Augmenter la séquestration de carbone dans les sols

On l’oublie parfois, mais notre existence et celle de tous les êtres vivants dépendent de cette mince peau de 20 à 30cm d’épaisseur qu’est la couche arable du sol, celle dans laquelle les plantes trouvent l’essentiel de leur nourriture. Cette couche doit sa fertilité à la nature de la roche sur laquelle le sol s’est formé, mais plus encore à la quantité et à la nature de la matière organique qu’elle contient.

Le principal constituant de la matière organique est le carbone (environ 58%). Le sol est en fait le plus grand réservoir de carbone de la planète, avec 615 milliards de tonnes dans les 20 premiers cm et 2344 milliards de tonnes jusqu’à une profondeur de 3 mètres. Ce stock a considérablement diminué au cours du 20ème siècle en raison de l’intensification de l’agriculture, de la généralisation des labours profonds dans les pays développés, de la transformation de centaines de millions d’hectares de prairies en terres cultivées et enfin de la déforestation. En France, dans les sols limoneux en grande culture du bassin parisien ne recevant pas de fumure organique, la teneur en carbone du sol a diminué de 60% en 50 ans, passant de 1,7% à 0,7% de carbone. Le carbone perdu par les sols est émis principalement sous forme de CO2, un des produits de la minéralisation de la matière organique. Tout au long du 20ème siècle, l’agriculture a donc contribué de manière importante aux émissions de CO2 en émettant dans l’atmosphère une partie du carbone accumulé dans le sol depuis des millions d’années. Elle continue à le faire, principalement par la déforestation, mais aussi par la poursuite de l’appauvrissement en matière organique des sols agricoles. En France, la surface en forêt augmente et a permis dans la période 1990 – 2004 de stocker 0,7 millions de tonnes de carbone par an dans les sols forestiers, mais dans le même temps les sols agricoles ont perdu environ 6 millions de tonnes de carbone par an, soit 9 fois plus !

 

Les trois évidences de l’écosystème

Première évidence : le carbone est un élément majeur qui structure le vivant. Sur Terre, les écosystèmes et la biodiversité associée dépendent du soleil qui fournit une énergie inépuisable et gratuite.

Deuxième évidence : dans la nature, quelques clés régissent le fonctionnement des éléments. La principale est résumée dans la formule célèbre de Lavoisier (1789) énonçant que « rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme » !

Toisième évidence : l’écosystème fonctionne en cycle construit sur un équilibre parfait de 3 fonctions complémentaires : Produire, Consommer et Recycler.

Les 3 fonctions fondamentales de l’écosystème.

Source : NCAT Agriculture Specialist, September 2011

Dans la nature, le cheminement de la matière s’élabore dans un cycle, seul capable de générer un développement durable des écosystèmes, et d’obtenir un équilibre entre la production de la biomasse végétale, sa consommation par la faune, et son recyclage par les communautés vivantes du sol en éléments minéraux assimilables (figure ci-dessus). Le sol héberge une forte biodiversité qui constitue une véritable entité de recyclage.

Une autre clé de fonctionnement de la nature se trouve dans la couverture permanente des sols qui permet une maximisation de la production végétale et de la séquestration de CO2 par la photosynthèse.

>>> Couverture végétale

Une troisième clé est essentielle à la production maximale de biomasse constatée dans les écosystèmes. En effet, pour que le cycle naturel puisse fonctionner à son niveau optimum, le sol ne doit jamais être nu, ni travaillé. Il constitue LA maison hébergeant la biodiversité dévolue à la dégradation de la biomasse et des déchets organiques, ce qui permet le  stockage temporaire d’une très grande quantité de carbone.

>>> Favoriser le non-travail du sol

Ainsi, l'écosystème, en intégrant ces trois principes essentiels de fonctionnement, est capable de séquestrer durablement le carbone dans le cycle naturel : produire – consommer  – recycler !

 

L’écosystème modèle du puits de carbone agricole

En tant que producteur de biomasse végétale, l’agriculteur est en interaction permanente avec la nature. Pour construire une agriculture durable, c'est donc à lui de produire un maximum de biomasse, de la gérer au mieux dans la phase de consommation, d'en assurer le recyclage optimum et de stocker un maximum de carbone. La mise en place des principes et cycles de l’écosystème en agriculture va pérenniser les fonctions écologiques liées au développement de la biodiversité.

L’enrichissement et le  stockage de la matière organique dans le sol dépendent fortement des quantités de carbone entrant et sortant, et de la durée de rétention dans le sol sous forme organique (INRA 2002).

Ainsi, en adoptant le modèle de l'écosystème naturel pour créer une agriculture durable, une évidence s'impose : c'est par la création de puits de carbone agricole qu'il sera demain possible de produire plus, mieux, avec moins d’intrants, tout en développant la biodiversité. Cette agriculture puits de carbone permet de résoudre tous les problèmes de compétitivité économique et de protection de l'environnement.

La Politique Agricole Commune (PAC) doit  permettre la création et le financement de ces puits de carbone agricoles qui, grâce à l’immense biodiversité générée tout au long du cycle de durabilité, produiront des services écologiques.

 

Les techniques agricoles favorables au puits de carbone

Certaines techniques adoptées en agriculture sont tout à fait capables d’améliorer  la situation « écologique » des territoires.

Il est aujourd’hui avéré que le non-travail du sol augmente la séquestration du carbone dans les sols (Rattan Lal, 2001) à la seule condition que la production et la restitution de résidus des récoltes soient maximisées pour une couverture permanente des sols.

Le sol n’est pas qu’un simple support  pour la production végétale. Les techniques utilisant le travail du sol sont incapables de copier le fonctionnement de l’écosystème (Cf. figure 2) car détruisant en partie les habitats et la biodiversité associée (les habitants). Le travail du sol  est sans doute le principal responsable de la spirale de dégradation de l’environnement

Source : K. Schreiber, 2005, Mesure des résultats du Champ de comparaison de Maure de Bretagne (35),

 

Le semis sous couvert végétal

Grâce aux semis sous couverts, il est possible de produire deux cultures par an sur une même parcelle : alors que la première conserve sa finalité alimentaire, la seconde peut être mise à profit soit dans la reconstruction d'un capital carbone dans les sols, soit être valorisée énergétiquement. Cela permet de multiplier par 2 l’énergie solaire captée par unité de surface et le rendement carbone via la photosynthèse par rapport à l’approche conventionnelle.

La partie aérienne (paille) de la seconde culture est exportée pour produire de l’énergie par méthanisation. Ce procédé produit 50 % de déchets organiques qui peuvent être utilisés comme fertilisants.

L’énergie solaire est utilisée tout au long de l’année pour produire de la biomasse, près du double d’un système conventionnel soit 1 2,5 tonnes de carbone par hectare. Ce système économise l’énergie fossile, optimise l’énergie solaire, produit de l’énergie renouvelable ainsi que de la fertilisation organique et de la fertilité en augmentant la biomasse souterraine1 2.

Pour une même production alimentaire, il nourrit le sol environ 3 fois plus qu’avec une agriculture conventionnelle et en assure la fertilité.

 

L’agroforesterie, une approche prometteuse

L’arbre stocke du carbone4 dans la biomasse mobilisable pendant les périodes creuses des cultures sans entrer en compétition avec elles. L’efficacité des agrosystèmes est encore améliorée.

La production alimentaire est maintenue et la fertilité du sol est augmentée par un retour au sol de près de 8 t C/ha/an. L’association de l’horizontalité (couverture des sols tout au long de l’année) et de la verticalité (introduction de l’arbre à une densité de 50 tiges/ha) permet d’optimiser la photosynthèse et de mobiliser ainsi 1 6,5 tonnes de carbone par hectare et par an. Les sols sont améliorés et plus d’une tonne de carbone est stockée chaque année dans le bois à des fins de bois d’œuvre par exemple. La production d’énergies renouvelable est encore augmentée par la production de bois énergie.

Le concept d’agroforesterie n’est apparu dans les milieux scientifiques que dans les années 70. Il s’agit pourtant d’une pratique millénaire, en particulier dans les pays tropicaux. Les spécialistes en donnent la définition suivante : « l’agroforesterie est la mise en valeur du sol avec une association (simultanée ou séquentielle) de ligneux et de culture ou d’animaux afin d’obtenir des produits ou des services utiles à l’homme ». En clair, il s’agit d’associer des arbres avec des cultures annuelles ou de la prairie, soit en même temps, soit en alternance dans le cadre d’une rotation

Dans les pays tempérés, si les exemples d’agroforesterie incluant les associations de fruitiers et de cultures annuelles sont nombreux, l’agroforesterie associant des arbres forestiers et des cultures est plus rare mais fait l’objet d’un intérêt grandissant de la part des scientifiques, notamment aux Etats-Unis et plus récemment en France, où des chercheurs de l’INRA ont mis en place des expérimentations dans le cadre du projet européen SAFE (Systèmes Agroforestiers pour les Fermes Européennes). Un des types d’agroforesterie expérimenté par l’INRA est l’association céréales - peupliers. Des peupliers sont plantés en rangées espacées de 20 mètres entre lesquelles on cultive du blé. Le rendement en blé ne commence à être sensiblement affecté qu’au bout d’une vingtaine d’années (environ -10% vers la 20ème annà 9e), mais cette baisse de rendement est bien plus que compensée par la production de bois.

En matière de séquestration du carbone, on dispose de peu de données chiffrées, les expériences donnant lieu à des mesures étant encore peu nombreuses. Il y a séquestration de carbone à la fois dans le sol et dans le bois des arbres. D’après C. Dupraz, spécialiste de l’agroforesterie à l’INRA, une prairie en agroforesterie peut séquestrer 2,7 tonnes de carbone/ha/an contre seulement 1 tonne au maximum pour une prairie sans arbres. En agroforesterie, la production d’un hectare est égale, selon le type d’association, à celle de 1,2 à 1,6 hectares sur lesquels les céréales (ou autres cultures) et les arbres sont cultivés séparément. Les spécialistes estiment qu’en Europe 90 millions d’hectares sont favorables à la pratique de l’agroforesterie. Si en France, elle était pratiquée sur 2 millions d’hectares (environ 10% de la surface cultiv ée), le carbone séquestré permettrait d’éviter l’émission de 10 à 12 millions de tonnes de CO2 chaque année.

 
Un puits de carbone, un enjeu climatique

L’Union Européenne s’est fixée un objectif de réduction des émissions des gaz à effet de serre de 20% d’ici 2020 (par rapport aux niveaux d’émission mesurés en 1 990). La France devra faire un effort conséquent. Ses émissions totales de GES représentent environ 557 Mt C-CO2 sur la période 2008 – 201 24. L’agriculture représente 20% des émissions. L’objectif est de les diviser par 4. Le « Millenium Ecossystem Assesment », réalisé par l’ONU en 2003 et repris par la FAO en 20076, démontre que tous les services écologiques réclamés par la société (eau et alimentation de qualité, fibres, matériaux, énergie renouvelable, régulation du climat, régulation de l’eau, pollinisation, paysages…) reposent sur une agriculture qui améliore la fertilité des sols, en tant que puits de carbone.

Seules les techniques de semis direct associées aux pratiques des doubles cultures et d’agroforesteries présentent ce potentiel de produire plus, mieux, sans épuiser les ressource. Ces expériences de terrain ont fait leurs preuves et sont généralisables à grande échelle.

Trois niveaux d’actions complémentaires permettent de lutter contre le réchauffement climatique :

  1. Economiser l’énergie fossile : réduction voire suppression du travail du sol. Le semis direct divise par 2 la consommation de carburant et multiplie par 2 les récoltes.
  2. Séquestrer du carbone dans les sols et la biomasse. Le semis direct possède un potentiel de séquestration de 1 t C/ha/an7. En agroforesterie, 50 arbres à l’ha stockent annuellement 2 tC/ha8.
  3. Produire de l’énergie renouvelable qui se substitue aux énergies fossiles (charbon, pétrole, gaz).

         

 

 

Les indicateurs en lien avec ces bonnes pratiques sont les suivants :

  • Taux de matière organique
  • Couverture du sol
  • Activité biologique
  • Surface en biodiversité
  • Rendement/ha