Relay cropping : comment se lancer dans cette technique ?

Avec Sylvain Delzon, Inrae, et Guillaume Depeaux, Agco  

Ces dix dernières années, l’intérêt des couverts d’interculture n’a cessé de croître, qu’ils soient courts (entre deux céréales ou colza/céréale) ou longs (entre une céréale et un tournesol-maïs-soja). Cet essor est au départ lié aux obligations vertes imposées par l’Europe, en lien avec l’adaptation des pratiques agricoles selon les exigences de la directive Nitrates (mise en place de culture intermédiaire piège à nitrates) et plus récemment le développement de l’agriculture de conservation des sols et le verdissement de la PAC (mise en place de SIE, la BCAE 6 – couverture des sols obligatoire depuis 2023 sur toutes les surfaces arables – ou la BCAE 8 – cultures fixant l’azote ou cultures dérobées). Ces cultures intermédiaires permettent de mieux structurer le sol, de maintenir un taux élevé de matière organique, de limiter le lessivage, d’augmenter la biodiversité, de lutter contre les adventices et ainsi de limiter l’utilisation des phytos. Elles peuvent être vues comme contraignantes, notamment les deux dernières années humides durant lesquelles les implantations sont difficiles, et coûteuses car elles ne sont souvent pas récoltées.

Or les besoins de production en cultures secondaires (cultures intermédiaires) vont être grandissants à l’avenir, surtout en raison de la forte demande de production d’énergie défossilisée (carburant et biogaz). La couverture permanente des sols et le stockage de carbone sont aussi une des deux grandes priorités de l’agriculture de demain.

Pour ces deux raisons, il est intéressant (en termes économique et environnemental) de s’intéresser à ce que les Anglo-Saxons appellent le multicropping (culture multiple ou double culture en français) dont la pratique consiste à cultiver deux ou plusieurs cultures sur la même parcelle au cours d’une même année (le dérobé par exemple). Lorsque ces cultures sont en plus cultivées simultanément, on parle de cultures associées qui inclut le relay cropping.

Une deuxième culture dans la première avant récolte

Cette technique consiste à semer une deuxième culture (généralement une culture de printemps) dans la première (généralement une céréale d’hiver) plusieurs mois avant la récolte de celle-ci. La deuxième culture bénéficie donc d’une longueur de saison de croissance plus importante par rapport à une implantation après la moisson (semis en dérobé), favorisant le développement de la biomasse et la quantité de graines produites. Si cette technique permet d’éviter les périodes climatiques non propices à une implantation de cultures de printemps, elle reste difficile à mettre en œuvre et son impact agronomique, environnemental et économique restent encore à quantifier.

Nous réalisons dans ce dossier un bilan des essais en relay cropping conduits en France en partenariat entre l’Inrae, la région Nouvelle-Aquitaine, Agco et plusieurs fermes pilotes. Et identifions les verrous techniques afin d’éviter les échecs lors des semis ou des récoltes et les pistes d’évolution.

Les contraintes techniques du relay cropping

La plus grande difficulté de la technique du relay cropping réside dans l’organisation de la circulation : le calcul des interrangs, des voies et de la largeur des pneumatiques des engins. Il est nécessaire de dessiner en amont les différents choix possibles selon le matériel disponible sur la ferme. Même si l’interrang du semoir monograine peut être modifié (surtout en voie variable), il est recommandé de partir de l’interrang souhaité pour la culture de printemps et de calculer les différents besoins en fonction de celui-ci. Ainsi, si l’on souhaite semer le soja, tournesol, maïs, cameline ou sorgho à 60 cm d’interrang, il faudra utiliser un multiple de 60 pour le semis de la céréale (15 ou 20 cm par exemple). Par opposition, si on ne dispose que d’un semoir à céréale à 12,5 cm, on ne pourra semer la culture de printemps qu’à 50 ou 75 cm.

Semis de la céréale en relay cropping

Les céréales en relay cropping peuvent être semées avec un semoir conventionnel disponible chez les agriculteurs en procédant à quelques adaptations afin de semer deux rangs sur quatre ou un rang sur trois. Plusieurs interrangs ont été testés à ce jour et plusieurs d’entre eux sont réalisables à grande échelle. L’interrang qui paraît actuellement optimal lorsque la culture de printemps est semée à 60 cm (cas le plus fréquent dans le Sud-Ouest de la France) est de 15 cm avec un nombre de rangs pair sur le semoir à céréale en fermant deux rangs sur quatre (mais également de 20 cm en fermant 1 rang sur 3 et un nombre de rangs impair). Ainsi on recommande de semer avec une largeur de 5,1 m avec 34 dents (en réalisant un semis virtuel à 36 dents en 5,4 m au GPS) ou bien un semis en 6 m avec 40 dents avec une dent fermée à chaque extrémité (il existe de nombreux cas possibles avec des interrangs de 12,5 cm mais également 20 cm non abordés ici). La densité de semis en relay cropping recommandée est de 55 % pour l’orge et 65 % pour le blé (augmentation de la densité sur la ligne car seulement 50 % de la surface est emblavée). Un des avantages majeurs de la conduite en relay cropping est la possibilité de désherber mécaniquement les interrangs de céréales en sortie d’hiver. Cela permet de réduire l’utilisation des désherbants de façon drastique, avec un seul désherbage de prélevée effectué au semis de la céréale à l’automne. Il est important de noter qu’un désherbage chimique trop tardif peut entraîner une phytotoxicité importante sur la culture de printemps. 

Semis de la culture de printemps dans la céréale

Le semis de la culture relais est réalisé à la même date que celui de la culture en plein (fin avril/début mai pour le soja). Ainsi le semis de printemps est effectué autour du stade épiaison de la céréale lorsque le port de celle-ci s’est redressé permettant de bien entrevoir l’interrang. Le semis sous couvert de céréale est relativement aisé car la portance du sol est toujours meilleure par rapport à un itinéraire avec travail du sol. Toutefois, deux rangs sont semés derrière les roues du tracteur, ce qui nécessite d’intervenir sur sol bien ressuyé. Un équipement de type semis direct facilite également la réussite du semis derrière les roues du tracteur. Les semis de soja/tournesol à 60 cm d’interrang sont réalisés avec des semoirs monograines sept rangs et une interface hydraulique permettant de décentrer le semoir de 30 cm (voie du tracteur en 1,80 m). On peut noter qu’avec un interrang de 50 cm pour la culture de printemps, le semoir sept rangs n’a pas besoin d’être décalé derrière le tracteur mais la voie de celui-ci doit être de 2 m. Le tracteur doit bien évidemment être équipé d’une monte de pneumatiques étroits.

Adapter la moissonneuse-batteuse ou pas

La récolte de la céréale au début de l’été peut être réalisée sans aucune adaptation de la moissonneuse-batteuse et de sa barre de coupe, dans le cas d’un relay cropping blé/soja ou blé/sorgho. Toutefois, il est possible d’optimiser la récolte grâce à l’installation de patins sur les doigts releveurs de la coupe, permettant de rabaisser le soja pour ne pas l’étêter. Ces patins deviennent quasi indispensables dans le cas de relay cropping orge/soja ou blé/tournesol : dans le premier cas, la récolte des épis d’orge nécessitant une hauteur de coupe plus basse alors que dans le deuxième cas, il est important de ne pas étêter le tournesol pour ne pas compromettre la récolte.

La voie de la moissonneuse-batteuse peut aussi être modifiée afin de limiter le nombre de rangs de soja endommagés lors de la récolte de la céréale. Au cours des essais, les rangs de soja ayant été écrasés par la moissonneuse fin juin-début juillet sont toujours repartis mais avec un retard de maturité d’une semaine. Ce retard de maturité peut engendrer une augmentation de l’impureté lors de la récolte du soja au début de l’automne si la météo ne permet pas d’attendre suffisamment (présence de gousses vertes). Enfin, dans tous les essais, les pailles de blé et de soja ont été broyées lors de la récolte et épandues sur la largeur de la coupe. L’objectif étant d’une part d’éviter le passage d’engins pour récolter ces pailles et d’autre part d’apporter du carbone et couvrir le sol. Les pailles de blé broyées n’ont jamais gêné la croissance du soja.

Bilan agronomique du relay cropping 

Au cours des cinq dernières années, l’Inrae a conduit des essais de relay cropping orge/soja et blé/soja et les a comparés avec des cultures en plein et des cultures en dérobé. Plusieurs dates de semis ont été testées et plusieurs cultures en relay, aussi bien en agriculture conventionnelle qu’en agriculture biologique (semis réalisés entre le 20 avril et le 15 mai). La gestion des adventices a été réalisée en conventionnel par un désherbage en pré-levée sur céréale et un ou deux binages en hiver et par binage uniquement en agriculture biologique. Selon les années, un ou deux fongicides ont été appliqués sur la céréale avant le semis du soja. Le soja en dérobé a ensuite été implanté en semis direct le lendemain de la moisson de la céréale (soit fin juin-début juillet pour le Sud de la France).

Le blé en relay cropping compense

Les résultats au champ montrent globalement une réduction du rendement de la céréale (blé ou orge) en relay cropping de 15 % (soit 1 t/ha) par rapport au semis en plein en agriculture conventionnelle (rendement en plein de 7 t/ha), et de seulement 3 % en agriculture biologique (rendement en plein de 4 t/ha). Le blé en relay cropping a fortement compensé (50 % de la surface semée), notamment en agriculture biologique où celui-ci a atteint des hauteurs importantes. Aucune verse de la céréale n’a été observée au cours des cinq ans d’essais. À noter que la fertilisation azotée en agriculture conventionnelle a été réduite de 40 unités en relay cropping comparée à la modalité blé en plein.

Le rendement du soja en relay cropping vient ensuite s’additionner à la récolte de la céréale et varie de 1,3 à 2,7 tonnes par hectare selon les années. Pour un rendement en soja en plein de 3 tonnes à l’hectare, le rendement du soja en relay cropping est en moyenne réduit de 35 % (soit un rendement de 2 t/ha). Aucune différence de rendement entre les dates de semis au printemps (avril ou mai) n’a été détectée à ce jour. Le rendement de soja est significativement plus élevé dans le blé que dans l’orge, en raison de la forte compétition pour la lumière dans cette dernière. Il est ainsi préconisé d’implanter le soja en relay cropping dans un blé au sud de la France et dans une orge au nord de la France (date de récolte trop tardive en blé). Au cours des essais, il a été nécessaire d’irriguer le soja trois ans sur cinq juste après sa levée lorsque le mois de mai était sec (apport de 15 mm). L’impossibilité d’irriguer lors d’un printemps sec conduit à une mortalité très importante des plantules en raison de la forte compétition de la céréale pour l’eau. Il est ainsi fortement déconseillé d’installer un relay cropping céréale/soja dans une parcelle non irrigable. L’eau est le facteur le plus limitant (avant la lumière) pour une telle association en relai.

Privilégier les variétés de soja I ou 0

Plusieurs variétés de soja ont été testées en relay cropping et les variétés précoces utilisées en dérobé (groupe 000) sont celles qui performent le moins car leur cycle est trop court après la récolte de la céréale (période de récupération). Les variétés de groupe I ou 0 sont ainsi privilégiées. Les variétés de soja les plus résistantes à l’embolie vasculaire (bulles d’air dans les vaisseaux qui conduisent à la déshydratation lors de sécheresse) sont les variétés qui maintiennent un meilleur rendement (en plein ou en relai). Il est donc recommandé de sélectionner des variétés moins sensibles à la sécheresse, mais cela est également vrai pour les cultures en plein. 

Les résultats mettent en évidence un gain de rendement global (céréale + soja ; LER (Land equivalent ratio) = 1,6), et économique (54 %) en relay cropping comparé au semis de blé et orge en plein. La différence entre le développement du soja en relay cropping et en dérobé est très importante quelle que soit l’année d’étude sauf en 2021, année très pluvieuse, et ont conduit à de fortes différences de rendement (le soja en dérobé n’ayant pas pu être récolté en 2023 et 2024 en raison des fortes précipitations automnales, rendement nul). En moyenne, le soja en relay cropping (variété de précocité I) est récolté trois semaines avant le soja en dérobé (variété de précocité 000).

L’anticipation du semis de la seconde récolte est crucial. Malgré les difficultés techniques, cette stratégie doit permettre d’avoir des conditions de semis plus favorables qu’en plein été mais aussi de profiter des jours longs pour faire de la photosynthèse et donc du rendement. C’est certainement aussi le moyen de mieux couvrir le sol, mieux gérer sa température et optimiser la gestion de l’eau. Enfin et dans un contexte climatique chaotique, c’est logiquement le moyen de mieux régulariser la production de grains chaque année sans avoir à implanter un couvert végétal, qui sera toujours un coût supplémentaire.

Le semoir monograine idéal pour le relay cropping

Avant l’implantation de la deuxième culture, ici au printemps, l’agriculteur aura le choix d’intervenir pour des opérations de binage au besoin dans la céréale, à l’automne ou en sortie d’hiver selon le salissement et la préparation du sol avant semis. Tant que la première culture ne ferme pas le rang, ces opérations ne posent pas trop de difficultés en termes de matériel avec des bineuses classiques. La culture de printemps peut ensuite être implantée entre le stade 2 nœuds et épiaison de la céréale, ce qui peut se réaliser aisément avec un semoir monograine adapté.

Les roues d’entraînement du semoir – habituellement placées entre les éléments semeurs, donc sur les rangs de blé, –  doivent pouvoir être alignées avec les éléments semeurs pour circuler entre les rangs de blé sans les écraser. Dans le cas d’une transmission mécanique sur le semoir, cette opération demande des modifications mécaniques parfois assez lourdes ; elle sera plus facile sur un semoir avec distribution électrique. Certains semoirs monograines peuvent aussi être portés par le relevage du tracteur en retirant les roues (sur des largeurs raisonnables de 4 m), ce qui donne encore un avantage aux distributions électriques.

Retarder le semis de la deuxième culture

Afin de limiter la compétition de la première culture – la céréale d’hiver – sur la culture de printemps à mettre en place, il est préférable de limiter cette période de coexistence. Cela est possible en retardant la date de semis de la deuxième culture vers le stade épiaison de la céréale (début mai). On choisira alors un ensemble matériel avec une bonne garde au sol. Cela est possible via une adaptation côté attelage afin de relever le châssis du semoir et, en parallèle, des éléments d’adaptation entre le châssis et les éléments semeurs afin de les redescendre de la même hauteur. Lors de semis tardif dans une céréale développée, la poutre du semoir peut occasionner des casses d’épis qui impactent le rendement de celle-ci.

La largeur théorique de passage entre les rangs de céréales varie de 35 à 45 cm. En réalité, en fonction du tallage de la céréale et de sa capacité à fermer le rang (exemple de l’orge), l’espace libre pour passer entre les rangs est réduit. L’usage de déflecteurs sur les éléments de semis du semoir monograine peut être nécessaire afin d’éviter que trop de tiges de céréales ne viennent s’accrocher, avec un impact final sur le rendement de la céréale. Des roues étroites de tracteur sont nécessaires afin de ne pas écraser la première culture. Le semis en relay cropping s’approche du semis direct, surtout si aucun binage n’a été réalisé en sortie d’hiver. Il faut ainsi prévoir de réouvrir le sol avant les éléments semeurs du semoir monograine via des disques trancheurs ou des disques gaufrés. Des dents fines pourraient convenir mais attention aux larges dents qui pourraient soulever des blocs de terre et déchausser les céréales.

Pouvoir semer à la fois la céréale et la culture relais

À noter qu’un semis à la volée à l’avant du tracteur, avec un passage de bineuse afin d’enfouir une partie des graines, peut convenir pour l’implantation d’un couvert en relay cropping mais ne paraît pas adapté aux grosses graines.

Un certain nombre d’agriculteurs rencontreront des incompatibilités difficiles à négocier entre les configurations de semoir à céréales et semoir monograine, sans compter la partie récolte de la moissonneuse. Le semoir idéal serait celui capable de semer à la fois les céréales comme première culture, mais aussi les grosses graines des cultures de printemps (soja par exemple). Un large choix d’outils adaptables sur cet ensemble permettrait d’effectuer de multiples opérations en modulant les configurations pour répondre aux besoins de chaque agriculteur. Pour l’implantation des deux cultures, automne et printemps, l’idéal serait d’avoir un outil polyvalent permettant la mise en place des deux cultures ainsi que la gestion du désherbage interrang. L’autoguidage du tracteur est conseillé pour améliorer le confort du chauffeur lors du semis de la deuxième culture, pour notamment bien repérer le rang de départ après chaque demi-tour.

Relay cropping : quelles perspectives ?

Sans l’avoir conceptualisé, nous pratiquons déjà des formes de relay cropping : nous pouvons citer les implantations de céréales avec un sous-semis de trèfle ou de luzerne. Cette option ancestrale pour protéger la légumineuse pendant son installation plus lente pose déjà la question de la concurrence précoce. Il faut que la céréale soit suffisamment ajourée pour permettre l’installation (sous densité) et dans le cas de semis relais au printemps, il est crucial que les plantules de la légumineuse puissent se mettre en place et profiter avant la montaison de la céréale. Cette statégie impose une gestion habile de la lumière disponible. Avec du colza associé ou du tournesol, la réussite est plus régulière, sans doute parce que le nombre de plantes au mètre carré au semis est plus faible, laissant espace et opportunité de photosynthèse précoce.

Le semis direct dans un couvert permanent de légumineuses pérennes est une autre forme de relay cropping. Si l’accès à la lumière lors de l’implantation de la céréale à l’automne n’est pas la première difficulté, la bonne gestion de la fertilité disponible à l’installation de la culture est cruciale. Même si le couvert a accumulé dans sa biomasse quantité d’azote, le niveau résiduel peut être ridicule et exige une forte localisation afin d’assurer un démarrage convenable de la céréale, en attendant les apports précoces du printemps et les flux de minéralisation.

Le semis des couverts végétaux avant moisson dans les céréales ou les maïs sont également une forme de relay cropping qui, outre la qualité de l’implantation, montre que la lumière est un facteur déterminant.

Outre permettre une seconde récolte, cette stratégie regroupe de nombreux intérêts qui devraient faciliter la résolution des difficultés de mise en œuvre.

Beaucoup de bénéfices potentiels

C’est le moyen de garder le sol couvert toute l’année et d’éviter le semis d’un couvert, soit déjà une économie pour compenser une partie du surcoût. Avec un climat plus chaotique, c’est certainement une stratégie pour sécuriser la productivité annuelle moyenne des parcelles en capitalisant sur des compensations de rendements. Au-delà du soja qui semble le candidat le plus légitime, cette technique peut sûrement s’adapter au tournesol, toujours compliqué à installer en direct, au sorgho semé légèrement plus tardivement et pourquoi pas au maïs ou d’autres cultures spécifiques d’été. Enfin c’est une ouverture vers une forme de conduite en bandes sur plusieurs cultures successives. On pourrait imaginer qu’un couvert de céréales soit implanté dans les interrangs du soja dès septembre afin de laisser un espace pour revenir avec un maïs au printemps suivant. Il serait même envisageable d’implanter un colza dans ces mêmes interrangs.

Peut-être plus facile à envisager en ABC

Comme la gestion du salissement des interrangs, surtout au printemps et juste avant le semis de la culture d’été est un point critique, le binage apparaît aujourd’hui comme le moyen de désherbage le plus simple, le plus efficace et sans risque de phytotoxicité pour la culture relais. Ainsi cette technique semble appropriée aux approches ABC qui implantent les céréales avec des lignes écartées pour biner et sont généralement équipées de matériels spécifiques. Par ailleurs, les risques de pénalités de rendement sur la céréale sont minimes et son développement réduit n’abritera pas autant la seconde culture qu’en conventionnel. Enfin, et avec un potentiel de prix normalement plus élevé en AB, sans trop de supplément de coût, le relay cropping est certainement le moyen de sécuriser un meilleur chiffre d’affaires à l’hectare.

Il vaut mieux s’inspirer de ce qu’arrivent à faire nos collègues américains plutôt que de les copier puisque notre contexte est différent. L’étude du relay cropping, bien que complexe à mettre en œuvre, peut nous apporter de nombreuses informations agronomiques mais aussi des astuces pour faire évoluer nos pratiques ACS avant que le relay cropping trouve réellement sa place.