L'agriculture, la biomasse végétale et les sols Cours

Le sol se trouve en surface de la Terre, au-dessus de la roche-mère, et contient de la matière organique et de la matière minérale. Il est formé à partir de la dégradation de matière organique, donc d'êtres vivants, ainsi que de la fragmentation et des altérations de la roche-mère.

Le sol est constitué de différentes couches horizontales, de couleur, de densité, de granulométrie et de contenus différents. Ce sont les horizons du sol.

On distingue différents types d'horizons :

• L'horizon organique, ou litière, qui est la couche la plus superficielle. Il est formé de l'ensemble des débris végétaux, décomposés par les animaux, les bactéries et les champignons. Dans le cas des cultures, cette litière n'est pas présente car elle est le plus souvent retirée par les agriculteurs.
• L'horizon humique, qui contient beaucoup d'humus, un ensemble de molécules organiques issues de la décomposition des débris végétaux. Cet horizon est de couleur foncée.
• L'horizon d'altération, de couleur claire, qui contient la roche-mère altérée. Il est riche en minéraux.

Les roches et la biosphère sont en interaction lors de la formation d'un sol : l'altération de la roche-mère forme la terre, matière meuble du sol, qui est enrichie par les apports de matière organique en provenance de la biosphère. La formation d'un sol est un phénomène très long (environ 10 000 ans).

En effet, le froid, le vent et les pluies fragmentent la roche, ce qui crée des fissures. L'eau de pluie altère chimiquement les minéraux, transformant progressivement les roches solides en roches meubles, le plus souvent en argile.
Les végétaux peuvent se glisser dans les fissures de ces roches meubles et s'y développer. Ces débris végétaux constituent alors des apports en matière organique, ce qui permettra la formation de la litière. C'est la naissance d'un sol.
Au cours du temps, ce sol évolue, sa composition change et il s'épaissit. D'autres végétaux s'y développent progressivement et des animaux y vivent. Ce processus peut prendre des milliers d'années.

Le sol est fondamental pour les végétaux. En effet, il constitue un support de fixation ainsi qu'une réserve d'eau et d'ions minéraux essentiels à leur développement. La structure du sol et son contenu en substances organiques et minérales sont donc très importants.

La densité d'un sol et sa porosité (trous occupés par de l'eau ou de l'air) sont des facteurs clés pour mesurer sa qualité. Les végétaux ont besoin d'eau, d'air et de minéraux pour se développer. La présence d'humus et d'argile, organisé en complexes argilo-humiques, donne une structure poreuse au sol, permettant une rétention d'eau et d'air, utilisable pour les végétaux.

• Si un sol est trop compact, l'eau et l'air ne peuvent pas s'infiltrer.
• À l'inverse, si le sol est trop meuble et trop poreux, l'eau n'est pas retenue.

Ces deux cas ne permettent pas un bon développement de la végétation.

Les sols peuvent être dégradés par diverses causes naturelles telles que les conditions climatiques.

L'Homme joue également un rôle important dans cette dégradation. En effet, ayant besoin de surfaces cultivables pour se nourrir et pour produire des agrocarburants, il exploite des forêts et supprime des végétaux en défrichant au profit de plantations : cela a des conséquences néfastes sur les sols et la biodiversité qui en dépendent, et accentue l'érosion des sols.

L'érosion se fait plus rapidement lorsque le sol est laissé à nu, c'est-à-dire sans couvert végétal, après une culture. Le même phénomène se produit lors du défrichement. La circulation des eaux de pluie en surface, appelée ruissellement, entraîne une partie du sol avec l'eau.

Chaque année, entre 130 000 km² et 150 000 km² de forêts sont détruits par l'Homme dans le monde. La déforestation, pour les cultures humaines, entraîne une perte de matière organique au sol, ce qui a pour effet de le déstructurer. Le sol devient plus compact, la biodiversité s'appauvrit.

Les techniques de cultures (l'utilisation des engins agricoles par exemple) exercent une action mécanique sur le sol qui le tasse. De plus, la culture intensive et continue épuise le sol qui ne contient alors plus beaucoup de nutriments et minéraux, sans compter la pollution due à l'utilisation d'engrais et de pesticides. Cette dégradation peut être irréversible.

L'urbanisation, qui correspond à la construction de bâtiments sur des terres agricoles, réduit davantage les surfaces cultivables.

Or, l'agriculture, et donc la production alimentaire dépendent du sol. La bonne gestion des sols est donc un enjeu majeur pour l'humanité.

L'agriculture permet la production de biomasse, dont une partie est utilisée pour produire de l'énergie. C'est notamment grâce à la photosynthèse que la production de matière végétale est rendue possible (c'est la production primaire). Une partie des végétaux produits est ensuite utilisée pour nourrir les animaux : l'élevage produit ainsi de la biomasse animale à partir de biomasse végétale.

La maximisation du rendement (ou productivité, c'est-à-dire mesure de l'efficacité de la production agricole) est recherchée dans une culture. Pour cela, la photosynthèse doit être faite de manière optimale et les ressources nécessaires (l'eau et les sels minéraux) doivent être présentes en quantités suffisantes.

Pour améliorer ces rendements, on utilise des engrais et des pesticides ce qui a pour conséquence de diminuer la biodiversité. Certaines pratiques agricoles comme la jachère (le fait de laisser reposer le sol entre des cultures), la polyculture ou l'agriculture biologique permettent de limiter voire de contrer la dégradation des sols et de la biodiversité. Toutefois, ces pratiques ont pour l'instant des rendements souvent plus faibles que l'agriculture conventionnelle. La recherche en agronomie peut permettre d'améliorer ces rendements.

Les ressources en eau à la surface de la Terre sont inégalement réparties. Dans certains pays, les précipitations (pluie et neige) sont insuffisantes pour répondre aux besoins en eau des cultures. Lorsque l'approvisionnement en eau n'est pas suffisant, l'Homme doit irriguer les cultures.

Cependant, elle peut assécher les nappes et les rivières, détournant l'eau d'autres utilisations. L'agriculture utilise ainsi 70% de la consommation mondiale d'eau douce prélevée dans les rivières et les nappes souterraines.

Il existe des techniques d'irrigation permettant d'économiser l'eau, comme le "goutte-à-goutte". Le problème est qu'elles sont chères, et que les pays en voie de développement n'ont pour l'instant pas les moyens de les utiliser.

De nombreuses problématiques se posent aujourd'hui en ce qui concerne l'agriculture.

Les champs sont la plupart du temps utilisés en monoculture, c'est-à-dire qu'une seule espèce est cultivée sur un champ donné. Les autres espèces sont considérées comme indésirables. En effet, les plantes adventices, aussi appelées "mauvaises herbes", prélèvent dans le sol les mêmes éléments minéraux que les plantes cultivées, et peuvent donc entrer en concurrence avec elles. Les ravageurs (insectes, rongeurs, etc.) consomment la plante cultivée et peuvent causer des dégâts aux cultures.

Généralement, les agriculteurs cherchent à éliminer les espèces indésirables. Ils utilisent pour cela des produits chimiques (aussi appelés produits phytosanitaires) : des herbicides contre les plantes adventices et des pesticides contre les ravageurs. La biodiversité d'un champ est donc très faible par rapport à celle qui serait présente sur un espace sauvage. Par conséquent, il y a souvent concurrence entre l'agriculture et la biodiversité. D'autre part, l'utilisation massive de pesticides peut entraîner la disparition de nombreuses espèces au sein même du sol (vers, petits insectes, champignons microscopiques...), alors même que ces espèces, par le recyclage de la matière qu'elles accomplissent et par l'aération du sol qu'elles font, sont indispensables au maintien d'un sol fertile.

Les surfaces cultivables sont également rares. En effet, il existe différentes contraintes environnementales (climat trop froid ou trop sec, pente du sol trop forte, pauvreté du terrain, etc.) qui réduisent la surface exploitable par l'agriculture.

Un autre problème vient du fait que les destinataires des produits agricoles sont divers. Par exemple, les produits de l'agriculture servent à l'alimentation humaine, mais pas seulement. Ils sont aussi utilisés à des fins énergétiques : c'est par exemple le cas des biocarburants, qui sont des carburants produits à partir de matière organique. L'utilisation de produits agricoles pour la production d'énergie entre ainsi en concurrence avec leur utilisation alimentaire.

On peut également citer la consommation de viande qui demande elle-même une très forte production de nourriture pour l'élevage.

La modération de la consommation de produits animaliers ainsi que des techniques de culture plus responsables sont nécessaires afin de pouvoir préserver la qualité des sols et la production agricole alimentaire sur le long terme.