Protéger les sols agricoles et prévenir les pénuries alimentaires mondiales grâce à la «soilsmologie» : quand les ondes sismiques volent au secours des agriculteurs

Et si l’avenir de notre alimentation dépendait des vibrations du sol ? Une équipe internationale de scientifiques propose une méthode inédite, inspirée de la sismologie, pour diagnostiquer la santé des sols sans les abîmer. Cette nouvelle approche, baptisée « soilsmologie », ambitionne de lutter contre la crise de fertilité mondiale, d’aider les agriculteurs à mieux produire, et même de freiner le changement climatique.

Les sols fournissent 99 % de notre alimentation, mais leur dégradation silencieuse menace aujourd’hui la sécurité alimentaire mondiale. Compactés, appauvris en matière organique, mal irrigués, ils subissent les conséquences d’une agriculture intensive et du changement climatique, rappelait Marc-André Selosse dans son livre, « L’origine du Monde ». Pourtant, leur état reste largement méconnu, faute d’outils efficaces, abordables et précis. C’est à cette urgence que répond une équipe internationale de chercheurs, notamment du Earth Rover Program, rattachée à l’Université d’Exeter, à Harper Adams University (Royaume-Uni) et à l’Université de Limuru (Kenya).

Leur méthode, fondée sur l’analyse d’ondes sismiques – la « soilsmologie » – permet de cartographier la santé des sols sans les perturber. Leurs résultats, publiés dans Environmental Research: Energy, ouvrent une voie prometteuse pour réduire les intrants, restaurer la fertilité des terres et anticiper les pénuries agricoles. Face à une population croissante et des rendements en baisse, cette approche se veut résolument pragmatique.

Comprendre le sous-sol sans l’abîmer : une approche par ondes sismiques
La méthode au cœur du Earth Rover Program s’appuie sur une technique empruntée à la géophysique : la propagation d’ondes sismiques dans le sol. Concrètement, les chercheurs posent une plaque métallique sur le sol, frappée à l’aide d’un marteau. Cela génère des ondes qui se déplacent dans la terre. Des capteurs mesurent ensuite le retour de ces ondes, modifié par la nature du sous-sol traversé. Ce principe, semblable à celui utilisé en exploration pétrolière ou pour l’étude des séismes, s’applique ici à l’échelle agricole.

L’avantage de cette technique réside dans sa non-invasivité. Contrairement aux prélèvements traditionnels, elle ne nécessite pas de creuser. Ce qui permet de préserver l’intégrité biologique et physique du sol. Les mesures obtenues révèlent avec une grande précision la densité, la porosité, l’humidité et la compaction du sol, soit des paramètres essentiels pour juger de sa santé.

Le professeur Tarje Nissen-Meyer (Université d’Exeter), cofondateur du programme, souligne que cette approche permet « de comprendre la structure interne du sol sans l’endommager. Tout en collectant des données à haute résolution ». Les premiers tests montrent une résolution verticale de l’ordre de 10 centimètres, bien supérieure aux cartes classiques qui utilisent encore des maillages de 5 km.

La précision obtenue permet de détecter les variations fines au sein d’un même champ, invisibles à l’œil nu ou par satellite. Cela marque une rupture méthodologique importante, en offrant aux chercheurs et aux agriculteurs une lecture tridimensionnelle du sol. Une lecture essentielle pour adapter finement les pratiques agricoles et répondre aux défis de productivité durable.

Des capteurs low-cost et une IA pour démocratiser l’analyse des sols
L’accessibilité technologique a été au cœur des préoccupations du Earth Rover Program. En deux ans, le prix des capteurs sismiques a chuté de 1000 à 10 dollars pièce, grâce au développement de prototypes à base de MEMS (systèmes microélectromécaniques) conçus pour être à la fois robustes, précis et bon marché. Cette réduction spectaculaire permet d’envisager un déploiement mondial, y compris dans des zones rurales à faibles ressources.

Mais la collecte de données ne suffit pas. Pour que ces données deviennent exploitables par des non-scientifiques, les chercheurs ont développé ERP-GPT, un modèle d’intelligence artificielle capable de convertir les signaux sismiques en informations claires et actionnables. Ce système s’appuie sur l’apprentissage automatique pour interpréter des paramètres comme la compaction du sol, la teneur en carbone, l’humidité ou encore la structure racinaire.

Selon Jacqueline Hannam, pédologue à l’Université de Greenwich, cette approche permet de « mesurer des propriétés clés du sol sans jamais sortir une bêche ». C’est une avancée importante dans les zones agricoles mal desservies par les infrastructures scientifiques, rappelle FarmUK. Grâce à cette technologie, un agriculteur peut savoir en temps réel s’il doit ameublir son sol, ajuster son irrigation ou ajouter de la matière organique, sans avoir à passer par des laboratoires.

Le programme vise également à créer une plateforme de partage de données ouverte et sécurisée. L’idée : connecter les utilisateurs à travers le monde via un outil collaboratif intégrant les connaissances locales dans l’analyse des données, pour une prise de décision contextualisée. Ainsi, la soilsmologie n’est pas seulement une prouesse technique. Elle devient un levier d’autonomisation agricole à l’échelle mondiale.

Répondre à la crise de fertilité mondiale par une action ciblée
Les sols du globe se dégradent à un rythme alarmant. Selon les estimations du Earth Rover Program, environ 75 % des sols terrestres présentent des signes de dégradation. Ce qui affecte directement la capacité des terres à produire de manière durable. Cette situation résulte de l’érosion, de l’usage intensif d’intrants chimiques, du compactage lié au passage d’engins agricoles et des effets du changement climatique.

Le professeur Simon Jeffery, chercheur en écologie des sols à Harper Adams University, rappelle que « la plupart des interventions agricoles se font à l’aveugle. Les agriculteurs ne disposent pas d’informations précises sur la variabilité intra-parcellaire des sols ». En effet, les rendements peuvent varier fortement à l’échelle de quelques mètres. Cependant, faute de données, les traitements s’appliquent uniformément, causant surdosage, pollution et gaspillage.

L’approche développée par Earth Rover permet d’identifier avec précision les zones compactées ou déficientes en éléments organiques. Ces informations permettent d’envisager des actions localisées, comme le sous-solage (décompactage) ou l’apport ciblé de compost. Cela réduirait considérablement les coûts et les impacts environnementaux.

En Afrique de l’Est, Peter Mosongo, chercheur basé au Kenya, cité par The Guardian, souligne l’importance de cette technologie pour les petits exploitants. Il rappelle que de nombreux agriculteurs n’ont jamais pu faire analyser leurs sols, faute de moyens ou d’accès aux laboratoires. Or, l’accumulation de couches imperméables dans le sous-sol empêche l’infiltration de l’eau. Elle aggrave les inondations et bloque le développement des racines.

De la science des sols à une stratégie globale de résilience
Au-delà de ses applications agricoles, le programme Earth Rover s’inscrit dans une démarche systémique. Le sol ne constitue pas qu’un support pour les cultures. Il s’agit d’un écosystème complexe, essentiel au cycle de l’eau, à la régulation du climat et à la biodiversité. Or, il reste aujourd’hui largement sous-étudié. La communauté scientifique dispose de très peu de modèles intégrés capables de décrire le fonctionnement du sol à différentes échelles spatiales et temporelles.

C’est cette lacune que l’équipe de chercheurs entend combler. Grâce aux données collectées via les capteurs sismiques, mais aussi à d’autres méthodes non-invasives comme la résistivité électrique et le radar à pénétration de sol (GPR), il devient possible de modéliser le sol en 3D. Et cela avec une finesse suffisante pour bâtir des « jumeaux numériques » des systèmes pédologiques.

Dr Andy Jarvis, du Bezos Earth Fund, partenaire financier du programme, souligne que cette technologie permet de « lire le monde invisible du sol sans le détruire ». En rendant les sols visibles, compréhensibles et suivis en temps réel, la soilsmologie s’affirme comme une solution technologique au service d’une stratégie globale de résilience écologique.

Source : Maria Tsekhmistrenko et al., “Between two furrows: soil bulk density from non-invasive seismology”. 2025 Environ. Res. Commun. 7 111010

En bref

– Marc-André Selosse alerte sur la dégradation des sols dans son livre, tandis que le Earth Rover Program propose une solution innovante.
– La soilsmologie utilise des ondes sismiques pour analyser la santé des sols sans les perturber, offrant une précision inédite.
– Découvrez comment cette technologie révolutionnaire pourrait transformer l’agriculture mondiale et renforcer la sécurité alimentaire.

Source : https://www.science-et-vie.com/