Un projet de recherche sur-mesure pour un étudiant passionné
Pendant son baccalauréat en agronomie à l’Université Laval, Nicolas Bertrand a réalisé tous ses stages dans le domaine maraîcher. Un milieu qu’il appréciait, mais qui ne lui permettait pas de travailler sur un sujet qui l’intéressait particulièrement : les cultures de couverture. Il décida alors d’explorer cette thématique dans le cadre de son projet de séminaire de baccalauréat.
Il entra en contact avec Caroline Halde, professeure en agriculture biologique et agroécologie à la Faculté des sciences de l’agriculture et de l’alimentation de l’Université Laval, dont les travaux l’intéressaient particulièrement.
« J’ai contacté Caroline, mais je m’y suis pris trop tard et elle n’avait plus de place pour les séminaires. Mais je me suis dit : si je peux faire une maîtrise, ça va être sur les cultures de couverture, parce que ça m’intéressait vraiment et je voulais en apprendre plus. »
En parallèle, un autre intérêt s’est développé durant la fin de son parcours universitaire : la gestion de l’azote et les émissions de protoxyde d’azote (N₂O). Une conférence donnée par le chercheur Martin Chantigny, d’Agriculture et Agroalimentaire Canada, dans un cours sur la gestion agroenvironnementale des entreprises agricoles, l’a particulièrement marqué.
« J’ai trouvé le sujet particulièrement intéressant et important, et on l’abordait seulement à la fin du baccalauréat ! Encore une fois, je me suis dit que si j’allais aux études supérieures, c’est là-dessus que j’aimerais me concentrer. »
Voyant sa motivation, Caroline Halde lui propose finalement un projet de maîtrise en collaboration avec ses collègues d’Agriculture et Agroalimentaire Canada, la chercheuse Mary-Cathrine Leewis et les scientifiques Gaétan Parent et Normand Bertrand dans le cadre du Laboratoire vivant – Lait carboneutre.
« On est allés les rencontrer, ils nous ont parlé du projet… puis là, le lien entre les cultures de couverture et le protoxyde d’azote était là. J’ai vraiment été chanceux : j’ai eu le projet de maîtrise parfait avec les deux champs d’intérêt que j’avais visés. »
Combiner agronomie, environnement et microbiologie du sol
Le projet de maîtrise de Nicolas vise à comprendre comment les cultures de couverture influencent tout le système sol-plante, à la fois sur le plan agronomique et environnemental. Plus précisément, il étudie leur effet sur :
- les besoins en azote de la culture de maïs-grain suivante et ses rendements;
- les émissions de protoxyde d’azote (N2O), un puissant gaz à effet de serre produit à partir de l’azote dans le sol;
- et un aspect encore peu documenté : les processus microbiens liés à la dénitrification Dans certaines conditions, lorsque le sol devient pauvre en oxygène, les bactéries modifient leur fonctionnement : au lieu d’utiliser l’oxygène pour respirer, elles utilisent les nitrates. Ce processus, appelé dénitrification, peut alors conduire à la formation de protoxyde d’azote (N₂O).
« Il y a des études là-dessus, mais au Québec, ce lien entre les cultures de couverture et la microbiologie des sols liée à la transformation de l’azote est très peu étudié. Je pense que c’est important de le prendre en considération. Parce qu’en fin de compte, il n’y aurait pas d’émissions de protoxyde d’azote (N₂O) sans les micro-organismes du sol. »
Un important travail de terrain et de laboratoire
Les essais de Nicolas sont menés à la station agronomique de l’Université Laval, à Saint-Augustin-de-Desmaures.
Le dispositif comprend deux essais au champ réalisés entre 2023 et 2026, organisés selon une rotation précise.
Année 1 : semis d’un blé d’automne en fin de saison, qui passe l’hiver sous couverture de neige.
Année 2 : mise en place de différentes stratégies de cultures de couverture :
– intercalaire : trèfle rouge implanté dans le blé
– dérobée : mélange pois-radis-avoine semé après la récolte du blé
– témoin sans culture de couverture
Année 3 : semis du maïs-grain qui reçoit 6 doses d’azote variant de 0 à 220 kg N/ha.
Différentes mesures sont ensuite prises dans les 54 parcelles du dispositif :
Échantillonnages de sol
La moitié des parcelles de sol sont échantillonnés à 6 reprises au cours de la saison de croissance. Cela représente 162 échantillons de sol par année.
Ces échantillons servent à mesurer l’azote minéral présent dans le sol, mais aussi à analyser les processus microbiens impliquées dans les transformations de l’azote.
En laboratoire, Nicolas réalise des extractions d’ADN à partir du sol et procède ensuite à la quantification de gènes fonctionnels liés à la production de protoxyde d’azote (N₂O).
Ces données permettront ensuite de relier l’activité microbienne observée aux variations des émissions de protoxyde d’azote (N2O) mesurées au champ.
Mesure des émissions de protoxyde d’azote (N2O)
Les émissions de protoxyde d’azote (N2O) sont suivies par Nicolas de façon intensive tout au long de la saison, avec une vingtaine de périodes d’échantillonnages par parcelle. Les prélèvements sont réalisés à des moments clés du cycle cultural : au semis du maïs, le lendemain de la fertilisation, trois jours après, puis deux à une fois par semaine jusqu’à la fertilisation suivante, et ce schéma se répète au cours de la saison.
L’air est prélevé au-dessus de chambres installées au sol, puis analysé au laboratoire à l’aide d’un chromatographe en phase gazeuse afin de déterminer les concentrations de protoxyde d’azote (N₂O).
Biomasse et rendement
En fin de saison, la biomasse aérienne des cultures de couverture est mesurée. Les parcelles de maïs font également l’objet d’évaluations agronomiques afin de comparer l’effet des différents traitements sur le rendement en grain du maïs ainsi que sur la biomasse produite.
Donner du sens aux données
Une partie importante du travail de Nicolas consiste ensuite à intégrer et analyser l’ensemble de ces données pour mieux comprendre les processus en jeu dans le sol.
« Ce qui me motive de plus, c’est faire les analyses statistiques et essayer de comprendre ce qui s’est passé, et comment les cultures de couverture ont influencé les différents processus. Je peux passer des journées entières à l’ordinateur à regarder mes données ! »
Les premiers constats rappellent un point clé de la littérature : les effets des cultures de couverture sur les émissions de protoxyde d’azote (N₂O) varient fortement selon le type de sol, la température, les précipitations et la gestion de l’azote.
Une expérience formatrice aux retombées concrètes pour le milieu agricole
Cette expérience a été pour Nicolas une formation riche sur le plan humain et scientifique, qui s’est construite au contact de plusieurs équipes de recherche aux expertises complémentaires, notamment celles de Caroline Halde, Mary-Cathrine Leewis, Normand Bertrand, Gaétan Parent et leurs assistant(e)s de recherche.
« À la maîtrise, j’ai appris de choses sur le monde agricole et professionnel que je ne connaissais pas en finissant mon baccalauréat. Ce sont de bonnes cordes à mon arc pour la suite, surtout si je veux continuer à travailler dans le domaine de la recherche. »
En combinant agronomie, microbiologie et émissions de gaz à effet de serre, ce projet contribue à mieux comprendre ce qui se joue sous la surface des sols lorsque des cultures de couverture sont implantées.
Nicolas a hâte de partager ses résultats avec les producteur(trice)s et de leur fournir de nouvelles informations pour alimenter leurs réflexions sur leurs choix de pratiques.
Le Laboratoire vivant – Lait carboneutre
Le Laboratoire vivant – Lait carboneutre est une grande démarche d’innovation portée par les Producteurs de lait du Québec (PLQ) et financée par le programme Solutions agricoles pour le climat – Laboratoires vivants d’Agriculture et Agroalimentaire Canada. Coordonné par Novalait, il rassemble producteur(trice)s, expert(e)s et scientifiques autour d’un objectif commun : réduire l’empreinte carbone des fermes laitières.
