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Agrosystèmes : vers une gestion durable
Impacts des agrosystèmes sur les sols, les eaux, l’air et la biodiversité selon les modèles agricoles ; engrais azotés, lessivage et eutrophisation ; pesticides, espèces non visées et résistances ; lutte biologique, rotation, variétés résistantes ; fertilisation raisonnée, légumineuses et couverts ; démarche scientifique, agroécologie, agriculture biologique et choix de consommation.
À propos de cette page
1. Les impacts des agrosystèmes et l’enjeu d’une agriculture durable
Rappel. Un agrosystème est un écosystème simplifié et ouvert : la récolte exporte la biomasse et ses éléments minéraux, que l’agriculteur compense par des intrants (chapitre « Agrosystèmes : structure et fonctionnement »).
Les agrosystèmes ont une incidence sur la qualité des sols et sur l’état de l’environnement proche :
- les sols : érosion des sols nus, tassement par les machines, perte de matière organique ;
- les eaux : nitrates et phosphates venus des engrais, pesticides, prélèvements d’eau d’irrigation en période sèche ;
- l’air et le climat : protoxyde d’azote N2O émis par les sols fertilisés, méthane des ruminants et des rizières, CO2 des carburants et de la fabrication des engrais ;
- la biodiversité : monoculture, haies arrachées et prairies retournées, espèces non visées touchées par les pesticides.
Ces impacts sont plus ou moins importants selon le modèle agricole : un système intensif apporte plus d’intrants par hectare, un système extensif occupe plus de surface pour la même production.
Une agriculture durable doit à la fois couvrir les besoins de l’humanité, limiter ou compenser ses impacts sur l’environnement et la santé, et rester viable pour l’agriculteur. La recherche agronomique actuelle s’appuie pour cela sur l’étude des processus biologiques et écologiques (cycles de la matière, relations entre espèces, sélection) pour proposer des connaissances, des techniques et des pratiques.
Les haies, abris d’auxiliaires et freins au ruissellement, reculent : la France en compte environ 750 000 km et en perdait en moyenne près de 20 000 km par an ces dernières années ; le Pacte en faveur de la haie, présenté par le gouvernement en 2023, vise un gain net de 50 000 km d’ici 2030.
Rapporter un impact à la surface ou à la production : la ferme A récolte 8,4 t/ha de blé et perd 21 kg d’azote par hectare vers la nappe, soit 21 ÷ 8,4 = 2,5 kg d’azote par tonne ; la ferme B récolte 4,8 t/ha et perd 14,4 kg/ha, soit 14,4 ÷ 4,8 = 3 kg par tonne. B pollue moins par hectare, mais plus par tonne produite.
Réflexe — devant un agrosystème, je passe en revue les quatre compartiments (sol, eau, air, biodiversité) ; pour comparer deux systèmes, je rapporte chaque impact à l’hectare ET à la tonne produite.
Attention — un impact plus faible par hectare ne veut pas dire un impact plus faible pour nourrir la même population : il faut regarder aussi la production. Et « durable » ne veut pas dire seulement « bon pour l’environnement » : la production et le revenu de l’agriculteur comptent aussi.
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2. Engrais azotés : lessivage, eutrophisation et gaz à effet de serre
Rappel (5e). Les engrais en excès qui gagnent une eau provoquent l’eutrophisation : prolifération d’algues, puis décomposition des algues mortes par des bactéries qui consomment le dioxygène, et asphyxie des animaux aquatiques (chapitre « Biodiversité et activités humaines »).
Le lessivage des nitrates. Les nitrates (NO3−) que les plantes n’ont pas absorbés sont très solubles et ne sont pas retenus par le sol : l’eau qui traverse le sol les entraîne vers la nappe et les rivières. Il faut deux conditions à la fois : des nitrates dans le sol et de l’eau qui le traverse. En France métropolitaine, cela se produit surtout en automne et en hiver : la pluie dépasse l’évapotranspiration (eau évaporée par le sol et transpirée par les plantes) et, après la récolte d’été, le sol nu contient des nitrates qu’aucune culture n’absorbe.
Ces mois où l’eau en excès traverse le sol forment la période de drainage.
Les conséquences. Dans l’eau potable, 50 mg/L de nitrates est la limite de qualité : au-delà, l’eau est non conforme. Dans les rivières, les lacs et les baies, nitrates et phosphates nourrissent la prolifération d’algues (eutrophisation), surtout au printemps et en été, quand la lumière et la chaleur accélèrent leur croissance. Les phosphates, eux, sont surtout entraînés avec les particules de terre arrachées par le ruissellement.
L’air. Une partie de l’azote apporté s’échappe sous forme de protoxyde d’azote N2O, un gaz à effet de serre environ 270 fois plus réchauffant que le CO2 sur un siècle, à masse égale (GIEC, 2021).
Une règle. Depuis la directive européenne « nitrates » de 1991, les zones où l’eau est polluée ou menacée par les nitrates sont classées zones vulnérables : l’azote épandu sous forme d’effluents d’élevage (fumier, lisier) y est limité à 170 kg par hectare et par an, et l’épandage est interdit à certaines périodes.
Lire le graphique : d’octobre à mars, la pluie dépasse l’évapotranspiration (en janvier, 70 − 10 = 60 mm d’excédent) : l’eau traverse le sol. En juillet, l’évapotranspiration (130 mm) dépasse la pluie (45 mm) : l’eau ne descend pas vers la nappe.
De l’azote lessivé à une concentration : 30 kg d’azote lessivés par hectare dans 300 mm d’eau de drainage. 300 mm sur 1 ha = 0,3 m × 10 000 m² = 3 000 m³ = 3 000 000 L ; 30 kg = 30 000 000 mg ; 30 000 000 ÷ 3 000 000 = 10 mg d’azote par litre ; 1 mg d’azote correspond à environ 4,43 mg de nitrates : 10 × 4,43 ≈ 44,3 mg de nitrates par litre, juste sous la limite de qualité.
Réflexe — pour prévoir un lessivage, je cherche les deux conditions : y a-t-il des nitrates dans le sol (excédent, sol nu après récolte) ? de l’eau qui traverse le sol (pluie supérieure à l’évapotranspiration) ?
Attention — le lessivage n’a pas lieu surtout au moment de l’épandage, au printemps, quand la culture absorbe, mais en automne-hiver. La limite de 50 mg/L s’exprime en nitrates, pas en azote : il faut convertir (1 mg d’azote ≈ 4,43 mg de nitrates). Et dans l’eutrophisation, les nitrates ne sont pas un poison pour les poissons : c’est le manque de dioxygène qui les tue.
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3. Produits phytosanitaires : espèces non visées, transferts et résistances
Les produits phytosanitaires (pesticides) protègent les cultures : herbicides contre les adventices, insecticides contre les insectes ravageurs, fongicides contre les champignons. Ils réduisent les pertes de récolte, mais ils sont rarement sélectifs.
Des espèces non visées. Un insecticide tue aussi des auxiliaires (coccinelles, carabes, guêpes parasitoïdes) et des pollinisateurs ; un herbicide supprime les plantes à fleurs qui nourrissent les insectes. Privés de leurs prédateurs, d’autres ravageurs peuvent alors pulluler.
Des transferts. Par la dérive des gouttelettes au moment de la pulvérisation, par le ruissellement et par l’infiltration, les pesticides gagnent les sols, les cours d’eau et les nappes ; des résidus peuvent rester dans les aliments. Leurs effets sur la santé des agriculteurs exposés sont présentés dans le chapitre « Agrosystèmes : structure et fonctionnement ».
Des résistances. Dans une population de ravageurs ou d’adventices, quelques rares individus portent, par hasard, une variation génétique qui leur permet de survivre au produit. Chaque traitement tue les sensibles et épargne ces résistants, qui se reproduisent : de génération en génération, leur proportion augmente. C’est une sélection naturelle (chapitre « La biodiversité et son évolution ») : plus on emploie le même produit, plus il perd son efficacité.
Réduire les traitements. Ne traiter que si le ravageur dépasse un seuil de nuisibilité (observé au champ), alterner les modes d’action, désherber mécaniquement (au prix de plus de passages d’outil, de travail et de carburant), implanter une bande enherbée au bord des cours d’eau, et surtout employer les méthodes fondées sur le vivant (partie 4).
Une sélection en un seul traitement : 10 000 insectes dont 1 % de résistants (100) ; le produit tue 99 % des sensibles et 10 % des résistants. Survivants sensibles : 9 900 × 1 ÷ 100 = 99 ; survivants résistants : 100 × 90 ÷ 100 = 90. Part des résistants parmi les survivants : 90 ÷ 189 × 100 ≈ 47,6 %, contre 1 % avant le traitement.
Une bande enherbée au bas d’une parcelle : l’herbicide entraîné par le ruissellement passe de 1,8 g/ha sans bande à 0,4 g/ha avec bande. Baisse = (1,8 − 0,4) ÷ 1,8 × 100 ≈ 77,8 % : l’herbe ralentit l’eau, qui s’infiltre, et retient une partie du produit. Limite : la bande n’est plus cultivée.
Réflexe — devant un pesticide, je me demande qui il tue en plus de la cible, où il peut aller (air, sol, eau, aliments) et ce que son usage répété sélectionne.
Attention — un insecte ne « devient » pas résistant en s’habituant au produit : les résistants existaient déjà, le traitement les a sélectionnés. Un produit plus efficace contre la cible n’est pas forcément le meilleur choix s’il détruit les auxiliaires. Et pour un pourcentage de baisse, on divise par la valeur de départ (sans bande enherbée), pas par la nouvelle.
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4. Protéger les cultures avec le vivant : lutte biologique, rotation, variétés
La lutte biologique utilise un être vivant, un auxiliaire (prédateur, parasitoïde, micro-organisme pathogène), pour limiter la population d’un ravageur. On peut lâcher des auxiliaires élevés en masse, ou favoriser ceux qui vivent déjà là (haies, bandes fleuries qui les abritent et les nourrissent : lutte par conservation).
La rotation des cultures fait alterner des espèces différentes sur une même parcelle au fil des années. Un ravageur ou un champignon spécialisé d’une culture, qui passe l’hiver dans le sol ou sur les résidus de la parcelle, ne retrouve pas son hôte l’année suivante : son cycle est rompu. La monoculture (la même espèce chaque année) les favorise au contraire.
De nouvelles variétés. La sélection de variétés résistantes à une maladie permet de réduire les traitements. Ainsi, les cépages de vigne résistants au mildiou et à l’oïdium, sélectionnés notamment par l’INRAE, permettent de réduire de plus de 80 % l’usage des fongicides. Mais le parasite peut finir par contourner une résistance : on associe plusieurs gènes de résistance et l’on garde quelques traitements.
La diversité cultivée (rotations longues, cultures associées, haies) freine la propagation des maladies et des ravageurs, alors qu’une grande surface d’une seule variété leur offre une nourriture abondante et uniforme.
Les trichogrammes, de minuscules guêpes qui pondent dans les œufs de la pyrale du maïs et empêchent leur développement, protègent environ 120 000 ha de maïs chaque année en France (INRAE). En serre, une autre guêpe parasitoïde, Encarsia formosa, est lâchée contre les aleurodes (mouches blanches) des tomates.
Une vigne traitée 15 fois par an contre le mildiou et l’oïdium, replantée avec un cépage résistant traité 2 fois : baisse = (15 − 2) ÷ 15 × 100 ≈ 86,7 % des traitements (données imaginées).
Réflexe — pour lutter contre un ravageur sans pesticide, je cherche son point faible dans son cycle de vie (ce qu’il mange, où il passe l’hiver, qui le mange ou le parasite) et la pratique qui s’y attaque.
Attention — la lutte biologique n’est pas sans risque : un auxiliaire venu d’ailleurs peut devenir envahissant. La coccinelle asiatique, introduite en France dès 1982 pour lutter contre les pucerons, s’est répandue dans la nature, où elle concurrence les coccinelles locales. On préfère donc des auxiliaires locaux. Et une rotation n’agit que sur les ravageurs liés à une culture qui se déplacent peu.
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5. Mieux gérer l’azote et le sol : fertilisation raisonnée, légumineuses, couverts
Ajuster la dose. La fertilisation raisonnée calcule la dose d’engrais d’après un bilan (besoins de la culture, azote déjà disponible dans le sol), puis la fractionne en plusieurs apports au moment où la culture absorbe : l’excédent exposé au lessivage diminue.
Les légumineuses. Grâce aux bactéries de leurs nodosités, les légumineuses (pois, féverole, luzerne, trèfle) fixent le diazote de l’air. Placées dans la rotation, elles n’ont pas besoin d’engrais azoté, et leurs résidus, riches en azote, sont minéralisés au profit de la culture suivante : on économise des engrais de synthèse, dont la fabrication consomme beaucoup d’énergie fossile.
Les couverts végétaux. Une culture intermédiaire piège à nitrates (CIPAN : moutarde, phacélie, avoine…) est semée juste après la récolte d’été. Pendant l’automne, ses racines absorbent les nitrates du sol, qui sont stockés dans sa biomasse sous forme organique, non lessivable. Détruite et enfouie à la fin de l’hiver, elle est minéralisée et rend une partie de cet azote à la culture suivante. Elle protège aussi le sol nu de l’érosion.
La matière organique. Fumier, compost et résidus laissés au champ nourrissent les êtres vivants du sol et entretiennent sa fertilité. L’agroforesterie associe des arbres aux cultures : leurs racines profondes récupèrent des éléments, leurs feuilles enrichissent le sol, et ils abritent des auxiliaires.
Un couvert de phacélie piège 40 kg d’azote par hectare à l’automne ; après sa destruction, 55 % de cet azote est libéré pour la culture suivante : 40 × 55 ÷ 100 = 22 kg d’azote par hectare d’engrais en moins (données imaginées).
Fractionner : au lieu d’un apport unique de 180 kg d’azote par hectare au semis, trois apports de 40, 70 et 50 kg au moment des besoins, soit 40 + 70 + 50 = 160 kg : 20 kg de moins, et moins d’azote présent dans le sol sans plante pour l’absorber.
Réflexe — devant une pratique de fertilisation, je suis l’azote : d’où vient-il (engrais, air, résidus), quand est-il disponible, une plante est-elle là pour l’absorber avant que l’eau ne l’entraîne ?
Attention — une CIPAN comme la moutarde n’apporte pas d’azote nouveau : elle recycle celui du sol ; seule une légumineuse fixe le N2 de l’air. Les engrais organiques ne sont pas sans risque : épandus en excès ou au mauvais moment, leurs nitrates sont lessivés comme les autres.
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6. Juger une solution : démarche scientifique, compromis et choix de consommation
Rappel (5e, géographie). Tu as vu l’agroécologie et la lutte contre le gaspillage parmi les moyens de nourrir une humanité en croissance (chapitre « Des ressources limitées : nourrir une humanité en croissance »).
Tester une solution : la démarche scientifique. On formule un problème et une hypothèse, puis on compare une parcelle traitée à une parcelle témoin, dans les mêmes conditions, en ne faisant varier qu’un seul facteur ; on répète l’essai (plusieurs parcelles, plusieurs années) avant de conclure, et l’on indique les limites.
Des difficultés. Les agrosystèmes sont des systèmes complexes : sol, climat de l’année, espèces et pratiques interagissent, et certains effets n’apparaissent qu’après des années. La production des connaissances se heurte aussi à des conflits d’intérêts : l’entreprise qui vend un produit finance souvent les études qui l’évaluent. D’où l’importance d’expertises indépendantes, publiques et contradictoires. Exemple : en 2015, le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) a classé le glyphosate, un herbicide, « cancérogène probable » pour l’humain ; l’Autorité européenne de sécurité des aliments (EFSA) n’a pas retenu ce danger en 2023, et l’Union européenne a renouvelé son autorisation jusqu’en 2033.
L’agroécologie regroupe les pratiques qui s’appuient sur le fonctionnement de l’écosystème (diversité des espèces, auxiliaires, fixation de l’azote par les légumineuses, couverts) plutôt que sur les intrants de synthèse. L’agriculture biologique en est une forme réglementée : ni engrais ni pesticides de synthèse ; elle utilise d’autres intrants (fumier, semences, carburant) et ses rendements sont en général plus faibles. Fin 2024, elle occupait environ 10 % de la surface agricole française (Agence Bio).
Un choix multicritère. Une pratique se juge sur plusieurs critères à la fois : production par hectare, pollution des eaux, énergie, biodiversité, surface nécessaire, revenu de l’agriculteur. Le consommateur y prend part : moins de gaspillage et moins de produits animaux réduisent la surface et les intrants nécessaires pour nourrir la population.
Deux facteurs à la fois : un blé traité avec un biostimulant, semé sur un limon profond, donne 8,1 t/ha ; un blé non traité, semé sur un sol caillouteux, donne 6,9 t/ha. Le sol et le produit changent ensemble : l’écart de 8,1 − 6,9 = 1,2 t/ha ne peut pas être attribué au produit. Il faut comparer les deux blés sur le même sol, la même année, sur plusieurs parcelles.
Surface et production : pour récolter 100 t de blé, il faut 100 ÷ 8 = 12,5 ha à 8 t/ha, mais 100 ÷ 5 = 20 ha à 5 t/ha. Une pratique moins productive peut demander de cultiver des terres de plus, prises sur des milieux naturels.
Réflexe — pour juger une solution, je vérifie la preuve (témoin, un seul facteur, répétitions, qui finance), puis je la compare sur plusieurs critères, à l’hectare et à la tonne.
Attention — « bio » ne veut pas dire « sans intrants » ni « sans impact ». Une étude financée par le vendeur n’est pas forcément fausse, mais elle doit être vérifiée de façon indépendante. Et aucune pratique n’est durable « en tout point » : il y a presque toujours un compromis.
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Pour aller plus loin
Ces notions prolongent le chapitre ; elles sont traitées dans d’autres chapitres de SVT.
- Les entrées et les sorties d’un agrosystème, les intrants, les exportations, le rendement et le bilan d’azote d’une parcelle : chapitre « Agrosystèmes : structure et fonctionnement ».
- La formation des sols, leur fertilité, les êtres vivants du sol et la dégradation des sols (tassement, perte de matière organique) : chapitre « Sols : caractéristiques et production de biomasse ».
- L’érosion des sols cultivés et les aménagements qui la limitent (haies, terrasses, couverts) : chapitre « Érosion et activités humaines : risques et aménagements ».
- La sélection naturelle, qui explique l’apparition des résistances aux pesticides : chapitre « La biodiversité et son évolution ».
- Les agrosystèmes touchent les sols, les eaux, l’air et la biodiversité, plus ou moins selon le modèle agricole ; une agriculture durable couvre les besoins de l’humanité, limite ses impacts et reste viable pour l’agriculteur.
- Les nitrates non absorbés sont lessivés quand le sol en contient et que l’eau le traverse, surtout en automne-hiver ; ils dégradent l’eau potable (limite de qualité 50 mg/L) et nourrissent l’eutrophisation ; l’azote part aussi en N2O.
- Les pesticides atteignent des espèces non visées (auxiliaires, pollinisateurs), les sols et les eaux, et sélectionnent des ravageurs ou des adventices résistants.
- Le vivant protège les cultures : lutte biologique avec des auxiliaires, rotation qui rompt le cycle des ravageurs, variétés résistantes, diversité cultivée.
- Fertilisation raisonnée et fractionnée, légumineuses qui fixent le N2, couverts pièges à nitrates et matière organique gèrent l’azote et le sol.
- Une solution se teste avec un témoin, un seul facteur et des répétitions, malgré la complexité des systèmes et les conflits d’intérêts ; elle se juge sur plusieurs critères, à l’hectare et à la tonne, consommateurs compris.
Questions fréquentes
Quels sont les impacts des agrosystèmes sur l’environnement ?
Ils touchent les sols (érosion, tassement, perte de matière organique), les eaux (nitrates, phosphates, pesticides, prélèvements d’irrigation), l’air et le climat (protoxyde d’azote, méthane, CO₂) et la biodiversité (monoculture, haies arrachées, espèces non visées). Ces impacts sont plus ou moins forts selon le modèle agricole.
Pourquoi les nitrates polluent-ils surtout en automne et en hiver ?
Le lessivage exige des nitrates dans le sol et de l’eau qui le traverse. En automne-hiver, la pluie dépasse l’évapotranspiration et, après la récolte, le sol nu contient des nitrates qu’aucune plante n’absorbe : l’eau les entraîne vers la nappe et les rivières.
Comment les pesticides peuvent-ils perdre leur efficacité ?
Dans une population de ravageurs ou d’adventices, quelques individus résistants existent par hasard. Chaque traitement tue les sensibles et épargne les résistants, qui se reproduisent : leur proportion augmente. C’est une sélection naturelle, plus rapide si l’on emploie toujours le même produit.
Quelles pratiques permettent une gestion plus durable des agrosystèmes ?
La lutte biologique avec des auxiliaires, la rotation des cultures, les variétés résistantes, les haies, la fertilisation raisonnée et fractionnée, les légumineuses qui fixent l’azote de l’air et les couverts pièges à nitrates. Elles s’appuient sur des processus biologiques et écologiques plutôt que sur les intrants de synthèse.
L’agriculture biologique est-elle forcément plus durable ?
Elle n’utilise ni engrais ni pesticides de synthèse et consomme souvent moins d’énergie fossile, mais ses rendements sont en général plus faibles : il faut plus de surface pour la même production. Une pratique se juge sur plusieurs critères à la fois, à l’hectare et à la tonne produite.
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