culture
Action ou manière de cultiver la terre ou certaines plantes, d'exploiter certaines productions naturelles.
AGRICULTURE
La plante et le sol
Introduction
On a longtemps pensé que la plante, qui semble naître du sol, en tirait sa substance. On sait désormais que la production de biomasse est avant tout le résultat de la photosynthèse qui permet à la plante, grâce à la fixation du gaz carbonique et de l'énergie lumineuse, de fabriquer sa matière sèche. Cette fixation nécessite toutefois un transfert d'eau et l'assimilation d'éléments minéraux, substances qu'elle puise dans le sol. Celui-ci intervient donc dans le processus de la production végétale à travers ses fonctions de stockage et de transfert de l'eau et des éléments minéraux dissous. Son influence sur la production reste néanmoins subordonnée à celle du climat, puisque celui-ci détermine les besoins de la plante en fixant le niveau de l'activité photosynthétique.
S'il est important, pour analyser les relations entre le sol et la plante, de considérer l'eau et les éléments minéraux qui entrent directement dans la composition des tissus végétaux – et à ce titre constituent des facteurs de la croissance – , il faut également tenir compte des conditions de la croissance, c'est-à-dire des propriétés du milieu qui permettent l'utilisation de ces facteurs par les cultures. Parmi ces propriétés figure l'état structural du sol, qui intervient sur l'alimentation hydrique et minérale à travers ses effets sur la croissance et le fonctionnement des racines.
L'agriculteur améliore ces facteurs et conditions par les techniques culturales, la fertilisation, les traitements phytosanitaires et le travail du sol ainsi que par des aménagements du milieu comme le drainage et l'irrigation.
L'eau et le sol
L'eau est disposée sur les particules du sol où elle forme une pellicule très fine, le film d'eau. Les molécules d'eau, attirées par ces particules, sont soumises à différents types de forces de liaison : osmotiques (actions des ions), d'imbibition (par les charges négatives des colloïdes qui attirent les pôles positifs des molécules d'eau), de tension superficielle (à l'origine de phénomènes capillaires). Les racines doivent par conséquent, pour extraire l'eau, vaincre ces forces qui déterminent une pression de rétention augmentant quand la quantité d'eau diminue.
On distingue trois états caractéristiques de l'eau dans le sol. On considère que l'eau est non retenue lorsque les forces de rétention sont inférieures à la force de gravitation ; cette eau libre s'élimine sous l'effet de son propre poids lorsqu'il existe une possibilité d'écoulement : c'est le ressuyage, dont le drainage a pour effet d'augmenter la vitesse. Deuxième état : l'eau est faiblement retenue lorsque l'humidité décroît et que les forces de rétention deviennent supérieures à la gravité. Enfin, lorsque le sol atteint un certain niveau de sécheresse, les forces de rétention deviennent supérieures à celles que la racine peut mettre en œuvre pour extraire l'eau. Celle-ci est alors fortement retenue et devient inutilisable par les plantes.
À ces différents états de l'eau correspondent des seuils d'humidité remarquables (caractérisant chaque type de sol) : l'humidité à la capacité au champ, qui marque l'arrêt du ressuyage, et l'humidité au point de flétrissement permanent, en deçà de laquelle les plantes ne peuvent plus extraire d'eau.
L'état hydrique du sol connaît des variations saisonnières : durant l'été il se dessèche, restituant aux cultures l'eau accumulée pendant l'automne et l'hiver. Pour caractériser la capacité du réservoir que constitue la couche explorée par les racines, on évalue la quantité d'eau qui est consommée par les cultures lorsque le sol passe de l'humidité à la capacité au champ (quand le réservoir est à son maximum) à l'humidité au point de flétrissement permanent (lorsque le réservoir est à son minimum), sur un volume de terre déterminé par la profondeur d'enracinement. La réserve en eau du sol dépend donc de la culture que l'on considère : elle sera plus importante pour un maïs dont l'enracinement est profond que pour une prairie dont les racines ne dépassent pas une trentaine de centimètres de profondeur. En outre, un état structural dégradé de la couche labourée, qui limite la profondeur d'enracinement, diminue la réserve en eau du sol utilisable par les plantes.
Les transferts d'eau dans le sol dépendent également de l'état hydrique : lorsque, entre deux endroits du profil cultural, il existe une différence d'humidité, l'eau circule du plus humide vers le moins humide. Lorsque le sol est à une humidité supérieure à l'humidité à la capacité au champ (on dit alors qu'il est saturé), il y a ressuyage ; lorsque le sol est à une humidité inférieure, il absorbe l'eau, qui s'infiltre lentement (lors d'une faible pluie ou d'un arrosage par exemple). L'état structural joue alors un rôle important sur la vitesse d'infiltration. Pour des humidités plus faibles, l'eau se déplace dans toutes les directions, c'est la diffusion capillaire. Un cas particulier est celui de l'ascension capillaire lorsque existe une nappe d'eau libre en profondeur qui réalimente progressivement la couche explorée par les racines. On est alors amené à réévaluer la réserve en eau.
Le travail du sol
Le travail du sol regroupe l'ensemble des interventions réalisées en vue de créer des conditions favorables à la germination et à la levée des plantes ainsi qu'à la croissance et au fonctionnement des racines. Par les méthodes de l'agriculture moderne, les innovations dans le travail du sol s'accompagnent de l'accroissement de la productivité du travail, de la simplification des assolements et de l'augmentation de la puissance de traction. Il est maintenant possible de travailler le sol quelles que soient les conditions d'humidité et de texture, en un temps très court.
Le travail du sol a pour objectif : la création et le maintien d'un état structural du sol favorable au développement des plantes ; l'enfouissement des résidus de la culture précédente ainsi que des engrais ou des amendements ; la destruction de la végétation adventice et des repousses de la culture précédente ; l'amélioration des conditions de circulation et de stockage de l'eau, de l'air et de la chaleur.
Un bon état structural du sol se caractérise par une importante porosité de la couche explorée par les racines, pour une circulation active de l'eau et de l'air. L'enfouissement des résidus végétaux est nécessaire pour qu'ils puissent se décomposer dans la couche du sol travaillée, ce qui permet de restituer une partie des éléments minéraux prélevés lors de la campagne agricole précédente et d'éliminer certains parasites. Le labour, moyen de réaliser cette opération, permet de répartir de façon homogène les engrais apportés après la récolte, notamment le potassium et le phosphore, peu mobiles dans le sol.
Le travail du sol était autrefois le seul moyen de lutter contre les adventices. De nos jours, il existe une vaste gamme de produits désherbants convenant à presque toutes les situations, mais la destruction mécanique des mauvaises herbes reste un moyen économique et respectueux de l'environnement. Le binage entre les rangs de plantes détruit les adventices en cours de végétation, le labour diminue le stock de graines de mauvaises herbes et le déchaumage (travail superficiel du sol précédant le labour) permet de les faire lever puis de les détruire par enfouissement.
Le profil cultural (coupe verticale d'un sol) comporte trois couches ou horizons dont les fonctions sont bien distinctes par rapport au fonctionnement de la plante : le lit de semence ; une couche comprise entre ce dernier et le fond de labour ; la partie du sol non affectée par le labour, mais explorée par les racines. Le lit de semence doit, en facilitant le travail du semoir, permettre un placement précis de la graine : trop en surface, elle risque de souffrir de manque d'eau ou d'être détruite par les ravageurs ; placée trop en profondeur, la plantule ne pourra atteindre la surface avant que les réserves de la semence ne soient épuisées. Il faut également que les conditions soient favorables à la germination par des transferts d'eau, d'air et de chaleur entre la graine et le sol. Pour réaliser ce lit de semence, il existe toute une gamme d'outils de travail superficiel, qui diffèrent par les actions qu'ils ont sur le sol : fendillement (chisel, cultivateur), sectionnement (outils rotatifs, herses alternatives), chocs des mottes entre elles ou contre l'outil lui-même (vibroculteur), écrasement (rouleau).
L'horizon sous-jacent doit permettre la présence de nombreuses racines et de bonnes conditions de fonctionnement de la plante, car c'est dans cette partie du profil que celle-ci prélève l'essentiel des éléments minéraux dont elle a besoin. La charrue est l'outil le mieux adapté à la création de cet horizon. Elle découpe une bande de terre de largeur et de profondeur variables puis la retourne en l'appliquant contre la bande précédente. Lors de l'opération, la bande de terre est fragmentée de façon plus ou moins intense suivant son état d'humidité, la vitesse d'exécution du labour et les réglages de la charrue.
Enfin, le sous-sol – l'horizon non labouré – joue un rôle important dans l'alimentation hydrique des cultures à enracinement profond. Il faut donc éviter qu'au contact des deux horizons, au niveau du fond de labour, ne se crée un obstacle à l'enracinement et à la circulation de l'eau, dit semelle de labour. Si cette semelle se forme, on peut la briser au moyen d'une sous-soleuse, outil de travail profond qu'on utilise lorsque le sol est sec.
Les aptitudes culturales des sols
Compte tenu des progrès réalisés dans la connaissance des sols et de la fertilisation ainsi que dans l'efficacité des machines agricoles, la notion de fertilité n'est plus maintenant abordée indépendamment des techniques de culture. Ainsi, des sols réputés très peu fertiles ont atteint des niveaux de production très élevés. C'est le cas de la Champagne crayeuse, autrefois « Champagne pouilleuse », maintenant devenue l'une des grandes régions céréalières de France après redressement, entre autres, du niveau des réserves phosphoriques de ses sols. De même, une teneur importante en argile était considérée comme un désavantage quand les moyens de traction étaient limités. C'est désormais un atout, car la mécanisation permet un travail sans difficulté et la teneur en argile entraîne une meilleure capacité de rétention de l'eau et des éléments minéraux.
Plutôt que de fertilité, il est donc préférable de parler d'aptitude culturale, qui correspond à un jugement global porté sur plusieurs éléments. Tout d'abord sur le niveau des potentialités du milieu pour différentes cultures. Il correspond au niveau de rendement que l'on est en droit d'espérer pour ces cultures lorsque tous les facteurs et conditions de la production sont à l'optimum. Ce niveau évolue au fur et à mesure que progressent les techniques et la génétique des plantes. Ensuite, sur les coûts que représentent l'extériorisation de ces potentialités, c'est-à-dire les moyens à mettre en œuvre pour que les facteurs et conditions de la croissance des végétaux soient aussi proches que possible de l'optimum. Enfin, sur les risques que peut comporter la mise en place d'un système de culture donné. Ces risques sont d'ordre climatique (gel, sécheresse) ou technique lorsque l'on évalue les probabilités d'échec de telle ou telle opération culturale (traitement, travail du sol, etc.).
Pour apprécier les aptitudes culturales des sols d'une région, il faut déterminer un certain nombre de caractéristiques que l'on peut classer en deux groupes. Le premier rassemble les facteurs climatiques et liés au sol, qui ne sont que partiellement modifiables, ou en tout cas à un coût élevé. Il s'agit de la composition granulométrique du sol, qui détermine son comportement vis-à-vis des actions de l'eau ou des outils (résistance à la fragmentation, sensibilité au compactage). De même, les propriétés hydrodynamiques jouent un rôle dans le maintien de conditions favorables au fonctionnement des racines ou dans la praticabilité du travail. Les caractéristiques du climat à prendre en compte sont la pluviométrie, l'ensoleillement, la température et l'évapotranspiration. Les facteurs du deuxième groupe sont ceux qui sont plus facilement et rapidement modifiables : les réserves minérales, l'état calcique, par exemple, en font partie.
Il existe des instruments et des techniques qui aident à une appréciation à différentes échelles : la carte des sols permet d'analyser la répartition de types de sols dans l'espace décrits à l'aide de caractéristiques permanentes ; les méthodes de détection à distance, telles que les photographies aériennes ou les images obtenues par satellites, donnent des informations sur des caractéristiques du milieu qui dépendent de la date d'observation.
La fertilisation et les engrais
Introduction
La plante utilise pour sa croissance des éléments nutritifs qu'elle capte par ses feuilles, pour le carbone (photosynthèse), et essentiellement par ses racines pour les autres éléments. La fertilisation recouvre l'ensemble des techniques dont l'emploi assure ou améliore l'alimentation minérale des plantes. Le milieu dans lequel se trouvent les racines est généralement le sol, qui reste l'intermédiaire obligatoire entre la plante et l'agriculteur pour la grande majorité des productions végétales. Les éléments que la plante doit puiser dans le sol – notamment l'azote, le phosphore et le potassium – préexistent dans des combinaisons chimiques dont seules quelques-unes sont utilisables par les racines. Ces formes minérales absorbables sont, fréquemment, en quantité insuffisante pour faire face aux besoins des plantes tout au long du cycle cultural. Le recours aux engrais industriels, qui se sont substitués progressivement aux déchets de l'agriculture et des industries locales, fournisseurs initiaux de matières fertilisantes, a contribué à l'amélioration considérable des rendements. En réponse à l'augmentation du coût de la fertilisation, aux exigences de qualité de la part des transformateurs de produits agricoles et des consommateurs et, plus récemment, à la prise de conscience des risques de pollution (notamment par les nitrates), les doses d'engrais sont de mieux en mieux ajustées aux caractéristiques des sols, du climat et des plantes. Cette meilleure adéquation entre l'offre du sol et les besoins des cultures résulte des progrès dans les techniques d'analyse et dans une maîtrise plus grande de l'épandage de produits fertilisants.
Histoire des matières fertilisantes
L'agriculteur a cherché, de tout temps, à améliorer la richesse chimique de ses terres. Mais, en Europe, ce sont les travaux de Lavoisier, en France au xviiie s., puis de Liebig, en Allemagne au xixe s., sur la nutrition minérale des plantes qui ont incité l'industrie à fournir à l'agriculture de l'azote, du phosphore et du potassium sous forme de produits divers. Au milieu du xixe s. arrivent les premiers bateaux de déjections animales (guano du Pérou) et de nitrates du Chili. Les industries fournissent à une agriculture à la recherche d'engrais plus solubles des superphosphates obtenus par traitement d'ossements à l'acide, puis de phosphates naturels. Le chlorure de potassium est extrait des mines allemandes et alsaciennes. Les fonderies vendent un sous-produit de la fabrication de l'acier (scories Thomas). De même, des industries livrent localement leurs déchets pour qu'ils soient recyclés dans l'agriculture : boues urbaines de stations d'épuration, composts urbains, eaux boueuses de lavage des usines agroalimentaires. La plupart de ces déchets sont triés, traités et conditionnés pour faciliter leur épandage et, surtout, en limiter les nuisances pour l'environnement.
Le milieu du xxe s. a été marqué par un très grand essor de l'industrie et du commerce des matières fertilisantes. La mondialisation de l'économie a entraîné une réorganisation complète des circuits de fabrication et de commercialisation des engrais, dominés par quelques grosses entreprises multinationales. Un des aspects de cette concentration du négoce est la mise à la disposition des agriculteurs d'une très large gamme de produits différents par leur forme (solide, liquide, gazeuse…), par la nature et la concentration en éléments fertilisants, et par leur conditionnement. À côté des engrais minéraux azotés, phosphatés, potassiques ou mixtes (engrais composés) existent des produits qui se veulent de plus en plus spécifiques d'une situation culturale donnée : engrais additionnés d'insecticides, d'herbicides, d'oligoéléments, engrais organominéraux contenant une fraction de l'élément azote sous forme organique… Dans les principaux pays consommateurs d'engrais existe une législation des matières fertilisantes pour régir les rapports entre vendeurs et acheteurs. Les réglementations sur la nomenclature, l'étiquetage normalisé avec indication des teneurs minimales ont le mérite d'offrir une certaine garantie aux acheteurs.
Les besoins des plantes
Les éléments nutritifs dont une plante a besoin pour assurer tout son cycle de végétation sont nombreux et connus. Vis-à-vis de la fertilisation, il est raisonnable de ne considérer que ceux dont la disponibilité, dans la majeure partie des sols cultivés, pose généralement des problèmes. On considère ainsi les besoins en azote, en phosphore, en potassium et en magnésium et, pour certaines cultures, les besoins en soufre et en oligoéléments (bore, zinc, cuivre et molybdène). Pour chacun de ces éléments, on considère les besoins globaux de la plante pour fabriquer une quantité donnée de produits par unité de surface (rendement). Ces besoins globaux dépendent de l'espèce cultivée (voire de la variété), du stade, dans le cycle, auquel la plante est récoltée et du niveau de rendement espéré. Ils ne sont pas indépendants de la composition souhaitée par les transformateurs de produits agricoles. Des tableaux de valeurs moyennes ont été établis pour les principales cultures, en faisant la distinction entre les besoins des parties qui sortent du champs lors de la récolte (grains, tubercules…) et ceux du reste de la plante.
Les études sur l'absorption par les plantes des éléments nutritifs au cours du temps montrent qu'il existe une répartition très variable des besoins durant la vie de la plante : à une phase d'absorption faible succède généralement une phase d'accroissement très rapide de l'absorption, puis une phase de diminution ou d'arrêt en fin de cycle. L'intérêt de ces études est de fournir des indications sur les besoins de la culture pendant les principales phases de la vie de la plante et sur les besoins maximaux journaliers durant la période de forte absorption. Le niveau de ces besoins est directement lié au fonctionnement général de l'ensemble des plantes cultivées dans un champ déterminé. Pour une même espèce, ils peuvent être très différents d'une parcelle à l'autre selon que, dans l'une, elle fonctionne au maximum de ses possibilités et que, dans l'autre, existent des facteurs qui limitent la croissance.
L'offre du sol en éléments fertilisants
Les substances utiles aux plantes sont réparties entre les phases solide, liquide et gazeuse du sol. La majeure partie d'entre elles est engagée dans des combinaisons moléculaires sous forme de particules solides d'origine tellurique (feldspaths, micas, argiles, carbonates), végétale (résidus végétaux, humus) et anthropique (amendements, engrais). La phase liquide retenue dans les pores du sol (« solution du sol ») contient les éléments nutritifs sous forme d'ions. C'est sous cette forme que ces éléments sont majoritairement absorbés par les racines des plantes. Enfin, la phase gazeuse contient, notamment, de l'azote moléculaire qui, par l'intermédiaire de bactéries fixatrices d'azote (rhizobiums) vivant en symbiose avec certaines espèces végétales (légumineuses), devient une source d'alimentation azotée.
De nombreux types de transferts d'éléments nutritifs existent entre les différentes phases du sol et au sein d'une même phase. Deux sont particulièrement importants pour l'alimentation des plantes. L'un concerne les échanges d'ions entre la solution du sol et certaines particules solides (argile, humus, hydroxydes métalliques) qui présentent des propriétés électriques susceptibles d'attirer à leur surface les ions libres de la solution. Ce mécanisme permet de stocker les ions excédentaires quand la solution s'enrichit (apport d'engrais solubles) et de les rendre à la solution quand elle s'appauvrit (absorption racinaire). Les ions phosphore, potassium, magnésium et certains oligoéléments sont très concernés par ce processus. Le deuxième type de transfert d'éléments se fait entre les ions en solution et les constituants organiques du sol : la microfaune du sol dégrade la matière organique et libère les éléments nutritifs qu'elle contient sous forme minérale, qui passent finalement dans la solution du sol. Inversement, des ions de la solution du sol satisfont les besoins alimentaires des micro-organismes qui les synthétisent en molécules organiques. Le bilan de ces deux transformations inverses (minéralisation des substances organiques, réorganisation des substances minérales) est fonction de la richesse en composés organiques et des conditions physiques du sol (humidité, température, aération). Il est donc, en grande partie, sous la dépendance du climat et des techniques de l'agriculteur. L'azote et le soufre sont principalement concernés par ce mode de transformation.
Les agronomes ont mis au point des tests chimiques et biologiques pour estimer la quantité d'éléments nutritifs sous forme minérale susceptible de participer à l'alimentation des plantes (offre potentielle du sol). Seule la fraction de cette offre en contact avec des racines fonctionnelles est réellement en mesure d'alimenter les plantes. Il existe des possibilités pour les éléments nutritifs de migrer dans le sol (circulation de la solution dans le sol, diffusion d'éléments nutritifs des sites riches vers les sites appauvris par l'absorption racinaire). Cette mobilité dépend de l'humidité du sol, du type de sol et de la nature de l'élément considéré : l'ion nitrate, à l'opposé des ions phosphore, potassium, etc., n'est pas retenu dans le sol et peut être véhiculé très loin par l'eau du sol pour aller au contact des racines et y être absorbé, ou être entraîné hors de la zone racinaire (lessivage). Inversement, les racines vont également au contact des éléments nutritifs par colonisation racinaire du volume du sol. L'efficacité de la prospection du sol par les racines est liée à l'espèce végétale, au type de sol et à son état physique, celui-ci résultant des actions climatiques et de l'application des instruments aratoires.
Les bases de la fertilisation
Le conseil technique aux agriculteurs, en matière de fertilisation, repose sur l'idée qu'il est possible de réaliser un ajustement permanent entre les besoins d'une culture en éléments nutritifs et les quantités de ces éléments disponibles dans le sol sous une forme utilisable par les racines. Pour parvenir à cet ajustement, les agronomes réalisent des bilans d'éléments entre offre du sol et besoin de la culture. Le principe du calcul par bilan repose sur une appréciation, grâce à une analyse de terre, de l'offre potentielle du sol en chaque élément nutritif, puis sur une confrontation de ce niveau actuel à celui estimé souhaitable pour l'alimentation optimale de la culture dans des conditions pédoclimatiques et culturales données, et enfin sur le calcul des doses à apporter. Il faut distinguer les éléments assimilables (phosphore, potassium, magnésium…) et les éléments, comme l'azote, très mobiles sous leur forme assimilable dans le sol. Pour le premier groupe d'éléments, la fumure est calculée sur plusieurs années, en général sur une séquence donnée de cultures. Pour l'utilisation d'engrais, on vise à obtenir (ou à maintenir) une concentration suffisante en éléments nutritifs dans le sol pour faire face, à chaque instant, aux besoins des plantes les plus exigeantes de la succession de cultures. Pour le deuxième groupe d'éléments, essentiellement les nitrates, l'irrégularité de leur fourniture dans le sol, leur entraînement dans les couches profondes sous l'action des pluies conduisent à ajuster chaque année par des apports d'engrais azotés l'offre réelle du sol aux besoins de la plante à des étapes précises de son cycle.
L'existence d'une technologie fiable dans des laboratoires d'analyses de terre, la généralisation de références techniques nécessaires à l'interprétation de ces analyses représentent un grand progrès dans la prescription des fumures. L'automatisation de tous les calculs nécessaires permet de proposer aux agriculteurs des programmes de fertilisation qui représentent un bon compromis entre leurs objectifs de rendement et de qualité, la limitation des dépenses en fertilisants, les contraintes d'organisation de leur exploitation et enfin la nécessaire prise en compte du danger de pollution des eaux. Sur ce dernier point se cristallisent les rapports entre la préservation de l'environnement et une agriculture intensive qui fait de plus en plus appel aux engrais. Bien que poussés par des nécessités économiques, les agriculteurs n'en sont pas moins conscients des conséquences de l'usage massif des fertilisants.
Améliorations du milieu naturel
Introduction
Au cours de l'histoire agraire, l'abandon de l'agriculture itinérante et l'augmentation de la population ont entraîné un besoin croissant de terres de culture et nécessité la mise en valeur de milieux soumis à des contraintes naturelles et donc peu favorables à la production végétale, ce qui a obligé les paysans à des aménagements pour rendre possible l'agriculture.
Un premier type de contraintes impliquant ces aménagements est lié aux propriétés du sol lui-même lorsque ses caractéristiques physico-chimiques nuisent au bon fonctionnement des plantes. C'est le cas lorsque l'on constate un excès de salinité, d'acidité ou une teneur trop faible en matières organiques. Dans ce cas, la correction nécessite un apport, souvent en grande quantité, d'amendement calcaire, magnésien ou organique.
Un second type de contraintes met en jeu le sol et le climat. Les risques d'érosion et d'excès d'eau en font partie ; les aménagements à mettre en œuvre (terrasses, drainage) sont ici beaucoup plus coûteux.
Enfin, le manque d'eau, lié au seul climat, concerne les agricultures les plus diverses, dans les régions arides, où l'enjeu de la maîtrise de l'eau est la possibilité même de cultiver, mais aussi dans les zones tempérées, où l'irrigation permet l'accroissement et la régularisation des rendements.
Ces différents types d'aménagements ont tous un point commun : ils représentent un investissement important. Une fois réalisés, ils doivent donc être accompagnés d'une modification des techniques et, parfois, du choix des productions permettant de les rentabiliser.
Les amendements
L'acidité des sols non calcaires est un phénomène inéluctable, plus ou moins accentué par la fertilisation. Pour corriger ce phénomène, on doit apporter du calcium ou du magnésium. Ces éléments ont une action neutralisante et jouent un rôle important sur les propriétés physiques du sol et sur son activité biologique. Les amendements correctifs sont soit des roches contenant du carbonate de calcium (amendements calcaires), soit de la chaux ou de la magnésie (amendements cuits). On utilise également des sous-produits industriels.
La rapidité d'action des amendements calcaires dépend de leur solubilité dans de l'eau saturée de gaz carbonique, gaz qui les attaque dans le sol, ce qui libère des ions calcium et magnésium. Cette réaction est d'autant plus importante que le matériau est tendre et finement broyé.
Les matières organiques présentes dans les sols cultivés (ils en renferment de 1 à 5 % de leur poids sec, ce qui représente de 40 à 200 t à l'hectare) sont, d'une part, les matières organiques libres, principalement constituées par les résidus de récolte et les racines ; d'autre part, les matières organiques liées ou stables, associées aux constituants minéraux du sol.
Les matières organiques agissent d'abord sur la capacité nutritive du sol, soit directement : les micro-organismes dégradent les matières organiques et libèrent des éléments minéraux, c'est la minéralisation ; soit indirectement, sur la capacité des sols à stocker puis à restituer aux plantes les éléments minéraux dont elles ont besoin. Ensuite, il existe une action sur les propriétés physiques du sol, concernant la rétention en eau (sols sableux) et la stabilité structurale. Enfin, les matières organiques sont une source de nutriments indispensables aux micro-organismes du sol.
Il est difficile de déterminer un seuil minimal de teneur en matières organiques, mais il faut surveiller l'évolution du stock organique du sol. Pour cela, on évalue l'écart entre les apports (résidus de récolte, apports de fumier) et les pertes (par minéralisation). Lorsque le sol s'appauvrit, il faut apporter des amendements organiques.
L'irrigation
Le choix d'une technique d'irrigation et le calcul des quantités à apporter dépendent des caractéristiques du climat, de la plante et du sol. Le climat détermine le besoin en eau des cultures, qui s'exprime par la quantité de liquide évaporé par le sol et transpiré par la culture, l'évapotranspiration. Lorsque la pluviométrie est inférieure à l'évapotranspiration d'une quantité supérieure à la réserve en eau du sol en début de végétation, l'irrigation peut être envisagée pour combler ce déficit.
L'eau peut avoir des origines diverses : eau de surface, provenant de ruissellements, utilisée peu de temps après la pluie ou dérivée des cours d'eau, stockée dans des barrages ; eau souterraine, pompée ou provenant de sources, de puits artésiens. Les qualités de l'eau concernent sa température, l'optimum se situant aux alentours de 25 °C, les sels qu'elle contient et tout particulièrement le chlorure de sodium (sel marin) ; au-dessous de 0,5 g/l, l'eau est bonne dans tous les cas, au-dessus de 5 g/l, elle ne peut convenir qu'à des cultures très résistantes, le dattier par exemple.
L'irrigation par épandage des crues ou de l'eau de pluie est la forme la plus ancienne. Lorsque les crues sont abondantes et régulières, on aménage de grands bassins (couvrant plusieurs centaines d'hectares en Égypte) qui facilitent la répartition de l'eau. Lorsqu'elles sont sporadiques, il est nécessaire de dresser des barrages de dérivation permettant de contrôler le flux d'eau.
L'irrigation par déversement, utilisée pour arroser les prairies, consiste à amener l'eau captée en amont des cours d'eau dans des rigoles qui suivent les courbes de niveau et dont l'un des bords, situé côté aval du terrain, est moins élevé que l'autre de façon à obtenir un écoulement régulier tout le long de la rigole, l'eau débordant par-dessus la berge dont le niveau est le plus bas.
L'irrigation par submersion permet de recouvrir des planches de culture légèrement en pente d'une fine lame d'eau dont on récupère en aval de la parcelle la partie qui ne s'est pas infiltrée. Ce système peut être amélioré en dressant des billons entre les planches qui sont ainsi humectées par infiltration latérale de l'eau. Cette technique économise l'eau et a l'avantage de maintenir la surface du sol sèche, ce qui n'interrompt pas les autres travaux agricoles comme le désherbage, les apports d'engrais ou les traitements phytosanitaires.
L'irrigation par aspersion ne s'est développée qu'à partir du moment où les progrès technologiques permirent de disposer de conduites d'eau légères et de systèmes perfectionnés de jets rotatifs. Cette méthode, d'une grande souplesse d'utilisation, nécessite un débit et surtout une pression donnés dans un ensemble de canalisations amenant l'eau à des dispositifs d'aspersion qui peuvent être installés de manière fixe sur la parcelle ou demeurer mobiles. Dans le premier cas, les conduites sont enterrées et amènent l'eau à des tourniquets, répartis régulièrement de façon à assurer une couverture complète du champ. On peut également utiliser un système pivotant autour d'un point d'eau central (« canon à eau »).
En culture sous serre ou en verger, on utilise de plus en plus une irrigation localisée au pied des plantations, qui amène l'eau à un débit très faible (système dit du « goutte-à-goutte ») et l'économise.
La lutte contre les excès d'eau et la salure
L'humidité excessive du sol crée des conditions asphyxiantes défavorables à la croissance et au fonctionnement des racines, d'autant plus que les sols sont également froids et que s'y développent des champignons parasites. Par ailleurs, elle peut gêner les travaux agricoles aux périodes optimales.
La maîtrise de l'excès d'eau, l'un des enjeux majeurs de la production agricole, résulte de techniques qui n'ont guère évolué. On distingue habituellement, d'une part, l'assainissement, qui réunit tous les moyens mis en œuvre pour assumer le transport des eaux excédentaires, regroupées naturellement ou à la suite du drainage ; d'autre part, le drainage, ensemble des opérations nécessaires à l'évacuation rapide, en tous points d'une parcelle, des eaux saturant la couche travaillée ou stagnant à sa surface.
Un réseau d'assainissement comprend des fossés et canaux (à ciel ouvert ou enterrés) qui captent les eaux de ruissellement ou, par infiltration, celles de la nappe d'eau souterraine. S'y ajoutent des digues lorsqu'il est nécessaire de se protéger contre les submersions d'eau venant de la mer ou d'une rivière proche.
Autrefois, un drainage s'effectuait en mettant en place un réseau de fossés ouverts, recueillant l'eau et l'amenant à des collecteurs. Mais ce type d'aménagement nécessite une emprise foncière trop importante pour l'agriculture moderne, et on lui préfère le drainage par tuyaux enterrés. Cette technique consiste à placer dans le sol un réseau de canalisations (les drains) qui se jettent dans des collecteurs reliés au réseau d'assainissement. Les drains et collecteurs, autrefois en poterie, sont désormais fabriqués en polychlorure de vinyle (PVC) et sont posés par des machines spécialisées.
Dans les pays à hiver très froid (U.R.S.S., Canada), on préfère le polychlorure d'éthylène, car les risques de gel profond compromettraient la pérennité des tuyaux de PVC. Dans les sols très peu perméables, cet aménagement s'accompagne d'un sous-solage, réalisé en sol sec à l'aide d'un engin tractant un outil à dents travaillant en profondeur. Parfois, le drainage est réalisé à l'aide de puits. C'est le cas, par exemple, lorsque l'excès d'eau a pour origine une nappe captive dont le toit est peu profond et qui peut être facilement rabattue par la pose d'un tuyau reliant à l'émissaire le puits, foré au travers du toit de l'émissaire.
L'excès de sel, particulièrement de chlorure de sodium, pose deux problèmes : un effet de toxicité directe sur les plantes et une diminution de l'aptitude des sols salés à résister à l'action dégradante des pluies. La salure concerne des terres d'origine marine ou lagunaire (Camargue, marais atlantiques, prés salés) et peut être la conséquence d'inondations accidentelles par la mer ou d'irrigations apportant régulièrement de petites quantités de sel qui finissent par s'accumuler. Pour traiter ce problème, il est nécessaire avant tout de disposer d'un réseau de drainage efficace afin que l'eau en excès puisse s'évacuer en entraînant le sel. On épand également du gypse dont l'ion calcium s'échange dans le sol avec le sodium qui passe en solution et est entraîné par l'eau de pluie. Certaines cultures tolèrent les sols salés ; c'est le cas du riz cultivé dans des parcelles sur lesquelles on maintient une lame d'eau qui empêche la remontée du sel dans la couche labourée.
La lutte contre l'érosion
La destruction de la végétation naturelle liée à la mise en culture s'accompagne, sur les sols en pente, de phénomènes d'érosion, les constituants du sol étant entraînés par l'eau et le vent. Les zones les plus menacées sont celles de climats contrastés et agressifs où les pluies violentes succèdent à des périodes de sécheresse : climat méditerranéen avec pluies hivernales, climat intertropical aux pluies d'été. Mais, si l'érosion est proportionnelle à l'intensité des pluies, le phénomène dépend également de la topographie (pente et longueur de celle-ci) et de facteurs pédologiques comme la sensibilité du sol vis-à-vis des actions de l'eau et du vent, ou sa perméabilité, qui conditionne les possibilités de ruissellement.
Ainsi, quel que soit le climat, la culture sur les pentes des montagnes, indispensable dans les pays aux reliefs accentués, nécessite des précautions spéciales. En climat tempéré, on observe des phénomènes d'érosion sur certains sols limoneux, particulièrement fragiles du fait de leur faible résistance aux actions dégradantes de l'eau. L'érosion concerne donc une grande part des surfaces cultivées dans le monde.
On peut protéger le sol de l'action directe des pluies par une couverture végétale appropriée (reboisement en montagne, enherbement des terrains en pente). Ce type de protection est également possible grâce à certaines techniques de travail du sol : en ne labourant pas, les débris végétaux restent en surface et font écran aux pluies.
Pour éviter le ruissellement, on travaille le sol suivant les courbes de niveau, en bandes alternées. On évite ainsi que le microrelief créé par les outils ne soit dans le sens de la pente, ce qui favoriserait par trop le ravinement. Il est possible également d'agir directement sur la pente en édifiant des terrasses, en la coupant par des lignes de plantation, des banquettes ou des levées de terre.
Enfin, les actions que l'on peut mener sur le sol lui-même consistent à améliorer ou à maintenir sa stabilité structurale grâce au chaulage et à des apports organiques ou à conserver sa perméabilité en s'efforçant de limiter les tassements.
Les serres
Introduction
La demande de légumes, de fruits et de plantes ornementales est devenue considérable, étalée tout au long de l'année pour certains produits comme la tomate ou très concentrée pour d'autres comme le chrysanthème à la Toussaint. Ce marché est approvisionné de deux manières : soit grâce à des cultures de plein air ou sous abris légers, donc très dépendantes du climat naturel ; soit à partir de la culture en serres, ou serriculture, qui permet des productions à « contre-saison » dont le coût élevé est compensé par un prix de vente avantageux.
Au cours des dernières années, la serriculture s'est considérablement développée, notamment grâce aux progrès réalisés dans la maîtrise des conditions de la production en milieu contrôlé. Le contrôle du substrat, tout d'abord, qui vise l'approvisionnement de la plante en eau et en sels minéraux et qui demande un milieu physique adéquat et sans germes pathogènes, explique la mise au point de substrats artificiels et de solutions nutritives. La maîtrise du milieu aérien, à l'origine même de la serriculture, concerne la température, la lumière, l'humidité de l'air et sa teneur en dioxyde de carbone, l'état sanitaire des plantes. Elle nécessite d'isoler un espace et d'associer à l'enveloppe séparatrice des équipements complémentaires de climatisation. Selon le type d'abri, le milieu est plus ou moins bien maîtrisé. C'est pourquoi tous les intermédiaires existent, une telle gamme de serres se justifiant par la recherche de la rentabilité dans des conditions très variables de climat, de marché, de culture, de coût de l'énergie et de la main-d'œuvre.
La modification du milieu
Local de culture assez grand pour être accessible aux travailleurs, la serre est caractérisée essentiellement par sa couverture, qui doit assurer l'isolement de l'atmosphère et laisser pénétrer le rayonnement actif pour la plante (de 400 à 760 nm, assimilable au visible). Réalisée en matériau rigide ou souple, cette couverture est soutenue par une armature capable de résister aux charges dont les plus fortes sont dues à la neige et au vent.
Les équipements de climatisation varient considérablement selon les types de serres qui doivent tous, même les plus simples, permettre irrigation et aération. Les serres ayant été initialement conçues pour les régions à saison froide marquée, l'installation d'un chauffage permanent constitue un moyen d'indépendance essentiel vis-à-vis du climat naturel. La climatisation en saison très chaude n'est, en revanche, pas satisfaisante car, la lutte contre les températures excessives est difficile et coûteuse. En ajoutant l'éclairage artificiel, l'apport de « gaz carbonique », les substrats artificiels et les solutions nutritives, c'est tout le milieu physico-chimique qui peut ainsi être modifié, mais on ne peut maîtriser celui-ci que grâce au pilotage des moyens mis en œuvre : c'est le rôle de la régulation et, de plus en plus souvent, des ordinateurs climatiques.
La régulation est l'ensemble des opérations et, par extension, des appareillages utilisés pour maintenir automatiquement, en dépit des perturbations, un facteur entre des limites données, plus ou moins étroites. Le principe consiste à comparer le niveau réel du facteur, par exemple la température, au niveau souhaité (consigne) ; l'existence d'un écart entre ces deux niveaux déclenche l'envoi d'un signal correcteur à l'organe qui permet de modifier le facteur, par exemple une vanne de chauffage. L'optimisation de la production requiert une action coordonnée sur l'ensemble des facteurs, le niveau de chacun d'eux devant être choisi en fonction de celui des autres et spécialement du facteur limitant qui peut lui-même être modifié.
Nouveau moyen de régulation, l'ordinateur de serre permet de prendre en compte simultanément les indications de divers détecteurs (température, lumière, etc.) et d'envoyer des ordres coordonnés aux différents organes de réglage en suivant un programme qui tient compte des caractéristiques de la serre, des équipements de climatisation, du climat réel et surtout de la nature de l'espèce soumise à la culture.
L'eau et les éléments minéraux
Sous serre, les plantes ne reçoivent pas les précipitations naturelles, d'où la nécessité des irrigations. Pour maîtriser les apports d'eau aux cultures, les actions portent un peu sur les effets climatiques (écrans d'ombrage, humidité de l'air), mais surtout sur le substrat et son approvisionnement en eau. La culture « en sol » fait progressivement place à la culture « hors sol », dans laquelle chaque plante, ou petit groupe de plantes, dispose d'un substrat individualisé, adapté en nature et en volume à ses besoins et alimenté par le dispositif d'irrigation. Celui-ci dessert les unités de substrat soit individuellement par-dessus (irrigation localisée), soit collectivement par leur base (capillarité), à partir d'eau délivrée en permanence ou périodiquement. Le substrat doit permettre la circulation facile de l'eau ainsi que la présence d'air pour la respiration des racines. La réserve hydrique unitaire étant très petite, l'irrigation doit être très précise : doses très faibles mais très fréquentes (plusieurs fois par jour), voire apports en continu pendant les heures chaudes.
Les éléments minéraux étant véhiculés par l'eau, l'association irrigation-fertilisation s'impose. Les moyens d'action portent sur le substrat et sur la solution nutritive qui lui est fournie. La qualité essentielle du substrat est l'inertie chimique : capacité d'échange nulle ou faible, absence d'élément actif ou phytotoxique. Aucun matériau simple ne réunissant ces qualités, on utilise fréquemment des mélanges, tels ceux à base de tourbe blonde qui sont, avec la laine de roche, les substrats les plus utilisés.
La solution nutritive doit contenir tous les éléments minéraux nécessaires à la plante, variables avec celle-ci et avec son stade de développement. La composition de cette solution doit donc être adaptable, à chaque moment, aux exigences propres que présente la plante cultivée. Tenant compte de la composition initiale de l'eau d'irrigation, qui contient des engrais ou des sels entièrement solubles, son pH est maintenu entre 5,5 et 6 pour éviter les précipitations, sources de carences sévères. La salinité de la solution est fréquemment contrôlée pour éviter carence ou toxicité.
La température
L'effet de serre résulte du comportement différent de la paroi à l'égard du rayonnement solaire, qu'elle transmet bien, et à l'égard du rayonnement émis par les corps terrestres, qu'elle absorbe. De jour, les objets sous serre absorbent le rayonnement solaire, s'échauffent et émettent un rayonnement infrarouge long qui est absorbé par la paroi. Celle-ci s'échauffe jusqu'à émettre, par les deux faces, une énergie totale égale à celle absorbée. Les objets sous serre reçoivent ainsi plus d'énergie que s'ils étaient placés à l'extérieur et s'échauffent plus. De nuit, le rayonnement infrarouge long subsiste seul et les objets abrités perdent deux fois moins d'énergie qu'en plein air et restent ainsi plus chauds. L'échauffement est accentué si l'air réchauffé ne peut être remplacé par de l'air extérieur. Il croît donc avec l'étanchéité de l'abri.
L'effet de serre est généralement favorable en période froide, mais peut être très néfaste en été. C'est pourquoi la maîtrise de la température vise non seulement l'insuffisance de chaleur mais aussi son excès.
Dans le premier cas, les moyens utilisés consistent à réduire les déperditions par un matériau de couverture absorbant ou réfléchissant le rayonnement infrarouge long, par le doublage des parois, par le déploiement nocturne d'écrans « thermiques », par la réduction des fuites et par des apports artificiels, c'est-à-dire par chauffage. Celui-ci est réalisé par air chaud ou par eau très chaude (jusqu'à 90 °C) circulant dans des tuyaux éloignés des plantes ou, et de plus en plus, par eau tiède, de 30 à 50 °C, dans des canalisations de grande surface disposées dans ou sur le sol ou dans la végétation (chauffage localisé). Les produits pétroliers (fioul surtout) sont de loin les combustibles les plus utilisés du fait de leur pouvoir calorifique élevé, de leur facilité d'emploi, de leur coût réduit. Les énergies de remplacement (solaire, géothermie, rejets industriels) sont marginales car difficiles à mettre en œuvre.
La lutte contre les températures excessives consiste à réduire les apports solaires par des écrans d'ombrage et surtout à accroître les déperditions par échange des airs intérieur et extérieur. On réalise pour cela une ventilation naturelle, par ouverture, ou forcée, par ventilateurs. Son efficacité est bien meilleure avec une vaporisation d'eau.
La lumière et le dioxyde de carbone
Les progrès dans la maîtrise de l'alimentation hydrique et minérale des cultures sous serre ainsi que dans le contrôle de la température ont fait ressortir le rôle prépondérant de l'éclairement naturel comme facteur limitant de ce type de culture. Aussi est-il apparu intéressant, pour la photosynthèse, de gêner le moins possible la pénétration de la lumière dans les serres et d'apporter un éclairement artificiel d'appoint. Par ailleurs, les modalités d'action de la lumière sur la morphogenèse et sur la floraison (par le phénomène du photopériodisme) sont désormais suffisamment bien connues pour permettre la mise sur le marché de nombreuses plantes fleuries à une date préfixée.
L'éclairement spontané est favorisé par des matériaux de couverture très translucides, des ossatures réduites, des formes et orientations particulières des serres. L'éclairage artificiel doit être conçu en fonction de l'objectif poursuivi, qui peut être la photosynthèse ou la morphogenèse. Pour une photosynthèse active, le flux énergétique, entre 400 et 700 nm, doit être très élevé, d'où l'utilisation de lampes émettant essentiellement dans cette plage : lampes à vapeur de sodium ou tubes fluorescents. La puissance électrique demandée au réseau étant importante, cet usage est limité aux phases particulièrement sensibles de certaines cultures. La photomorphogenèse et particulièrement le photopériodisme sont conditionnés, sous des flux très faibles, par les radiations rouges (de 600 à 730 nm) et d'autres, spécifiques à l'espèce et à la phase de développement. Aussi emploie-t-on des lampes à spectre continu et large, comme les lampes à incandescence. L'interaction entre photosynthèse et morphogenèse nécessite, en cas d'éclairage totalement artificiel, l'association de lampes des deux types précédents.
Le contrôle du dioxyde de carbone (CO2) dans les serres constitue une autre technique de la serriculture. Alors que la concentration de CO2 dans l'atmosphère libre est assez constante (350 vpm [volume par million]), la teneur spontanée en serre varie fortement : elle s'accroît la nuit (respiration seule) et diminue le jour avec la photosynthèse, d'autant plus que cette dernière est plus active et que la serre est plus étanche. Elle peut s'abaisser jusqu'à 100 vpm et arrêter l'assimilation, d'où l'intérêt des apports artificiels. L'enrichissement vise à obtenir une teneur comprise entre 600 et 1 500 vpm. Il est réalisé soit par combustion directe dans la serre de gaz exempt de soufre (gaz naturel, propane), soit par récupération du CO2 des fumées des chaudières, soit par injection de gaz industriel livré en bouteilles et distribué, comme le précédent, par un réseau de canalisations.
L'éclairage artificiel et l'enrichissement en CO2 sont souvent associés. Ils ne sont justifiés que lorsqu'ils apportent un avantage économique important au serriculteur, tel que la précocité ou la qualité.
