Depuis des milliers d’années, les humains se préparent à planter en labourant et en retournant le sol pour gérer l’humidité, le flux d’air et les nutriments. Mais les labours en profondeur et les machines lourdes de l'agriculture moderne font plus de mal que de bien, en perturbant les voies naturelles par lesquelles l'eau s'infiltre, rapportent des chercheurs le 19 mars dans Science. Selon l'équipe, briser ce réseau n'est pas seulement contre-productif pour la culture : cela rend également le sol moins résistant aux inondations et à la sécheresse.
Pour observer le sous-sol, le géophysicien Qibin Shi de l'Académie chinoise des sciences de Pékin et ses collègues ont fabriqué un réseau dense de capteurs sismiques à partir de câbles à fibres optiques. Les câbles à fibre optique ne sont pas uniquement destinés à l'Internet haut débit ; ce sont des outils puissants pour la sismologie, suffisamment sensibles pour détecter même les minuscules vibrations déclenchées par le mouvement de l’eau dans le sol.
L'équipe a installé les câbles le long des limites de 27 parcelles de terrain de la ferme test de l'Université Harper Adams, un site de recherche agricole à Newport, en Angleterre. Pour cette étude, les parcelles ont été préparées avec différentes profondeurs de labour : un tiers a été labouré, un tiers a été labouré à une profondeur de 10 centimètres et le dernier tiers a été labouré à une profondeur de 25 centimètres. Ces tiers ont ensuite été répartis en fonction du poids des machines utilisées pour les labourer, ce qui affecte le compactage du sol.
Pendant trois jours en mars 2023, l'équipe a collecté des données sismiques continues, suivant la réponse du sol aux précipitations. Dans les sols travaillés à une plus grande profondeur et compactés, l’eau de pluie avait tendance à s’accumuler près de la surface plutôt que de s’infiltrer vers le bas. Cela signifiait également que l’eau s’évaporait rapidement au soleil. Moins le sol était retravaillé, plus l'eau se répartissait facilement.
Pour comprendre les mécanismes à l’œuvre, l’équipe a conçu un modèle informatique qui a recréé ces données. L’eau de pluie, ont-ils découvert, se déplace à travers un sol poreux via une pression capillaire dynamique. Étant donné que les minuscules passages entre les parcelles de sol sont très minces, comme les vaisseaux sanguins, le débit de l'eau à travers eux n'est pas entraîné par la gravité. Au lieu de cela, il se déplace par action capillaire, un va-et-vient entre l'adhésion de l'eau aux particules du sol et la cohésion avec d'autres molécules d'eau. Lorsque les voies sont perturbées ou compactées, ces forces d'aspiration deviennent plus fortes, entravant le mouvement de l'eau.
La détection par fibre optique offre aux agriculteurs un moyen rapide et peu coûteux de surveiller l’humidité du sol à grande échelle, selon l’équipe. Une telle surveillance pourrait également fournir des alertes en temps réel concernant les risques naturels, notamment les inondations et la liquéfaction induite par les tremblements de terre, lorsque le sol saturé peut soudainement devenir instable en raison de secousses.
