01 · Guide
À retenir
La capacité d’échange cationique (CEC) quantifie les charges négatives réactives du sol capables de retenir et d’échanger des cations. Elle décrit donc la taille et le comportement du complexe adsorbant, mais elle ne dit pas à elle seule si un sol est correctement fertilisé.
L’unité moderne est le centimole de charge par kilogramme de sol, cmolc/kg. Numériquement, 1 cmolc/kg = 1 meq/100 g. La charge, et non seulement le nombre de molécules ou d’ions, est la grandeur pertinente.
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Définition et principe physicochimique
Définition opérationnelle. La capacité d’échange cationique est la quantité de charges négatives disponibles sur les constituants du sol et susceptibles de retenir des ions positifs par des interactions électrostatiques réversibles. Les cations adsorbés peuvent être remplacés par d’autres cations présents dans la solution du sol : c’est l’échange cationique.
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Unités, conversions et vocabulaire
La CEC doit être exprimée comme une quantité de charge. L’unité SI usuelle en science du sol est le cmolc/kg, c’est-à-dire le centimole de charge positive équivalente par kilogramme de sol. L’ancienne unité meq/100 g est numériquement identique : 1 cmolc/kg = 1 meq/100 g.
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Le complexe adsorbant et les cations
Les charges négatives des colloïdes sont compensées par des cations. Dans les sols agricoles tempérés, Ca2+, Mg2+, K+ et Na+ sont souvent quantifiés comme « bases échangeables ». Les sols acides peuvent en outre porter une part importante d’Al3+ échangeable et, selon la méthode et le modèle d’interprétation, d’acidité associée aux protons.
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Charges permanentes et charges variables
La compréhension de la CEC repose sur deux familles de charges. Les charges permanentes proviennent surtout des substitutions isomorphiques dans les feuillets argileux : un ion de valence plus faible remplace un ion de valence plus élevée dans le réseau cristallin, laissant un déficit positif qui se manifeste comme une charge négative durable.
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Minéralogie des argiles et niveau de CEC
Deux sols ayant 25 % d’argile granulométrique peuvent présenter des CEC très différentes si leurs argiles ne sont pas de même nature. Les données de l’USDA illustrent des ordres de grandeur de CEC intrinsèque très contrastés entre minéraux.
Ces ordres de grandeur ne permettent pas de déduire la CEC d’une parcelle : elle dépend du mélange de minéraux, de la matière organique, du pH et de la méthode analytique.
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Matière organique : contribution majeure
La matière organique possède une densité de charges variables élevée. La fiche Fertisols des Chambres d’agriculture indique qu’à masse comparable, sa contribution moyenne à la CEC est environ quatre à cinq fois plus forte que celle d’une argile moyenne; INRAE rapporte, selon les travaux et plages de pH, une contribution aux charges variables de l’ordre de cinq à dix fois celle de l’argile.
L’Université du Minnesota estime que la matière organique peut contribuer à environ 20 à 80 % de la CEC des sols minéraux, avec une forte dépendance à la texture, au type de MO et au pH. Cette large plage montre qu’il est imprudent d’attribuer une proportion fixe de CEC à la MO sans mesure.
| Repère | Ordre de grandeur |
|---|---|
| Contribution à masse comparable | Environ quatre à cinq fois celle d’une argile moyenne, selon les Chambres d’agriculture |
| Charges variables | Environ cinq à dix fois celles de l’argile, selon INRAE |
| Part de la CEC des sols minéraux | Environ 20 à 80 %, selon l’Université du Minnesota |
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Relation entre pH et CEC
Pour un même sol, la CEC effective n’est pas constante. INRAE synthétise de nombreux travaux montrant une augmentation approximativement linéaire des charges variables entre pH 4 et 8. Le mécanisme est la déprotonation progressive des groupes de surface.
La CEC Metson ne doit pas être appelée simplement « la CEC réelle ». Elle mesure une capacité dans un environnement expérimental imposé à pH voisin de 7; la CEC effective décrit mieux la charge disponible au pH du sol.
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Lire une CEC dans un bulletin d’analyse
Vérifier l’unité, la méthode et le pH de mesure avant de comparer deux résultats. Une CEC faible ou élevée n’est pas un jugement de fertilité à elle seule.
Interpréter avec texture, matière organique et cations échangeables. Si le laboratoire ou la méthode change, signaler cette rupture avant de conclure à une variation réelle dans le temps.
Questions fréquentes
Pour aller à l’essentiel
Quelle est l’unité de la CEC?
L’unité moderne est le cmolc/kg. Numériquement, 1 cmolc/kg équivaut à 1 meq/100 g.
La CEC suffit-elle à juger la fertilité d’un sol?
Non. Elle décrit la taille et le comportement du complexe adsorbant, mais ne dit pas à elle seule si un sol est correctement fertilisé.
La CEC d’un sol est-elle constante?
Non. Pour un même sol, la CEC effective varie avec le pH, car la déprotonation des groupes de surface augmente les charges variables entre pH 4 et 8.
