La dégradation des sols en France et dans le monde, une catastrophe écologique ignorée

La conservation des sols devient un projet majeur à l'échelle mondiale. Tous les continents sont concernés : érosion, compaction, pluies acides, pesticides, métaux lourds, salinisation constituent des facteurs de dégradation des sols, sans parler de la disparition des sols suite à leur artificialisation.

Les effets de l'érosion s'aggravent dans diverses régions du monde. Non seulement des parcelles et des bassins versants amont sont dégradés, mais cela peut avoir à l'aval des conséquences catastrophiques sur l'atterrissement (c'est-à-dire le dépôt) des sédiments, menant au comblement des exutoires et à des inondations de plus en plus fréquentes^[2].

Des effets indésirables se produisent sur la qualité de l'eau avec les diverses pollutions chimiques (nitrates, phosphates, pesticides) et physiques (suspensions solides).

Les sols sont non seulement soumis à des dégradations physiques et chimiques mais également à des pollutions d'origines variées : pollutions liées aux retombées atmosphériques (pluies acides), en particulier de substances issues de la combustion des énergies fossiles, à la fertilisation agricole et aux modes de culture (excès d'engrais, pesticides), sans parler des pollutions accidentelles ou clandestines (enfouissement de déchets toxiques, décharges sauvages).

C'est vers les années 1970 qu'une prise de conscience croissante des problèmes de l'environnement s'est manifestée tant auprès des autorités que de l'ensemble de la société. L'influence de la croissance exponentielle de la population^[3] a commencé à avoir un impact très significatif sur la quantité et la qualité des ressources naturelles ; le sol n'était pas épargné.

Source - © 2020 Clément Mathieu, modifié d'après Robert et Stengel, 1999 – CC-BY

Figure 1. Principaux types de dégradation des sols

La dégradation des sols dans le monde est principalement due aux activités humaines : agriculture intensive, irrigation, déforestation, surpâturage, pollutions industrielles. Un sol est jugé dégradé lorsqu'il a perdu une partie de ses fonctions, comme celle de nourrir les plantes ou les animaux, celle de filtrer les eaux ou encore celle d'abriter une importante biodiversité. Des dégradations légères aux plus graves, ce phénomène atteint environ 20 millions de km² soit près de 60 % des sols cultivables. Des sols non cultivés sont déjà dégradés par l'érosion hydrique ou éolienne, la salinisation ou la déforestation.

Aujourd'hui, des millions de personnes en subissent les conséquences. Elles seront près de deux milliards en 2020 si rien ne change.

Source - © 2020 Clément Mathieu d'après ISRIC-UNEP, 1990 – CC-BY

Figure 2. Surfaces dégradées par continent et par cause

Pour l'Europe par exemple, l'Agence européenne pour l'environnement (2015) identifie les principales menaces suivantes :

La première forme majeure de dégradation est l'érosion hydrique, processus par lequel l'eau de pluie détache et emporte les particules de sol. Elle est liée en grande partie au ruissellement, c'est-à-dire à l'écoulement à la surface du sol des eaux de pluie ou de celles de la fonte des neiges. L'érosion s'aggrave avec l'exploitation agricole qui empêche, pour diverses raisons, une pénétration optimale de l'eau dans le sol, ce qui augmente le ruissellement.

Source - © 2020 M. Eimberck, reproduit avec autorisation

Figure 3. Érosion en une seule période hivernale en région limoneuse

Ravine d'érosion en culture de céréales d'hiver, entaillant profondément le sol en terrain limoneux (région d'Hesdin, département du Pas-de-Calais). Comme on peut le remarquer, cette ravine a été creusée par les eaux de ruissellement après le semis de la céréale, elle est donc le résultat d'une seule saison pluvieuse ; le sol est entaillé bien en dessous du seul horizon de labour. Pour réparer le dégât, il faudra combler cette ravine avec de la terre prise ailleurs.

Si une érosion anthropique importante apparaît au Moyen-Âge, puis dans les massifs montagneux européens dans la seconde moitié du XIX^e siècle, c'est surtout depuis 1950 que sévit sur tous les continents une grave crise érosive en relation avec les transformations de l'agriculture : augmentation de la productivité, mécanisation, remembrements, surpâturage, déforestation, etc. Et si aujourd'hui tous les remèdes techniques de lutte contre l'érosion sont connus des spécialistes, il est évident que ce sont les moyens et la volonté politique qui font le plus défaut pour enrayer ou même seulement réduire ce « cancer des sols ».

Dans le monde, on estime la quantité de sol érodée chaque année à 5 tonnes par habitant^[4]. Selon certains experts, le chiffre est sous-estimé. En zone tempérée, on perd en moyenne 1 tonne de terre par an et par hectare, ce qui est supérieur au taux de formation du sol à partir du substrat. L'INRAE estime en effet qu'en zone tempérée atlantique la vitesse de formation des sols est de 0,1 à 0,02 mm par an, mais que celle de l'érosion est en moyenne de 1 mm de sol par an (Ruellan, 2010 [12]). En France, 17 % du territoire est touché par l'érosion. La Chine est probablement le pays le plus affecté par l'érosion puisque 37 % de la superficie du pays présente des sols érodés. Par ailleurs, ce processus affecte davantage les populations les plus pauvres du globe.

Source - © 2020 Clément Mathieu – CC-BY Figure 4. Paysage de badlands en zone de climat tempéré subhumide de type méditerranéen, Pays Glaoua, Maroc
Source - © 2020 Clément Mathieu – CC-BY Figure 5. Érosion éolienne sur formation sablo-limoneuse et sol nu en climat tempéré atlantique, département de l'Aisne, France	Source - © 2020 L. Coutre-Picart, reproduit avec autorisation Figure 6. Vent de sable en région semi-aride très peu couverte par la végétation, région Sud-Ouest de l'Australie

Dans le cas de l'érosion éolienne, c'est sous l'effet du vent que le sol se délite. Ce processus touche surtout les zones péridésertiques, comme les grandes plaines des États-Unis, la frange du Sahel, l'Afrique du Nord (dont l'Égypte), le Soudan, le Moyen-Orient et les plateaux du Nord de la Chine. Ainsi 45 % de la surface des terres sèches en Afrique subissent une activité éolienne traumatisante (Mainguet, 1995 [5]). Mais elle peut également affecter des zones tempérées. Là encore, l'exploitation par l'agriculture est un facteur aggravant : les particules d'un sol labouré vont se détacher plus facilement, puis être emportées par le vent.

L'un des risques liés aux systèmes à l'herbe (pâturages extensifs), en particulier en zones arides et semi-arides, est la dégradation des sols due au surpâturage. Le surpâturage peut se définir comme une pratique qui consiste à faire paitre trop de bétail durant une longue période sur des terres incapables de reconstituer leur végétation, ou bien, à faire paitre des ruminants sur des terres qui ne sont pas adaptées au pâturage à cause de certains paramètres physiques, tels que la pente.

Source - © 2020 Clément Mathieu – CC-BY Figure 7. Désertification avec érosion aggravée due au surpâturage caprin en climat aride de type péruvien, Limari-Ovalle, Chili

Source - © 2020 Clément Mathieu – CC-BY Figure 8. Zone en voie de désertification, à l'Est de Nairobi, Kenya Zone en voie de désertification (vue aérienne) due à un surpâturage des troupeaux de bovins de nomades masaïs en climat tropical humide de type soudanien.

Le surpâturage dépasse la capacité de charge du pâturage. Par exemple, en Mongolie, un pays grand comme trois fois la France, 80 % de la perte de végétation au cours de la dernière décennie (2000-2010) sont dus au surpâturage. En vingt ans (1990-2010), le cheptel domestique (moutons, chèvres, chevaux, bovins, chameaux…) a quasi doublé passant de 26 à 45 millions de têtes. Le surpâturage a souvent pour conséquence l'érosion du sol, la destruction de la végétation et d'autres problèmes liés à ces processus, comme le tassement du sol. Or les racines se développent moins bien dans un sol tassé. L'ensemble de ces processus conduit souvent à une situation de désertification.

La structure du sol joue un rôle essentiel dans le développement des plantes et des activités biologiques. Ce développement est conditionné par le volume de la porosité qui règle l'aération, la rétention de l'eau et le drainage. La structure des sols est la clé de leur fertilité.

Source - © 2020 L. Florentin, reproduit avec autorisation Figure 9. Compactage mécanique du sol lors d'une récolte de maïs d'automne en climat tempéré semi-océanique, région de Lorraine, France

Source - © 2020 Clément Mathieu – CC-BY Figure 10. Compactage mécanique des sols lors de débardage forestier en climat tempéré atlantique, Limousin, France

Aussi le tassement mécanique des sols, ou compactage par les engins mécaniques (mais aussi par la surcharge en bétail liée au surpâturage) se traduit par une diminution de la porosité avec des conséquences biologiques négatives (diminution de la faune tels que les vers de terre, et de l'activité microbienne). En Europe, on estime la surface des sols compactés à 33 millions d'hectares soit 4 % des terres. Cette situation entraine, outre une baisse de production, une augmentation du risque de lessivage des nitrates, d'émission d'oxyde nitreux (N₂O, un gaz à effet de serre), de ruissellement, et d'érosion des sols.

Dans les sols irrigués, le tassement hydrique (tassement avec perte d'eau par dessiccation excessive) s'ajoute au tassement mécanique augmentant encore les conséquences négatives déjà citées.

Source - © 2020 Clément Mathieu – CC-BY

Figure 11. Concentration blanchâtre de sel au-dessus d'un billon en culture de betteraves sucrières (eau à 0,8 g/L), Plaine des Triffa, Maroc

Un autre ensemble de dégradation touche l'aspect chimique des sols et revêt plusieurs formes. La première est la salinisation d'origine anthropique induite principalement par le développement mondial de la culture irriguée. En effet, dans les régions semi-arides, l'eau d'irrigation est très souvent légèrement salée ; lors de l'évapotranspiration régulière, les sels s'accumulent dans le sol. Autre phénomène, toujours dans ces régions, les sels souvent présents en profondeur sont conduits vers la surface via la remontée de l'eau par capillarité puis par évapotranspiration. Cette salinisation a des conséquences immédiates sur la fertilité chimique du sol mais aussi sur la structure du sol, donc sur sa fertilité physique. Pour prendre un exemple en Inde, la première cause identifiée du plafonnement des rendements est la salinisation des sols. Dans le bassin du Gange, sur 35 millions d'hectares cultivés, 1 million est inutilisable par excès de sel (Griffon, 2006 [3]).

Au Sénégal, qui compte environ 3,8 millions d'hectares de terres cultivables, 1,2 million d'hectares sont affectés par la salinisation créant in fine l'exode massif des populations ainsi que l'insécurité alimentaire et la pauvreté. À l'échelle mondiale, ce sont 100 millions d'hectares qui sont affectés par la salinisation, soit environ 5 fois la superficie de la France.

L'absorption des éléments minéraux du sol par la plante, qui sont ensuite exportés dans celle-ci lors des récoltes, diminue la réserve en cations des sols. Par conséquent, si l'apport d'intrants (fumier, compost, engrais) ne vient pas compenser les exports, petit à petit le sol va s'appauvrir en cations (Ca²⁺, K⁺, Mg²⁺ …). Ceux-ci seront remplacés par des ions H⁺, ce qui se traduira par une acidification. C'est un processus permanent dans les pays du Sud où l'agriculteur exploite ses champs sans restitution jusqu'à son abandon pour aller cultiver ailleurs. C'est ce que j'ai qualifié de « cycle d'infertilisation » (Mathieu, 1990 [6], 2000 [7], 2007 [8]). Mais l'Europe n'est pas non plus épargnée, 45 % des sols européens seraient « épuisés » : leur stock de matière organique étant très bas, l'activité biologique y est faible et donc le recyclage de la matière organique en matière minérale est également très réduit. L'acidification est donc due à des exports sans restitution (de matière organique, de fertilisants naturels ou industriels), mais elle est aussi causée par les apports externes que sont les pluies acides, certains engrais et les rejets atmosphériques urbains et industriels qui constituent les éléments de la pollution des sols.

Source - © 2020 Clément Mathieu, modifié d'après W. Blum, 2006 – CC-BY

Figure 12. Pollution des sols à travers les activités urbaines et industrielles

La pollution d'un sol est l'accumulation notable d'éléments minéraux, organiques ou de pathogènes dans celui-ci, en quantité telle que leur présence peut revêtir un danger pour les organismes vivants (plantes, animaux, Hommes) ou compromettre une ou plusieurs grandes fonctions du sol et l'usage qui est habituellement fait de ce milieu.

La question qui se pose est de savoir comment des produits polluants parviennent aux sols. Les sources sont nombreuses. Les origines sont d'abord agricoles par la fertilisation, les apports de lisiers et de boues, et les pesticides, puis urbaines et industrielles par voie atmosphérique et industrielles directes pour les « sites pollués ».

Une pollution due à la fertilisation des sols provient de l'apport des phosphates. Ceux-ci contiennent, selon leur provenance, une certaine quantité de cadmium qui s'accumule dans l'horizon de surface. Les pays les plus touchés par cet élément sont ceux qui depuis longtemps ont fait des apports très importants de phosphates, comme la Belgique, les Pays-Bas, le Nord de la France et le Japon. Cet élément est très toxique aussi bien pour les micro-organismes du sol que pour l'Homme (perturbations rénales). Il trouve également son origine dans les retombées atmosphériques (combustion du pétrole et du charbon) et dans les boues d'épuration.

La volonté de remplacer les engrais chimiques par des déchets recyclés a amené les pouvoirs publics occidentaux à inciter la valorisation agricole de ceux-ci et plus particulièrement celle des boues urbaines appelées aussi boues de station d'épuration. Ces boues sont issues de l'épuration collective des eaux usées et peuvent être utilisées comme engrais car elles renferment des éléments nutritifs, essentiellement de l'azote et du phosphore, du calcium ou du soufre, et un peu de potassium et de magnésium. Les boues de première génération contenaient des substances toxiques en particulier des quantités importantes de métaux lourds.

Depuis la fin des années 1990, par mesure de précaution contre une pollution des sols et des eaux par les boues, des réglementations sur le contenu de ces boues ont été élaborées dans plusieurs pays occidentaux. Il n'en est malheureusement pas de même dans les pays du Sud où des apprentis sorciers préconisent l'utilisation des « composts urbains », c'est-à-dire de composts issus de déchets ménagers récoltés dans les villes, pour fertiliser les champs, particulièrement les maraichages.

En matière de fertilisant agricole, un autre exemple nous vient des élevages porcins où le cuivre et le zinc utilisés dans les traitements pour les animaux sont peu retenus par ceux-ci et se retrouvent dans les lisiers. Ceux-ci sont ensuite utilisés pour fertiliser le maïs qui sera consommé par les porcs. Ce cycle conduit à une augmentation des teneurs en cuivre et en zinc dans le sol.

La pollution peut également être d'origine atmosphérique. On sait que l'atmosphère, en plus de ses composants gazeux, contient des particules qui proviennent de sources naturelles (éruptions volcaniques, vents des déserts, etc.) ou liées aux activités humaines. Avec le développement des activités industrielles (XIX^e et XX^e siècles), à l'échelle de la planète, les émissions de certains métaux liées à ces activités dépassent les apports naturels. Les principaux métaux lourds concernés sont le plomb, le zinc, le cuivre, le cadmium, l'arsenic, le nickel et le manganèse. Ces éléments rejetés dans l'atmosphère – le plus souvent par les fumées industrielles, les habitations et les véhicules – sont ramenés aux sols par les précipitations ou après s'être agglomérés. Par exemple, la contamination des sols et de la végétation le long des grands axes routiers (autoroutes) est maintenant bien démontrée.

Nous terminerons ce rapide tour d'horizon par le cas des nitrates. Les nitrates ne polluent pas les sols. Dans la couche de surface des sols, il y a environ 5 à 10 tonnes d'azote naturel par hectare. Cet azote est nécessaire à la croissance des plantes et est renouvelé annuellement par le cycle de l'azote. En revanche, lors d'apport important d'engrais azotés ou d'effluents d'élevage, l'azote en excès, non utilisé par les plantes peut être entrainé dans les eaux superficielles et souterraines et alors il y a risque de pollution des eaux, déclenchant avec les phosphates le phénomène d'eutrophisation du milieu aquatique. Ce risque résulte d'une utilisation excessive d'engrais, d'amendements et de boues urbaines par l'agriculture.

L'artificialisation des sols (ou bétonisation) (avec les autoroutes, les tracés de TGV, les zones industrielles, les extensions des villes, et l'éparpillement des constructions – le mitage) est responsable d'une perte annuelle estimée à 20 millions d'hectares de sol à l'échelle mondiale. Pour la France, on estime une perte de 26 m² de sol toutes les secondes soit environ 60 000 ha/a ou la perte de la superficie du sol d'un département tous les 7 ans. Pour l'Europe, c'est 30 millions d'hectares perdus entre 1961 et 2003, soit 770 000 ha/a. En Chine, la surface urbanisée a quadruplé entre 1980 et 2012. Chaque année, c'est deux fois la surface de l'Ile-de-France qui y est artificialisée.

Source - © 2020 Clément Mathieu – CC-BY Figure 13. Chantier d'autoroute stérilisant et déblayant des sols agricoles, région de Poitiers, France

Source - © 2020 Clément Mathieu – CC-BY Figure 14. Parking en zone extérieure à Limoges Photographie prise en 2015. Dix ans auparavant, cette zone était occupée par des dizaines d'hectares agricoles.

Cette artificialisation stérilise de façon irréversible les sols en annulant le potentiel agricole et se fait principalement aux dépens des meilleures terres agricoles parce qu'elle s'implante surtout dans les zones planes à sols profonds.

Toutes ces dégradations physiques et chimiques des sols entrainent inéluctablement la dégradation biologique des sols. L'érosion, le tassement du sol, la diminution du taux de matière organique et la pollution perturbent l'activité de la faune, de la microfaune et des bactéries du sol en entrainant une perte de la diversité biologique. Ces phénomènes jouent également un rôle important sur la qualité des eaux (charge solide, eutrophisation, pollution par les pesticides, etc.).

Par l'intensification de l'agriculture et de la déforestation, par l'augmentation exponentielle de la population, de graves erreurs de gestion des sols ont été commises au cours du XX^e siècle. Les facteurs de dégradation des sols se cumulent. Par exemple, une terre cultivée qui s'acidifie, s'appauvrit en éléments nutritifs pour la plante et se tasse en surface, ce qui favorise le ruissellement, donc l'érosion. Sommes-nous rentrés dans une « spirale de dégradations » ? Chaque année, des millions d'hectares “disparaissent”, deviennent impropres à l'agriculture ou perdent leurs fonctions d'épurateur d'eau, de régulation des cours d'eau ou d'accumulation de carbone. La désertification menace plus d'un tiers des terres émergées. Avec la réduction et l'appauvrissement des surfaces destinées à produire des aliments, la prospective alimentaire est devenue un défi majeur des prochaines décennies.

L'éducation au sol devient une priorité, car si la “Terre” est bien connue, le “sol”, lui, ne l'est pas encore. Et à quoi bon le développement, la croissance, la justice, la liberté quand nous aurons tué les sols ?