Vers une meilleure gestion de l'eau en Méditerranée grâce à l'agroécologie ?

Dans le contexte méditerranéen actuel, les changements climatiques en cours, marqués par des périodes de sécheresse plus fréquentes et des températures en hausse, ont un impact significatif sur l'évapotranspiration des cultures et l'équilibre hydrique des sols (GIEC/IPCC, 2014)¹. Face à cette réalité, l'irrigation émerge comme une solution potentielle pour atténuer les effets de la sécheresse et garantir la durabilité des activités agricoles. Cependant, son utilisation peut entraîner des conflits avec d'autres usagers de la ressource en eau. En France, l'agriculture représente environ 12 % des prélèvements d'eau nationaux. Dans les régions méridionales comme l'Occitanie, la Provence-Alpes-Côte d’Azur (PACA) et la Corse, les prélèvements pour l'irrigation représentent près de la moitié des prélèvements totaux, principalement issus des ressources en eaux de surface (Eaufrance, 2019). L'expansion des zones irriguées nécessiterait des prélèvements d’eau supplémentaires difficilement envisageables. Face à ces défis, la transition vers une agriculture agroécologique apparaît comme une voie prometteuse pour développer des pratiques d'irrigation plus résilientes, combinant adaptation aux changements climatiques et gestion efficace de la ressource en eau. L'agriculture de conservation des sols (ACS) représente l'une de ces approches agroécologiques, visant à améliorer la santé et la qualité des sols. Ce type d’agriculture, basée sur la réduction du travail du sol, le maintien d'une couverture permanente et la diversification des cultures, modifie les caractéristiques du sol. Elle favorise l'infiltration de l'eau, diminue l'évaporation du sol et accroit la rétention d'eau disponible pour les cultures comme exposé par Page et al. (2020) et le projet BAGAGES (Chambre d’agriculture Occitanie, 2021). Le facteur temporel revêt une importance cruciale, puisque la durée de pratique de l’ACS influence considérablement l'évolution des fonctions du sol (Ghaley et al., 2018). Ces effets sont plus prononcés dans des systèmes établis depuis plus de cinq ans, offrant une disponibilité prolongée en eau pendant les cycles de culture en diminuant les pertes potentielles d’eau d’irrigation. Ainsi, appliquée à l'agriculture irriguée, l’ACS pourrait optimiser l'utilisation de l’eau de pluie et d'irrigation, contribuant à renforcer la résilience de l'agriculture face aux aléas de sécheresse (Mastrorilli et Zucaro, 2016).

Dynamique du bilan hydrique et gestion quantitative de l’irrigation des systèmes en transition vers l’agriculture de conservation des sols (ACS)

Actuellement, à la Société du Canal de Provence (SCP), un projet de recherche se penche sur la gestion de l'eau en agroécologie. Depuis 2021, une thèse, menée en collaboration avec l'unité mixte de recherche G-EAU² (INRAE Montpellier), s'intéresse à la dynamique du bilan hydrique du sol et à la gestion de l'irrigation au sein des systèmes méditerranéens de grandes cultures en transition vers l'agriculture de conservation des sols (ACS). L'objectif principal de cette recherche est de caractériser l’évolution des propriétés du sol lors de l’adoption de l’ACS et d'évaluer sa performance en termes de gestion de l’irrigation. Trois objectifs clés structurent ce projet (figure 1) : dans un premier temps, il s'agit de caractériser les propriétés physiques, chimiques et biologiques du sol, ainsi que les performances d'irrigation des agrosystèmes à partir de mesures effectuées dans deux sites distincts (figure 2) : un site expérimental situé à Montpellier en ACS depuis 2020, avec des parcelles en grandes cultures (maïs-sorgho-soja) comparées avec des parcelles en labour conventionnel (LAB) irriguées par aspersion (ASP), goutte-à-goutte enterré (GGE) et non irriguées (PLUV), ainsi que quatre parcelles irriguées d’agriculteurs dans la Vallée de la Durance, à différents stades de transition vers l'ACS.

Le deuxième volet de l'étude consiste à évaluer l'adaptation des pratiques d'irrigation au sein des exploitations agricoles de la région PACA qui ont déjà adopté l'ACS. Cette évaluation se fait à travers des enquêtes individuelles menées auprès des agriculteurs avec l’objectif d'explorer les pratiques culturales et d'irrigation des agriculteurs, ainsi que les défis rencontrés lors de la transition vers l'ACS et son influence sur la gestion de l'irrigation. Pour compléter les données issues des enquêtes, des échanges collectifs avec les agriculteurs sont encouragés, notamment à travers un jeu de rôle sérieux appelé « Sol en scène », élaboré en collaboration avec Lisode, une société coopérative spécialisée dans l'ingénierie de la concertation. Ces échanges permettront d'identifier les obstacles et les avantages liés à la production de grandes cultures en ACS dans les régions méditerranéennes. De plus, afin de connaître en temps réel les volumes d'irrigation utilisés, des compteurs connectés sont installés dans les systèmes d'irrigation des parcelles des agriculteurs participant à l'enquête.

Le troisième objectif implique l'adaptation d'outils de modélisation pour simuler et optimiser les scénarios d'irrigation dans le contexte des grandes cultures en ACS. Cette démarche de modélisation commence par une analyse de la littérature visant à identifier les paramètres, variables et processus spécifiques liés à l'ACS. Ensuite, en se basant sur les données de terrain collectées sur les sites d'étude mentionnés précédemment, le modèle Optirrig, développé en particulier pour la génération, l'analyse et l'optimisation des scénarios d'irrigation (Cheviron et al., 2020) sera adapté et validé pour la simulation des scénarios d’irrigation en ACS. Ce modèle permettra de comparer les besoins en eau des cultures théoriques calculés par le modèle et les volumes d’irrigation réellement appliquée par les agriculteurs. Le développement de ce modèle a été réalisé en collaboration avec l'équipe « Optimiste » de l'UMR G-EAU.

Figure 2. Dispositif expérimental de Lavalette (à gauche) et parcelles d’agriculteurs de la Vallée de la Durance (à droite) pour le suivi des propriétés du sol et les performances agronomiques et d’irrigation.

Quelques premiers résultats

Des résultats initiaux ont déjà été valorisés, notamment par la participation à un article lors d'un congrès international (Dominguez-Bohorquez et al., 2023) portant sur le premier objectif, qui concerne la caractérisation des propriétés hydrodynamiques du sol en ACS. Le troisième objectif, qui traite de l'évaluation de la performance de l'irrigation en ACS à l'aide de la modélisation, est moins avancé mais est également abordé ci-dessous.

L'encadré 1 présente quant à lui les différentes approches explorées pour le deuxième objectif, qui vise à évaluer l'adaptation des pratiques d'irrigation des agriculteurs en transition vers l'ACS. Il décrit également comment les données recueillies auprès des acteurs sur le terrain seront confrontées au modèle.

Objectif 1 : caractériser l’évolution des propriétés hydrodynamiques du sol et les flux d’eau dans les agrosystèmes en transition vers l’ACS

Site expérimental Lavalette : effets à court terme de l’ACS

Au cours des deux premières années de suivi, des résultats préliminaires contrastés ont été observés entre les traitements en agriculture de conservation des sols (ACS) et labour conventionnel (LAB). D’abord, des effets immédiats de l’ACS sur les propriétés du sol et des indicateurs du développement végétatif ont été observés (tableau 1). D’une part, les traitements en ACS ont présenté une densité apparente du sol accrue, une résistance à la pénétration plus élevée et une infiltration d'eau réduite, notamment ceux avec irrigation en goutte-à-goutte enterré (GGE) et ceux en pluvial (PLUV). Ces effets combinés, potentiellement associés à un stress hydrique, ont directement diminué le développement foliaire, le rendement et la productivité de l'eau, particulièrement en 2022. En parallèle, les traitements ACS ont montré une variation de température du sol moins prononcée que les traitements en LAB grâce à la présence de résidus à la surface du sol, ce qui peut favoriser l’activité microbienne et la décomposition des matières organiques. Il est important de souligner que les traitements irrigués par aspersion (ASP) ont présenté moins d'effets adverses à la fois dans les traitements en ACS et en LAB, mais ont affiché des valeurs plus élevées d'évaporation du sol à cause d’une humidité plus prolongée en surface. À court terme, les effets observés mettent en évidence un problème de compactage potentiellement attribuable à l'abandon du labour du sol et au passage de machines pour des activités telles que le semis et le contrôle des adventices, ce qui a un impact direct sur la croissance des plantes. Cela souligne l'importance d'évaluer l'état initial du sol et de le préparer éventuellement avant d'adopter les pratiques de l'agriculture de conservation des sols. Il pourrait être nécessaire d'adapter spécifiquement les pratiques en fonction du type de sol identifié.

Parcelles agriculteurs PACA : effets à long terme de l’ACS

Une comparaison a été entreprise entre une parcelle en labour conventionnel (LAB) et d'autres menées en ACS depuis dix et quinze ans. Les premières analyses ont révélé des différences marquées entre ces parcelles en termes d'indicateurs biologiques du sol. La figure 3 présente, en pourcentage, le potentiel de rendement de blé obtenus par les agriculteurs en 2022, ainsi que des valeurs de certains indicateurs de l’activité biologique du sol sur les vingt premiers centimètres. Ces résultats initiaux indiquent que les parcelles en ACS stabilisées fournissent des conditions de sol favorables à une activité biologique accrue en surface, contrastées à celle en labour conventionnel, où les indicateurs d’activité biologique sont plus faibles.

Il est intéressant de noter que les rendements atteints dans les parcelles sous ACS depuis quinze ans sont comparables à ceux de la parcelle en labour conventionnel. Cela suggère que, dans un contexte méditerranéen, l'ACS pourrait permettre la durabilité des sols tout en conservant des niveaux de productivité similaires à ceux des systèmes conventionnels. Toutefois, il est important de prendre en compte que la gestion des parcelles en ACS présente des freins techniques propres à chaque système. Par exemple, bien que la parcelle en ACS depuis dix ans présente des conditions biologiques plus favorables en surface par rapport à la parcelle conventionnelle, des limites dans sa gestion intrinsèque (gestion azotée, gestion d’irrigation, entre autres) peuvent limiter l’atteinte des rendements escomptés. Une analyse approfondie sur l’état hydrique de l’eau dans le sol sera réalisée afin d’étudier le lien entre le type de pratique et ses effets sur le bilan hydrique du sol.

Le deuxième objectif de la thèse vise à examiner le rôle de l'eau et la gestion de l’irrigation dans les agrosystèmes méditerranéens en agriculture de conservation des sols (ACS). En collaboration avec Arvalis à Gréoux-les-Bains et AgriBio 04 (association qui regroupe les producteurs biologiques des Alpes de Haute-Provence), un réseau composé d’environ quinze agriculteurs pratiquant l'ACS en grandes cultures a été identifié et mobilisé pour participer aux enquêtes, au jeu de rôle « Sol en scène » et à l’installation de compteurs à la parcelle. Ces agriculteurs ont été sélectionnés pour leur engagement à adopter des pratiques de conservation des sols spécifiques aux grandes cultures, adaptées à leur agrosystème (climat, type de sol, type de production, etc.), dans le but d’améliorer la fertilité des sols.

Dans un premier temps, les enquêtes ont été conçues afin de caractériser la gestion de l'irrigation par les agriculteurs et évaluer son éventuelle adaptation au contexte de l'ACS. Pour cela, un questionnaire exhaustif, comportant des questions à la fois quantitatives et qualitatives, a été élaboré comme base des entretiens individuels menés avec chaque agriculteur (photo 1, à gauche). Parallèlement, le jeu de rôle « Sol en scène » a été coconstruit dans le but d’identifier collectivement les freins et motivations, ainsi que les facteurs liés à la gestion de l'eau qu’il faut prendre en compte lors de l'adoption de ces pratiques. La construction de ce jeu a impliqué plusieurs tests auprès de différents acteurs de la gestion de l’eau agricole : ces tests ont été réalisés afin d’améliorer à la fois la forme et le contenu du support qui a permis la discussion collective avec les agriculteurs lors d’un atelier (photo 1, à droite).

Enfin, les données sur la consommation d'eau d'irrigation des parcelles, obtenues à partir des enquêtes et confirmées par les relevés des compteurs connectés, seront utilisées pour comparer l’efficience et la productivité de l’eau d’irrigation entre les différentes pratiques (par exemple, ACS versus conventionnel, et ACS un an versus ACS vingt ans). Les résultats obtenus sont actuellement en phase d’analyse et seront valorisés dans le document final de thèse.

Objectif 3 : évaluer les performances d’irrigation des systèmes en ACS à l’aide de la modélisation

Les données expérimentales et les équations théoriques sont utilisées pour adapter le modèle Optirrig au contexte de l’ACS afin de simuler divers scénarios d’irrigation. À l'heure actuelle, des étapes de validation du modèle sont en cours (figure 4), dans le but d'évaluer la pertinence des ajustements apportés au modèle ainsi que la précision des paramètres utilisés pour son fonctionnement. Pour ce faire, des variables observées sur le terrain, telles que le statut hydrique du sol (niveau d'eau dans le sol), le développement des cultures (indice de surface foliaire), entre autres, sont comparées aux résultats du modèle, ce qui permet d'améliorer la représentation des processus lors de la simulation. L'objectif final est de pouvoir simuler les scénarios d'irrigation des agriculteurs pratiquant l’ACS, afin d'évaluer les possibilités d'amélioration de l'efficacité de l'irrigation ainsi que les différents scénarios climatiques, dans le contexte actuel du changement climatique.

Conclusion

Un nombre croissant d'études souligne l'importance d'adopter des pratiques agroécologiques telles que l'agriculture de conservation des sols en raison de ses nombreux avantages pour la fertilité des sols. L'impact de ces pratiques sur le bilan hydrique du sol et sur l’efficience de l'utilisation de l'eau varie en fonction du contexte pédoclimatique et des pratiques adoptées par les agriculteurs.

À l’heure actuelle, les résultats soulignent que l'agriculture de conservation a des effets immédiats sur les propriétés hydrodynamiques du sol et la productivité de l’eau d’irrigation. Ces effets peuvent être variés en fonction du contexte agropédoclimatique, avec des adaptations sur les pratiques de conservation du sol diverses. De plus, ces résultats mettent en évidence l'importance de la temporalité dans ce type d'agriculture pour obtenir les avantages escomptés, observés généralement dans les agrosystèmes où les pratiques de conservation sont appliquées sur le long terme.

Les résultats actuels, bien qu'au stade préliminaire, seront enrichis par les analyses en cours. Ensuite, une analyse croisée des différents axes étudiés sera développée pour présenter les conclusions clés du travail et offrir des perspectives concrètes. La finalisation de ce projet de thèse est prévue pour la fin de l'année 2024.

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Photo d’entête : © Nicolas Bertrand - INRAE