électrique des extraits608
3.2 Conductivité in situ611
3.3 Matières solides dissoutes totales612
3.4 Cations extractibles613
3.5 Carbonates et bicarbonates extractibles (alcalinité)614
3.6 Chlorures extractibles616
3.7 Sulfates, nitrates, phosphates extractibles618
3.7 Bore extractible619
3.8 Dosage par chromatographie ionique des anions extractibles620
3.9 Expression des résultats623
Références624
Chapitre 3.5 Complexe adsorbant
1. Introduction627
2. Origine des charges628
2.1 Echange ionique628
2.2 Complexe échangeable629
2.3 Théorie632
Références634
Chronobibliographie635
Chapitre 3.6 Point isoélectrique et point de charge nulle
1. Introduction643
1.1 Charges des colloïdes643
1.2 Définitions645
1.3 Conditions pour la détermination des charges647
2. Principales méthodes649
2.1 Détermination de pHO (PZSE), protocole avec temps d'équilibre long649
2.2 Point d'effet de sel nul (PZSE), avec temps d'équilibre court650
Références654
Chapitre 3.7 Charges permanentes et charges variables
1. Introduction655
2. Principales méthodes659
2.1 Détermination des charges variables659
2.2 Détermination des charges permanentes660
Références662
Bibliographie663
Chapitre 3.8 Détermination des cations échangeables
1. Introduction665
1.1 Intérêt665
1.2 Extractants666
1.3 Appareillages667
2. Méthode à l'acétate d'ammonium pH 7669
2.1 Principe669
2.2 Protocole669
3. Extraction continue automatisée672
Références672
Bibliographie673
Chapitre 3.9 Détermination de l'acidité d'échange
1. Introduction675
1.1 Rappels théoriques675
1.2 Buts de l'analyse676
2. Méthode678
2.1 Principe678
2.2 Réactifs678
2.3 Mode opératoire678
3. Autres méthodes681
Références682
Chronobibliographie682
Chapitre 3.10 Détermination du besoin en chaux
1. Introduction685
1.1 Intérêt685
1.2 Techniques d'évaluation687
2. Méthode tampon SMP688
2.1 Principe688
2.2 Réactifs689
2.3 Mode opératoire689
2.4 Remarques690
Références691
Chronobibliographie691
Chapitre 3.11 Affinité et sélectivité d'échange, isotherme d'échange
1. Introduction695
2. Détermination de l'isotherme d'échange700
2.1 Principe700
2.2 Réactifs700
2.3 Mode opératoire701
2.4 Remarques703
Références703
Chronobibliographie705
Chapitre 3.12 Capacité d'échange cationique
1. Introduction707
1.1 Théorie générale707
1.2 Variables influençant la détermination de la CEC709
2. Détermination de la CEC effective par sommation (ECEC)716
2.1 Principe716
2.2 Variantes717
3. Détermination de la CEC au pH du sol en milieu non tamponné717
3.1 Principe717
3.2 Méthode avec sels métalliques non tamponnés718
3.3 Protocoles avec cations organo-métalliques non tamponnés721
3.4 Méthodes non tamponnées avec cations organiques727
4. Détermination de la CEC en milieux tamponnés728
4.1 Méthodes tamponnées, généralités728
4.2 Méthode à l'acétate d'ammonium à pH 7,0730
4.3 Méthodes tamponnées à pH 8,0 à 8,6736
4.4 Méthodes tamponnées à pH divers741
Références743
Bibliographie748
Théorie générale CEC748
Méthode Ba++ (pH du sol)749
Méthode tamponnée à pH 7,0750
CEC cobalti-hexamine751
Ag-Thiourée751
CEC avec organo-cations (colorants)751
Méthodes tamponnés pH 8,0 à 8,6751
Chlorure de Baryum-Triéthanolamine à pH 8,1751
Chapitre 3.13 Capacité d'échange anionique
1. Théorie753
2. Mesure757
2.1 Principe757
2.2 Description758
3. Détermination simultanée de CEA, CE, CEC et CEC nette759
3.1 Intérêt759
3.2 Description759
Références761
Chapitre 3.14 Formes de l'azote minéral
1. Introduction765
1.1 Ammonium, nitrates et nitrites765
1.3 Difficultés d'échantillonnage766
1.4 Difficultés de dosage766
2. Méthodes courantes767
2.1 Extraction des formes échangeables767
2.2 Séparation par micro-diffusion768
2.3 Dosage colorimétrique de l'ammonium771
2.4 Dosage colorimétrique des nitrites773
2.5 Dosage colorimétrique des nitrates776
2.6 Azote organique extrait777
3. Autres méthodes778
3.1 Nitrates et nitrites par absorption photométrique dans UV778
3.2 Ammonium à l'aide d'une électrode spécifique780
3.3 Nitrates avec une électrode ionique spécifique784
3.4 Mesure in situ786
3.5 Ammonium non échangeable788
Références789
Bibliographie790
Chapitre 3.15 Phosphore
1. Introduction791
2. Le phosphore total des sols792
2.1 Introduction793
2.2 Minéralisation totale par voie humide794
2.3 Minéralisation par voie sèche796
3. Méthodes de fractionnement des formes de P797
3.1 Introduction797
3.2 Méthodes séquentielles798
3.3 Extractions sélectives diverses - indice de disponibilité802
3.4 Extraction par dilution isotopique811
3.5 Détermination du phosphore organique812
4. Rétention du phosphore817
4.1 Introduction817
4.2 Détermination de la rétention de P818
5. Dosages de P dans les extraits819
5.1 Introduction819
5.2 Dosage de P orthophosphorique par spectrocolorimétrie821
5.3 Dosage de P par méthodes spectrographiques826
5.4 Dosages des formes de P par RMN 31P826
5.5 Séparation des composés de P par chromatographie liquide828
6. Spéciation directe de P "in situ", ou sur particules extraites828
Références829
Chronobibliographie831
Chapitre 3.16 Soufre
1. Introduction833
1.1 Les composés du soufre833
1.2 Etudes minéralogiques834
2. Soufre total et composés du soufre838
2.1 Particularité des sols du domaine fluvio-marin838
2.2 Prélèvement et préparation des échantillons839
2.3 Test des formes sulfurées solubles840
2.4 Méthodes de dosage du Soufre total840
2.5 Mise en solution de S total par fusion alcaline oxydante841
2.6 Solubilisation totale par l'hypobromite de sodium en milieu alcalin843
2.7 Dosage de S par colorimétrie au bleu de méthylène844
2.8 Dosage des sulfates par colorimétrie au bleu de méthyl thymol849
2.9 Soufre total par analyse élémentaire voie sèche CHN(OS)851
2.10 Dosage de S total-SO4 par chromatographie ionique854
2.11 Dosage de S total par spectrométrie d'émission à plasma856
2.12 Dosage par fluorescence X856
2.13 Dosage par absorption atomique856
2.14 Fractionnement analytique des composés du soufre856
2.15 Dosage des composés de S organique lié à C858
2.16 Dosage des composés S organique non liés à C860
2.17 Extraction et dosage des sulfures solubles861
2.18 Dosage du soufre dans les pyrites864
2.19 Dosage du soufre élémentaire866
2.20 Dosage des sulfates solubles à l'eau868
2.21 Dosage des sulfates extractibles par Na3-EDTA869
2.22 Dosage de la jarosite872
2.23 Analyse séquentielle des formes de S874
3. Le soufre des sols gypseux876
3.1 Les sols gypseux876
3.2 Tests préliminaires877
3.3 Extraction et dosage à partir d'extraits multiples879
3.4 Méthode par précipitation à l'acétone880
4. Besoin du sol en soufre et en gypse882
4.1 Introduction882
4.2 Extraction des composés du soufre à but agronomique883
4.3 Besoin en gypse885
Références886
Chronobibliographie889
Chapitre 3.17 Dosage des éléments extractibles et totaux
1. Eléments dans les sols893
1.1 Eléments majeurs893
1.2 Eléments traces et polluants895
1.3 Eléments biogènes et toxiques897
1.4 Eléments totaux898
1.5 Eléments extractibles899
2. Méthodes avec solubilisation899
2.1 Méthodes de solubilisation totale899
2.2 Principaux réactifs pour dissolutions totales901
2.3 Attaque acide en milieu ouvert904
2.4 Attaque acide en milieu fermé909
2.5 Minéralisation par micro-ondes911
2.6 Fusion alcaline913
2.7 Extractions sélectives918
2.8 Méthodes de dosage923
2.9 Dosages par spectrocolorimétrie925
2.10 Dosages par spectrométrie d'émission de flamme929
2.11 Dosages par spectrométrie d'absorption atomique de flamme930
2.12 Dosage de traces par SAA hydrures et vapeur froide934
2.13 Dosage de traces par SAA électrothermique937
2.14 Dosages par spectrométrie d'émission de plasma939
2.15 Dosages par spectrométrie de masse à plasma943
3. Analyses sur milieu solide948
3.1 Méthodes948
3.2 Analyse par fluorescence X950
3.3 Analyse par activation neutronique958
Références966
Index alphabétique971
Tableau périodique des éléments992