Teneur en eau des sols : l’impact des couverts d’interculture

Des essais conduits par Arvalis au Magneraud à Saint-Pierre-d’Amilly en Charente-Maritime de 2017 à 2019 puis en 2021 et 2022, ont étudié l’impact de deux facteurs sur l’utilisation de l’eau par un maïs précédé d’un couvert en interculture :

- le type de mulch (sol paillé, couvert détruit au semis du maïs, couvert détruit un mois avant le semis) comparé à un sol nu ;

- le régime hydrique (irrigation, limitante ou compensant l’évapotranspiration, ou pas d’irrigation).

Ces essais sont complétés depuis 2021 par d’autres dans différentes conditions pédoclimatiques de France.

Dans ces essais au champ, « toutes choses égales par ailleurs », il est constaté que les couverts d’interculture et leurs résidus, comparés à un sol travaillé et non couvert, entraînent un déficit hydrique plus important au semis du maïs qui suit ainsi qu’un retard à la levée. Des simulations numériques montrent logiquement que plus le couvert produit de biomasse, plus le déficit hydrique est prononcé, mais des distinctions existent entre plantes, tant en termes de consommation en eau totale que de cinétique de consommation.

Le non-travail du sol et sa couverture ralentissent le rythme de développement du maïs, pouvant conduire à une humidité à la récolte un peu plus élevée. Ce retard n’étant comblé ni à la floraison, ni à la récolte, le contenir permet de préserver le rendement du maïs et l’humidité du grain à la récolte, notamment en adaptant l’itinéraire technique (strip-till éventuel, date de destruction du couvert, date de semis, fertilisation localisée, etc.), comme le font les ACSistes. Par exemple, ce retard est nettement plus faible en semis direct en cas de destruction précoce du couvert, ou encore avec une préparation préalable de la ligne de semis par strip-till en cas de destruction tardive du couvert.

De nombreux bénéfices des couverts en interculture

Pour autant, le couvert en interculture présente bien des bénéfices, notamment la stabilité structurale, qui peuvent motiver les agriculteurs à le détruire le plus tard possible, notamment lorsqu’une production maximale de biomasse ou d’azote par des légumineuses est recherchée. Dans les essais rapportés ici, l’impact notable d’un couvert sur la structure des horizons superficiels est quantifié par des tests bêches, démontrant qu’un couvert semé dans de bonnes conditions permet de préserver, voire d’améliorer, cette structure pendant l’interculture, et même de générer un remarquable futur lit de semences.

De plus, malgré le déficit hydrique causé par le couvert en cas de destruction proche du semis, le pilotage de l’irrigation à l’ETM réalisé dans les essais de 2021-2022 montre que le maïs semé dans un couvert vivant (ici avec une préparation préalable du lit de semences par strip-till) peut nécessiter moins d’irrigation qu’un maïs semé après labour.

Le déficit hydrique causé par le couvert peut même devenir un bénéfice en cas de sortie d’hiver pluvieuse, comme en cette année 2024. Dans de telles conditions, avoir un couvert capable d’absorber beaucoup d’eau pour produire sa biomasse et chercher à compenser les excès de pluviométrie en gardant le couvert vivant plus longtemps est une stratégie qui peut se révéler pertinente.

Le choix de la date de destruction d’un couvert végétal avant une culture de printemps est plus compliqué pour un agriculteur qui ne peut pas avoir recours à l’irrigation. Celui-ci se retrouve donc face à un choix de risque pour placer le curseur le plus juste possible en tenant compte de son RFU ainsi que de la météo la plus probable, et donc de la capacité de recharge. Plutôt que gérer a minima, puisqu’il est impossible de connaître avec certitude la météo qui va suivre, il est possible de pousser le couvert plus loin afin d’accumuler des bénéfices azote, carbone et biologiques importants, quitte à tirer un peu sur l’eau disponible en début de cycle. Ce choix qui, sur une moyenne de saisons sera largement gagnant, n’est possible qu’à condition d’accepter de dépasser les bornes et d’être pénalisé une année de temps en temps. En d’autres termes, c’est profiter des couverts végétaux pour assainir les sols au printemps 2024, sans risque pour la recharge en eau du sol, alors que la même stratégie était plus risquée et certainement pénalisante en 2022.

Mais entrons plus en détail dans les résultats de ces essais.

L’essai du Magneraud de 2017 à 2019

Les sols du Magneraud sont des groies ⁽¹⁾ moyennes sur calcaire marneux. L’eau contenue dans les pierres calcaires est partiellement disponible pour les cultures. Ainsi, sur un mètre de profondeur, le RU maximal est d’environ 150 mm dont 60 % proviennent des cailloux et 40 % de la terre fine. Le RFU maximal est d’environ 90 mm.

Dans cet essai, le semis du maïs a été volontairement retardé à début mai pour toutes les modalités (avec un hybride demi-précoce), au lieu de début avril (hybride demi-tardif) comme il en est de coutume au Magneraud, afin de maximiser la production de biomasse par le couvert d’interculture. Le décalage de la date de semis impacte évidemment le potentiel de rendement du maïs et réduit d’autant les possibilités de recharge hydrique du sol.

La parcelle d’essai n’était précédemment pas conduite en agriculture de conservation des sols (ACS). Le bénéfice apporté par des années d’ACS (structuration et porosité verticale), est donc exclu.

Pour toutes les modalités, le couvert qui précède le maïs est un Chlorofiltre 30 H, composé de seigle multicaule, de vesce commune d’hiver et de trèfle incarnat, semé entre mi et fin septembre au combiné herse rotative-semoir, après déchaumage. La biomasse produite dépend des modalités (différentes dates de destruction).

Pour chaque modalité, des mesures tensiométriques dans le sol ont été effectuées afin de suivre l’évolution de la teneur en eau du sol. Plus le sol se dessèche, plus la tension augmente. Le rendement du maïs grain (à 15 % d’humidité du grain) ainsi que le taux d’humidité du grain à la récolte ont été mesurés en conduite irriguée contrainte (125 mm d’eau) centrée sur la floraison et en conduite pluviale.

L’eau davantage disponible sous les mulchs

Les mesures tensiométriques à 30 cm et à 60 cm de profondeur du sol par modalité en conduite irriguée en 2018 donnent quelques clés de compréhension. Plus la tension est élevée, plus la teneur en eau du sol est faible. En raison du retard de levée du maïs induit par les mulchs, les stades du maïs diffèrent entre modalités à une date donnée. Le stade « 10 feuilles » a été atteint le 12/06 en sol nu, le 15/06 pour le couvert détruit un mois avant le semis et le 20/06 pour le couvert détruit au semis comme pour le sol paillé.

Au démarrage de la culture, la tension légèrement plus élevée à 30 cm de profondeur pour la modalité « couvert détruit au semis » montre qu’en se développant plus longtemps, le couvert a puisé davantage d’eau. Toutefois cette différence se lisse très rapidement au fil du cycle du maïs.

Sur l’ensemble de la campagne, on constate que les tensions sous le sol paillé sont inférieures en tendance aux autres modalités : le paillage épais garderait logiquement le sol plus humide en surface que les mulchs de couvert, eux-mêmes plus protecteurs qu’un sol nu mais consommant de l’eau pour produire le maïs.

Les mulchs retardent la dessication du grain

Comme il n’était pas possible d’adapter la dose d’irrigation à la modalité de couvert dans ce premier essai, il a été décidé de comparer le rendement et l’humidité du grain à la récolte d’un maïs conduit en pluvial ou irrigué avec un volume d’eau limité. Il est difficile de conclure quant à l’effet du mulch sur la productivité par rapport au sol nu, car le bénéfice attendu d’une moindre évaporation se confond avec l’utilisation de l’eau par le couvert précédent, ainsi que le décalage de stade et de développement du maïs.

Les rendements entre les modalités de couverture pour un même régime hydrique sont statistiquement différents en 2017 au profit du sol nu et du sol paillé par rapport au couvert détruit au semis (la modalité « couvert détruit un mois avant le semis » n’a pas été testée). La perte de rendement de la modalité « couvert détruit au semis » tient à un nombre de grains/m² inférieur (87 % du témoin labouré en irrigué, 74 % en pluvial), malgré un peuplement à l’hectare correct (102 % du témoin labouré en irrigué, 97 % en pluvial). En 2018, les rendements de toutes les modalités sont statistiquement équivalents. En 2019, c’est la modalité « couvert détruit un mois avant semis » qui obtient le meilleur rendement en irrigué, tandis que le sol nu est pénalisé en conduite pluviale (la modalité « couvert détruit au semis » n’a pas été testée).

Concernant l’humidité du grain à la récolte, on ne constate pas de différence notable entre modalités en 2019. Par contre, en 2017 et 2018, les maïs grains semés en sols couverts par un couvert roulé ou une paille épaisse ont une humidité à la récolte supérieure à celle obtenue en sol nu. C’est un effet du retard de la levée du maïs observé pour ces modalités, qui a décalé l’intégralité du cycle de la culture.

Le non-travail du sol engendre une plus forte inertie thermique du sol

Nous ne disposions pas de mesures de température du sol dans cet essai mais il est connu que le non-travail du sol engendre une plus forte inertie thermique du sol qui ralentit le rythme de développement du maïs pendant les stades précoces (du semis au stade 6 feuilles) lorsque l’apex est situé sous la surface (voir dossier du TCS n °103 juin-juillet-août 2019, page 23). Le retard pris n’est comblé ni à la floraison, ni à la récolte (humidité du grain). La couverture du sol, même après labour (sol paillé), ralentit le rythme de développement du maïs. Ce retard est nettement plus faible en cas de destruction précoce du couvert.

C’est ainsi que, dans cet essai, la modalité « couvert détruit un mois avant le semis du maïs » est le meilleur compromis : moindre impact sur le réservoir utilisable avant le semis que la modalité « couvert détruit le jour de semis », réchauffement de la ligne de semis voisin de celui de la modalité sol nu (décalage de 2 j, contre 7 j pour les modalités « sol paillé » et « couvert détruit le jour de semis »), moins de gêne à l’implantation, rendement similaire à la modalité labourée de référence, humidité du grain à la récolte à peine plus élevée que la modalité labourée de référence.

Il est difficile de conclure de ces essais à une possible économie d’eau d’irrigation lorsque le sol est couvert. Il est, en effet, complexe d’appréhender ce qui relève de l’effet du couvert de ce qui relève des autres variations d’itinéraire technique. De plus, étant donné la diversité des facteurs qui entrent en jeu dans les services attendus du couvert (climat, sol, type de couvert, etc.), il est difficile d’extrapoler à d’autres situations à partir de ces essais où tous les paramètres étaient identiques hormis la couverture du sol et le régime hydrique. D’autant plus que, lorsque les agriculteurs mettent en place un couvert encore vivant au semis, l’ensemble de l’itinéraire technique est adapté (date de semis, indice de précocité, fertilisation localisée, etc.).

Pour espérer une économie d’eau sans nuire aux performances du maïs, il faut parvenir à un compromis entre le développement d’une biomasse suffisante du couvert - sans qu’elle soit excessive en cas de printemps sec - et une technique d’implantation permettant une levée du maïs et un début de cycle optimaux, ce qui n’était pas le cas dans ce premier essai.

L’essai du Magneraud de 2021 et 2022

Un essai adapté a donc été conduit en 2021 et 2022, où les lignes sont travaillées au strip-till au sein du couvert un mois avant le semis du maïs, et où la conduite irriguée, compensant l’évapotranspiration maximale (ETM), est différenciée pour chaque modalité. Cette technique a pour but d’assurer une levée optimale du maïs à une date de semis plus précoce, tout en maximisant le développement et donc le bénéfice du couvert sur l’inter-rang du maïs. Elle est comparée également à un maïs semé début mai (3 semaines plus tard) dans un couvert plus développé détruit le jour du semis.

Pour toutes les modalités, un couvert composé de seigle fourrager (45 kg/ha), d’avoine rude (10 kg/ha) et de féverole (15 graines/m²), couvre le sol pendant l’interculture.

Le tableau ci-dessous indique, pour chaque année d’essai et chaque modalité, la date de destruction du couvert, la biomasse produite, le déficit hydrique le jour du semis du maïs, les dates des principaux stades du maïs (levée, 10 feuilles, floraison femelle), l’irrigation apportée, l’humidité du grain à la récolte et le rendement du maïs aux normes. La modalité « couvert détruit le jour du semis » (semis retardé en mai) continue à montrer un déficit hydrique accru au semis du maïs. En 2021, détruire le couvert un mois avant le semis du maïs a conduit à un déficit hydrique intermédiaire entre les deux autres modalités.

Pour la modalité « couvert détruit le jour du semis », un tour d’eau a été économisé, et la différence de rendement n’est pas statistiquement significative avec la modalité « sol non couvert ». En revanche, en situation pluviale, le rendement avec cette technique est inférieur au « sol non couvert », possiblement en lien avec un déficit hydrique initial accru.

Avec le déficit hydrique initial accru et le décalage du cycle dû au semis plus tardif, la modalité « couvert détruit un mois avant le semis » a nécessité autant d’irrigation que la modalité « sol non couvert » pour produire un rendement statistiquement inférieur.

Malgré une irrigation pilotée au plus près des besoins des modalités, le bénéfice du mulch reste difficile à déterminer, le changement de techniques culturales et la présence du mulch bousculant également le développement du maïs, la dynamique de l’azote et la température du sol.

Il existe vraisemblablement d’autres facteurs que le stress hydrique qui limitent le rendement dans ces modalités. L’analyse des composantes de rendement indique que la perte de rendement est liée à un moindre nombre de plantes/m².

Les essais conduits de 2017 à 2019 puis en 2021 et 2022 montrent qu’une destruction tardive du couvert peut conduire à un déficit hydrique au semis du maïs. En cas de fin d’hiver sèche et en l’absence d’irrigation, une destruction précoce du couvert serait à privilégier pour préserver le rendement du maïs. Cependant, la météo au printemps avant le semis ne présage jamais de la météo qui suivra ensuite au cours du printemps et de l’été (comme nous l’avons vu en cette année 2024). Le couvert en interculture présente bien des bénéfices (protection du sol, enrichissement en matières organiques, fixation d’azote voire assainissement du sol dans certaines conditions), et le déficit hydrique au semis qu’il cause peut être compensé si l’irrigation est possible.

Le pilotage de l’irrigation à l’ETM pour chaque modalité montre que les modalités avec couverture du sol peuvent nécessiter moins d’irrigation et donc concourent à des économies d’eau comme souvent évoqué. Toutefois, le non-travail du sol et sa couverture ralentissent le rythme de développement du maïs pendant les stades précoces, conduisant à une humidité à la récolte un peu plus élevée. Ce retard est nettement plus faible en cas de destruction précoce du couvert. Ce retard n’étant comblé ni à la floraison, ni à la récolte, le contenir permet de préserver le rendement du maïs et l’humidité du grain à la récolte, notamment en adaptant l’itinéraire technique (date de semis, indice de précocité, fertilisation localisée, date de récolte), comme le font de coutume les ACSistes.

Statut hydrique du sol au printemps

Une simulation numérique a été réalisée pour estimer l’état hydrique du sol au printemps, après des couverts détruits à différentes dates, dans les conditions pédoclimatiques de la plaine caillouteuse de Lyon-Saint-Exupéry (69). Le sol d’alluvion fluvio-glaciaire (gravier) profond présente une infiltration verticale rapide en toute saison. Sur 1,40 m de profondeur, le RU est de 130 mm en maïs (une partie du RU est stockée dans les cailloux). Le RFU est de 76 mm. Comme attendu, cette simulation indique que plus un couvert produit de biomasse, plus il puise dans le RFU, pouvant même l’assécher totalement. C’est un facteur à prendre en compte pour éviter un stress hydrique au semis du maïs qui suit.

Cette simulation montre que, comme pour les cultures, les couverts n’ont pas tous la même consommation en eau ni la même cinétique de consommation. Par exemple, pour produire une même biomasse, un seigle consomme davantage d’eau qu’un trèfle. En 2022, année au printemps sec, un seigle à 5 t MS/ha aurait ainsi consommé 100 % du RFU à destruction au 30 avril, tandis qu’un trèfle ayant produit la même biomasse n’aurait consommé que 64 % du RFU. La simulation n’est pas disponible pour l’année 2024, mais nul doute que dans les conditions très humides de cette année, bienheureux celui qui avait implanté un couvert de seigle… et qui ne l’avait détruit qu’au semis du maïs. Cette simulation confirme le constat qualitatif réalisé au champ par les ACSistes, qu’il faut détruire tôt un couvert un printemps sec, et qu’il peut être opportun de le conserver le plus tard possible en année très humide, et elle donne des éléments quantitatifs. De telles simulations, réalisées pour d’autres couverts hivernaux typiques (féverole par exemple) et pour d’autres contextes pédoclimatiques, constitueraient un outil d’aide à la décision utile pour les agriculteurs.

Les autres essais conduits de 2021 à 2023

Si le couvert végétal peut rendre la gestion de l’eau plus compliquée, il est cependant très utile à de nombreux autres niveaux et il serait peu opportun de s’en passer sous prétexte de manquer hypothétiquement d’eau pour la culture suivante. C’est ainsi que d’autres essais ont cherché à quantifier l’impact des couverts sur la structure du sol, la stabilité structurale, la vitesse d’infiltration de l’eau et le carbone microbien. Ces essais ont été conduits de 2021 à 2023 dans des contextes pédoclimatiques très différents.

Un essai, conduit dans les sols limono-argileux à argileux, hydromorphes (drainés) et battants de Saint-Hilaire-en-Woëvre dans la Meuse, montre l’évolution de la structure de l’horizon superficiel (H1, 0-5 cm, et H2, 5-25 cm) pendant la période hivernale en 2022, en sol nu et avec un couvert (mélange de moutarde et d’avoine).

Au 25 août, la structure est assez bonne, avec environ 70 % de terre fine et de mottes Γ (le solde étant constitué de mottes Δb et Δ).

Au 23 novembre, dans des conditions humides, la structure est très bonne dans le sol nu, avec environ 40 % de terre fine et 60 % de mottes Γ. L’état structural est moins favorable sous le couvert, avec environ 25 % de mottes Γ, 25 % de mottes Δb et 50 % de mottes Δ pour l’horizon H1 (0-5 cm), et environ 50 % de mottes Δb et 50 % de mottes Δ (plus du tout de terre fine et de mottes Γ) pour l’horizon H2 (5-25 cm), en lien avec le semis du couvert et la mise en place de son système racinaire.

En sortie d’hiver, la situation s’est inversée : au 23 mars, on note 80 % de mottes Δb et Δ sous le sol nu pour les horizons H1 et H2, seulement 70 % de mottes Δb et Δ sous le couvert pour l’horizon H2 (5-25 cm)… et plus de 70 % de terre fine et de mottes Γ sous le couvert pour l’horizon H1 (0-5 cm). Ainsi, entre le 23 novembre et le 23 mars, la structure de l’horizon superficiel s’est notablement dégradée sous le sol nu, alors qu’elle s’est améliorée sous le couvert, avec même un remarquable futur lit de semences. Cet essai quantifie une observation faite de longue date par les ACSistes, qu’un couvert semé dans de bonnes conditions permet de préserver, voire d’améliorer la structure du sol pendant l’interculture.

Stabilité structurale : un effet significatif des couverts

Le graphique ci-dessus donne la note de stabilité structurale mesurée par Slake test, en fonction de la biomasse produite par les couverts, dans différentes conditions pédoclimatiques. Les effets sont variables en fonction des sites et des années mais, d’une manière générale, l’augmentation de biomasse produite par un couvert d’interculture conduit à une amélioration significative de la stabilité structurale : la note de Slake test augmente de 0,1 à 0,2 par tonne de matière sèche produite. Indifféremment des plantes dans le couvert et du type de sol, on retrouve certainement ici l’impact des exsudats racinaires mais aussi de l’activité biologique de décomposition qui se multiplie en s’attaquant aux racines et résidus positionnés au sol.

Carbone microbien

Des mesures de biomasse microbienne ont été réalisées en 2021 et 2023 en différents sites, sur témoin sol nu et couverts, sur 0-20 cm de profondeur. Tous les sites répondent de la même manière : l’implantation de couverts végétaux en interculture augmente légèrement mais significativement les teneurs en carbone microbien, indicateur ayant un lien avec la minéralisation et la macro-agrégation.

Les mesures se poursuivent, notamment depuis 2023 avec des mesures de différence de carbone oxydé au permanganate de potassium et d’azote biologiquement minéralisable, entre témoin sol nu et sol couvert.

Vitesse d’infiltration de l’eau dans les sols

Nous devons commenter un résultat donné dans le dossier sur le fonctionnement hydrique des sols en ACS, paru dans TCS n °129. Si en 2020 dans l’essai d’Écardenville-la-Campagne, les couverts avaient tendance à augmenter l’infiltration de l’eau dans le sol, ceci n’a pas été confirmé les années suivantes sur ce site, ni dans les autres sites d’essais. En effet, dans les essais conduits partout en France de 2021 à 2023, le test Beerkan n’a pas permis d’observer de différence significative de vitesse d’infiltration de l’eau dans les sols, qu’ils soient nus ou couverts, du fait de la variabilité de la mesure. Cela ne remet pas en question la meilleure infiltration verticale de l’eau dans les sols en ACS, grâce aux macroporosités (galeries de vers de terre, meilleure continuité de la structure par absence de semelle de labour). Un couvert végétal réglementaire ne suffit pas toujours à améliorer l’organisation du sol, c’est davantage sa composition, la biomasse produite et aussi le recul de la pratique couplée avec une réduction de l’intensité du travail du sol qui apporteront de réels bénéfices.

Guillaume Bodovillé avec Romain Tscheiller d’Arvalis et Frédéric Thomas