Sous-solage

De Les Mots de l'agronomie.

Auteur : Gérard Trouche

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Article accepté le 13 mars 2017
Article mis en ligne le 13 mars 2017


Définition, évolution de la terminologie

Le sous-solage est une opération de travail du sol visant à briser ou ameublir sans retournement une couche compacte du sol à une profondeur supérieure à celle des labours.

Cette définition appelle deux précisions :

  • la couche compacte concernée peut être d'origine naturelle ou anthropique ;
  • l’absence de retournement respecte la superposition des horizons et évite la dilution ou l’enfouissement de la couche de surface riche en matière organique et éléments fertilisants : ce n'est donc pas un labour (très) profond.

Labreuche et al. (2007) définissent le sous-solage comme une opération de travail du sol touchant les horizons situés au-delà du labour, soit à plus de 30 à 40 cm pour les cultures annuelles des régions tempérées, ce qui le différencie du décompactage, qui consiste à travailler, également sans retournement ni mélange, la seule couche arable, celle qui est labourée. Pour ces auteurs, la destruction d’une semelle de labour relève du sous-solage.

Le vocabulaire désignant les opérations de travail du sol destinées à ameublir les sols sous sous l’horizon labouré est divers et, tant de nos jours que dans la littérature (ancienne), d’autres termes sont utilisés : émiettement, griffage (Lefèvre, 1976), éclatement, défoncement... Le défoncement désigne fréquemment une opération profonde de préparation du sol, au-delà de 30 cm, avant l’implantation d’une culture pérenne, verger ou vigne. Il consiste souvent en un labour profond (Hénin et al., 1969 : 194 ; Boulaine, 1971 : 91).

Fig. 1 : Brabant double avec griffes fouilleuses
(Dumont, 1911)

L’article sous-solage du premier Larousse Agricole (1921-22) renvoie à « fouillage », mot qui désigne une opération de travail du sol profonde sans retournement réalisée au moyen d’une sous-soleuse. Il précise que le terme sous-soleuse est réservé aux charrues dont le corps est remplacé par une seule griffe. L’article sur les charrues donne une grille de classification des charrues où, dans la rubrique des « Charrues pour labours spéciaux », figurent les charrues sous-soleuses ou fouilleuses, distinguées des charrues de défoncement.

Fig. 2 : Charrue sous-soleuse
(Dumont, 1911)

Dumont (1911) présente des charrues sous-soleuses équipées de corps à versoir et de griffes déportées ainsi qu’une sous-soleuse (figs. 1, 2 & 3). Dans son traité sur la culture de la betterave à sucre, Malpeaux (1901) préconise l’emploi de la charrue équipée de griffe pour réaliser un approfondissement du labour et passer ainsi de 12-15 cm à 25-30 cm, sans les inconvénients de la remontée en surface de terre stérile. Hénin & Monnier (1956) assimilent le fouillage à un sous-solage superficiel qui consiste à faire suivre le corps de charrue d’une dent qui brise la semelle formée. Hénin & Feodoroff (1958) utilisent le substantif sous-soleuse. Or le terme de charrue sous-soleuse est encore en usage (Min. agric. Canada, 1976 : 38 ; Conseil international de la langue française, 1999). Il semble donc que cette nuance se soit perdue au fil des années et des textes successifs, ou alors, comme c’est souvent le cas en machinisme agricole, la dénomination retenue par des fabricants d’outils s’est imposée dans l’usage courant.

Fig. 3 : Sous-soleuse à une griffe
(Dumont, 1911)

Par ailleurs, le terme sous-solage renvoie à l’ancienne distinction établie par les agronomes entre sol et sous-sol, calée sur la profondeur des labours. La profondeur du sous-solage, déterminée par celle du labour, varie donc selon les cultures, les régions et les époques. Ainsi, pour améliorer la technique traditionnelle du Zaï pratiquée au Burkina-Fasso, l’ameublissement du sol par sous-solage est préconisé à 15 à 18 cm de profondeur (Roose et al., 1993).

Parfois associés, voire confondus, sous-solage et taupage sont deux opérations différentes : la première consiste à fragmenter le sol, l’autre à y mouler une galerie (Hénin & Monnier, 1956 ; Hénin & Feodoroff, 1958).


Pourquoi sous-soler ?

Le sous-solage vise à améliorer l’état structural naturel du sol ou à corriger des états dégradés par les pratiques agricoles.

Dehérain (1892) souligne l’intérêt de l’ameublissement du sol en profondeur pour mieux utiliser l’humidité, sans mélanger les couches profondes stériles avec la terre de surface enrichie par les engrais. Pour Malpeaux (190?) l’ameublissement profond du sol est une condition de réussite de la culture de betterave.

Fig. 4 : Enchaînement schématique des conséquences du tassement et de la compaction des sols sur la plante et le milieu

Dans un sol compact, la porosité est réduite, la pénétration des racines est donc difficile, le transfert et le stockage de l’eau et de l’air sont diminués (Richard, 2012). Le régime hydrique et l’aération, donc les processus biologiques qui se déroulent dans le sol (voir article Excès d’eau), ainsi que le fonctionnement des racines, donc l’exploration du sol, sont altérés (Nawaz et al., 2013). Les conséquences sont défavorables au bon développement des cultures et globalement au rendement (fig. 4).

Certains sols contiennent naturellement des niveaux compacts :

  • horizons tassés profonds à texture plus ou moins argileuse, par exemple les horizons profonds des sols lessivés dégradés (Bouzigues & Favrot, 1984),
  • niveaux durcis, à encroûtement calcaire (Mathieu & Ruellan, 1987), indurés par le fer pour les alios des Landes (France), ou constitués de roches éruptives plus ou moins décomposées (Hénin & Feodoroff, 1958).
Fig. 5 : Les différentes zones tassées dans un sol cultivé

D’autres deviennent compacts à la suite de pratiques agricoles en conditions de forte humidité - labour, passages d’outils et de matériels d’épandage, roulages à la récolte, piétinement des animaux...- car l’agriculteur ne peut pas toujours attendre un bon ressuyage du sol avant toute intervention (Labreuche, 2013). Les zones tassées dans le sol peuvent apparaître à différentes profondeurs (fig 5). La semelle de labour se forme lors des interventions en conditions d’humidité où le sol est déformable sous l’effet de la pression exercée par les roues du tracteur et le soc de la charrue. La porosité et la perméabilité réduites empêchent alors le passage de l’eau et des racines au-delà de la couche de sol labourée.

Au Maroc, Geoffroy (1978) estime qu’un sous-solage accompagné d’un épierrage est indispensable avant irrigation dans les sols présentant une croûte calcaire à moins de 60 cm de profondeur. Il est également préconisé dans ce même pays pour supprimer le tassement du sol qui limite l’implantation des racines après plusieurs années de pratique de l’irrigation (Mathieu 1987a ; Mathieu & Ruellan 1987). En favorisant l’infiltration de l’eau, le sous-solage rentre aussi dans le cadre des techniques destinées à lutter contre l’érosion, comme le montrent Quantin et al. (1993) pour la restauration des sols couverts d’ignimbrites volcaniques indurées « tepetates » au Mexique.

Fig. 6 : Charrue balance utilisée pour les travaux de défonçage viticole en Languedoc (Photo G. Trouche)

Lors de l’implantation de cultures pérennes à enracinement profond, le sous-solage remplace parfois le défoncement traditionnellement réalisé dans certains vergers (Mathieu, 1987b) ou vignobles avec des charrues balances (Caliman 1990 ; Coulouma et al., 2004) (fig 6). Dans le cadre d’opérations de restauration de sols forestiers au Cameroun, Guiscafre (1962) préconise avant plantation un sous-solage à 50 cm de profondeur pour détruire la couche superficielle de granit. En agroforesterie, la pratique du « cernage », qui consiste à réaliser un sous-solage à proximité (1 m) des arbres, limite l’extension des racines des arbres vers la zone exploitée par les racines de la culture. La concurrence entre les deux systèmes est ainsi limitée, et les arbres peuvent aussi mieux résister à la sécheresse car leurs racines se développent en profondeur (Dupraz & Liagre, 2008).


Comment réaliser le sous-solage ?

Si le sous-solage est en général considéré comme utile, les résultats obtenus sont très variables en raison de causes multiples liées aussi bien au sol qu’aux outils et conditions d’exécution (Hénin & Feodoroff, 1958 ; Hénin et al., 1969 : 200 ; Caliman, 1990 ; Gasser et al., 2012). Retard au ressuyage, voire accentuation de l’ennoiement, coût de la traction et de la main d’œuvre non compensés par le surcroît de rendement, et même destruction de réseau de drainage, sont des causes d’échecs tant agronomiques qu’économiques décrites par des agriculteurs.

Établir un diagnostic.

La réussite repose sur une étude préalable destinée à définir l’objectif et les conditions de la réalisation (Weill, 2014). Guidé souvent par l’observation de l’état de la végétation, le diagnostic est basé sur l’examen du profil de sol (Labreuche et al., 2013b), selon par exemple la méthode du profil cultural (Hénin et al., 1969 ; Manichon, 1982) Les observations portent d’abord sur la profondeur et l’épaisseur de la zone compacte. La dureté du sol est évaluée manuellement ou par la plus ou moins grande résistance à l’enfoncement d’un couteau. Des déterminations de densité apparente ou des tests de pénétrométrie (Billot, 1982) peuvent compléter et quantifier les observations. L’implantation et l’état des racines sont des indicateurs pertinents de l’état physique du sol. On examine également la perméabilité des couches plus profondes. Ces indications guident la détermination de la profondeur de travail nécessaire et donc les choix techniques.

Choisir les conditions de sol

Fig. 7 : Relation entre la teneur en eau, la consistance (solide,… liquide) et l’état mécanique (cassant, friable…) du sol, limites d’Atterberg (d’après Hillel, 1980)

Sauf cas extrêmes, texture et structure du matériau sont deux caractéristiques du sol qui, selon Hénin & Feodoroff (1958), ont peu d’influence sur l’aptitude du sol au sous-solage. Par contre, le comportement mécanique, dépendant de l’état hydrique (fig. 5), conditionne l’effet obtenu lors du passage d’un outil et la tenue de la restructuration du sol dans le temps (Concaret, 1981). Une humidité faible garantit un bon fractionnement, mais si le sol est trop sec la demande en traction augmente. Les humidités intermédiaires sont favorables (Guyot et al., 1979). La portance et l’adhérence à la surface du sol sont aussi des éléments à considérer dans le choix du moment de l’intervention. En général, en climat tempéré, les meilleures conditions se rencontrent au début de l’été (Dalleinne, 1977b ; Déroulède et al., 2013). Aux humidités élevées, le sol est plastique et le passage de l’outil de sous-solage ne produit qu’une simple déformation du matériau sans fractionnement, avec des lissages au contact des pièces travaillantes.

Choisir les outils

Les choix techniques qui ont une incidence forte sur la consommation de carburant, donc sur le coût de l’opération, demandent une approche raisonnée. Quel que soit le nom qu’on lui donne (cf supra), le choix de l’outil, qui dépend pratiquement des matériels de travail et de traction disponibles sur l’exploitation, est important tant pour la qualité du résultat obtenu que pour le coût de la réalisation (Lajoux et al., 1999). La solidité de l’outil est un critère important en raison des gros efforts de traction lors du sous-solage, de l’ordre de 50 CV/dent pour une profondeur de travail de 60 cm (Gasser et al., 2012). Mais il est bon de garder une marge de sécurité par rapport à la puissance du tracteur pour éviter les à-coups de relevage qui créent des discontinuités freinant l’écoulement latéral de l’eau gravitaire, ce qui entraîne l’apparition de zones ennoyées à ces niveaux (Concaret, 1981).

Les constructeurs proposent une grande variété d’outils (Annexe 1) qui se caractérisent par une structure robuste supportant une ou plusieurs dents constituées chacune d’un étançon droit ou incliné, terminé par un soc parfois muni d’ailettes. L’espace libre entre les dents (dégagement), qui permet d’éviter les bourrages de terre et de débris végétaux, conditionne la profondeur de passage. Des organes de contrôle de profondeur (roues de jaugeage ou rouleau émotteur) assurent la régularité de la profondeur de travail.

La taille et la forme de l’outil, la vitesse et la profondeur de passage, combinés avec l’état physique et mécanique du sol, sous la dépendance de l’humidité au moment des travaux, déterminent les effets obtenus dans le sol.

Choisir la géométrie des passages d’outil

Au passage de la dent de sous-solage, la terre se soulève en avant et sur les côtés de la dent, puis s’effondre à l’arrière de l’étançon : une compression/détente qui entraîne le fractionnement du sol, provoqué à la fois par la division des mottes, le frottement de la terre sur l’outil, le frottement des mottes entre elles, ainsi que le déplacement de la terre. Il en résulte plusieurs modifications de l’organisation structurale initiale (Rémy & Mathieu, 1972 ; Dalleinne, 1977a ; Weill, 2014). On observe après le passage de l’outil des fendillements obliques, des mottes de tailles diverses plus ou moins divisées, de la terre fine et des vides, cavités et fissures, plus ou moins grands. L’accroissement de la vitesse d’avancement augmente généralement la fissuration.

Fig. 8 : Formes schématiques de profils de sols sous-solés avec différents types de socs (d'après Trouche, 1981)

La zone de sol divisée présente une section transversale en forme de V (fig. 8) dont la pointe correspond au passage de la pointe du soc. L’angle du plan de rupture du sol avec l’étançon, dit angle de dislocation, qui s’observe facilement sur le terrain, dépend à la fois de la géométrie de l’outil et des propriétés physiques et mécaniques du sol au moment de l’intervention (Rémy & Mathieu, 1972). Après le passage d’une dent à soc droit (sans ailettes), le profil de la zone divisée a une forme d’entonnoir (Cote & Dupuis, 1980 ; Coquille & Chopinet, 1984). La « profondeur critique » (Spoor & Godwin. 1978) désigne la profondeur à partir de laquelle le sol subit une déformation plastique sans fracture, réduisant donc le volume de sol divisé tout en consommant de l’énergie pour cette déformation. La présence d’ailettes sur le soc supprime la profondeur critique, et le « V » atteint alors la profondeur de passage de la dent, mais l’effort de traction nécessaire est sensiblement accru (Dampney, 1986).

Fig. 9 : Profil de sol après sous-solage (Perrey, 1981)

Pour fracturer le sol sous la couche labourée sur l’ensemble de la pièce, on fixe l’écartement entre passages en fonction de l’angle du « V » et de la profondeur de travail. L’abaque construit par Rémy & Mathieu (1972) combine l’écartement entre dents (E), l’angle de dislocation du sol (α) et la profondeur (P) (fig 7). Le nombre de dents, l’écartement entre dents et la profondeur de travail conditionnent la puissance de traction nécessaire.


Placer le sous-solage dans le cycle cultural.

En cultures annuelles, le sous-solage se pratique pendant l’interculture, généralement après la récolte des céréales où les conditions de sol sont favorables (Dalleinne, 1977b ; Déroulède et al., 2013). Une modification temporaire de la rotation peut être nécessaire dans le cas de cultures à récolte tardive répétées, comme le maïs, (Concaret, 1981).

En cultures pérennes, les interventions de protection phytosanitaires sont souvent la cause de tassements importants du sol que l’on peut corriger par le sous-solage ; mais réalisé pendant les années de production, celui-ci peut provoquer des traumatismes plus ou moins graves aux racines. On préconise alors l’approfondissement progressif du sous-solage, étalé sur plusieurs années, ou une alternance de l’intervention 1 rang sur 2 chaque année (Guilbault, 2006).

Associer sous-solage et drainage.

Fig. 10 : Représentation schématique des effets du sous-solage sur la végétation en sol drainé à nappe perchée temporaire (Trouche & Perrey, 1990)

Le sous-solage et le drainage sont liés par des aspects hydrauliques (circulation de l’eau) et agronomiques (développement des racines).

Dans certaines pièces drainées, la végétation dessine en surface le réseau de drainage enterré, suite à une meilleure implantation des racines dans les tranchées de pose des drains. Un sous-solage transversal aux tranchées accroit la profondeur de sol explorée par les racines entre les tranchées (fig 10), avec une amélioration de la végétation sur l’ensemble de la pièce (Concaret, 1981). La meilleure efficacité pour la circulation de l’eau gravitaire conduit à croiser les orientations des drains, du sous-solage et du labour (fig 11) de façon à favoriser le déplacement de l’eau gravitaire entre ces trois niveaux superposés.

Fig. 11 : Orientations du drainage et du sous-solage (photo G. Trouche)

Sauf lorsque le sous-solage brise une couche imperméable située au dessus d’un niveau à bonne perméabilité, comme pour certains sols à alios (Hénin et al., 1969), l’infiltration de l’eau est stoppée au fond du V de sous-solage (fig. 12). En l’absence de drainage fonctionnel permettant l’évacuation de cette eau, il se forme des espèces de « baignoires » géantes où les engins s’enlisent pendant des périodes parfois très longues après les pluies. Dans les sols soumis à l’excès d’eau, la pose d’un drainage efficace est donc impérative avant tout sous-solage (Hénin & Monnier, 1956 ; Concaret, 1981 ; Weill, 2014).

Fig. 12 : Arrêt de l’infiltration de l’eau gravitaire sur le fond de sous-solage (photo G. Trouche)

Lorsqu’une semelle de labour bouche la partie supérieure de la tranchée par « effet voûte » et entrave ou arrête le bon fonctionnement du drainage (fig 13), le sous-solage mis en œuvre à titre curatif rétablit le passage de l’eau de drainage vers la tranchée (Concaret, 1981).

Fig. 13 : « Effet voûte » au dessus d’une tranchée de pose de drain (photo C. Perrey)


Quels résultats, quelle persistance ?

En France, les résultats d’essais agronomiques visant à quantifier les effets du sous-solage, particulièrement dans le long terme, sont peu nombreux et pour la plupart anciens. Dans tous les cas, les observations ne portent que sur des périodes courtes après la réalisation des travaux. Or l’adoption de cette technique par les agriculteurs suppose des démonstrations ou tests concluants dont les résultats ne sont pas toujours publiés ou ne sont relatés que dans la littérature grise. A titre d’illustration, Lützelschwab (2006 : 235) signale, sans fournir plus d’informations, le succès des opérations de sous-solage réalisées dans les années 1930 à Sétif (Algérie) qui conduisit à développer cette technique.

Effets sur le sol.

La pérennité du sous-solage est un élément de décision important. Les résultats d’expériences sont peu nombreux et divers. Hénin et al. (1969) rapportent que sur 22 cas examinés, les effets étaient encore visibles 2 à 3 ans après pour 8 d’entre eux seulement. Il est clair que dans les cas de sous-solages curatifs, le renouvellement des erreurs ayant provoqué la dégradation du sol conduit à une disparition rapide de l’amélioration obtenue. Mais l’effet est beaucoup plus durable dans le cas de la suppression d’une couche dure comme l’alios.

Dans des essais conduits au Maroc sur des sols argilo-limoneux de périmètres irrigués dégradés par des pratiques intensives, Bourarach & Oussible (2001) constatent, après sous-solage, une nette amélioration de l’état physique du sol évalué par plusieurs paramètres (densité apparente, perméabilité, résistance mécanique).

En sol de limon, Rémy & Mathieu (1972) ne constatent pas de réduction du temps de ressuyage du sol. Des mesures de densité apparente du sol dans les horizons profonds de différents essais de l’est de la France montrent entre les « V » un « effet de détente » qui se maintient pendant quelques années (Concaret, 1981).

Effets sur les cultures.

Plusieurs auteurs rapportent des effets positifs du sous-solage sur le rendement de différentes cultures (Lefèvre & Hiroux,1960 ; Callot, 1972 ; Rémy & Mathieu, 1972 ; Bourarach & Oussible, 2001,) (tableau 1).

Tableau 1. Rendements d’une culture de betterave en 1971 avec et sans sous-solage (d’après Rémy & Mathieu, 1972).
Rendement (t/ha) % sucre Sucre (t/ha)
Non Sous-solé 50,5 17,7 8,9
Sous-solé 61,5 16,9 10,4

Des résultats d’essais de sous-solage conduits aussi bien sur des cultures annuelles au Canada (Gasser et al., 2012, 2015) que sur des cultures pérennes en Côte d’Ivoire (Caliman 1990) montrent des effets modestes et variables sur le rendement. Ils confirment ainsi l’analyse plus ancienne des résultats d’essais tant en France qu’à l’étranger, faite par Hénin (1955) et Hénin et al. (1969). Par contre ces derniers indiquent que dans le cas de la dislocation de couches durcies comme les alios dans les Landes (France), les résultats obtenus sont nettement positifs. Dans cette dernière situation l’effet est d’autant meilleur que le sous-solage est accompagné d’autres facteurs d’amélioration de la production comme la fertilisation (Hénin, 1955 ; Delmas, 1956 ; Hénin & Feodoroff, 1958), ce qui est conforme à des résultats observés ailleurs (Lefèvre & Hiroux, 1960). De plus Jacobsen (1972) rapporte l’amélioration du fonctionnement global d’exploitations de cette région après sous-solage combiné avec des travaux d’assainissement-drainage.

L’amélioration de la colonisation racinaire du sol par le sous-solage est notée par plusieurs auteurs (Hénin & Feodoroff, 1958 ; de Croutte, 1968 ; Caliman, 1990).

Si les effets du sous-solage dans la résistance de la culture à la sécheresse sont rapportés depuis longtemps (Dehérain, 1892 : 370 ; Larousse Agricole, 1921 : 679), d’autres auteurs soulignent de fortes augmentations de rendement lors des années humides en situations sous-solées et drainées (Concaret 1981 ; Gasser et al., 2012, 2015).


Le sous-solage dans l’agriculture demain ?

Plusieurs raisons peuvent être avancées pour comprendre l’appréciation positive du sous-solage par les agriculteurs alors que les résultats expérimentaux montrent des effets variables sur les rendements.

Cette technique est sécurisante pour l’agriculteur et permet de réduire les effets des aléas climatiques (Guyomard et al., 2013 : 19). Dans certains sols et certaines années climatiques, les contraintes du système de culture ne permettent pas le respect des règles de bonnes pratiques agronomiques visant à limiter les tassements. Le recours au sous-solage peut alors s’envisager, sauf si des facteurs naturels, comme le gel ou la sécheresse, sont aptes à diviser naturellement les couches tassées (Hénin et al., 1969 : 160 ; Labreuche et al., 2013a). Le sous-solage est proposé par Debaeke et al. (2006) comme une des techniques permettant l’adaptation des grandes cultures à la sécheresse.

Respectant la superposition des couches initiales du sol, en particulier le maintien en surface du niveau riche en matière organique, le sous-solage peut être mis en œuvre dans le cadre des techniques culturales simplifiées (TCS) ou techniques sans labour (TSL) lorsque le sol est pris en masse, soit naturellement, soit à la suite d’interventions en conditions défavorables (Dos Santos Ribeiro et al., 2015).

Gasser et al. (2015) concluent des mesures faites sur leurs essais que la réduction de l’émission de NO2 du sol compense largement celles de gaz à effet de serre dues à la consommation de carburant pour la réalisation du sous-solage.

Dans la mesure où le sous-solage permet une meilleure utilisation des ressources naturelles du sol par les plantes, il peut, sous réserve d’investigations plus précises qui restent à faire, trouver sa place dans le cadre d’une agriculture durable. D’ailleurs, pour la FAO (2015) le sous-solage trouve une place parmi les techniques de l’agriculture de conservation.


Références citées

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