Excès d'eau : conséquences

Auteurs : Gérard Trouche et Pierre Morlon

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Voir aussi (articles complémentaires)
Excès d'eau : origines et moyens de lutte
Asphyxie racinaire
Calendrier cultural
Décrire un milieu naturel
Jours disponibles pour les travaux des champs
Portance
Travail du sol
Autres langues
Anglais :	waterlogging, water excess, excess moisture, water surplus.
Allemand :	Überfeuchtigkeit, Feuchtigkeits Überfluss.
Espagnol :	exceso de agua, exceso de humedad.
Italien :	eccesso de umidità.
Portugais :	excesso de humidade.
Informations complémentaires
Article accepté le 24 octobre 2017
Article mis en ligne le 24 octobre 2017

« Une fraîcheur constante au sein de la terre arable est utile et même nécessaire à la végétation, mais une humidité surabondante lui est toujours nuisible. Lorsque l'eau séjourne à la surface du sol, elle paralyse l'action des rayons solaires, fait périr les racines d'un grand nombre de végétaux et disparaître une partie des meilleures plantes dans les prairies naturelles ; en outre, elle diminue les effets des matières fertilisantes et retarde les opérations culturales. (…) Lorsqu'on parvient à enlever l'humidité surabondante d'une terre, les travaux s'exécutent toujours alors avec moins de dépenses et plus de célérité, la germination des semences est plus parfaite et les produits meilleurs et plus abondants. » (Heuzé, 1891, vol. 1 : 66.).

Définition

En France, un arrêté sur le vocabulaire des sciences et techniques de l’agriculture définit l’excès d’eau comme « phénomène résultant d’un bilan excédentaire entre les apports et les exportations d’eau d’un volume de sol donné, tel que l’activité agricole en est gênée » (Journal Officiel de la République française, 1987). Les inconvénients de l’excès d’eau peuvent être ressentis au niveau du sol, des plantes, de la conduite des champs cultivés (Larousse agricole, 1921 : 496 ; Parcevaux et al., 1990).

Parler d’excès d’eau dans le sol n’a de sens que par rapport à ce qu’on veut y faire (voir l’article Décrire un milieu naturel). En agriculture, on dit qu’il y a excès d’eau dans le sol lorsque celui-ci est trop humide pour :

• être travaillé ou supporter le poids du bétail ou des engins, sans dégradation de sa structure,
• que les plantes qui y sont cultivées se développent et croissent dans de bonnes conditions,
• ou les deux.

Une question se pose tout de suite : peut-on, en mesurant l’humidité du sol, dire s’il y a ou non excès d’eau ? Non, car :

1. Il s’agit de problèmes différents qui, dans le même sol, peuvent apparaître à des niveaux d’humidité différents.
2. Pour le même sol, dans les mêmes conditions d’humidité à une date donnée, il peut y avoir ou non excès d’eau, selon :

• • - la nécessité ou non d’une intervention, la nature du travail et le matériel utilisé ;
  • - les espèces végétales qui y sont ou devraient y être présentes, leur sensibilité à l’asphyxie racinaire à cette date et la teneur en oxygène de l’eau du sol.

Il faut donc toujours préciser de quel problème on parle !

Il serait bien pratique de pouvoir définir l’excès d’eau par un seuil de teneur en eau dans le sol. Mais ce seuil n’est pas le même pour les différents types d’excès d’eau. Un sol peut être asphyxié parce que tassé, tout en étant encore ||portance|portant]] et travaillable ; à l’inverse, un sol saturé d’eau n’est ni portant ni travaillable, mais pas forcément asphyxiant si cette eau contient assez d’oxygène.

L’excès d’eau étant défini par la gêne pour l’agriculteur et les cultures, ce sont ces deux points que nous exposons ici, les causes d’excès d’eau étant traitées dans l’article Excès d'eau : origines et moyens de lutte.

La réalisation d'opérations techniques : faisabilité et conséquences

« Ce qui nuit au sol, c'est de le labourer quand il est mouillé » (Caton l’Ancien,ca. 175 av. J.C).

« si la terre est rebinée profond et qu’elle soit imbibée d’eau quand on doit labourer à semaille, la charrue ne pourra atteindre de la terre solide mais ira flottant comme en boue » (Gautier de Henley, en Angleterre,ca. 1280).

« Au contraire, la rase campagne étant trop plate, retient trop longuement les eaux, au détriment du labourage ; lequel ne se peut ni bien faire, ni avancer avec trop d'humidité. » (Olivier de Serres,1605,5).

Introduction

Fig. 1. Relation entre la résistance à la pénétration et l’humidité d’un sol des Landes(MPa = méga Pascal) (d’après Chossat et al., 1988)

La structure d’un sol détermine son aptitude à résister à la déformation sous l’effet des forces qui résultent du roulage des engins agricoles, du piétinement des animaux ou de l’action des outils de travail du sol. Les forces de liaison liées à la structure du sol varient fortement avec son humidité. En confrontant les mesures de pénétrométrie dans un sol cultivé des Landes avec les jugements de l’agriculteur, Chossat et al. (1988) définissent 2 seuils d’humidités du sol (correspondants aux valeurs de 0,2 et 0,3 MPa) qui limitent les états « non praticable », « portant » et « travaillable » (fig. 1).

Fig. 2 : Allure générale des courbes Proctor : évolution de la compacité en fonction de l’humidité du sol (d’après Faure, 1978 et Grimaldi, 1981)

Le test Proctor réalisé pour des valeurs croissantes d’humidité des échantillons de sol (fig. 2) montre qu’au-delà d’une valeur seuil (Ws), l’augmentation de la teneur en eau accroit la sensibilité au compactage jusqu’à une valeur maximale (Wm), proche de la saturation, où la compacité est maximale (Faure, 1971 & 1978 ; Grimaldi, 1981 ; Guérif, 1982). Ensuite, le sol , gorgé d'eau ,devient moins sensible aux compactages. En transposant ce constat au champ, les ornières spectaculaires créées lors de travaux de récolte sur sols engorgés peuvent être moins dommageables pour la structure que les travaux effectués dans la gamme d'humidités Ws à Wm.

La difficulté ou l’impossibilité de circuler sur un sol saturé en eau, les dégâts et les risques.

Fig. 3. Enlisement de tracteurs en conditions de sol très humide (photos C. Perrey).

Fig. 4. Ornières et interventions en conditions humides : récolte de maïs ensilage (photo G. Trouche)

La diminution de la cohésion du sol quand sa teneur en eau augmente en réduit la portance et provoque dans les cas extrêmes l’enlisement des engins mécaniques (fig. 3). Les ornières qui marquent la surface du champ sont souvent produites par des travaux en conditions humides, tels que la sortie des récoltes d’automne (fig. 4) ou les épandages d’azote au printemps (fig. 5). L’humidité excessive favorise à la fois la déformation du sol et le déplacement des particules par effet de lubrification par l’eau. Ces ornières et la dégradation de l’état structural de la couche travaillée ont des effets défavorables sur la culture en place et les suivantes par la formation de zones tassées qui font obstacle au développement des racines, mais aussi par la gêne à la circulation des engins pour les travaux culturaux ultérieurs. La dégradation de la structure peut être ressentie pendant plusieurs années dans des sols limoneux peu aptes à se restructurer naturellement. Dans certaines situations, les ornières peuvent aussi constituer des canaux pour l’écoulement des eaux de ruissellement, favorisant l’érosion hydraulique (Ludwig, 2000). Il faut alors faire des façons culturales de réparation coûteuses en énergie et temps de travail. Par ailleurs, en cas d'impossibilité de réaliser les travaux, ceux-ci sont différés avec les risques de pertes de récolte (maïs par exemple) et/ou de perturbation de la culture (« faim d'azote » notamment).

Fig. 5. Ornières et interventions en conditions humides : épandage d’azote en sortie d’hiver (photo G. Trouche).

Une forte humidité rend le sol moins adhérent, entraînant le patinage des roues motrices et créant à faible profondeur une couche de structure feuilletée de faible porosité qui s’opposera par la suite au passage de l’eau, de l’air et des racines.

Fig. 6. Effets d’un pâturage en conditions trop humides (« poinçonnement ») (photos P. Morlon).

Le manque de portance pour les animaux affecte le pâturage. Au printemps, l'excès d'eau retarde la mise à l'herbe du bétail même si la croissance de l'herbe est suffisante pour le pâturage. En conditions humides, les sabots s’enfoncent dans la terre qu’ils malaxent et mélangent à l’herbe, ils y font des trous qui retiennent l’eau (on parle de poinçonnement, fig. 6), avec comme conséquences :

• pour les animaux, des risques de maladie (Mage et al., 1995), de l’inconfort et une diminution de l’appétence pour l’herbe souillée, d’où une baisse de production avec parfois la nécessité de sortir les animaux de la pièce ;
• pour la végétation, la destruction ou l’enterrement partiel, qui compromet la production du cycle suivant et favorise le développement d’espèces moins appétentes, moins productives ou peu résistantes à la sécheresse ;
• pour le sol, la réduction de la perméabilité en raison de la destruction de sa structure, le rendant plus susceptible à un nouveau défoncement, mais aussi la formation à faible profondeur (entre 5 et 10 cm) d’une « semelle » tassée qui limite le développement des racines et l’infiltration de l’eau, accroissant la sensibilité de la prairie à la sécheresse (Perrey, 1981)

La difficulté de travailler le sol ou les mauvais résultats du travail.

Fig. 7. Évolution schématique de l’état mécanique du sol en fonction de l’humidité et des possibilités de travail pour une terre franche (d’après Hénin et al., 1969).

Au delà des effets spectaculaires lorsque le sol est saturé en eau, une intervention mécanique au-delà d’un certain seuil d’humidité dégrade la structure du sol. La destruction des mottes existantes et le réarrangement des composants en ensembles plus compacts ont des conséquences sur la porosité, donc sur la circulation de l’eau, la croissance et le fonctionnement des racines. On parle souvent de gâchage, par analogie avec le travail du plâtrier. L’humidité optimale d’intervention se situe à une valeur moyenne (fig. 7) qui dépend de la texture du sol (Hénin et al., 1969).

Il convient ici de dissocier deux types de porosité : la porosité texturale propre à l'assemblage des particules élémentaires (argile, limons, sable) d'un sol, et la porosité structurale correspondant à l'agencement des mottes et de la terre fine (Monnier, 1973). Des travaux réalisés en conditions excessives d'humidité peuvent réduire la porosité structurale avec effet sur la circulation de l’eau, ou/et altérer la porosité texturale, avec alors des conséquences sur la croissance et le fonctionnement des racines (Tardieu & Manichon, 1987). La dégradation texturale, surtout préjudiciable en sols limoneux, est observable dans le profil cultural par la présence de mottes " delta" dans l'horizon labouré (Manichon, 1982).

Dans la pratique, dans des pièces de grande taille, l’hétérogénéité spatiale du sol peut obliger à des compromis quant au respect de sa structure au moment des interventions culturales.

Fig. 8. Eau libre au dessus de la semelle de labour en période pluvieuse (photo G. Trouche).

Un travail en conditions trop humides fabrique souvent une « semelle de labour », qui réduit fortement le développement des racines et l’infiltration de l’eau en profondeur, créant au fond de la couche travaillée une zone saturée d’eau préjudiciable à la culture (fig. 8). Il s'agit souvent d'effets cumulatifs , résultant de la répétition des passages de pneumatiques en fond de raie de labour, en conditions de sol insuffisamment ressuyé.

Le manque d’oxygène dans le sol

« Rien n'est plus contraire à la végétation, que la trop grande humidité du sol. (…). Je crois que l'effet naturel de l’eau, qui séjourne sur les terres, est d'empêcher l'air d'y pénétrer, & par là de priver la terre de ses influences. » (Home, [1758] 1761, 139-14.).

Les organismes qui vivent dans le sol y respirent, consommant l’oxygène présent. L’eau, lorsqu’elle sature le sol, réduit la quantité d’air, donc d’oxygène, dans la porosité. Elle empêche aussi les échanges gazeux entre le sol et l’atmosphère et donc le remplacement de l’oxygène consommé, car l’oxygène diffuse très mal dans l’eau. L’asphyxie affecte alors les racines des plantes, les micro-organismes - en particulier ceux qui décomposent la matière organique – et les réactions géochimiques propres au sol. Il y a excès d’eau lorsque ce manque d’oxygène a des effets défavorables (immédiats ou à terme) sur les plantes cultivées ou sur le fonctionnement du sol.

L’asphyxie racinaire des plantes cultivées.

Comme tout organe végétal, les racines respirent. Elles le font dans le mélange gazeux du sol, beaucoup plus pauvre en oxygène que l’air atmosphérique – elles sont même capables de respirer dans une eau riche en oxygène. Mais le bon fonctionnement des racines exige une teneur minimale en oxygène d’environ 10 % dans l’air du sol (Duthion & Mingeau, 1976) ; or, la plupart du temps, lorsque l’eau sature le sol, cette teneur n’est pas atteinte.

L’effet de l’excès d’eau sur le rendement dépend de la durée de l’asphyxie et du stade de développement des plantes, mais aussi de la teneur en oxygène de l’eau comme le montrent les cas, certes peu fréquents, où celle-ci, bien chargée en oxygène, se renouvelle – ce qu’avait noté Liebig : « Les irrigations annuelles des prairies produisent un effet également favorable pour la culture des plantes fourragères. C'est que l'eau des ruisseaux est chargée d'oxygène ; en se renouvelant incessamment et en pénétrant dans toutes les parties du sol, elle effectue d'une manière rapide et complète la pourriture des excréments qui y sont accumulés. L’eau seule, ne contenant pas d’oxygène en dissolution, ne produit pas cet effet; car si cela était, il faudrait que les prairies couvertes d'eaux stagnantes fussent les plus fertiles, fait démenti par l’expérience » (1841 : 170).

Les besoins en oxygène pour la respiration racinaire dépendent de l’espèce cultivée, du stade de développement et des températures de l’air et du sol. Certaines espèces, telle le colza, sont très sensibles à l’état d’humidité du sol (Hebinger, 2013), d’autres sont plus tolérantes, mais, hormis le cas particulier du riz, les plantes habituellement cultivées dans les régions tempérées sont affectées par l’anoxie.

Fig. 9. Effet de la durée de submersion en avril sur le rendement (d’après Salamin, in Guyon, 1972)

Fig. 10. Effet de la température sur la survie d’une graminée (pâturin annuel) (d’après Beard & Martin, 1970, in : Couvreur et Massé, 1980).

Les valeurs extraites du tableau de Salamin, qui fait la synthèse de résultats expérimentaux hongrois (Guyon, 1972), montrent que l’augmentation de la durée d’une submersion en avril par exemple, accroît la perte de rendement, mais que les prairies et les céréales d’automne sont nettement moins affectées que les céréales de printemps ou la pomme de terre (fig. 9). Un bon développement des racines préalable à la submersion semble être un facteur de résistance à un ennoiement prolongé. Une température élevée au moment de la submersion provoque un accroissement de la mortalité des plantes (fig. 10). Pour la pomme de terre, l’humidité favorise le développement de bactéries qui provoquent des maladies tout au long du cycle de développement puis durant la conservation de la récolte (Gaucher & Helias, 2007 ; Gaucher, 2010).

Le développement de la culture est modifié différemment selon la date de l’ennoiement. Pour une céréale, la levée des graines, le tallage ainsi que le nombre et la fertilité des épis peuvent être plus ou moins affectés avec des conséquences parfois importantes sur le rendement (Masse & Capy, 1988 ; Arvalis, 2014).

Fig. 11. Effet de l’excès d’eau sur la consommation en eau du maïs (d’après Périgaud, 1967)

Des pieds de maïs soumis à l’ennoyage après une croissance en conditions normales absorbent moins d’eau et d’éléments minéraux que ceux implantés en conditions constamment saines (fig. 11) (Périgaud, 1967). L’effet est d’autant plus marqué que les conditions de croissance par ailleurs sont favorables. Ce paradoxe apparent d’un manque d’eau, alors que les racines en disposent à profusion, résulte de la dégénérescence des racines et de l’inaptitude à en produire de nouvelles en conditions d’anoxie (Aschi-Smiti et al., 2003). C’est ainsi que, sur l’Altiplano péruvien, les plantes qui ont souffert d’excès d’eau en saison des pluies sont les premières à mourir lorsque survient la saison sèche (Morlon, 1992 : 275).

Rebière (1996) montre que la saturation en eau du sol réduit la croissance racinaire et affecte globalement le rendement final.

Le fonctionnement biochimique du sol.

Fig. 12. Zone asphyxiée en fond de labour : taches bleutées (photo C. Perrey).

L’anoxie produit dans le sol des mécanismes spécifiques (voir l’article « hydromorphie ») dont certains ont un impact direct en agriculture. L’absence d’oxygène modifie l’activité des micro-organismes. La mauvaise décomposition des fumiers enfouis dans des sols tassés et asphyxiés est un symptôme bien connu, et la zone de sol affectée se caractérise par des couleurs grises, bleutées (fig. 12), accompagnées d’odeurs de pourriture. Les observations de terrain montrent que ces zones ont un effet répulsif sur les racines. Dans la pratique du profil cultural, on parle de "pseudogley" et parfois improprement de « gley de labour ».

Le remplacement des micro-organismes aérobies par des anaérobies modifie les cycles biochimiques dans le sol. La fermentation de la matière organique en milieu anoxique produit du méthane et du gaz carbonique qui contribuent à l’effet de serre (Germon et al., 2009 ; Roger & Le Mer, 2003). Le cycle de l’azote est également perturbé, la saturation favorisant notamment la dénitrification (Cellier et al., 1996 ; Renault et al., 1994).

Un réchauffement du sol plus tardif au printemps.

La chaleur massique de l’eau étant très supérieure à celles des autres constituants (4200 J kg^-1 °K^-1 pour l’eau contre 800 pour un sol sec et 966 pour l’air), un sol est d’autant plus long à se réchauffer en sortie d’hiver qu’il est plus humide. L’expression « terres froides » qualifie souvent ces situations.

En conclusion, l’excès d’eau au niveau de l’exploitation.

Fig. 13. Chaînes des conséquences et inconvénients liés à l’excès d’eau dans les terres agricoles (TSL = Techniques culturales sans labour ; TCS = Techniques culturales simplifiées).

L’excès d’eau limite l’assimilation des éléments nutritifs par les végétaux, accroît les risques de compactage et de battance du sol et réduit la praticabilité; il retarde la préparation des terres et entrave la récolte des cultures automnales : comme schématisé sur la figure 13, il diminue les rendements et gêne l’agriculteur dans la conduite de l’ensemble du système de production de l'exploitation).

Ces contraintes au niveau du système « climat-sol-plante » ont des répercussions variables selon les productions (Papy, 1988). L’excès d’eau restreint le choix des cultures et augmente les coûts de production (Van der Gulik et al., 2000). L’exploitant est fortement contraint dans la gestion du parcellaire, mais aussi dans l’orientation du système de production, limitant parfois les possibilités de son adaptation aux évolutions de l’environnement économique (Michel & Dolbeau, 1981 ; Mériaux, 1987 ; Montier, 1991).

Fig. 14. Végétation d’une prairie souffrant d’excès d’eau (photo G. Trouche).

Dans les systèmes d’élevage, l’excès d’eau handicape la pousse de l’herbe, favorise la présence d’espèces indésirables de valeur fourragère faible à nulle spécifiques des milieux humides (fig. 14). Le pâturage des animaux et, dans certains cas la récolte estivale, peuvent être difficiles en zone d’altitude (Mangin et al., 1998). L’excès d’eau du sol affecte aussi l’état sanitaire du cheptel (Mage 1999).

Pour en savoir plus :

Malgré son ancienneté, le dossier “Conduite des céréales en conditions d’excès d’eau” (Perspectives agricoles, N° 126, juin 1988) reste une bonne référence.

Références citées

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