Tirons-nous de la boue : étudier le sol pour mieux comprendre le monde

par Nanette L. Avery

MÊME SI ON MARCHE DESSUS, on creuse dedans et on y travaille, le sol que l’on dénigre si souvent est l’un des produits de la Terre que l’on tient pour acquis. Dès l’enfance, à peine revenus de jouer dehors, on se fait dire de se laver les mains afin d’enlever cette « saleté ». Cela dit, loin d’être notre ennemi, le sol est essentiel à notre survie. Presque toute la nourriture qu’on consomme, les fibres qui servent à la fabrication de nos vêtements et les produits du bois qui composent nos meubles proviennent de plantes qui ont poussé dans le sol. Pratiquement toute l’eau douce le traverse ou s’écoule à sa surface avant d’atteindre les rivières, les lacs, les réservoirs et les puits d’où on la tire. Enfin, la respiration des microorganismes qui vivent dans le sol joue un rôle fondamental dans le cycle du carbone.

Afin de parler du sol à mes élèves de la fin du primaire, je souhaitais concevoir une étude scientifique pertinente qui les captiverait et leur procurerait ce moment de révélation que tous les enseignants souhaitent provoquer dans leurs classes. J’ai constaté leur intérêt croissant pour les expériences scientifiques et leur curiosité envers les lieux éloignés. Alors, plutôt que d’analyser uniquement le sol que nous trouvions dans notre quartier, nous avons étendu notre étude à des échantillons reçus d’un peu partout au pays.

J’ai commencé notre unité sur le sol par une séance de remue-méninges et j’ai demandé aux élèves ce qu’ils savaient à son propos. Je leur ai donné amplement de temps pour trouver des idées et nous en avons dressé une liste. Pour alimenter l’échange, j’ai posé des questions comme « De quoi est composé le sol? » et « À quoi sert-il? ». Ensuite, je leur ai fourni des renseignements généraux (voir encadré à la page X) et je leur ai accordé du temps en classe pour lire et discuter. Ces nouvelles connaissances servaient à favoriser un processus d’investigation riche pour les élèves.

Après la séance de lecture et d’échange, je leur ai posé quelques questions pour stimuler la réflexion : Croyez-vous qu’il y a un lien entre la composition du sol et les différentes formes de relief de notre pays? En analysant des échantillons de différentes régions, est-il possible de déterminer l’environnement géographique d’où ils proviennent? Si c’est le cas, quels sont les liens entre le sol et la géographie? Ces premières réflexions ont permis d’établir les objectifs principaux de l’étude : en analysant la composition des échantillons de différents endroits, les élèves allaient être en mesure de comparer le profil géographique des différentes régions du pays. 

Nous avons parlé des reliefs et des climats des différentes régions en observant des cartes de géographie physique. Les élèves pouvaient constater que le continent comporte plusieurs régions physiographiques. Par exemple, la portion ouest est composée de montagnes, le centre de prairies et de plaines sédimentaires, et les basses terres au sud de notre État, la Floride, sont marécageuses. La zone peuplée du Québec, les basses-terres du Saint-Laurent, est pour sa part une plaine sédimentaire. 

Certains élèves sont allés plus loin et ont comparé les régions à l’aide de cartes topographiques. Ils pouvaient ainsi non seulement voir les cours d’eau et les zones de végétation, mais aussi visualiser le relief du terrain en observant la forme des courbes de niveau et leur espacement.  

Afin de vérifier s’il y a une corrélation entre la composition du sol et les différents types de terrains (montagnes, déserts, plaines, milieux humides), les élèves devaient d’abord recueillir des échantillons à analyser. Chacun a apporté une enveloppe affranchie avec l’adresse d’un ami ou d’un proche qui vit dans une autre province ou un autre État (sans quoi, ils prenaient un échantillon près de la maison ou de l’école). En classe, nous avons rédigé la lettre suivante pour l’envoyer aux personnes sélectionnées. 

Cher/Chère ________________________,

À l’école, nous étudions présentement les roches et les minéraux. Dans le cadre de notre étude, nous allons observer et comparer des échantillons de sol de différentes régions. Pourrais-tu nous aider en m’envoyant par la poste un petit échantillon prélevé près de chez toi, que tu aurais placé dans une enveloppe ou dans un sac de plastique?

Merci beaucoup!

Ton ami/neveu/cousin/etc., _____________________________

Après avoir patienté plusieurs semaines, tous les élèves avaient reçu leur échantillon et étaient prêts à commencer l’étude. Dès le premier coup d’œil, les différences de couleur apparaissaient clairement, allant de légèrement similaire à très distincte. Par exemple, le sol rouge du désert de l’Arizona était différent du sol gris du désert de l’Utah, et très différent du sol foncé des grandes plaines, riche en matière organique. Même à ce stade précoce de l’étude, l’enthousiasme des élèves était palpable. 

Cette étude préliminaire nous a conduits vers une quête pour trouver comment l’environnement, la matière organique et les minéraux influencent la couleur du sol. Par exemple, les oxydes de fer entraînent des teintes de rouge, de jaune ou de brun, alors que les sols aux teintes blanches contiennent des carbonates, du gypse et des sels. Nous avons trouvé les réponses à la plupart de nos questions dans le système de couleurs de Munsell, un catalogue de couleurs fréquemment employé par les pédologues et facile à trouver sur Internet.

Après nos observations informelles, nous étions mûrs pour étudier le sol avec une loupe simple. Nous voulions avoir assez d’espace pour que chaque étudiant puisse s’étendre à sa guise : le studio d’arts plastiques s’est révélé un endroit idéal pour la prochaine étape de notre étude.

Renseignements généraux sur le sol

Le sol est un mélange complexe de minéraux, d’eau, d’air et de matière organique. La partie minérale du sol se compose de particules classées par ordre de grandeur : le sable, le limon et l’argile. Lorsqu’on mélange un échantillon à de l’eau dans un bocal, les particules de sable – les plus lourdes – s’amassent dans le fond. Les particules d’argile sont les plus légères et les plus fines, donc elles demeurent au-dessus du bocal, alors que le limon, de taille et de poids moyens, reste entre les deux.

Le type de sol qui se forme dans une région dépend du climat, du substrat rocheux et des plantes qui y poussent. En général, sa couleur indique le type de minéraux et son contenu organique. Par exemple, le sol profond et riche en matière organique des forêts à feuilles caduques de la Nouvelle-Angleterre est brun, humide et foncé, alors que le sol des régions sableuses, comme le sud de la Floride, est sec et gris poussiéreux. 

Le sol joue plusieurs rôles importants : il sert de support pour la croissance des plantes; il modifie l’atmosphère en émettant et en absorbant des gaz, comme la vapeur d’eau et de dioxyde de carbone; il offre un habitat à d’innombrables microorganismes qui recyclent les nutriments pour que d’autres êtres vivants puissent les utiliser; il absorbe, retient, libère et purifie l’eau; il fournit une base sur laquelle construire; il préserve les artefacts archéologiques.                

Analyse du sol

Observation 1 : Première observation à la loupe simple

Mots-clés : particule, matière organique, matière inorganique, érosion, météorisation  

Matériel : Une feuille de papier par élève, une loupe simple ou (microscope simple), un cure-dent, la fiche de première observation du sol, une cuillère à table de l’échantillon (réservez le reste pour plus tard). 

Aperçu : Le sol se compose de sable, de limon, d’argile et de matière organique. Les particules observables dans les échantillons ont été formées par météorisation ou par érosion, et les propriétés visibles que les élèves peuvent observer sont la couleur, la taille, la forme et la texture. Ces particules sont soit organiques ou inorganiques.

En observant la composition du sol d’un terrain en particulier, les élèves recueillent de l’information et des indices à propos d’une région donnée. Même si le sol peut être très différent d’un emplacement à l’autre, il se compose en général de matière organique, de matière inorganique, d’eau et d’air. Puisque certaines plantes nécessitent plus d’eau que les autres, la quantité d’eau et le type de matière organique trouvés dans les échantillons relèvent du climat d’une région et du type de végétation qu’on y trouve. En examinant le sol avec une loupe simple, les élèves peuvent beaucoup apprendre à propos de leur échantillon. En les comparant, ils verront davantage les différences et les similitudes entre les régions.

Procédure : 

1. Avant de distribuer le matériel, expliquez aux élèves qu’ils devront observer les caractéristiques suivantes de leur échantillon : 

a) Couleur : un sol foncé est signe d’une teneur élevée en matière organique; un sol clair indique généralement une teneur élevée en limon et en sable.

b) Taille : les particules plus fines que les grains de sable indiquent la présence d’argile et de limon; les gros morceaux sont probablement de la matière organique, comme des racines ou des feuilles. Les particules de sable mesurent entre 0,05 et 2 mm, celles du limon entre 0,002 et 0,05 mm, et celles d’argile sont inférieures à 0,002 mm. Pour certains élèves, il pourrait être nécessaire de montrer la taille des différentes particules sur une règle ou avec des dessins. 

c) Forme et texture : ces caractéristiques renvoient aux propriétés physiques des particules. Par exemple, le sable est meuble et ses grains sont facilement distinguables.

Les sols sableux seront granuleux au toucher; l’espace qui sépare chaque particule est plus grand que dans les autres types de sols. Les sols argileux seront collants et malléables lorsque mouillés. Les sols limoneux seront lisses et soyeux lorsque mouillés, et ressembleront à de la farine à gâteau lorsque secs. Les sols foncés très humides et à la texture boueuse contiennent sans doute beaucoup de matières organiques. Les particules minérales de plus de 2 mm de diamètre sont des cailloux, des petites roches ou de gros fragments de rochers. Celles avec des contours irréguliers, dentelés et tranchants pourraient provenir de roches fracturées ou avoir été déposées par ruissellement dans la région où l’échantillon a été prélevé.

2. Demandez aux élèves de placer une cuillère à table de sol sur une feuille de papier blanche, puis de l’étaler en prenant soin de retirer les gros morceaux. À l’aide d’une loupe simple, ils observeront ses caractéristiques : sa couleur, sa texture (taille et forme des particules), sa teneur en matière organique, etc.   

3. Demandez aux élèves de consigner leurs observations sur la feuille « Première observation du sol », puis comparez les constatations. Discutez des manières dont les matériaux ont pu se retrouver dans l’échantillon, et de l’influence du climat d’une région dans la composition du sol.  

Première observation du sol avec une loupe simple
D’où votre échantillon provient-il?
Description de la couleur :	Description de la taille des particules :
Description de la texture :	Description de la forme des particules :
Est-ce que des plantes poussaient dans ce sol?Qu’est-ce qui vous fait croire cela?
Remarquez-vous autre chose?
Déductions – D’après vos observations, qu’est-ce que votre échantillon révèle à propos des caractéristiques physiques de la région d’où il provient?

Observation 2 : Observer et analyser les couches du sol 

Une fois que les élèves auront observé le sol sec, ils pourront passer à la prochaine étape et examiner de nouveau leur échantillon, après l’avoir fait reposer dans l’eau. 

Vocabulaire essentiel : argile, limon, sable, terrain, région

Matériel : un échantillon par élève, un petit bocal de verre (les bocaux de conserve ou de nourriture pour bébé sont tout indiqués!), de l’eau distillée, une copie de la feuille de travail intitulée « Observer et analyser les couches du sol ».

Procédure :

1. Passez en revue les renseignements généraux sur le sol. Demandez aux élèves « Qu’est-ce qui arrive aux objets lourds lorsqu’on les met dans l’eau? », et « Si on met des objets lourds et des objets légers dans l’eau, lequel des deux types coule au fond? ».  

2. Distribuez la feuille « Observer et analyser les couches du sol » (voir page X). Demandez aux élèves de suivre les directives et permettez-leur de poser des questions, au besoin.

3. Placez les bocaux dans un endroit où ils pourront rester pendant au moins trois jours sans être déplacés. Consignez les observations après 5 minutes, 24 heures, 48 heures et 72 heures. Si vous le souhaitez, vous pouvez continuer l’expérience pendant deux, voire trois semaines après la période de trois jours et consigner ces observations dans un carnet scientifique.

4. Comparez les données des élèves. Nous avons observé que dans certains bocaux, les couches sont plus distinctes puisque les particules y ont reposé plus longtemps; ainsi, l’eau de ces bocaux était presque limpide. Dans d’autres bocaux, même après trois semaines, l’eau est demeurée trouble et opaque, car la matière organique s’était mise à flotter et à se décomposer. 

Sommaire de l’analyse

Nous avons conclu l’étude avec un sommaire de l’analyse que les élèves ont rédigé dans leur carnet scientifique. Voici les questions qui aidaient les élèves à amorcer leur sommaire : 

1. Comparez les échantillons trouvés dans un État ou une province avec les autres. Est-ce que les échantillons de différentes régions contiennent des matières organiques similaires? Si oui, est-ce que cela signifie que des végétaux similaires poussent dans ces régions? Est-ce que les échantillons des différentes régions ont la même texture ou se composent des mêmes particules?

2. Qu’est-ce que le sol nous indique à propos des différentes régions du pays?

3. Qu’est-ce que vous avez appris au sujet du sol?

Lorsque les élèves ont fait part de leurs réflexions, il était clair que la plupart avaient beaucoup appris et qu’ils étaient désormais plus respectueux du sol qui les entoure. Et le projet ne s’est pas arrêté aux bocaux. Plutôt, il a fait naître la curiosité envers les autres régions du pays, ce qui s’est répercuté dans le cours de géographie. Les élèves ont commencé à se renseigner sur l’endroit d’où provenait leur échantillon, et en faisant le lien entre leurs trouvailles et ce qu’ils ont appris sur le sol de la région étudiée, ils pourront aborder des questions comme : « Quels sont les processus physiques qui ont façonné notre pays? » et « Comment les systèmes physiques, comme les formes de reliefs, influencent les systèmes humains? ».

Qui sait où ces questions nous mèneront; nous n’avons qu’effleuré la surface! 

Observer et analyser les couches du sol 

Nom : ________________________________________________________________________

Réfléchissez aux questions suivantes : De quoi votre échantillon se compose principalement? De sable, de limon ou d’argile? Expliquez votre hypothèse : 

Après avoir analysé mon échantillon, je crois qu’il se compose de :

Couleur et texture : __________________________________________________________

Taille des particules : ________________________________________________________

Forme des particules : _______________________________________________________

Pour vérifier votre hypothèse, vous aurez besoin d’un petit bocal, de votre échantillon et d’eau distillée.

1. Remplissez votre bocal à moitié avec votre échantillon.

2. Ajoutez de l’eau jusqu’à emplir presque entièrement le bocal afin que le mélange ne soit pas trop tassé.

3. Fermez hermétiquement et secouez pendant 45 secondes.

4. Déposez le bocal et n’y touchez plus. Après 5 minutes, dessinez ce que vous observez.

5. Laissez reposer le bocal pendant 24 heures.

6. Dessinez ce que vous observez une fois cette période écoulée. Recommencez après deux jours, puis trois.

Dessinez vos observations dans les cylindres ci-dessous

Conclusions

Combien de couches observez-vous?

Après 5 minutes : _______________________________

Après 24 heures : _______________________________

Après 2 jours : __________________________________

Après 3 jours : ___________________________________

Vous avez analysé trois sortes de particules. Est-ce que votre échantillon comportait plus d’argile, le limon ou de sable?

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Expliquez votre conclusion: _________________________________________________

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Nanette L. Avery est enseignante et auteure de plusieurs livres, dont Sixty Jars in a Pioneer Town, My Mother’s Tattoo and Other Stories for Kids et First Aid for Readers. Elle a publié plusieurs articles dans des revues scientifiques et a donné des exposés lors d’ateliers d’écriture et dans des salons du livre ainsi que des conférences sur l’alphabétisation partout en Floride. Elle a gagné deux fois le prix d’enseignants héroïques (Teachers as Heroes Award) et a obtenu plusieurs bourses de littérature. En tant que membre d’un réseau d’auteurs et de conférenciers, elle offre des ateliers et des conférences dans les écoles et les bibliothèques. 

Christian Petit détient un baccalauréat en traduction professionnelle de l’Université de Sherbrooke et une maîtrise en sciences de l’environnement de l’Université du Québec à Montréal.