I. La caractérisation des instruments et des sources d'énergie et les mesures des paramètres
II. Les effets des opérations de travail du sol sur le sol, les cultures et les mauvaises herbes
Willem Hoogmoed, Chercheur, Département du travail du sol, Université agronomique, Wageningen, Pays-Bas; Michiel Klaij, Chercheur principal, Centre sahélien de l'ICRISAT/ILRI, PO Box 5689, Addis Abéba, Ethiopie; et Jean-Louis Chopart, Agronome, CIRAD-CA, 01 BP 1465, Bouaké, Côte d'Ivoire
Les recherches sur le travail du sol comprennent l'évaluation d'un système de travail du sol qui fait partie des pratiques culturales, et l'effet direct ou les caractéristiques d'un instrument particulier, ou une activité menée avec un seul outil ou instrument. La mise en oeuvre et l'agencement d'expériences de travail du sol dépendent de l'objectif poursuivi par l'expérience (indicatif, scientifique, démonstratif), de la superficie des champs disponibles, de la pente, du type d'opérations de travail du sol, des cultures, du type de sol et de son uniformité.
La superficie des parcelles élémentaires doit être considérée en fonction de l'instrument et de la source d'énergie (tracteur, animaux de trait) qui devraient pouvoir tourner librement à la fin d'une passe dans une parcelle. La largeur de la parcelle devrait être établie comme multiple de la largeur de travail de l'instrument. En général, un système split-plot avec des blocs installés en fonction d'éventuelles différences de type de sol ou de pente convient pour des expériences de travail du sol avec, par exemple, la variété de la culture ou la fertilisation comme second facteur. Une fois les expériences de travail du sol mises en places pour évaluer l'effet sur le sol et la conservation de l'eau, l'attention devra se porter sur la direction du travail sur les terrains en pente. Sur les petites parcelles, l'érosion ou le ruissellement ne peuvent être mesurés si le travail du sol est effectué le long des courbes de niveau. Toutefois, travailler le sol dans le sens de la plus grande pente n'est généralement pas recommandé, sauf si l'objectif de l'expérience consiste à évaluer les caractéristiques physiques ou hydrauliques du sol. Pour déterminer l'ensemble du système de travail du sol, les opérations devraient être menées le long des courbes de niveau, ce qui nécessite des parcelles plus grandes et des appareils de mesures adaptés. On distingue deux groupes de mesures effectuées lors des recherches sur le travail du sol qui sont décrites ci-dessous.
Mesures possibles
Description du matériel
· Devrait toujours inclure une description détaillée de l'instrument (par exemple, charrue à soc et versoir, la roue porteuse, pour la traction animale, etc.)· La marque si elle est connue et le type
· Les matériaux utilisés: fer, acier, bois
· Les dimensions, formes et angles, le poids
· Les accessoires particuliers et les modifications par rapport au type standard
Description des conditions au cours des opérations de travail du sol
· Les sources d'énergie utilisées:traction animale: race, sexe, âge, poids, état.tracteur: marque, type, CV, taille et condition des pneus, pression des pneus, embrayage et régime/moteur. Ceci se mesure quand le tracteur est au travail et non quand il est à l'arrêt avant une passe
· Les conditions climatiques: température, humidité de l'air
· L'état du sol, des plantes et des mauvaises herbes
Profondeur du travail
Cela peut paraître une mesure très simple mais beaucoup d'erreurs ont été et sont encore effectuées. La procédure la plus simple consiste à utiliser un bâton ou un piquet et de l'enfoncer dans le sol labouré jusqu'au fond non dérangé et ferme. On détermine ensuite la profondeur par rapport à la surface du sol encore non travaillée. La profondeur ne devrait pas être mesurée par rapport à la surface travaillée parce que le niveau pourrait avoir augmenté sensiblement à cause de l'ameublissement provoqué par le travail du sol. Pour les instruments qui laissent un fond relativement 'plat', les mesures peuvent être prises de façon aléatoire dans la couche travaillée (charrue à soc, herse ou charrue à disque). Pour le matériel comme la charrue chisel, la profondeur devrait être mesurée dans les sillons réalisés par les dents (voir Fig. 16a). Néanmoins, il faut prendre en considération que, même quand les mesures sont prises dans un sillon, la profondeur moyenne (dans les sillons et entre les sillons) sera moins élevée que la profondeur du sillon propre. S'il est important d'obtenir des valeurs moyennes détaillées, on utilisera un profilomètre.
FIGURE 16(a) - Mesure de la profondeur
Largeur de travail
Il est nécessaire de mesurer plus d'une passe (les passes adjacentes) pour obtenir une largeur de travail réaliste, parce qu'il y aura toujours des variations entre les passes. Comme il est souvent difficile de trouver la séparation entre la passe présente et la précédente, la meilleure façon de mesurer consiste à placer les piquets immédiatement après le passage de l'instrument, à une distance fixe de la limite entre la terre travaillée et non travaillée. Environ 50 cm sont conseillés afin de permettre un passage non dérangé par les animaux ou le tracteur sur la passe de retour. De cette façon, la distinction entre la passe présente et la précédente est toujours visible comme le sol travaillé n'a pas encore séché et les largeurs peuvent facilement être mesurées plus tard. Quand une série de largeurs de travail est marquée et mesurée, les moyennes et les écarts types des moyennes peuvent être calculés (voir Fig. 16b).
Figure 16(b) - Mesure de la largeur
Vitesse de travail
Elle peut être mesurée en calculant le temps nécessaire pour labourer une bande de terre déterminée. La longueur de cette bande peut être marquée par des piquets placés dans le champ. En mesurant sur une longueur de 50 m, on peut obtenir une bonne précision. L'observateur utilise un chronomètre ou calcule le temps sur une montre au premier piquet et marche le long de la machine jusqu'au second pour enregistrer le temps à la fin de la bande. Dans le cas de vitesses élevées avec le tracteur, un second observateur signalera l'arrivée au second piquet à l'observateur qui tient la montre. Evidemment, les deux observateurs doivent être sûrs de prendre le même point de référence sur l'outil! Si les piquets ne sont pas proches de la bande à labourer, il est conseillé de placer une seconde série de marqueurs parallèle à la première série afin d'assurer un alignement correct (voir Fig 16c).
Figure 16(c) - Mesure de la vitesse
Traction
Les mesures directes de traction donneront les meilleures indications sur les besoins à chaque endroit du champ. Ceci permet de contrôler les variations provenant des différences de densité du sol, de l'humidité du sol, de la profondeur de travail, des souches, des pierres, etc. Ces mesures devront être prises avec un dynamomètre. Celui-ci peut être électronique ou mécanique, avec un système d'enregistrement ou à lecture directe permettant un enregistrement manuel. Avec des outils de traction, le dynamomètre peut facilement être placé entre l'outil et le tracteur ou l'animal de trait. Dans le cas de combinaisons de tracteurs et outils montés avec le système d'attelage en trois points, il existe un système complexe de forces qui peuvent seulement être mesurées avec des systèmes électroniques sophistiqués. Quand seul un dynamomètre standard est disponible, on peut toujours utiliser deux tracteurs, et les forces seront mesurées entre le premier et le second tracteur si le tracteur situé à l'avant tire le deuxième équipé de l'instrument. Les détails d'un tel système sont rapportés par Willcocks (1981). Les mesures de traction nécessitent un bon équipement, des chauffeurs qualifies et ne devraient pas être effectuées pour simplement obtenir quelques indications si un programme complet de mesures n'est pas prévu.
Adhérence
Si les tracteurs sont utilisés, l'adhérence est un indicateur important de l'efficacité et de la qualité du travail. L'adhérence peut être mesurée en comptant le nombre de tours/minute effectué par la roue motrice arrière du tracteur sur une étendue dont la longueur est connue (les 50 m compris pour la vitesse peuvent être utilisés). A d'autres moments, avant ou après le travail du sol, le nombre de tours/minute est également mesuré pour la même longueur sur une surface dure, quand le tracteur ne tire rien (ce qui suppose une adhérence parfaite). L'adhérence peut être calculée grâce à l'équation suivante:
(1)
où S = adhérence (%), Ac = le nombre de tours/minute dans le champ, Ad = le nombre de tours/minute sur surface dure.
Les mesures peuvent aussi être prises autrement: on peut déterminer la distance parcourue par le tracteur pendant (par exemple) 10 minutes sur la surface dure et au champ. L'adhérence est alors:
(2)
où Dc = la distance au champ, Dd = la distance sur surface dure.
La différence de vitesse peut être un troisième système de mesure, remplaçant dans l'équation 2 le Dc par Vc, la vitesse au champ, et le Dd par Vd, la vitesse sur surface dure. Il est important, avec ce système, d'utiliser la même vitesse ou le même régime/moteur pendant les mesures sur surface dure. L'utilisation du blocage différentiel sur le tracteur est un point important à considérer. Si le blocage (jouant sur les roues droite et gauche) n'est pas engagé, la roue située dans le sillon aura une meilleure adhérence que la roue sur la terre. C'est particulièrement le cas avec la charrue à soc dans des conditions humides ou de sol lourd.
Consommation de gasoil
Beaucoup de systèmes peuvent être utilisés pour mesurer la consommation de gasoil d'un tracteur. Des systèmes spéciaux avec un réservoir supplémentaire, des soupapes et des débitmètres existent mais ils sont souvent sophistiqués et chers. Le système le plus simple utilise le réservoir de gasoil standard du tracteur. Pratiquement, ce système consiste à remplir le réservoir avant un certain travail et à le remplir à nouveau une fois le travail terminé. Le volume nécessaire au remplissage est le volume consommé pendant le travail. Toutefois, il faut veiller à ne pas faire d'erreurs importantes. Au départ, l'air doit s'être complètement échappé du réservoir après que le plein soit fait. Les risques de garder de l'air dépendent de la forme du réservoir et du placement du tuyau alimentant le réservoir. Il est parfois nécessaire de placer un tuyau supplémentaire (caoutchouc) sur l'ouverture pour permettre à l'air de s'échapper (Fig. 17). Ensuite, le diesel et autres gasoils se dilatent quand leur température monte. Dans le cas des tracteurs, la température monte dans le réservoir, en partie parce que la température ambiante augmente pendant la journée et que le moteur chauffe mais surtout à cause du retour du diesel, chauffé sur son trajet à travers le système d'injection. Comme les coefficients d'expansion du réservoir et du gasoil sont assez différents, le volume demeurant dans le réservoir change après un certain temps de travail. Dès lors, la température devrait être mesurée avant et après chaque période d'essai dans le réservoir mais aussi dans le conteneur où se trouve le gasoil utilisé pour le remplissage. Les effets de la température sont particulièrement importants pour les tests effectués durant les périodes fraîches (tôt le matin).
FIGURE 17 - Système simple pour mesurer la consommation de gasoil
Les mesures de sol, des cultures et des mauvaises herbes couvrent naturellement un domaine beaucoup plus large que les mesures mentionnées dans le Groupe I. Ce qui sera mesuré est fortement déterminé par les objectifs de la recherche menée. L'intérêt porte souvent sur le rendement d'une culture comme effet final du travail du sol et sur d'autres opérations de culture. Toutefois, ne mesurer que les rendements soumis à divers traitements de travail du sol sur des parcelles ou dans les champs ne donnerait aucun résultat satisfaisant. En effet, de nombreux autres facteurs comme le taux d'humidité, la population de mauvaises herbes, etc. peuvent être affectés par le travail du sol et jouent un rôle important. Il serait plus précis de déterminer ce qui a été changé par le travail du sol et comment ces changements affectent l'environnement de croissance de la culture. Un certain nombre de mesures sont mentionnées dans cette section.
Sols
Les méthodes sont exposées très brièvement. Pour de plus amples détails le lecteur peut se référer à Klute (1986). Les données de base du sol devraient de préférence être connues: les résultats d'une étude de sol, la classification selon un des systèmes acceptés (FAO, USDA, etc.), les propriétés chimiques et physiques de base (distribution de la taille des particules, pH, teneur en matière organique, etc.) Si des études de bilan hydrique sont prévues, des caractéristiques comme les courbes pF et les courbes K-psi sont importantes. Pour la recherche sur le travail du sol, les limites de plasticité sont importantes afin de savoir comment le sol réagira au travail du sol sous différentes valeurs de taux d'humidité. Afin de déterminer les effets du travail du sol, l'état du sol peut être mesuré avant et après l'opération.
Taux d'humidité
La méthode la plus simple consiste à récolter des échantillons à l'endroit et à la profondeur nécessaires et de les transporter au laboratoire dans des conteneurs scellés, où le taux d'humidité pourra être déterminé de façon gravimétrique.
Densité apparente
Celle-ci peut être mesurée directement en utilisant des échantillons non perturbés. On utilise généralement des anneaux (cylindres) d'environ 100 cm3 (le diamètre et la hauteur des anneaux atteignent approximativement 50 mm). Le poids d'un échantillon de 100 cm3 de sol (séché dans un four) donne la "densité apparente sèche", généralement exprimée en g cm3. Quand le sol est fraichement ameubli par le travail du sol, on ne peut pas prendre d'échantillons non perturbés car le sol meuble serait compacté par l'insertion de l'anneau dans le sol. Des mesures avec profilomètres pourraient être appliquées dans ce cas.
Pour effectuer un contrôle permanent du taux d'humidité et des densités, des sondes utilisant une source radioactive (sondes à neutrons et gamma) sont disponibles. Toutefois, ce type d'équipement est coûteux, doit être manié avec soin (risques sanitaires) et nécessite une calibration précise. Il est en général utilisé dans des programmes nécessitant des mesures détaillées pendant de longues périodes, comme une saison culturale complète. Ces systèmes sont basés sur la présence permanente de tubes d'accès dans le sol. Ils ne permettent donc pas de mesurer l'effet direct des opérations de travail du sol, parce que soit les tuyaux doivent être retirés avant le travail du sol et réinstallés après, soit le travail du sol doit être réalisé autour des tuyaux. Ces deux alternatives réduisent la facilité et la précision de leur utilisation.
Rugosité de la surface et changements dans la porosité
Ces paramètres importants doivent généralement être mesurés avec ce qu'on appelle un "rugosimètre ou profilomètre". C'est un appareil qui consiste en général en une barre dont la longueur varie entre 0,5 et 4 mètres. Une série d'aiguilles ou un appareil optique/électronique est placé sur cette barre, qui mesure la distance entre la barre et la surface du sol sur un grand nombre de points à la surface du sol, espacés à distance égale sur une ligne ou un quadrillage de référence. Ces mesures permettent d'obtenir deux valeurs:
1. la rugosité de la surface du sol, qui peut être déterminée en calculant l'écart type des mesures de hauteur2. la hauteur ou la distance moyenne au point de référence
Si la rugosité seule doit être mesurée, le mètre doit être placé parallèlement à la surface du sol. Si la hauteur moyenne et les changements de hauteur doivent être mesurés, alors le mètre doit être placé au même niveau de référence. Les mesures de rugosité doivent être prises perpendiculairement à la direction du déplacement de l'outil. Si le travail du sol a lieu sur un terrain en pente, le profilomètre doit être placé le long de la pente. Il est difficile de placer le mètre parallèlement à la surface du sol sur une surface rugueuse. Si les données du profilomètre sont analysées par ordinateur sur un simple tableau, la précision de la position parallèle peut être "corrigée". Si la barre du profilomètre est parallèle à la surface du sol, la rugosité sera moindre. Donc en manipulant le niveau de référence avec un tableur, on trouve (voir l'exemple ci-dessous) la valeur de rugosité la plus faible et donc correcte.
Taille et distribution des agrégats
Ce paramètre est important pour la conservation du sol et de l'eau et dans les cas où le sol est dur et difficile à effriter avec un second travail du sol. Les informations sur la taille des agrégats peuvent être obtenues de la façon suivante:
Un cylindre ou une boîte carrée, ouverte au fond et au-dessus (pas moins de 1000 cm2 de coupe transversale) est enfoncée dans la couche supérieure du sol. Le sol compris dans cet appareil est récolté soigneusement et tamisé. Les tamis peuvent être fabriqués à partir de feuilles de métal perforées avec des ouvertures arrondies de 80, 40, 20, 10, 5, 2 et 1 mm. Un filet carré peut aussi être utilisé. En général, les grosses mottes (> 80 mm) peuvent être sélectionnées manuellement. A la fin, le poids de chaque fraction de tamis est déterminé. Si le sol est humide, les agrégats peuvent facilement s'effriter au moment du tamisage. Le diamètre du poids moyen (DPM) peut être utilisé pour exprimer la distribution de la taille en un chiffre. Le DPM représente la somme du produit du poids et du diamètre moyen de chaque fraction d'agrégats, divisée par le poids total de tous les échantillons. Le point faible de cette méthode concerne l'effet relativement important des agrégats qui ne passent pas à travers les trous les plus larges des tamis. Il sera nécessaire de présumer une taille moyenne pour ces agrégats. Si des informations détaillées sur les tailles d'agrégats ou leur distribution ne sont pas requises, par exemple dans le cas d'expériences de conservation d'eau ou du sol, une évaluation rapide peut être réalisée en mesurant le nombre de larges mottes par unité de surface. Une méthode simple consiste à placer une structure carrée de 25 x 25 cm (en bois ou en fer) de façon aléatoire puis à compter les mottes plus grosses qu'un poing, par exemple.
Les mesures de pénétromètre
Un pénétromètre mesure la résistance obtenue quand un cône de métal est enfoncé dans le sol. Si les couches du sol sont denses ou compactes, un pénétromètre donnera une indication rapide de la profondeur et du degré de compaction. Les informations fournies par le pénétromètre sont toujours relatives, en comparant différents endroits du champ, etc. Aucune caractéristique 'indépendante' du sol ne peut être obtenue.
La force de cisaillement
Le torsimètre est un appareil pour mesurer la force de cisaillement de sol. L'appareil est utilisé surtout dans des sols argileux. Il se compose d'une tige avec ailes. Après l'enfoncement des ailes dans le sol, ils sont tournés et la résistance (le couple) est mesurée. Cette valeur est une bonne indication de la résistance (traction) des sols contre les forces des opérations de travail du sol.
Cultures
Beaucoup de mesures et d'observations différentes sont disponibles. Certains paramètres jugés importants pour la recherche sur le travail du sol sont donnés ici.
Résidus de pailles et de mauvaises herbes à la surface
D'un côté ce matériel est important comme protection du sol en surface contre l'impact direct des gouttes de pluie ou le ruissellement en surface, mais d'autre part, il affecte également les performances de l'équipement de travail du sol. Connaître les quantités de paillage est important pour ces deux aspects. Bien que des équipements photographiques et des méthodologies sophistiquées soient disponibles, le simple système suivant donne les meilleurs résultats: une structure carrée de 50 x 50 cm faite de bandes de bois ou de fils de métal est placée de façon aléatoire sur le champ à analyser. Le matériel "capturé" à l'intérieur de la structure est récolté manuellement. Pour les résidus de pailles (chaume), le matériel peut être coupé avec une paire de ciseaux de jardin directement à la surface du sol. Pour les mesures effectuées après le travail du sol, quand la plupart du matériel est enterré, seule la végétation ou les morceaux de paille qui sortent du sol devraient être récoltés à nouveau en les coupant à la surface du sol.
Désherbage
La même méthode peut être utilisée pour déterminer l'efficacité du désherbage. Les mauvaises herbes sont récoltées avant et après le travail du sol. Quand c'est possible, il faudrait pouvoir distinguer les différentes espèces. Une fois les mauvaises herbes récoltées, immédiatement après les opérations de travail du sol, on ne sait pas encore si elles mourront ou survivront. Il vaut donc mieux attendre un certain nombre de jours avant de prendre les mesures. Les poids aériens 'verts' (frais) ou sèches au four peuvent être déterminés. Dans le cas où la teneur en matière sèche est différente (par exemple un mélange de pailles et de mauvaises herbes), tout le matériel doit être séché. Il est difficile d'estimer un nombre minimum ou maximum d'échantillons par parcelle pour une détermination statistique précise. Des champs homogènes auront besoin de moins d'échantillons. Vingt échantillons de 25 x 25 cm peuvent suffire par ha. Les échantillons peuvent être pris aléatoirement ou sur les croisements d'une grille déterminée précédemment, placée sur papier sur le champ.
Emergence et établissement
Un des résultats importants des opérations de travail du sol concerne l'émergence et l'établissement initial d'une culture. Une culture qui démarre avec un peuplement clairsemé n'atteindra jamais un rendement maximum. La façon la plus simple de déterminer le nombre de plants consiste à compter (de nouveau aléatoirement) une distance fixe le long d'une rangée. Quand la culture est étendue, la méthode utilisant les structures, décrite plus haut, peut être employée.
Etudes de racines
Ce sujet important est traité dans le Chapitre 5.
