- AGROMÉTÉOROLOGIE
- AGROMÉTÉOROLOGIEDe tout temps, les agriculteurs ont été préoccupés par l’influence des aléas des conditions météorologiques sur leurs cultures. La compréhension de ces interactions entre le sol, la plante et l’atmosphère a peu à peu fait l’objet d’une nouvelle discipline scientifique: l’agrométéorologie. Dans ces interactions, c’est en quelque sorte l’atmosphère qui impose ses conditions à la croissance et au développement des plantes par le biais d’effets thermiques, radiatifs ou hydriques, tout en représentant parfois une contrainte pour les travaux agricoles, et plus généralement pour le fonctionnement et la gestion de l’exploitation agricole.L’agrométéorologie est, du point de vue des chercheurs, «l’étude scientifique de l’interaction entre les phénomènes atmosphériques et l’ensemble des facteurs de la production agricole». Cette approche trouve un prolongement opérationnel pour autant que l’information ainsi créée réponde à des besoins réels de la profession agricole, et qu’elle lui parvienne d’une façon appropriée à son échéance de validité. On distingue à cet égard trois types différents d’informations agrométéorologiques: le court terme de un à cinq jours, le moyen terme de quinze jours à deux mois et le long terme d’un an ou plus. De telles informations doivent satisfaire aux demandes exprimées par la profession agricole: prévision des conditions météorologiques pour la réalisation des travaux agricoles, prévision du risque de gel, prévision des risques de développement de certaines maladies liés au climat, suivi du bilan hydrique des sols, suivi des sommes de températures en liaison avec le calendrier de développement des plantes; études agroclimatiques diverses pour le choix des cultures, des variétés et des régions d’implantation les mieux appropriées en fonction de leurs exigences écoclimatiques, etc.1. Influence du climat sur la production agricoleToute plante a des exigences vis-à-vis du climat dans lequel elle pousse. Celles-ci se traduisent par un certain nombre de besoins climatiques: besoins en rayonnement solaire intercepté par le feuillage, besoins thermiques pour l’accomplissement de son développement, besoins en eau pour sa croissance essentiellement.C’est pourquoi tel ou tel élément du climat peut constituer un facteur limitant pour la production agricole soit par excès, soit par défaut. On distingue trois types de facteurs limitants climatiques: le rayonnement solaire, la température (soit en tant que facteur limitant strict dans le cas du gel ou d’une forte chaleur, soit par ses effets cumulés) et l’eau (en phase liquide ou en phase vapeur). La démarche classique est d’identifier d’abord, de quantifier ensuite quels sont les facteurs limitants de la production d’une culture donnée.Lois d’action de la température (effets cumulés)L’expérience a montré, après les premières observations de Réaumur en 1735, que la réalisation des différents stades de développement de la plante était directement reliée aux effets cumulés au cours du temps de la température ambiante. On a donc déterminé expérimentalement des lois d’action de la température sur le développement d’une plante donnée. La loi donnant la vitesse moyenne de développement de la plante suivant la température est une fonction linéaire croissante, dans une gamme de température du milieu relativement large. Il a été montré, par exemple par Henri Geslin, du département de bioclimatologie de l’I.N.R.A. (fig. 1), dès 1944, que, pour la phase semis-germination d’une variété donnée de blé, placée en laboratoire à température constante, la durée d’accomplissement de cette phase est inversement proportionnelle à la température du lit de semence.Ces résultats ont abouti à la notion de sommes de températures au-dessus d’un seuil, dont la définition est la suivante: «addition des écarts positifs des températures moyennes journalières de l’air sous abri relativement à un seuil donné T 0, appelé seuil apparent de développement, en vue d’aboutir à une constante caractéristique propre à chaque phase de développement d’une plante». Lorsque la température moyenne de l’air d’un jour est inférieure au seuil T 0, on suppose donc que la contribution de ce jour au développement est nulle.Les besoins thermiques sont déterminés culture par culture, variété par variété, et pour chacune des phases de développement. Il faut fixer le seuil T 0 et la «somme de températures» au-dessus de ce seuil entre les deux stades phénologiques (par exemple: de la levée à la floraison du maïs) délimitant la phase de développement considérée. Le seuil (T 0) de 6 0C est actuellement utilisé pour les phases de développement du maïs, du tournesol et du soja (tabl. 1).Certains phénomènes météorologiques peuvent provoquer la destruction d’organes végétaux sensibles. On pense, bien entendu, en premier lieu aux chutes de grêle sous les cumulonimbus (nuage à fort développement vertical). Un tel phénomène a une durée de vie de l’ordre de l’heure, et une extension spatiale (zone concernée) de quelques kilomètres. Il est impossible de prévoir où et à quel instant la grêle va tomber. Un événement de ce type peut certes anéantir en quelques minutes la récolte annuelle d’une parcelle de vigne ou de verger, mais, du fait de son caractère limité dans l’espace, les dégâts de grêle, rapportés à l’ensemble de la superficie d’un département, représentent une perte limitée. C’est d’ailleurs, entre autres raisons, pour celle-là que ce risque est assurable.Les vents forts peuvent causer des dégâts mécaniques aux plantes et aux arbres – par exemple, la verse des céréales qui pénalise considérablement la possibilité ultérieure de récolter. L’amélioration génétique a permis de réduire le risque en produisant des blés ou des orges aux tiges plus courtes.Les basses températures peuvent également avoir un effet létal sur la plante, soit par un effet de dessication des cellules, soit par formation de cristaux de glace dans l’espace intercellulaire. La sensibilité au gel varie selon le type de culture, mais également et surtout en fonction de son stade de développement. Prenons l’exemple de la vigne: en plein hiver, alors qu’elle est en état de repos végétatif, elle pourra supporter une température de près de 漣 20 0C sans dégât pour les bois. Au tout début du printemps, elle pourra encore supporter tout juste une température de 漣 8 0C. En revanche, à partir du moment où s’est produit le débourrement, un bourgeon de vigne subissant une température de 漣 2,5 0C pourra être détruit. Il y a donc, au printemps, une période de sensibilité maximale au gel, dont les dates d’apparition varient d’une année sur l’autre selon la «précocité» du printemps, c’est-à-dire que, par exemple, plus les températures au mois de mars ont été douces, plus le calendrier biologique de développement de la plante est avancé par rapport à son calendrier moyen. En Champagne, cette période de sensibilité au gel va se situer en avril-mai, alors qu’à Montpellier elle se situe en mars-avril, du fait du décalage thermique latitudinal.En France, les céréales sont surtout sensibles aux gels d’hiver: au-dessous du seuil de 漣 15 0C de température de l’air mesurée sous abri, le pied de blé peut être «déchaussé» du fait du gel du sol dans les premiers centimètres.En automne, des gels précoces peuvent causer des dégâts soit à une céréale d’été telle que le maïs-semence en phase de maturation, soit aux betteraves en silo à l’air libre du fait du dégel qui s’ensuit.Le risque de forte chaleur est, en climat tempéré comme celui de la France, moins crucial en général que le risque de gel. Ce risque est difficile à quantifier pour plusieurs raisons: le seuil de température létal est plus ou moins élevé selon que la plante est en phase de repos ou en phase de croissance; le temps d’exposition à cette température élevée joue un rôle important; la température de surface des organes végétaux est, en plein après-midi, extrêmement variable au cours du temps; enfin, l’effet d’une forte chaleur peut être également un effet combiné de la température en tant que telle et de la dessication de la plante du fait du niveau élevé d’évaporation.Un exemple classique du risque de forte chaleur est l’«échaudage» du blé. C’est un accident de croissance des grains qui peut se produire pendant une période d’une dizaine de jours, appelée «palier d’eau», se situant immédiatement avant la phase de maturation physiologique du grain, au cours de laquelle il passe d’un stade laiteux à un stade pâteux. Au moment de ce palier d’eau, un échaudage peut être provoqué par une exposition de deux jours consécutifs à une température maximale sous abri supérieure ou égale à 30 0C. Il a été également constaté, pendant la sécheresse de l’été de 1990, des défauts de fécondation du maïs du fait des très fortes chaleurs observées en France au cours de la seconde quinzaine de juillet.Effets des déficits hydriques et de la sécheressePour certaines cultures, dites de printemps-été et semées, en France, en général entre la fin de mars et le début de mai, une part importante des fluctuations interannuelles des rendements est due à ce qu’on appelle le «déficit hydrique». Celui-là peut être quantifié par différentes variables. Il correspond à une situation où la culture n’a pu trouver dans le sol l’eau qui lui aurait été nécessaire pour évapotranspirer de la même manière que si elle avait été irriguée, et donc bien alimentée en eau.Pour la plante, l’état de sécheresse correspond donc à un «manque d’eau». À partir du moment où une plante subit un déficit hydrique croissant, elle commence à réduire, dans un premier temps, l’ouverture de ses stomates, puis réagit par une diminution, d’abord, de la croissance de ses cellules, ensuite, du processus de photosynthèse (tabl. 2).La sensibilité d’une culture donnée à la sécheresse évolue au cours de son cycle de végétation. On définit, par exemple pour le maïs, une «période critique» correspondant à la phase de reproduction et pendant laquelle tout déficit hydrique peut entraîner des phénomènes irréversibles du point de vue de l’organogenèse (absence de fécondation, avortements, chute d’organes floraux, etc.). Marcel Robelin, du département d’agronomie de l’I.N.R.A., a établi, dès 1963, que, pour le maïs, la période critique commence environ vingt jours avant la floraison femelle et se poursuit dix à vingt jours après (fig. 2). Dans nos régions, cela situe cette période critique en juillet-août. Pour une restriction hydrique à cette période sévère, des chutes de 50 p. 100 du rendement sont possibles. On définit également des périodes sensibles à l’égard de la croissance. Ainsi, la betterave sucrière est une plante réputée très sensible à l’eau. Toute sécheresse estivale se traduira par une diminution de son rendement en poids.On appelle évapotranspiration d’une culture la combinaison du phénomène physiologique de la transpiration et de celui, purement physique, de l’évaporation d’eau à la surface d’une feuille et à la surface du sol sur lequel la culture est implantée.Comme pour la pluie, l’évapotranspiration d’une culture s’exprime en millimètres d’eau, c’est-à-dire en litres d’eau par mètre carré de surface du sol. Celle-là dépend de nombreux facteurs, et en particulier des variables météorologiques que sont la température de l’air, l’humidité absolue de l’air, la durée d’ensoleillement et la vitesse du vent. On peut définir une évapotranspiration maximale (E.T.M.) correspondant à ce qu’évaporerait la culture dans des conditions de bonne alimentation en eau dans le sol, tandis que l’évapotranspiration réelle (E.T.R.) correspond à la quantité d’eau réellement évaporée en condition de culture non irriguée. Le rapport E.T.R.E.T.M. peut constituer un bon indice du «taux de satisfaction des besoins en eau» de la culture.Évaluation des besoins en eauL’évaporation de l’eau est consommatrice de chaleur latente de vaporisation, soit environ 2 600 joules (ou 600 calories) par gramme d’eau évaporée. La consommation d’eau totale d’une culture au cours de son cycle de végétation n’est pas une constante, essentiellement pour deux raisons: d’une part, le niveau de la demande maximale en eau dépend du climat; d’autre part, le système de production peut être irrigué ou non irrigué.L’effet du climat intervient essentiellement à travers la quantité d’énergie solaire reçue au sol et le déficit de saturation en vapeur d’eau de l’air. Plus l’excédent d’énergie d’origine radiative est important, plus le niveau d’évapotranspiration sera élevé. De même, plus l’air est sec, plus la demande en évaporation est élevée. La plante elle-même joue un rôle dans le déterminisme de son évapotranspiration, par le biais du taux de couverture du sol et par l’état de développement physiologique de la culture (phase de croissance, phase de reproduction, phase de maturation, etc.). On définit une référence, l’évapotranspiration potentielle (E.T.P.), qui est «l’évapotranspiration maximale d’un gazon (une fétuque, variété Manade) couvrant complètement le sol, bien alimenté en eau et en phase active de croissance». De l’E.T.P., on déduit l’E.T.M. – évapotranspiration maximale – d’une culture particulière en multipliant cette variable par un «coefficient cultural», qui varie en fonction de la culture et de la date dans l’année.L’évapotranspiration apparaît ainsi comme un phénomène intrinsèque aux conditions de vie de la plante: celle-ci doit rester dans une gamme de températures compatible avec son fonctionnement, et elle a besoin d’eau pour répondre à cette demande et se préserver ainsi de la déshydratation (cf. EAU - L’eau en agriculture).En France, l’évapotranspiration moyenne journalière est, en hiver, de 0,5 mm par jour (un peu plus sur le pourtour méditerranéen). En été, elle atteint 4 millimètres par jour dans la moitié nord de la France et 6 millimètres par jour et plus dans la moitié sud.Rôle du climat en phytopathologieLes conditions météorologiques peuvent jouer un rôle prépondérant dans le déroulement d’une séquence épidémique. Le climat agit en effet à la fois sur la plante et sur l’agent pathogène (champignon, bactérie, virus, etc.). En effet, la température conditionne en partie, d’une part, le déroulement du cycle de développement de l’organisme pathogène, d’autre part, le calendrier phénologique de la plante elle-même, un élément important à analyser sachant que certaines phases phénologiques, par exemple la floraison, peuvent correspondre à des phases de sensibilité accrue de la plante. Selon les cas, l’agent pathogène sera sensible à la température, à l’humidité, aux rayonnements (il peut, par exemple, être détruit par une exposition à des rayons ultraviolets). De plus, la présence d’eau libre à la surface des organes végétaux (feuille, tige, fleur, etc.) peut faciliter la prolifération de la maladie ou la contamination de la plante.Le vent ou les gouttes de pluie peuvent également faciliter la dispersion de spores.Pour certaines maladies dont le déterminisme météorologique du développement a pu être établi et quantifié, des systèmes de prévision des risques phytosanitaires ont été mis au point. On peut citer le cas du «feu bactérien» (maladie qui attaque les poiriers et les pommiers, apparue en France il y a une vingtaine d’années) ou ceux de la rouille du blé ou de la pyrale du maïs.2. Banques de données et réseaux météorologiquesLes données météorologiques nécessairesIl s’agit des données météorologiques de base disponibles à des échelles de temps différentes (l’heure, le jour, la décade, le mois, la saison ou l’année).Cinq variables météorologiques sont principalement utilisées en agrométéorologie: il s’agit de la température de l’air mesurée sous abri à 2 mètres au-dessus du sol, de la pression partielle de vapeur d’eau dans l’air mesurée sous abri à la même hauteur, de la vitesse du vent (mesurée à 10 mètres au-dessus du sol), du rayonnement solaire global (ou de la durée d’insolation journalière) et de la pluie. Les trois premières variables physiques sont des variables «intensives» au sens où elles décrivent l’état d’un système à un instant donné, tandis que les deux autres sont des variables «extensives» qui quantifient un échange d’énergie ou de masse entre l’atmosphère et le sol. On utilise également des variables dérivées, telle que l’humidité relative de l’air, qui dépend de la température et de la pression partielle de vapeur d’eau.Les banques de données agrométéorologiquesElles sont issues des données météorologiques de base, après deux types de transformation: d’une part, des opérations de moyenne temporelle, d’autre part, des calculs de variables agroclimatiques élaborées combinant des données météorologiques de base. Par exemple, l’évapotranspiration potentielle calculée par la formule de Penman combine la durée d’insolation, la température de l’air, l’humidité de l’air et la vitesse du vent.Les principales variables agroclimatiques sont les sommes de températures au-dessus d’un seuil, l’évapotranspiration potentielle (E.T.P.), le bilan hydrique potentiel (pluie-E.T.P.) ainsi que différents termes du bilan hydrique réel du sol.Les pas de temps les plus utilisés en agrométéorologie sont d’une part la décade et d’autre part la saison.Les réseaux météorologiquesLa couverture spatiale du territoire français sur le plan météorologique est assurée par deux réseaux différents: d’une part, le réseau météorologique permanent multiparamètres (dit «synoptique», c’est-à-dire par observations simultanées) constitué d’au moins une station par département; d’autre part, le réseau climatologique national regroupant trois mille cinq cents postes pluviométriques et deux mille postes thermométriques.La maille moyenne du réseau synoptique est de 60 kilomètres, celle du réseau thermométrique de 20 kilomètres.Les échelles d’espaceOn distingue trois échelles spatiales différentes d’investigation: l’échelle du climat régional, l’échelle du topoclimat et l’échelle du microclimat. Ce sont des échelles imbriquées les unes dans les autres.Le climat régional permet de décrire les traits généraux du climat d’une région à une échelle caractéristique de l’ordre de 100 kilomètres, sans prendre en compte les particularités du relief au sein de la région.Le topoclimat correspond à l’échelle à laquelle se manifeste l’effet des modulations des caractéristiques climatiques dues à la topographie, à une échelle de l’ordre de 10 kilomètres en zone de plaine, et de 1 kilomètre en zone de montagne.Enfin, le microclimat correspond à l’échelle où se manifestent les traits particuliers de l’aménagement de l’espace rural par l’homme: la présence de haies ou de brise-vent, les ombres portées, l’effet des pratiques agricoles telles que l’irrigation. C’est l’échelle de la parcelle agricole en France, la centaine de mètres en plaine et la dizaine de mètres en montagne.L’analyse des données climatiquesElle consiste à réaliser une analyse statistique des données, de façon à faire apparaître et quantifier la variabilité spatiotemporelle du climat.Cette variabilité peut être étudiée sur la base de l’analyse de longues séries chronologiques, continues et homogènes, de variables climatiques ou agroclimatiques sur une période de trente ans, la référence actuelle étant la période 1951-1980, sur laquelle des statistiques trentenaires sont disponibles à l’échelle de la décade, du mois, de la saison et de l’année.L’établissement des critères statistiques centraux (moyenne médiane) et de dispersion (quantiles, valeurs extrêmes, écart-type, coefficient de variation) permet ensuite de quantifier la variabilité interannuelle, qui doit être considérée comme un caractère intrinsèque du climat, et de diagnostiquer correctement toute anomalie climatique (sécheresse, vague de froid, vague de chaleur, etc.), quant à son caractère plus ou moins exceptionnel (fig. 3).L’analyse de la variabilité spatiale nécessite, pour sa part, la mise en œuvre de méthodes de cartographie, qu’elles soient manuelles ou automatisées.3. Applications de l’agrométéorologieUtilisations de la prévision météorologiqueLes agriculteurs sont très friands de prévisions météorologiques à courte (de 24 à 48 h) et moyenne (de 3 à 5 jours) échéance pour la réalisation des travaux agricoles (labour, semis, fauche, apports d’engrais ou applications de pesticides, récolte, etc.). À certaines époques de l’année, et particulièrement au printemps, les conditions atmosphériques peuvent, en effet, représenter une contrainte pour le fonctionnement de l’exploitation agricole. La connaissance des calendriers de travaux culturaux pour les principales cultures du département permet d’affiner la prévision en mettant l’accent sur telle ou telle variable qui peut constituer un facteur limitant (pluies, température, etc.). Des répondeurs automatiques spécialisés (dénommés «Allo agrométéo»), mis en place sous le système kiosque de France-Télécom, fonctionnent dans une quinzaine de départements, chaque département français disposant par ailleurs d’un répondeur météorologique départemental qui donne la prévision météorologique générale à cinq jours pour le département.De plus, des prévisions météorologiques spécialisées sont mises en place à certaines époques de l’année: prévision du risque de gel des bourgeons au printemps dans les zones de vignoble (en avril et mai en Champagne, par exemple), prévision des risques phytosanitaires (par exemple, l’averrissement «feu bactérien» dans certains départements de l’ouest de la France, en Maine-et-Loire, en Dordogne et dans le sud des Landes).Le suivi des conditions hydriquesL’eau peut constituer un facteur limitant de la production agricole, par excès ou par défaut. Les excès d’eau au printemps peuvent retarder, voire compromettre, la préparation du sol et la bonne mise en place (semis et levée) d’une culture de printemps-été telle que le maïs.À l’inverse, une sécheresse précoce de printemps, en avril, dans les couches superficielles du sol, par absence de pluie, peut interdire la levée des mêmes cultures.La sécheresse en été aura toujours des conséquences, à la baisse, sur la production en culture non irriguée, car des plantes telles que le maïs ou la betterave sont, à cette époque, particulièrement sensibles à un déficit en eau.C’est pourquoi un suivi de l’état hydrique des sols, à l’échelle régionale, est effectué en permanence par Météo-France, par pas de dix jours. La méthode employée est celle du calcul du bilan hydrique du sol pour une végétation au «stade vert» (prairie), c’est-à-dire en phase de croissance. Cela permet de réaliser un signalement précoce de tout déficit en eau dans le sol, par rapport à l’état hydrique normal à cette époque de l’année. Cette signalisation permet d’avertir les pouvoirs publics (ministère de l’Agriculture et ministère de l’Environnement) et la profession agricole, de manière à pouvoir éventuellement prendre, à temps, des mesures destinées à préserver les ressources en eau existantes en incitant les utilisateurs à l’économie, ou à atténuer, si possible, les conséquences immédiates de la sécheresse sur la gestion de l’eau.Analyse de la variabilité des productions agricolesIl s’agit essentiellement de la variabilité interannuelle des rendements des grandes cultures (blé, maïs, betterave, tournesol, soja, etc.), que ce soit au niveau d’un rendement départemental ou du rendement d’une parcelle. Pour cela, il convient d’essayer de séparer l’effet de la variabilité des conditions climatiques de l’année agricole des autres causes possibles de variabilité (évolution des techniques culturales, des variétés utilisées, utilisation des engrais, etc.). Ces derniers facteurs, non météorologiques, sont censés se traduire par une tendance pluriannuelle (en général à la hausse, du moins cela a été le cas des années 1950 aux années 1970) des rendements, tandis que les conditions météorologiques de l’année pouvaient entraîner des fluctuations à caractère aléatoire.Deux approches différentes sont possibles pour évaluer l’impact de la variabilité du climat sur la production agricole:– soit la mise au point de modèles déterministes agrométéorologiques de simulation de la croissance et du développement d’une culture;– soit l’élaboration d’un modèle empirico-statistique de prévision des rendements, à l’aide d’une équation de régression multiple prenant en compte les valeurs particulières prises, au cours de l’année considérée, par un certain nombre de variables indicatrices (sommes de températures, déficit hydrique estival, etc.) présélectionnées, par une étude statistique préalable de corrélation simple entre l’écart entre rendement réel et niveau moyen du rendement escompté, et un grand nombre de critères agroclimatiques différents, parmi lesquels sont retenus ceux ayant les coefficients de corrélation partielle les plus élevés.La première approche, par modèle, est utilisée essentiellement à l’échelle de la parcelle, tandis que les méthodes statistiques sont davantage utilisées à l’échelle du département (unité administrative de collecte des données de production), où d’autres facteurs supplémentaires de variations interviennent, tels que la variabilité spatiale des sols.Évaluation des potentialités agroclimatiques d’une régionOn connaît, pour les grandes cultures, les régions françaises aptes à telle ou telle production. Pour autant, le matériel génétique sélectionné pour la production, et se traduisant par l’inscription au catalogue de telle ou telle variété, est en perpétuelle évolution. Si le blé tendre d’hiver est cultivé un peu partout en France tout en étant avant tout la vocation traditionnelle de la moitié Nord, si la production de betterave sucrière est concentrée dans le Bassin parisien, en Picardie et dans le Nord - Pas-de-Calais, les conditions du marché peuvent amener dans telle ou telle région à une réorientation des productions. C’est alors que se pose, pour une variété nouvelle non encore cultivée ou pour une culture nouvelle pour la région, la question de l’adéquation des cultures aux conditions climatiques régionales. Dans ce but sont alors entreprises des études agroclimatiques. Celles-ci consistent à réaliser, pour des critères agroclimatiques pertinents (sommes de températures, pluviométrie, bilan hydrique potentiel, etc.), et à partir de longues séries chronologiques des variables climatiques de base sur une période de trente ans (par exemple de 1951 à 1980), des analyses fréquentielles (tabl. 3) que l’on traduit en termes de fréquence de réalisation d’un stade phénologique avant une date donnée (par exemple, on pose comme condition que la date de récolte d’une variété de maïs doit intervenir avant le 31 octobre), ou de risques encourus (basses températures, déficit hydrique, températures extrêmes, etc.) au cours des différentes étapes de l’élaboration du rendement.La cartographie des valeurs obtenues en chaque point du réseau permet d’analyser la variabilité spatiale de ces indicateurs de réussite ou d’échec de la production. Tous ces résultats permettent de fournir des éléments de décision sur la possibilité d’implanter telle culture ou telle variété dans telle ou telle région.Synonymes :- météorologie agricole
Encyclopédie Universelle. 2012.