Bases scientifiques des systèmes de semis direct : impacts sur 

l’environnement

Dr. Rachid MRABETDirecteur de Recherche

INRA Rabat

Atelier « Perspectives de développement des pratiques d’adaptation au changement climatique au niveau de la région Tadla Azilal » Béni Mellal, 13 Mars 2014 – Centre de Formation, Club Omnisports

Observatoire Régional de l’Environnementet du Développement Durable 

Région Tadla Azilal

ROYAUME DU MAROC

Agenda• Introduction: enjeux et constats• Concepts, Définition et Objectifs des SSD• Historique et évolution des SSD• Tendances et adaptabilité des SSD• Barrières potentielles à l’adoption des SSD• Programme scientifique sur SSD

– Impacts agronomiques– Impacts sur la qualité du sol– Impacts sur la séquestration du carbone– Impacts sur les pertes de sols– Impacts sur la perméabilité des sols– Impacts sur les échanges de CO2

• Phase de transition • Conclusions

Introduction • Phénomènes de sécheresse 

• Conservation de l’eau• Récurrence• Stade et durée• Phénomènes extrêmes 

• Lutte contre l’érosion: – Phénomènes d’érosion hydrique s’accentuent:  les taux les plus élevés dans le monde.– Erosion aratoire!!!!– Désagrégation des sols

• Conservation des sols (fragiles)– Phénomènes de déperdition de la qualité des sols: pertes en matière organique et en fertilité: niveaux de 

Matières Organiques les plus faibles.

• Productivité et rentabilité – Mauvaise gestion des cultures– Accoutumance aux labours

• Recherche & développement

Climat ‐ Productivité

Faibles rendements céréaliers et variabilité élevée.

Quels enjeux?L’agriculture marocaine est confrontée à un défimajeur d’augmenter la production en quantité et qualitétout en préservant les ressources naturelles et avec moinsd’eau pluviale.

En milieux semi‐arides et arides menacées par ladésertification, les systèmes de productionconventionnels n’arrivent plus à maintenir la fertilité et lacapacité de production des sols.

Ce constat est encore plus aigu dans un contexte de changement climatique. 

Intégration du changement climatique dans la mise en œuvre du Plan Maroc Vert

Time

Soil

Org

anic

Mat

ter

Con

tent

Prod. > Decomp. Prod. > Decomp.Decomp. > Prod.

Native Accumulation Cultivated Agriculture Conservation Adoption

C SequestrationC Loss

Matière organique en perte continue et difficile de récuperer

Un deuxième Constat

• Le changement climatique fait que la gestion de l’eau et du sol dans l’agriculture est de plus en plus compliqué … pour des terres dégradées ou en dégradation et pour des exploitations plus fragiles

Le rôle fondamental de la gestion conservatoire des eaux et des sols

QUE FAIRE? Résilience des systèmes! 

• L’amélioration de la productivité de l’eau pluviale et de qualité du sol pour une viabilité à long terme des systèmes de production. 

• De bonnes pratiques de gestion s'imposent en raison des difficultés à résoudre les problèmes d'érosion, de fertilité des sols et de perte de la matière organique.

Amélioration de la productivité et la durabilité des systèmes de culture a travers l’application et l’adaptation des techniques de semis direct en 

zones semi arides.

Des sols fertiles demain : un besoin absolu… 

… pour satisfaire les besoins en quantité et qualité

Des impératifs

1. Augmenter la productivité des sols2. Préserver les sols

Lutter contre les phénomènes de dégradation des sols et régénérer les sols dégradés sont deux objectifs essentiels des systèmes de semis direct.

Qu’est ce que le système de semis direct?

Un système de production dans lequel les sols ne sont pas manipulés par les outils de travail du sol et sont protégés par un couvert végétal mort ou vivant Gestion agronomique en cohérence avec les contraintes environnementales.

Le système de semis direct : Un concept universel

4 principes du semis direct• Le semis direct repose sur quatre 

principes : 

– Absence quasi‐totale de travail du sol : seul l’élément semeur (dent ou disque) a une action sur le sol;

– couvrir en permanence le sol par une couverture morte constituée de résidus de récolte ; 

– semer directement à travers cette couverture protectrice à l’aide d’outils appropriés; 

– contrôler les mauvaises herbes sans perturbation du sol.

Quels sont les atouts des systèmes de semis direct vis‐à‐vis des changements climatiques, de la sécheresse et de la 

dégradation des sols?

Ces 4 principes font système.

Histoire du Semis direct

1930‐40: Recherche (USA, UK)• Causes:

– EROSION: • Coûts “à la parcelle” 27.000 mill$/ an• Coûts“off‐site” 17.000 mill$/ an• Total 44.000 mill$/ an

– EnergieRéduction/simplification du travail du sol 

• Problèmes:– Contrôle des mauvaises herbes– Machines pour semis direct

Le premier facteur d’émergence des systèmes de semis direct est d'ordre environnemental: 

Lutte antiérosive (hydrique et éolienne) 

• 1950‐Fin 80.– Developement des 

herbicides.– Développement des semoirs 

directs– Couverture Végétales (engrais 

verts)

• Fin. 80‐… enorme progression

Histoire du Semis direct

100100

DustbowlDustbowl

19301930 2000200019501950

US

Soil

Con

serv

atio

n Se

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dust

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19801980 19901990

Firs

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S

IITA

no-ti

ll re

sear

ch

5050

Mill

. ha

Histoire de l’Adoption de semis direct dans le MondeHistoire de l’Adoption de semis direct dans le Monde

19701970Le semis direct est né aux Etats‐Unis.

Soja

Cotton

Les systèmes de semis direct ont été adoptés pour les céréales, les plantes sucrières, les cultures industrielles, les

légumineuses alimentaires, le maraîchage etc

BléMaϊs

Riz Légumineuses

poivrer

Luzerne

Salade

Tomate Onion

Concombre

USA 26.5USA 26.5

Canada 13.5Canada 13.5

Australia 17Australia 17

Europe 1Europe 1

Kazakhstan Kazakhstan 

Africa 1Africa 1

Brazil 25Brazil 25

Semis direct dans le Monde : 125 Million ha Semis direct dans le Monde : 125 Million ha 

Argentina 25Argentina 25

Paraguay 2.5Paraguay 2.5

China China 

tropical savannahtropical savannah

continental, drycontinental, dry

temperate, moisttemperate, moist

temperate, moisttemperate, moist

continental, dry continental, dry 

irrigatedirrigated

smallholdersmallholder

smallholdersmallholder

smallholdersmallholder

aridarid

aridaridlarge scalelarge scale

large scalelarge scale

large scalelarge scale

large scalelarge scale

large scalelarge scale

large scalelarge scale

subtropical, dry

tropical savannahtropical savannah

other LA 2other LA 2

>50%

<25%<25%

>70%>70%

up to 90%up to 90%

RussieRussie

Principales régions en agriculture de conservation

ArgentineBrésil

Etats‐Unis Australie

Drivers pour l’adoption de semis direct:ErosionEurope, Chine , Maghreb

Sécheresse: Espagne, Chine, Asie,Kazakhstan,Maghreb

Coûts de production: Partout ...

Tendances mondiales de l’agriculture de conservation

Pays année Superficie (1000 ha) année Superficie (1000 ha)

USA 2000 21,100 2011 26,500

Brésil 2000 14,300 2011 25,502

Argentine 2000 9,250 2011 25,553

Australie 1999 1,000 2011 17,000

Canada 2000 8,800 2011 13,481

Russie  2011 4,500

Chine 2011 3,100

Kazakhstan 2011 2,600 

Paraguay 2000 950 2011 2,400

Bolivie 2000 240 2011 706

Uruguay 2001 119 2011 672

Espagne 2011 650

Monde 1998 53,000 2011 124,794

Importance du Semis Direct par Continent

Continent Superficie (1000 ha) %

Amérique du Nord 55,464 45

Amérique Latine 39,981 32

Australie/Nouvelle Zélande 17,162 14

Asie 4,723 4

Russie et Ukraine 5,100 3

Europe 1,351 1

Afrique 1,012 1

Totale 124,794 100

FAO (2011), CA Adoption Worldwide, http://www.fao.org/ag/ca/6c.html.

Importance en Afrique du Nord et Asie de l’Ouest

Pays Superficie en Ha

Liban 1,200

Tunisie 12,000

Syrie 18,000

Maroc 4,000 en 2010

Total 35,200

FAO (2011), CA Adoption Worldwide, http://www.fao.org/ag/ca/6c.html.

Semis direct: Adaptabilité• Le semis direct est en extension exponentielle à traversle monde et dans des écologies diversifiés. Il est adaptéà la plupart des cultures et espèces végétales.

• Accumulation de savoir sur les techniques,technologies et systèmes de semis direct estremarquable dans plusieurs pays et exceptionnelledans d’autres (herbicides, engrais, semoir, génétique)=> reflet d’enjeux de grande ampleur.

Le premier intrant en système de semis direct : La connaissance

Semis direct vs écologies • Arctique (Finlande)  Tropiques (Kenya, Uganda)  50º latitude 

Sud (Malvinas/Falkland); 

• Niveau de la mer (Hollande)  3,000 m altitude (Bolivie, Colombie);

• Aride 250 mm/an (Maroc , Australie)  2,000 mm/an (Brésil) ou 3,000 mm/an (Chili);

• 0,5 ha ( Chine, Zambie) = 1000 hectares (Argentine, Brésil, Kazakhstan); 

• Sol Sableux 90% Sables (Australie)  80% Argile (Oxisols ‐ Alfisols).

La diversité des climats et des sols où est développé le semis direct montre qu’il ne semble pas y avoir de limite technique à une extension de ce système au Maroc.

Donc…

La grande adaptabilité de ces technologies à des conditions variées  sur le plan pédoclimatique et sur le plan des systèmes de production. 

Pour le Maroc, le processus de diffusion de ces technologies est caractérisé par la lenteur et le faible taux d’adoption:

Ce constat s’explique par plusieurs facteurs associés aux 1) caractéristiques des exploitations agricoles; 2) attributs des technologies en question; 3) conditions économiques et politiques 

Superficie en semis direct au Maroc est 4000 ha!!! 

Programme scientifique sur les systèmes de semis direct1982‐2014

• Productivités des cultures• Conservation de l’eau

– Stockage et évaporation de l’eau des profils du sol– Jachère chimique– Céréales

• Systèmes de culture – Diversification des cultures et rotations– Gestion des résidus– Efficience d’utilisation de l’eau– Contrôle des mauvaises et maladies– Adaptation variétale– Fertilisation azotée et phosphatée

• Machinisme agricole– Conception et développement de semoirs directs

• Irrigation d’appoint• Qualité et fertilité des sols

– Agrégation du sol– Séquestration du carbone– Processus Infiltration de l’eau– Erosion du sol et ruissellement

• Faisabilité économique et sociale• Adaptation et adoption des systèmes de semis direct

Développer la connaissance scientifiquesur les systèmes de semis direct et leur impacts.

Région étudiées

• Abda• Chaouia‐Ouardigha• Zaers• Saiss

• Gharb• Pré‐Rif• Moyen Atlas

Qu’est ce que changent en SSD?

Fragmentation

Concentration

Profondeur

Labour

Non labourNon inversion Gradients Localisation des processus

(interface sol – atmosphère)

Moins de fragmentation

Architectureporale

Flux

Habitat

Deux petits changements techniques…

… aux conséquences importantes.

TCSL

Labour Pseudo-labour Travail superficiel Semis direct

Inversion Non inversion

Haddadj & Cloarec, 2010

...maintenir une couverture végétale en milieu aride est un défi et une barrière...maintenir une couverture végétale en milieu aride est un défi et une barrière

Les résidus sont desobstacles immédiats

mais un atoutdans le temps.

Gestion des résidus de récolte

Humidité, matière organique, fertilitébiologique, anti-erosifs, auto-fertilisation

environnement, services écosystèmiques …

Semis, engrais,adventices,

maladieset

RavageursElevage

Semoir semis direct: c’est un outil au service du système

Choix du semoir

Exigences des cultures

Volume et disposition des 

résidus

Conditions pédo‐climatiques

Rotation

Stratégie à long‐terme

Mode, capacité et rapidité de semis

Matériel de traction

Maîtrise du système:  Qualité du positionnement de la graine et de l’engrais.

Le succès d’un bon semis dépend de la capacité de l’équipement d’opérer sous des conditions 

très variables  versalité

Evolution technologique en matière de semoirs semis direct

• Pneumatique 

Traction Manuelle

Traction Animale

Gestion des Mauvaises Herbes :Chimique, biologique, mécanique mais pas de perturbation du sol

Gestion des Mauvaises Herbes :Chimique, biologique, mécanique mais pas de perturbation du sol

Céréaliculture sous semis direct au Maroc

Région & pluie moyenne annuelle

Sol Rotation SDa SCb Années Références

Chaouia 350 mm

Calcimagnésique Blé Continu 2.47 2.36 4 Mrabet (2000a) Vertisol Blé-Jachère 3.70 2.60 10 Bouzza (1990); Vertisol Blé-Continu 1.90 1.40 10 Mrabet (2000b) Calcimagnésique Vertisol Rendzine

Différentes rotations

2.21 1.90 9 Mrabet (2011)

Blé-Pois chiche Blé-Pois Chiche

1.87 2.53

0.76 1.47

3 9

Mrabet (2001) Mrabet (2010)

Sais 450 mm

Vertisol Fersiallitiques

Différentes rotations Différentes rotations

2.55 2.72

2.49 2.74

4 4

Essahat A. (communication personnelle données non publiées)

Abda 250 mm

Vertisol Vertisol

Blé-Jachère Blé-Continu

3.10 1.60

2.40 1.60

19 19

Mrabet (2008)

Zaers (550 mm)

Vertisol Isohumique Fersiallitiques

Blé-Lentilles Blé-Lentilles Blé-Lentilles

1.97 2.99 2.71

1.41 2.72 2.49

4 4 4

Moussadek R. (communication personnelle données non publiées)

Gharb 600 mm

Vertisol

Blé-continu 2.80 2.26 3 Razine & Raguin (2008)

SSD et adaptation à la sécheresse

Evaporation de l’eau du sol

0

10

20

30

40

50

60

Cum

ulat

ive

soil

evap

orat

ion

(mm

)

0 100 200 300 400 500 Cumulative potential evaporation (mm)

OD SW DP CH RT NT-0 NT-80

Mrabet, 1997

Qualité des sols et séquestration du carbone

Région Type de sol Horison (cm)

Années SD SC References

Zaers Vertisol 0-7 4 2.05 1.47 Moussadek et al. (2011a)

Chaouia Calcimagnésique 0-2.5 5 1.73 1.66 Bessam & Mrabet (2001)

Calcimagnésique 0-2.5 11 2.89 2.35 Mrabet et al. (2001a)

Le semis direct est une technologie de gestion du carbone

Variation annuelle de la teneur en carbone organique dans l’horizon 0‐20 cm sous semis direct et labour 

conventionnel

25

30

35

40 C

arbo

ne O

rgan

ique

t/H

a

0 4 6 11 12 13 Nombre d'années

Semis direct Labour conventionnel Mrabet et al. (2004).

Gain de Carbone Perte de Carbone

Émission de CO2

Émission de CO2

00,5

11,5

22,5

3

CHISEL

STUBBLE PLOW

HERSE

CHARRUE  A DISQUES

NON LABOUR

CO2 g m‐2 h‐1

0 h

24 h

48 h

96 h

Merchouch, Maroc   Vertisol

Moussadek & Mrabet 2010

Processus d’infiltration – Système poral

0

200

400

600

800 In

filtr

atio

n R

ate

(mm

/hr)

0 0.4 0.8 1.2 Time hours

NT CT

Chaouia ‐ Vertisol

NT = Semis directCT = Travail conventionnel du sol

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0 0,01 0,1 1 10 100 1000

Pore Diameter (µm)

Hg

cum

ulat

ed V

olum

e (c

c g-1

)

No-tillage system Conventional Tillage

Evolution de l´espace poral de sols

Sol sous forêt Sol travaillé en conventionnel© A. Chauvel (IRD)

Impact du travail du sol et du niveau de résidus sur les pertes d’eau par érosion au Maroc

Intensité de Pluie 36 mm/hr

Intensité de Pluie 60 mm/hr

Merchouch – Sub‐humideVertisol – pente < 5%

Pertes en sol

Fleskens & Stroosnijder (2008)Portugal & Italie

Travail du sol

Semis direct

Ruissellement et détachabilitéMeknès 

Travail du sol

Erosion

Humidité θv = 25% θv = 30% Intensité de la pluie (mm h-1)

50 80 50 80 Charrue à disques

Qr and De (%) 100 100 100 100

Chisel Qr (%) De (%)

103 93.5

96.3 85.4

102.4 93.6

93.8 92.7

Semis direct

Qr (%) De (%)

52.9 28.9

66.2 38.9

49.2 30.0

69.7 49.4

θv = Humidité du solQr = Volume de Ruissellement De = Pertes de sédiments. 

Erosion & Conservation des sols

Impact des SSD sur le bilan de CO2 

• Réduction des émissions de CO2– En abandonnant le travail du sol (labour et reprises), qui contribue fortement à libérer du CO2

– En diminuant l’érosion de surface des sols agricoles, génératrice de CO2 ;

– En réduisant fortement la consommation de carburants agricoles, dont la combustion libère du CO2 ;

• Immobilisation de CO2– En accumulant des résidus végétaux qui se transforment enmatières organiques, principalement composée deCarbone.

Impact des systèmes de semis direct ‐SOL

Physiques

•Stabilisation des agrégats•Régénération d’ une structure dégradée

•Réduction de la battance•Augmentation de la microporosité

•Augmentation de la porosité biologique

•Meilleure rétention de l'eau et contrôle de l’évaporation

•Amélioration du processus d’infiltration

•Atténuation de l’érosion et des ruissellements

Chimiques

•Augmentation de la quantité produite en humus et matières organiques

•Répartition dans les horizons de surface (stratification)

•Augmentation des teneurs en azote et en carbone

•Modification de la dynamique de minéralisation (immobilisation)

•Enrichissement en surface des éléments minéraux

Biologiques

•Séquestration du carbone,•Restauration de  la biodiversité des sols,

•Augmentation en surface de la biomasse  des microorganismes,  des racines et des vers de terre,

•Favorisation de certains bio‐agresseurs,

•Modification de la composition de la flore adventice,

•Lutte contre les adventices (allélopathie,  compétition, etc.)

Mérites d’ACC des SSD

• Résilience: facultés d’amortissement des agressions climatiques et érosives donc des processus de désertification, principales conséquences du réchauffement climatique,

• Entretien et amélioration durable de la fertilité des sols et séquestration du carbone,

• Atténuation du changement climatique

Défis: Supprimer le labour signifie également être patient.

Forces Défis Erosionetconservationdessols. Conservationdel'eau. Améliorationdelaqualitédessols. Réduction des couts énergétiques

etdemaind'œuvre. Gouvernanceenvironnementale. Agriculture durable et

développement. Séquestrationducarbone. Atténuation des changements

climatiquesetdessécheresse.

Pénétration difficile dans le tissusocialagricole.

Accoutumance et résistance auchangement

Investissementenéquipement. Dépendance (utilisation accrue)

vis‐à‐visdesherbicides. Changements importants dans les

infestations des mauvaises herbesetmaladies.

Gestiondesrésidusvsélevage

Période de transition qui peut être délicate!

Beaucoup d’enjeux existent lors du passage du labour au semis direct

– Agronomiques– Économiques– Sociaux/attitudes– Environnementaux– Institutionnels….

Phase 1 ‐ Des réductions pourraient survenir au niveau : main d'ouvre, temps de travaux. Augmentation dans l'utilisation des produits agro‐chimiques, notamment pour le contrôle de l'enherbement. Pourrait y avoir une augmentation des dépenses du ménage pour compenser une probable (mais non certaine) réduction de la production comparativement à l'agriculture conventionnelle. • Phase 2 ‐ Amélioration des propriétés du 

sol et de sa fertilité. Réduction des besoins en main d'ouvre, temps, traction, énergie (réduction des coûts de production). Augmentation des rendements et des revenus nets de l'exploitation. 

• Phase 3 ‐ Diversification des systèmes de culture. Rendements élevés et plus stables. Augmentation des revenus de l'exploitation et amélioration de la fertilité du sol. 

Phase 4. Le système de production intégré fonctionne bien. Stabilité de la production et de la productivité. Le producteur a tous les indicateurs pour apprécier la totalité des avantages techniques, environnementales et économiques du semis direct. 

Période de transition qui peut être délicate!

En résumé

• Le semis direct est susceptible d’apporter desréponses aux:– Exigences économiques (diminution des charges demécanisation, des couts …)

– Exigences environnementales (lutte contre l’érosion,séquestration/stockage de la matière organique,adaptation au changement climatique, pollution…)

• Améliorer la production agricole et la fertilité dusol simultanément pour une plus grandeadaptation aux changements climatiques et auxeffets de la sécheresse,

Conclusions

Thomas et Archambeaud (2007)

RACHID MRABETMerci