Pourquoi les feuilles mortes ne s'accumulent-elles jamais en montagne ?
― Elles ne disparaissent pas : la majeure partie repart dans l'air sous forme de gaz
Chaque année, une forêt perd à peu près la même quantité de feuilles. Depuis des décennies, parfois des siècles. Et pourtant, la couche de feuilles mortes dépasse rarement la cheville. Où sont donc passées toutes ces feuilles ? Dire qu'elles « sont devenues de la terre » ne suffit pas. L'essentiel du poids des feuilles mortes retourne dans l'air sous forme de gaz invisible.
En marchant dans un bois de feuillus en automne, on entend un bruissement sous ses pieds. En levant les yeux, on voit encore des feuilles tomber sans cesse. Cette forêt a dû répéter la même chose l'année dernière, et l'année d'avant.
Si les feuilles mortes restaient telles quelles, cent ans d'accumulation dépasseraient la taille d'un homme. Mais en creusant un peu du bout du pied, la couche craquante ne fait guère plus de quelques centimètres. En dessous, on trouve une terre noire et humide.
Autrement dit, sur le sol forestier, les feuilles sont « rangées » presque aussi vite qu'elles tombent.
Deux grandes raisons expliquent cela
D'abord, de petits animaux comme les vers de terre, les cloportes et les collemboles broient les feuilles. Une fois réduites en morceaux, des moisissures et des champignons (les mycètes) y étendent leurs filaments, puis les bactéries achèvent le travail sur ce qui reste. Les rôles se répartissent comme dans une course de relais.
Environ la moitié du poids sec d'une feuille est du carbone. Quand les êtres vivants décomposent la feuille, ce carbone est rejeté sous forme de dioxyde de carbone. L'eau, elle, s'évapore. Si le poids semble disparaître, c'est parce qu'il s'est transformé en gaz et est passé dans l'air.
Ces deux points ne sont pas indépendants. Le premier parle des « êtres vivants qui défont » les feuilles, le second explique « où va le poids » au final. Voyons cela dans l'ordre.
Qui range donc les feuilles mortes ?
En réalité, les bactéries ont du mal à décomposer directement une feuille morte. Sa surface est recouverte de cire, et l'intérieur est tissé de fibres résistantes. C'est pourquoi ce sont d'abord des organismes du sol visibles à l'œil nu qui entrent en action.
Les vers de terre entraînent les feuilles mortes sous terre pour les manger. Les cloportes, les mille-pattes et les collemboles, longs d'environ un millimètre, les rongent et les réduisent en petites particules. Une fois broyée, la feuille voit sa surface exposée multipliée par dizaines. C'est la « préparation » qui revient à l'équipe suivante.
Viennent ensuite les champignons. En soulevant des feuilles mortes, on découvre parfois un réseau de filaments blancs : ce sont les hyphes. Les champignons comptent parmi les rares organismes capables de défaire, lentement, même la lignine, ce composant coriace que les bactéries ne peuvent pas attaquer seules. La figure 1 résume cette transmission de relais.
Où est passé ce poids « disparu » ?
C'est ici le point le plus surprenant de cette histoire. Quand on dit qu'une feuille « est devenue de la terre », on imagine volontiers qu'elle s'est transformée telle quelle en terre noire. En réalité, ce qui reste sous forme de terre n'en représente qu'une petite part.
Environ la moitié du poids sec d'une feuille serait du carbone. Pour les organismes décomposeurs, ce carbone est à la fois nourriture et carburant. Ils combinent ce carbone à de l'oxygène dans leur corps, en tirent de l'énergie, et le rejettent sous forme de dioxyde de carbone. Exactement comme nous respirons.
Autrement dit, le sol forestier « respire » silencieusement. Si les feuilles mortes ne forment jamais de montagne, ce n'est pas tant parce qu'on les range, mais surtout parce que leur poids même se transforme en gaz et quitte les lieux.
Ce qui reste s'enchevêtre, finement défait, avec les grains de terre pour former l'humus, cette matière sombre. C'est cette accumulation qui donne sa couleur noire au sol forestier. Mais l'humus se forme bien plus lentement que la vitesse à laquelle les feuilles disparaissent.
Dans les régions froides ou les zones humides immergées, l'activité des organismes décomposeurs ralentit fortement. Les végétaux tombés s'accumulent alors sans se décomposer, formant une couche appelée tourbe. On pense que le charbon lui-même provient de végétaux qui ont ainsi échappé à la décomposition.
Les feuilles tendres, comme celles du cerisier ou du zelkova, perdent leur forme en un an environ, tandis que les feuilles épaisses et coriaces du pin ou du chêne peuvent mettre plusieurs années. C'est pourquoi le sol des forêts de conifères tend à accumuler une couche épaisse de feuilles mortes.
En résumé
Si les feuilles mortes d'une forêt ne s'accumulent pas en montagne, c'est parce que les organismes du sol défont les feuilles à tour de rôle, et renvoient leur carbone dans l'air sous forme de dioxyde de carbone. L'épaisseur de la couche de feuilles mortes se stabilise là où la vitesse de chute et la vitesse de décomposition s'équilibrent. Ce qui reste sous forme de terre n'en représente qu'une infime partie.
Le sol forestier ne range pas les feuilles.
Il les renvoie dans l'air.
Le mécanisme par lequel les arbres se détachent délibérément de leurs feuilles est traité dans Pourquoi les feuilles des arbres tombent-elles en automne ?, et la façon dont le dioxyde de carbone libéré circule ensuite à l'échelle de la planète est abordée dans L'océan absorbe le dioxyde de carbone ― mais après ?.
- Dans un parc ou un bois, ramassez dix feuilles mortes. Choisissez-les sèches et placez-les dans un sac à mailles larges, comme un filet à linge.
- Enterrez le sac peu profondément sous les feuilles mortes et marquez l'emplacement (évitez les terrains privés ou les massifs entretenus).
- Déterrez-le après trois mois puis après six mois, et observez combien de feuilles restent et si elles sont trouées. Ce sont les traces des organismes qui ont pu entrer et sortir par les mailles.
Il suffit de plonger la main dans la couche de feuilles mortes et de chercher du doigt la limite entre la couche craquante du dessus et la couche noire et humide du dessous, pour sentir l'ordre dans lequel la décomposition a progressé.
Pour aller plus loin ― vocabulaire, formules et liens avec les manuels scolairesDu collège à l'université, chaque niveau est clairement indiqué
- CollègeProgramme de sciences du collège
- LycéeProgramme de « biologie » du lycée
- Lycée+Contenu approfondi du lycée, ou encadré des manuels
- UniversitéContenu non enseigné au lycée, relevant d'une discipline universitaire spécialisée (pédologie, écologie)
- RechercheSujet qui n'est même pas enseigné à l'université comme un fait établi, et que les chercheurs étudient encore actuellement
CollègeVocabulaire : ce phénomène a un nom
- Décomposeurs : organismes qui ramènent les cadavres et les feuilles mortes à l'état de matière minérale. Les champignons et les bactéries en sont les principaux acteurs, aidés par les animaux du sol comme les vers de terre.
- Litière : couche formée par l'accumulation des feuilles et des branches tombées au sol. C'est la partie la plus superficielle du sol forestier.
- Humus : matière organique sombre, restée non décomposée, entremêlée aux grains du sol. Elle soutient la capacité du sol à retenir l'eau et les nutriments.
- Lignine : composant qui donne leur rigidité aux végétaux. Résistante à la décomposition, seule une partie des champignons parviendrait à la défaire.
CollègeLycéeVérification par le calcul : pourquoi la couche de feuilles mortes s'arrête-t-elle à quelques centimètres ?
Si l'on connaît la quantité qui tombe chaque année et le nombre d'années nécessaires à la décomposition, on peut estimer approximativement l'épaisseur de feuilles mortes qui reste au sol. Les unités utilisées sont le gramme pour le poids, le mètre carré pour la surface et le centimètre pour la longueur. Il s'agit ici d'une estimation destinée à comprendre le mécanisme, pour une forêt de feuillus tempérée typique.
| Quantité de feuilles tombant en un an (forêt tempérée type) | environ 350 g (par mètre carré) |
| Poids sec d'une feuille | environ 0,5 g |
| Nombre d'années pour une décomposition quasi complète | environ 2 ans |
| Densité apparente des feuilles mortes accumulées légèrement | environ 0,02 g (par centimètre cube) |
| Nombre de feuilles tombant en un an sur un mètre carré | 350 ÷ 0,5 = 700 |
| Poids de feuilles mortes toujours présentes au sol (2 ans) | 350 × 2 = 700 |
| Volume correspondant (en centimètres cubes) | 700 ÷ 0,02 = 35000 |
| Conversion en épaisseur (1 m² = 10 000 cm²) | 35000 ÷ 10000 = 3,5 |
Le calcul donne une couche de feuilles mortes stabilisée autour de 3,5 centimètres. Cela correspond à peu près à l'épaisseur que l'on sent sous la plante des pieds dans un bois de feuillus. Dans une forêt où la décomposition prend cinq ans, la couche serait plus épaisse ; à l'inverse, dans une forêt chaude où la décomposition est rapide, le sol peut être presque à nu.
LycéeLycée+Pourquoi la quantité d'azote détermine-t-elle la vitesse de décomposition ?
LycéeLes organismes décomposeurs ont besoin d'azote, en plus du carbone, pour construire leur corps. Or les feuilles mortes contiennent peu d'azote par rapport au carbone, et plus ce rapport est élevé, plus la décomposition serait lente.
Lycée+Avant de laisser tomber ses feuilles, l'arbre en retire l'azote et le phosphore vers ses branches. Autrement dit, les feuilles mortes arrivent au sol déjà appauvries en nutriments. Pour les organismes décomposeurs, tout commence donc par un repas peu nourrissant.
UniversitéLes feuilles mortes ne « disparaissent » pas : elles diminuent en deux temps
En écologie du sol, on décrit la perte de poids des feuilles mortes en distinguant une phase initiale rapide et une phase suivante lente. Dans la première, les composants solubles dans l'eau comme les sucres et les protéines sont utilisés en peu de temps ; dans la seconde, le reste, riche en lignine, décroît lentement sur une longue durée. Même pour une même feuille morte, les organismes actifs diffèrent entre la première et la seconde phase. On commence désormais à pouvoir identifier quels organismes sont actifs dans le sol à un instant donné grâce à des méthodes de lecture directe du matériel génétique.
RechercheCe qui reste encore mal compris
- Pourquoi l'humus persiste-t-il longtemps ? On expliquait autrefois cela par la formation de « molécules spéciales résistantes à la décomposition », mais on penche de plus en plus vers l'idée que « les grains du sol protègent simplement la matière et empêchent les décomposeurs d'y accéder ». La question n'est pas tranchée.
- La hausse des températures fait-elle du sol une source ou un puits de carbone ? Une température plus élevée accélère la décomposition, mais elle change aussi la croissance des végétaux. Les chercheurs restent divisés sur le solde final : augmentation ou diminution du carbone du sol.
- Le rôle des champignons associés aux racines des arbres. Ces champignons aident-ils à la décomposition des feuilles mortes, ou au contraire la ralentissent-ils en entrant en compétition avec les autres décomposeurs ? Un sujet très étudié récemment, mais sans réponse définitive.
Autrement dit, le contenu de cet article reflète lui aussi « ce que l'on comprend à ce jour ». Le sol sous nos pieds est l'un des endroits de la planète les plus proches de nous, et pourtant l'un des moins compris.
Liens avec les programmes scolaires (par niveau)
| Niveau | Matière / unité | Section de l'article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences ・ Êtres vivants et environnement (producteurs, consommateurs, décomposeurs) | « Qui range donc les feuilles mortes ? » |
| Lycée | Biologie ・ Écosystèmes et cycle de la matière | « Où est passé ce poids “disparu” ? » |
| Lycée+ | Biologie ・ Influence du rapport carbone/azote sur la décomposition | Section sur la quantité d'azote |
| Université | Pédologie ・ Écologie du sol | La décomposition en deux temps |
| Recherche | Pourquoi le carbone du sol persiste, prévisions liées au réchauffement | Ce qui reste mal compris |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Compost fait avec les feuilles mortes du jardin, préparation de la terre du potager |
- Forestry and Forest Products Research Institute (森林総合研究所) (informations de recherche sur le cycle du carbone forestier et le sol)
- 日本土壌肥料学会 (Société japonaise de science du sol et de fertilisation) éd., 『土壌サイエンス入門』(Introduction à la science du sol) (bases de la matière organique du sol et du processus de décomposition)
- 武田博清 (Hirokiyo Takeda), 『土壌動物の生態学』(Écologie des animaux du sol) (rôle des animaux du sol dans la décomposition des feuilles mortes)
- Schmidt et al., Persistence of soil organic matter as an ecosystem property, Nature 478 (2011) (synthèse remettant en question les raisons de la persistance de l'humus)
※Cet article est une vulgarisation scientifique destinée au grand public. Les valeurs indiquées sont des repères et des estimations destinées à faciliter la compréhension du mécanisme. La quantité de feuilles mortes et la vitesse de décomposition varient fortement selon le type de forêt, le climat et le terrain. Menez vos observations sans endommager les terrains privés, les arbres entretenus ou les massifs aménagés.