Rencontres MSV 2017 - Xavier Salducci - Matières organiques
Rencontres Maraîchage sur Sol Vivant, février 2017 à Rennes.
Jour 1 : Conférence de Xavier Salducci. "Devenir de matières organiques dans nos sols"
Présentation de l’intervenant
Xavier Salducci se présente comme responsable et directeur du laboratoire Celesta-Lab, une société basée à Montpellier. Depuis une vingtaine d’années, ce laboratoire travaille sur la fertilité biologique des sols, sur la caractérisation des produits organiques, c’est-à-dire les matières entrantes, ainsi que sur le fonctionnement biologique des sols.
Il précise venir du monde de la recherche, avec une formation initiale de microbiologiste des sols. Son parcours l’a amené à être familier des outils d’analyse de la vie des sols, avec l’objectif de transférer des connaissances issues de la recherche vers le monde agricole et vers des applications pratiques.
Il remercie l’association Maraîchage sols vivants (MSV) pour l’invitation, en précisant qu’il préfère l’expression « maraîchage sols vivants » à « maraîchère sur le vivant ». Il explique également que cette intervention constitue une introduction, qui sera reprise et approfondie ensuite en atelier.
Objectif de l’exposé
L’idée de l’exposé est de proposer un rappel de base sur le cycle de la matière organique, en partant des notions les plus simples. Xavier Salducci veut suivre la trajectoire de la matière organique dans le sol, jusqu’à son accumulation et sa consommation.
Ce qui l’intéresse particulièrement n’est pas seulement le devenir de la matière organique, mais surtout les fonctions associées à sa transformation. Autrement dit, il cherche à montrer en quoi ces transformations peuvent être utiles au fonctionnement des sols cultivés.
Définition de la matière organique
La matière organique est définie comme la matière spécifique des êtres vivants, qu’ils soient végétaux ou animaux.
À l’échelle de la planète, ce sont les végétaux qui fixent le carbone et qui produisent la matière organique. Xavier Salducci rappelle ainsi qu’environ 90 % de la matière organique terrestre est d’origine végétale. Par conséquent, lorsqu’on parle de matière organique, on parle le plus souvent de matière végétale.
Composition atomique de la matière organique
La matière organique est constituée de différents atomes, mais celui qui intéresse particulièrement l’agriculture est le carbone.
La matière organique est avant tout riche en carbone, et environ 50 % de sa masse correspond à cet élément. Cela a une conséquence importante : dans les laboratoires, lorsqu’on travaille sur la matière organique, on dose en réalité le carbone. Dans les sols, on applique ensuite des coefficients pour estimer la teneur en matière organique totale à partir du carbone mesuré.
Après le carbone, on trouve surtout l’hydrogène, l’oxygène et l’azote. À eux quatre, ces éléments représentent environ 95 % de la matière vivante.
Les autres éléments qui intéressent l’agriculteur, comme le phosphore, le soufre ou certains éléments fertilisants, sont présents en proportions bien plus faibles, souvent à moins de 1 % de la matière sèche. Cela explique, selon l’intervenant, pourquoi il est difficile de considérer la matière organique uniquement comme un fertilisant : sa vocation première est d’apporter du carbone et de l’énergie, tandis que la fonction fertilisante est secondaire et plus difficile à piloter.
On retrouve aussi dans la matière organique des oligo-éléments comme le cuivre, le fer ou le manganèse, à des teneurs très faibles, inférieures à 0,1 % de la matière sèche. Même présents en faible quantité, ils peuvent avoir une grande importance pour le fonctionnement du sol et la production. En pratique, quelques tonnes de fumier par an suffisent souvent à entretenir ces équilibres.
Les grandes familles de molécules dans les végétaux
En changeant d’échelle, les atomes s’organisent en molécules. Xavier Salducci rappelle que la matière végétale est essentiellement constituée de grandes classes de composés carbonés dérivés du glucose.
Il distingue notamment cinq grandes classes de composés, parmi lesquelles reviennent surtout :
- les hémicelluloses ;
- la cellulose ;
- la lignine ;
- les protéines ;
- les lipides.
Dans les plantes, et particulièrement dans les plantes annuelles cultivées, l’essentiel est constitué d’hémicelluloses et de cellulose. Environ 80 % de la plante relève de ces composés.
En revanche, lorsqu’on analyse la matière organique du sol, on observe un profil très différent. On y retrouve principalement des dérivés de lignine et des protéines, tandis que les composés plus facilement digestibles, comme la cellulose et les hémicelluloses, ont en grande partie disparu. Cela résume bien le cycle biologique : les plantes produisent des composés relativement faciles à dégrader, puis le sol consomme rapidement ces fractions, ne laissant s’accumuler que les composés plus résistants.
Les grands compartiments de la matière organique du sol
Xavier Salducci présente ensuite une vision compartimentée de la matière organique, en s’appuyant sur des données de synthèse, notamment issues des travaux de Bruno Mary sur les sols de grandes cultures.
Il distingue quatre grands compartiments.
La matière organique vivante
Elle comprend les racines, les vers de terre, la microflore et plus largement les organismes vivants du sol.
Ses fonctions sont :
- le brassage ;
- la transformation ;
- la fragmentation.
Les vers de terre brassent et enfouissent la matière organique. Les racines, à leur échelle, participent elles aussi au brassage du sol : en croissant, elles déplacent, agrègent et réorganisent des particules minérales. La faune du sol, quant à elle, fragmente les résidus organiques en éléments plus petits.
La matière organique fraîche
Elle correspond aux résidus de culture et aux apports récents. D’un point de vue chimique, elle est proche de la matière vivante, mais elle est dite « fraîche » car elle vient d’entrer dans le sol.
Cette fraction sert avant tout de support d’énergie pour la microflore et la faune du sol. Elle alimente leur multiplication. Elle commence aussi à interagir avec la fertilité minérale :
- selon sa qualité, elle peut relarguer des éléments minéraux utilisables par la culture ;
- dans d’autres cas, elle peut provoquer une immobilisation de l’azote, du phosphore ou du soufre, en stimulant fortement la vie du sol qui capte alors temporairement ces éléments.
Elle peut également modifier le pH du milieu.
La matière organique transitoire
Il s’agit d’une matière organique déjà transformée, qui ne ressemble plus tout à fait à la matière organique fraîche.
Elle continue à servir de support énergétique et de support à la fertilité chimique, mais elle commence aussi à jouer un rôle sur les propriétés physiques du sol. Xavier Salducci la décrit comme une sorte de « colle biologique » capable d’agréger les éléments du sol, de donner de la structure et de la cohésion.
Les matières humiques
Elles constituent le compartiment majeur du stock organique du sol. Dans les sols maraîchers, elles représentent souvent 70 à 80 % de la matière organique totale.
Ces matières évoluent très lentement. Elles jouent sur les propriétés de long terme :
- cohésion du sol ;
- stabilité physique ;
- rétention de l’eau ;
- réserve en éléments nutritifs, notamment en azote et en phosphore.
Xavier Salducci rappelle que l’âge moyen de ces matières humiques est de 50 à 100 ans. Elles sont donc difficiles à faire évoluer rapidement, aussi bien à la hausse qu’à la baisse.
La naissance de la matière organique : la photosynthèse
Pour comprendre les fonctions de la matière organique, il faut revenir à son origine. Celle-ci prend naissance dans la feuille, par la photosynthèse.
À partir de dioxyde de carbone, d’eau et d’énergie lumineuse, la plante fabrique du glucose et libère de l’oxygène. Xavier Salducci insiste sur le fait que le CO2 n’est pas ici considéré comme un polluant, mais comme un nutriment pour la plante.
Toute la clé de compréhension de la matière organique se trouve là : la photosynthèse transforme une énergie lumineuse difficile à stocker en énergie chimique stockée dans les liaisons carbone-carbone.
Selon lui, c’est cette énergie qui est fondamentale pour le fonctionnement du sol. Le sol étant noir, il ne laisse pas passer la lumière ; les êtres vivants du sol ne peuvent donc pas capter directement l’énergie lumineuse. La matière organique sert alors de vecteur pour faire entrer cette énergie solaire dans le sol.
La matière organique comme support d’énergie
La matière organique est d’abord un support d’énergie. Xavier Salducci donne un ordre de grandeur : une tonne de matière végétale, comme de la paille ou un couvert, représente environ l’équivalent de 400 litres de fioul.
Cela permet de comprendre qu’en apportant des résidus au sol, on apporte une quantité importante d’énergie, qui va permettre au sol de fonctionner. Plus on apporte de résidus, plus on augmente l’énergie disponible pour l’activité biologique.
Il propose ainsi une vision du sol comme un moteur : la matière organique en est le carburant, et la vie du sol convertit cette énergie en activités biologiques et en transformations.
Nourrir le sol avant de nourrir la culture
Lorsque l’on apporte de la matière organique, la première chose que l’on fait est de nourrir le sol. Cela active immédiatement la respiration du sol, c’est-à-dire la consommation de matière organique par la microflore, avec production d’énergie.
Xavier Salducci insiste : si l’on veut stimuler un sol, il est beaucoup plus efficace d’apporter du sucre, c’est-à-dire de l’énergie facilement assimilable, que d’apporter simplement de l’azote.
En laboratoire, on observe que dès qu’une matière organique touche le sol, la respiration augmente. Cette respiration constitue, selon lui, l’activité biologique de base du sol.
À partir de là, la biomasse microbienne se développe. Plus un produit stimule la respiration, plus il stimule aussi cette biomasse microbienne. Les bactéries, champignons et autres micro-organismes se multiplient rapidement.
Mais cela signifie aussi qu’avant de nourrir la culture, on nourrit la microflore. Celle-ci entre en compétition avec la culture pour les éléments minéraux. D’abord, elle se « rassasie » ; ensuite, lorsqu’elle a consommé ce qu’elle pouvait consommer, elle commence à libérer des éléments comme l’azote, le phosphore ou le soufre.
Minéralisation et disponibilité des éléments
L’intervenant prend l’exemple du fumier et du compost de fumier bovin pour illustrer ces phénomènes.
Le compost est un produit déjà stabilisé, peu énergétique pour la vie du sol, qui libère lentement les éléments minéraux. Ce n’est pas, selon lui, un fertilisant de court terme. Il se comporte plutôt comme un produit de réserve.
Le fumier brut, au contraire, libère davantage d’azote à court terme, mais là encore le processus reste lent. Même lorsqu’on apporte 100 kg d’azote organique, seulement environ 50 % peuvent devenir disponibles pour la culture au bout d’un an à un an et demi en conditions de plein champ. Le reste demeure encore dans le sol.
Cela montre toute la complexité du travail avec les produits organiques : les effets sont décalés dans le temps, avec des temps de latence variables selon la nature des produits.
Production de porosité
Parmi les fonctions majeures liées à la matière organique, Xavier Salducci met en avant la production de porosité.
Les vers de terre créent des galeries en cherchant leur nourriture. Plus le sol est nourri par des résidus et des matières organiques, plus ils circulent, plus ils produisent de la porosité, et plus ils dynamisent le sol.
Cette porosité est essentielle :
- pour la circulation de l’air ;
- pour la circulation de l’eau ;
- pour l’exploration racinaire.
Les racines ont besoin d’oxygène. L’intervenant rappelle qu’à partir de 14 à 15 % d’oxygène dans l’air du sol, elles fonctionnent déjà moins bien, alors que l’air atmosphérique en contient environ 21 %. Il est donc important de maintenir cette teneur en profondeur grâce à une bonne porosité.
Un sol poreux permet aussi un meilleur enracinement précoce, ce qui favorise un bon démarrage des cultures, une meilleure installation et souvent une meilleure résistance aux maladies.
Agrégation et structure du sol
La matière organique en transformation joue également un rôle central dans la construction de la structure du sol.
L’objectif est d’obtenir une structure grumeleuse, bien aérée, solide et résistante à la dégradation. Pour Xavier Salducci, une telle structure est la signature d’une forte activité biologique.
Le rôle des bactéries
À l’échelle microscopique, les bactéries consomment la matière organique et produisent des polysaccharides, qui agissent comme des colles microbiennes.
Ces colles permettent d’agréger entre elles les particules minérales et organiques, formant des micro-agrégats. Ce processus peut se produire très rapidement, en quelques heures seulement, dès lors que des matières fermentescibles sont apportées au sol.
Le rôle des champignons
Les champignons interviennent à une échelle supérieure. Leurs filaments, ou cordons mycéliens, se développent dans les interstices du sol et assurent un niveau supplémentaire d’agrégation.
Ce développement est favorisé par la présence de matière organique facilement dégradable, mais aussi par la limitation du travail du sol. Xavier Salducci souligne que les champignons supportent mal d’être « secoués » : moins on travaille le sol, plus on favorise ce type d’organisation.
Il évoque aussi le rôle des mycorhizes et de certaines protéines comme la glomaline dans l’agrégation et la cohésion du sol.
Conséquences sur le comportement du sol
Une meilleure structure permet :
- d’améliorer la portance ;
- de limiter la battance, notamment dans les limons battants ;
- de réduire l’érosion.
Il précise que les produits facilement dégradables sont généralement plus efficaces contre la battance que les composts très stabilisés.
Réserve en eau
L’augmentation du stock de matière organique contribue aussi à améliorer la réserve en eau du sol.
Sur un sol sableux, une augmentation d’un point de matière organique peut entraîner une hausse sensible de la réserve utile. Xavier Salducci cite un exemple d’essai montrant qu’en passant de 0,7 % à 1,7 % de matière organique, la réserve en eau augmente de 18 %.
Cela ne transforme pas un sol à faible réserve en eau en sol très réservoir, mais cela permet de mieux passer les périodes intermédiaires et d’attendre plus facilement l’épisode pluvieux suivant.
Nutrition et protection des cultures
Un sol vivant améliore à la fois la nutrition directe des cultures et leur protection.
Symbioses
Xavier Salducci cite les symbioses mycorhiziennes et les symbioses fixatrices d’azote avec les rhizobiums. Dans le cas des mycorhizes, le champignon prolonge considérablement le volume de sol exploré par la plante, parfois jusqu’à mille fois plus que la racine seule.
Antagonismes biologiques
Il évoque aussi différents phénomènes d’antagonisme :
- des champignons bénéfiques comme Trichoderma contre des pathogènes comme Rhizoctonia solani ;
- des champignons prédateurs de nématodes phytopathogènes.
Il souligne cependant que, si l’intuition d’un meilleur contrôle biologique dans les sols vivants est largement partagée, sa démonstration scientifique et surtout son pilotage restent encore complexes.
Limites des analyses de routine classiques
Les analyses de terre classiques donnent généralement :
- une teneur en matière organique totale ;
- un rapport C/N.
Pour Xavier Salducci, ces deux paramètres ne suffisent pas à expliquer les nombreuses fonctions de la matière organique décrites précédemment.
C’est pourquoi son laboratoire a développé des outils permettant d’entrer plus finement dans les compartiments de la matière organique et dans les fonctions biologiques du sol.
Les outils développés pour caractériser la matière organique
L’approche proposée repose sur des outils issus du monde scientifique, parfois utilisés depuis plusieurs décennies, mais adaptés ici à un usage de routine.
Elle permet notamment de distinguer :
- la matière organique libre, facilement accessible à la vie du sol, avec un âge moyen d’une dizaine d’années ;
- la matière organique liée, plus stable, comprenant l’humus et des formes en voie de décomposition avancée, avec un âge moyen de plusieurs dizaines d’années.
Le laboratoire mesure aussi :
- la biomasse microbienne, c’est-à-dire la quantité de microbes du sol ;
- la minéralisation du carbone, ou respiration du sol ;
- la fourniture d’azote.
Xavier Salducci propose alors une analogie :
- la matière organique est le carburant ;
- la biomasse microbienne est le moteur transformateur ;
- les activités microbiennes sont la transmission qui permet de transformer concrètement le sol.
Résultats observés sur des sols maraîchers
Après vingt ans de travail et plusieurs milliers d’analyses, le laboratoire dispose d’une base de données sur les sols maraîchers, notamment des sols non conventionnels et souvent fortement travaillés.
Sur ces sols maraîchers, on retrouve en moyenne :
- 24 à 33 % de matière organique libre particulaire ;
- environ 70 % de matière organique humifiée ou liée ;
- environ 2 % de biomasse microbienne ;
- environ 2 % de matière organique facilement dégradable.
Dans les sols vivants, les proportions évoluent : la fraction énergétique et la biomasse microbienne ont tendance à augmenter, parfois vers 3 à 3,5 %, avec une intensité biologique plus forte.
Chaque compartiment est en lien avec des pratiques culturales particulières :
- les matières humifiées sont associées aux composts et aux matières ligneuses ;
- les fractions plus celluloses sont en lien avec les couverts végétaux et certains fumiers ;
- les fractions très énergétiques sont souvent associées aux matières riches en azote, comme certains légumes ou apports frais.
Vision quantitative du sol
Le sol est avant tout un milieu minéral. Xavier Salducci rappelle que 90 à 99 % du sol est constitué de particules minérales, tandis que la matière organique ne représente généralement que 1 à 10 %, 10 % correspondant plutôt à des prairies et 1 % à certains sols pauvres du sud viticole.
La matière organique est donc une ressource rare dans le sol, ce qui explique l’intensité de la compétition biologique autour de cette ressource.
Dans un sol maraîcher correctement pourvu, avec environ 3 % de matière organique sur 20 à 25 cm de profondeur, on peut estimer un stock d’environ 72 tonnes de matière organique totale par hectare. Dans ce total, environ 21 tonnes peuvent relever de la fraction active, et autour de 4 tonnes de la matière organique vivante.
Selon lui, c’est surtout cette petite fraction vivante et active qui fait la différence entre un sol vivant et un sol mort.
Les chaînes trophiques du sol
Pour conclure, Xavier Salducci revient sur l’idée des chaînes trophiques.
La matière organique est à l’origine un support de l’énergie solaire. Une fois entrée dans le sol, elle met en route toute une chaîne d’organismes :
- bactéries ;
- champignons ;
- protozoaires ;
- nématodes ;
- acariens ;
- arthropodes.
Chaque organisme en consomme un autre, et c’est cette succession de consommations qui provoque la minéralisation et la libération des éléments utiles à la culture.
Il résume cela par une formule forte : dans le sol, « c’est la guerre pour l’énergie ». Ce qui intéresse finalement la culture, c’est que cette chaîne trophique soit active, car c’est elle qui libère les éléments minéraux.
Il conclut ainsi qu’un sol très vivant est un sol où les cycles biologiques sont intenses, et donc un sol plus apte à nourrir les cultures.
Conclusion
L’intervention insiste sur une idée centrale : la matière organique ne doit pas être vue seulement comme une réserve de fertilisants, mais d’abord comme un vecteur d’énergie solaire vers le sol.
Cette énergie alimente la vie du sol, qui à son tour :
- transforme la matière organique ;
- libère les éléments nutritifs ;
- construit la porosité ;
- stabilise la structure ;
- améliore la réserve en eau ;
- favorise la nutrition et la protection des cultures.
La compréhension des différents compartiments de la matière organique et de leurs fonctions permet ainsi de mieux raisonner les pratiques agricoles, notamment en maraîchage sur sols vivants.
