Racines et microbes dans la gestion de l'eau, par Marc-André Sélosse
Rendez-vous à Elne (66) pour le festival des Rencontres de l'Agroécologie du bassin méditerranéen, organisé par Arbre et paysage 66.
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Vous retrouverez dans cette vidéo une explication des racines et des microbes dans la gestion de l'eau, par Marc-André Sélosse, intervenant lors du festival !
Le sol, c’est l’eau
Marc-André Sélosse rappelle d’abord une idée centrale : le sol, c’est l’eau. Il faut comprendre que, sur les continents, avant l’apparition des sols, les écosystèmes terrestres ne fonctionnaient pas du tout comme aujourd’hui.
Avant les sols, il n’y avait essentiellement que de la roche nue, recouverte par endroits de croûtes microbiennes, des biofilms comparables à ceux que l’on observe aujourd’hui sur certaines falaises ou façades, là où le sol n’arrive pas à s’accrocher. Ces biofilms pouvaient s’épaissir un peu, mais ils étaient facilement emportés par la pluie. Entre deux pluies, il restait donc surtout la roche, avec une mince pellicule microbienne, qui retenait très peu l’eau.
Le changement majeur a eu lieu lorsque les plantes ont colonisé la terre ferme, en association avec des champignons, notamment les ancêtres des champignons mycorhiziens actuels. Ce n’est pas la plante seule qui est sortie de l’eau, mais bien le couple plante-champignon. À partir de là :
- les champignons, aidés par les plantes, ont contribué à attaquer et altérer la roche ;
- des débris organiques se sont accumulés ;
- les racines et les champignons ont retenu ces éléments ;
- le sol est apparu.
Avec le sol apparaît alors un milieu capable de retenir l’eau. Cela accélère encore l’altération des roches, et transforme profondément les milieux terrestres. Le sol devient un espace habitable pour des organismes ayant un fort besoin d’eau.
La sortie de l’eau et la vie dans le sol
Marc-André Sélosse souligne que de nombreux organismes ont pu coloniser les sols parce qu’ils y trouvaient une humidité suffisante.
Certains organismes du sol descendent d’ancêtres qui vivaient à la surface du sol, comme la taupe ou certains insectes, puis se sont secondairement installés dans le sol.
Mais d’autres groupes sont sortis de l’eau presque directement vers le sol, parce que leur organisation ne leur permettait pas de vivre à l’air libre. Il cite en particulier les vers, qui ne peuvent éviter la dessiccation qu’en vivant dans un milieu où l’eau est retenue. Il mentionne aussi de très petits animaux du sol, souvent mal connus du grand public, qui n’ont pas vraiment d’équivalent terrestre vivant à l’air libre.
Le point important est que la vie du sol exige généralement davantage d’eau, ou au moins une atmosphère très humide, que la vie de surface. Il insiste d’ailleurs sur un point pratique : lorsqu’on sort des racines mycorhizées, des animaux ou d’autres échantillons du sol pour les observer, il ne faut pas les laisser trop longtemps à l’air libre, car beaucoup d’organismes du sol ne supportent pas la dessiccation.
Comment les sols ont modifié le cycle de l’eau
L’apparition des sols a profondément transformé le cycle de l’eau sur les continents.
Avant les sols, les paysages ressemblaient à des systèmes de ruissellement très instables, comparables :
- aux écoulements sur une plage à marée basse ;
- ou à des oueds.
L’eau de pluie entraînait les débris minéraux selon la pente, puis ceux-ci se déposaient, étaient repris, et finissaient lentement par rejoindre la mer. Les cours d’eau anciens, fossilisés dans certaines roches, avaient d’ailleurs des lits très changeants, qui se déplaçaient après chaque pluie.
Avec l’apparition des sols, on voit apparaître une sorte de salle d’attente de l’eau :
- les sols retiennent l’eau ;
- ils la relarguent lentement ;
- ils écrêtent les crues ;
- ils soutiennent les étiages entre deux pluies.
Autrement dit, les sols ralentissent les transferts d’eau. Une partie de l’eau est retenue simplement parce qu’elle met du temps à traverser les pores du sol. Mais une autre partie est retenue plus activement.
Marc-André Sélosse souligne ensuite un changement majeur : dans les écosystèmes terrestres avec sol, une grande part de l’eau repart non pas par écoulement, mais par évaporation et surtout par transpiration des végétaux. L’ensemble constitue l’évapotranspiration. Selon les écosystèmes, cela représente environ 40 à 80 % de l’eau, et même jusqu’à 90 % dans certains écosystèmes tropicaux.
Sous les tropiques, cette forte restitution d’eau à l’atmosphère explique notamment les pluies du soir : l’air se refroidit légèrement au coucher du soleil, ce qui provoque la condensation d’une humidité abondamment renvoyée dans l’atmosphère par les sols et la végétation.
Pourquoi les sols retiennent l’eau
Marc-André Sélosse distingue plusieurs mécanismes de rétention de l’eau dans les sols.
L’eau circule lentement dans les pores
Une première raison est simplement que l’eau se déplace dans des espaces poreux où l’écoulement est ralenti. Les pores ne sont pas tous bien connectés, et l’eau peut donc être temporairement retenue pendant son passage.
La matière organique retient l’eau
La seconde raison est la présence de matière organique. Une grande partie de cette matière organique est hydrophile, en particulier de nombreux composés comme les polysaccharides ou la cellulose. Elle a donc une affinité pour l’eau et contribue à sa rétention.
Marc-André Sélosse insiste : un sol avec matière organique retient plus d’eau qu’un sol qui en est dépourvu. La matière organique est donc un facteur important, même si elle n’explique pas tout à elle seule.
Les petits pores sont essentiels
L’autre facteur décisif est la présence de pores de petite taille.
Il distingue :
- les gros pores, qui retiennent peu l’eau mais sont importants pour l’aération ;
- les petits pores, qui sont capables de retenir l’eau.
Pour expliquer cela, il prend l’exemple d’un mouchoir en papier trempé dans du café : le liquide monte dans le papier. Cela tient en partie au caractère hydrophile des fibres, mais surtout à la présence de très petits trous entre les fibres et à l’intérieur même de leur structure. Ces très petits pores peuvent attirer et retenir l’eau, au point de la faire monter contre la gravité.
Les petits pores sont donc essentiels à la rétention de l’eau. Mais les gros pores sont eux aussi utiles, car ils se vident après la pluie et permettent la circulation de l’air.
Les pores doivent être stables
Un pore n’est utile que s’il se maintient dans le temps. Sinon, il s’effondre sous l’effet de la gravité.
Marc-André Sélosse compare cela à l’étayage dans une mine : pour éviter qu’un vide ne s’écroule, il faut le conforter. Dans le sol, ce rôle est en grande partie joué par la matière organique. Celle-ci est collante, poisseuse, et aide à maintenir les éléments ensemble. Elle stabilise ainsi les structures poreuses en empêchant l’effondrement des voûtes au-dessus des vides.
La matière organique a donc un double rôle :
- elle retient directement l’eau ;
- elle stabilise les pores qui permettent cette rétention.
Le sol comme éponge
Le sol est présenté comme une éponge. Certes, une éponge peut sécher, mais elle est capable de stocker de l’eau et de la restituer progressivement. Cette propriété a profondément changé le fonctionnement hydrique des continents.
Marc-André Sélosse évoque à ce sujet des expériences menées par le Cemagref, devenu Irstea puis intégré à l’INRAE. Dans des terrains de marnes très érodés, de type « badlands », des chercheurs ont tenté d’aider la végétation à s’installer, notamment en plantant et en aménageant les surfaces.
En comparant des petits bassins versants végétalisés et d’autres laissés comme témoins, ils ont observé que la végétalisation permettait :
- d’écrêter les crues jusqu’à 90 % ;
- de diminuer la charge solide transportée d’environ 90 %.
Ces résultats montrent combien la présence conjointe de végétation et de sol modifie le régime de l’eau. Sans sol, le fonctionnement hydrologique ne ressemble pas du tout à celui auquel nous sommes habitués aujourd’hui.
D’où viennent les trous du sol ?
Après avoir expliqué l’importance des pores, Marc-André Sélosse pose la question de leur origine.
Les origines minérales
Certains sols peuvent former des pores par leurs propriétés minérales. Il cite par exemple les argiles gonflantes, qui se dilatent puis se rétractent, créant notamment des fentes de dessiccation. Mais il considère que cela reste relativement anecdotique.
Les vers de terre
Les vers de terre viennent immédiatement à l’esprit. Ils fabriquent bien des pores, mais surtout de gros pores, donc de la macroporosité. Ces galeries sont très connectées et retiennent peu l’eau : celle-ci y circule vite.
En revanche, les déjections des vers de terre, leurs « crottes », créent des agrégats moins compacts, avec des pores plus fins et plus intéressants du point de vue de la rétention de l’eau.
Les amibes, grandes oubliées du sol
Marc-André Sélosse insiste sur un groupe trop souvent oublié : les amibes.
Elles jouent pourtant un rôle majeur dans les cycles de la matière. Beaucoup plus grosses que les bactéries, elles se déplacent en se déformant, ingèrent des bactéries et d’autres petites particules, et, ce faisant, déplacent la matière dans le sol.
En avançant, elles écartent des obstacles minuscules et laissent derrière elles :
- un trou ;
- entouré de sécrétions ;
- donc tapissé de matière organique pure.
Ces pores sont de très petite taille, de l’ordre de la centaine de micromètres, donc particulièrement intéressants pour la rétention de l’eau.
Marc-André Sélosse souligne aussi que les amibes sont des acteurs majeurs du cycle de l’azote et, plus largement, du fonctionnement du sol, même si elles sont largement absentes des représentations habituelles de la vie du sol.
Les plantes et les racines
Pour lui, les plantes sont une réponse fondamentale à la question de l’origine des pores.
Les racines fines sont très nombreuses dans le sol. Elles :
- explorent le sol en profondeur et en largeur ;
- libèrent des composés organiques par fuites ou sécrétions ;
- modifient le sol et les communautés microbiennes.
Cette libération de matière organique autour des racines est appelée rhizodéposition. Elle peut représenter jusqu’à 40 % de la photosynthèse, même si les valeurs usuelles sont plutôt de 10 à 20 %.
Ensuite, beaucoup de racines fines meurent. Elles ne deviennent pas toutes des racines épaisses ; seule une partie du système racinaire se pérennise. Les racines fines mortes sont consommées, la matière disparaît, et il reste un trou. Ce trou est souvent assez petit, parfois partiellement effondré, et constitue une porosité intéressante.
Les racines ont donc un double effet :
- elles créent des trous ;
- elles injectent de la matière organique.
Cela explique notamment pourquoi les couverts végétaux ou l’enherbement, par exemple en vigne, peuvent améliorer le stockage de l’eau dans le sol. Il peut y avoir une concurrence pour l’eau à court terme, mais il peut aussi y avoir davantage d’eau stockée au total.
Le labour
Marc-André Sélosse évoque aussi un autre grand producteur de trous : l’être humain, à travers le labour.
Le labour crée bien des trous, mais il le présente comme un exemple de « trou de mauvaise qualité », pour plusieurs raisons :
- ce sont souvent de gros trous, donc peu utiles pour retenir l’eau ;
- ils ne sont pas consolidés par la matière organique ;
- ils s’effondrent rapidement.
Il faut donc recommencer régulièrement. Selon lui, cela peut conduire à une forme de dépendance technique.
Il nuance toutefois son propos : il n’existe pas de règle générale valable partout en agriculture, et il peut y avoir des cas particuliers où le labour se justifie, au moins transitoirement. Mais, globalement, à long terme, le labour est jugé dangereux, notamment parce qu’il aère le sol, stimule la respiration microbienne, réduit la matière organique, et détruit les structures utiles à la rétention d’eau.
Matière organique, vie du sol et couverts végétaux
À partir de là, Marc-André Sélosse revient à la question pratique : comment augmenter le stock d’eau dans un sol ?
Plusieurs éléments ressortent de son exposé :
- il faut de la matière organique ;
- il faut de la vie dans le sol, car cette vie crée des pores ;
- il faut des couverts végétaux, car ils font des racines, donc des trous, et alimentent le sol en matière organique.
Le message est que le stockage de l’eau dans le sol dépend d’un système vivant. Il ne s’agit pas seulement d’une question physique ou minérale, mais d’une construction biologique continue.
Aller chercher l’eau plus en profondeur
Marc-André Sélosse souligne ensuite qu’augmenter la disponibilité en eau ne consiste pas seulement à mieux stocker l’eau dans les couches superficielles. Il faut aussi penser à élargir le volume de sol exploré.
Cela suppose de combiner différentes formes d’enracinement :
- des plantes annuelles, qui exploitent surtout les couches superficielles ;
- des plantes à enracinement plus profond, comme certains arbustes ou la lavande ;
- des arbres, qui vont chercher encore plus loin.
C’est ici qu’intervient l’intérêt de l’agroforesterie. Les arbres augmentent le volume total de sol exploré. Par leur transpiration, ils modifient aussi le microclimat, et peuvent contribuer à limiter certains effets desséchants, notamment en jouant un rôle d’écran contre le vent et en atténuant les fortes chaleurs estivales.
L’ascenseur hydrique et le rôle des mycorhizes
Marc-André Sélosse termine en évoquant un mécanisme particulièrement important : l’ascenseur hydrique.
Lorsqu’une plante, en particulier un arbre, prélève de l’eau en profondeur, cette eau remonte dans le système racinaire. En traversant des horizons plus secs, une partie de cette eau peut ressortir localement dans le sol.
Cette eau peut alors :
- humidifier les couches supérieures ;
- nourrir les champignons mycorhiziens ;
- être transférée, par les réseaux mycorhiziens, à d’autres plantes, notamment celles enracinées plus superficiellement.
Autrement dit, dans certains cas, les réseaux mycorhiziens participent à redistribuer une eau prélevée en profondeur vers des plantes qui, à un moment donné, n’ont plus accès à l’eau superficielle.
Cela donne une importance supplémentaire au non-labour ou, au moins, à la préservation des réseaux du sol : si l’on laboure, on détruit en partie le réseau mycorhizien, et l’on perd cette possibilité de redistribution de l’eau.
Conclusion
Marc-André Sélosse résume son propos en montrant que :
- le sol est inséparable de l’eau ;
- l’apparition des sols a profondément modifié le cycle de l’eau sur Terre ;
- la rétention d’eau dépend de la matière organique et des pores ;
- ces pores sont produits et stabilisés par la vie du sol, en particulier les racines, les microorganismes, et une partie de la faune ;
- certaines pratiques agricoles, comme les couverts végétaux et l’agroforesterie, peuvent augmenter la disponibilité en eau ;
- à l’inverse, le labour détruit souvent des structures et des réseaux utiles, même s’il peut exister des cas particuliers.
L’ensemble constitue un plaidoyer pour une approche agroécologique du sol, où la gestion de l’eau passe par la vie du sol, la diversité des enracinements et les synergies entre plantes, microbes et champignons.
