Le machinisme agricole face aux changements climatiques - Coup de projecteur sur l’eau et le sol

Pr Dr Dr h.c. Karlheinz Köller, Université de Stuttgart-Hohenheim

(DLG). Avec l’impact du changement climatique sur les courbes de températures et la distribution des précipitations, on assiste à l’échelon régional et mondial à une modification des conditions de croissance des grandes cultures, avec les conséquences écologiques et économiques que cela comporte non seulement pour l’agriculture mais pour la société tout entière (inondations, renchérissement des prix alimentaires, etc.). La production végétale utilisant efficacement les ressources, et conservatrice du sol et de l’eau, est le fondement d’une agriculture durable qui répond à des exigences tant écologiques qu’économiques. Ce mode d’exploitation agricole est appelé à juste titre agriculture de précision. Au cœur de cette agriculture-là on trouve un machinisme agricole novateur, présenté de façon spectaculaire et convaincante ici, à cette nouvelle édition d’Agritechnica. Le « World Soil and Water Show » notamment fait découvrir les idées et concepts innovants, applicables dans le monde entier en vue d’éviter la destruction des sols et de favoriser une production utilisant l’eau de façon efficace. Ces thèmes d’actualité sont repris ici, dans leur contexte mondial, et dans un environnement exceptionnel, pour mettre en valeur la priorité absolue qu’il faut accorder à leur solution, et les chalenges planétaires qu’ils adressent aux chercheurs, ingénieurs, praticiens et politiques.

Production végétale conservatrice du sol et de l’eau
Devant la persistance, à l’échelon mondial, de la destruction des sols par l’érosion, la salinisation, la pénurie de l’eau et sa pollution, l’urbanisation, etc. et les conséquences évidentes du changement climatique, la protection systématique et mondiale du sol et de l’eau constitue le défi et la mission principaux pour assurer une production durable de denrées alimentaires et donc garantir une alimentation suffisante à l’humanité. Si l’on veut atteindre cet objectif, il faut que partout dans le monde des actions coordonnées soient mises au point et appliquées dans le but d’éviter la dégradation des sols et le gaspillage de l’eau. Cela signifie en termes de production agricole une augmentation d’efficacité dans tous les secteurs du travail du sol, des semis à la fertilisation et à la protection des cultures, jusqu’à l’irrigation, avec pour objectifs de réduire le nombre de passages sur le sol agricole et les volumes d’intrants utilisés. Les résultats se traduisent par une érosion et une compaction moindres des sols, un abaissement des temps de travail, une diminution de la consommation d’énergie et de carburants, moins d’engrais et de phytosanitaires, et des économies d’eau, mais avec des rendements égaux, voire supérieurs. Ces objectifs et résultats ne sont possibles qu’avec le recours à des techniques intelligentes, à la mise en œuvre accrue de capteurs, de l’informatique, et à la poursuite de l’automatisation des processus de travail, en association avec des stratégies d’exploitation des terres spécifiques à la parcelle. En combinant et améliorant sans cesse chacun de ces éléments, l’agriculture tend de plus en plus vers une agriculture de précision.

Protection des sols innovante
Parmi les principales actions en vue d’une exploitation durable des terres il faut compter la réalisation d’une couverture permanente du sol par des végétaux ou débris végétaux, et une intensité de travail du sol la plus faible possible. Des procédés appropriés sont le travail du sol de zéro-labour et le semis direct, certes répandus dans le monde entier, mais réalisés régionalement selon des ordres de grandeur et avec des moyens techniques disparates.

La raison essentielle, « globalement parlant » à opter pour des méthodes de travail du sol en zéro-labour et en semis directs, est l’érosion hydrique et éolienne. L’érosion est un phénomène pratiquement inévitable dans l’exploitation des superficies agricoles. Pour une utilisation durable des terres il faudrait que l’érosion tolérable, ajoutée à la régression naturelle du sol, soit inférieure au processus de reconstruction du sol. Si par exemple on considère que la plupart des sols d’Europe centrale ont mis quelque 10 000 ans pour en arriver à leur stade de développement actuel, et que la masse de l’horizon superficiel du sol  (couche de densité de 1,5 kg/dm3 et de 20 cm d’épaisseur) s’élève à environ 3000 t/ha, l’érosion dans un contexte d’exploitation durable du sol ne devrait pas se situer sensiblement au-dessus de 400 kg par hectare et par an. En pratique, par contre, dans les zones tempérées, et selon le site et l’intensité du travail du sol, on constate une perte en terre par hectare et par an de 10 à 30 t, étant entendu que dans certains cas isolés des valeurs nettement plus élevées peuvent être constatées. Dans les régions tropicales la perte moyenne en terre est encore sensiblement plus élevée, en moyenne 70 t de pertes en terre par hectare et par an avec des méthodes conventionnelles de travail du sol. La reconstruction naturelle, y compris dans ces régions, se situe rarement au-dessus de 2 t par hectare et par an.

Le bilan CO2,- vu de près
Grâce à la diminution des besoins en carburants et à l’enrichissement en humus, les superficies exploitées en zéro-labour ou en semis direct présentent de gros avantages au niveau du bilan CO2. Sur des sols précédemment travaillés, le passage au semis direct va induire une accumulation d’humus chiffrée entre 0,6 et 1,8 t par hectare et par an. Par tonne d’humus et pour une teneur moyenne en carbone de 55 % le sol peut fixer environ 2 t de CO2. Or, si la teneur en humus, suite au passage au semis direct, augmente par an d’une t/ha, cela pourrait entrainer, rapporté à l’ensemble des terres cultivables en Allemagne, la fixation d’env. 23 millions de t de CO2 par an, soit 2,3 % des émissions totales. Étant donné qu’un taux d’accroissement d’humus de deux pour cent (60 t/ha) est tout à fait réaliste, cette accumulation peut perdurer sur plusieurs décennies. À long terme cependant on verra s’instaurer un équilibre, en fonction du système de travail du sol, entre la perte d’humus et son renouvèlement.

À l’échelon mondial et chaque année, 5 à 7 millions d’ha de superficies agricoles cultivables disparaissent
Si cette destruction des sols continue au rythme actuel, environ 900 hectares de terres agricoles et de prairies disparaissent toutes les heures de la surface du globe, soit jour après jour quelque 22 000 hectares. En Allemagne, tous les jours, quelque 120 hectares de sol sont bétonnés et asphaltés. Des études montrent que tous les ans 5 à 7 millions d’ha de superficies agricoles sont perdues, et la tendance est à la hausse. Et sur une superficie nettement plus grande la productivité du sol est considérablement diminuée (dégradation du sol). Il s’ensuit des baisses de rendement et de leur sécurité et des dépenses toujours plus grandes pour assurer la production. Le surpâturage, la déforestation et l’exploitation inadéquate des superficies agricoles sont les principales causes de la destruction des ressources se manifestant essentiellement par des pertes en terre - érosion hydrique et éolienne - et par l’appauvrissement en substances nutritives. La dégradation du sol contribue aussi au changement climatique planétaire.

Aujourd’hui déjà on se bat pour le sol et pour l’eau
La question cruciale pour l’avenir est la suivante : comment produire toujours plus d’aliments compte tenu de superficies toujours plus réduites, et avec de moins en moins d’eau ? Sans une augmentation rapide et colossale des moyens nécessaires à la formation, à la recherche et au conseil, axés sur l’assurance à l’échelon mondial de l’approvisionnement en denrées alimentaires de base, la vie quotidienne de nombreuses populations sera marquée par des famines, des dislocations sociétales, des mouvements de migration et des situations de quasi guerre-civile. Les luttes pour un meilleur accès au sol et à l’eau sévissent d’ores et déjà dans de nombreux pays. Elles ne resteront pas sans influer sur les pays industrialisés. Ces derniers ne pourront pas se soustraire à leur obligation de promouvoir massivement le développement rural au niveau planétaire, non plus qu’à financer et faire appliquer sur une large échelle et durablement des méthodes d’exploitation agricole conservatrices du sol et de l’eau.

L’alimentation de l’humanité bientôt en péril
Le sol est le fondement irremplaçable de la production alimentaire. Par ailleurs, l’extraction d’une foule de matières premières est inconcevable sans le sol. Le sol est une ressource non renouvelable, autrement dit, une fois détruit il est à jamais perdu. La reconstruction d’une couche superficielle fertile par les phénomènes d’altération naturelle nécessite, en fonction du climat et des matériaux en présence, entre 3000 et 15 000 ans. À l’heure actuelle, environ 6 milliards d’humains vivent sur la Terre. Ils ont à leur disposition quelque 1,5 milliard d’hectares de terres cultivables et herbagères susceptibles de produire des aliments et des matières premières, soit environ 2500 m² par tête. Si l’on suppose qu’en moyenne ces superficies, après déduction des pertes en terre, permettront de récolter des produits alimentaires équivalents à la valeur nutritive de 500 kg de céréales par an, on voit, abstraction faite des problèmes de distribution, qu’une alimentation suffisante de tous les hommes est possible. Mais si le nombre d’humains continue d’augmenter à raison d’env. 1,7 % par an, et même si les rendements s’accroissent (or, ils stagnent ces dernières années), on s’aperçoit que l’alimentation des hommes ne sera bientôt plus assurée. Cette problématique est encore dramatiquement aggravée par la destruction massive des sols.

Travail du sol et semis spécifiques au site
En vue de réaliser les objectifs nommés les agriculteurs ont à leur disposition, partout dans le monde, des solutions techniques innovantes en travail du sol et semis. La condition primordiale à une protection durable du sol face à l’érosion est la couverture suffisante du sol en débris végétaux, p.ex. pailles restant sur le sol après la récolte. Selon le sol, les précipitations et le site (longueurs et pentes des déclivités) un degré de couverture plus ou moins grand est nécessaire. Plus le travail est superficiel, plus élevé sera le degré de couverture du sol et la protection contre l’érosion. Plus le travail est profond, plus mince sera la couche de paille. Compte tenu de l’abondance de pailles et de la pente du sol il est possible de varier en continu p.ex. la profondeur de travail d’un cultivateur au moyen d’un système électronique de régulation et d’un logiciel de pilotage approprié. Pour ce faire on a recours à une carte géoréférencée du recouvrement de pailles, établie à partir d’un système spécial de caméras. Ces systèmes de caméras sont déjà utilisés à l’heure actuelle dans diverses fonctions intégrées aux engins de récolte, distributeurs d’engrais et dans la protection des cultures. Le but est de mettre au point également pour le travail du sol un système qui puisse opérer une régulation en ligne de l’outil en fonction de la capture visuelle actuelle de la couche de paille. Hormis les avantages déjà énumérés à propos de la protection contre l’érosion, le travail du sol spécifique à la parcelle permet de réaliser de nettes économies de carburant et de temps de travail.

Utilisation plus efficace de l’eau stockée dans le sol
Les procédés de travail du sol de zéro-labour et de semis directs n’aboutissent pas seulement aux avantages précédemment évoqués en matière de protection contre l’érosion et les inondations, de fixation du CO2 et d’économies de temps de travail, d’énergie et de couts, mais ils apportent aussi une contribution décisive à une utilisation efficace de l’eau emmagasinée dans le sol. Cet aspect est pris en considération de plus en plus, partout dans le monde. En raison de la fraction plus élevée de substances organiques, et de la moindre évaporation, la proportion de l’eau disponible pour les végétaux est d’environ 30 % plus forte que dans les méthodes conventionnelles d’exploitation. Dans les années de sècheresse, cette différence est cruciale pour le montant des rendements de récolte et le succès économique. Mais l’hygrométrie du sol est importante pas seulement pour les récoltes : le degré actuel d’humidité est également essentiel au niveau des semis. Outre le type de sol, sa couverture et sa température, l’hygrométrie est susceptible de varier fortement même sur un espace réduit, et d’impacter les conditions de germination et de croissance des plantes. À côté de la température, l’hygrométrie constitue le facteur de germination le plus important. L’approvisionnement en eau de la semence, nécessaire à la germination, est essentiellement dépendant de la profondeur d’enfouissement. Une régulation de la profondeur d’enfouissement des graines en fonction de l’hygrométrie pourrait induire des avantages décisifs, p.ex. sur des sites arides où l’eau n’est disponible qu’en quantités limitées. En liaison avec des sondes hygrométriques dynamiques, opérant en temps réel, on pourrait réaliser une régulation de la profondeur d’enfouissement spécifique à la parcelle, avec un maximum de semences germées. Des systèmes de mesure correspondants, comme p.ex. le Time Domain Reflectometry (TDR), sont disponibles et sont mis en œuvre avec succès dans plusieurs secteurs, comme la gestion de l’irrigation.

Systèmes d’irrigation de précision
L’accroissement prévisible de la population mondiale à 9 milliards d’humains en 2050 exige de doubler la production d’aliments pour l’homme et le bétail, et des matières premières énergétiques. L’irrigation va devenir un facteur clé dans l’accroissement de la production agricole. Aujourd’hui, quelque 20 % des superficies agricoles à travers le monde sont irriguées. Cette surface sert à fournir 40 % des rendements mondiaux en production végétale. Par ailleurs, 70 % de l’eau douce disponible à l’échelle planétaire est d’ores et déjà utilisée à des fins agricoles, et l’eau (son utilisation et sa distribution) représente l’un des potentiels majeurs de conflits, dans le monde entier. Le développement et la réalisation de systèmes efficaces d’irrigation et d’aspersion sont un enjeu capital dès lors qu’il s’agit d’assurer l’alimentation de la population mondiale. Les solutions techniques envisageables pourraient être des systèmes d’application spécifique à la parcelle, combinés à des sondes dynamiques d’hygrométrie (p.ex. sonde TDR) et à des transferts d’information par radio (réseaux de capteurs). L’enjeu mondial de plus en plus important que constitue le développement de systèmes d’irrigation novateurs se traduit dans les activités d’entreprises dédiées. C’est ainsi p.ex. qu’au cours des trois dernières années la société John Deere, en collaboration avec John Deere Water Technologies, est devenue le troisième fournisseur mondial de technologies d’irrigation.

La qualité de l’eau, de plus en plus importante
À côté de l’efficacité de son application, la qualité de l’eau revêt une importance grandissante. C’est sous la couche arable que s’effectue le renouvèlement le plus considérable des nappes phréatiques. Les agriculteurs ont donc une part élevée de responsabilité dans la mise à disposition d’une eau potable de très haute qualité. Des interventions culturales conservatrices des nappes phréatiques, notamment en fertilisation et pulvérisation, deviennent par conséquent de plus en plus importantes. Les applications d’engrais et de phytosanitaires, spécifiques à la parcelle, sur la base de capteurs et de dispositifs de régulation commandés par ordinateur, sont devenues un must technologique chez beaucoup d’agriculteurs. Les préconisations du législateur pour les épandages d’engrais en bordures et limites de parcelles ou pour les applications de produits phytosanitaires sont une sorte d’incitation au progrès technique et aboutissent à des innovations au niveau des outils. La précision croissante des dosages et des épandages est réalisée par le biais de l’électronique et du pilotage par ordinateur. Les innovations majeures sont visibles ici dans les secteurs des commandes DGPS et des terminaux ISOBUS. En outre, de nouveaux systèmes de bases de données permettent le pilotage et la documentation des chantiers d’épandage d’engrais et de phytosanitaires.