Histoires d’humus, 2. De la « théorie de l’humus » à la théorie minérale

De Les Mots de l'agronomie
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Dans un premier article, les différents sens que peut prendre le mot « humus » en agronomie et science du sol a été évoqué, oscillant entre l’humus comme horizon ou succession d’horizons dans le profil de sol, ou encore l’humus comme constituant organique des sols, ce que l’on nomme la « matière organique du sol ». C’est dans ce dernier sens qu’il est utilisé dans ce 2e article.

Auteur : Christian Feller, Denis Angers et Claire Chenu

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Article accepté le 20 février 2023
Article mis en ligne le 20 février 2023


Antécédents

Dès l’Antiquité, les théories sur la nutrition des plantes ont été très diverses (Browne, 1944). C’est finalement celle d’Aristote qui l’emporta, et domina jusqu’à la fin du Moyen Âge : le sol est la source principale des nutriments pour la plante, et sa fertilité est dépendante des quatre qualités : chaud, froid, humide et sec. De nouvelles théories apparaissent au cours des XVIe et XVIIe siècles, celles :

  • des « sels » de Palissy (1580) (voir Feller, 2007) ;
  • des « eaux » de Van Helmont (1652), citée par Home (1761) et Sénebier (1791), voir Boulaine (1989) ;
  • du labour de Tull (1733), discutée par Duhamel du Monceau (1750 & 1762).


La « Théorie de l’humus »

L’idée que la fraction soluble de l’humus pourrait nourrir la plante est apparue à la fin du XVIIIe siècle (Hassenfratz, 1792). Plusieurs auteurs, fondateurs d’approches qui seront ultérieurement formalisées dans le cadre de l’écophysiologie, comme Priestley (1777), Ingen-Housz (1780), Sénebier (1782 et 1783) et de Saussure (1804), l’ont réfutée partiellement en démontrant expérimentalement une origine gazeuse du carbone des végétaux et le rôle de la lumière dans ce qu’on appellera plus tard la photosynthèse. Des débats contradictoires ont eu lieu sur le sujet, mais de nombreux agronomes ont partagé un point de vue intermédiaire, attribuant des fonctions de nutrition des plantes à la fois à la matière organique du sol (MOS) et à l'air. Ce fut notamment le cas de Thaer, qui développa sa « Théorie de l’humus » dans ses Grundsätze der rationellen Landwirthschaft (1809-1812), en français Principes raisonnés d'agriculture (1811-1816).

Les principes de Thaer étaient basés sur deux concepts théoriques de la nutrition des plantes : (1) la majorité de la matière sèche des plantes provient des « sucs nutritifs du sol » contenus dans la fraction soluble dans l’eau chaude de l’humus du sol ; et (2) la demande des plantes en « sucs » est sélective et varie selon l’espèce cultivée, (ce dernier concept, largement répandu à l’époque, était déjà discuté par Duhamel du Monceau 60 ans plus tôt). Par conséquent, la gestion de la fertilité du sol doit être basée sur la gestion de l’équilibre de l'humus du sol ainsi que sur celle des techniques agricoles et de la succession des cultures. L’originalité de Thaer est d’avoir complètement quantifié son système avec un indicateur – le « degré de fertilité » – pour évaluer à la fois la durabilité de la fertilité et de la dimension économique. Basé sur une fausse théorie, il a néanmoins servi de base à la première approche rationnelle et systématique de la fertilisation dans le contexte de pratiques culturales durables (de Wit, 1974 ; Feller et al., 2003). Les travaux de Thaër ont beaucoup influencé la pensée agronomique européenne durant toute la première moitié du XIXe siècle. Une première conclusion est que, jusqu’au milieu du XIXe siècle, la gestion de la MOS occupe une grande place dans l’histoire des doctrines agricoles.


La Théorie minérale de la nutrition des plantes

Cette théorie a été énoncée d’abord par Sprengel (1828) puis par Liebig. Dans son texte fondateur, publié simultanément (1840) en allemand (Die organische Chemie in ihrer Anwendung auf Agrikultur und Physiologie) et en anglais (Organic Chemistry in its Application to Agriculture and Physiology) et l’année suivante (1841) en français (Chimie organique appliquée a la physiologie végétale et à l’agriculture), Liebig a démontré que l’origine de la matière sèche végétale ne provient pas de composés organiques (comme l’affirme la « Théorie de l’humus ») mais seulement de composés minéraux tels CO2, H2O ou des sels solubles du sol. Ce fut le début de la mort scientifique de la théorie de l’humus, et le début de la nécessité de la fertilisation minérale. Une conséquence pratique fut, pour certains, l’idée que la fertilisation organique est beaucoup moins nécessaire si des engrais minéraux sont disponibles, d’autant que l’industrie des engrais chimiques se met en place à la même époque. Ainsi, d’après Boulaine (1992 : 245), suite aux travaux de Lawes, la fabrication des superphosphates commence en Angleterre dès 1843, en Allemagne en 1853, aux États-Unis vers 1865 et en France en 1871. C’est en 1860 que commencent l’exploitation des mines de potasse en Allemagne (Boulaine, 1989 : 276), en 1890 la fabrication du « sulfate d’ammoniaque de récupération des cokeries », en 1907 du nitrate de chaux en Norvège, en 1913 la synthèse de l’ammoniac par le procédé Haber en Allemagne (id. : 276-280).

Concernant la nutrition carbonée des plantes, la théorie minérale est relativement bien accueillie par l’ensemble des savants agronomes de la deuxième moitié du XIXe siècle. Il faut dire que les bases avaient été jetées dès 1804 par Nicolas Théodore de Saussure. Prenons les exemples de Boussingault, Gasparin, Ville, Grandeau, Dehérain.

Boussingault en 1843 publie son Économie rurale. Sur l’absorption du gaz carbonique par les plantes, il décrit très en détail les travaux des prédécesseurs tels Bonnet, Priestley, Ingen-Housz, Sénebier, de Saussure, complétés par ses propres expériences, mais sans mentionner Sprengel et Liebig. Sa conclusion est la suivante : « D’après ce que nous avons vu… nous sommes autorisés à croire que la plus grande partie, sinon la totalité du carbone qui entre dans la constitution des organes des plantes, dérive de l’acide carbonique atmosphérique » (t.1 : 68).

Dans son Cours d’agriculture, au chapitre traitant de la « Consommation alimentaire des plantes », Gasparin (1860) résume ainsi la théorie minérale : « §157. Nous avons vu [§ 84 & 32] que les plantes puisent dans l’atmosphère la plus grande partie de leur carbone et de leur oxygène ; une autre partie de leur oxygène et de leur hydrogène provient probablement de la décomposition de l’eau puisée dans le sol ou absorbée par les feuilles [§ 39] ; leur azote leur est fourni par le sol, excepté les faibles parties d’ammoniaque qu’elles peuvent aspirer dans l’air atmosphérique ; enfin, toutes leurs matières fixes sont aussi puisées dans le sol, si ce n’est quelques poussières répandues dans l’air et dissoutes dans la rosée ». (t. VI : 109).

Toutefois, au chapitre « La terre, source d’aliment pour les plantes », il ne réfute pas totalement l’idée qu’une très faible partie de l’humus (sous forme soluble) puisse pénétrer dans la plante par les racines : « §129. Les expériences de Saussure ont suffisamment prouvé que les racines des plantes absorbaient les solutions d’humus, pour dissiper tous les doutes que l’on avait voulu élever à ce sujet… [mais, ajoute t-il un peu plus loin] Ainsi la plante avait reçu de la terre 0.0015 de son poids, l’atmosphère avait donc dû lui fournir les 0,9985 de son poids ». (t. VI : 89).

Dans son traité agronomique (1879), Grandeau consacre une partie historique importante aux théories agricoles, entre autres celle de Thaer et de Liebig. Il est un fervent défenseur de la théorie minérale, mais la complète avec le rôle indirect des matières organiques dans la nutrition minérale en attribuant un rôle essentiel à l’humus comme facteur de solubilisation et donc d’assimilation par la plante d’éléments minéraux peu solubles naturellement comme le phosphore (Grandeau, 1878). Il crée, en quelque sorte, le concept de « biodisponibilité ». Il recevra et publiera d’ailleurs, la même année, une lettre de soutien de Liebig sur ce sujet (Boulaine & Feller, 1985).

Le Cours de chimie agricole de Dehérain a eu de maintes éditions de 1873 au début du XXe siècle. Comme ses prédécesseurs, il dresse un historique détaillé des travaux sur la nutrition carbonée des végétaux depuis la fin du XVIIIe siècle jusqu’à ses propres travaux. Dans le chapitre II (1873 : 16-46) consacré à l’« Assimilation du carbone par les végétaux », il ne cite pratiquement pas Liebig mais abondamment les travaux de Boussingault. Il est clair qu’il admet la théorie minérale.

Tous ces auteurs consacrent de très nombreuses pages à la description et l’utilisation des « engrais » ou « amendements » organiques, ce qui confirme leur large utilisation dans le monde paysan à cette époque.

Concernant les engrais chimiques, Georges Ville est l’exemple du passionné de leur utilisation, partisan quasi exclusivement de la fertilisation minérale. Il ne se privait pas de critiquer ceux qui n’étaient pas de son avis, tels Grandeau et Boussingault ; il analysera la mauvaise situation économique de la ferme de Boussingault à Pechelbronn (Ville, ca. 1890 : 92-94, 168-169). Boulaine (1992 : 249) le qualifie de « propagandiste zélé des engrais chimiques ». Pour s’en convaincre, il suffit en effet de nommer les titres de quelques-uns de ses ouvrages, publiés souvent à partir de conférences ou d’« entretiens » : Les engrais chimiques. Entretiens agricoles donnés au champ d’expériences de Vincennes (1867-1869), L’école des engrais chimiques (1869), Les engrais chimiques. Conférences de Bruxelles (1874).

Voici la « Deuxième conférence à Bruxelles » rapportée dans Le propriétaire devant sa ferme délaissée (1884 : 33-71). Ville pose la question : Comment l’engrais chimique se rattache au fumier ? La réponse : « le fumier est de l’engrais chimique de mauvaise qualité […] Le fumier c’est le quinquina ; l’engrais chimique, c’est la quinine, le fumier c’est le minerai ; l’engrais chimique, c’est le métal » (pp. 66-67, paragraphe plus ou moins repris de Ville, 1869, chap. 1 : 17).

Cet aperçu des écrits et travaux de ces agronomes de la deuxième moitié du XIXe siècle montre que la question de la nutrition carbonée de la plante, telle que présentée dans la théorie minérale, était bien acceptée dans le monde savant. Ce qui restait en discussion c’était l’origine de l’azote dans la plante (atmosphère, précipitations, sol ?) et les formes de son absorption, qui ne sera définitivement réglée qu’après l’émergence de la microbiologie et son application au fonctionnement du système sol-plante, avec la découverte de la dimension microbienne de la nitrification (Schloesing & Müntz, 1877) et celle de la fixation symbiotique de l’azote par Hellriegel et Wilfahrt (1888)

En même temps, les recherches sur la matière organique des sols commencent à ne plus être centrées uniquement sur la seule nutrition végétale, mais s’intéressent à l’ensemble des fonctions qu’elle exerce sur les propriétés physiques, chimiques et biologiques des sols, ce qui conduit à poser un autre regard sur son importance pour les sols.

Figure 1. La consommation d’engrais (N, P et K) en France entre 1886 et 1984 (d’après Boulaine, 1989 : 95)

Mais qu’en est-il, en milieu paysan, des pratiques de fertilisation en cette deuxième moitié du XIXe siècle en France ? Un indicateur en est la consommation d’engrais chimiques de la fin du XIXe à la fin du XXe siècle (Boulaine, 1989 : 95) (Fig. 1).

Cette consommation n’augmente que très légèrement de la fin du XIXe siècle jusqu’à la première guerre mondiale, à peine plus jusqu’à la 2de, et s’accélère spectaculairement après 1950. Ainsi, jusqu’à la 2de guerre mondiale, la fertilisation du sol en France est encore fortement basée sur les apports organiques et donc l’association agriculture-élevage. Après 1950, on peut faire l’hypothèse que les restitutions organiques au sol ont diminué en sens inverse des apports d’engrais chimiques.

C’est donc essentiellement après la 2de guerre mondiale que l’approche « minéraliste » connaîtra son apogée, conduisant à une augmentation spectaculaire des rendements qui passent de 8-10 qx/ha en 1850 à 12-14 qx/ha avant 1945 pour atteindre 70 q/ha en 1995 et restent à ce niveau jusqu’à nos jours (Académie d’Agriculture, 2020). Le revers de la médaille, par manque de restitutions organiques au sol, est la la diminution de leur stock organique, la dégradation de nombreuses de leurs propriétés qui en résulte, mais aussi les conséquences sur l’environnement avec une dimintion des services (dits « écosystémiques ») que les sols peuvent rendre à l’humanité.

Cette diminution des stocks organiques des sols en France se poursuit encore dans certaines régions (Bretagne, Franche-Comté, sols cultivés des Landes de Gascogne et du piémont pyrénéen) comme le montre la publication du G.I.S.-Sol (2011). Cette diminution est due à plusieurs facteurs, l’un des plus importants étant la diminution des prairies, qui sont l’un des usages des terres permettant une augmentation des stocks de carbone des sols. Rien que de 1988 à 2000, la surface des terres labourables augmente de 17,1 à 18,4 millions d’ha au détriment des pâturages qui passent de 10,2 à 8,3 M ha (Anonyme, 2022).

On sait maintenant que le maintien des stocks organiques des sols, que ce soit localement ou mondialement, est un enjeu essentiel pour lutter contre les changements globaux, entre autres, le changement climatique. La question de l’humus du sol devient donc un sujet majeur dans le cadre des enjeux globaux et des négociations internationales. Sous le vocable de « séquestration de carbone », l’humus revient au-devant de la scène.

Références citées

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