Booster les rendements avec la matière organique, Xavier Salducci
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Xavier Salducci est fondateur du laboratoire Célesta-lab spécialisé sur les matières organiques
Introduction
Cette intervention porte sur la matière organique des sols, présentée comme un sujet central pour les cultures, mais aussi comme une notion souvent mal comprise lorsqu’on parle de matière organique libre, liée, stable ou humifiée.
Xavier Salducci, fondateur et responsable du laboratoire Célestalab à Montpellier, propose ici de mieux comprendre le fonctionnement du sol en « disséquant » la matière organique, c’est-à-dire en la séparant en plusieurs compartiments fonctionnels. L’objectif est de montrer qu’on ne peut pas se contenter d’un simple taux de matière organique ou d’un rapport C/N pour diagnostiquer le fonctionnement organique et biologique d’un sol.
L’intervention s’inscrit dans une réflexion plus large sur le lien entre le sol, l’énergie et la santé. La matière organique se situe clairement en amont de cette relation, car elle constitue une source d’énergie pour la vie du sol.
Présentation de Célestalab
Célestalab est à l’origine un laboratoire d’analyses de sols, qui a progressivement élargi son activité afin de proposer une approche plus large du diagnostic des sols à destination des agriculteurs et des conseillers.
La structure repose sur plusieurs pôles :
- un laboratoire d’une quinzaine de personnes ;
- une spécialisation historique, depuis une trentaine d’années, sur les indicateurs organiques et biologiques ;
- un travail important sur la caractérisation des matières organiques entrantes, composts, fumiers et autres produits organiques ;
- un pôle de conseil agronomique, chargé de transformer les résultats analytiques en préconisations concrètes ;
- un pôle de formation, autour du pilotage de la fertilité organique et biologique et du diagnostic des sols ;
- des études à façon, allant d’analyses pointues en laboratoire jusqu’à l’accompagnement d’essais au champ sur les relations sol-plante et le fonctionnement biologique.
Le laboratoire s’appuie également sur une base de données importante, construite depuis environ trente ans avec les mêmes outils, représentant entre 70 000 et 100 000 références d’indicateurs organiques et biologiques. Cette base permet de positionner les valeurs mesurées dans des référentiels nationaux ou locaux.
La matière organique du sol : une grande diversité de natures et de fonctions
La matière organique, d’abord une production de la plante
Avant de parler des fonctions de la matière organique, Xavier Salducci revient à son origine : la matière organique est produite par la plante grâce à la photosynthèse.
La photosynthèse permet de fixer l’énergie solaire et de la transformer en énergie biochimique, stockée dans les liaisons carbone-carbone des sucres, notamment le glucose. La matière organique est donc, fondamentalement, une forme d’énergie stockée.
La matière organique comme énergie
Pour illustrer cette notion, Xavier Salducci propose un ordre de grandeur parlant pour les agriculteurs : une tonne de paille ou une tonne de couvert représente l’équivalent de plus de 400 litres de fioul, soit environ 4 000 kWh.
À l’échelle d’une culture de blé, un blé produisant environ 10 tonnes de matière organique hors grain, entre racines, exsudats, paille et menues pailles, représente plus de 4 000 litres de fioul par hectare.
L’idée centrale est que cette énergie, restituée au sol, permet au sol de fonctionner et de se transformer, exactement comme l’énergie permet à un tracteur de travailler.
Comment la vie du sol récupère cette énergie
L’énergie contenue dans la matière organique est récupérée par les organismes du sol grâce à la respiration, qui est en quelque sorte l’inverse de la photosynthèse. La matière organique est oxydée, « brûlée », et cette respiration produit du CO₂.
Cela permet aussi de comprendre pourquoi la mesure du dégagement de CO₂ d’un sol est un indicateur d’activité biologique : plus un sol dégage de CO₂ dans des conditions standardisées, plus il est actif, et plus il dispose de réserves d’énergie facilement mobilisables.
Les grandes fonctions de la matière organique
Créer de la porosité
La première grande fonction mise en avant est la création de porosité.
Un sol doit être poreux. Cette porosité est largement liée à l’activité de la faune du sol, notamment des lombrics. En se déplaçant pour aller chercher leur nourriture en surface, les vers de terre créent des galeries verticales et horizontales. Cette porosité permet :
- la circulation de l’eau ;
- la circulation de l’air ;
- la pénétration des racines.
Xavier Salducci rappelle que les racines utilisent volontiers les pores déjà présents dans le sol. L’apport d’énergie via la matière organique permet donc, indirectement, de créer un sol plus poreux et plus exploré par les racines.
Créer de l’agrégation et de la cohésion
La porosité seule ne suffit pas, car elle peut être fragile. Il faut aussi créer de la structure, c’est-à-dire de l’agrégation.
Cette agrégation est fortement liée à la transformation de la matière organique par les micro-organismes :
- les bactéries produisent des polysaccharides, véritables colles microbiennes, qui lient entre elles particules minérales et matières organiques ;
- les champignons, par leurs filaments mycéliens, enserrent et stabilisent des assemblages de particules plus grosses.
L’agrégation se crée donc à des échelles très fines, de l’ordre de quelques micromètres, mais elle se traduit ensuite par des structures visibles à l’échelle du sol. Plus les agrégats sont grumeleux et arrondis, plus cela traduit une forte activité biologique.
Les champignons jouent un rôle important dans cette cohésion, notamment dans les sols limoneux et sableux. Xavier Salducci souligne toutefois leur sensibilité au travail du sol, en particulier aux outils rotatifs.
Améliorer l’infiltration et l’enracinement
Les conséquences de cette porosité et de cette structuration sont :
- une meilleure infiltration de l’eau ;
- une meilleure circulation de l’air ;
- un enracinement plus profond et plus efficace ;
- des cultures plus résilientes.
L’idée développée est celle d’un système cohérent, dans lequel l’activité biologique, nourrie par la matière organique, transforme l’état physique du sol, ce qui améliore en retour le fonctionnement des cultures.
Recycler les nutriments
Enfin, la matière organique joue un rôle essentiel dans le recyclage des éléments nutritifs.
Lorsqu’elle se décompose et se minéralise, elle libère notamment :
La matière organique ne nourrit donc pas directement la culture dans un premier temps : elle nourrit d’abord la vie du sol. C’est ensuite cette vie du sol, activée, qui transforme et libère des éléments disponibles pour les plantes.
Les limites des outils classiques d’analyse
Xavier Salducci souligne que, dans la pratique courante, le diagnostic du fonctionnement organique d’un sol repose souvent sur très peu d’indicateurs :
- le pourcentage de matière organique ;
- parfois le rapport carbone/azote.
Or, ces indicateurs sont jugés trop grossiers. Le rapport C/N, en particulier, varie le plus souvent entre 8 et 12 dans la majorité des parcelles, ce qui conduit à des interprétations du type « tout va bien », sans permettre de comprendre :
- si le sol fonctionne réellement bien ;
- s’il dysfonctionne ;
- et surtout pourquoi.
Le C/N peut donc constituer un constat général, mais il ne permet pas un diagnostic fin ni une aide à l’action.
Une vision organo-biologique de la matière organique
Selon Xavier Salducci, il faut passer d’une vision homogène et statique de « la » matière organique à une vision dynamique et hétérogène.
La matière organique du sol est présentée comme un cycle organo-biologique dans lequel interviennent :
- les restitutions fraîches ;
- les matières organiques transitoires en cours de décomposition ;
- la matière organique stabilisée, humifiée ;
- la respiration sous forme de CO₂ ;
- la biomasse microbienne ;
- l’ensemble de la chaîne trophique du sol.
Une grande partie de la matière organique restituée repart rapidement sous forme de CO₂. Ce n’est pas du gaspillage : cela traduit l’activation de la vie du sol, sa multiplication et ses transformations.
Il faut donc considérer la matière organique comme un ensemble de compartiments en mouvement, ayant chacun un rôle différent.
Pourquoi disséquer la matière organique
Dès les années 1970, les chercheurs ont abandonné une lecture uniquement chimique de la matière organique pour adopter des approches compartimentales et fonctionnelles.
L’idée n’est plus seulement de caractériser la nature chimique de la matière organique, mais de la découper en compartiments ayant des fonctions différentes :
- une matière organique plutôt fraîche et nutritive ;
- une matière organique stable ;
- une fraction vivante ;
- une fraction très active et rapidement minéralisable.
Ces outils existent depuis une cinquantaine d’années et sont utilisés par Célestalab depuis environ trente ans.
Les principaux compartiments fonctionnels de la matière organique
La matière organique libre et la matière organique liée
La première séparation consiste à distinguer, par tamisage, le « gros » du « petit », c’est-à-dire :
- la matière organique libre, plus grossière, supérieure à 50 microns ;
- la matière organique liée, plus fine, associée aux argiles et limons fins.
La matière organique libre correspond principalement à des débris végétaux encore reconnaissables, proches des restitutions fraîches. Elle est plutôt énergétique, facilement dégradable.
La matière organique liée est une matière organique beaucoup plus fine, protégée par les particules minérales. Elle correspond à la fraction la plus stable du sol, souvent assimilée à l’humus.
La biomasse microbienne
La deuxième séparation distingue la partie vivante de la partie morte de la matière organique.
La fraction vivante est la biomasse microbienne, composée essentiellement de bactéries et de champignons. Elle est mesurée au laboratoire à l’aide d’une méthode utilisant des vapeurs de chloroforme, qui permet de solubiliser les corps microbiens et de doser leur carbone.
La matière organique active et minéralisable
La troisième approche consiste à distinguer ce qui est « digestible » de ce qui ne l’est pas à court terme.
On mesure ici la fraction de matière organique qui va être consommée dans les mois à venir et partir sous forme de CO₂, ainsi que la part d’azote organique susceptible d’être minéralisée en azote minéral.
Pour cela, les sols sont incubés pendant 28 jours à 28 °C. Ces conditions accélèrent les phénomènes naturels de minéralisation et permettent d’estimer ce qui se passerait au champ sur une période d’environ quatre à six mois.
Les quatre grands compartiments suivis
À partir de ces outils, Célestalab distingue quatre grands compartiments :
- la matière organique libre ;
- la matière organique liée ;
- la biomasse microbienne ;
- la matière organique active, à travers le carbone et l’azote minéralisables.
Ces compartiments sont liés entre eux.
La matière organique fraîche entre principalement dans la fraction libre. Elle est consommée par la biomasse microbienne, qui se développe, transforme cette matière, et produit des métabolites microbiens, ou nécromasse. Une part importante de la matière organique humifiée serait ainsi d’origine microbienne.
Xavier Salducci insiste sur ce point : on sait aujourd’hui que la matière organique humifiée est pour une grande part issue des corps microbiens. Sans biomasse microbienne, la transformation de la matière organique végétale en matière organique stable se fait mal.
Des compartiments qui n’évoluent pas à la même vitesse
L’intérêt majeur de cette approche est que chaque compartiment a une sensibilité et une vitesse de renouvellement différentes :
- la matière organique liée a un âge moyen supérieur à 50 ans ;
- la matière organique libre reflète plutôt une dynamique des 0 à 15 dernières années ;
- la biomasse microbienne a un turnover d’environ un an à un an et demi ;
- la matière organique active renseigne sur les prochains mois.
Cela permet de lire le passé du système cultural, mais aussi son état actuel et sa trajectoire.
Un déficit en matière organique liée ne s’explique pas par les deux ou trois dernières années : il traduit une histoire longue. À l’inverse, une variation de biomasse microbienne permet de détecter plus rapidement une amélioration ou une dégradation du fonctionnement du sol.
Capital carbone et flux de carbone
Xavier Salducci distingue également :
- le capital carbone, principalement représenté par les fractions libre et liée ;
- le flux de carbone, représenté par la biomasse microbienne et les activités de minéralisation.
Le parallèle proposé est celui de la finance : le capital est important, mais les flux, comparables aux intérêts, le sont tout autant. Un gros stock sans activité reste peu valorisé ; un bon fonctionnement suppose donc un équilibre entre capital et flux.
Effet de la texture sur le stockage de matière organique
En s’appuyant sur environ 1 500 analyses issues de systèmes de grande culture, Xavier Salducci montre que la texture du sol influe fortement sur le stockage de matière organique.
Les sols argileux stockent environ deux fois plus de matière organique totale que les sols sableux. Mais lorsque l’on applique le fractionnement, on constate que :
- la matière organique liée suit étroitement les variations de la matière organique totale ;
- la matière organique libre, elle, est beaucoup plus indépendante de la texture.
Cela signifie que le stockage global est très dépendant de l’argile, tandis que la matière organique libre dépend bien davantage des pratiques culturales :
- restitutions ;
- couverts ;
- travail du sol ;
- rotation.
Autrement dit, l’agriculteur agit beaucoup plus directement sur la fraction libre que sur la teneur totale en matière organique.
Effet de la texture sur la biomasse microbienne
Toujours à partir de la même base de données, Xavier Salducci montre que la biomasse microbienne dépend aussi de la texture, mais avec une variabilité importante au sein d’une même classe texturale.
Pour une texture donnée, les écarts peuvent aller du simple au double ou au triple. Cela traduit l’effet des pratiques culturales.
L’intérêt du diagnostic est justement de pouvoir comparer une parcelle à un référentiel correspondant au même type de sol, afin d’identifier ce qui relève de la texture et ce qui relève du système de culture.
Exemple d’essais de longue durée sur la paille
Xavier Salducci présente ensuite des essais de longue durée réalisés au Danemark, comparant des systèmes avec paille brûlée et paille incorporée.
Les résultats montrent que :
- l’effet sur le stock de matière organique totale reste relativement faible, de l’ordre de +9 % ;
- l’effet sur le stock total d’azote est encore plus faible, environ +5 %.
En revanche, lorsqu’on regarde la biomasse microbienne :
- le carbone microbien augmente d’environ 37 % ;
- l’azote contenu dans la biomasse microbienne augmente d’environ 60 %.
Et lorsque l’on mesure l’azote minéralisé, donc la fourniture réelle d’azote pour les cultures, le gain observé est de l’ordre de 40 à 60 %.
Cela suggère que la fourniture annuelle d’azote est fortement liée à la biomasse microbienne, qui sert de réservoir intermédiaire et de vecteur de transfert d’azote d’une année sur l’autre.
Exemple de comparaison entre deux systèmes dans le pays de Caux
Pour finir, Xavier Salducci présente un cas concret sur deux parcelles du pays de Caux, dans des limons profonds comparables.
Un système en culture industrielle
Le premier système est un système de culture industrielle avec pomme de terre, betterave, lin et peu de couverts, environ un tous les cinq ans. Les pailles de blé étaient exportées, dans un contexte globalement très productif mais avec peu de restitutions organiques.
L’analyse montre :
- un manque de matière organique totale ;
- un manque de matière organique libre ;
- une biomasse microbienne faible ;
- des activités de minéralisation faibles.
Le sol n’est pas incohérent : il fonctionne en adéquation avec ses faibles réserves. Mais son potentiel organique et biologique est limité.
Un système basculé vers des pratiques de conservation
La seconde parcelle correspond à un système anciennement similaire, mais ayant évolué pendant une dizaine d’années vers :
- un système plus céréalier ;
- du non-labour, allant parfois jusqu’au semis direct ;
- des couverts beaucoup plus fréquents, environ quatre années sur cinq ;
- le maintien du lin dans la rotation.
Dans ce second cas, tous les compartiments progressent :
- la matière organique totale ;
- la matière organique libre ;
- la biomasse microbienne ;
- la minéralisation du carbone ;
- le potentiel de minéralisation de l’azote.
Le sol apparaît plus équilibré, plus robuste et plus autonome. Le pool d’azote minéralisable passe d’environ 80 kg à environ 110 kg sur les quatre à six mois à venir.
Apport complémentaire de BRF
Dans ce même système, un point faible restait la matière organique libre, jugée encore un peu juste. En discutant avec l’agriculteur, la piste retenue a été l’apport de bois raméal fragmenté (BRF), à hauteur d’environ 6 tonnes.
Cinq ans après cet apport, associé au maintien des couverts et du non-labour, les indicateurs progressent encore, en particulier la matière organique libre. Cela améliore la réserve d’énergie et de nourriture à moyen terme, et donne au système davantage de capacité tampon en cas d’échec de couvert ou de baisse temporaire des restitutions.
Selon Xavier Salducci, le système atteint alors un niveau proche de la saturation pour ce type de sol, ce qui signifie qu’il faut ensuite surtout chercher à entretenir cet état.
Conclusion
Xavier Salducci propose de retenir plusieurs idées principales.
D’abord, la matière organique est avant tout de l’énergie. Sans énergie, le sol peine à fonctionner et à se transformer. Avec de l’énergie, il devient possible d’améliorer sa structure, sa porosité, sa vie biologique et sa fertilité.
Ensuite, il n’existe pas une seule matière organique, mais des matières organiques, avec des fonctions différentes et complémentaires. Une bonne teneur totale en matière organique ne garantit pas à elle seule un bon fonctionnement du sol : encore faut-il que les flux biologiques soient actifs.
La matière organique nourrit d’abord la vie du sol. Si celle-ci dispose de carbone, elle est capable d’aller chercher de l’azote, du phosphore et du soufre, y compris dans des formes plus stables. Ce n’est qu’ensuite que les cultures bénéficient des éléments libérés.
La fraction vivante de la matière organique, bien que quantitativement faible, joue un rôle essentiel. Elle ne représente qu’une petite part du stock total, mais elle commande une grande part du fonctionnement du sol.
Enfin, piloter la matière organique revient à piloter la vie du sol. Pour Xavier Salducci, c’est une des clés majeures de la régénération des sols.
Échanges avec la salle
Sur la rapidité d’évolution de la matière organique liée
Interrogé sur le fait que la matière organique liée semble évoluer assez fortement dans l’exemple présenté alors qu’il évoque un âge moyen de 50 ans, Xavier Salducci précise qu’il s’agit d’un âge moyen. Dans ce compartiment coexistent des matières organiques très anciennes et d’autres plus jeunes.
La matière organique humifiée étant en partie issue des corps microbiens, il existe donc une dynamique continue de renouvellement. Les modèles considèrent souvent une minéralisation de l’ordre de 2 % par an, mais certains phénomènes peuvent être accélérés selon les conditions.
Sur la comparaison entre systèmes de culture
À la question de savoir pourquoi la comparaison a été faite entre un système de culture industrielle et un système plus céréalier avec davantage de couverts, Xavier Salducci reconnaît le caractère un peu caricatural de l’exemple.
Il justifie ce choix par la volonté de montrer qu’il est possible de régénérer un sol lorsqu’on bascule d’un système très peu restituant vers un système plus favorable aux restitutions organiques et à la réduction du travail du sol. Il rappelle aussi qu’il existe une grande diversité de situations intermédiaires, y compris en culture industrielle avec élevage ou avec d’autres stratégies de restitution.
Sur la possibilité de modéliser l’évolution de la matière organique
Interrogé sur la possibilité de modéliser l’évolution du stock de matière organique en fonction des apports de carbone et de la texture du sol, Xavier Salducci indique que des modèles comme AMG le font déjà bien pour la matière organique totale.
En revanche, Célestalab se positionne davantage sur le diagnostic et la compréhension du fonctionnement que sur la modélisation prédictive. L’enjeu est de relier les pratiques aux réactions concrètes du sol, notamment sur les flux de carbone et d’azote à court et moyen terme.
Sur les seuils de normalité
Les seuils présentés dans les graphiques de synthèse reposent sur un positionnement statistique. Ils sont construits à partir de distributions de données, avec des médianes et des classes permettant de situer une parcelle par rapport à un référentiel.
Xavier Salducci précise toutefois qu’un sol « normal » au sens statistique n’est pas forcément un sol fonctionnel. Le diagnostic doit toujours être confronté à l’observation du terrain, au ressenti de l’agriculteur et au comportement des cultures.
Sur l’adaptation locale des références
À la question de la validité des référentiels selon les contextes pédoclimatiques, Xavier Salducci explique que la texture reste le premier facteur explicatif. Ensuite viennent le climat et les effets de terroir.
Les résultats peuvent être positionnés à deux niveaux :
- un niveau national ;
- un niveau local, lorsque suffisamment de données existent pour un type de sol et un contexte donnés.
Sur le pH idéal
Enfin, concernant le pH, Xavier Salducci répond que, dans les systèmes agricoles, le fonctionnement est largement dominé par les bactéries, qui sont à l’aise au-dessus d’un pH de 6,5.
En dessous de 6, certaines fonctions comme la nitrification deviennent plus limitées. Cela peut entraîner des dysfonctionnements, par exemple une accumulation d’azote ammoniacal. Mais il rappelle aussi qu’il existe toujours des microflores adaptées aux conditions locales.
