Méthodes de protection des cultures contre le gel

Les dégâts causés aux cultures par le gel sont à l'origine de pertes de rendement, chaque année, dans une région ou une autre de l'Ontario. Ces dégâts sont de tous ordres, allant d'un départ tardif de la végétation chez la luzerne au printemps à la perte des tomates dans un potager familial à l'automne. Or, certaines de ces pertes sont évitables. Il existe un certain nombre de méthodes différentes qui permettent d'éviter ou d'atténuer les méfaits du gel. Il est important que les producteurs soient au courant de ces méthodes pour qu'ils puissent évaluer celles qui sont techniquement et économiquement réalisables dans leurs cas. La présente fiche d'information donne des renseignements sur les diverses méthodes existantes de protection contre le gel.

La protection contre le gel se réalise par deux types de méthodes : des méthodes directes ou actives, et des méthodes indirectes ou passives. Les premières sont celles que l'on met en œuvre quand le danger du gel est présent; elles consistent à apporter de la chaleur et à recouvrir les cultures d'un matériau protecteur. Les méthodes indirectes ou passives sont les précautions que l'on prend bien avant les périodes de gel; elles portent, entre autres, sur le choix des époques favorables pour la mise en culture et la récolte à l'intérieur de la période sans gel, et sur le choix des cultures et des champs appropriés. Des exemples précis de ces deux types de méthodes seront présentés en détail plus loin.

Les termes gel et gelée s'emploient de façon interchangeable. Ces deux termes désignent la situation qui existe quand la température de l'air tombe au niveau du point de congélation de l'eau (0 °C), ou au-dessous, sans entraîner forcément de dommages. En revanche, il sera question ici de « gelée meurtrière » pour désigner les températures inférieures à 0°C qui provoquent des dégâts sur les végétaux.

Types de gel

On fait la distinction entre gel d'advection et gel de rayonnement selon les conditions atmosphériques qui en sont la cause. Le gel d'advection est provoqué par le passage d'une masse d'air froid venue d'une autre région, quand les vents sont relativement forts. Le gel de rayonnement (ou gelée blanche) se produit seulement de façon localisée et par nuit claire et calme (se reporter à la fiche technique du MAAARO, Le comportement du gel en Ontario, AGDEX 079, commande n^o 85-055).

Les effets du gel sur les cultures

Pour évaluer convenablement l'utilité des méthodes de prévention du gel, il est nécessaire de comprendre l'effet des températures glaciales sur la ou les cultures considérées. Certains effets sont bien connus tandis que d'autres sont moins clairs et nécessitent un complément de recherches. La température minimale (appelée température « critique ») qui doit être atteinte pour qu'une culture subisse des lésions est sous la dépendance de nombreux facteurs : espèce, variété, stade physiologique ou végétatif, vigueur de la plante; état du sol et nature de la couverture végétale; intensité et durée du gel; conditions de dégel; présence de nuages et de vent pendant le gel; et d'autres encore.

Chez de nombreuses plantes, la résistance au gel est plus faible à l'approche de la maturité qu'au cours des premiers stades de croissance. Pendant les stades de croissance, une plante en bonne santé résiste souvent mieux au gel qu'une plante souffreteuse.

Les températures critiques nécessaires à l'apparition de dommages peuvent varier en fonction du temps pendant lequel elles demeurent au-dessous du point de congélation. Par exemple, les bourgeons des arbres fruitiers peuvent être lésés par une température de -2 °C persistant plus de 24 heures, mais peuvent survivre s'ils sont exposés à une température de -6 °C pendant moins de 2 heures. Cela explique pourquoi la température critique d'une gelée de rayonnement ne sévissant que quelques heures en début de matinée peut être plus basse que celle d'une gelée d'advection qui peut se prolonger dans la journée.

Les conditions dans lesquelles se produit le dégel influent souvent sur l'ampleur des dommages que celui-ci cause. Par exemple, on sait que si elles dégèlent graduellement, les feuilles de tabac subiront moins de dommages que si elles dégèlent rapidement.

L'action des températures glaciales sur les cultures est plus ou moins importante. Dans certains cas, c'est la perte totale des organes de la plante qui ont gelé. Par exemple, les fleurs des pommiers qui ont gelé ne donneront pas de fruits. Dans d'autres cas, le gel n'occasionne qu'une baisse du rendement ou de la qualité. Quand le gel détruit prématurément la partie aérienne des pommes de terre, on enregistre qu'une perte partielle de rendement ou de qualité des tubercules. Une gelée d'automne prématurée peut abaisser le rendement et la qualité du maïs à ensiler et du maïs-grain ainsi que d'autres cultures céréalières. Quelquefois, chez certaines cultures, la gelée a pour effet de réduire l'aptitude à la conservation. Par exemple, des pommes de terre partiellement gelées risquent de pourrir plus vite en entrepôt, sans compter qu'elles peuvent entraîner la pourriture des tubercules sains. L'opportunité économique des méthodes de protection contre le gel dépend beaucoup de l'importance de la baisse de rendement ou de qualité provoquée par une gelée. Il est donc crucial pour les producteurs de bien connaître les effets des températures glaciales sur leurs cultures.

Le tableau 1 indique les températures critiques approximatives de certaines espèces cultivées en Ontario. Ces températures sont celles atteintes par la culture, non celles relevées dans un abri météorologique placé à 1,5 mètre au-dessus du sol. Il ne faut pas oublier que la température de la culture peut être inférieure au point de congélation même si la température dans l'abri est de plusieurs degrés Celsius au-dessus de 0. (L'inverse est également fréquent pour les cultures telles que les tubercules de pommes de terre qui sont sous la surface du sol.)

Tableau 1. Températures critiques entraînant des dommages aux cultures

Protection contre le gel - Les méthodes indirectes (passives)

Les méthodes indirectes que l'on applique bien avant que le danger de gel soit imminent sont probablement les plus économiques et les plus efficaces. D'ailleurs, certaines ne sont que des précautions naturelles qui sont déjà très largement observées, mais il est néanmoins utile de les rappeler. Voici des exemples de méthodes indirectes qui peuvent être utilisées.

1. Le choix du terrain. Pour cultiver une espèce qui craint le gel, on doit choisir un terrain situé dans un endroit bénéficiant d'une période sans gel suffisamment longue. Pour les cultures très vulnérables, on évite les creux de terrain ou les fonds de vallon dans lesquels l'air froid s'amasse et stagne. Le long d'une pente, la présence de rideaux d'arbres compacts, de bandes boisées, de talus de route ou autres obstacles s'oppose à l'écoulement de l'air froid vers le bas et peut donc entraîner la formation de véritables lacs d'air froid. Le risque de gel au-dessus de ces obstacles s'en trouve donc accru. En revanche, dans les zones situées en-dessous, le risque de gel peut être moins élevé puisque l'écoulement de l'air froid du haut est partiellement contrarié. En implantant des brise-vent protecteurs aux bons endroits, on peut créer une zone bénéficiant d'un microclimat favorable à la maturité hâtive des cultures aimant la chaleur, et donc réduire le risque de dommages par le gel à l'automne. Les terrains situés en bordure de grandes masses d'eau sont habituellement moins gélifs car l'air ne s'y amasse pas aussi rapidement la nuit que sur la terre. En effet, les zones riveraines sont régulièrement sujettes, la nuit, à des brises de terre qui contribuent à éloigner le gel. Dans certaines régions, l'installation de vergers sur les pentes exposées au nord contribue à retarder la floraison jusqu'à ce que le danger de gel soit écarté.
   
   Les producteurs devraient connaître le risque de gel de printemps et d'automne dans leur région ainsi que les variations auxquelles ils doivent s'attendre chez eux. Les fluctuations typiques des températures qui se produisent sur le plan tant horizontal que vertical au-dessus des cultures, dans différentes situations de gel, sont décrites dans une autre fiche technique du MAAARO intitulé Le comportement du gel en Ontario, AGDEX 079. Idéalement, il est bon de savoir à quelle date les organes végétaux sensibles au gel risquent d'atteindre les températures critiques déclenchant les dommages. Bien que l'on puisse en apprendre beaucoup par l'expérience, il peut être parfois utile de mesurer les températures minimales en divers endroits de la ferme, en particulier si les terres sont vallonnées ou situées près d'un lac. Les relevés de températures peuvent aussi être utiles pour corriger les prévisions de températures minimales en fonction de la situation propre à la ferme. L'information donnée par la station climatique desservant la région peut souvent être utile pour déterminer le risque de gel, même si la situation de la station n'est pas toujours identique à celle de la ferme. En général, il vaut mieux se faire aider par un agrométéorologue ou un agroclimatologue d'expérience lorsqu'on doit relever et interpréter des données sur la température.
2. Le déboisement. Dans les terrains en pente, l'éclaircissage des haies ou des espaces boisés contribue parfois à réduire le risque de gel en facilitant l'écoulement de l'air froid vers le bas. Il est préférable de se renseigner auprès d'un professionnel avant d'éclaircir, car il arrive que cela accroisse le risque de gel en contrebas des espaces boisés ou de la haie. En forêt, le risque de gel est plus élevé dans les clairières de petite étendue et il continue d'augmenter jusqu'à ce que la clairière couvre environ un hectare. Toutefois, au-delà d'une étendue de quelques hectares, le risque de gel diminue en général car la circulation de l'air est rétablie.
3. Les pratiques culturales. Choisir les espèces et les variétés de cultures qui auront le temps de mûrir à l'intérieur des limites de la période sans gel. Par exemple, quand on cultive du maïs-grain, il faut choisir des hybrides qui atteignent la maturité avant qu'une gelée meurtrière ne puisse survenir. On peut déjouer le risque de gel de printemps pendant la floraison des fraisiers en optant pour des variétés à floraison tardive ou en retardant l'enlèvement des paillis à base de paille. Les pommiers nains sont plus à risque d'être lésés par le gel que les variétés à haute tige étant donné que, pendant les nuits de gel, les couches d'air situées près du sol tendent à être plus froides que les couches supérieures.
   
   Il faut semer et récolter les cultures sensibles au gel à l'intérieur des limites de la période sans gel dont bénéficie la ferme. Le semis ou la plantation doit être réalisé suffisamment tôt pour que la culture mûrisse avant que n'arrive une gelée meurtrière à l'automne. Il peut être avantageux de prendre un risque légèrement plus élevé au printemps qu'à l'automne dans le cas de certaines cultures qui peuvent être resemées si elles sont endommagées par le gel. Il vaut mieux semer à une époque où le risque est relativement faible (par exemple à un moment de l'année où il ne gèle qu'une fois tous les 10 ans, soit un risque de 10 %) plutôt qu'à la date moyenne où il gèle 5 fois tous les 10 ans (risque de 50 %). Si l'on tient à semer ou à planter avant que tout risque de gel soit écarté au printemps de façon à profiter des marchés lucratifs des primeurs, on doit se limiter à une superficie que l'on pourra protéger à l'aide d'une des méthodes directes de protection contre le gel. Il faut connaître le risque de gel de printemps et d'automne dans le champ que l'on met en culture.
   
   On peut endurcir certaines plantes de manière qu'elles résistent au gel en exposant les semences ou les jeunes plantules à des conditions de température variables, quoique la plupart des travaux réalisés dans ce domaine sont encore de nature expérimentale. Les plantes de serre sont souvent endurcies par exposition aux conditions du dehors avant d'être repiquées dans le champ. On a montré que le traitement des semences avec certains produits chimiques augmentait la rusticité de certaines plantes. L'épandage des bonnes doses d'engrais peut aussi aider les plantes à maintenir leur résistance.
4. Les pratiques agronomiques. L'état du sol influe sur le risque de dégâts causés par le gel sur les organes tant aériens que souterrains des plantes. Ainsi, les sols meubles tendent à être plus froids en surface que les sols compactés parce que la conduction de la chaleur, pendant la nuit, y est plus faible. Il est donc conseillé de ne pas travailler le sol lorsque les bulletins météorologiques annoncent une gelée meurtrière, si les organes des plantes situés près du sol ont besoin de protection.
   
   L'humidité du sol exerce des effets qui se neutralisent. Les sols excessivement humides emmagasinent moins de chaleur pendant la journée étant donné que l'évaporation de l'eau accapare une grande part de l'énergie calorifique, ce qui peut réduire la quantité de chaleur qui sera restituée à la culture pendant la nuit. Par contre, des sols excessivement secs sont de médiocres conducteurs thermiques et n'ont pas la propriété d'emmagasiner autant de chaleur, d'où un risque accru de gel. Un sol tourbeux sec est un mauvais conducteur thermique qui possède une très faible capacité de rétention de la chaleur, de sorte que les températures nocturnes minimales à la surface de ce genre de sol peuvent être considérablement plus basses que sur les sols minéraux. On peut envisager d'améliorer les caractéristiques thermiques d'un sol tourbeux en lui incorporant de la terre minérale.
   
   Les paillis étalés sur le sol augmentent le risque de gel en se comportant comme des isolants. Ils gênent l'absorption de la chaleur pendant le jour, mais aussi sa dissipation pendant la nuit. Les paillis peuvent cependant aider à éviter les dommages causés par le gel, à condition qu'ils couvrent complètement les organes de la plante qui craignent le gel. Le fait de retarder l'enlèvement des paillis à base de paille au printemps dans les fraisières permet parfois de retarder le stade de la floraison jusqu'à ce que le danger de gel soit écarté. Par contre, la paille retarde aussi le réchauffement du sol et, si elle est encore sous les fleurs pendant un gel, le risque de dégâts augmente.
   
   Les cultures qui tapissent le sol des vergers agissent à la manière d'un paillis et peuvent donc augmenter le risque de gel. Mais elles peuvent aussi avoir des effets bénéfiques, comme freiner l'érosion du sol, ce qui compense pour le facteur risque de gel.
   
   Une des façons de protéger les parties souterraines des plantes consiste à augmenter l'épaisseur de terre qui les recouvre. Lorsque les plants des pommes de terre sont bien buttés, les tubercules sont moins sujets aux dégâts du gel. Comme les sols secs se refroidissent plus rapidement près de la surface, le fait d'apporter de l'humidité peut parfois contribuer à réduire le risque de dommages causés aux tubercules par le gel.
   
   Bien que les méthodes agronomiques ne permettent de relever la température que de quelques degrés, la protection qu'elles procurent, si minime soit-elle, équivaut à retarder les méfaits des gelées d'une ou deux semaines, voire plus, et dans certains cas, cela peut faire la différence entre une perte totale de la récolte et des dégâts relativement faibles.
   
   Les méthodes indirectes de protection contre le gel dont il a été question ci-dessus valent la peine d'être prises car, la plupart des années, elles évitent le recours aux méthodes de protection directes, qui sont coûteuses et envisageables uniquement pour des cultures dont la valeur par unité de surface est très élevée.

Protection contre le gel - Les méthodes directes

La protection directe ou active est celle que l'on déploie juste avant et pendant la période de gel quand un avis de gel a été diffusé. Les méthodes directes sont généralement efficaces seulement contre un gel de rayonnement, quand l'air est immobile ou presque, et elles conviennent le mieux aux terrains bas qui sont plus rapidement sujets au gel. Quant aux gels d'advection, il est rare que l'on puisse en éviter les dégâts.

Une protection efficace exige que l'on dispose de bonnes prévisions concernant les températures minimales et les conditions des vents à la ferme même. On doit connaître en outre les températures critiques qui causent des dégâts aux cultures. Chaque producteur doit connaître les variations de température nocturne qui se produisent sur ses champs et savoir quels champs sont les plus exposés à un gel, de façon à pouvoir y intervenir en priorité. La protection directe repose sur un concept très simple. Elle vise soit à réduire la perte de chaleur renvoyée par le sol en brassant l'air pour stopper l'inversion de température, soit à apporter de la chaleur pour maintenir la température au-dessus du seuil dangereux.

Pour déterminer s'il est rentable d'investir dans le matériel, les appareils et la main-d'œuvre nécessaires à la protection directe contre le gel, de multiples facteurs sont à prendre en considération. On peut citer le degré de risque de gel, la durée et l'intensité probables du gel, la valeur de la récolte et l'efficacité de la méthode à utiliser. Certaines des méthodes directes sont décrites ci-après.

1. Le recouvrement des cultures. Cette méthode réduit la perte de chaleur de la surface du sol. Pour cela, les jardiniers amateurs et les maraîchers cultivant des espèces basses sur de petites surfaces peuvent utiliser des matériaux comme la paille, des boîtes, du papier goudronné, du plastique, etc. Le coût de ces matériaux et leur entreposage, le temps et la main-d'œuvre nécessaires pour les mettre en place sont les principaux inconvénients de cette méthode quand elle est appliquée à de grandes superficies. On a également, à titre expérimental, utilisé des mousses pour protéger les plantes, mais ces matériaux et les applicateurs sont difficiles à trouver dans le commerce.
   
   Certains matériaux sont plus efficaces que d'autres pour réduire la perte de chaleur par rayonnement. Contrairement aux matériaux sombres et opaques, le plastique transparent peut laisser passer certains rayons à grandes longueurs d'ondes. Mais pour ce qui est de réduire les pertes de chaleur par convection, tous les matériaux de recouvrement sont efficaces. Au moment de placer les matériaux, plus particulièrement ceux qui sont minces comme le plastique, il faut veiller à ce qu'ils ne touchent pas les plantes pour limiter la perte de chaleur par conduction, car la température du matériau est généralement inférieure à celle de l'air qu'il emprisonne. Les paillis à base de paille doivent couvrir entièrement les plantes, car le feuillage qui dépasse devient plus sensible aux dégâts dus au gel. Quant aux paillis étalés sous les plantes, ils empêchent la chaleur de s'échapper du sol pendant la nuit, d'où une température plus basse au niveau des plantes.
   
   Les matériaux de recouvrement doivent être retirés pendant le jour car l'air qu'ils enferment étant plus humide, le risque de certaines maladies des plantes augmenterait.
2. La formation de fumée ou de brouillard. Les nuages et le brouillard sont bien connus pour leur faculté à limiter la perte de chaleur du sol par rayonnement. Dans des essais visant à imiter cette action, on a fait brûler des pneus, des déchets ou des fumigènes dans des chaufferettes pour produire de la fumée et on a vaporisé de l'eau en très fines gouttelettes pour former un brouillard. Ces méthodes ne sont pas très efficaces parce qu'il est difficile de maintenir la fumée sur la zone à protéger ou de produire des gouttelettes ayant la dimension optimale pour intercepter le rayonnement à grandes longueurs d'ondes. Qui plus est, les lois sur la protection de l'environnement interdisent maintenant le recours à cette méthode quand elle fait appel à la fumée.
3. Le brassage de l'air. Pendant les gelées qui se produisent par nuits claires et calmes, la couche d'air située près du sol est plus froide que celle qui est au-dessus. C'est le phénomène de l'inversion de température. On utilise quelquefois des souffleuses à air chaud ou des hélicoptères pour brasser l'air et remplacer la couche d'air froid qui est au contact de la culture par la couche d'air plus chaud qui se trouve plus haut. Cette méthode peut fonctionner quand il y a de larges écarts de températures entre la couche d'air près de la surface et celles qui sont en hauteur. Le matériel et la mise en œuvre coûtent très cher. Le relèvement de la température est de l'ordre de 1 à 4 degrés Celsius.
4. L'aspersion d'eau. La vaporisation d'eau, à raison d'un très faible débit, peut empêcher les dégâts du gel grâce à la chaleur libérée par les gouttelettes en refroidissant et en gelant. On a pu constater que l'on pouvait protéger ainsi contre les températures aussi froides que -6 °C des cultures basses de petits fruits et de cucurbitacées, moyennant l'aspersion de 1,5 à 2,5 mm d'eau à l'heure.
   
   Il faut commencer à asperger la culture dès que la gelée s'installe et maintenir continuellement une pellicule d'eau jusqu'à ce que les températures se soient élevées au-dessus du point de congélation (0 °C). Si l'on cesse l'aspersion prématurément, le givre ou la glace qui couvre les feuilles fond en empruntant à celles-ci leur chaleur et il en résultera des dégâts. L'aspersion engendre un autre problème si la gelée dure trop longtemps, parce que les plantes doivent être capables de supporter le poids de la glace qui s'accumule sur les feuilles et les branches. Il faut savoir combien de temps la température va persister sous le point de congélation quand on utilise cette méthode.
   
   En dépit de ces problèmes, la méthode s'est avérée efficace pour protéger les cultures basses comme les fraises, les tomates, les haricots, les concombres, les poivrons, les courges ainsi que d'autres cucurbitacées et des arbres fruitiers. Il est important de reconnaître que cette méthode ne fait qu'empêcher la température de la plante de tomber au-dessous de 0 °C. Elle ne réchauffe pas la plante et n'élève pas la température de l'air de façon appréciable. En outre, il faut que les asperseurs répartissent l'eau uniformément.
   Le recours à l'irrigation comme méthode de protection des cultures avant la survenue d'une gelée ne fait pas l'unanimité. D'un côté, l'humidité accrue présente l'avantage d'augmenter la capacité du sol de stocker la chaleur et d'améliorer la conduction de la chaleur à la surface. Mais d'un autre côté, elle réduit le réchauffement du sol pendant le jour à cause de l'évaporation accrue qui absorbe l'énergie calorifique. L'humidité peut aussi élever la température critique à partir de laquelle les végétaux subissent les méfaits du gel. Ces effets contradictoires empêchent la formulation d'une recommandation générale.
5. Le chauffage. Cette méthode vise à réchauffer suffisamment la couche d'air qui est au contact de la culture, par un apport de chaleur radiative, pour maintenir la température au-dessus du point de congélation. Le chauffage le plus efficace est celui qui est procuré par de nombreuses petites chaufferettes régulièrement espacées dans l'ensemble du champ à protéger. En effet, les brasiers ou les gros réchauds créent un effet cheminée qui tire l'air froid vers le sol et la culture, ce qui risque de refroidir encore plus certaines zones du champ (figure 1).

La méthode du chauffage implique des coûts en combustible élevés - qu'il s'agisse de briquettes, de mazout ou de gaz propane - auxquels s'ajoutent les frais en capitaux et en main-d'œuvre. Elle ne peut donc être mise en œuvre que pour protéger des cultures ayant une valeur très élevée par unité de surface.

La prévention des dégâts du gel par la méthode du chauffage est surtout efficace pour les cultures hautes comme la vigne et les arbres fruitiers. Les meilleurs résultats s'observent quand l'immobilité de l'air favorise une inversion abrupte de la température. Cette méthode permet d'espérer une protection contre des gelées pouvant atteindre -4 °C.

Résumé

On peut protéger les cultures contre les dégâts causés par le gel en choisissant judicieusement le terrain sur lesquelles on les installe et en appliquant certaines méthodes agronomiques et culturales. C'est la protection dite indirecte ou passive. On peut aussi mettre en œuvre des précautions directes (protection active) lorsqu'un avis de gelée est émis. La présente fiche passe en revue les diverses méthodes directes ou indirectes de lutte contre le gel. On y définit aussi les termes gel, gelée et gelée meurtrière, et les conditions atmosphériques dans lesquelles les méthodes directes de protection peuvent être mises en œuvre. La question de la rentabilité de ces méthodes n'est pas abordée.

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Figure 1. Représentation schématique d'une inversion de température pendant une gelée de rayonnement (gelée blanche), illustrant aussi le fait que les petites chaufferettes tendent à faire circuler l'air au-dessous de la couche d'inversion. Par contre, lorsqu'on chauffe à l'aide de gros appareils, la chaleur s'échappe par le sommet de l'inversion et l'air froid est aspiré de l'extérieur de la zone que l'on chauffe.