La « Water Use Efficiency » (Efficience de l’Utilisation de l’Eau)

Comprendre le concept Water Use Efficiency (WUE)

Le concept de Water Use Efficiency a été introduit par deux chercheurs américains, Briggs et Shantz, au début du XXe siècle, qui ont montré une relation entre la productivité des plantes et l’utilisation de l’eau.

Source : Water-Use Efficiency: Advances and Challenges in a Changing Climate / Jerry L. Hatfield – Christian Dold

La mesure diffère selon que l’on se base au niveau de la feuille, de la plante entière, ou plus largement, au niveau d’un champ, d’une forêt, d’une population.

Dans les systèmes agricoles modernes, une utilisation efficace de l’eau est primordiale pour assurer l’optimum technico-économique dans les exploitations. C’est une ressource essentielle au développement des plantes, pour couvrir leurs besoins et viser un rendement maximum. Un manque, comme un excès, est très préjudiciable, et peut entraîner jusqu’à la perte de la récolte. Un déficit hydrique induit en effet des taux de transpiration plus faibles, mais agit également négativement sur la photosynthèse et la production de biomasse. Tandis qu’un surplus hydrique entraîne l’anoxie (absence totale d’oxygène) des racines, impactant la croissance.

Aussi, lorsque la quantité d’eau disponible est suffisante, la plante en consomme parfois plus qu’elle n’en aurait réellement besoin, restant ainsi dans une zone de confort hydrique. Dans cette situation dite « optimale », une légère réduction de la consommation d’eau n’aurait aucun impact sur son développement, car elle puise dans cette marge de confort. Cependant, si la plante dispose d’une abondance d’eau, elle peut adopter un comportement qui conduit au phénomène de lazy roots (ou « racines paresseuses »). Dans ce cas, le système racinaire se développe de manière superficielle, limitant sa capacité à explorer les couches profondes du sol et à accéder aux ressources en eau en cas de stress hydrique.

Le stress hydrique, défini comme une pénurie d’eau suffisante pour perturber la croissance des plantes, constitue un obstacle majeur à l’amélioration de la WUE. Les perturbations climatiques, telles que l’augmentation des températures et les précipitations irrégulières, renforcent ce défi en limitant les ressources hydriques disponibles et en intensifiant les pertes liées à la transpiration excessive.

Les causes et conséquences du stress hydrique

Les causes du stress hydrique sont multifactorielles. Le changement climatique est devenu ainsi une des plus importantes sources de préoccupation en agriculture, avec des évènements de plus en plus aléatoires : hausse des températures, changement des régimes de précipitations, sécheresses plus intenses et fréquentes… Des facteurs environnementaux entrent également en jeu : déforestation, dégradation des sols, pertes de zones humides… Quant aux activités humaines, de plus en plus, elles exercent une pression sur la ressource en eau, avec des prélèvements qui ont augmenté deux fois plus vite que la taille de la population au XXe siècle. Ce qui exacerbe la survenue du stress hydrique ? la concurrence entre les secteurs – agriculture, industrie, énergie…-, des pratiques agricoles non durables (irrigation notamment), des mesures politiques insuffisantes…

Côté conséquences, le stress hydrique peut être à l’origine de pertes de rendements et de qualité pour les cultures. Le choix d’espèces résilientes au manque d’eau étant restreint, l’assolement peut s’en trouver moins diversifié. En élevage, une situation de stress hydrique peut jouer sur la production de fourrages et limiter l’accès à l’eau pour les animaux, impactant leur santé et leur productivité, voire leur survie. Au-delà des aspects techniques, ce sont les performances économiques de l’exploitation qui sont en jeu, avec des risques de baisse de revenus, d’augmentation des investissements pour limiter le stress hydrique… Plus largement, cela menace la sécurité alimentaire d’une population mondiale croissante.

Améliorer la WUE pour réduire le stress hydrique

Comme dit plus haut, un stress hydrique provoque en général une baisse de la transpiration, mais également de la photosynthèse et donc de la production de biomasse.  Cependant, une étude américaine  a montré qu’en maïs, de hauts rendements pouvaient être obtenus sans changer le niveau d’utilisation de l’eau mais en augmentant le WUE, au travers d’une gestion agronomique optimale et le recours à la génétique.

Outre l’augmentation des rendements, il s’agit d’optimiser l’utilisation de l’eau pour minimiser les besoins en irrigation, réduisant la consommation hydrique à l’échelle de l’exploitation. A plus grande échelle, l’objectif est de préserver les ressources, avec un impact positif sur l’environnement.

Optimiser la surface foliaire

Une augmentation de la surface foliaire va de pair avec celle de la photosynthèse (et donc la production de biomasse), mais aussi celle de la transpiration. En cas de risque de stress hydrique, l’enjeu est d’obtenir une surface foliaire suffisante pour une photosynthèse optimale sans excès de transpiration. Pour y répondre, les stratégies peuvent s’appuyer sur la sélection génétique afin de proposer des variétés avec une surface foliaire équilibrée, mais aussi en jouant sur l’écartement inter-rangs, pour éviter la concurrence vis-à-vis de la lumière.

Aller plus loin en se basant sur l’indice de surface foliaire

L’indice de surface foliaire (LAI : Leaf Area Index) représente la surface projetée de feuilles du peuplement par unité de surface au sol (Watson, 1947), traduisant la couverture de feuilles en m² par m² de sol. Un LAI élevé favorise l’interception de pluies et la photosynthèse. Une forêt tropicale dense peut afficher un LAI allant jusqu’à 9. Pour les espèces cultivées comme le maïs par exemple, le LAI varie de 0 à 6 selon le stade. Il s’agit donc de bien gérer l’occupation des couverts, aussi bien à l’horizontal qu’à la verticale.

Favoriser la dynamique racinaire, et davantage de profondeur

Renforcer le chevelu racinaire, qui passe notamment par le recours à des biostimulants, optimise l’absorption de l’eau dans un sol. Avec des racines plus profondes, les plantes accèdent à la ressource dans les couches inférieures du sol, augmentant la réserve utile disponible. Résultat, en cas de sécheresse, la WUE est meilleure. Autres leviers possibles : une gestion optimale des sols, pour assurer une bonne porosité et la qualité d’enracinement ; et le positionnement des tours d’irrigation, à la faveur du confort hydrique des plantes.

Améliorer les pratiques d’irrigation

Les pertes d’eau, liées à son stockage et son transport vers les parcelles, atteindraient plus de 40 % du volume global mobilisé pour l’irrigation des cultures à l’échelle mondiale. Afin d’améliorer les systèmes d’irrigation, il est nécessaire de recourir à des techniques efficaces, comme l’apport d’eau localisé : le goutte-à-goutte enterré, par exemple, mène l’eau directement vers la zone racinaire, réduisant ainsi les risques de pertes.
Le pilotage de l’irrigation est également incontournable pour positionner les tours d’eau, à la juste dose. L’utilisation d’outils d’aide à la décision permet de calculer au plus près les besoins en eau des cultures, afin d’éviter l’excès d’arrosage.

Comprendre la structure du sol et gérer l’humidité

Dans un sol, la réserve utile (RU) représente l’eau disponible pour les plantes. Elle se compose de la réserve facilement utilisable (RFU) et de la réserve de survie (RS). La RU varie selon le type de sol et peut être évaluée au travers du bilan hydrique. Le suivi de l’humidité du sol est essentiel pour optimiser le pilotage de l’irrigation.

En parallèle, il est nécessaire de veiller à minimiser la dégradation des terres. Dans les approches d’agriculture de conservation ou régénérative, le sol est au centre des préoccupations. TCS, non-labour, couverts végétaux, apports de matières organiques… ces techniques vont jouer sur la biodiversité, l’activité biologique, la porosité du sol, le préservant, voire l’améliorant… en faveur d’une meilleure utilisation de l’eau.

Zoom sur les phytostérols, une solution naturelle et efficace pour une meilleure WUE

Les phytostérols sont des composés naturellement présents dans les plantes. Leur concentration augmente lorsque celles-ci sont exposées à un stress hydrique, ce qui enclenche des réactions physiologiques de défense. Appliqués en préventif, les biostimulants à base de phytostérols permettent d’anticiper le stress hydrique, en stimulant le développement des racines et en limitant l’évapotranspiration, via la fermeture partielle des stomates.

Ils agissent ainsi sur la zone de confort hydrique de la plante, qui utilise moins d’eau, mais produit toujours autant de biomasse. Résultat : une sécurisation du niveau de production en cas de stress hydriques à répétition (mais pas en cas de longues périodes de sécheresse).

Autre atout des phytostérols : l’effet de réhydratation plus rapide (rewatering effect) de la plante. Dans la logique d’une « Positive Plant Health », les cultures souffrent globalement moins du stress hydrique et restent davantage vigoureuses, leur permettant de se rétablir plus vite après l’épisode climatique.

Pour conclure, comment la Water Use Efficiency permet de faire face au stress hydrique agricole?

Se baser sur la WUE en agriculture devient crucial pour optimiser les consommations d’eau, lutter contre le stress hydrique et ainsi préserver les rendements et la qualité des récoltes, avec un bénéfice environnemental en matière de gestion des ressources. Il est nécessaire d’adopter, dans les exploitations, des pratiques et des technologies qui visent l’amélioration de ce critère. Développer des innovations comme les biostimulants à base de phytostérols et poursuivre les activités de recherche et développement dans les entreprises du monde agricole, telles sont les clés pour répondre à ces défis.

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