Christine Jones - Les communautés microbiennes des parcelles agricoles
Christine Jones est une agronome australienne de renommée mondiale, spécialiste du semis direct. Elle est célèbre notamment pour ses recherches dans le domaine de l'exsudation (carbone liquide) et des conséquences bénéfiques sur les agro systèmes. Cette intervention a été filmée lors du 'No-till on the plains' 2019.
Nous l'avons donc remise en ligne avec leur aimable autorisation.
Introduction
Cette session en petits groupes est consacrée à une intervention de Christine Jones, écologiste des sols, sur les défis urgents de la restauration des sols. La présentation porte sur les « points de bascule » dans les communautés du sol, et sur la manière dont la diversité végétale et la communication microbienne peuvent améliorer le rendement, la qualité nutritionnelle et la résilience des systèmes agricoles.
L’idée centrale développée est que les changements parfois spectaculaires observés dans les parcelles agricoles ne sont pas dus uniquement à l’ajout d’intrants ou à la présence de plantes en surface, mais à l’activation d’un microbiome du sol suffisamment diversifié et fonctionnel.
Le poids du monde microbien sur Terre
Christine Jones commence par rappeler un résultat marquant d’un recensement de la vie sur Terre mesurée en gigatonnes de carbone. Selon ce travail, la biomasse totale vivante représente environ 550 gigatonnes, dont :
- 450 gigatonnes sont constituées de plantes ;
- les 100 gigatonnes restantes sont en grande majorité composées d’organismes microscopiques.
Parmi cette biomasse restante, les protistes, archées, champignons et bactéries représentent environ 93 %. Les êtres vivants visibles, comme les insectes, mollusques, poissons, oiseaux, bétail et humains, ne représentent qu’une faible fraction de l’ensemble. Les humains, en particulier, ne constituent qu’environ 0,01 % de la biomasse de la vie sur Terre.
Le point souligné est que nous vivons dans un monde microbien. Les plantes, les animaux et les humains sont profondément intégrés à cet univers microscopique, et leur fonctionnement en dépend.
Les organismes ne sont pas des unités isolées
L’un des messages essentiels de l’exposé est qu’aucun organisme n’est réellement indépendant. Les plantes, les animaux et les humains doivent être compris comme des communautés d’organismes interdépendants.
Christine Jones insiste sur le fait que :
- si l’on supprimait toute la vie extérieure dont nous dépendons, nous ne survivrions pas ;
- si l’on supprimait toute la vie microbienne vivant en nous, nous ne survivrions pas non plus ;
- il en va de même pour les plantes.
Les microbes ne jouent pas seulement un rôle de décomposition ou de nutrition : ils participent aussi à la régulation de l’expression génétique. Autrement dit, ils peuvent activer ou désactiver certains gènes chez leurs hôtes.
Diversité microbienne et santé humaine
Pour illustrer ce principe, Christine Jones évoque les connaissances actuelles sur la santé humaine. De nombreux troubles de santé modernes sont associés à un manque de diversité dans le microbiome intestinal.
Elle cite le American Gut Project, un projet de science participative ayant collecté environ 11 000 échantillons. Les participants devaient également décrire leur alimentation et leur état de santé.
Selon les résultats évoqués :
- les personnes consommant au moins 30 types différents d’aliments végétaux par semaine présentaient un microbiome intestinal plus diversifié et un meilleur état de santé ;
- les personnes consommant 10 types ou moins d’aliments végétaux par semaine présentaient davantage de problèmes de santé.
L’oratrice souligne que ce n’est pas l’exclusion ou non de la viande qui semble déterminante ici, mais la diversité végétale de l’alimentation. Cette diversité soutient un microbiome plus riche, lui-même associé à une meilleure protection contre de nombreuses maladies, notamment auto-immunes.
Diversité alimentaire et santé animale
Le même raisonnement est ensuite appliqué aux animaux d’élevage. Christine Jones mentionne les travaux de Fred Provenza, selon lesquels des animaux consommant des régimes riches en composés secondaires végétaux développent une plus grande diversité microbienne dans leur intestin.
Cette diversité accrue améliore :
- la capacité à digérer un large éventail d’aliments ;
- l’efficacité de conversion alimentaire ;
- la fonction immunitaire.
La question posée est alors la suivante : le même principe s’applique-t-il aux sols ?
Diversité du microbiome du sol et productivité agricole
Selon Christine Jones, les recherches montrent que plusieurs problèmes agricoles sont liés à une faible diversité du microbiome du sol :
- plus grande sensibilité aux ravageurs et aux maladies ;
- faible statut nutritionnel des plantes ;
- mauvaise productivité végétale.
Elle insiste sur le fait qu’un système simplifié devient un système dégradé. Cela vaut pour les humains, les animaux et les sols. Plus la diversité biologique est réduite, moins le système peut fonctionner à son niveau optimal.
Les paysages agricoles modernes ont été très simplifiés, souvent jusqu’à la monoculture. Cette simplification nous fait perdre de vue ce que peut produire un système véritablement diversifié.
Comparaison avec les prairies d’origine
Christine Jones rappelle que les prairies nord-américaines d’origine comportaient souvent entre 500 et 700 espèces végétales sur de faibles surfaces, avec environ 40 % de graminées et 60 % de plantes herbacées non graminéennes. Certains ranchs conservent encore aujourd’hui une très grande diversité végétale.
Sous une telle végétation existait nécessairement une diversité microbienne considérable. À l’inverse, lorsqu’on remplace cette diversité par une seule culture, comme du maïs, du blé ou du soja, le paysage devient extrêmement simplifié.
Pendant longtemps, la supériorité des prairies diversifiées a été expliquée principalement par la « complémentarité de niche » :
- certaines plantes ont des racines profondes ;
- d’autres des racines plus superficielles et fibreuses ;
- elles exploitent donc différentes zones du sol.
Cette explication reste valable, mais elle est aujourd’hui jugée insuffisante. On sait désormais que les plantes sont aussi reliées entre elles par des réseaux microbiens et fongiques, capables de transférer eau, nutriments, carbone et énergie.
Une hypothèse : des points de bascule liés à la diversité
Le cœur de la conférence repose sur l’idée que le microbiome du sol ne réagit pas de manière strictement progressive à l’augmentation de la diversité végétale. Christine Jones pense qu’il existe des seuils, ou points de bascule, à partir desquels tout le système change rapidement.
Selon elle, certains mélanges végétaux n’apportent pas seulement « un peu plus » de performance. Une fois un certain niveau de diversité atteint, le fonctionnement biologique du sol change de nature.
Essais du Burleigh County Soil Conservation District
Le premier exemple présenté vient du Dakota du Nord, dans des essais menés par le Burleigh County Soil Conservation District.
Le dispositif comportait :
- des monocultures de différentes espèces utilisées comme cultures de couverture, chacune sur une parcelle d’environ un acre ;
- des mélanges multi-espèces.
Parmi les espèces testées figuraient notamment :
- radis fourrager ;
- navet violet ;
- soja ;
- trèfle rouge ;
- seigle, etc.
Cette année-là, les conditions furent extrêmement sèches : un seul pouce de pluie entre le semis, fin mai, et la récolte, fin juillet.
Dans ces conditions :
- les monocultures ont pratiquement échoué ;
- en revanche, un mélange multi-espèces comprenant notamment niébé, soja, radis, millet et tournesol est resté vert et productif.
Christine Jones insiste sur le fait qu’il ne s’agissait pas d’une simple impression visuelle : les cultures ont été récoltées et mesurées, avec des données de matière sèche, de protéines et d’énergie.
Le point décisif est que :
- les mélanges à trois, quatre ou cinq espèces n’ont pas produit ce résultat ;
- il a fallu atteindre un certain niveau de diversité pour observer ce changement radical.
C’est précisément ce comportement non linéaire qui nourrit son hypothèse sur les points de bascule.
Exemple de l’Alberta : le triticale seul contre une culture cocktail
Un second exemple vient du Canada, à la Chinook Applied Research Association, en Alberta, lors d’une autre année très sèche.
Un champ de triticale seul ne se développait pas correctement, malgré l’espace disponible entre les plantes. Dans un coin du champ, une petite parcelle avait été semée avec un mélange « cocktail » de 12 espèces, incluant aussi du triticale.
Le contraste était saisissant :
- le triticale seul ne prospérait pas ;
- le mélange diversifié produisait une grande quantité de matière verte.
Pour Christine Jones, la différence ne peut pas s’expliquer par la seule présence de végétation : il faut comprendre ce que produit la diversité elle-même dans le fonctionnement du système sol-plante.
Témoignage d’un agriculteur du Dakota du Sud
Lors d’une autre conférence, un agriculteur du Dakota du Sud, Bret Nicks, lui a rapporté une expérience semblable.
Dans une année très sèche :
- un mélange à cinq espèces a échoué ;
- un mélange à 27 espèces a très bien fonctionné.
Selon son témoignage, ce choix de 27 espèces n’était pas le résultat d’un plan sophistiqué, mais plutôt d’une décision pragmatique : utiliser tous les restes de semences disponibles dans le hangar. Pourtant, ce mélange très diversifié a prospéré, alors que les mélanges moins diversifiés avaient montré leurs limites.
L’expérience de Jena sur la biodiversité
Christine Jones évoque ensuite la célèbre expérience de Jena en Allemagne, un essai de biodiversité de longue durée ayant donné lieu à plusieurs centaines de publications.
L’un des volets comparait des parcelles contenant :
- 1, 2, 4, 8 ou 16 espèces végétales ;
- avec 0, 100 ou 200 livres d’azote par acre.
Selon les résultats présentés :
- des parcelles avec 8 ou 16 espèces, sans apport d’azote, produisaient plus de biomasse que des parcelles avec une ou deux espèces recevant 200 livres d’azote par acre ;
- les parcelles les plus diversifiées construisaient davantage de carbone du sol ;
- elles présentaient également une plus grande diversité microbienne ;
- les plantes y étaient en meilleure santé et moins attaquées par les ravageurs.
Christine Jones indique aussi que la richesse spécifique était fortement corrélée à la construction de carbone : plus il y avait d’espèces, plus le carbone augmentait. Elle mentionne un gain de 21 % de carbone supplémentaire au-delà de huit espèces.
Cas néo-zélandais : biostimulants, diversité et construction rapide du sol
Le dernier exemple détaillé concerne un jeune couple d’éleveurs laitiers en Nouvelle-Zélande, en particulier Miles Smith.
Réduction de l’azote et usage d’un biostimulant
Après avoir assisté à un atelier de Christine Jones, l’éleveur a essayé de supprimer l’azote minéral sur une petite surface et de le remplacer par un biostimulant. Il a observé :
- une hausse de la production laitière ;
- une amélioration de la santé animale ;
- une amélioration générale du fonctionnement de la ferme.
Limites d’un pâturage peu diversifié
Christine Jones lui a ensuite expliqué qu’il n’irait pas beaucoup plus loin avec un simple mélange ray-grass/trèfle, même amélioré. Elle lui a conseillé de passer à un pâturage multi-espèces.
L’éleveur a alors implanté un paddock d’environ 5 acres avec 12 espèces pérennes différentes.
Nature du sol
Le sol concerné est décrit comme un sol volcanique de type ponce, très pauvre, abrasif, presque comparable à du sable pur, et généralement considéré comme impropre à une bonne production sans fortes applications d’engrais et d’oligo-éléments.
Résultat observé après cinq mois
Au bout d’environ cinq mois de bonne saison de croissance, Christine Jones raconte avoir observé, en creusant dans ce paddock multi-espèces, une couche de terre noire bien développée, alors qu’elle ne s’attendait pas à un tel résultat.
Le contraste avec les paddocks voisins en ray-grass et trèfle était très net. L’éleveur, bouleversé par ce qu’il venait de voir, a ensuite vérifié à de multiples endroits du paddock, confirmant la présence de cette terre noire sur l’ensemble de la parcelle concernée.
Changements mesurés sur la ferme
Toujours selon ce témoignage, les effets observés sur la ferme ont été très importants :
- capacité d’échange cationique en hausse de 50 % ;
- augmentation des teneurs en magnésium, calcium, soufre, cuivre, zinc et autres éléments ;
- triplement de l’azote, du phosphore et du carbone organique total dans les premiers pouces de sol ;
- augmentation marquée du degré Brix des pâturages ;
- augmentation de la production laitière ;
- baisse du comptage cellulaire somatique ;
- amélioration de la fertilité des vaches ;
- réduction forte des coûts, grâce à la suppression des engrais.
L’éleveur a ensuite converti le reste de sa ferme à ces mélanges multi-espèces.
Le concept de quorum sensing
Pour expliquer ces phénomènes, Christine Jones introduit la notion de quorum sensing, ou détection du quorum.
Dans le monde humain, un quorum est le nombre minimal de personnes nécessaires pour prendre une décision. De manière analogue, dans le monde microbien, certaines actions coordonnées ne sont déclenchées que lorsque les microbes atteignent une densité critique.
Le quorum sensing désigne donc un comportement coordonné dépendant de la densité. Une fois un certain seuil atteint, les microbes peuvent :
- modifier leur propre expression génétique ;
- agir collectivement ;
- influencer l’expression des gènes de leur hôte, qu’il s’agisse d’un animal ou d’une plante.
Comment les microbes communiquent
Les microbes ne voient pas, n’entendent pas et ne parlent pas comme nous. Pourtant, ils communiquent de manière très sophistiquée.
Chaque espèce produit des molécules de signalisation spécifiques appelées auto-inducteurs. Lorsque la concentration de ces molécules atteint un certain niveau dans l’environnement, cela indique aux microbes qu’ils sont suffisamment nombreux pour engager une action collective.
Christine Jones donne l’exemple de la bactérie marine Vibrio fischeri :
- lorsqu’elle est peu nombreuse dans l’océan, elle ne produit rien de particulier ;
- lorsqu’elle atteint une densité suffisante, elle active des gènes de bioluminescence ;
- elle devient alors lumineuse dans l’obscurité.
Pour l’oratrice, il se passe des choses comparables dans le sol : certaines fonctions ne se déclenchent que lorsqu’une densité critique de bactéries, champignons, archées ou autres organismes est atteinte.
Une communication spécifique et inter-espèces
Christine Jones explique que les microbes disposent :
- d’un langage spécifique à l’espèce, qui leur permet de « savoir » combien d’individus semblables sont présents ;
- d’un second langage, inter-espèces, qui leur permet de détecter la diversité de leur environnement biologique.
Ainsi, dans un sol où poussent de nombreuses espèces végétales, les communautés microbiennes perçoivent une abondance et une diversité de signaux, ce qui modifie profondément leur comportement.
Effets du quorum sensing sur les gènes des plantes
L’un des aspects les plus marquants de l’exposé est l’idée que les microbes peuvent activer ou désactiver des gènes chez les plantes.
Si les communautés microbiennes sont suffisamment nombreuses et diversifiées, elles peuvent aider à activer des gènes impliqués dans :
- la tolérance à la sécheresse ;
- la tolérance au gel ;
- la résistance aux maladies ;
- la croissance ;
- d’autres fonctions de résilience et de productivité.
À l’inverse, si les microbes sont absents ou trop peu diversifiés, une grande partie du potentiel génétique de la plante reste inactive.
Le rôle fondamental des racines et des exsudats
Les plantes vivantes nourrissent les microbes du sol grâce à leurs exsudats racinaires. Mais Christine Jones rappelle que ce ne sont pas les plantes, à elles seules, qui fabriquent le sol. Ce sont les microbes, alimentés par les plantes, qui construisent réellement la structure du sol.
La présence d’une couverture végétale verte, vivante et diversifiée est donc essentielle parce qu’elle entretient les communautés microbiennes responsables de la formation de la terre végétale.
Les gaines rhizosphériques autour des racines
Christine Jones insiste sur l’importance des structures qu’elle appelle les gaines rhizosphériques autour des racines.
Dans ces gaines :
- les particules du sol sont agrégées ;
- des transformations biochimiques très actives se produisent ;
- des nutriments deviennent accessibles ;
- de l’azote peut être fixé, pas seulement chez les légumineuses, mais potentiellement autour de toute plante verte photosynthétique disposant d’une communauté microbienne fonctionnelle.
Des racines « propres », sans sol collé ni activité visible autour d’elles, sont pour elle le signe d’une absence de dialogue avec le microbiome du sol.
Les biostimulants comme apport de signaux chimiques
Dans son interprétation, les biostimulants peuvent fonctionner non seulement parce qu’ils contiennent des organismes ou des nutriments, mais aussi parce qu’ils apportent des signaux chimiques, comparables aux auto-inducteurs produits par les microbes.
Appliqués sur la semence, ils envoient à la jeune plante le message qu’elle se trouve dans un environnement biologiquement riche et favorable. Cela pourrait stimuler fortement le démarrage de la relation plante-microbes.
Elle cite notamment des observations de terrain où l’application d’un produit de type vermicompost liquide sur la semence est associée à la formation très précoce de gaines autour des racines, avant même que la plante ait pleinement émergé.
Structure du sol et efficacité du carbone
Lorsque l’activité microbienne est intense, notamment avec une forte composante fongique, elle permet :
- l’agrégation des particules ;
- la création d’une structure grumeleuse ;
- une meilleure infiltration de l’eau ;
- une meilleure circulation de l’air ;
- un enracinement plus facile ;
- une augmentation du stockage stable du carbone.
Christine Jones rappelle aussi une idée évoquée par David Johnson : l’efficacité d’utilisation du carbone augmente fortement dans les sols à dominante fongique. Pour une même quantité de carbone entrant dans le sol via les exsudats racinaires, une plus grande fraction est stabilisée dans le sol.
Pourquoi les engrais azotés perturbent le système
Un point important de l’exposé est la critique des engrais azotés à haute analyse, en particulier lorsqu’ils sont placés sous la semence.
Selon Christine Jones, même avec de la diversité végétale, l’usage d’azote sous la semence peut empêcher la mise en place des relations microbiologiques souhaitées.
Elle montre l’exemple d’un blé ayant reçu 80 unités d’azote sous la semence :
- les racines issues de la zone fertilisée sont nues, sans gaine rhizosphérique ;
- plus haut, des racines issues de la couronne, se développant dans une autre zone influencée par du compost, montrent au contraire la présence de gaines.
Pour elle, cela illustre le fait que l’azote minéral sous la semence perturbe ou stérilise le dialogue microbien autour des racines.
Une lecture historique de la dégradation des paysages
Christine Jones replace ensuite ces mécanismes dans l’histoire des paysages agricoles de l’Amérique du Nord, de l’Australie, de l’Afrique du Sud et d’autres régions.
Selon elle, le processus général a été :
- perte de couverture végétale ;
- baisse de la production primaire nette ;
- diminution du carbone organique du sol ;
- diminution de l’humidité du sol.
Un sol nu perd du carbone. En perdant du carbone, il perd aussi sa capacité à retenir l’eau. Cela augmente l’évapotranspiration, aggrave les sécheresses et déstabilise le climat local et global.
Sol, eau, microbiologie et climat
L’un des messages de conclusion est que les plantes, les sols, la microbiologie, l’hydrologie et le climat mondial ne peuvent pas être considérés séparément.
Christine Jones insiste particulièrement sur l’eau :
- remettre l’eau dans le sol est, selon elle, essentiel ;
- mais pour remettre l’eau dans le sol, il faut d’abord restaurer le carbone et la structure ;
- et pour restaurer le carbone et la structure, il faut relancer la biologie.
Elle affirme que la vapeur d’eau joue un rôle majeur dans l’effet de serre, et que l’un des grands enjeux est donc de limiter la perte d’eau depuis les sols nus et dégradés.
Le rôle des plantes dans la formation des pluies
Enfin, l’oratrice évoque le rôle des bactéries aérosolisées issues des plantes vertes — et aussi des récifs coralliens — dans la nucléation de la pluie.
Selon elle :
- une bonne couverture végétale réduit déjà l’évaporation directe ;
- elle favorise aussi l’émission d’aérosols biologiques capables de servir de noyaux de condensation ;
- cela peut aider la vapeur d’eau à se transformer en gouttes de pluie.
Ainsi, la restauration de paysages végétalisés et biologiquement actifs pourrait contribuer à rétablir des cycles hydrologiques plus favorables.
Conclusion
La conférence de Christine Jones défend l’idée que les systèmes agricoles peuvent connaître de véritables points de bascule lorsque la diversité végétale devient suffisante pour activer des communautés microbiennes denses, diversifiées et coordonnées.
Selon cette perspective :
- la diversité végétale n’est pas un simple supplément ;
- elle permet d’atteindre un seuil où le microbiome du sol change de comportement ;
- ce changement peut améliorer rapidement la fertilité, la structure du sol, la rétention d’eau, la nutrition des plantes, la santé animale et la rentabilité agricole.
Le concept de quorum sensing sert ici de clé explicative : les microbes ne déclenchent certaines fonctions qu’à partir d’un certain niveau de densité et de diversité.
En conclusion, restaurer les sols, la qualité alimentaire et la stabilité climatique suppose de comprendre ces interconnexions et d’apprendre à travailler avec les communautés microbiennes plutôt que contre elles.
