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LE BILAN HUMIQUE : PRINCIPE DE CALCUL, INTÉRÊTS ET OUTILS

Dernière mise à jour : 29 nov. 2023


Bilan humique - Principe de calcul, intérêts et outils



1. Déterminer le bon taux de matière organique (taux objectif) pour le sol étudié

2. Déterminer le stock de matière organique du sol

3. Calculer les pertes annuelles de matière organique

4. Calculer les apports d’humus au sol

5. Comparer les résultats pour mesurer la performance humique des pratiques culturales

6. Adapter en conséquence les pratiques culturales




La fertilité du sol est sa capacité à répondre de façon adaptée aux besoins de la plante pour lui permettre d’accomplir son cycle de production dans les meilleures conditions. Cette fertilité s’articule autour de 3 axes (physique, minéral et biologique) dont la matière organique est la clé de voûte. La matière organique joue en effet de nombreux rôles dans l’équilibre durable des sols. Suivre l’évolution de la matière organique est donc indispensable pour mettre en place toute démarche de progrès. En ce sens, le bilan humique est l’outil adéquat. Comment se construit-il ? Comment effectuer les calculs ? Quelle est son utilité dans la conduite des pratiques ? Comment est-il possible de rendre le calcul plus simple dans une certaine mesure ? Autant de questions auxquelles cet article apporte une réponse.



I. MATIÈRE ORGANIQUE DU SOL ET HUMUS BRUT


La matière organique du sol est un mélange complexe de matières carbonées d’origine végétale ou animale, mortes ou vivantes, en cours de décomposition, transformées ou non.

Elle se répartit en 4 grands compartiments :

A. La matière organique vivante


Elle englobe les racines des plantes, les vers de terres, les bactéries, les champignons,... : plus globalement, la faune, la flore et la micro-flore du sol.

B. La matière organique fraîche


Elle est constituée d’exsudats racinaires, de déjections animales, de débris végétaux ou de biomasse animale en décomposition.

C. La matière organique transitoire


Elle est constituée de matière organique en cours d’évolution.


D. La matière organique humifiée ou humus brut


Elle est constituée de molécules très stables formées suite à des transformations complexes de résidus organiques.


La figure suivante montre l’importance relative de chaque groupe.


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Matière organique et compartiments - Bilan humique - Principe de calcul, intérêts et outils

L’humus brut est le compartiment dominant. Sa fonction principale est d’assurer la stabilité durable du sol.



II. LE SOL, ENTRE HUMIFICATION ET MINÉRALISATION


Dans le sol, la matière organique suit d’importantes chaînes de transformation comme le montre l’infographie ci-contre.


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Matière organique du sol et voies de transformation - Bilan humique - Principe de calcul, intérêts et outils

Vu sous un autre angle, deux cycles de transformation s’imbriquent : un cycle rapide et un autre long


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La matière organique, entre minéralisations et humification - Bilan humique - Principe de calcul, intérêts et outils

Une fois au sol, la matière organique fraîche est réduite mécaniquement en particules plus petites. Ces particules ont des compositions variables en fonction de leur origine. Les composants de ces particules suivent des voies de transformation différentes en fonction de leur structure :

a. Les composants organiques les plus simples (cellulose, hemi-cellulose, sucres, protéines,…) sont assez rapidement dégradés par les organismes du sol. Ce processus aboutit à la libération de minéraux dans le sol : c’est la minéralisation primaire. Ensuite, ces minéraux sont, entre autres, absorbés par la plante, ce qui referme le cycle rapide de transformation de la matière organique du sol.

b. Les composants organiques les plus stables (lignite, composés aromatiques, cires,...) rentrent de leur côté dans un processus de transformation complexe qui aboutit à la formation d’humus brut, c'est l'humification.

En parallèle, le stock d’humus brut est « consommé » par les organismes de la vie du sol. Ce processus se traduit, là aussi, par la libération importante de minéraux dans le sol : c’est la minéralisation secondaire. Ces minéraux viennent s’ajouter à ceux libérés initialement pour gonfler le stock disponible pour la plante. Ce cycle de transformation de la matière organique est lent.


Le but du bilan humique est de vérifier l’équilibre entre humification et minéralisation secondaire. Il est évident que cet équilibre doit être durablement positif pour construire une démarche d’amélioration indispensable pour augmenter la fertilité du sol.



III. COMMENT CALCULER LE BILAN HUMIQUE ?


A. Principe de calcul du bilan humique


Le bilan humique consiste à comparer les entrées et les pertes d’humus brut dans le sol :


1. Les entrées sont constituées par l’humification des résidus de cultures (pailles, racines), des couverts végétaux ou des apports d’effluents organiques.

2. Les sorties sont engendrées par la minéralisation de la matière organique par les micro-organismes de sol.


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Entre apports et pertes d'humus brut - Bilan humique - Principe de calcul, intérêts et outils

Si le résultat est positif, le stock d’humus dans le sol augmente. Au contraire, il diminue si le résultat est négatif : il est alors nécessaire d’adapter ses pratiques pour mettre en place un système de culture créateur d’humus.



B. Bilan humique : un calcul en 6 étapes


Le calcul du bilan humique comporte six étapes successives :

1. Déterminer le bon taux de matière organique (taux objectif) du sol étudié,

2. Déterminer le stock de matière organique du sol étudié,

3. Calculer les pertes annuelles de matière organique,

4. Calculer les apports d’humus au sol,

5. Comparer les résultats pour mesurer la performance humique des pratiques culturales,

6. Adapter en conséquence les pratiques culturales.


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Les 6 étapes de calcul du bilan humique - Bilan humique - Principe de calcul, intérêts et outils

Voyons maintenant comment procéder étape par étape avec un exemple en guise d'illustration.



1. Déterminer le bon taux de matière organique (taux objectif) pour le sol étudié


Quel est le bon taux de matière organique pour un sol ? Cette question est récurrente dans le paysage agricole. L'interprétation de la teneur en MO dépend du type de sol considéré : plus le sol est argileux, plus le taux minimum doit être élevé. Le calcul d'un taux seuil sera d'autant plus précis que le taux d'argile est communiqué dans l'analyse de sol.


a. En l'absence d'indication du taux d'argile

Dans cette situation, les bonnes zones de valeur sont déterminées au regard de la texture dominante.


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Matière organique et texture dominante -  - Bilan humique - Principe de calcul, intérêts et outils
Matière organique : valeur seuil à retenir en fonction de la texture dominante du sol

Si les seuils indiqués pour les sables ou les limons sont assez proches de la réalité à obtenir, celui pour les argiles sera certainement trop faible dès lors que le taux d'argile sera bien au-dessus de 20%.


b. Une réponse plus précise grâce au rapport MO/argile

Les travaux de Pascal BOIVIN, agronome suisse, et de son équipe ont permis d'établir une relation assez bonne entre l'état structural du sol (évalué à partir du test bêche) et l'équilibre entre argile et matière organique.


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Relation rapport MO-Argile et structure du sol - Bilan humique - Principe de calcul, intérêts et outils
Lien entre la valeur du ratio MO/argiles et la notation du test bêche

En ce sens, la structure du sol devient intéressante dès lors que le rapport MO%/Argiles% est supérieur à 0,17. Elle est idéale au-delà d'une valeur de 0,24.


Exemple : Considérons un sol de boulbène moyen présentant les caractéristiques suivantes :

  • Taux de matière organique : 2 %

  • Taux d’argile : 16%

Au regard des travaux de Pascal BOIVIN, le premier taux « objectif » est de 16% x 0,17 = 2,72%.

En l’état, l’exploitant devra mettre en place une démarche de progrès pour augmenter le taux de matière organique de son sol et atteindre l’objectif calculé.



2. Déterminer le stock de matière organique du sol étudié


Le calcul du stock de matière organique dans le sol se fait en 2 étapes :

a. Calcul de masse de terre fine par hectare sur la profondeur travaillée

Il est fréquent que la masse de terre fine d’un hectare de culture sur la profondeur travaillée soit communiquée dans l’analyse de sol. En l’absence de cette information, il convient de considérer les éléments suivants :

  • La densité volumique du sol : Da,

  • La profondeur de sol travaillée : P (en cm),

  • Le taux de terre fine en tenant du niveau de pierrosité du sol :T (en %).


La formule de calcul à appliquer ensuite est :


Masse de terre fine par hectare (en T/ha) = Da x P x T x 100



b. Calcul du stock de matière organique


Le calcul est effectué en multipliant simplement la masse de terre fine par le taux de matière organique apparaissant dans l’analyse de sol. Le résultat est en T/ha.


Exemple : Reprenons notre exemple précédent en décrivant d’autres caractéristiques du sol considéré utiles ici :

  • Densité apparente : 1,4

  • Profondeur de travail du sol : 25 cm

  • Taux de terre fine : 90%

a. Masse de terre fine = 1,4 x 25 x 90% x 100 = 3150 T/ha.

b. Stock de matière organique = 3150 x 2% = 63 T/ha.



3. Calculer les pertes annuelles du de matière organique


Chaque année, le stock de matière organique diminue peu à peu sous l'action des organismes de du sol.


Le calcul du coefficient de minéralisation K2 permet d'en connaître le niveau de consommation.

À l'échelle du territoire français, deux formules de calcul existent : le choix entre l'une ou l'autre dépend de la localisation géographique de la parcelle. Les facteurs sont variables de l'une à l'autre.


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Coefficient minéralisation K2 - Cartographie et formule - Bilan humique - Principe de calcul, intérêts et outils
Calcul du coefficient de minéralisation de la matière organique : formule appliquée en fonction de la localisation de la parcelle

Le calcul du coefficient est normalement indiqué dans l'analyse de sol standard. S'il est absent , il peut être directement réalisé en cliquant ici.


Pour obtenir la masse de matière organique perdue chaque année, il suffit de multiplier le quantité de stock par le coefficient K2.


Perte de matière organique (en T/ha) = Stock de matière organique x K2


Exemple : Notre sol est situé dans la région Nouvelle-Aquitaine, dans la zone Landes-Béarn (Sud-Ouest). Les informations nécessaires ici sont les suivantes :

  • Taux argile : 16%

  • Taux de calcaire : 0%

  • PH : 6,5

Dans ces conditions, le coefficient de K2 est égal à 1,37%.


Dès lors, perte de matière organique = 63 x 1,37% = 0,8631 T/ha soit 863,1 kg/ha.



4. Calculer les apports d’humus au sol


Dans la grande majorité des cas, les apports sont de trois natures :


a. Les restitutions de la culture (appareil végétatif et système racinaire),


b. Les restitutions de couverts végétaux (idem),


c. Les apports d'effluents organiques (lisier, fumier, compost, digestat,...).


Ces constituants ont des compositions variables de l'un à l'autre. Une fois au sol, chacun évolue de manière différente : une partie plus ou moins importante est minéralisée, l'autre partie vient soutenir le stock d'humus.


Pour un produit donné, l'aptitude à s'humifier est caractérisée par le coefficient K1.


Le schéma ci-contre montre les différents flux dans le sol.


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Bilan humique et apport d'humus au sol - Principe de calcul, intérêts et outils

Le tableau suivant donne des ordres de grandeur pour différentes catégories de produit organique : ces chiffres sont utiles si les caractéristiques ne sont pas connues pour le type de produit apporté.


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Produits organiques, teneur carbone et coefficient K1- Bilan humique - Principe de calcul, intérêts et outils
Produits organiques, teneur carbone et coefficient K1

Pour calculer les apports d'humus, il est nécessaire de considérer, l'un après l'autre, chaque produit organique restitué au sol. Pour un produit donné, la formule de calcul est la suivante :


Quantité d'humus apporté (en T/ha)

=

Quantité de matière sèche de produit apportée (en T/ha) x K1


NB : K1 est ici spécifique à chaque produit organique restitué.


Dans le cas de cultures végétales et des couverts végétaux, les restitutions au sol sont proportionnelles au rendement ou à la production de biomasse. Le tableau ci-après montre les coefficients d'équivalence pour les biomasses aériennes et racinaires par unité de rendement.


Cliquer sur chaque tableau pour l'agrandir

Production biomasse par unité de rendement de culture - Bilan humique - Principe de calcul, intérêts et outils
Production biomasse par unité de rendement de culture

Production biomasse par unité de rendement de culture - Bilan humique - Principe de calcul, intérêts et outils (suite)
Production biomasse par unité de rendement de culture (suite)

Production biomasse par unité de rendement de dérobées - Bilan humique - Principe de calcul, intérêts et outils
Production biomasse par unité de rendement de dérobées

Exemple 1 : Dans cette première variante, considérons une culture de tournesol restituée au sol dont le rendement grain est de 3 T/ha. Cette culture est suivie d'un couvert de féverole de 3 T MS/ha au moment de la restitution au printemps.

Autant pour la culture que pour le couvert végétal, le coefficient K1 considéré est de 0,15.

Compte tenu de ces données, les résultats sont les suivants :


Quantité d'humus apportée par le tournesol = (3 x (1,86 + 0,54)) x 0,15 = 1,08 T/ha


Quantité d'humus apportée par le couvert végétal = 3 x 0,15 = 0,45 T/ha


La quantité totale d'humus apportée est de 1,08 + 0,45 = 1,53 T/ha.


NB : Les coefficients 1,86 et 0,54 sont tirés des tableaux au-dessus.



Exemple 2 : Dans cette deuxième variante, considérons une culture de maïs grain restituée au sol dont le rendement grain est de 10 T/ha. Cette culture n'est pas suivie par un couvert végétal.

Compte tenu de ces données, les résultats sont les suivants :


Quantité d'humus apportée par le maïs grain = (10 x (0,89 + 0,36)) x 0,15 = 1,875 T/ha


La quantité totale d'humus apportée est de 1,875 T/ha.


NB : Les coefficients 0,89 et 0,39 sont tirés des tableaux au-dessus.



Exemple 3 : Dans cette dernière variante, considérons une culture de blé (paille exportée) dont le rendement grain est de 7 T/ha. Cette culture est suivie par un couvert végétal d'été de phacélie puis d'un couvert végétal d'hiver de féverole. Pour chacun des deux couverts, la quantité de biomasse restituée est de 3 T MS/ha.

Compte tenu de ces données, les résultats sont les suivants :


Quantité d'humus apportée par le blé tendre = 7 x 0,28 x 0,15 = 0,294 T/ha


Quantité d'humus apportée par les couvert végétaux = (3 + 3) x 0,15 = 0,90 T/ha


La quantité totale d'humus apportée est de 0,294 + 0,90 = 1,1194 T/ha.


NB : Le coefficient 0,28 est tiré des tableaux au-dessus.



5. Comparer les résultats pour mesurer la performance humique des pratiques culturales


Ici, la méthode est très simple : comparer les résultats obtenus à l'étape 4 et 5 !


Voyons ce qu'il en est pour notre exemple et les différentes variantes, en partant de l'hypothèse que les cultures sont mises en place sur le même sol.


Exemple et ses variantes :


Le tableau suivant compile les différents résultats de notre exemple.


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Bilan humique - Exemple - Compilation des résultats des différentes variantes - Principe de calcul, intérêts et outils
Compilation des résultats des différentes variantes de notre exemple

Ces résultats appellent plusieurs commentaires :

  • Toutes les variantes conduisent à un résultat positif. À noter tout de même que, dans l'exemple du blé, la culture en elle-même avec les pailles exportées aurait conduit seule à un résultat très négatif. Cet exemple montre à lui seul l'importance d'une pratique comme les couverts végétaux du point de vue de l'équilibre du bilan humique.

  • La structure des variantes a été choisie volontairement pour rester simple afin de se concentrer sur la méthode de calcul. Il est évident que d'autres sources organiques auraient pu être considérées (fumier, lisier,...) pour venir compléter les calculs. Il aurait été alors nécessaire de rajouter des colonnes dans la catégorie "Apport humique".

  • Cette même méthode peut être appliquée pour tester la performance humique d'une rotation en effectuant le calcul pour chaque culture.


Les calculs pris ici comme exemple sont relativement simples. Il est évident qu'ils seront, bien souvent, plus complexes, notamment pour suivre l'évolution de l'état organique du sol sur plusieurs années.


Il est alors judicieux d'utiliser l'outil en ligne SIMEOS-AMG développé en collaboration par Agro-Transfert et l'INRA.


Cet outil est accessible ici.


Et le manuel d'utilisation est disponible .



6. Adapter en conséquence les pratiques culturales


La réflexion sur les pratiques est la suite logique une fois les résultats comparés. Elle est d'ailleurs indispensable dans deux cas :


a. Quand le résultat du bilan humique est négatif pour le rendre positif,


b. Quand des efforts sont encore à faire pour atteindre le taux de matière organique objectif déterminé préalablement (c'est notamment le cas de notre exemple initial où le taux de matière organique est encore très inférieur à l'objectif préalablement déterminer en étape 1).



Les possibilités d'amélioration sont multiples pour augmenter le stock de matière organique dans le sol :

a. Diminuer les pertes par minéralisation,

b. Augmenter les apports,

c. Jouer sur les deux volets en même temps.


Voici un éventail de pratiques culturales pertinentes dans chacun des cas :

a. Pratiques d’atténuation des pertes par minéralisation
  • Semis direct.


b. Pratiques d’augmentation des apports de matière organique
  • Apport direct d’amendements organiques (fumiers, compost, lisiers, BRF,…),

  • Obtenir des cultures saines et productives pour intensification le processus de photosynthèse (plus de rendement = plus de restitutions au sol),

  • Mise en place de cultures intermédiaires,

  • Intensification des prairies.


c. Pratiques d’atténuation des pertes et d’augmentation des apports
  • Rallongement de la durée des prairies,

  • Enherbement des cultures pérennes (vergers, vignes),

  • Agroforesterie,


Toutes ces pratiques peuvent bien sûr être combinées ensemble pour améliorer le résultat du bilan humique. 😃


Reprenons notre exemple initial pour quantifier les progrès à faire pour atteindre l'objectif initial de matière organique du sol.



Exemple et ses variantes :


L'objectif de matière organique déterminé à l'étape 1 est 2,72%. Exprimé en tonne par hectare, cet objectif correspond à un :

Stock de matière organique = 3150 x 2,72% = 85,68 T/ha


Or, dans la mesure où le stock initial du sol à 2% est de 63 T/ha, il est donc nécessaire de mettre en place des pratiques pour engendrer un "surplus" de 25,68 T/ha sur une durée à déterminer. Ce chiffre est bien au-delà de celui de toutes les performances calculées dans nos variantes.


L'exploitant devra donc activer plusieurs leviers agronomiques pour espérer rattraper le retard sur une échéance de 10 ans.



IV. PLUSIEURS BONNES RAISONS DE CALCULER LE BILAN HUMIQUE


Le calcul du bilan humique a plusieurs utilités pour construire une démarche de progrès sur l’exploitation :

a. Effectuer le diagnostic agronomique d'un système de culture,

b. Comparer l’impact des pratiques culturales sur l’évolution de l’état organique du sol,

c. Valider le choix de pratiques favorables à l’amélioration de l’état organique du sol,

d. Comparer l’effet d’effluent organique sur le stock de matière organique dans le sol,

e. Anticiper l’évolution dans la durée du stock de carbone dans le sol.


Au même titre que l'analyse de sol, le bilan humique est un outil indispensable dans la mise en place de démarche de progrès pour soutenir la fertilité du sol.



V. LE BILAN « MATIÈRE SÈCHE », UNE APPROCHE SIMPLIFIÉE DU BILAN HUMIQUE


L’expérience "terrain" montre qu’un apport au sol de 20 T MS/ha de résidus organiques diversifiés suffit à soutenir la fertilité vivante du sol, à compenser les pertes d'humus et à améliorer l’état organique du sol.

Dans cette méthode, seuls sont considérés les apports de matière sèche restitués au sol quelle qu'en soit la nature. Exit donc la considération des coefficients isohumiques K1 spécifiques à chaque produit et celle du coefficient de minéralisation K2.


Pour le bilan humique, nous avons vu que la méthode consiste à comparer les apports et les pertes pour apprécier si le résultat est négatif ou positif.

Ici, il est d'abord nécessaire de faire la somme des apports de matière sèche au sol. Puis, le chiffre est comparé à l'objectif de 20 T MS/ha : simple !

En guise d'illustration, reprenons ici l'exemple des variantes précédentes.

Exemple 1 : Dans cette première variante, considérons une culture de tournesol restituée au sol dont le rendement grain est de 3 T/ha. Cette culture est suivie d'un couvert de féverole de 3 T MS/ha au moment de la restitution au printemps.


Quantité de matière sèche apportée au sol par le tournesol = 3 x (1,86 + 0,54) = 7,20 T/ha


Quantité de matière sèche apportée par le couvert végétal = 3 T/ha


La quantité totale de matière sèche apportée est de 7,20 + 3 = 10,20 T/ha.


NB : Les coefficients 1,86 et 0,54 sont tirés des tableaux de la partie III. A. 4.



Exemple 2 : Dans cette deuxième variante, considérons une culture de maïs grain restituée au sol dont le rendement grain est de 10 T/ha. Cette culture n'est pas suivie par un couvert végétal.

Compte tenu de ces données, les résultats sont les suivants :


Quantité de matière sèche apportée par le maïs grain = 10 x (0,89 + 0,36) = 12,5 T/ha


La quantité totale de matière sèche apportée est de 12,5 T/ha.


NB : Les coefficients 0,89 et 0,39 sont tirés des tableaux de la partie III. A. 4.



Exemple 3 : Dans cette dernière variante, considérons une culture de blé (paille exportée) dont le rendement grain est de 7 T/ha. Cette culture est suivie par un couvert végétal d'été de phacélie puis d'un couvert végétal d'hiver de féverole. Pour chacun des deux couverts, la quantité de biomasse restituée est de 3 T MS/ha.

Compte tenu de ces données, les résultats sont les suivants :


Quantité de matière sèche apportée par le blé tendre = 7 x 0,28 = 1,96 T/ha


Quantité d'humus apportée par les couvert végétaux = 3 + 3 = 6 T/ha


La quantité totale de matière sèche apportée est de 1,96 + 6 = 7,96 T/ha.


NB : Le coefficient 0,28 est tiré des tableaux de la partie III. A. 4.


Le tableau suivant compile les différents résultats de nos exemples.


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Bilan matière sèche - Compilation des résultats des différents exemples - Bilan humique - Principe de calcul, intérêts et outils
Bilan matière sèche - Compilation des résultats des différents exemples

Ces résultats appellent plusieurs commentaires :

  • Dans cette approche, tous les résultats sont négatifs (alors qu'ils étaient positifs pour le bilan humique).

  • Ces exemples montrent que cette méthode offre un regard différent et permet de compléter la réflexion.

Malgré les approximations de calcul, cette méthode a l’énorme avantage d’être rapide à mettre en place : « le calcul peut être facilement réalisé en 5 minutes sur un coin de table ! ». 😃

En plus, elle offre un regard complémentaire du fonctionnement du système "sol".


Les chiffres obtenus avec les deux méthodes de calcul sont difficilement comparables dans la mesure où ils rendent compte d'un angle de vue différent sur le fonctionnement du sol du point de vue de la matière organique :


  • Le bilan humique permet de vérifier l'évolution du stock "durable" de matière organique,

  • Le bilan "matière sèche" permet d'estimer la quantité de carbone (ici considéré comme "carburant") rentrant dans le système.


L'idéal est de construire des systèmes obtenant des résultats positifs avec les deux modes de calcul.


Le bilan humique est l’un des nombreux outils pour mesurer et suivre la fertilité du sol. Si vous souhaitez aller plus loin sur ce sujet, vous pouvez découvrir le programme complet de notre formation en cliquant sur le bouton ci-contre :


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Au plaisir de vous retrouver pour nos prochains articles !


A bientôt !



Raphaël de TERREOM




Liens utiles :



Conseil des productions végétales du Québec - Gestion de la matière organique - https://www.agrireseau.net/agroenvironnement/documents/Gestion%20de%20la%20matière%20organique.pdf



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