Evaluation of drought impacts on crop yields in France

ARTICLE

Auteur(s) : Philippe Debaeke¹, Michel Bertrand²

¹Institut national de la recherche agronomique (Inra), UMR 1248 Agrosystèmes et Développement territorial, INRA-ENSAT, BP 52627, F-31326 Castanet-Tolosan
²Institut national de la recherche agronomique (Inra), UMR 211 Agronomie INRA-AgroParisTech, BP 1, F-78850 Thiverval-Grignon

Depuis 1976, l’agriculture française a connu plusieurs épisodes de sécheresse, dont les derniers (2003, 2005, 2006) ont été particulièrement marqués. Selon les années, il s’agissait de sécheresse édaphique, affectant l’humidité du sol au printemps et en été, de sécheresse hydrologique, pénalisant la recharge hivernale des aquifères ou de situations mixtes, accompagnées ou non de hautes températures estivales (Choisnel, 1993 ; Amigues et al., 2006).

Doit-on s’attendre pour autant à une augmentation de la fréquence et de l’intensité des sécheresses dans un avenir proche ? Depuis 20 ans, on observe déjà une diminution de 10% de la pluviométrie estivale dans le sud de la France associée à une augmentation de la température moyenne annuelle. C’est pourquoi, les sécheresses récentes pourraient bien s’inscrire dans le cadre d’une évolution relevant du changement climatique (Amigues et al., 2006).

L’évaluation des impacts de la sécheresse aux échelles nationale et régionale s’impose non seulement dans le cadre des cellules de vigilance ministérielles et préfectorales, lors des procédures de compensation des calamités, mais aussi en vue d’évaluer la sensibilité des systèmes de culture à une fréquence accrue des épisodes de sécheresse et de proposer des adaptations agronomiques et génétiques (Bootsma et al., 1996 ; Brisson et al., 2006).

Plusieurs sources de données peuvent renseigner a posteriori sur les baisses de rendement consécutives à la sécheresse. En premier lieu, les données statistiques régionalisées sur les rendements moyens (Agreste, 1989-2006) sont les plus mobilisées ; la baisse de production imputable à la sécheresse s’apprécie alors souvent par rapport à la moyenne des 5 années précédentes. De manière plus locale, des réseaux de référence basés sur l’expérimentation agronomique (ou l’enquête) servent à évaluer la sensibilité intrinsèque des cultures au déficit hydrique à différentes phases du cycle avec le défaut d’être souvent implantés en milieu favorable (sols profonds).

Des approches en temps réel peuvent être menées à l’aide d’indices agroclimatiques dont la précision s’affine au cours de la saison (Wu et al., 2004) ou par le biais de données radiométriques satellitaires (réflectance du couvert, température de surface) (Unganai et Kogan, 1998).

Enfin, les modèles de simulation climat-sol-plante, qui s’appuient sur la connaissance agronomique validée mais dont le paramétrage reste délicat, sont davantage utilisés pour typer les scénarios climatiques passés ou prévisibles et en évaluer les conséquences ex ante pour une gamme large de sols et de systèmes de culture (Keating et Meinke, 1998 ; Yacoubi et al., 1998 ; Brisson et al., 2006).

À la suite des sécheresses passées, des monographies, par exemple, des notes de conjoncture du Service central des enquêtes et études statistiques (SCEES) du ministère de l’Agriculture, relayées par la presse agricole, ont chiffré chaque année les conséquences de la sécheresse sur la production et le revenu des agriculteurs en France. Pour autant, on ne dispose pas réellement d’une évaluation complète et rétrospective des pertes de rendement imputables à la sécheresse par culture et par région.

L’objectif de cette étude est de proposer une évaluation de l’impact de la sécheresse sur la production des principales grandes cultures, fondée sur l’analyse des séries historiques de rendement issues de la statistique agricole française.

Méthode d’estimation du déficit de production attribué à la sécheresse

Pour le blé dur, le sorgho-grain, le soja, la betterave sucrière, la pomme de terre, dont la localisation est méridionale pour les trois premières, septentrionale pour les deux dernières, seule la statistique nationale a été utilisée. Pour le pois protéagineux, on ne dispose de statistiques fiables que depuis 1989, ce qui limite la portée d’une analyse des séries chronologiques selon la démarche classique en agrométéorologie.

À partir de la droite de régression reliant le rendement à l’année culturale, on a calculé, pour chaque année, aux échelles régionale et nationale, un rendement de référence qui traduit le rendement accessible, étant donné le progrès génétique, l’amélioration des techniques culturales, et le changement climatique (hausse des températures au cours des années 1990, par exemple).

Tout écart négatif suffisamment important par rapport au rendement de référence traduit l’action d’un facteur limitant majeur aux échelles nationale ou régionale. Généralement, ce facteur limitant est d’origine agroclimatique : sécheresse, maladies cryptogamiques induites par un climat doux et humide, conditions de récolte ou d’implantation très défavorables. La perte de rendement est exprimée relativement à la valeur de référence pour l’année considérée.

Lors des années 1976, 2003, 2005 et 2006, les impacts de la sécheresse ont été ressentis à l’échelle nationale, bien qu’une certaine variabilité interrégionale subsiste dans ce domaine. Les cartes publiées par Météo-France en attestent. Afin d’avoir une vision dynamique de l’installation de la sécheresse, on compare ici le déficit pluviométrique (pluie-évapotranspiration potentielle) cumulé de novembre à août pour ces quatre années de sécheresse sur trois postes climatiques exprimant un gradient Nord-Sud (figure 1) : Versailles (78), Lusignan (86), Toulouse (31). Le déficit pluviométrique est très prononcé à Toulouse pour les quatre années (1976 n’étant pas l’année la plus sèche), à Lusignan en 1976 et 2005, mais uniquement en 1976 à Versailles. En 2003, bien qu’intense, la sécheresse s’est installée plus tardivement au printemps en raison d’une pluviométrie hivernale satisfaisante (sécheresse édaphique). En 2005 et 2006, la recharge des sols et des nappes a été insuffisante au cours de la phase hivernale, avec des conséquences pour les ressources en eau d’irrigation (sécheresse hydrologique).

Résultats

Pertes de rendement à l’échelle nationale

La perte de rendement liée à la sécheresse a été pratiquement générale en 1976, 2003, 2005 et 2006, avec des exceptions pour le colza, la pomme de terre et la betterave pour les années récentes (figure 2). Dans le Sud-Ouest, d’autres épisodes de sécheresse ont davantage touché les cultures d’été non irriguées (comme le sorgho) en 1986, 1989, 1990 et 2004. En 2001, les céréales à paille et le colza ont été pénalisés par l’excès d’eau entre octobre et avril ; le rendement de la betterave a été très déprimé par des implantations tardives en conditions humides.

La variabilité non liée au progrès des rendements est la plus faible pour les cultures industrielles, les céréales à paille et le maïs puisque la part expliquée par ce progrès dans la variabilité interannuelle des rendements est comprise entre 82 et 90 % (r² de 0,82 à 0,90). Cette variabilité est plus forte pour le sorgho (culture non irriguée du Sud de la France), le soja (dont les modes d’irrigation ont beaucoup varié au gré des primes compensatoires), et le colza (culture subissant fortement les dégâts des ravageurs et pathogènes).

À l’échelle nationale les plus fortes pertes de rendement ont été enregistrées en 1976 et 2003, puis en 2006 (tableau 1), la sécheresse 2005 ayant été plus modérée. Parmi les cultures d’hiver, le colza et l’orge sont souvent les moins pénalisés, en raison notamment de capacités d’esquive de la sécheresse de début d’été (semis précoces). Les pertes en blé tendre varient de 7 à 18 % selon les années. Les pertes en maïs-grain varient de 7 à 23 % : elles traduisent le fait qu’une proportion importante du maïs est pluviale (71 % en 1988, 55 % en 2000) et que des restrictions d’irrigation peuvent pénaliser la culture dans certaines régions (Gleises et Rieu, 2004). Si l’on compare la sensibilité à la sécheresse des cultures entre 1976 et 2003, les ordres de grandeur sont conservés pour le colza (8 %), le blé (16 %) et le maïs (21 %).

Depuis quelques années, le SCEES distingue rendements du maïs en sec et en irrigué. Une forte baisse du rendement a été observée en non irrigué en 2003 (- 30 % par rapport à aux années 2002 et 2004, contre – 12 % avec irrigation). Les baisses ont été plus faibles en 2005 et en 2006 (perte de 10 à 11 % sans irrigation) (tableau 2).

Ce sont les cultures d’été non irriguées (tournesol et surtout sorgho) qui sont les plus exposées à la sécheresse, en dépit de leur tolérance intrinsèque, car elles sont principalement conduites en sol superficiel à faibles potentialités dans la moitié Sud de la France. Les pertes varient ainsi de 12 à 37 % pour le sorgho (7 à 32 % pour le tournesol). La réponse du soja est très contrastée (< 3 à 31 %) : elle est liée à la proportion de surfaces irriguées, fluctuant de 50 à 90 % selon les contextes réglementaires.

De la même manière, alors que pomme de terre et betterave étaient fortement pénalisées en 1976 (38 et 20 % respectivement), l’extension de l’irrigation pour ces cultures (36 % des pommes de terre étaient irriguées en 2000) maintient les pertes en deçà de 5 % dans les sols profonds du Nord-Bassin parisien.

Tableau 1 Perte de rendement (%) liée à la sécheresse pour quelques grandes cultures (données France entière).Table 1. Yield loss (%) due to drought for some major crops at national level (French data).

Variabilité des pertes de rendement à l’échelle régionale

Toutes les régions productrices de maïs ont été fortement déprimées en 1976 (20 à 36 %). En 2003, la sécheresse a été plus marquée au Sud. En 2005, les restrictions d’utilisation de l’eau ont été très sévères en Poitou-Charentes d’où une perte de 31 % alors qu’en Midi-Pyrénées où la ressource est exogène et sécurisée, la perte n’a pas excédé 5 % en dépit de déficits climatiques comparables (tableau 3). Pour les mêmes raisons, les pertes ont été limitées en 2006 pour le maïs en Midi-Pyrénées, alors qu’elles se situaient entre 7 et 10 % dans les autres régions.

Le taux d’irrigation du maïs-grain varie selon les régions : cette culture est majoritairement pluviale en Picardie, très inégalement irriguée en Poitou-Charentes (de 5 à plus de 75 % selon les cantons), majoritairement irriguée dans la région Centre et surtout en Midi-Pyrénées (Gleyses et Rieu, 2004).

Par ailleurs, le taux d’irrigation du maïs a très fortement augmenté depuis les années 1970, réduisant d’autant la sensibilité de la culture à la sécheresse dès lors que la ressource est disponible pour cet usage (Morardet et al., 1998).

Enfin, Tollenaar et Wu (1999) indiquent qu’une partie du progrès génétique observé chez le maïs peut être attribuée à une meilleure tolérance au stress hydrique, d’où de possibles baisses des pertes de rendement entre 1976 et les années récentes lors de fortes sécheresses.

Tableau 3 Pertes de rendement du blé tendre et du maïs (%) imputables à la sécheresse pour quatre régions et quatre années (1976, 2003, 2005, 2006).Table 3. Bread wheat and maize yield losses (%) due to drought at regional level: 1976, 2003, 2005, 2006.

Discussion

La méthode utilisée, basée sur la statistique publique permet d’avoir accès à une évaluation globale des pertes de rendement sur le plan national et régional. Barakat et Handoufe (1998) ont utilisé une démarche similaire pour la production de céréales au Maroc. Cependant, étant donné que l’on utilise une espérance de rendement, on sous-estime certaines années la perte réelle, en ne considérant pas la production potentielle accessible lors d’années climatiques favorables.

Par ailleurs, la perte théorique par rapport à une culture bien irriguée est encore supérieure à ces estimations. Ainsi, sur la période 1970-1992, dans le cadre du dispositif expérimental d’Auzeville, la perte moyenne en culture sèche (par rapport à un témoin bien irrigué) était de 25 % (tournesol), 28 % (sorgho), 33 % (soja) et 42 % (maïs) (Cabelguenne et al., 1982 ; Debaeke et Hilaire, 1997), soit bien au-delà des pertes calculées dans le tableau 1.

L’étude met en évidence des pertes de rendement très variables selon les années et les cultures. Dans certains cas, les pertes dues à la sécheresse sont du même ordre que celles attribuées aux attaques parasitaires mal contrôlées (phomopsis sur tournesol, rouille brune sur blé…). Plusieurs causes peuvent expliquer les pertes importantes observées en 1976 par rapport aux sécheresses récentes : la précocité, l’intensité et la généralisation du déficit pluviométrique (figure 1), la plus faible proportion de cultures irriguées à cette époque (Morardet et al., 1998), une plus faible rusticité des variétés de maïs ou de tournesol (Derieux et al., 1987 ; Merrien et Champolivier, 1995 ; Tollenaar et Wu, 1999).

La sensibilité globale des cultures à la sécheresse dépend de la sensibilité intrinsèque des espèces cultivées (phases sensibles et critiques, capacités d’extraction d’eau, processus d’endurcissement et d’ajustement…), mais aussi des conditions de culture qui leur sont appliquées (période de semis, irrigation) et des choix variétaux qui sont faits (précocité…). La perte de rendement résulte in fine du stade où survient le plus fréquemment le déficit hydrique. Il faut superposer ces informations pour comprendre la sensibilité des cultures à la sécheresse telle qu’elle nous est révélée par la statistique agricole. Cela peut expliquer des classements d’espèces différents de ceux donnés par Doorenbos et Kassam (1979) ou Cabelguenne et al. (1982) qui ne considèrent que la réponse physiologique au défaut d’alimentation en eau.

Ainsi, le sorgho, réputé tolérant à la sécheresse (Krieg et Lascano, 1990), apparaît ici comme une culture sensible si on le compare au maïs. Le sorgho est en effet cultivé bien souvent sans irrigation d’appoint, en sol de coteau argilo-calcaire. De ce fait, il est affecté par les sécheresses précoces qui ne permettent pas une bonne implantation et un tallage suffisant. En revanche, il peut endurer des déficits hydriques marqués au cours de l’été en raison d’un enracinement efficace et d’une activité photosynthétique et transpiratoire maintenue pour une gamme étendue d’états hydriques du sol.

Le tournesol, culture semée au printemps, confirme sa bonne tolérance à la sécheresse (Unger, 1990), les pertes calculées étant proches de celles du blé d’hiver. De même, le colza dont l’enracinement est profond et le cycle décalé par rapport aux fortes demandes évaporatives permet d’esquiver régulièrement la sécheresse de fin de cycle, mais la culture est plus sensible au risque de sécheresse d’automne en phase d’implantation.

Conclusion

L’approche satellitaire permet une représentation spatialisée des états de la végétation à plusieurs moments du cycle cultural (indice foliaire, indice de stress hydrique…). Ces données peuvent être assimilées dans les modèles de simulation des cultures évoqués plus haut. Cependant, la prévision du rendement est encore un objectif difficile à atteindre car de nombreux facteurs limitants peuvent survenir en fin de cycle.

Pour ces raisons, l’exploitation de données statistiques, dont il faudrait discuter par ailleurs la représentativité et la précision, reste une méthode de base pour l’évaluation des impacts de la sécheresse en grande culture aux échelles nationale et régionale.

Références

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