AGROCLIMATOLOGIE : Comprendre, restaurer et piloter les cycles de l’eau, du carbone et de la fertilité des solsAGROCLIMATOLOGIE : 

BILLAUT Fabrice

LES SOLS VIVANTS ET L’HYDROLOGIE RÉGÉNÉRATIVE

Comprendre, restaurer et piloter les cycles de l’eau, du carbone et de la fertilité des sols

Le traité scientifique et technique des sols vivants, de la pédologie, de la microbiologie, des cycles biogéochimiques, de l’hydrologie régénérative et de la restauration des écosystèmes.

Le sol : une infrastructure vivante au cœur du système climatique

Pendant longtemps, le sol a été considéré essentiellement comme un support.

Un support pour :

  • les cultures ;
  • les arbres ;
  • les pâturages ;
  • les infrastructures ;
  • les paysages.

Cette représentation est pourtant extrêmement réductrice.

Un sol fonctionnel est bien davantage qu’un volume de terre.

C’est un système physique, chimique et biologique complexe, capable de stocker, transformer, filtrer et redistribuer de grandes quantités d’eau et de matière.

Il constitue également l’un des principaux réservoirs terrestres de carbone et abrite une fraction considérable de la biodiversité.

Sous quelques centimètres carrés de surface se trouvent des réseaux de pores, des agrégats minéraux, des racines, des champignons, des bactéries, des arthropodes, des vers de terre et une multitude d’interactions encore imparfaitement décrites.

Le sol n’est donc pas seulement une matière.

C’est un milieu vivant traversé en permanence par des flux d’eau, d’air, d’énergie, de carbone et d’éléments minéraux.

Et c’est précisément cette conception du sol qui constitue le point de départ de l’hydrologie régénérative.

I. LE SOL COMME SYSTÈME HYDROLOGIQUE

Lorsqu’une pluie tombe sur un territoire, elle ne devient pas immédiatement du ruissellement.

Une partie :

  • est interceptée par la végétation ;
  • s’évapore ;
  • s’infiltre ;
  • est stockée dans les pores ;
  • est absorbée par les racines ;
  • circule latéralement ;
  • percole vers les horizons profonds ;
  • recharge éventuellement une nappe.

Le sol constitue donc une interface fondamentale entre l’atmosphère, la végétation et l’hydrosphère.

On peut représenter le système ainsi :

                 ATMOSPHÈRE                     │        pluie ───────┼────── évapotranspiration                     ↓                VÉGÉTATION                     │                     ↓              SURFACE DU SOL                     │          ┌──────────┴──────────┐          ↓                     ↓     INFILTRATION          RUISSELLEMENT          ↓                     ↓     STOCKAGE DU SOL       COURS D'EAU          ↓      PERCOLATION          ↓        NAPPE

Le fonctionnement hydrologique d’un territoire dépend donc en grande partie de la capacité du sol à recevoir, stocker et restituer l’eau.

II. POURQUOI DEUX SOLS VOISINS PEUVENT-ILS ÊTRE RADICALEMENT DIFFÉRENTS ?

Deux parcelles séparées de quelques dizaines de mètres peuvent recevoir exactement la même pluie et pourtant présenter des comportements totalement différents.

L’une peut :

  • infiltrer rapidement ;
  • stocker une grande quantité d’eau ;
  • maintenir une humidité favorable aux plantes ;
  • alimenter progressivement la végétation.

L’autre peut :

  • générer du ruissellement ;
  • se compacter ;
  • sécher rapidement ;
  • former une croûte de battance ;
  • devenir hydrophobe dans certaines conditions ;
  • perdre une partie de son carbone.

Pourquoi ?

Parce que la quantité d’eau disponible ne dépend pas uniquement de la pluie.

Elle dépend également :

  • de la texture ;
  • de la structure ;
  • de la porosité ;
  • de la matière organique ;
  • de la profondeur ;
  • de la compaction ;
  • de l’activité biologique ;
  • des racines ;
  • de la topographie ;
  • du régime hydrologique.

La pluie est une entrée. Le sol est le système de stockage et de transfert.

III. LE SOL COMME « RÉSERVOIR »

L’une des idées centrales de ce tome sera de considérer le sol comme une succession de réservoirs.

        PLUIE          ↓┌─────────────────────┐│ Horizon superficiel  ││ eau + matière org.  │└──────────┬──────────┘           ↓┌─────────────────────┐│ Horizon racinaire    ││ réserve utile        │└──────────┬──────────┘           ↓┌─────────────────────┐│ Horizons profonds    ││ drainage             │└──────────┬──────────┘           ↓          NAPPE

La question fondamentale devient alors :

Comment augmenter la capacité du paysage à transformer une pluie temporaire en réserve durable ?

C’est l’une des grandes questions de l’hydrologie régénérative.

IV. DE L’EAU RAPIDE À L’EAU LENTE

Un territoire dégradé peut favoriser :

pluie → ruissellement → érosion → rivière → crue → perte d’eau.

Un territoire fonctionnel peut davantage favoriser :

pluie → infiltration → stockage → racines → évapotranspiration → recharge.

L’objectif n’est pas de supprimer totalement le ruissellement.

Il est de ralentir, répartir, infiltrer et stocker l’eau lorsque les conditions hydrologiques le permettent, tout en assurant la sécurité hydraulique lors des événements extrêmes.

Cette distinction est fondamentale.

L’hydrologie régénérative n’est pas une simple recherche de « zéro ruissellement ».

Elle consiste à réorganiser les flux d’eau à l’échelle du paysage.

V. LE SOL COMME INFRASTRUCTURE CLIMATIQUE

Le sol possède également une fonction climatique.

Un sol humide peut :

  • stocker de l’énergie ;
  • modifier les flux thermiques ;
  • alimenter la transpiration végétale ;
  • favoriser l’évaporation ;
  • contribuer au refroidissement local.

À l’inverse, un sol sec et nu peut :

  • chauffer fortement ;
  • augmenter les températures de surface ;
  • favoriser les flux de chaleur sensible ;
  • accélérer le dessèchement de la végétation.

On retrouve ici le lien direct avec le génie climatique végétal présenté dans les tomes précédents.

VI. LE SOL ET LE CARBONE

Le sol est également un immense réservoir de carbone.

Le carbone atmosphérique peut être capté par la photosynthèse : CO2​+H2​O+eˊnergie→matieˋre organique+O2​

Une partie de cette biomasse retourne ensuite au sol :

  • feuilles ;
  • racines mortes ;
  • exsudats racinaires ;
  • bois ;
  • organismes morts.

Les microorganismes transforment cette matière.

Une fraction est minéralisée.

Une autre peut être incorporée dans la matière organique du sol.

Une partie du carbone peut ainsi être stabilisée dans différentes fractions du sol.

Le bilan réel dépend toutefois fortement du contexte : climat, texture, drainage, pratiques, profondeur, perturbations et dynamique microbienne.

VII. LE SOL COMME ÉCOSYSTÈME

Un sol vivant contient plusieurs niveaux d’organisation :

MINÉRAUX   ↓AGRÉGATS   ↓MATIÈRE ORGANIQUE   ↓MICROORGANISMES   ↓RACINES   ↓FAUNE DU SOL   ↓RÉSEAUX TROPHIQUES

Ces éléments ne fonctionnent pas séparément.

Ils forment un système d’interactions.

Les racines alimentent les microorganismes.

Les microorganismes transforment la matière organique.

Les organismes du sol créent des galeries.

Les galeries modifient l’infiltration.

L’infiltration influence l’humidité.

L’humidité influence la végétation.

La végétation produit à son tour de nouvelles matières organiques.

Une véritable boucle apparaît :

VÉGÉTATION     ↓CARBONE     ↓SOL VIVANT     ↓STRUCTURE     ↓INFILTRATION     ↓EAU DISPONIBLE     ↓VÉGÉTATION     ↺

VIII. LA MATIÈRE ORGANIQUE COMME INTERFACE

La matière organique constitue l’un des grands pivots du système.

Elle intervient notamment dans :

  • la structure ;
  • la stabilité des agrégats ;
  • la rétention d’eau ;
  • la CEC ;
  • l’activité biologique ;
  • le stockage du carbone ;
  • la disponibilité de certains nutriments.

Mais il faut éviter une simplification fréquente :

« plus de matière organique = toujours plus d’eau disponible ».

La relation dépend de la texture, de la profondeur, de la minéralogie, de la structure et du régime hydrique.

L’objectif n’est donc pas simplement d’ajouter du carbone.

Il faut construire un sol fonctionnel.

IX. LES RACINES : LE RÉSEAU HYDRAULIQUE DU VIVANT

Les racines constituent une infrastructure biologique majeure.

Elles :

  • explorent le sol ;
  • prélèvent de l’eau ;
  • prélèvent des nutriments ;
  • produisent des exsudats ;
  • nourrissent les microorganismes associés ;
  • créent des biopores ;
  • stabilisent les agrégats.

Un sol fortement enraciné peut donc posséder une architecture très différente d’un sol nu et compacté.

La plante ne se contente pas d’utiliser le sol.

Elle contribue à le construire.

X. LES CHAMPIGNONS MYCORHIZIENS

Les mycorhizes constituent une autre interface fondamentale.

Le champignon explore le sol avec son réseau d’hyphes.

En échange de composés carbonés fournis par la plante, il peut contribuer à l’acquisition de :

  • phosphore ;
  • eau ;
  • certains micronutriments.

Les réseaux mycorhiziens peuvent également participer à la structuration et à la stabilité du sol.

Ils constituent ainsi un élément majeur de l’ingénierie biologique des sols.

XI. LES VERS DE TERRE ET LA MACROFAUNE

Les organismes de grande taille jouent également un rôle hydrologique.

Les vers de terre peuvent :

  • créer des galeries ;
  • mélanger certains horizons ;
  • incorporer de la matière organique ;
  • modifier la porosité ;
  • favoriser certaines voies d’infiltration.

La faune du sol devient alors une forme d’ingénierie biologique distribuée.

Au lieu de construire uniquement avec des machines :

on peut également concevoir des conditions permettant au vivant de construire progressivement la structure du sol.

XII. LES CYCLES BIOGÉOCHIMIQUES

Ce tome développera notamment les cycles :

Carbone

CO2​↔matieˋre organique

Azote

N2​→NH4+​→NO3−​

avec les transformations microbiennes associées.

Phosphore

Cycle étroitement lié aux minéraux, à la matière organique et à la biologie.

Soufre

Avec ses formes organiques et minérales et ses transformations selon les conditions redox.

Calcium et magnésium

Importants pour la structure, la nutrition et les propriétés chimiques du sol.

Potassium

Important pour la physiologie végétale et les échanges avec la phase solide.

Ces cycles ne sont pas indépendants.

Ils sont couplés.

XIII. LE SOL COMME RÉACTEUR BIOGÉOCHIMIQUE

Une manière particulièrement intéressante d’aborder le sol consiste à le considérer comme un réacteur biogéochimique ouvert.

Il reçoit :

  • eau ;
  • matière organique ;
  • minéraux ;
  • oxygène ;
  • énergie.

Il transforme ces éléments.

Il les stocke temporairement.

Puis il les restitue.

ENTRÉES  ↓┌──────────────────────┐│       SOL VIVANT     ││                      ││ physique             ││ chimie               ││ microbiologie        ││ racines              ││ faune                 │└──────────┬───────────┘           ↓       SORTIES

Cette approche permettra de relier pédologie, microbiologie et ingénierie.

XIV. HYDROLOGIE RÉGÉNÉRATIVE

L’hydrologie régénérative peut être définie ici comme une approche visant à :

  • ralentir les flux lorsque cela est pertinent ;
  • favoriser l’infiltration ;
  • augmenter les capacités de stockage ;
  • réduire l’érosion ;
  • restaurer les fonctions hydrologiques des sols ;
  • reconnecter les zones humides ;
  • améliorer la résilience des paysages ;
  • maintenir les fonctions écologiques des cours d’eau.

Elle raisonne à plusieurs échelles :

parcelle → exploitation → bassin versant → territoire.

XV. LES PRINCIPAUX OUTILS

Le tome étudiera notamment :

  • couverture permanente des sols ;
  • paillage ;
  • composts ;
  • matières organiques ;
  • cultures intermédiaires ;
  • agroforesterie ;
  • haies ;
  • bandes enherbées ;
  • noues ;
  • fossés végétalisés ;
  • mares ;
  • zones humides ;
  • terrasses ;
  • restauration des cours d’eau ;
  • reconstitution des sols dégradés.

Mais chaque technique sera replacée dans son contexte pédologique, climatique et hydrologique.

Une technique efficace dans un contexte peut être inadaptée dans un autre.

XVI. DE LA PARCELLE AU BASSIN VERSANT

Une erreur fréquente consiste à raisonner uniquement à la parcelle.

Or l’eau circule.

Une parcelle peut :

  • recevoir de l’eau ;
  • la stocker ;
  • en restituer ;
  • provoquer du ruissellement ;
  • recevoir le ruissellement d’une parcelle située en amont.

Il faut donc raisonner en :

bassin versant fonctionnel.

XVII. RESTAURER PLUTÔT QUE SIMPLEMENT AMÉNAGER

La Vision Omakëya™ introduit une différence importante entre :

Aménagement

Ajouter une infrastructure.

Restauration

Rétablir une fonction.

Régénération

Permettre au système de retrouver progressivement des capacités fonctionnelles.

Ainsi, une mare n’est pas seulement un trou rempli d’eau.

Une haie n’est pas seulement une ligne d’arbustes.

Une forêt n’est pas seulement un ensemble d’arbres.

Une zone humide n’est pas simplement une surface humide.

Ce sont des éléments fonctionnels d’un système hydrologique et écologique.

XVIII. PILOTER LE VIVANT

La dernière étape consiste à ne plus considérer la restauration comme une intervention ponctuelle.

Le système doit être :

mesuré,

suivi,

comparé,

adapté.

On retrouve ainsi la boucle développée dans les Tomes 5 et 6 :

DIAGNOSTIC   ↓CONCEPTION   ↓RESTAURATION   ↓MESURE   ↓OBSERVATION   ↓ADAPTATION   ↓NOUVEAU DIAGNOSTIC   ↺

XIX. LE GRAND MODÈLE DU TOME 7

L’ensemble du tome peut être résumé par une chaîne fondamentale :

             CLIMAT                ↓              PLUIE                ↓              SOL        ↙       ↓       ↘      EAU    CARBONE   NUTRIMENTS        ↘       ↓       ↙          MICROBIOLOGIE                ↓             RACINES                ↓           VÉGÉTATION                ↓          BIOMASSE                ↓              SOL                ↺

Au-dessus de cette boucle :

climat

hydrologie

géologie

écologie

agriculture

société

interagissent en permanence.

XX. LA QUESTION CENTRALE DU TOME

Le Tome 7 cherchera finalement à répondre à une question fondamentale :

Comment transformer un sol dégradé, compacté, pauvre en matière organique et soumis à des ruissellements rapides en un système vivant capable de mieux infiltrer, stocker, filtrer et redistribuer l’eau, tout en soutenant la biodiversité, la fertilité et la production ?

Cette question dépasse largement le jardinage.

Elle concerne :

  • l’agriculture ;
  • les forêts ;
  • les villes ;
  • les jardins ;
  • les bassins versants ;
  • les territoires.

XXI. UNE NOUVELLE CONCEPTION DE L’INFRASTRUCTURE

L’ingénierie traditionnelle construit des infrastructures :

  • réservoirs ;
  • canalisations ;
  • bassins ;
  • digues ;
  • réseaux.

L’ingénierie écologique peut également construire avec :

  • racines ;
  • humus ;
  • champignons ;
  • végétation ;
  • zones humides ;
  • sols structurés ;
  • paysages.

L’objectif n’est pas nécessairement de remplacer les infrastructures conventionnelles.

Il s’agit de comprendre où les infrastructures grises restent nécessaires et où les fonctions écologiques peuvent être restaurées ou renforcées.

XXII. LE SOL VIVANT COMME INFRASTRUCTURE DU FUTUR

Le sol peut alors être considéré simultanément comme :

un réservoir d’eau,

un filtre,

un réacteur biologique,

un stock de carbone,

un support de production,

un habitat,

un régulateur thermique,

et une infrastructure hydrologique.

Cette vision constitue le cœur scientifique du Tome 7.

XXIII. POSITIONNEMENT DANS LA COLLECTION AGROCLIMATOLOGIE

Les tomes précédents ont progressivement construit le raisonnement.

Tome 1–4

→ comprendre les sciences fondamentales.

Tome 5

→ apprendre à concevoir des écosystèmes.

Tome 6

→ appliquer la méthode à différentes échelles.

Tome 7

→ revenir au substrat fondamental du système : le sol et l’eau.

Il constitue ainsi une charnière entre :

science fondamentale

et

ingénierie écologique appliquée.

Le changement climatique ne modifie pas seulement les températures.

Il modifie également :

  • les régimes de précipitations ;
  • les sécheresses ;
  • les événements extrêmes ;
  • l’évapotranspiration ;
  • les cycles biologiques ;
  • la disponibilité de l’eau.

Dans ce contexte, la capacité d’un territoire à recevoir, infiltrer, stocker et redistribuer l’eau devient stratégique.

Et cette capacité dépend en grande partie du sol.

Un sol vivant n’est donc pas simplement un sol « fertile ».

C’est un système capable de participer à la régulation de l’eau, du carbone, des nutriments, de la température et de la biodiversité.

C’est pourquoi la Vision Omakëya™ propose de considérer le sol comme une véritable infrastructure écologique fondamentale.

Restaurer le sol, c’est restaurer une partie du cycle de l’eau.
Restaurer le cycle de l’eau, c’est restaurer une partie du fonctionnement du territoire.
Et restaurer le fonctionnement du territoire, c’est augmenter sa capacité à traverser les changements climatiques.

Le Tome 7 sera donc consacré à cette infrastructure invisible.

Celle qui se trouve sous nos pieds.

Celle qui stocke l’eau lorsque la pluie tombe.

Celle qui nourrit les plantes.

Celle qui abrite une biodiversité immense.

Celle qui transforme la matière.

Celle qui stocke du carbone.

Et celle qui, lorsqu’elle est correctement comprise et restaurée, peut devenir l’un des principaux leviers de résilience agroclimatique.

SOL VIVANT → EAU → CARBONE → FERTILITÉ → BIODIVERSITÉ → RÉSILIENCE

C’est cette chaîne que le Tome 7 va explorer, mesurer, modéliser et apprendre à piloter.