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Qu'est ce qu'une culture allélopathique et la biofumigation ?


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Aboutie
Dernière modification : 11/10/2021
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1. Présentation


Caractérisation de la technique

Description de la technique :

Principe : 

L’allélopathie est un phénomène biologique par lequel des plantes et/ou leurs résidus émettent dans le sol ou dans l’air des composés biochimiques toxiques vis-à-vis d’autres plantes, des ravageurs (insectes, nématodes) ou des microorganismes du sol (champignons, bactéries). La définition de l'allélopathie ne fait pas totalement consensus. Certains n'y incluent que les interactions entre végétaux, d'autres entre tous types d'êtres vivants. Les interactions peuvent être positives (phénomènes de coopération, stimulation des microorganismes) ou négatives (mécanismes de défense, compétition pour les ressources) et se font par l’intermédiaire de composés dits allélochimiques, libérés par la plante dans son milieu.

 

Ces composés allélopathiques peuvent être diffusés (cf schéma ci-dessous) en culture principale ou en culture intermédiaire :

  • Directement par la volatilisation, les exsudats racinaires ou foliaires des plantes vivantes pendant la culture, 
  • Indirectement par la décomposition des résidus de la plante morte. Il s’agit de la biofumigation qui consiste à broyer « en vert » le couvert d’interculture et l’enfouir dans le sol.

 

Schéma général présentant la diversité des cas auxquels l’effet allélopathique peut être induit par une plante de services (adapté de Kobayashi (2004) et Gfeller et Wirth (2017))

 

Un large éventail de substances allélopathiques a été identifié chez les Brassicacées (moutardes) mais aussi les Poacées (seigle, avoine, blé), les Fabacées (mélilot, certaines variétés de luzerne, trèfle violet, crotalaire), les Alliacées et les Polygonacées (sarrasin). Le plus souvent, ces composés sont des métabolites secondaires et appartiennent à des familles biochimiques très variées comme les dérivés benzéniques (ex. sorgoleone du sorgho), les phénoliques (ex. l’acide vanillique de la vanille), les acides hydroxamiques (ex. le DIMBOA du seigle), les hétérosides (ex. les glucosinolates des crucifères) ou les terpènes (Gravot, 2008 ; Latif et al., 2016 ; Massalha et al., 2017). Les plantes modifient leurs exsudats racinaires en présence d’autres plantes. Les champignons mycorhiziens à arbuscules peuvent faciliter le transfert des substances allélochimiques dans le sol et donc leur efficacité sur les bioagresseurs. 

 

Cas particulier de la biofumigation : C'est une technique culturale biologique permettant de lutter contre les adventices, les ravageurs ainsi que certains pathogènes du sol avec un couvert d’interculture. Lors de la dégradation de ces plantes, dans la plupart des cas les Brassicacées, les glucosinolates (GSL) contenus dans les cellules des tissus et dans les exsudats racinaires de ces plantes, sont transformés en isothio- et thiocyanates sous l’action de l’enzyme myrosinase (cf schéma ci-dessous). Cette technique s’applique à des cultures annuelles et pérennes et permet aussi d’augmenter la matière organique du sol. Les gaz de biofumigation ont l’avantage d’être sélectifs c’est-à-dire qu’ils n’agissent que sur certains organismes nuisibles contrairement à certains fumigants (ex. Bromure de méthyle) toujours utilisées dans certains états. Toutefois, il faut noter que ces molécules ayant un spectre large d’action, des organismes non pathogènes, voire bénéfiques, de la microflore peuvent aussi être affectés. 


Représentation schématique de la réaction au niveau de la cellule végétale, qui aboutit à la formation des gaz nécessaires pour la biofumigation (Adapté de Michel (2008))

 

L’allélopathie de manière générale (incluant la biofumigation) peut être utilisée dans certains systèmes de cultures comme l’agriculture biologique. Cette technique a révélé des effets marquants en grandes cultures, viticulturehorticulture-PPAMcultures tropicales, arboriculture, et cultures légumières,

 

Conditions de réussite :

Cet effet allélopathique, agissant de manière directe ou indirecte, peut varier en fonction de(s) :

  • L'espèce et de la variété utilisée → sélectionner selon les plus forts taux de métabolites secondaires (ex. glucosinolates pour les crucifères). Les espèces ayant des effets allélopathiques démontrés sont la cameline, le radis, la moutarde d'hiver et de printemps, l'avoine de printemps, le fenugrec, la gesse, le moha, le sarrasin, etc.
  • Conditions environnementales → l’efficacité de la technique est maximale lorsque le couvert est détruit dans des conditions chaudes et humides et peut dépendre des variations saisonnières entre les années
  • Stade de la plante → Détruire à mi-floraison les cultures biofumigantes, c’est à ce stade que les plantes contiennent le plus fort taux de glucosinolates
  • L’itinéraire technique → Obtenir une biomasse maximale
  • La biodisponibilité du souffre dans le sol augmente le potentiel biofumigant (notamment des crucifères) (Lefebvre et leblanc, 2018).

La biofumigation nécessite le semis d’espèces et de variétés spécialement sélectionnées qui auront un effet plus ou moins accentué selon la composition de glucosinolates (GSL) contenus dans les cellules (Brassicacées – moutarde, radis, …– dont l’effet biocide a été prouvé). La date du semis n’est pas un aspect à négliger car la vitesse de transformation des glucosinolates en isothio et thiocyanates est influencée par la température et l’humidité du sol. Ainsi, un couvert semé relativement tôt au printemps ou début d’été sera incorporé à une période où le sol est réchauffé. Au contraire, un semis tardif en été sera détruit à des températures assez basses et se manifestera par un ralentissement de la transformation des glucosinolates et donc un effet biofumigant moindre. Pour les semis d’automne les mélanges radis fourrager-moutarde sont conseillés afin de limiter les risques de gel. C’est à mi-floraison que les plantes contiennent le plus fort taux de glucosinolates ce qui justifie la destruction du couvert, en le broyant "en vert" et en l’enfouissant à ce moment. Afin d’améliorer l’efficacité de la technique, étant optimale en conditions chaudes et humides, il est conseillé d’irriguer 48 heures avant incorporation si possible et compléter après incorporation pendant la saison chaude. A une température < 15°C, la libération des gaz ralentit. La biofumigation peut aussi être réalisée avec le sorgho, qui sera détruit juste avant la floraison.

 

Précision sur la technique :

L’allélopathie présente tout son intérêt en protection intégrée des cultures afin de réguler la pression :

  • Des adventices en inhibant leur germination/levée. La réponse à la biofumigation est spécifique à chaque adventice. L’IRDA a démontré que la survie intraspécifique des plantules peut changer au fil des générations de plantes exposées à la biofumigation.
  • Des ravageurs et des nématodes en ayant des effets biocides sur certains pathogènes (ex. la moutarde brune en interculture permet par la biofumigation, d’avoir des effets biocides sur le taupin et évitera d’infester la culture de maïs suivante ; les œillets d’inde en interculture permettent d’assainir le sol des nématodes avant une culture de rosier.
  • Des maladies indirectement en réduisant les populations de nématodes vecteurs de maladies (ex. à l’arrachage des ceps, la vesce velue, l’avoine, le sainfoin sont des espèces implantées en interculture qui permettent via les exsudats racinaires de réduire les nématodes X. index vecteurs du court noué ; la moutarde brune et le radis permettent par la biofumigation d’assainir le sol du champignon Rhizoctonia solani et évite d’impacter les cultures de pomme de terre, betterave sucrière ou maïs suivant.

 

Points de vigilance :

Il est préconisé de sélectionner les espèces selon leur point de gel. De plus, la part dû à la compétition entre les espèces par la production de biomasse et celle dû à la biofumigation est difficile à distinguer pour la gestion des adventices. Enfin, il est déconseillé d'implanter une espèce déjà présente dans la rotation (composée avant tournesol, crucifère dans rotation courte avec colza, …).



Période de mise en œuvre
Pendant l'interculture
Sur culture implantée
A l'implantation

La technique de l’allélopathie peut être mise en place pendant la culture principale avec des associations de plantes de services exsudant des composés biocides ou en interculture avec les exsudats racinaires ou des composés biofumigants si le couvert végétal est broyé et enfoui.



Echelle spatiale de mise en œuvre
Parcelle

L’effet allélopathique dans le cadre de la gestion des bioagresseurs agit à l’échelle de la parcelle.



Application de la technique à...

Toutes les cultures : Facilement généralisable

Toutes les cultures assolées peuvent bénéficier d'effets allélopathiques de :

  • Plantes de services associées

- L’avoine et le fénugrec semés en inter-rangs de légumineuses à graines (fève, pois) réduisent par l’exsudation de molécules allélopathiques la germination de l’orobanche cretana.
- Le sorgho dans l’inter-rang de maïs peut permettre de contrôler le souchet.

  • La culture intermédiaire qui les précède, notamment :

- Avoine d'hiver, Blé tendre d'hiver, Engrain (Petit Epeautre), Epeautre, Orge d'hiver, Seigle d'hiver, triticale d'hiver : utilisation de moutarde contre le piétin-verse.
- Betterave : utilisation de moutardes ou radis contre le rhizoctone brun et les nématodes.
- Pomme de terre : contre le rhizoctone noir (appelé aussi Rhizoctone brun).
- Vigne : contre les nématodes vecteurs du virus du court-noué



Tous les types de sols : Facilement généralisable

Les conditions environnementales (type de sol, température et pH du sol) et de conduite (profondeur d’enfouissement, type de broyage, …) influencent la proportion de molécules biocides susceptibles d’atteindre leur organisme cible (Couëdel et al., 2017).

La phytotoxicité des allélochimiques augmente de façon significative lorsque le pH décroit (Norouzi et al., 2015). L’activité allélopathique de plantes cultivées dans des sols secs serait plus efficace que celle provoquée à partir d’autres plantes cultivées dans des sols bien arrosés. Toutefois la réussite de la biofumigation néssécite des conditions optimales de chaleur et d'humidité lors de l'incorporation qui permettent la transformation des glucosinolates en gaz toxiques (Chambre d'Agriculture Rhône-Alpes).



Tous les contextes climatiques : Facilement généralisable
Continental
Océanique
Méditerranéen
Alpin
Tropical

Les couverts peuvent être implantés dans toutes les régions si l’espèce et l’itinéraire technique sont adaptés (quelques interventions peuvent être nécessaires, comme l’irrigation dans le cas de la biofumigation). Ainsi, le choix des espèces et des variétés est à adapter au climat local.



Réglementation

La Directive Nitrate impose la couverture du sol pendant l'hiver en zone vulnérable, cette opportunité peut être saisie pour choisir un couvert à effet allélopathique ou biofumigant.




2. Services rendus par la technique


Régulation et gestion des adventices

Gestion des ravageurs


3. Effets sur la durabilité du système de culture


Critères "environnementaux"

Effet sur la qualité de l'air : En augmentation

En permettant de réduire le stock semencier ainsi qu’en agissant sur certains ravageurs et certaines maladies, l’allélopathie contribue à réduire les usages de produits phytosanitaires (herbicides, insecticides et fongicides) et leur transfert vers l’air. De plus, par rapport à un sol nu, l’implantation de plantes de services en interculture permet de limiter le phénomène d’acidification des sols s’il la culture est restituée au sol. Elle aura un effet alcalisant.



Effet sur la qualité de l'eau : En augmentation

Par rapport à un sol nu, l’implantation d’un couvert végétal, qu’il ait un effet allélopathique ou non, permet de piéger l’azote et le phosphore. De plus, celui-ci peut éventuellement fixer l’azote atmosphérique s’il contient des légumineuses, et rendre le phosphore disponible à la culture suivante ce qui permettra de limiter les apports en engrais. L’effet allélopathique permettant de réguler la flore adventice ainsi que les attaques de ravageurs, permet de réduire l’usage de pesticides et donc permet d’améliorer la qualité de l’eau.



Effet sur la consommation de ressources fossiles : Pas d'effet (neutre)

L'implantation et la destruction du couvert entrainent :

  • Une consommation de carburant plus importante que le maintien du sol nu pendant l'interculture (sauf légumineuse en interculture qui permet de réduire les apports d'azote) s'il n'y a pas de travail du sol pendant cette période

  • Des émissions de GES liées à la consommation de carburant. Le développement du couvert permet de stocker du carbone dans le sol. Le bilan est donc "variable" à l'échelle de la culture.

  • La régulation des bioagresseurs par le couvert peuvent permettre une baisse des interventions en cours de culture (passages de produits phytosanitaires, désherbage mécanique, …).

 




Critères "agronomiques"

Productivité : Variable

Le temps de décomposition des résidus, plus ou moins long, peut entraîner un retard de la date d’implantation de la culture suivante.

En cas de destruction trop tardive, la culture intermédiaire peut provoquer des effets dépressifs sur la culture suivante (disponibilité en eau et en azote) et l'effet allélopathique peut éventuellement toucher la culture suivante en plus des adventices, d’où l’importance d’adapter le choix du couvert à la culture suivante.



Qualité de la production : Pas d'effet (neutre)


Fertilité du sol : En augmentation

L'azote capté par le couvert pendant son développement est restitué progressivement après sa destruction. Une partie sera directement disponible pour la culture suivante. Le couvert permet aussi d'améliorer la disponibilité en phosphore et en potasse pour la culture suivante (remobilisation des éléments).

Cette technique favorise l’activité biologique du sol, permet d’améliorer les teneurs en matière organique, de stocker du carbone et fixer de l’azote dans le sol, favorisant ainsi sa fertilité.

Cette méthode limite les fuites de nitrates, l’érosion, la battance et l’altération de la structure du sol.



Stress hydrique : En augmentation

Le prélèvement d'eau pendant le développement du couvert peut réduire l'eau disponible dans la réserve utile, en particulier en cas d'hiver sec. La destruction du couvert devra être adaptée au type de sol et aux exigences en eau de la culture suivante.



Biodiversité fonctionnelle : En augmentation

La présence de couvert favorise certaines espèces en leur fournissant refuge et nourriture (insectes auxiliaires, pollinisateurs, macro et microfaune du sol, oiseaux, etc.). Cet effet est variable selon la nature du couvert, par exemple s'il s'agit d'une espèce nectarifère ou pas.



Développement des bioagresseurs : Variable

Les cultures intermédiaires peuvent avoir un effet variable sur les bio-agresseurs. Elles rompent le cycle de certains, mais fournissent un habitat et/ou de la nourriture à d'autres (limaces, tenthrèdes, altises, pucerons). Il faut éviter de choisir des cultures intermédiaires hôtes de bioagresseurs communs à ceux des cultures principales (exemple : crucifères dans une rotation avec colza fréquent).




Critères "économiques"


Charges opérationnelles : En augmentation

En fonction de l'espèce ou du mélange d'espèces choisi, le coût de semences peut varier de 10 à 100 €/ha.



Charges de mécanisation : Variable

Le coût de l'implantation peut varier de 0 €/ha (semis à la récolte sous la coupe) à 60 €/ha (semis direct). Le coût de destruction varie également de 0 €/ha (gel) à 30 €/ha (broyage + enfouissement).



Marge : Variable

On a d'un côté des économies d'engrais (restitutions d'azote) et des économies éventuelles de produits phytosanitaires et de passages, et de l'autre un coût lié à l'implantation du couvert. L'effet sur la marge est en fonction de l'équilibre entre ces deux éléments. Les effets "à long terme" sont difficilement quantifiables et chiffrables et ne sont généralement pas pris en compte dans le calcul des marges (amélioration de la structure du sol, limitation érosion, vie du sol, ...). Le couvert peut aussi être valorisé (récolte, fourrages, ...).




Critères "sociaux"


Temps de travail : Variable

En fonction du mode d'implantation et de destruction, la charge de travail peut être plus ou moins importante que celle liée à la réalisation de faux-semis en interculture. Cependant, une augmentation du temps de travail est constatée pour la préparation du semis, l’implantation, le broyage et l’incorporation du couvert.



Effet sur la santé de l'agriculteur : En augmentation

Par diminution de l’usage des produits chimiques (sauf si destruction chimique).





4. Organismes favorisés ou défavorisés


Bioagresseurs favorisés

Organisme Impact de la technique Type Précisions

Bioagresseurs défavorisés

Organisme Impact de la technique Type Précisions
Verticillium dalhiae MOYENNE agent pathogène (bioagresseur)
adventices MOYENNE adventices
nématode de la betterave MOYENNE ravageur, prédateur ou parasite
nématode à kystes MOYENNE ravageur, prédateur ou parasite
piétin-échaudage MOYENNE agent pathogène (bioagresseur)
rhizoctone brun MOYENNE agent pathogène (bioagresseur)

Auxiliaires favorisés

Organisme Impact de la technique Type Précisions
Bactéries fonctionnelles du sol MOYENNE Organismes fonctionnels du sol
Organismes fonctionnels du sol MOYENNE Organismes fonctionnels du sol
Pollinisateurs MOYENNE Pollinisateurs

Auxiliaires défavorisés

Organisme Impact de la technique Type Précisions

Accidents climatiques et physiologiques favorisés

Organisme Impact de la technique Précisions

Accidents climatiques et physiologiques défavorisés

Organisme Impact de la technique Précisions


5. Pour en savoir plus

Gfeller A., Wirth J.
Innovations Agronomiques, Article de revue avec comité, 2017
Couëdel A., Seassau C., Wirth J., Alletto L.
Innovations Agronomiques, Article de revue avec comité, 2017
Chalaye C.
Chambre d'Agriculture Rhône-Alpes, Brochure technique, 2012
Michel V.
Revue suisse Vitic. Arboric. Hortic, Article de revue sans comité, 2008
Michel V.
Best4Soil Network, Multimédia, 2020
Kobayashi K.
Weed biology and management, Article de revue avec comité, 2004
Doré T., Sène M., Pellissier F., Gallet C.
Cahiers Agricultures, Article de revue avec comité, 2004
Oueslati O.
Univ Européenne, Ouvrage, 2018

6. Mots clés


Méthode de contrôle des bioagresseurs :
Mode d'action :
Type de stratégie vis-à-vis de l'utilisation de pesticides :
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Contributeurs

11/10/2021
Marie Hedan - ACTA - Paris (75012)
charge-mission - marie.hedan@acta.asso.fr

08/07/2021
Lionel ALLETTO - INRAE - Castanet-Tolosan (31326)
chercheur - lionel.alletto@inrae.fr