Performances agro-écologiques, par Jean-Pierre Sarthou
Intervention tirée de la journée technique
maraîchage & arboriculture : La conservation des sols
et sa biodiversité fonctionnelle
du 23 janvier 2020 à Montpellier.
Introduction
Jean-Pierre Sarthou est présenté comme professeur à l'Institut national polytechnique de Toulouse, enseignant-chercheur, et chercheur à l’INRA. Son travail porte sur la protection agro-écologique des cultures. Il explique que, de son point de vue, la protection des cultures « commence dans le sol ».
Pendant longtemps, il a travaillé sur les auxiliaires des cultures, en cherchant comment les favoriser dans les parcelles agricoles. Mais il s’est rendu compte que le paysage n’expliquait pas tout, et qu’un facteur important restait mal compris : le sol. C’est ce constat qui l’a amené à s’intéresser à l’agriculture de conservation des sols depuis une douzaine d’années, y compris dans ses enseignements.
L’objectif de l’intervention est de faire le point sur les performances agro-écologiques de l’agriculture de conservation des sols (ACS), en comparant ces systèmes à l’agriculture conventionnelle.
Dégradation des sols en agriculture conventionnelle
Jean-Pierre Sarthou rappelle qu’en agriculture conventionnelle, le travail du sol est intensif, souvent associé à de longues périodes de sol nu. Le labour, en particulier, ne règle pas réellement le problème des adventices.
La conséquence de ces pratiques est une forte érosion des sols à l’échelle mondiale. Chaque année, environ 12 à 13 millions d’hectares de sols agricoles sont fortement dégradés. Aujourd’hui, plus de 50 % des sols agricoles dans le monde seraient dégradés à très dégradés.
Il illustre cette situation par l’exemple de l’embouchure de l’Adour en 2014. À l’échelle mondiale, environ 26 milliards de tonnes de sol arable sont emportées chaque année vers les océans. Si l’on récupérait cette terre fine pour l’étaler sur 25 à 30 cm d’épaisseur, cela représenterait environ 7 millions d’hectares. Il ne s’agit pas d’une disparition absolue du sol, mais d’un amincissement progressif des profils agricoles.
Cette perte de profondeur se traduit par une perte de fertilité. Plus le sol est profond, plus il est capable de produire des rendements élevés, avec ou sans intrants. À l’inverse, plus le sol devient superficiel, plus les rendements baissent, et plus il faut recourir aux intrants pour produire malgré tout moins.
Principes de l’agriculture de conservation des sols
Dans sa forme la plus stricte, l’agriculture de conservation des sols consiste à implanter une culture derrière une autre sans aucun travail du sol. Cette absence de travail du sol réduit très fortement l’érosion. Elle ne devient jamais absolument nulle, car l’érosion est un phénomène naturel, mais elle peut être ramenée à un niveau proche de la vitesse de formation du sol, qui est très lente.
Jean-Pierre Sarthou insiste sur le fait que c’est en grandes cultures que l’on dispose aujourd’hui du plus de recul sur ces systèmes innovants de gestion du sol.
Effets de l’ACS sur la biodiversité du sol
En agriculture conventionnelle, la combinaison du travail du sol, de l’usage d’engrais et de pesticides, ainsi que des sols nus, contribue à une perte de biodiversité du sol.
Jean-Pierre Sarthou distingue :
- la macrobiodiversité, en particulier les vers de terre ;
- la mésobiodiversité, c’est-à-dire les petits invertébrés du sol ;
- la microbiodiversité, composée notamment des bactéries et des champignons.
Dans la plupart des cas, l’ACS favorise davantage de vers de terre, davantage de nématodes, et plus globalement plus de biomasse et d’individus que l’agriculture biologique ou conventionnelle.
Cette abondance d’organismes se traduit par une porosité d’origine biologique beaucoup plus importante. Les organismes du sol créent des galeries connectées entre elles : c’est une bioporosité à forte continuité. Cette porosité est presque absente dans les sols labourés.
Sous un système ACS bien conduit, le sol devient particulièrement favorable aux vers de terre. Ceux-ci sont capables, en quelques mois, de recréer des galeries même dans des sols compactés, par exemple après le passage de remorques sur chantier d’ensilage. Ces galeries peuvent ensuite être utilisées par les racines pour descendre en profondeur.
Stabilité structurale et rôle de la microbiodiversité
Jean-Pierre Sarthou souligne aussi l’importance de la microbiodiversité dans la cohésion entre les agrégats du sol.
Dans un sol issu d’une gestion conventionnelle, si l’on place une motte dans un panier grillagé en haut d’une colonne d’eau, elle se désagrège rapidement : la cohésion entre agrégats est faible.
En ACS, l’absence de travail du sol et l’augmentation des retours de carbone favorisent les bactéries et les champignons. C’est dans ces systèmes que l’on observe les biomasses les plus élevées de bactéries et de champignons.
Il revient sur une idée longtemps admise : le labour favoriserait la diversité spécifique des bactéries. Il précise que cela peut être vrai lorsqu’on compare des systèmes labourés à des systèmes ACS jeunes. En revanche, dans les systèmes ACS anciens et bien établis, certaines publications montrent que la biomasse bactérienne est plus élevée et que la diversité spécifique peut aussi devenir supérieure à celle des sols labourés.
Les champignons, notamment les mycorhizes, jouent un rôle clé. Leurs hyphes produisent de la glomaline, une sorte de « colle biologique », visible sous forme de halo imprégnant les particules fines et les agrégats. Les bactéries produisent elles aussi d’autres composés collants. L’ensemble de ces substances favorise l’agrégation des particules du sol et conduit à des agrégats plus gros et plus stables.
Lorsqu’une motte issue d’un système ACS est soumise au même test que précédemment, l’eau reste limpide : il n’y a quasiment pas de turbidité, signe d’une excellente stabilité structurale.
Infiltration de l’eau et réduction du ruissellement
L’ACS combine plusieurs éléments :
- une couverture de surface par le mulch ;
- une forte biomasse microbienne ;
- une bioporosité abondante et connectée.
Le résultat est une forte augmentation de la conductivité hydraulique à saturation, c’est-à-dire de la capacité de l’eau à circuler dans la macroporosité. Cette conductivité peut être jusqu’à 120 fois supérieure en ACS qu’en agriculture conventionnelle.
Cela entraîne une meilleure infiltration des pluies, une diminution du ruissellement et une réduction de l’érosion. Jean-Pierre Sarthou précise toutefois que cela n’est vrai que dans les systèmes ACS bien conduits. Si la porosité de surface se ferme, notamment faute de résidus ou en cas de mauvais entretien calcique du sol, la conductivité hydraulique peut être dégradée, parfois au point de devenir équivalente ou inférieure à celle d’un système conventionnel.
Il cite l’exemple d’une parcelle de Frédéric Thomas, conduite en ACS depuis une quinzaine d’années. Après pluie, la différence de structure de surface avec une parcelle conventionnelle est nette : à gauche, le sol est battant et dégradé ; à droite, en ACS, la surface reste ouverte, et l’infiltration est visiblement meilleure.
Adaptation au changement climatique
Jean-Pierre Sarthou aborde ensuite la question du changement climatique, qui impose une adaptation à des épisodes plus fréquents de sécheresse et de canicule.
Il explique qu’il devient essentiel d’augmenter la réserve utile des sols, c’est-à-dire leur capacité à stocker l’eau disponible pour les plantes. Une expérimentation a montré qu’au bout de six ans d’ACS, il se crée davantage de mésoporosité à différentes profondeurs. Or cette mésoporosité est précisément celle qui stocke l’eau utile.
Dans cette étude, l’ACS a permis de doubler la réserve utile du sol. Il reconnaît que les résultats dépendent aussi de la texture du sol, et qu’il existe encore peu de travaux sur la vitesse d’évolution de cette réserve utile selon les types de sol lorsqu’on passe d’un système labouré à un système ACS.
Mais il insiste sur un point : quelle que soit la texture, le passage à un ACS bien conduit améliore la réserve utile. Cela s’explique notamment par le développement de la microfaune, qui crée de la mésoporosité, dans une gamme de pores comprise entre 0,2 et 50 microns.
En conséquence, les sols en ACS ont :
- un meilleur fonctionnement hydrique ;
- une meilleure efficience de l’eau de pluie ;
- une meilleure capacité de stockage ;
- une meilleure utilisation de l’eau, facilitée notamment par les mycorhizes.
Cela explique pourquoi, en période de stress hydrique, les cultures en ACS résistent mieux.
Réduction de l’échauffement du sol et économie d’eau
L’ACS permet aussi de réduire les pertes d’eau en limitant l’échauffement du sol grâce au mulch de surface.
Jean-Pierre Sarthou montre qu’entre un sol nu travaillé et un sol non travaillé couvert de mulch, l’écart de température peut atteindre 6,5 °C à 1,5 cm de profondeur. Dans certains pays comme le Brésil ou l’Argentine, des écarts encore plus importants ont été mesurés.
Un sol qui chauffe moins perd aussi moins d’eau :
- en ACS, les pertes mesurées sont de l’ordre de 0,6 mm par jour ;
- en conventionnel, après chaque déchaumage, elles peuvent atteindre 4 mm par jour.
Sur une semaine, cela représente 4,2 mm dans le premier cas contre 28 mm dans le second. Or il faut environ 25 mm d’eau pour produire une tonne de matière sèche, toutes espèces végétales confondues. En une semaine, un sol travaillé peut donc perdre l’équivalent de l’eau nécessaire à la production d’une tonne de matière sèche.
Jean-Pierre Sarthou souligne qu’en France, on n’a pas encore suffisamment conscience de cette question, contrairement à ce qui se pratique en Amérique du Sud.
Atténuation du changement climatique
L’agriculture est souvent présentée comme un problème, mais elle peut aussi faire partie de la solution. L’ACS peut contribuer à atténuer le changement climatique en diminuant la concentration des gaz à effet de serre.
Stockage du carbone
Le premier levier est le stockage du carbone dans le sol. Les plantes captent le CO₂ atmosphérique, l’intègrent à leur biomasse, et lorsque cette biomasse se décompose en humus, une partie du carbone peut être stockée dans le sol.
Les valeurs rapportées dans la littérature scientifique sont très variables :
- de 200 kg à plus d’une tonne de carbone par hectare et par an dans l’horizon 0-30 cm ;
- et, plus en profondeur, de valeurs jugées très faibles ou nulles par certaines méta-analyses à plus d’une tonne par hectare et par an entre 30 cm et 1 mètre selon d’autres publications récentes.
Jean-Pierre Sarthou insiste sur le fait qu’il s’agit d’un sujet complexe, très dépendant de la qualité des systèmes étudiés.
Il évoque aussi les travaux de Pascal Boivin, pédologue suisse, qui réalise des mesures directes chez les agriculteurs. Selon lui, l’objectif du « 4 pour 1000 » n’est pas très ambitieux : certaines parcelles atteignent des niveaux de stockage trois à quatre fois supérieurs.
La conclusion qu’il retient est claire : la clé du stockage de carbone est l’association entre :
- absence de travail du sol ;
- forts apports de biomasse.
Pris séparément, ces leviers ne suffisent pas. Arrêter le travail du sol sans fournir suffisamment de biomasse peut même conduire à une baisse de production, sans stockage significatif de carbone.
Concernant la biomasse, elle peut être produite sur place ou apportée de l’extérieur. Pour « lancer la machine », un apport exogène, comme du compost, peut être utile. Mais une fois le système bien fonctionnel, il vaut mieux s’appuyer sur la biomasse produite sur place. Dans les systèmes tempérés, il indique qu’on peut produire 15, 20, voire 22 tonnes de matière sèche par hectare et par an, parfois davantage.
Émissions de gaz à effet de serre
L’ACS permet aussi de réduire les émissions.
Pour le CO₂ fossile, la baisse est nette car les opérations culturales sont moins nombreuses, il n’y a plus de labour, et la consommation de carburant diminue fortement.
Pour le CO₂ contemporain, la baisse est liée à une moindre vitesse de minéralisation de la [[matière organique du sol]]. Jean-Pierre Sarthou note que cet effet peut aussi avoir un inconvénient : au printemps, un sol qui se réchauffe moins vite peut ralentir le démarrage de certaines cultures.
Concernant le méthane (CH₄) et le protoxyde d’azote (N₂O), il explique que les choses sont plus complexes. De nombreuses publications montrent des émissions plus importantes de N₂O en ACS. Mais selon lui, il s’agit souvent de systèmes ACS non aboutis.
Il cite au contraire une étude américaine menée après 30 ans d’ACS bien conduite, avec forte production de biomasse, montrant une diminution des émissions de N₂O de 40 % par rapport au labour et de 57 % par rapport à un système chisel.
Ainsi, l’augmentation des émissions de N₂O n’est pas automatique. Et même lorsqu’elle existe, elle peut être compensée par la baisse des émissions de CO₂ et de CH₄, si bien que le potentiel de réchauffement global net reste inférieur en ACS.
Utilisation des pesticides et protection des cultures
Jean-Pierre Sarthou explique qu’en ACS, on observe souvent une diminution, voire un arrêt, des fongicides. Les maladies régressent nettement. Il mentionne notamment un couple pH/redox moins favorable aux agents phytopathogènes.
Il ajoute un mécanisme moins connu : le mulch en cours de décomposition émet des composés organiques volatils antagonistes des inoculums fongiques présents sur les résidus de culture. Cela constitue une forme de lutte biologique.
Concernant les insecticides, on peut également observer une diminution, voire un arrêt, du fait d’une réduction des ravageurs. Une explication est que l’ACS favorise les auxiliaires, ce qui compense les effets négatifs des paysages simplifiés.
Il évoque aussi une hypothèse : dans un sol qui leur convient mieux, les plantes seraient plus aptes à émettre des composés organiques volatils de défense, des molécules-signal détectées par les auxiliaires qui viennent alors s’attaquer aux ravageurs.
Cas des limaces
L’ACS favorise les limaces, mais cela ne signifie pas toujours plus de dégâts. Jean-Pierre Sarthou indique avoir observé, sans avoir encore publié ces résultats, qu’au bout d’un certain nombre d’années, il peut y avoir un changement de population : les limaces les plus phytophages sont remplacées par des limaces moins phytophages et plus détritivores, donc moins problématiques pour les cultures.
Adventices et usage des herbicides
Contrairement à une idée répandue, l’ACS n’entraîne pas forcément une hausse durable de l’usage des herbicides. Dans les systèmes bien gérés, on peut même observer une diminution.
Plusieurs mécanismes sont avancés :
- moins d’émergence des mauvaises herbes après semis ;
- augmentation de la prédation des graines d’adventices par les insectes granivores ;
- rôle possible des vers de terre.
Sans nouvel apport de graines, après trois ans, la densité d’adventices en parcelle ACS peut diminuer de 80 % par rapport à une parcelle labourée.
Jean-Pierre Sarthou précise toutefois qu’en semis direct seul, sans gestion globale du système, la situation peut être inverse. Il distingue donc clairement le semis direct isolé de l’ACS aboutie.
Pesticides, transferts et qualité de l’eau
L’ACS réduit les pertes d’herbicides parce qu’elle limite le ruissellement, l’érosion et donc l’export de matière active avec les particules de sol.
Les quelques pesticides qui restent utilisés sont, dans l’ensemble, mieux dégradés dans les sols ACS. Il attire néanmoins l’attention sur un point : les galeries de vers de terre anéciques peuvent parfois mettre en connexion directe la surface et la nappe, ce qui peut favoriser certains transferts rapides. Mais ce phénomène reste relativement rare, et la macroporosité n’est pas systématiquement empruntée par l’eau de pluie.
Par ailleurs, la matière organique de surface retient mieux les résidus de pesticides, ce qui diminue les concentrations d’herbicides dans les eaux de drainage.
Biodiversité aérienne
L’ACS favorise aussi la biodiversité ordinaire au-dessus du sol. Jean-Pierre Sarthou cite plusieurs espèces d’oiseaux, comme :
- l’alouette ;
- le bruant proyer ;
- la bergeronnette printanière.
Ces espèces sont plus abondantes en systèmes ACS qu’en systèmes labourés.
Il précise toutefois que le pire cas est celui du semis direct sans couvert, dans lequel il n’y a pas de labour mais beaucoup d’herbicides. Le semis direct, pris isolément, n’est donc pas nécessairement vertueux.
Productivité, stabilité des rendements et rentabilité
Sur la productivité, Jean-Pierre Sarthou mentionne une méta-analyse montrant un rendement moyen de 2,5 % inférieur en ACS. Cette publication a suscité de vives réactions chez les agriculteurs américains, qui contestent la représentativité des parcelles expérimentales par rapport aux situations réelles de terrain.
Il souligne cependant que cette même méta-analyse montre :
- une augmentation des rendements en ACS avec l’âge des systèmes ;
- des rendements supérieurs en ACS dans les contextes de stress hydrique.
De nombreux travaux en Europe et dans le monde confirment cette meilleure performance en conditions sèches, avec des gains pouvant aller jusqu’à +120 % dans les contextes très secs.
L’ACS apporte aussi une meilleure stabilité des rendements, en particulier face aux accidents climatiques et aux épisodes de sécheresse. Les systèmes sont plus résilients.
Sur le plan économique, Jean-Pierre Sarthou indique qu’en Europe, l’ACS est généralement plus rentable, grâce à :
- une baisse des coûts de main-d’œuvre ;
- une réduction des frais de carburant ;
- des coûts moindres d’entretien du matériel.
Limites et complexité de conduite
Jean-Pierre Sarthou prend soin de préciser que l’ACS n’a pas « que des avantages » et que ces systèmes ne sont pas faciles à conduire.
Il cite deux études multicritères :
- dans la première, l’ACS est comparée à quatre autres systèmes agro-écologiques et à un système conventionnel, selon huit services écosystémiques ; l’ACS fait mieux que le conventionnel pour sept services sur huit, tandis que les autres systèmes agro-écologiques ne font mieux que pour deux, quatre ou cinq services sur huit ;
- dans la seconde, des systèmes ACS au sens strict ou large sont comparés à des systèmes biologiques et conventionnels sur dix-sept services écosystémiques, intrants de support, régulation et produits agricoles ou environnementaux.
L’ACS ne gagne pas « à tous les coups », mais elle l’emporte « la plupart du temps ».
Conclusion
La conclusion de Jean-Pierre Sarthou est que l’agriculture de conservation des sols présente aujourd’hui le meilleur potentiel pour réduire l’antagonisme entre productivité agricole et performance environnementale.
Son message central est qu’il est essentiel de regarder ce qui se passe sous le sol. C’est là que se joue une grande partie de la protection agro-écologique des cultures, de la fertilité, de la gestion de l’eau, de la biodiversité et de l’atténuation des impacts climatiques.
