Michiel Klaij, Chercheur principal, Centre sahélien de l'ICRISAT/ILRI, PO Box 5689, Addis Ababa, Ethiopie et Willem Hoogmoed, Chercheur, Département du travail du sol, Université agronomique, Wageningen, Pays-Bas
La pluie et le vent sont les deux facteurs climatologiques qui menacent le plus sérieusement l'état des ressources de base. Cette affirmation est particulièrement vraie dans les régions tropicales.
La pluie occasionne des problèmes quand:
· Des croûtes se forment à la surface, empêchant les jeunes pousses de sortir· Des particules de terre sont ameublies en surface par l'impact des gouttes de pluie, appelée "séparation du sol"
· L'eau ne peut s'infiltrer suffisamment vite dans le sol et stagne à la surface. Si le terrain est en pente, l'eau ruissellera le long de cette pente. L'eau sera perdue pour le champ (ruissellement) mais pire, l'eau peut détacher et accumuler les particules de la surface du sol et provoquer l'érosion.
Le vent peut causer des problèmes quand:
· Les particules de sol sont emportées hors du champ (perte de sol)· La culture est endommagée par les particules de sol dans l'air (tourbillons de vent).
Nous ne traiterons pas des mécanismes et des principes de base de l'érosion, mais plutôt du rôle du labour, comme l'outil permettant au petit agriculteur de conserver le sol dans les régions tropicales.
Dans les régions semi-arides, l'eau pose un vrai problème. D'un côté, les réserves peuvent être limitées, de l'autre l'eau peut venir sous la forme de pluies très denses abîmant les sols et les cultures. La conservation de l'eau est cruciale pour les cultures pluviales car les précipitations naturelles ne fournissent pas d'eau excédentaire. Il existe donc une relation directe entre l'humidité disponible du sol et les rendements des cultures.
Le travail du sol peut influer sur le bilan hydrique de plusieurs façons différentes:
Si l'intensité des pluies est plus importante que la capacité d'infiltration de la surface du sol, le labour peut être utilisé pour améliorer la capacité d'infiltration. Cette possibilité empêcherait le ruissellement en permettant à l'eau de pluie de s'infiltrer. Il suffit de travailler la surface du sol ouverte avec des mottes par labourage ou défoncement. Toutefois, si la surface n'est pas assez "dégagée", toute l'eau ne s'infiltrera pas. Dans ce cas, l'opération risque d'avoir un effet négatif. En effet, si la couche supérieure du sol est ameublie à cause du labour, l'érosion peut être pire. Donc en général, ce système devrait s'appliquer seulement aux sols sablonneux.
Si toutes ces possibilités font effectivement partie de systèmes conventionnels, des méthodes spécialisées ont également été développées. Le labour suivant les courbes de niveau ou les cultures alternées en bandes ont été recommandées et pratiquées longtemps. Le système de billonnage cloisonné, ou en anglais basin tillage, développé en Afrique de l'Est et de l'Ouest par des chercheurs anglais dans les années 1960, mérite d'être mentionné. Au lieu de billonner suivant les courbes de niveau, les billons sont connectés par des digues transversales ou traverses. Un outil en forme de disque a été créé pour racler les sillons puis s'élever, parfois automatiquement, à distances fixes pour former les traverses. Dans les travaux au champ consécutifs, des socs ou disques sillons dégageaient le passage pour les roues et les traverses étaient éventuellement reformées. De cette façon, les pertes d'eau et l'érosion peuvent être évitées. Toutefois, l'écoulement peut devenir un problème au cours des saisons des pluies.
Le système de billonnage cloisonné est actuellement utilisé aux Etats Unis sous le couvert des systèmes d'irrigation dans lesquels le taux d'application de l'eau est très élevé. C'est un système qui a fait ses preuves, associé à la traction animale dans des pays en voie de développement comme le Burkina Faso et la Zambie.
Érosion hydrique
Érosion éolienne
Érosion éolienne et gestion de la surface du sol, étude de cas
L'érosion hydrique provoquée par des chutes de pluie très intenses a lieu sur des terrains en pente non protégés contre les phénomènes climatiques. On distingue deux processus d'érosion hydrique:
1. La destruction ou désintégration d'agrégats assez importants qui reforment de plus petites particules, souvent accompagnée de la décomposition des particules suivant leur taille.2. Les petites particules peuvent être arrachées ou déplacées par l'eau qui coule ou ruisselle sur la surface.
L'impact des gouttes ou de l'eau qui ruisselle lorsque la vitesse d'écoulement dépasse un certain minimum, détache les particules de sol de la surface. La taille et l'impact des gouttes sont des facteurs importants dans ce processus de destruction et d'arrachement (éclaboussement). L'énergie cinétique des gouttes qui tombent est généralement utilisée comme paramètre pour déterminer le pouvoir érosif des pluies. Cette énergie cinétique peut être très élevée dans les régions humides ou semi-arides. En Afrique, par exemple, elle peut être deux à six fois plus importante que dans les zones tempérées. Les particules de sol très fines qui sont détachées de la surface par l'impact des gouttes peuvent obstruer les pores de la couche supérieure du sol et réduire considérablement le taux d'infiltration (battance). Cette obstruction augmente les risques d'érosion et de ruissellement en surface. Les sols limoneux sont particulièrement touchés par ce phénomène.
Même des pentes légères (1-2%) ou des dépressions peuvent provoquer des ruissellements en surface dont le débit est très rapide et causer des dégâts par érosion. En général, on distingue trois types d'érosion hydrique:
1. L'érosion par lame: une couche du sol est déplacée uniformément de la superficie totale. Ce type d'érosion n'est pas visible immédiatement mais cause néanmoins des dégâts considérables.2. L'érosion en rigoles: l'écoulement d'eau commence très vite à se concentrer dans les petites dépressions (par exemple, traces de pneus) et entraîne les particules de sol au fond des rigoles, parfois même au fond de la couche labourée. Les rigoles peuvent normalement être récupérées par le nivellement mais les dégâts sont considérables. Si l'érosion en rigoles se répète trop souvent, la couche supérieure d'un champ peut être déplacée en quelques années ou saisons.
3. L'érosion par ravinement: ce type d'érosion est une forme extrême d'érosion en rigoles. Des concentrations d'eau importantes prennent des chemins préférentiels d'écoulement impraticables pour les équipements agricoles, entraînant la formation de ravines irrécupérables par le labour. Au pire, les ravines peuvent atteindre plusieurs dizaines de mètres de profondeur, rendant la terre inutilisable.
Les dégâts provoqués par l'érosion:
- Diminution de la fertilité du sol à cause du déplacement de la couche superficielle qui contient les éléments nutritifs, la matière organique, et des microorganismes du sol.- Déplacement des graines, jeunes pousses ou plantes ou recouvrement des jeunes plants causant des plaques dénudées et une réduction des rendements.
- Des coûts de production plus élevés s'il est nécessaire de ressemer (comme souvent dans les régions à haut risque d'érosion). Des coûts supplémentaires doivent être ajoutés pour le labour, les engrais (substances favorisant l'émergence), les graines et l'opération de ressemage.
- Des dépôts de sédiments dans les vallées, les cours d'eau et les réservoirs.
Les mesures à prendre pour réduire ou éviter l'érosion hydrique consistent à:
L'objectif de toute opération de production de cultures associée à l'érosion hydrique consiste à produire une couverture végétale assez dense ou de résidus de cultures et la maintenir en place aussi longtemps que possible. Le couvert d'une plante peut virtuellement éliminer l'énergie cinétique des gouttes. Le degré de protection assuré varie de culture en culture: par exemple, le coton n'est pas très efficace alors que les céréales et les cultures de soja fournissent une bonne couverture. Un système adapté de rotation des cultures comme un système de cultures mixtes ou un système de cultures intermédiaires de couverture peut être très efficace.
Toutefois, le système le plus adapté dépend de plusieurs facteurs et doit être testé sur le site. Les résidus végétaux ne doivent pas être enterrés mais "travaillés" dans la couche superficielle comme paillis. La mise à feu provoque trop de dégâts par rapport à la protection contre l'érosion et ne devrait avoir lieu que dans le cadre de raisons phytosanitaires.
La culture en bandes est considérée comme un moyen efficace pour empêcher l'érosion hydrique. Différentes cultures poussent en bandes alternées qui suivent les courbes de niveau. Le choix de ces cultures garantit qu'une partie du champ au moins aura une couverture végétale à tout moment. Si une bande est sensible à l'érosion, surtout au moment des semis, la bande voisine et sa couverture végétale agira comme bande tampon et bloquera l'écoulement en surface.
La construction de digues ou terrasses suivant les courbes de niveau est plus une opération d'ingénierie qu'agricole pour contrôler l'érosion. Les digues peuvent être construites autour des courbes de niveau soit à l'aide du labour soit avec des engins de terrassement. La distance à mettre entre les digues ou la largeur des bandes dépend de la pente, du type de sol et de climat. Les bandes ne sont en général pas parallèles, ce qui cause quelques difficultés pratiques lorsqu'elles sont cultivées. Il est nécessaire de travailler la superficie totale des champs particulièrement étroits. On ne peut pas travailler en diagonale et mener à bien plusieurs opérations de labour successives. Dans le cas de pentes légères, les bandes peuvent dévier un peu par rapport aux courbes de niveau afin de former des bordures parallèles. Les digues à la base plus large peuvent être construites sur des pentes de plus de 6%. Elles font partie intégrante du champ, peuvent être utilisées pour faire pousser les cultures et traversées par les équipements. D'ailleurs, un système spécial de larges planches fixes prêtes à être labourées et un attelage à deux animaux a été développé au centre ICRISAT en Inde (broad bed maker sur vertisols).
Les équipements de labour qui provoquent l'effritement ou la pulvérisation du sol ne devraient pas être utilisés. Toutes les opérations devraient être menées en travers des pentes, en respectant les courbes de niveau. Les opérations de labour tractées conventionnelles destinées aux cultures annuelles peuvent particulièrement augmenter les risques d'érosion. Les séquences habituelles - labour et pulvérisation par disques pour la préparation des lits de semences - enfouissent les résidus végétaux et laissent une couche superficielle à particules très fines. La stabilité structurelle des agrégats peut également être réduite, provoquant un ameublissement et une formation de croûtes. La capacité d'infiltration du sol diminue et le ruissellement démarre plus rapidement. La capacité d'infiltration peut aussi être réduite à cause de la formation de couches moins perméables dans le profil du sol due à la circulation ou à certaines opérations de travail du sol. Une fine semelle de labour peut se former à cause de socs de charrue émoussés ou mal ajustés et le poids des roues de tracteur dans le fond ou des instruments lourds à disques peuvent produire une épaisse zone compactée. Dès lors, la couche située au-dessus de cette zone sera rapidement saturée en cas de pluies intenses et devenue boueuse, sera facilement érodée.
Les systèmes de labour basés sur la traction animale ont moins d'effets négatifs (pas de compaction aussi extrême) mais le manque d'énergie empêche la création de surfaces rugueuses adaptées. Les opérations de labour adéquates peuvent aider à contrôler l'érosion de plusieurs façons:
Dans le cas de l'érosion éolienne, le vent est une force qui agit sur la surface du sol. L'effet du vent sur la surface dépend des caractéristiques et de l'état du sol dans la couche superficielle. Généralement, l'érosion éolienne se passe dans des conditions de vents qui soufflent sur une surface de sol sèche composée de structure sableuse ou sablo-limoneuse. Les zones tropicales semi-arides y sont particulièrement sensibles. Pendant la saison sèche, l'effet de surpâturage induit la disparition d'une grande proportion de la couverture végétale, laissant des surfaces importantes non protégées et dont la structure se détériore. Comme c'est le cas pour l'érosion hydrique, la couche la plus riche en éléments nutritifs est érodée, ce qui provoque une diminution de la fertilité du sol. Au Sahel, durant l'établissement des cultures, des vents violents accompagnant les orages et précédant la pluie provoquent des flux de sable importants sur sol sec. Au cours de ce phénomène, les jeunes plantes sont attaquées ou recouvertes par les particules de sable, ce qui entraîne des pertes importantes pour les cultures.
L'équation utilisée dans le cadre de l'érosion éolienne est la suivante:
E = f (I, K, C, L, V)
avec E perte potentielle du sol en fonction des plus importants facteurs qui contribuent à l'érosion:
I: érodabilité du sol
K: rugosité de la surface du sol par billons
C: facteur climatique
L: distance couverte par le vent sur le champ dénudé
V: couverture végétale équivalente
Durant le processus d'érosion éolienne, trois modes de transport des particules peuvent être identifiés: le déplacement par roulement à la surface du sol (particules de 1 à 2 mm de diamètre), par saltation (de 0,1 à 1 mm) ou en suspension dans l'atmosphère (inférieures à 0,1 mm). La plupart du matériel érodé est transporté entre 0 et 0,3 m au-dessus de la surface du sol par saltation. Les dégâts provoqués par l'érosion surviennent principalement lors de la saltation à cause de l'abrasion et du recouvrement des jeunes plantes. La saltation peut être mesurée en utilisant les capteurs BSNE développés à Big Spring, Texas. Ces capteurs récoltent les particules de sable déplacées par les tempêtes et intègrent le flux de particules dans le temps. Comme la vitesse du vent diminue de façon logarithmique en fonction de la hauteur, zéro m/s près de la surface du sol, le flux de particules diminue également fortement, de manière non linéaire, en fonction de la hauteur au-dessus du sol. Une batterie de capteurs BSNE disposée verticalement permet d'intégrer le flux et donc la masse totale de particules déplacée. Les mesures de protection contre l'érosion éolienne font appel à des dispositifs qui réduisent la vitesse du vent à la surface du sol.
Parmi ces mesures, on peut citer le billonnage, qui augmente la rugosité de la surface du sol, K, l'utilisation des résidus de culture (paramètre V), la culture alternée et l'implantation de brise vents (paramètre L), ou encore le labour, qui améliore la structure de certains sols en formant des agrégats (I). L'érodabilité du sol est également réduite en cas d'encroûtement.
Toutefois, parmi les facteurs susceptibles d'influencer l'érosion éolienne, les facteurs K et V sont probablement les plus faciles à manipuler par les agriculteurs de la région. Par exemple, le billonnage des sols (le facteur K) sensibles à l'érosion peut réduire les pertes de sol de 85% (Fryrear, 1984). Le billonnage sera d'autant plus efficace si les billons sont orientés perpendiculairement à la direction du vent érosif dominant. Les billons et les mottes se décomposent après un certain temps, particulièrement sur sols sableux pauvres en argile et en limon. Si on a peu ou pas du tout de résidus, comme c'est souvent le cas au Sahel, un billonnage répété devient la dernière mesure de protection possible au cours de périodes de vents violents, sous conditions sèches. Ce type de travail du sol est connu comme "le travail du sol d'urgence" (Fryrear et Skidmore, 1985).
Le facteur V est influencé par la présence de résidus de culture sur le sol. Les quantités de résidus nécessaires pour assurer un certain degré de protection contre l'érosion dépendent du type de culture. De plus, les résidus sur pied sont plus efficaces que les résidus étendus sur la surface du sol. En recouvrant 20% de la surface du sol avec des résidus de culture (l'équivalent de 600 kg/ha de tiges de maïs), les pertes de sol peuvent être réduites de 57% (Fryrear, 1985).
A Sadoré, au cours de la saison culturale 1992, nous avons quantifié des flux de sol provoqués par les tempêtes (saltation) en fonction du labour et des résidus de culture, sur sols sablonneux (92% de sable). Nous avons testé deux traitements de travail du sol pré-semis; le travail du sol superficiel (méthode locale) et le billonnage. Le travail du sol est effectué après que les premières pluies aient mouillé le sol à une profondeur de labour (10 mm de précipitations dans le cas du billonnage). Les deux traitements ont été testés avec ou sans 2 tonnes/ha de pailles de mil étendues sur le sol. Le mil a été planté à des interlignes de 0,75 m sur les billons. Trois échantillonneurs BSNE par parcelle, à une hauteur de 0,1 m (ouverture des échantillonneurs de 10 cm2) ont été utilisés afin d'intégrer le taux de saltation par tempête. La tempête du 1er juin a duré 18 minutes, et la vitesse du vent dépassait 5 ms-1 (Fig. 10).
FIGURE 10 - Caractéristique d'un orage
Comme la couche supérieure du sol était très sèche, cette tempête s'est révélée être la plus érosive de la saison. En moyenne, 198 g de sable ont été retrouvés dans les parcelles expérimentales où le mil était planté sans être protégé par les pailles de mil. L'influence des pailles de mil réduit les quantités de sable déplacées à 112 g. Les billons avec ou sans pailles sont les plus efficaces et réduisent la quantité de sable à 71 g (Fig. 11).
FIGURE 11 - Effet du billonnage et paillage sur l'érosion
Ces réductions ont été constantes au cours de la saison pour toutes les érosions provoquées par les tempêtes (Fig. 12). Le mil sur pied au moment de la récolte dépendait du degré de protection établi contre l'érosion éolienne, avec 6400 plants/ha pour les parcelles non protégées et 7980 plants/ha sur les parcelles billonnées. Les récoltes de matière sèche ont été respectivement de 1230 kg/ha et 1750 kg/ha.
FIGURE 12 - Effet de la distance de côté de la parcelle sur l'érosion
Ces résultats confirment que le travail du sol effectué avant les semis réduit effectivement l'érosion éolienne. Les objectifs de haut niveau concernant la viabilité (réduction des pertes de sol fertile) de même que les objectifs appliqués aux besoins des cultures (meilleur établissement de la culture) sont atteints.
Il est clair que la réduction des mouvements du sol est un résultat objectif, toutefois, la façon dont la culture en bénéficiera dépendra de sa tolérance à l'érosion éolienne. Le mil, par exemple, est une culture assez résistante qui ne sera que peu ou pas affectée par plusieurs érosions alors que ces mêmes érosions peuvent détruire une culture d'arachide.
