jeudi 15 novembre 2018

le sel : chlorure de sodium : NACLl

Le sel

 Transporté sous forme de fines gouttelettes, le sel se dépose sur les végétaux.

A forte concentration, le sel, ou chlorure de sodium (NaCl), est un redoutable ennemi de la cellule vivante. Quand il est en excès à l’extérieur de celle-ci, il provoque un stress hydrique et sa déshydratation. Trop fortement présents et concentrés dans la cellule, ses ions sodium Na + cassent la structure des molécules d’eau présentes à la surface des protéines, et perturbent ainsi le fonctionnement des enzymes cellulaires.

Vous avez déjà remarqué que le sel de table absorbe l’eau avec facilité.  Le sel présente la même propriété dans le sol et absorbe une grande partie de l’eau qui serait normalement disponibles aux racines.  Ainsi, même si l’humidité du sol est abondante, une quantité élevée de sel peut entraîner une sécheresse de la plante.

Lorsque le sel se dissout dans l’eau, des ions sodium et chlorure se séparent.  Les ions chlorures sont facilement absorbés par les racines, transporté dans les feuilles, et s’y accumulent à des niveaux toxiques. Ce sont ces niveaux toxiques qui causent les brûlures de la feuille caractérisés sur les bords de la feuille.

Pratiquement toutes les plantes cultivées sont sensibles au chlorure de sodium.

Stratégie pour limiter le sel

A certaines doses, variables selon les plantes, le sel (chlorure de sodium : NaCl) devient toxique. Les plantes développent plusieurs stratégies pour limiter le stress salin. Jusqu’à ce jour, on en connaissait essentiellement deux, qu’on peut qualifier d’ « exclusion » et d’ « inclusion »:

- « l’exclusion » : la plante empêche le sel de remonter jusqu’aux feuilles. Une première barrière existe au niveau de l’endoderme, couche interne de cellules de la racine. Cependant, cette barrière peut être interrompue, en particulier lors de l’émergence des ramifications de la racine. D’autres mécanismes limitent le passage de sel des racines vers les feuilles mais les gènes qui les gouvernent sont encore largement inconnus.

- « l’inclusion » : la plante capte le sel, qui parvient aux feuilles, au même titre que l’eau, par le mouvement ascendant de la sève dans les vaisseaux. A l’intérieur des cellules, le sel est alors stocké dans les vacuoles grâce à des systèmes de « pompes » moléculaires. Les vacuoles sont des compartiments fermés au sein de la cellule. Le sel est ainsi isolé des constituants cellulaires vitaux.

Les travaux des chercheurs de Montpellier mettent à jour un nouveau type de mécanisme de résistance au sel, intermédiaire entre les stratégies d’exclusion et d’inclusion : le sel parvient jusqu’aux feuilles, mais il est aussitôt « re-pompé » et reconduit par les vaisseaux vers les racines, qui peuvent le ré-excréter à l’extérieur. Cette découverte, non seulement bouleverse les schémas acquis, mais ouvre de nouvelles possibilités pour améliorer la résistance des plantes au sel.

Seuil de tolérance au sel

 

Les espèces de plantes varient dans la façon dont elles tolèrent les sols affectés par le sel.  Certaines plantes tolèrent des niveaux de salinité élevé tandis que d’autres peuvent tolérer que peu ou pas de salinité.  C’est la croissance relative des plantes en présence de la salinité qu’on appelle tolérance au sel.

 La tolérance au sel est généralement donnée en terme de stade de croissance des végétaux sur une plage de niveau de conductivité électrique (CE).

 Le tableau ci dessous catégorise la salinité de non-salée à très fortement salée.  Ces valeurs sont utilisées pour la sélection des plantes pour les sols salins.  Le niveau de salinité varie considérablement selon la perméabilité des sols. La salinité varie aussi du printemps à l’automne.  La salinité apparaît généralement sur la surface du sol juste après le dégel du printemps.

 
Evaluation de salinité et de la valeur de la conductivité électrique
Profondeur du sol Non-Salé Faiblement 
salé
Modérément 
salé
Fortement 
salé
Très fortement 
salé
0-60 cm  <2 DS / m * 2-4 dS / m 4-8 dS / m 8-16 dS / m > 16 dS / m
60-120 cm <4 dS / m 4-8 dS / m 8-16 dS / m 16-24 ds / m > 24 dS / m

DS / m = deciSiemens par mètre.

Un niveau de salinité élevé nuit à la germination des graines.  La salinité agit comme la sécheresse sur les plantes, ce qui empêche les racines d’exercer leur activité osmotique, l’eau et les nutriments se déplacent d’une région à faible concentration vers une zone à forte concentration.  Par conséquent, en raison du taux de sel dans le sol, l’eau et les nutriments ne peuvent se déplacer dans les racines des plantes.

Unité de Mesure de Salinité

 La concentration en sel est donnée par la quantité totale de matière dissoute exprimée en mg de sel par litre d’eau (mg/L) ou en gramme de sel par mètre cube d’eau (g/m3)(i.e. mg/L= g/m3 = ppm).

La concentration en sel peut aussi être mesurée grâce à la conductivité électrique de l’eau d’irrigation (ECi).

La conductivité électrique est la capacité d’une solution pour transmettre un courant électrique. Pour déterminer la salinité des sols CE, un courant électrique est imposée dans une solution extraite du sol dans un récipient au moyen de deux électrodes. Les unités sont généralement donnés en deciSiemens par mètre (dS / m)

La conductivité électrique est exprimée en millimhos par centimètre(mmhos/cm) ou deciSiemens par mètre (dS/m) ou microSiemens par centimètre (1.e. 1dS/m = 1000μS/cm).

 La relation entre la concentration en sel (C) et la conductivité électrique (EC) est approximativement: C = 640 EC.

 Une autre technique pour estimer la concentration en sel se fait en mesurant la conductivité électrique de l’eau extraite d’un échantillon de sol saturé (ECe).

La relation approximative entre la conductivité électrique de l’eau d’irrigation (ECi) et la salinité du sol est ECe = 1.5 ECi, si environ 15% de l’eau appliquée est drainée à la racine des récoltes.

En règle générale, les plantes qui tolèrent mal la sécheresse auront une tolérance à la salinité faible.

Quelques plantes tolérantes à la salinité des sols
nom NomFancaisW   Developpement Rusticite origine
Albizia Acacia lebbeck (Linnaeus) Willd., Mimosa lebbeck L Caduque 20m+ -2 asie
Alnus maritima Aulne maritime Caduque 20m+   amerique du nord
Ammophila arenarius psumaarenaria oyat, roseau des sables Persistant <50cm    
Anthyllis barba-jovis Barbe de Jupiter Persistant 1 à 2m -5  
Artemisia caerulescens subsp.gallica Armoise de France Semi Persistant <50cm -10 mediterranée
Artemisia maritima Sanguenite Semi Persistant <50cm -15 asie
Arthrocnemum glaucum salicorne Persistant <50cm    
Arundo donax Canne de Provence, Roseau à quenouille Caduque 3 à 5m -12 mediterranée
Atriplex amnicola         oceanie
Atriplex canescens Arroche Caduque 1 à 2m -14 amerique du nord
Atriplex halimus Arroche halime, Pourpier de mer, blanquette Semi Persistant <1m -14 europe
Atriplex nummularia     <1m -9 oceanie
Atriplex spinifera     <1m -13 amerique du nord
Baccharis halimifolia Séneçon en arbre, Bacchante de Virginie, faux cotonier Semi Persistant 2 à 3m -15 amerique du nord
casuarina cunninghamia FILAO DE CUNNINGHAM, Pin australien Persistant 10 à 20m -15 oceanie
Casuarina equisetifolia Filao Persistant 10 à 20m -5 oceanie
Crambe maritima Chou marin, Crambe maritime Caduque <50cm -20 europe
Crithmum maritimum Criste marine, perce pièrre   <50cm -15  
Diotis maritima Ohanthus maritimus   Persistant <50cm   europe
Halimiodendron halodendron argenteum caragana argenté Caduque 1 à 2m   asie
Halimione portulacoides H. portulaca Obione Persistant <50cm -15 europe
Hippophae rhamnoides Argousier, Saule épineux, Griset, Faux neprum, Bourdaine marine, Epine marante Caduque 3 à 5m -25 europe
inula crithmoides     <50cm   europe
limoniastrum monopetalum L. articulatum lavande de mer, Limoniastre Persistant <1m   mediterranée
limonium bellidifolium     <50cm    
limonium latifolium Statice maritima   Persistant <50cm   europe
limonium vulgare Lavande de mer, Saladelle   <50cm    
Myrica cerifera M. caroliniensis, M. pennsylvanica Arbre à cire, Cirier, Cirier de Pennsylvanie, Laurier sauvage   1 à 2m    
phragmite australis   Caduque 1 à 2m    
Pittosporum phillyraeoides P.phylliraeoides   Persistant 10 à 20m -9 oceanie
Populus alba ‘Nivea’ Peuplier blanc de Hollande Caduque 10 à 20m   europe
Rosa rugosa R. ferox Rosier du Japon, Rosier rugueux Caduque <1m    
Sabal causiarum Latanier chapeau Persistant 10 à 20m -5  
Sabal mexicana   Persistant 5 à 10m -10 amerique du nord
Sabal palmetto Chou palmiste. Palmier chou. Persistant 10 à 20m -14 amerique du nord
Sueda vera Soude en buisson Persistant <50cm -12  
Tamarix gallica Tamaris de France, T commun Caduque 3 à 5m -1 europe
Tamarix juniperina chinensis = japonica=plumosa   Caduque 3 à 5m   asie
Tamarix parviflora tetrandra var. Purpurea   Caduque 5 à 10m    
Tamarix ramosissima pentandra T. pailasii   Caduque 5 à 10m -17 asie
Tamarix ramosissima ‘Pink Cascade’ T. pentendra. T.hispida var . Aestivalis tamaris d’été Caduque 5 à 10m -17  
Tamarix ramosissima ‘Rosea’ hispida var. Aestivalis   Caduque 5 à 10m -17  
Tamarix ramosissima ‘Rubra’ pentandra Rubra, p. ‘Summer glow’ Tamaris rouge de la mer Caspienne Caduque 5 à 10m -17  
Tamarix tetrandra caspica   Caduque 5 à 10m -17  

 Les signes les plus distincts des dommages dus à la salinité sont une mauvaise croissance, une baisse des rendement. Les plantes peuvent tolérer la salinité jusqu’à un certain niveau sans perte mesurable de leur développement (seuil de salinité). Quand le seuil de salinité est dépassé, la croissance diminue de maière linéaire au fur et à mesure que la salinité augmente.

L’eau de mer

L’eau de merest l’eau salée des mers et des océans de la Terre. « Salée » désigne le fait qu’elle contient des substances dissoutes, les sels, constitués d’ions. Ce sont principalement des ions halogénures comme l’ion chlorure et des ions alcalins comme l’ion sodium. On trouve 30 à 40 grammes de sels dissous pour un kilogramme d’eau de mer. L’eau salée s’oppose à l’eau douce, qui contient moins d’un gramme de matériaux dissous par kilogramme.

Les deux principaux sels sont Na+ et Cl-, qui en s’associant forment le chlorure de sodium ou « sel marin », que l’on extrait dans les marais salants pour obtenir du sel alimentaire.

Etat des terres

 

En général, l’eau réutilisée pour l’irrigation doit avoir un degré faible ou moyen de salinité. (i.e. conductivité électrique de 0.6 à 1.7 dS/m). (Voir tableau ci-dessous).

Risque TDS (ppm or mg/L) dS/m or mmhos/cm
Nul <500 <0.75
Legers 500-1000 0.75-1.5
Modéré 1000-2000 1.5-3.00
Sévère >2000 >3.0

 

Une eau avec un taux modéré de salinitépeut être utilisée si une filtration modérée est effectuée.

Pour les zones côtières l’infiltration de l’eau de mer pose un risque important de salinité. L’eau d’irrigation qui est pompée depuis des puits. Par exemple en Espagne, la surexploitation des ressources souterraines pour l’agriculture a provoqué une baisse des niveaux d’eau et, par conséquent a provoqué l’intrusion d’eau de mer dans le littoral.

Une eau contenant un haut degré de salinité (ECi>1.5) et une grande quantité de sodium (SAR>6) ne devrait pas être utilisée pour l’irrigation. Néanmoins, dans certains endroits en manque d’eau, l’eau très saline peut être utilisée en tant que supplément pour d’autres sources. Un bon contrôle et une bonne gestion deviennent alors essentiels.

Si l’eau avec un très haut degré de salinité est utilisé (circonstance extrême de manque d’eau) le sol doit être perméable, le drainage doit être suffisant, l’eau doit être en excès pour fournir une meilleure lixiviation et les récoltes doivent être bien choisies (relativement résistante à la salinité).

Quel risque !! On estime qu’environ 21% de la totalité des terres irriguées sont endommagées par le sel (voir le tableau ci-dessous).

Environ 15% des terres cultivées présentent un excès de sel. La pratique de l’irrigation dans les régions chaudes, même avec de l’eau de qualité, se traduit par une salinisation progressive des sols parce que le sel apporté par l’eau s’accumule d’année en année. A l’échelle de la planète, ce ne sont pas moins de 10 millions d’hectares de terres agricoles qui sont abandonnés de ce fait chaque année. Dans certaines régions, par exemple en Californie, Arizona, Espagne ou au Moyen-Orient, ce problème devient crucial. Dans les alentours de la mer d’Aral, en Ouzbékistan, où l’irrigation intensive menée pour la culture du coton a provoqué une double catastrophe écologique : la salinisation des sols et la baisse considérable du niveau de ce grand lac intérieur

Améliorer la résistance des plantes cultivées au stress salin est donc un objectif majeur des agronomes.

Cette transformation par l’homme de la nature des terres ne date pas d’aujourd’hui. Dans l’ancienne Mésopotamie (aujourd’hui l’Irak), des relevés de rendement vieux de plus de quatre mille ans ont montré que la productivité agricole avait baissé dans cette région à cause d’une salinisation progressive des sols due à l’irrigation (« Salting the Earth », par Erik Eckholm – revue Environment,vol. 1, n° 7, de 1975). Les rendements sont en effet passés de 1,7 kg de grain à l’hectare en 2400 ans av. J.-C., à 990 kg en 2100 avant J.-C., puis à 600 kg en 900 avant J.-C. Un phénomène que n’a pas connu l’Egypte ancienne, dont les sols étaient « lavés » par les crues annuelles du Nil, qui emportaient avec elles le sel en excès.

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