Un diagnostic pour notre sol
En de nombreux endroits, les sols souffrent de l'exploitation agricole intensive. Des chercheuses de l'ETH Zurich ont maintenant développé un test rapide pour mesurer la qualité des sols sur place. A l'avenir, les agriculteurs pourront ainsi surveiller de manière autonome la santé de leurs terres agricoles.
Beaucoup d'entre nous ne prêtent guère attention au sol et le traversent sans y prêter attention. Pourtant, le sol est vital pour nous : en tant que terre arable, il nous nourrit, il sert de réservoir d'eau et de nutriments et, parce qu'il fixe le carbone, il influence également la quantité de CO2 dans l'air et donc le réchauffement climatique. Mais notre sol se porte mal : "L'exploitation agricole intensive a épuisé les sols en de nombreux endroits", explique Sonia Meller, pédologue à l'ETH Zurich. Avec l'agronome Hélène Iven, elle a développé un capteur appelé Digit Soil, qui permet pour la première fois de mesurer la qualité du sol sur place - rapidement et à moindre co?t.
Sols malades
Une meilleure surveillance des sols, plus étroite, est une nécessité absolue. Selon l'Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture (FAO), un quart des surfaces cultivées dans le monde étaient déjà dégradées en 2011. Cela signifie que le sol ne contient presque plus de matière organique, dans laquelle se déroulent des processus de transformation qui donnent la vie : Les insectes et les micro-organismes y décomposent les parties mortes des plantes et des animaux en les décomposant en leurs composants chimiques à l'aide d'enzymes, produisant ainsi des matériaux de construction et des nutriments pour les nouvelles plantes. Mais à mesure que le sol se dégrade, il perd cette fonction écologique et devient stérile. Il ne peut plus offrir d'habitat aux petits animaux et ne peut plus stocker d'eau et de nutriments. La fertilisation ne sert alors plus à rien. Les substances nutritives apportées sont lessivées par la prochaine pluie.
Pour savoir ce qu'il en est des sols agricoles, ceux-ci sont déjà systématiquement analysés aujourd'hui - mais seulement à mailles larges et à de longs intervalles, car les mesures sont complexes et co?teuses. Les échantillons de sol ne sont alors pas mesurés sur place, mais dans des laboratoires spécialisés. "Cela modifie les conditions dans les échantillons et peut fausser les résultats", explique Meller. De plus, différentes méthodes sont utilisées pour la préparation des échantillons et pour les mesures. Ainsi, il est difficile de comparer les résultats de différents sites et de différentes dates.
Terre fluorescente
Meller et Iven veulent changer cela avec leur nouveau capteur portable. Concrètement, la petite bo?te de la taille d'un livre de poche mesure l'activité d'une série d'enzymes qui décomposent la matière organique dans le sol - dont les phosphatases, qui décomposent les composants chimiques contenant du phosphore, les glucosidases, qui décomposent les molécules de sucre, ou les peptidases, qui divisent les protéines en leurs éléments constitutifs.
La pièce ma?tresse du capteur est une membrane carrée sur laquelle sont déposées, dans des champs séparés, différentes molécules servant de substrats aux enzymes du sol. L'astuce : les substrats contiennent un élément chimique qui devient fluorescent dès qu'il est traité par les enzymes. La luminosité de cette fluorescence, et donc l'activité des enzymes, est mesurée par l'électronique du capteur. Il suffit pour cela d'enfoncer le capteur avec sa membrane dans le sol. Au bout de quelques minutes, les résultats sont enregistrés sur une clé USB.
Les activités enzymatiques mesurées permettent à leur tour de tirer des conclusions sur la qualité du sol et les effets des mesures agricoles - par exemple l'utilisation de pesticides ou le travail du sol. Un labourage intensif, par exemple, entra?ne avec le temps une baisse de l'activité enzymatique, car il entra?ne une perte de matière organique. "C'est ainsi que l'on peut détecter un début de dégradation", explique Hélène Iven.
Fertiliser ou ne pas fertiliser ?
Cependant, les processus dans le sol sont très complexes et il est encore difficile de tirer des recommandations directes pour l'agriculture à partir de ces mesures. "Nous devons d'abord étudier plus précisément comment les activités enzymatiques, que nous pouvons désormais mesurer rapidement et de manière standardisée, sont liées à la qualité du sol", explique Sonia Meller. "Pour cela, nous avons besoin de beaucoup de données". Pour la collecte des données, les développeuses recevront bient?t le soutien de leurs premiers clients. En effet, cette année encore, de nombreux chercheurs commenceront à tester une première version du capteur Digit-Soil, par exemple à l'Institut de recherche de l'agriculture biologique FiBL. Leurs données aideront ensuite les développeurs à valider la méthode de mesure et à relier les résultats aux processus dans le sol.
Leur objectif est d'illustrer, à l'aide de leur test rapide, quelles mesures influencent le sol et de quelle manière. Ils veulent ainsi offrir aux autorités un outil leur permettant de promouvoir la durabilité de la santé des sols. A l'avenir, les agriculteurs devraient également pouvoir utiliser le capteur de manière autonome afin de surveiller la qualité de leurs terres agricoles et l'effet des mesures prises - par exemple les engrais et les produits phytosanitaires qu'ils pulvérisent sur leurs champs et ceux auxquels ils devraient renoncer.
Gr?ce à leur idée, Meller et Iven ont remporté une bourse ETH Pioneer en 2020. Actuellement, ils travaillent à rendre le capteur encore plus compact. De plus, d'ici fin 2021, il devrait pouvoir transmettre sans fil les données de mesure à des ordinateurs ou des téléphones portables.
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