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Le sol, la terre et les champs par C. et L. Bourguignon

La vie et la mort des sols racontées par deux ingénieurs agronomes et microbiologistes.

Anciens chercheurs à l’INRA (Institut National de Recherche Agronomique), menant un travail de recherche en laboratoire, Claude et Lydia Bourguignon ont ensuite fondé leur propre laboratoire (Laboratoire d’Analyses Microbiologiques des Sols –LAMS), ce qui les a amenés à effectuer un travail de terrain au contact des agriculteurs et vignerons. 2 points fondamentaux sont ressortis de ce travail :

- Le rôle primordial de la faune et des champignons (microfaune) dans la fertilité des sols agricoles (détruits entre autres par les engrais chimiques, herbicides, et pesticides)

- Les techniques de non-labour comme le semis direct sous couvert : le labour expose la terre au soleil et à la pluie, la rend compacte et détruit les matières organiques des sols, engendrant de la désertification. Le labour se justifiait autrefois en raison des difficultés à lutter contre les mauvaises herbes, mais les progrès techniques et scientifiques nous permettent aujourd’hui d’employer des méthodes qui préservent et enrichissent bien davantage les sols et la biodiversité tout en améliorant les rendements. 

Dès l’antiquité, on a tenté de classer les sols selon leur nature (terre grasse, meuble, pauvre, etc.) pour définir quel type de culture conviendrait le mieux à chaque type de sol. On a l’intuition également que plus une terre est noire, plus elle est fertile (à l’inverse, une terre blanc cendrée, jaune ou rouge est pauvre).

Mais le sol est complexe et des qualificatifs comme « argileux » ou « sableux » ne suffisent pas à en décrire toutes les propriétés :

- le sol est formé de petits granulés plus ou moins gros et compacts qui laissent ainsi plus ou moins passer l’eau et les gaz. Bien des caractéristiques d’un sol sont influencés par ces vides, or une simple analyse physique ne permet pas de les calculer.

- le terme « argile » regroupe des composés extrêmement variés aux propriétés très différentes : par exemple, la kaolinite (argile verte) est facile à travailler mais peu fertile tandis que les vermiculites et smectites forment un sol lourd mais très riche.

- enfin, c’est la synergie entre tous les éléments d’un sol qui fait qu’il est fertile ou non, et pas seulement une tranche séparée d’un sol.

=> Le sol n’est pas un milieu inerte mais un milieu en perpétuelle formation qui peut aussi mourir. Aujourd’hui, érosion, pollution, salinisation des sols, chutes des rendements, inondations (liées à l’érosion), etc. nous rappellent qu’il faut tenir compte de la vie des sols. Sur un sol biologiquement actif, les engrais potassiques et phosphorés sont inutiles et les apports en azote peuvent être divisés au moins par 2.

Naissance, maturité et mort des sols

Le sol est organo-minéral : il est composé à la fois de minéraux provenant de la roche mère et de matières organiques provenant de la litière (déjections), cadavres de plantes et d’animaux.

Alors que l’air et l’eau sont formés de composés minéraux ou gazeux dont les attaches sont atomiques, donc très solides, le sol est formé d’attaches électriques qui sont faciles à rompre : sous l’influence de la vie du sol et du climat, les minéraux et la matière organique se transforment en effet en composés colloïdaux qui se lient pour former le complexe argilo-humique, qui lui est stable. Les argiles et l’humus sont ainsi formés d’anions (colloïdes électronégatifs) qui se lient aux ions positifs libérés par la roche (Ca++, Fe++, etc.) pour former un complexe argilo-chimique et résister à l’érosion de l’eau chargée positivement. Sans litière, les minéraux seuls ne peuvent former un sol : on peut polluer l’air et l’eau, mais pas les faire disparaître, tandis qu’on peut détruire un sol en brisant les attaches entre minéraux et composés organiques (c’est déjà le cas pour 2 milliards d’hectares).

 

Différent facteurs jouent sur l’altération des roches et de décomposition de la litière :

- Facteurs physicochimiques => température (+10°C = vitesse des réactions chimiques et de la décomposition x 3) ; pluviométrie ; reliefs ; végétation ; dureté de la roche (calcaire / granit, etc.)

- Biologiques => la formation des sols vient de 3 phénomènes : la décomposition, la migration et l’accumulation. Ainsi, les racines des plantes et les microbes attaquent la roche pour se nourrir et y puisent des minéraux (Ca, P, Mg, S, K, etc.), mais certains des minéraux contenus dans la roche ne sont que des oligoéléments pour les plantes (Fe, Al et Silice) : il en reste de grandes quantités dans le sol qui forment des silicates de fer et d’alumines (les argiles). La migration des éléments de la roche se fait vers la surface si le sol est riche car les vers de terre, microorganismes et racines des plantes les font remonter : si le sol est « mort », les minéraux retombent vers la roche et les nappes phréatiques

L’agriculture conventionnelle détruit ainsi 10 millions d’hectares par an. L’érosion est un phénomène anthropique  (il ne s’agit pas de lixiviation naturelle). Elle est due à l’élevage, à l’agriculture, à l’urbanisation et à la déforestation. Ainsi, naturellement, une forêt perd 0,15 tonnes d’ions/Ha/an, emportés par l’eau. En France, le sol en perd 40 t./Ha/an, 60 en Espagne, 100 au Maghreb. L’érosion est en effet facilitée par la chaleur : en zone tropicale, on peut ruiner un sol en quelques années.

 

Conséquences du remembrement des terres : disparition des haies, désastreuse pour la biodiversité, mais d’autant plus catastrophique pour les sols limoneux et sableux très sensibles à l’érosion de la pluie et du vent, ainsi que pour les zones très exposées aux embruns marins et aux vents (littoraux, montagnes, etc.).

 

Processus aboutissant à la mort des sols et à leur érosion :

  1. Mort biologique : absence d’apports organiques + labour (qui de plus produit 1 t. de CO2/Ha) + irrigation (accélère la minéralisation de la matière organique) => suppression de l’alimentation de la faune du sol qui remontait les éléments nutritifs (minéraux) vers la surface => acidification du sol qui perd ses éléments basiques (Ca, Mg, K).
  2. S’ensuit une Dégradation chimique : retombée des éléments nutritifs et pollution des nappes phréatiques et rivières quand le sol est lessivé par la pluie. De plus, en zone aride, l'irrigation a rendu possible le remplacement des plantes adaptées par des cultures standardisées. Or, contrairement à la pluie, naturellement distillée, les nappes phréatiques contiennent des sels qui salinisent et stérilisent les sols : 60% de la désertification est ainsi due à l’irrigation. La destruction de la matière organique et de la faune du sol par le labour et l’irrigation augmente aussi les besoins en engrais, car il n’y a plus de faune pour remonter les éléments nutritifs vers la surface. Autre conséquence : il n’y a plus de cohésion entre les argiles et l’humus. Les colloïdes seront lessivés par les pluies et les vents.
  3. => Dégradation physique, c’est-à-dire l’érosion.

Caractéristiques d'un sol :

Un sol vivant se caractérise par : un parfum de sous-bois ("géosmine") et non de pourriture ; un enracinement profond ; une texture non compacte ; un PH non acide

Autres paramètres à prendre en compte pour le choix des espèces cultivées et amendements nécessaires : la teneur en sables/limons/argiles et l’acidité ou la teneur en sels du sol. Des qualités d’un sol dépendront en effet la charge de travail à effectuer pour le rendre mûr et équilibré : 

- Un sol très jeune aux argiles peu évoluées et à la matière organique peu transformée sera aidé par des apports d’un complexe argilo-humique stable.

- Un sol calcaire ou une rendzine dont la matière organique est fossilisée sera aidé par l’emploi d’engrais verts qui, en stimulant la vie microbienne, permettront que la couche de calcite enrobant et bloquant le complexe argilo-humique soit attaqué.

- Un sol tropical en voie de latéritisation sera aidé par l’apport d’argiles à grande surface interne (retenant un maximum d’ions), de matières organiques évoluées, de calcium et de couverture végétale => compostage, marnage et couvertures végétales permanentes seront nécessaires.

 

Séparation de l’élevage et de la culture :

On a d’abord réservé les sols les plus pauvres et difficilement mécanisables en montagne à l’élevage. Or, sous les climats froids montagnards, la matière organique se décompose lentement et tout apport excessif de litière transforme le sol en tourbière, un sol stérile. Il faudrait aérer les sols afin que le soleil puisse par sa chaleur favoriser la prolifération des microorganismes pour dégrader l’excès de litière. Or, en maintenant ces sols sous herbage permanent, on ralentit l’évolution de cette matière. Mais les zones côtières comme la Bretagne, la Hollande et le Danemark sont celles qui souffrent le plus de l’excès d’élevage. Les plantes protéagineuses nécessaires à l’alimentation des bêtes ne sont pas cultivées en Europe : l’UE dépend presque entièrement de l’Amérique du nord et du sud pour l’alimentation des animaux d’élevage, d’où l’idée de placer les élevages industriels près des ports. L’entassement des porcs, bovins et volailles polluent les nappes phréatiques de ces régions de manière très préoccupante.

 A l’inverse, les cultures sans élevages dans les zones plus fertiles où le climat fait évoluer assez rapidement la matière organique sont souvent déficitaires en azote traditionnellement apporté par le fumier composté ou les légumineuses dont la culture a été presque abandonnée en Europe. Le labour a aggravé les choses, d’autant qu’il se fait de plus en plus profondément et que la matière organique ne peut ainsi plus se transformer en humus à l’intérieur des profonds sillons (la lignine, principale productrice d’humus, n’est attaquée que par les champignons, qui sont tous aérobies –ils ont besoin d’un sol aéré et riche en oxygène). La paille se minéralise ainsi au lieu de s’humifier.

La déforestation en zone tropicale est catastrophique car le complexe argilo-humique des sols y est peu abondant et fragile du fait de la chaleur. L’exposition brutale de ces sols au soleil et aux pluies tropicales conduit à leur érosion et à leur désertification.

De même, la mise en jachère de terres en Europe est très problématique : les sols abandonnés sont la proie du lessivage et de l’érosion, car une fois leur matière organique détruite par le labour, ils ne peuvent se couvrir rapidement de la végétation adéquate et se dégradent. Il ne faut jamais laisser un sol nu.

NB : certaines  plantes sont acidifiantes (fougères, prêles, résineux, toxiques), d’autres « améliorantes » (feuillus, graminées). Il faut utiliser ces dernières pour couvrir le sol.

Le sol, milieu vivant

Le sol est un biotope exceptionnel pour de nombreux organismes, dont les vers de terre qui labourent, aèrent et nourrissent le sol. Un sol en bon état contient près d’1 milliard de micro-organismes par gramme et 1 à 4 tonnes de vers de terre par hectare. Eléments minéraux et faune interagissent pour créer et enrichir le sol. Utiliser à bon escient les techniques de compost et de BRF est aussi primordial, ce qui implique de tenir compte du rôle des micro-organismes dans la vie d’un sol. 

Macro-organismes des sols

1. Racines des plantes

Les racines sont généralement bien plus volumineuses que la partie aérienne de la plante (jusqu'à plusieurs centaines de km). Le cheveu racinaire absorbe les éléments nutritifs solubilisés par les micro-organismes dans les couches profondes.

De plus, les racines améliorent le sol : en se décomposant, elles fournissent de la matière organique et les galeries qu’elles forment servent à la circulation de l’eau et des gaz. C’est pourquoi un sol nu devient dur et compact : les racines des plantes, et la faune qu’elles nourrissent et abritent, permettent d’aérer le sol et de l’améliorer.

2. Macro-faune et Méso-faune

Il s’agit de tous les animaux visibles du sol : mammifères, anthropodes, mollusques, et vers de terre.

Mammifères : les rongeurs creusent des galeries qui permettent une importante circulation de l’eau et de l’air ; les taupes permettent en outre la remontée du sol profond et un bon mélange des horizons.

Invertébrés (arachnides, insectes, vers, etc.) : les épigés broient la litière de surface et les microbes attaquent leurs boulettes fécales pour les transformer en humus ; leurs galeries rendent le sol perméable à la pluie malgré les chocs et tassements qu’il subit (perméabilité de 150 mm/heure en forêt de feuillus tempérée, 300 mm/h en forêt tropicale et seulement 1mm/heure pour un sol labouré –risque d'inondation !). La faune endogène, plus petite, se nourrit du réseau des racines les plus fines, assurant la porosité du sol de profondeur. La faune anécique (vers de terre, etc.) se déplace verticalement, brassant constamment le sol profond et remontant les éléments nutritifs vers la surface ; c’est dans leurs intestins que se forme le complexe argilo-humique. Sous les tropiques, ce sont les termites qui jouent ce rôle : le déboisement et l’exposition au soleil déciment les termites et ces sols argileux deviennent alors compacts et quasi stériles.

=> En éliminant pesticides, engrais chimiques et labour (remplacé par le semis direct sous couvert), on limite les adventices, on améliore le taux d’humus et on permet à toute cette faune de jouer son rôle comme agent de formation et de maintien de la fertilité des sols. 

  • Engrais et amendements pour les cultures

Dans la nature, le cycle de l’azote est un cycle fermé et sans pertes : l’atmosphère est composée à 79% d'azote, mais sous une forme non assimilable (N2) ; seules les bactéries permettent de le transformer en ammonium puis en nitrate pour le rendre assimilable par le vivant. Les animaux restituent ensuite l’azote par leurs déjections et certaines plantes (légumineuses, aulne, argousier, certains arbustes, etc.) ont naturellement la capacité de fixer l’azote de l’air dans le sol.

Mais ce cycle est troublé par l’emploi d’engrais azotés, d'autant plus qu'en apportant 1 à 2 doses massives par an au lieu de petites quantités journalières, d'importants surplus non assimilés viennent polluer les nappes phréatiques. Il faut en outre 3 tonnes de pétrole pour produire 1 tonne d’engrais azoté.

Quant aux engrais phosphorés, ils sont à l’origine de l’eutrophisation des rivières et des pullulations d’algues. Dans la nature, le phosphore vient à 60% des roches : les champignons attaquent la roche et libèrent le phosphore sous forme de phosphate, assimilable par les racines des plantes. Les engrais phosphatés sont extrêmement délétères : ils détruisent les mycorhizes qui rendent bio-disponible pour les plantes le phosphate contenu dans la roche. Les plantes deviennent alors totalement dépendantes des engrais phosphatées pour se fournir en phosphore.

NB : l’ion phosphate a trois charges négatives et réagit donc facilement avec le calcium (Ca+) des sols calcaires et le fer (Fe++) des sols acides pour reprécipiter en roche : un excès de chaulage (apports en calcium par l’agriculteur dans le champ) ou une acidification excessive peut provoquer une carence en phosphore.  

Les micro-organismes sont une interface entre le monde minéral et le monde vivant. Ils rendent les minéraux solubles dans l’eau du sol (donc assimilables) en les oxydant (ils changent l’azote et le souffre en nitrate et sulfate) ou en chélatant les oligoéléments qu’une simple oxydation ne suffit pas à rendre assimilables : en détruisant les cycles microbiens, on induit toutes sortes de carences pour les plantes ; l’engrais NPK (Azote, Phosphore, Potasse) ne suffit pas à combler les besoins des plantes et les affaiblit, d’où une résistance moindre aux parasites, maladies et moisissures. Au contraire, les engrais verts[1] nourrissent les microbes et le compost ensemence efficacement le sol en microbes et "bons" champignons.


[1] Plante à croissance rapide capable de fixer l'azote atmosphérique ou de libérer des minéraux liés à la roche mère ; une fois la plante détruite, les minéraux contenus dans celle-ci sont libérés pour la culture suivante par minéralisation. Ses parties aériennes offrent aussi une couverture au sol et le protègent contre le dessèchement, l'érosion et la battance

Marnage et compostage

Couper les forêts met le sol à nu et perturbe la formation du complexe argilo-humique car les racines des cultures ne descendent pas aussi profond dans la roche que celles des arbres. De plus, l’exposition au soleil facilite la minéralisation de la matière organique et freine la production d’humus. La faune épigée craint le soleil et décline. Il faut alors avoir recours au compostage qui transforme en humus la matière organique.

Marnage : technique préindustrielle utilisant l’argile calcaire (marne). Une fois dans sa vie, l’agriculteur en épandait 20 à 30 t./ha, mélangée à du compost ou fumier. Elle s’attachait à l’humus du fumier épandu sur la neige pendant l’hiver et entretenait ainsi le complexe argilo-humique. Les sols perdent aujourd’hui leurs argiles car on ne le pratique plus. Or, argile, calcium et humus sont les 3 éléments du complexe argilo-humique.

Pour le compostage, il y a 2 techniques (p.84-88) :

- Le compostage en tas (ancienne technique) : pailles, excréments, tailles de haies, déchets organiques sont rassemblés en tas pour fermenter en aérobiose. Le produit diffère beaucoup selon les matières utilisées et les conditions de fermentation. Si ces matériaux sont riches en azote et pauvres en carbone (engrais verts, tourteaux, lisiers, gadoue urbaine), les composés ne produisent pas d’humus et se minéralisent. Les matériaux riches en carbone et pauvres en azote (pailles, bois raméaux, copeaux et sciure de bois) stimulent au contraire l’humus car leur lignine et leur cellulose nourrissent les champignons. Mais sans fumier, la décomposition est plus lente et le fumier (volaille ou cheval de préférence) produit une fermentation chaude qui pasteurise la matière organique (évite de contaminer le champs avec des graines indésirables ou avec des agents pathogènes). C’est d’autant plus important quand il n’y a pas de rotation des cultures. Les champignons étant aérobies, il faut mettre le compost en andains de 3m de profondeur et 1,5m de haut (la température peut monter à 80°C si le tas est bien aéré). Durant la période de chauffe, le tas perd beaucoup d’eau : il faut l’arroser (mettez-y le jus de vos légumes). En outre, la pasteurisation ne s'exerce qu'au centre du compost : il faut mélanger le tas 2 à 3 fois. Le refroidissement permet ensuite l’action des vers, acariens, etc. qui vont broyer finement le compost et produire des boulettes fécales que les champignons pourront attaquer et transformer en humus.

-  Le compostage de surface : l’agrandissement des fermes rend difficile le ramassage des pailles. La solution peut être le compostage de surface avec semis direct sous couvert : moissonner les céréales le plus haut possible pour laisser de grandes pailles, puis semer directement dans la paille une culture d’été qui aidera aussi à humidifier les pailles par son ombrage. Le semis direct parmi les pailles met la matière organique à l’abri du soleil, sous les plantes de couverture. Légumineuses et engrais verts sont aussi semés pour apporter de l'azote ou on peut épandre du lisier en petite quantité. Cette technique exige des rotations systématiques des cultures car il n’y a pas de pasteurisation (transmission des maladies).

- Enfin, pour les sols détériorés ou pour stimuler fortement la production d’humus, on peut déposer une couche de 4 à 8 cm de bois raméal fragmenté (BRF) –haies et feuillus uniquement, et semer des engrais verts apportant de l’azote. 

L’agroécologie est la compréhension des lois du sol. Connaître un sol est essentiel pour l’améliorer. 

Les quatre piliers de l’agrologie :

-  la biodiversité comme source d’efficacité : la manipulation génétique et la sélection drastique appauvrissent le bagage génétique des plantes et rendent les agriculteurs prisonniers des semenciers. Il faut développer l’usage d’espèces ayant naturellement des aptitudes pour améliorer les sols, pousser sur des sols ingrats, etc. Ces plantes dites « engrais verts » s’introduisent en inter-cultures dans les champs, et les cultures sont semées en direct dans leur couvert. Elles évitent l’émission de grandes quantités de GES car elles permettent de diviser par 3 l’apport en engrais azoté, fixent des éléments nutritifs dans le sol et limitent la perte de matière organique.

lutte biologique : alternative aux produits phytosanitaires

semis direct sous couvert : remplace le labour qui dégrade les sols

amendements : marnage, chaulage, compostage, etc. pour nourrir les sols

=> Le semis direct sous couvert doit remplacer le labour : moissonner les céréales en laissant les pailles entières et debout, puis semer derrière la moissonneuse-batteuse une culture intercalaire à l’aide d’un semoir à disques qui fend la terre, y sème la graine, puis referme la terre. Cette plante doit avoir une croissance rapide au niveau racinaire (+ de 3 cm/j) et au niveau aérien. Elle permet d’étouffer les mauvaises herbes, de protéger le sol du soleil d’été, de servir d’abris à la faune et de remonter en surface les engrais lessivés. A l’automne, on écrase cette plante intercalaire à l’aide d’un rouleau cranté et on sème, en direct la céréale d’hiver. Ainsi, le blé pousse sur un sol propre couvert par un mulch et qui ne nécessitera aucun herbicide, car la terre n’a pas été remuée et les mauvaises herbes ne peuvent donc germer.  

Microorganismes du sol et cycles biogéochimiques

Quand une paille tombe au sol, les bactériesdégradent sa cellulose, puis les amibes mangent les bactéries, ce qui permet aux champignons d’intervenir pour dégrader les fibres de lignine ainsi libérées. L'action des amibes permet également d'éviter que les microbes prolifèrent et d’ouvrir des niches écologiques pour d’autres variétés de microbes.

La microflore regroupe algues, champignons, bactéries filamenteuses (actinomycètes) et bactéries :  

- Les algues fixent l’azote et fournissent de la matière organique. Elles ont besoin de la photosynthèse et se situent donc en surface.

- Les champignons, qui représentent 2/3 de la masse microbienne du sol, ont un rôle crucial dans la fertilité de celui-ci : ils enlacent les particules du sol dans les mailles très fines du mycelium qu’ils secrètent, assurant la stabilité structurale du sol ; ils sont les seuls avec quelques bactéries à pouvoir décomposer la lignine des plantes, principale source d’humus ; le mycélium et le bois ainsi dégradé servent d’alimentation à la faune, libérant de nouvelles fibres que les champignons attaquent à nouveau. Le sol doit être bien aéré car les champignons sont aérobies. Quand on applique des fongicides sur un champ, on doit brûler la paille issue des récoltes au lieu de l’utiliser comme engrais et couverture, car les champignons ne pourront la décomposer.

Les champignons sont la principale source d’entrée du carbone dans le sol et de son aggradation en humus qui fixera les argiles : leur destruction par les fongicides est catastrophique. La technique du BRF stimule au contraire l’activité des champignons et permet de rendre le sol aussi fertile que celui d’un sous-bois.

- Les bactéries : leur variabilité biochimique permet de transformer les substances du sol et de les faire entrer dans le monde vivant (cf plus bas).

=>  Les gros organismes vivants du sol (vers, etc.) aèrent le sol, le mélangent et le nourrissent ; les microscopiques font entrer dans le monde vivant les substances inertes minérales et organiques.