L'acidification rapide et durable d'andosols recouverts par les cendres de la Soufrière de Guadeloupe (1976-1977) est due à la conjonction originale de deux mécanismes inhérents à la composition de dépôts : acidité aluminique immédiate provenant de smectites à aluminium interfoliaire, acidification progressive due à l'oxydation de pyrites. (Résumé d'auteur

Cabidoche, Yves Marie

Feller, Christian

Larque, Philippe

Horizon / Pleins textes

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C. R. Acad. SC. Paris,:t. 304, Série II, no 15, 1987 935 
PÉDOLOGIE. - Sur un double mécanissme &acidification des sols sous l'influence de 
cendres volcaniques récentes. Le cas de la Soufrière de Guadeloupe après les éruptions de 
1976-1977. Note de Yves-Marie Cabidoche, Christian Feller, Philippe Larqué et Odette 
Sobesky, présentée par Georges Millot. 
L'acidification rapide et durable d'andosols recouverts par les cendres de la Soufrière de Guadeloupe 
(1976-1977) est due i la conjonction originale de deux mécanismes inhérents à la composition des dépôts : 
acidité aluminique immédiate provenant de smectites à aluminium interfoliaire, acidification progressive due à 
l'oxydation de pyrites. 
PEDOLOGY. - About a double process of soil acidification under the influence of recent volcanic ashes. 
Example of the Soufrière of Guadeloupe, after the 1976-1977 eruptions. 
A fast and durable acidification was observed ìn Andisols, ajler the ash-deposits of the 1976-1917 Souj?ière 
eruptions. This phenomenon is due to an original connection of a double process, concerning with the initial ash 
composition: an immediate aluininic acidity coming from the inter-layer AI smectites, a gradual protonic acidifica- 
tion due to oxydation of pyrites. 
I. INTRODUCTION. - Après les éruptions phréatiques de la Soufrière de Guadeloupe 
en 1976-1977, une baisse durable de la fertilité a affecté les zones agricoles les plus 
touchées par les dépôts cendreux [l] contenant gypse et pyrites [2]. 
Dès l'incorporation des cendres aux horizons superficiels des andosols, sont apparues 
une toxicité aluminique létale pour les plantes maraîchères, une très forte acidité et une 
teneur élevée en aluminium échangeable dans les horizons travaillés. 
Sur le cône sommital, recouvert de dépôts cendreux continus, d'épaisseur décimètrique, 
les solutions des sols montraient une acidité extrême (pH < 3,5), ainsi qu'une forte teneur 
en'sulfates [3]. 
L'acidification observée pourrait s'expliquer aussi bien par l'oxydation des pyrites - 
phénomène couramment signalé dans d'autres milieux ([4], [5])  -, que par les teneurs 
élevées en aluminium échangeable. 
Cette Note vise à préciser la part, dans l'acidification, de chacun de ces mécanismes, 
dont la conjonction est originale, et en particulier à cerner l'origine de l'aluminium 
échangeable. La vitesse d'apparition des phénomènes nous incite à le$ rechercher dans 
les premiers stades d'évolution des cendres. 
II. MATBRIEL ET M~THODES. - 1. Prélèoements. - Les cendres initiales, dont les résultats d'analyses sont 
présentés ici, ont été prélevées en 1976 par MM. Feuillard (I.P.G.) et Westercamp (B.R.G.M.). Les autres 
échantillons ont été prélevés en 1981 et 1983 au sommet de la Soufrière. 
2. Déterminations. - Les minéraux cristallisés non phylliteux sont identifiés qualitativement par diffractomé- 
trie aux rayons X sur poudre; pour les Phyllites, la détermination par diffractométrie aux rayons X sur pâte 
orientée, après les traitements décrits dans [6], est complétée par une observation d'organisation au microscope 
électronique à balayage (M.E.B.) après cryo-dessiccation réalisée par M. Robert (I.N.R.A.). 
Les bryophytes ont été déterminés par M. Baudoin (M.N.H.N.). 
3. Analyses. - L'acidité d'échange est dosée selon [A, le soufre total (S) par fluorescence X, les sulfates 
totaux (S-SO,) par gravimétrie après extraction à l'eau chaude acidulèe; carbone (C) et azote (N) sont dosés 
par voie sèche à l'analyseur CHN Carlo Erba Mod. 1106. Les autres analyses (granulométrie, pH, éléments 
totaux et échangeables) sont effectuées selon les protocoles standard d'analyses de sols du laboratoire I.N.R.A. 
d'Arras. 
III. ASPECTS MORPHOLOGIQUES. - En 1981, de même qu'en 1979, les cendres du sommet 
de la Soufrière sont en grande partie dans leur état initial gris-bleu et se présentent 
comme un réseau polygonal de maille décimétrique. Du centre vers la bordure des 
0249-6305/87/03040935 $2.00 @I Académie des Sciences 
7 ; I  
936 . C. R. Acad. Sc. Paris, t. 304, Série II, no 15, 1987 
TABLEAU I 
Caractéristiques chimiques des cendres. 
Chemical characteristics of ashes. 
fichantillonr y)  
Cendres 1976 Gris-bleu jaunest J. .ommet 
cloisons ss. mousse 
h &rcc----- 
Déterminations no O no 1 no 3 no 4 
- 
Analyses totales (g/lO0 g) x s (b)  
SiO,. ............................. 56,99 (0,90) 57,11 55,29 59,77 
Fe tot. Fe,O,.. ....................... 8,05 (1,12) 7,29 12,44 7,09 
Alzo,. .  . . . . . . . . . . . . . . . .  : . . . . . . . . . . .  17,Ol (1,06) 16,89 14,94 18,51 
Cao..  ............................. 5,31 (1,70) 473 2,56 3,90 
Na,O.. ............................ 1,55 (447) 1,70 1,35 1,82 
MgO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  2,27 (460) 1,69 1,46 1,76 
K,O. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  462 (410) 0,66 458 0,75 
N.  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  tr.(3 tr tr 0,68 
S ................................. 24,6 (3 28,7 10,4 4,3 
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  9,Ol 1,70 1,38 s - so,. - 
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  27,l - 1,13 Ca++ - 
Mg". . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  - 1/54 - 0,36 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  0,03 - 419 K + .  - .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  0,06 - 423 Na ' - 
.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  38,4 - 140 AI,+.  - 
Teneur en argiles (0-2 prn) (g/lO0 g mat. à 10S°C). . ~ - 7,3 - 14,3 
3,7 394 4,1 pH",,,. - 
pH,,, - 3,5 3,1 3,s 
Autres élitnetits (g/l O00 g de matériau à 105°C) 
c . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  2,03 (i 439 0,39 19,90 
Éléments échangeables (meq./100 g mat. à 105°C) 
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  
(3 O=prélèvements de 1976; nos 1, 3, 4=prélèvements de 1983; ( b )  moyenne (3 et écart-type (s) de 13 
échantillons, d'après [3]; (? moyenne de 4 échantillons, prélèvements D. Westercamp. 
polygones élémentaires ( f ig .  l), on observe la zonation suivante : 
2-5 mm, enduits d'oxy-hydroxydes de fer (chenaux du dégazage initial); 
- cendre peu transformée gris-bleu (zone no l), à pores tubulaires de diamètre 
- auréole de réoxydation jaune (zone no 2); 
- doubles cloisons ferruginisées (1 mm d'épaisseur) encadrant des fissures de retrait 
(zone no 3). 
En 1983, au sommet, il reste encore des zones sans végétation, mais une bonne partie 
du réseau polygonal est colonisée par des mousses (zone no 4), parmi lesquelles dominent 
Jungermannin succulenta Rich. et Microdus guadalupensis (Mitt.) Broch. Le système 
rhizoidal des bryophytes, très développé dans les premiers centimètres, favorise l'oxyda- 
tion des cendres gris-bleu en un horizon (A) jaune, peu épais. 
IV. CARACTERES MINÉRALOGIQUES. - Sur la figure 1 sont présentées les déterminations 
RX des dépôts du sommet de la Soufrière. Les cendres bleues (no 1) sont constituées, 
pour les fractions non argileuses, d'albite, hypersthène, tridymite, pyrite et gypse; cette 
composition est conforme à celle des cendres fraîches [2], produits de ramonage des 
conduits hydrothermaux. La fraction argileuse montre, outre de la métahalloysite, une 
smectite à aluminium hydroxylé interfoliaire, qui entraîne un faible gonflement à 
l'éthylène-glycol (passage de 14 9 15 A) et une mauvaise fermeture des feuillets au 
chauffage (12 A à 300°C). La figure 2 montre le réseau en nid d'abeilles caractéristique 
des smectites, mais constitué de cristallites d'aspect plus rigide lié à la présence de 
l'aluminium hydroxylé interfoliaire. 
1 
,: ì L' C. R. Acad. Sc. Paris, t. 304, Série II, no 15, 1987 937 
TABLEAU II 
Acidité d'échange des cendres du sommet de la Soufrière. Prélèvements de 1981. 
[Résultats de MM. Espiau (C.E.P.E.-C.N.R.S.) et Moinereau (E.N.S.A.M.), comm. pers.] 
Exchange acidity of the Soufrière summit ashes, 1981 sampling. 
[Results from MMessrs. Espiau (C.E.P.E.-C.N.R.S.) and Moinereau (E.N.S.A.M.), pers. conim.] 
PH H+ ~ 1 3 +  Acidité 
de Cchangeable échangeable d'échange 
Cendres Zone l'extrait (meq./100 g) (meq./100 g) (méq.jl00 g) 
Gris-bleu.. . . . . . . . . . . . .  no 1 3,80 429 2408 20,37 
Jaunes. . . . . . . . . . . . . . .  n"2  3,88 434 9,46 9,80 
L'oxydation des cendres bleues conduit à l'apparition de jarosite dans les cendres 
jaunes (no 2), puis de l'hématite dans les cloisons ferruginisées (no 3), en même temps 
que gypse et pyrite disparaissent. 
Pyrite et gypse sont fréquemment signalés dans la composition des cendres volcaniques, 
mais la jarosite l'est moins. Un inventaire de sa présence dans différents environnements 
naturels [8] la mentionne dans des sources hydrothermales. Sa formation par altération 
des andésites est plus récemment rapportée [9]. Enfin, il faut signaler la formation, 
maintenant bien connue, de la jarosite dans les sols de mangrove ([4], [5]), où elle 
représente un intermédiaire entre la pyrite et les oxy-hydroxydes ferriques au cours du 
L'autre caractère minéralogique original de ces cendres est la présence, dans le dépôt 
initial, de smectites à aluminium hydroxylé interfoliaire. Des travaux récents [lo] mention- 
nent la présence de smectites d'altération hydrothermale dans les cendres émises lors de 
la phase phréatique de l'éruption du Mount Saint-Hellen. Toutefois, contrairement à 
celles de la Soufrière, ces smectites ne sont pas aluminisées, et les solutions du sol 
récoltées les premières semaines après dépôts étaient neutres, bien que riches en sulfates. 
c, 
"1 processus oxydatif. 
V. CARACTÈRES CHIMIQUES. - Les résultats sont portés dans le tableau I. 
Les cendres gris-bleu prélevées en 1983 ont une composition minérale encore très 
proche de celle des cendres initiales de 1976. On notera que les teneurs en soufre total 
(S), sulfates totaux (S-SO,), Ca2+ et Al3+ échangeables, sont élevées. 
Au cours de l'oxydation des cendres bleues (no 1) en cendres jaunes et cloisons (no 3) 
dans le réseau polygonal du sommet, le gypse disparaît. Si l'on considère que cette 
disparition est responsable de la perte de calcium total entre les échantillons 1 et 3, on 
peut estimer à 1,55 g/100 g la teneur initiale en (( Ca-gypse D, compensée par une teneur 
en S des sulfates du gypse de 1,26 g/100 g. Or la teneur en S-SO, total des cendres 
gris-bleu est de 0,91 g/100 g; compte tenu de la variabilité des échantillons, cette valeur 
est compatible avec l'hypothèse d'attribution de la totalité des sulfates initiaux au gypse, 
qui seraient donc intégralement compensés par le calcium. A l'appui de cette hypothèse, 
on a vérifié à la loupe binoculaire que les pyrites ne sont pas encore oxydées (absence de 
halo rouille à leur périphérie). Les sulfates ne sont donc pas responsables de la forte 
acidité initiale, qui serait due aux ions Al3+ échangeables particulièrement abondants, 
associés aux calles interfoliaires des smectites; en effet, l'essentiel de l'acidité d'échange 
est aluminique, comme en témoignent les dosages effectués en 1981 (tableau II), et 
potentiellement contenue dans les smectites à aluminium interfoliaire, dès le dépôt. 
Les cendres oxydées, après la disparition du gypse qui se trouve confirmée par les 
faibles teneurs en calcium échangeable, conservent une teneur importante en sulfates 
totaux; ces derniers ne peuvent être alors imputés qu'à l'oxydation des pyrites Fes, ou à 
l'hydrolyse in situ de la jarosite KFe, (SO,),(OH,) intermédiaire. Les dosages effectués .. 
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1 
938 C. R. Acad. Sc. Paris, t. 304, Série II, no 15, 1987 
antérieurement montrent que les bases sont loin d’équilibrer les sulfates dans la solution 
du sol [3]; une acidité mixte, protonique et aluminique, pourrait alors se développer 
(tableau II). 
VI. CONCLUSIONS. - 1. Dès la mise en place des dépôts cendreux des éruptions 
phréatiques de la Soufrière, il y a libération d’Al3’ échangeable à partir des smectites à 
aluminium hydroxylé interfoliaire, dont l’origine ne peut qu’être hydro thermale. Ceci 
explique que les symptômes de toxicité aluminique apparaissent très tôt sur les cultures 
maraîchères. 
2. Au cours de l’oxydation de la pyrite, accélérée par la colonisation des dépôts par 
les mousses, la libération de sulfates en excès par rapport aux bases présentes permet le 
développement d’une acidité protonique, qui amplifie et relaie l’acidité aluminique initiale. 
Cette phase d’oxydation des pyrites se traduit par la séquence minéralogique pyrite- 
jarosite-hématite, conforme à celle que l’on peut observer dans les milieux habituellement 
riches en pyrites comme les mangroves. 
3. L’acidification, rapide et durable, des sols recouverts par les cendres récentes peut 
donc s’expliquer par un double processus fortement dépendant de la composition initiale 
du dépôt. La littérature consacrée aux sols contenant des pyrites n’évoque apparemment 
pas l’hypothèse d’une acidification aluminique complémentaire. Les fortes acidités sont 
alors interprétées comme protoniques, issues de l’oxydation des pyrites. Or, la présence, 
même en quantités minimes, d’un minéral 2/1 à aluminium interfoliaire, - qu’il soit 
préexistant ou consécutif à l’oxydation des pyrites - peut être à l’origine d’une acidité 
aluminique non négligeable. 
Reçue le 2 mars 1987. 
RÉFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 
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Y.-M. C. et O. S. : Station agropédoclimatique de la Zone Caraibe, 
I.N.R.A.-A.G., B.P. no 1232, 97184 Pointe-&Pitre Cedex: 
,-- C. F. : Laboratoire (( Matière organique des Sols Tropicaux P, 
O.R.S.T.O.M., B.P. no 81, 97201 Fort-de-France Cedex; 
P. L. : Centre de Sédimentologie et de Géochimie de la Surface, 
Institut de Géologie, 1, rue Blessig, 67084 Strasbourg Cedex. 
PLANCHE IIPLATE I YVES-MARIE CABIDOCHE 
1 O cm -------- 
I . .  *. ..., 
Principaux minéraux détectés en diffractométrie aux rayons X 
Zone no Qz Alb Cri Tr Hem Jar Gyp Hyp Pyr Sme Met 
Cendres gris-bleu.. . . 1 tr. + + ++ + +? ++ ++ + 
Cendres jaunes. . . . . 2 ++ +? ++  + +? ++  
C 1 o is on s 
ferruginisées.. . . . . . 3 ++ ++ + n.d. n.d. 
Abréviations : @=quartz, Alb=albite, Cri=cristobalite, Tri= tridymite basse to, Hem=hématite, Jar=jaro- 
site, Gyp = gypse, Hyp = hypersthène, Pyr =pyrite, Sme = smectite à aluminium hydroxylé interfoliaire, 
Met=métahalloysite tr. = traces; +, + +, + + + =abondance faible, moyenne, forte ?=détermination 
douteuse. 
Fig. 1. - Morphologie et minéralogie des cendres du sommet de la Soufrière. ' 
Prélèvements de 1981. 
Fig. 1. - Morphology and mineralogy of the Soufriere summit ashes. 
I98 1 sampling. 4 
Fig. 2. - Micro-organisation de la fraction argileuse des cendres (zone no 1) 
(M.E.B. après cryo-dessiccation x 5 000). 
Fig. 2. - Micro-organization of the ashes clay fraction (zone No. 1). 


Sur un double mécanisme d'acidification des sols sous l'influence de cendres volcaniques récentes : le cas de la Soufrière de Guadeloupe après les éruptions de 1976-1977

Sur un double mécanisme d'acidification des sols sous l'influence de cendres volcaniques récentes : le cas de la Soufrière de Guadeloupe après les éruptions de 1976-1977

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