Potentiel RedOx et santé de plantes, par Olivier Husson
Intervention tirée de la journée technique
maraîchage & arboriculture : La conservation des sols
et sa biodiversité fonctionnelle
du 23 janvier 2020 à Montpellier.
Introduction
Cette intervention d’Olivier Husson propose une lecture du fonctionnement des systèmes sol-plante à partir du potentiel redox, en complément du pH. L’objectif est d’expliquer, sous un angle original, pourquoi les pratiques d’agriculture de conservation fonctionnent, et pourquoi elles améliorent à la fois la fertilité des sols, la nutrition des plantes et leur santé.
L’idée centrale est que, dans l’analyse agronomique classique, on regarde surtout le pH, c’est-à-dire la disponibilité des protons. Olivier Husson propose d’y ajouter un second axe : le potentiel redox, qui renseigne sur la disponibilité des électrons, donc sur le niveau énergétique du milieu.
Il annonce d’emblée plusieurs analogies pour simplifier la compréhension :
- les systèmes sol-plante sont des systèmes électriques fonctionnant à l’énergie solaire ;
- le carbone du sol peut être vu comme une réserve d’énergie ;
- les couverts végétaux fournissent à la fois de l’énergie et de l’habitat ;
- la structure du sol et les micro-organismes sont les clés de la nutrition et de la santé ;
- la rhizosphère peut être comparée à un tube digestif ;
- la santé des plantes peut être comprise à travers la mise en place de sols suppressifs des maladies ;
- tout cela conduit à une nouvelle philosophie de l’agriculture, fondée sur les feuilles et la photosynthèse.
Le vivant comme système électrique alimenté par le soleil
Olivier Husson reprend une formule attribuée à un prix Nobel de physiologie de 1937 : la vie est un « petit courant électrique entretenu par le soleil ». À partir de là, il propose de considérer le système sol-plante comme un système électrique simple.
Dans cette analogie :
- les feuilles sont les panneaux solaires ;
- le sol est la batterie ;
- le carbone stable du sol représente la capacité de stockage de cette batterie ;
- le carbone labile alimente l’activité biologique et correspond au niveau de charge.
Le potentiel redox permet alors de mesurer cet état de charge, puisqu’il traduit une différence de potentiel liée aux échanges d’électrons.
Il insiste sur un point important : dans cette lecture, une batterie bien chargée correspond à un potentiel redox relativement bas, tandis qu’un potentiel plus élevé traduit une perte d’énergie, donc un milieu plus oxydé.
Mais l’excès inverse pose aussi problème : un milieu trop réduit peut être comparé à un moteur noyé. Il y a beaucoup d’énergie potentielle, mais pas assez d’oxygène pour l’utiliser correctement. L’enjeu agronomique est donc de trouver un équilibre.
Puissance du système, conductivité et rôle des engrais
En poursuivant l’analogie électrique, Olivier Husson relie la production à la notion de puissance, dépendante de la tension et de la résistance.
Dans le sol :
- la tension correspond au potentiel redox ;
- la résistance peut être approchée par l’inverse de la conductivité électrique.
Il explique alors :
- si la conductivité électrique est très faible, comme dans un sol appauvri en éléments minéraux, la puissance produite est faible ;
- si la conductivité est très forte, la production peut être élevée, mais on vide très vite la batterie.
Il formule l’hypothèse que l’agriculture moderne a largement compensé la perte de matière organique et donc de charge de la batterie, par l’apport d’engrais chimiques augmentant la conductivité électrique. Cela a permis de maintenir, voire d’augmenter la production. Mais cette stratégie a un coût : si la batterie du sol n’est pas rechargée par les plantes, le système s’épuise.
Autrement dit, on peut soutenir temporairement la production sans restaurer le fonctionnement du sol, mais cela ne peut pas durer.
La structure du sol comme produit de l’activité biologique
Olivier Husson revient ensuite sur les processus de formation de la structure du sol, dans le prolongement des interventions précédentes.
Il rappelle les grandes étapes :
- altération de la roche-mère en profondeur par les micro-organismes ;
- production d’humus plus en surface ;
- brassage par les vers de terre et toute la faune ingénieure ;
- formation du complexe argilo-humique grâce à des ponts électriques entre argiles et humus ;
- assemblage progressif en microagrégats puis en macroagrégats ;
- stabilisation par les productions microbiennes, les mycorhizes et le chevelu racinaire.
Cette structure donne au sol une double propriété fondamentale :
- stocker l’eau ;
- laisser circuler l’air.
Selon lui, la structure est créée et maintenue par l’activité biologique, elle-même alimentée en énergie par les plantes. Si l’on coupe cette alimentation en énergie, on bloque les processus de structuration. Il en résulte que plus il y a de vie et de structure, plus le sol devient favorable à la vie : c’est un cercle vertueux.
Les gradients redox dans le sol et leur rôle
La structure du sol ne sert pas seulement à l’eau et à l’air. Elle permet aussi la coexistence de différents gradients de charges et de niveaux énergétiques.
Dans un sol bien structuré, on trouve :
- des zones plus aérées ;
- des zones plus réduites ;
- des habitats variés pour des populations microbiennes différentes ;
- des fonctions biologiques diversifiées.
Cette diversité est essentielle. Elle permet d’avoir simultanément des processus biologiques multiples et complémentaires.
À l’inverse :
- un sol qui s’engorge perd rapidement sa circulation d’air et devient asphyxiant ;
- un sol qui se dessèche fortement s’oxyde rapidement.
Olivier Husson relie aussi ces situations aux émissions de gaz à effet de serre :
- le CO2 est associé aux sols très oxydés ;
- le CH4 aux sols très réduits ;
- le N2O aux situations intermédiaires, lorsque nitrification ou dénitrification sont incomplètes.
Il cite deux zones de pics d’émissions de N2O, autour de 0 mV et de 400 mV.
L’effet tampon de la matière organique et de l’activité biologique
L’un des messages importants de l’intervention est que la matière organique, l’activité biologique, les argiles et la structure donnent au sol un effet tampon.
Quand le sol est pauvre en matière organique, peu structuré et biologiquement peu actif :
- les fluctuations de redox sont très rapides ;
- dès qu’il pleut, le sol s’asphyxie ;
- dès qu’il sèche, il s’oxyde très fortement.
Ces variations brutales sont particulièrement défavorables aux plantes.
À l’inverse, un sol riche en matière organique, biologiquement actif et bien structuré subit des fluctuations bien plus faibles pour les mêmes variations climatiques. La plante y est beaucoup plus confortable.
Il cite à ce sujet des travaux récents, notamment une thèse à Toulouse, montrant que la croissance du tournesol est liée au temps passé par le sol dans une zone de potentiel redox favorable, globalement entre 350 et 500 mV.
Ajouter le potentiel redox au pH
Olivier Husson résume alors son approche : il ne s’agit pas de remplacer le pH, mais d’y ajouter le potentiel redox.
- le gain d’électrons correspond à la réduction ;
- la perte d’électrons correspond à l’oxydation.
Le potentiel redox mesure donc la position du système sur cet axe énergétique.
Il critique une vision trop simplifiée de la chimie des sols où le pH serait la variable explicative principale. À ses yeux, les diagrammes classiques de disponibilité des éléments selon le seul pH sont insuffisants.
Exemple du fer : pourquoi le pH seul ne suffit pas
Pour illustrer cela, il prend l’exemple du fer.
Dans les diagrammes usuels fondés sur le seul pH, on conclut souvent qu’en dessous de pH 6, le fer est disponible, et qu’on peut même aller jusqu’à des toxicités à pH 4,5.
Mais si l’on regarde les diagrammes de stabilité intégrant à la fois pH et redox, la réalité est différente : le fer soluble n’existe que dans certaines zones du diagramme. Dans de nombreuses situations, même à pH favorable en apparence, le fer reste sous forme d’oxydes ou d’hydroxydes insolubles.
Ainsi, une plante peut se retrouver en carence en fer même dans une gamme de pH où l’on pensait qu’il ne pouvait pas y avoir de problème.
Face à cela, la plante peut agir de deux manières :
- acidifier la rhizosphère ;
- réduire la rhizosphère.
Il montre que les racines peuvent émettre des composés réducteurs pour solubiliser le fer, ou au contraire acidifier localement le milieu. Ces corrections sont possibles, mais elles ont un coût énergétique pour la plante.
Le raisonnement est valable aussi pour d’autres éléments, comme le manganèse, et plus largement pour les problèmes de carence, de toxicité et même de métaux lourds.
Formes d’azote et effets sur la rhizosphère
L’intervenant aborde ensuite la question des formes d’azote absorbées par les plantes.
Il rappelle que les plantes peuvent absorber :
- du nitrate ;
- de l’ammonium.
Mais ces deux formes n’ont pas les mêmes effets physiologiques.
Une plante nourrie en nitrate a tendance à relarguer des ions qui augmentent le pH de la rhizosphère, tandis qu’une plante nourrie en ammonium a tendance à acidifier fortement son environnement racinaire.
Il cite une expérience sur maïs où, pour une même plante séparée par membrane, la zone alimentée en nitrate dépasse pH 7,5 alors que celle alimentée en ammonium descend sous pH 4,5. Il y a donc plus de trois unités de pH d’écart selon la forme d’azote absorbée.
Cela modifie profondément :
- la solubilité des autres éléments ;
- la nutrition minérale globale ;
- la physiologie de la plante.
Il ajoute que, lorsque les plantes ont réellement le choix, elles absorbent souvent un mélange de formes azotées, et notamment de l’azote organique.
La rhizosphère comme tube digestif
Une autre analogie forte de l’intervention consiste à comparer la nutrition des plantes à celle des animaux.
Pour un animal, le véritable contact avec l’extérieur se fait par le tube digestif, qui est en quelque sorte un milieu extérieur internalisé. Pour la plante, c’est la rhizosphère qui joue ce rôle vis-à-vis du sol.
Dans cette analogie :
- les mouvements de péristaltisme et la mastication chez l’animal correspondent, dans le sol, à l’action de la microfaune et de la macrofaune ;
- la flore du rumen ou la flore intestinale correspondent à la microflore du sol ;
- les villosités intestinales correspondent aux racines, au chevelu racinaire et aux mycorhizes.
Dans les deux cas, l’organisme contrôle activement ce milieu d’échange avec l’extérieur.
À partir de là, Olivier Husson pose plusieurs questions très parlantes :
- aurait-on l’idée de priver durablement le microbiote digestif de nourriture ?
- aurait-on l’idée de le détruire régulièrement ?
- détruirait-on volontairement les villosités intestinales ?
- bloquerait-on les mouvements de péristaltisme ?
Or, selon lui, c’est précisément ce que l’on fait souvent au sol :
- par le labour ;
- par l’absence de plantes ;
- par les pratiques qui détruisent la vie du sol ;
- par les pratiques qui bloquent ou réduisent fortement les dynamiques biologiques.
Potentiel redox et santé des plantes
La partie la plus développée de l’intervention concerne les liens entre pH, redox et santé des plantes.
Olivier Husson explique qu’il est désormais possible de placer différents types de pathogènes et de ravageurs sur un diagramme pH-redox, en fonction des conditions qui favorisent leur développement. Il précise que cela repose sur un très grand nombre de publications scientifiques mises en cohérence.
Champignons, bactéries, oomycètes et virus
Selon ce schéma :
- les champignons nécrotrophes se développent dans certaines zones de pH-redox liées à l’oxydation et à l’acidification ;
- les biotrophes occupent plutôt d’autres zones ;
- les hémibiotrophes se situent entre les deux ;
- les virus se trouvent dans des milieux plus alcalins, comme le phloème ;
- les bactéries pathogènes sont associées à des milieux plus basiques et réduits ;
- les oomycètes se développent dans des conditions réduites, souvent humides et engorgées.
Il cite comme exemples d’oomycètes :
- Pythium ;
- les agents du mildiou ;
- Phytophthora ;
- Plasmopara ;
- Peronospora ;
- Aphanomyces.
Pour la vigne, par exemple, le mildiou est ainsi relié à des conditions de forte pluie, d’engorgement, de zones basses ou de compaction.
Insectes et nématodes
Il indique que les insectes peuvent eux aussi être replacés dans ce cadre :
- les adultes herbivores et détritivores se situent globalement dans certaines zones ;
- les larves et les piqueurs-suceurs, notamment du phloème, se retrouvent dans des milieux plus alcalins et plus oxydés.
Les nématodes se positionnent eux aussi dans ce type de lecture.
Exemple de l’engorgement
Dans un sol engorgé, la plante privée d’oxygène produit de l’alcool, notamment de l’éthanol, ce qui peut attirer certaines formes mobiles d’oomycètes. Cela illustre l’idée que les déséquilibres redox favorisent directement certains bioagresseurs.
Vieillissement des plantes et trajectoires sanitaires
Olivier Husson explique ensuite que le vieillissement normal d’une plante correspond globalement à une acidification et à une oxydation progressives.
Quand tout se passe bien, la plante suit une trajectoire physiologique normale dans le diagramme pH-redox. Mais selon l’état du sol et les stress subis, elle peut être déviée vers des zones favorables à différents types de maladies.
Il distingue notamment :
- les sols aérobiques, bien structurés, riches en matière organique, qui favorisent des situations équilibrées et des sols suppressifs ;
- les sols compactés et engorgés, qui orientent vers les bactéries pathogènes et les oomycètes ;
- les sols très oxydés, pauvres en matière organique, qui favorisent les nécrotrophes.
Il ajoute que les baisses de photosynthèse, liées par exemple :
- au climat,
- aux carences,
- aux métaux lourds,
- au stress hydrique,
- à l’ombrage,
- aux compétitions,
font dériver la plante vers des états de plus en plus favorables aux maladies.
Lecture des pratiques conventionnelles
Selon Olivier Husson, les pratiques conventionnelles sont globalement des pratiques oxydantes :
- labour ;
- absence de couverts ;
- pesticides.
Les fongicides, par exemple, accompagnent une stratégie où la plante cherche à tuer les pathogènes par sur-oxydation, souvent via de l’eau oxygénée. Si la plante manque d’énergie pour les contrôler autrement, elle doit les éliminer par oxydation.
Mais la photosynthèse, elle, agit dans l’autre sens : elle acidifie et réduit.
Il en conclut qu’il existe une tension entre :
- des pratiques agricoles qui poussent vers l’oxydation ;
- le fonctionnement naturel du vivant, porté par la photosynthèse, qui pousse vers la réduction.
Pour lui, la protection agroécologique des cultures consiste précisément à aider les plantes à disposer de suffisamment d’énergie pour éviter que les pathogènes ne se développent, et pour ne pas devenir attractives pour les insectes.
Le matériel agricole et la question de l’oxydation
Il signale aussi que le matériel utilisé en agriculture conventionnelle a souvent été conçu dans une logique compatible avec cette orientation oxydante.
Par exemple :
- les pulvérisateurs à microgouttes ;
- les hautes pressions ;
- les fortes turbulences
favorisent l’oxydation.
Si l’on veut utiliser des molécules antioxydantes, des macérations ou d’autres préparations biologiques, il faut donc aussi repenser :
- les pressions ;
- les buses ;
- les conditions d’application.
Sinon, une partie de l’effet est perdue avant même que le produit atteigne la plante.
Un schéma d’ensemble : sol, plante, nutrition, santé, animaux
Olivier Husson résume son propos sous la forme d’un système où tout est relié :
- le pH-redox du sol influence la nutrition ;
- la nutrition influence la croissance ;
- le niveau pH-redox du sol influence celui de la plante ;
- les plantes modifient à leur tour le pH-redox du sol ;
- les niveaux pH-redox influencent insectes et maladies ;
- les maladies influencent en retour ces niveaux ;
- les pratiques agricoles agissent sur le sol, les plantes et la nutrition ;
- les animaux nourris par ces plantes renvoient à leur tour des effets vers le sol.
L’ensemble est très largement piloté par les micro-organismes, chacun ayant sa propre zone optimale de fonctionnement.
Il mentionne aussi des travaux en nutrition animale, en élevage bovin, ovin ou en aquaculture, montrant des effets importants de cette approche.
Le rôle central des feuilles et de la photosynthèse
Un point majeur de l’intervention est que le moteur du système est la plante, et plus précisément la surface foliaire.
Toute l’énergie du système vient des feuilles. Dès lors :
- enlever les plantes ;
- laisser un sol nu ;
- réduire la surface foliaire
revient à couper l’alimentation énergétique du système.
Il insiste sur le fait qu’un sol nu s’oxyde fortement, alors qu’un sol couvert de plantes tend à se réduire et à se recharger.
Il donne quelques ordres de grandeur de surface foliaire :
- sol nu : 0 ;
- vigne sans couvert : environ 1 à 2 ;
- forêt tempérée : environ 8 ;
- forêt tropicale : jusqu’à 15 m² de feuilles par m² de sol.
Derrière cette comparaison, il veut montrer qu’un système très couvert capte beaucoup plus d’énergie solaire et recharge beaucoup mieux le sol.
Maximiser la photosynthèse : couverts, rotations, mélanges
La conséquence pratique est claire : il faut chercher à maximiser la photosynthèse en permanence.
Cela passe par :
- des couverts végétaux ;
- des rotations ;
- des mélanges de plantes ;
- le maintien d’une forte surface foliaire.
Les mélanges permettent d’augmenter fortement la production. Durant les périodes de transition, il peut aussi être utile d’aider les plantes avec :
- des purins ;
- des pulvérisations foliaires ;
- des macérations ;
- des biostimulants ;
- des micro-organismes.
Mais il précise bien que ces interventions n’ont de sens que dans une logique de régénération globale du système.
Le carbone du sol comme compte en banque
La fin de l’intervention revient sur l’image du carbone du sol comme compte en banque.
En simplifiant, Olivier Husson explique qu’il faut environ 1 % de carbone pour 10 % d’argile afin d’obtenir une structure correcte et fonctionnelle.
Il imagine alors une courbe où, à gauche, le sol a peu de carbone, et à droite il en a suffisamment.
À gauche :
- on est à découvert ;
- on paie des intérêts ;
- on n’a pas de quoi « sous-traiter » ;
- on ne peut pas faire travailler efficacement bactéries et mycorhizes ;
- tout coûte plus cher à la plante.
À droite :
- le compte est bien rempli ;
- on touche des dividendes ;
- on peut produire beaucoup ;
- on peut faire travailler les micro-organismes ;
- on développe la surface foliaire ;
- on récolte l’énergie gratuite du soleil.
Il souligne que le vrai problème n’est pas tant d’atteindre 2 % de matière organique que de sortir de la zone où le compte est vide. À cela peuvent encore s’ajouter les « huissiers » que sont l’érosion et les pertes diverses.
Quand le sol nourrit les plantes, et quand les plantes nourrissent le sol
Olivier Husson formule une distinction simple :
- à gauche du schéma, c’est le sol qui nourrit les plantes ;
- à droite, ce sont les plantes qui nourrissent le sol.
Quand les plantes nourrissent le sol, elles apportent du carbone, alimentent les micro-organismes, permettent la solubilisation des éléments nutritifs, et enrichissent le système en carbone comme en éléments minéraux.
Il oppose alors :
- une production agricole sur béquilles ou sous perfusion, dépendante d’intrants et peu durable ;
- une production durable, fondée sur un sol riche, capable de fournir des intérêts sans entamer le capital.
Dans cette vision, les systèmes réellement riches peuvent exporter une part de production sans dégrader le milieu.
Conclusion
Olivier Husson conclut sur plusieurs idées fortes.
D’abord, il inverse une formule souvent entendue : au lieu de dire qu’il faut des sols sains pour avoir des plantes saines, il affirme qu’il faut surtout des sols avec plein de plantes dessus pour construire des sols sains. Ce sont les plantes qui nourrissent les micro-organismes et permettent la fabrication de la structure.
Ensuite, il rappelle qu’aucun outil métallique ne peut recréer la structure complexe produite biologiquement, avec sa microporosité, sa macroporosité, ses gradients et ses fonctions multiples.
Il insiste aussi sur le fait qu’il n’y a pas à chercher un compromis entre :
- productivité et santé ;
- productivité et qualité ;
- productivité et durabilité.
Au contraire, si l’on utilise correctement l’énergie gratuite fournie par le soleil, en maximisant la surface foliaire et le fonctionnement biologique du sol, on peut viser ensemble :
- la productivité ;
- la qualité ;
- la santé ;
- la durabilité.
Enfin, il souligne que la protection agroécologique des cultures ne peut réellement fonctionner que sur des sols régénérés. Remplacer simplement des pesticides conventionnels par quelques produits alternatifs sans restaurer le carbone, l’activité biologique et la structure du sol ne donnera que des effets limités.
La transition doit donc être menée rapidement, car passer d’un compte en banque vide à un compte rempli demande du temps, et plus on tarde, plus il devient difficile de reconstituer le capital du sol.
