La séquestration du carbone (C) est le processus correspondant à un stockage de C dans le système sol-plante et va donc atténuer les émissions de gaz à effet de serre responsable du changement climatique. Le sol agit donc comme un puits de carbone. Il y a séquestration lorsque les flux entrants (puits) sont supérieurs aux flux sortants (source). Cette séquestration implique un retrait de CO2 atmosphérique par les plantes et un stockage du carbone fixé dans la matière organique du sol. La séquestration du carbone est donc un service écosystémique permettant la régulation du climat. En effet, le réchauffement et les dérèglements climatiques actuels résultent largement d'une augmentation du rejet dans l'atmosphère de gaz à effet de serre (GES) sous l'impact des activités humaines. Les émissions de CO2 sont dues pour 2/3 à la combustion de combustible fossile et pour 1/3 au changement d'usage des terres et la mise en culture des sols. La séquestration du carbone dans les sols est possible à travers une restauration des pratiques d'utilisation des terres : agriculture de conservation, agroforesterie, utilisation de plantes de couverture ou de mulch, utilisation de composts et de fumiers. Les techniques agroécologiques sont censées permettre une séquestration de carbone dans les sols et lutter ainsi contre le réchauffement climatique. Ces formes d'agriculture sont également connues sous le nom de "Climate-smart agriculture".
Le rôle des amendements organiques dans le bilan carbone
C’est désormais un fait établi et mesuré scientifiquement : l’application d’une fine couche de compost sur des pâturages ou des prairies améliore considérablement leur capacité à absorber le carbone de l’atmosphère et à le fixer durablement dans les sous-sols. Le bénéfice net de cette pratique, en termes d’économies d’émissions de gaz à effet de serre, a, pour la première fois, été mesurée sur plusieurs terrains dans le cadre du Marin Carbon Project. Plusieurs équipes de chercheurs suivent et participent à ce projet expérimental. L’une d’entre elles, menée par une biologiste de l’Université de Berkeley, a comparé la capacité à réduire le changement climatique de l’épandage de 3 types d’amendements : fumier, compost et engrais minéraux. Dans le cas du fumier, la séquestration du carbone ne compense pas les émissions liées à l’épandage et le bilan de l’opération est donc négatif, du point de vue de la réduction des émissions de gaz à effet de serre (+14 tonnes équiv. CO2 / hectare sur trois ans). L’utilisation d’engrais se traduit quant à elle par une légère baisse des émissions (- 3 tonnes équiv. CO2). Le compost issu de déchets organiques et déchets verts se distingue des deux autres amendements étudiés par une nette baisse : -23 tonnes équiv. CO2. En extrapolant ces données, les chercheurs ont calculé que l’épandage de compost sur 5% des pâturages de l’Etat de Californie pourrait emmagasiner l’équivalent d’un an d’émissions de gaz à effet de serre provenant des industries agricoles et forestières de la Californie. Enfin, l’étude portait sur 3 années, mais il semble que les effets bénéfiques d’un seul épandage de compost se vérifient année après année, montrant que cette méthode de ré-enrichissement du sol est un investissement rentable sur le long terme. La méthode scientifique des chercheurs de l’Université de Berkeley pose des résultats nécessairement conservateurs, mais les acteurs du projet laissent entendre que les bénéfices environnementaux potentiels pourraient être encore plus intéressants.
Mécanismes biologiques de la séquestration
Quelles sont les explications à ce phénomène ? Le dioxyde de carbone absorbé par l’herbe grâce à la photosynthèse est séquestré dans les racines et la terre qui les entourent. La couche de compost augmente la quantité de carbone absorbée par les plantes, par rapport à la quantité relâchée dans l’atmosphère. Grâce au compost, le sol est enrichi en nutriments et contient plus de micro-organismes et de champignons. En outre, il retient mieux l’humidité, et tout cela permet un accroissement de la biomasse sur les parcelles enrichies. Les autres types d’amendements étudiés (fumier, engrais issus du pétrole) augmentent de manière comparable la teneur en nutriments du sol, et donc leur capacité d’absorption du carbone. Mais la particularité de cette étude est de faire une analyse globale des impacts carbone de ces pratiques d’épandages : au-delà de la capacité d’absorption des sols, d’autres effets (émissions ou réductions) ont été pris en compte, et pèsent considérablement sur le bilan global. Dans le cas du compost de cette étude, le fait de détourner des déchets organiques des décharges américaines contribue en grande partie au bilan positif.
Le Cycle du Carbone - Expliqué en 3 minutes !
La séquestration du carbone est fortement dépendante de l’activité biologique d’un sol en ce sens que les organismes du sol vont jouer à la fois sur les mécanismes de protection du carbone (protection physique dans les agrégats, protection chimique par la libération de molécules récalcitrantes) et de minéralisation de matières organiques. La respiration (et la libération subséquente de CO2) est le principal processus par lequel les sols agissent comme source de GES. Les organismes du sol sont également impliqués dans la production d’autres GES comme le N2O (résultant de la dénitrification) et le CH4 (résultant de la méthanogenèse).
Arbitrage agronomique : fumier frais ou compost ?
Soil Capital est régulièrement interrogé sur la faisabilité agronomique de certaines pratiques agricoles bénéfiques pour le bilan carbone de l'exploitation. Le sixième épisode du podcast Radio Carbone est consacré à l'utilisation de produits organiques, qui peuvent améliorer significativement le bilan carbone d'une parcelle agricole, mais dont les formes (fumier ou compost dans cet article) et les effets sur le sol (stockage de la matière organique et stimulation de la vie du sol notamment) peuvent être très variables. Xavier, agriculteur en Haute-Marne (52, région Grand-Est), participe au programme Soil Capital carbon. Il nous a demandé de l'aider à déterminer si l'épandage de fumier frais est le meilleur moyen de valoriser la matière organique dont il dispose, en termes de bénéfices agronomiques, ou s'il est plus intéressant de la composter. En tant qu'agriculteur biologique, Xavier épand actuellement du fumier frais de cheval et de bovin sur ses parcelles.
En partenariat avec Icosystème, Thibault Déplanche, directeur du laboratoire Celesta-lab, explique que le compostage produit un carbone très stable, car les formes digestibles (facilement minéralisables) du carbone ont été consommées sous forme d'activité biologique (et donc de production de dioxyde de carbone - CO2) au cours du processus. Cette perte de carbone digestible est à l'origine de la réduction du volume du fumier composté. Par conséquent, le principal effet de l'ajout de compost est d'enrichir le sol en carbone stable et de constituer ainsi un stock de matière organique à long terme.
L'effet de l'ajout de fumier frais est double : il fournit une source de carbone stable similaire à celle du compost, mais c'est aussi une source de carbone digestible qui nourrira la biologie du sol et stimulera les micro-organismes. Cependant, le fumier frais a un "rayon d'action" plus faible que le compost, car il est plus difficile à épandre et contient des agents pathogènes et des graines de mauvaises herbes que le processus de compostage peut éliminer (hygiénisation par chauffage). Si l'on souhaite augmenter rapidement la teneur en matière organique stable du sol, Thibaut recommande l'utilisation du compost, qui présente peu de risques et peut être épandu en grande quantité. À titre de comparaison, 50 tonnes par hectare (t/h) de compost peuvent être facilement épandues (à condition d'en avoir les moyens financiers), alors que l'épandage de 50 tonnes de fumier frais peut être beaucoup plus risqué, en fonction de la teneur en paille et de la fragilité du sol. En revanche, si l'on cherche à stimuler la vie du sol et à améliorer sa structure à très court terme, le fumier frais est plus approprié.
Contextes régionaux et diversité des pratiques
Madagascar est reconnue pour sa grande diversité biophysique et sa richesse en termes de ressources naturelles, mais aussi pour sa grande pauvreté. L’agriculture tient une place importante dans la vie économique du pays et en fait la première solution pour pallier l’insécurité alimentaire et améliorer le revenu des paysans. Les pratiques traditionnelles prédominantes, basées sur la culture de riz sur brûlis aux dépens des forêts, figurent parmi les premières causes de déforestation dans les zones à proximité des forêts. Ces pratiques peuvent entraîner une dégradation importante des sols si des mesures de protection contre l’érosion ou des mesures de gestion durable de la fertilité ne sont pas entreprises.
Les résultats montrent que le stock de carbone des sols varie fortement d’une pratique à l’autre. Pour l’agriculture de conservation, la différence de stock varie de 0 à 1,82 Mg C ha−1 an−1 par rapport à la pratique traditionnelle (labour et exportation des résidus). Pour l’agroforesterie, la différence de stock entre des systèmes rizicoles sous girofliers et des pratiques de riziculture sur brûlis est de 0,68 Mg C ha−1 an−1. L’utilisation d’apports organiques comme le fumier, le compost ou les déchets urbains a induit des augmentations de carbone du sol de 0,16, 0,81 et 0,42 Mg C ha−1 an−1, mais les effets de ces apports organiques ne sont pas significatifs du fait de la très grande variabilité inter-parcellaire des stocks mesurés. Les pratiques d’agriculture climato-intelligente permettent ainsi d’augmenter la teneur en carbone du sol et ont donc des potentiels d’atténuation du changement climatique, mais ce potentiel est très variable selon la pratique considérée.
Méthodologie et gestion opérationnelle de l'épandage
Après la moisson, vient la période des épandages des produits organiques. Ces produits sont une source d’éléments fertilisants non négligeables qu’il est important de bien valoriser. La difficulté avec les produits organiques, c’est que leur composition peut varier. Cette variation est liée à la nature même du produit et à son « process » de fabrication (exemple : niveau de paillage, type d’alimentation pour les fumiers, etc.) mais aussi à leurs conditions de stockage (durée bord de champs, etc.). Cette variabilité est un peu moindre pour des produits stabilisés, comme les composts, quoi que ! Ces derniers subissent eux aussi les aléas météorologiques lors de leurs stockages aux champs. Aussi, refaire une analyse juste avant de les épandre peut s’avérer pertinent, à condition bien évidemment d’effectuer un prélèvement représentatif.
L’azote contenu dans les produits organiques peut être à la fois sous forme organique et minérale, dans des proportions qui varient selon les produits. L’azote minéral, présent sous forme ammoniacale (NH4), sera disponible immédiatement pour la culture, mais très volatile. La forme organique ne sera quant à elle disponible qu’après minéralisation dans le sol. Ainsi, l’efficacité de l’azote d’un produit dépendra de la proportion d’azote ammoniacal qu’il contient et de la vitesse de minéralisation de la matière organique. Bien gérer les produits organiques passe également par une maîtrise de l’épandage. Les densités des produits sont variables et la qualité de répartition dépendra du matériel utilisé. Un enfouissement rapide est essentiel si l’on veut éviter de perdre une bonne partie de l’azote ammoniacal. Cela est d’autant plus vrai pour les produits à forte proportion de NH4 (lisier, digestat liquide, effluents avicoles). Pour ces produits, en période de forte chaleur et présence de vent, on peut perdre jusqu’à plus de 80 % de l’azote ammoniacal dès l’épandage si l’on n’enfouit pas rapidement. Les techniques culturales, comme le travail préalable du sol ou l’épandage sur culture en place, permettent également de limiter cette volatilisation.
Cadres réglementaires et outils de certification
Le Label Bas Carbone est un cadre de certification carbone volontaire. Il permet d’encourager les développeurs volontaires de projets de réductions d’émissions de gaz à effet de serre (GES) et de séquestration du carbone dans les sols et la biomasse. Le schéma du label bas carbone est a priori simple : un porteur de projet notifie au ministère de la transition écologique son intention de démarrer une pratique qui se conformera à une méthode préalablement validée. Ce porteur prépare un dossier pour démontrer la conformité du projet aux règles de la méthode certifiée et demande à ce même ministère une labellisation. Si cette labellisation est obtenue, il peut ensuite faire reconnaître, après vérification menée par un auditeur indépendant, les réductions d’émissions générées. Ces crédits carbone sont ensuite rémunérés par un partenaire volontaire, que ce soit un acteur public ou privé, une collectivité, une entreprise qui pourra ensuite faire reconnaître sa contribution à des réductions des émissions issus de ces projets.
La directive 91/676/CEE structure l’épandage dans l’UE depuis 30 ans. Ses principes : plafond de 170 kg N organique/ha/an (dérogations à 250 kg pour prairies sous couvert permanent), périodes d’interdiction selon le type de culture et de sol, distances minimales aux cours d’eau (5-35 m selon la pente). Les contrôles se durcissent : amendes de 10 000-75 000 € pour épandage hors périodes, retrait d’aides PAC en cas de récidive. Le Maroc, bien que ne disposant pas encore de réglementation contraignante, voit ses dynamiques évoluer. L’ONSSA (Office National de Sécurité Sanitaire des Produits Alimentaires) fixe des seuils de contaminants pour les fumiers (métaux lourds, pathogènes) dans les cahiers des charges des filières exportatrices.
L’initiative internationale « 4 pour 1000 » a été lancée par la France le 1er décembre 2015 lors de la COP 21. Si l’on augmentait la matière organique des sols chaque année de 4g pour 1000g de CO2, nous serions capables de stopper l’augmentation annuelle des émissions carbone. Il est important de souligner que la compensation volontaire peut être qualifiée d’outil discret mais efficace. Elle doit être envisagée qu’en complément d’une démarche de réduction des émissions. L’agriculture, premier secteur émetteur de GES, peut devenir un acteur de la lutte contre le réchauffement climatique étant donné qu’elle dispose d’un grand potentiel à explorer. Mais il faut également construire un cadre contractuel accessible et transparent qui les sécurise juridiquement. Avec une incitation carbone raisonnable, l’agriculture pourrait, d’ici 2030, réduire ses émissions de CO2 de 50 Mt et les terres pourraient absorber 80 Mt de CO2. Le but étant de faire de l’atténuation du changement climatique un nouveau modèle d’affaires pour les agriculteurs et les gestionnaires des terres.