Sol, litière et décomposition : le devenir des feuilles mortes

Les séries de résultats de ces exercices sont construites pour l'activité et ne proviennent pas d'une étude réelle.

Sol, litière et décomposition : que deviennent les feuilles mortes ?

Chaque automne, les arbres d'une forêt de feuillus laissent tomber des millions de feuilles. Pourtant, d'une année à l'autre, la couche de feuilles posée sur le sol ne devient pas de plus en plus épaisse. Les feuilles mortes sont donc transformées. Comprendre comment, c'est comprendre un maillon essentiel du fonctionnement d'un milieu.

1. Le sol et ses couches

Le sol est la couche superficielle de la Terre où s'enfoncent les racines et où vivent de très nombreux êtres vivants. Sous un arbre, on observe de haut en bas :

• la litière : feuilles, brindilles et débris tombés récemment, encore reconnaissables ;
• des débris fragmentés, percés et noircis, mêlés à des filaments blancs ;
• l'humus : matière sombre et friable, à l'odeur de terre humide ;
• un sol plus clair, contenant surtout des éléments issus de la roche sous-jacente.

2. Matière organique et matière minérale

La matière organique est fabriquée par les êtres vivants : feuilles, bois, cadavres, excréments. La matière minérale comprend notamment l'eau, les sels minéraux dissous et le dioxyde de carbone. Une feuille morte est de la matière organique ; les sels minéraux dissous dans l'eau du sol sont de la matière minérale.

3. Les acteurs de la transformation

Plusieurs groupes d'êtres vivants interviennent :

• les détritivores (cloportes, mille-pattes, vers de terre, collemboles) se nourrissent de débris. Ils les fragmentent et rejettent des excréments, ce qui multiplie les surfaces accessibles aux autres organismes ;
• les décomposeurs (champignons et bactéries) dégradent la matière organique morte. Ils la transforment en matière minérale (sels minéraux, dioxyde de carbone) et en utilisent une partie pour construire leur propre matière.

Tous ont besoin d'eau et d'une température modérée. La décomposition étudiée ici, celle d'un sol de sous-bois aéré, est favorisée par la présence de dioxygène de l'air, car les décomposeurs qui y dominent utilisent ce gaz. Cela ne se généralise pas à tous les microorganismes : certaines bactéries sont anaérobies et vivent sans dioxygène, mais leur action est en général plus lente. Un sol très sec, gelé, ou saturé d'eau et privé d'air ralentit la décomposition aérobie.

4. Un recyclage de la matière

Les sels minéraux libérés par la décomposition se dissolvent dans l'eau du sol et sont absorbés par les racines. Avec l'eau et le dioxyde de carbone, ils servent aux plantes à fabriquer leur matière organique par photosynthèse, qui utilise l'énergie de la lumière. La matière circule ainsi en boucle : plantes, litière, décomposeurs, matière minérale, plantes. La lumière apporte de l'énergie, elle n'est pas de la matière.

Exemple analysé

Un élève place 2,0 g de feuilles sèches dans un sachet posé sur le sol d'un sous-bois. Six mois plus tard, après séchage, les feuilles restantes pèsent 1,2 g. La masse perdue est 2,0 - 1,2 = 0,8 g, soit 0,8 ÷ 2,0 = 0,40, donc 40 % de la masse initiale. Cette perte ne signifie pas que la matière a disparu : une partie a été libérée dans l'air sous forme de dioxyde de carbone, une partie sous forme de sels minéraux dissous dans l'eau, et une partie se retrouve dans l'humus et dans le corps des décomposeurs et des détritivores. La pesée seule ne permet pas de savoir dans quelles proportions.

Un piège à éviter

Affirmer « la feuille a disparu, donc la matière a été détruite » est faux. Rien ne se perd : la matière change de forme et de lieu. Autre confusion fréquente : croire que seuls les vers de terre décomposent. Ils fragmentent et mélangent, mais ce sont surtout les champignons et les bactéries qui transforment la matière organique en matière minérale.

Vocabulaire à retenir

Litière, humus, matière organique, matière minérale, détritivore, décomposeur, recyclage.

Les séries de résultats de ces exercices sont construites pour l'activité et ne proviennent pas d'une étude réelle.

Situation-problème. Dans une forêt de chênes et de charmes, des élèves remarquent qu'en octobre le sol est couvert de feuilles, mais qu'un an plus tard les feuilles de l'année précédente ont presque toutes disparu et qu'une terre sombre et friable les remplace. Ils se demandent ce que deviennent ces feuilles et quelles conditions accélèrent leur transformation. Ils enferment donc 10,0 g de feuilles mortes séchées dans des sachets à mailles, posés sur le sol forestier, puis les pèsent après séchage à intervalles réguliers. Utilisez les deux documents pour expliquer la disparition des feuilles et repérer les conditions qui la favorisent.

Document 1 : masse de feuilles restantes dans deux types de sachets (Données pédagogiques simplifiées)

Deux séries de sachets, contenant chacun 10,0 g de feuilles de chêne séchées, sont posées au même endroit d'un sous-bois humide et ombragé. Série A : mailles de 5 mm, qui laissent passer l'eau, l'air, les champignons, les bactéries et les petits animaux du sol. Série B : mailles de 0,2 mm, qui laissent passer l'eau, l'air, les filaments de champignons et les bactéries, mais pas les animaux. À chaque date, un sachet de chaque série est ouvert, et ses feuilles sont séchées puis pesées.

Document 2 : humidité et état des feuilles après 3 mois (Données pédagogiques simplifiées)

Deux sachets de type A (mailles de 5 mm), contenant chacun 10,0 g de feuilles de chêne séchées, sont posés pendant 3 mois. Le sachet 1 est placé dans un sous-bois ombragé, sur un sol frais et humide, à 14 °C en moyenne. Le sachet 2 est placé dans une clairière en plein soleil, sur un sol sec, à 15 °C en moyenne. Les feuilles sont séchées puis pesées. Compte rendu d'observation :

Exercice 1 : Exploiter une série de pesées

1. Décrivez l'évolution de la masse de feuilles dans la série A, puis dans la série B, entre 0 et 4 mois.
2. Calculez, pour chaque série, la masse perdue en 4 mois, puis le pourcentage de la masse initiale que cette perte représente.
3. Calculez la perte de masse de chaque série pour chacun des quatre mois. La vitesse de disparition est-elle constante ?
4. Comparez les séries A et B. Que peut-on en déduire sur le rôle des animaux du sol et sur celui des champignons et des bactéries ?

Exercice 2 : Analyser un protocole comparatif

1. Calculez la masse perdue en 3 mois et le pourcentage perdu pour chacun des deux sachets du Document 2.
2. Le Document 2 cherche à comparer l'effet de l'humidité. Indiquez trois conditions identiques dans les deux sachets, puis deux conditions qui diffèrent en plus de l'humidité. Pourquoi cela limite-t-il la conclusion ?
3. Proposez un protocole amélioré pour tester seulement l'effet de l'humidité, en précisant ce que vous gardez identique et ce que vous répétez.
4. Quelle conclusion prudente le Document 2 permet-il de formuler sur les conditions favorables à la décomposition ?

Exercice 3 : Argumenter en confrontant les documents

Un élève affirme : « Quand les feuilles disparaissent, la matière qu'elles contenaient est détruite. »

1. Relevez dans le Document 2 deux observations montrant que la matière des feuilles est transformée et non détruite.
2. Indiquez trois endroits où peut se retrouver la matière perdue par les feuilles. Lesquels les documents permettent-ils de vérifier ?
3. Classez en détritivores ou décomposeurs les êtres vivants cités ou repérables dans les documents, en justifiant.
4. Rédigez en cinq à six lignes une réponse à l'élève qui explique pourquoi la litière ne s'accumule pas indéfiniment et comment les arbres retrouvent des sels minéraux. Précisez une limite de ces données.

Correction complète

Exercice 1 : correction

1. Dans la série A, la masse diminue régulièrement, de 10,0 g à 3,1 g en 4 mois. Dans la série B, elle diminue aussi mais plus lentement, de 10,0 g à 6,9 g.
2. Série A : 10,0 - 3,1 = 6,9 g perdus, soit 6,9 ÷ 10,0 = 0,69, donc 69 %. Série B : 10,0 - 6,9 = 3,1 g perdus, soit 31 %. La série A perd environ 2,2 fois plus de masse que la série B (6,9 ÷ 3,1 ≈ 2,2).
3. Série A : 1,8 g, 1,8 g, 1,8 g puis 1,5 g. Série B : 0,9 g, 0,8 g, 0,7 g puis 0,7 g. La vitesse n'est pas strictement constante : elle ralentit un peu à la fin, ce qui peut s'expliquer par une quantité de feuilles restante plus faible et par des parties plus difficiles à dégrader.
4. La série B, sans animaux, perd quand même 31 % de sa masse : les champignons et les bactéries suffisent à décomposer des feuilles. Quand les animaux peuvent entrer (série A), la perte atteint 69 %, donc la décomposition est plus rapide. On peut proposer que les animaux fragmentent les feuilles et facilitent le travail des décomposeurs. Limite : la taille des mailles peut aussi modifier l'aération et l'humidité, et il y a un seul sachet par date, donc la conclusion reste prudente.

Critères de réussite : calculs avec unités, comparaison chiffrée, conclusion nuancée.

Exercice 2 : correction

1. Sachet 1 : 10,0 - 4,6 = 5,4 g perdus, soit 54 %. Sachet 2 : 10,0 - 8,0 = 2,0 g perdus, soit 20 %. Le sachet 1 perd 2,7 fois plus (5,4 ÷ 2,0).
2. Identiques : même type de feuilles, même masse initiale (10,0 g), même maillage, même durée (3 mois), même méthode de séchage et de pesée. Différences supplémentaires : l'ensoleillement (ombre ou plein soleil) et la température (14 °C ou 15 °C), peut-être aussi le type de sol. On ne peut donc pas attribuer toute la différence à l'humidité seule.
3. Exemple : placer, au même endroit du sous-bois, deux groupes de sachets identiques (même feuilles, même masse, mêmes mailles). Un groupe est arrosé régulièrement avec la même quantité d'eau, l'autre reste sans apport. Seule l'humidité varie. Chaque condition est répétée avec trois sachets, on calcule la moyenne des pertes et on pèse sur la même balance, à 0,1 g près.
4. Dans ces conditions, la décomposition est plus importante en milieu humide et ombragé qu'en milieu sec et ensoleillé. L'eau est nécessaire aux organismes décomposeurs, ce qui est cohérent avec cette observation. Mais un seul couple de sachets ne prouve pas que ce résultat est valable partout.

Critères de réussite : variable identifiée, facteurs contrôlés listés, répétition proposée.

Exercice 3 : correction

1. Exemples d'observations : présence d'une matière brune, sombre et friable au fond du sachet 1 (début d'humus) ; filaments blancs entre les feuilles (champignons) ; animaux nombreux dans le sachet 1, qui se nourrissent des feuilles. La matière des feuilles passe dans d'autres formes.
2. La matière perdue peut se retrouver : dans l'humus, sous forme de sels minéraux dissous dans l'eau du sol, sous forme de dioxyde de carbone libéré dans l'air, ou dans le corps des décomposeurs et des animaux. Les documents montrent l'humus (matière sombre) et la présence d'organismes, mais ne mesurent ni le dioxyde de carbone ni les sels minéraux.
3. Détritivores : cloportes et collemboles, qui mangent et fragmentent les débris. Décomposeurs : les champignons, repérables par les filaments blancs, et les bactéries, que les mailles fines de la série B laissent passer et qui ne se voient pas à l'œil nu.
4. Réponse attendue : les feuilles sont fragmentées par les détritivores, puis dégradées par les champignons et les bactéries, surtout en milieu humide (54 % perdus contre 20 %, et 69 % avec animaux contre 31 % sans). La matière n'est pas détruite : elle devient humus, sels minéraux, dioxyde de carbone ou matière des organismes. Les sels minéraux dissous sont absorbés par les racines des arbres, qui s'en servent avec l'eau et le dioxyde de carbone pour fabriquer leur matière par photosynthèse. Limite : une seule forêt, un sachet par date et aucune mesure des gaz ou des sels minéraux.

Critères de réussite : vocabulaire exact, deux documents confrontés, chiffres cités, limite explicitée.