En milieu semi-aride, engrais et eaux souterraines ne font pas bon ménage

Une étude menée par une équipe franco-indienne impliquant le GET et publiée dans Scientific Reports a montré que l’engrais potassique favorisait la salinisation naissante dans l’agriculture semi-aride irriguée par les eaux souterraines.

La salinisation des eaux souterraines est une préoccupation mondiale croissante, particulièrement dans les zones tropicales. Or, bien que des impacts négatifs de la salinisation des nappes sur le rendement des cultures irriguées soient déjà observés, les mécanismes gouvernant l’ampleur et la variabilité spatiale de ce phénomène restent mal connus.

La salinisation, menace émergente pour l’agriculture tropicale

La salinisation des eaux souterraines est un phénomène répandu, rencontré dans divers contextes : intrusion d’eau de mer en zone côtière, pompage de nappes à partir d’aquifères évaporitiques^?, engorgement permanent des sols à l’aval de barrages qui limite l’élimination du sel par lessivage. En zone aride, la salinisation se produit dans la partie profonde du sol lorsque la végétation naturelle est remplacée par l’agriculture et que les sels lessivés de la surface s’accumulent.

Toutefois, même en l’absence de ces conditions défavorables, des risques de salinisation des eaux souterraines sont observés en contexte aride et semi-aride lorsque les eaux souterraines sont utilisées pour l’irrigation. Jusqu’à présent, l’attention s’est portée sur la surexploitation et l’épuisement de cette ressource, et peu sur sa qualité. Pratique en croissance exponentielle, le pompage des nappes phréatiques est source d’inquiétude pour les scientifiques. « L’Inde est – de loin – le pays affichant le plus grand nombre de puits pompés dans le monde. Les forages n’y sont pas réglementés, aussi chaque agriculteur en ayant les moyens peut investir dans un forage et une pompe immergée pour accéder à l’eau souterraine, en particulier dans les zones semi-arides où l’eau de surface fait défaut », affirme Jean Riotte, géochimiste à l’UMR GET.

Sources et processus sous surveillance

Pour tenter de comprendre et de quantifier ce risque émergent, l’équipe pluridisciplinaire [hydrologie, géochimie, modélisation) franco-indienne de l’International Research Project CEFIRSE^? (Indian Institute of Science, Bangalore, Inde) a dû mettre au point une méthode pour identifier les sources et les processus contrôlant la salinisation. En effet, les éléments chimiques présents dans les eaux souterraines peuvent provenir, en proportion variable, des apports atmosphériques, de l’altération des roches ou encore des fertilisants agricoles. Finalement, leur concentration dans la nappe est contrôlée par des processus hydrologiques complexes, dépendant des chemins de l’eau, du temps de résidence de l’eau dans le sol superficiel et le sous-sol (roche altérée et roche saine fracturée) et de l’intensité de l’évapotranspiration^?.

Pour faire la part des différentes sources, les chercheurs ont comparé les variations relatives du sodium, principalement apporté par les précipitations et l’altération des roches, et du chlorure, principal marqueur de la salinisation et apporté par les précipitations et les intrants agricoles, dans les nappes d’un site cultivé et d’un site naturel (Berambadi et Mule Hole). Pour tester cette méthode, l’équipe a pu s’appuyer sur les observations menées sur le chantier indien du SNO M-TROPICS^?. « Dans le bassin versant agricole de Berambadi, on estime qu’environ 1000 puits ont été forés en 20 ans soit une densité de l’ordre de 20 puits/km² cultivé. Nous en suivons un peu moins de 200 sur la zone, ce qui représente une densité suffisante pour cartographier la composition chimique de l’eau souterraine ainsi que la variation spatiale du gradient hydraulique. Une telle densité de points d’observation est exceptionnelle. A titre de comparaison, le réseau de l’agence Adour-Garonne en Haute-Garonne repose sur 29 stations de suivi de la qualité de l’eau de nappe mais pour chacune, plusieurs centaines de substances chimiques sont recherchées », ajoute le chercheur.

L’utilisation des engrais potassiques pointée du doigt

Les chercheurs ont mis en évidence l’importance des variations spatiales des teneurs en chlorure des eaux souterraines du bassin agricole. Le principal facteur expliquant ces variations est l’intensité de l’évapotranspiration, en moyenne environ 3 fois plus élevée que dans le système naturel, mais également très variable en fonction des systèmes de culture (longueur du cycle des cultures, quantité d’eau de nappe recyclée par l’irrigation) et des types de sols. « En particulier, les valeurs les plus fortes sont rencontrées dans les zones de vertisols^?, traduisant la vulnérabilité de ces sols à la salinisation », spécifie le géochimiste. Cependant, les résultats montrent aussi que les apports de sels par les précipitations ne suffisent pas à expliquer l’augmentation observée de la salinité des nappes.

En effet, « en moyenne, 60 % du chlorure présent dans les eaux souterraines de Berambadi provient des apports agricoles, principalement sous forme d’engrais KCl. Dans certaines parcelles, l’apport anthropique atteint 90 % sous l’effet de pratiques agricoles particulièrement intensives », affirme Jean Riotte. Force est de reconnaitre que l’utilisation de KCl, forme quasi exclusive de fertilisation potassique en Inde, présente un risque majeur pour la pérennité des systèmes agricoles irrigués par les eaux souterraines dans les régions semi-arides. Ces recherches illustrent la nécessité de comprendre les mécanismes gouvernant l’évolution de la qualité des ressources en eau pour concevoir et mettre en œuvre des politiques agricoles durables.

Publication : Buvaneshwari S., Riotte J., Sekhar M., Sharma A. K., Helliwell R., Kumar M. S. M., Braun Jean-Jacques, Ruiz Laurent. Potash fertilizer promotes incipient salinization in groundwater irrigated semi-arid agriculture. Scientific Reports – Nature, 2020, https://doi.org/10.1038/s41598-020-60365-z

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