Un sol sain contient une multitude d’organismes vivants.
Photo : Georgina Smith/CIAT

Rôle du carbone du sol dans l'atténuation du changement climatique – cause perdue ou triple avantage ?

Le carbone est le constituant essentiel des matières organiques du sol qui, de leur côté, sont à la base de la fertilité du sol. Dans cet article, l’auteur explique à quel point fertilité du sol et changement climatique sont liés, le rôle que l’initiative « 4 pour 1 000 » (4 pour mille) de l’ancien ministre français de l’Agriculture peut jouer dans ce contexte, et tout ce que cela représente pour la sécurité alimentaire et la résilience des petits exploitants agricoles.

Ce qui distingue le sol de la « terre », c’est sa biologie et sa fonctionnalité. Un sol sain contient une multitude d’organismes différents (bactéries, champignons, insectes, vers de terre, etc.). En grand nombre, ceux-ci consomment et produisent de la matière organique – humus, ou, comme disent les chercheurs, de la matière organique du sol. C’est cet humus qui, dans une large mesure, détermine la fertilité d’un sol et sa résilience. Il peut rester présent dans le sol pendant des décennies, des siècles, voire des millénaires, mais relève fondamentalement d’un renouvellement constant – l’humus se décompose en dioxyde de carbone (CO2) et est perdu, mais parallèlement de l’humus se forme. Les sols riches en humus peuvent absorber et retenir plus d’eau et sont généralement plus productifs que les sols dégradés.

La majeure partie de cette dégradation du sol est à mettre au compte de l’homme et de l’exploitation des terres agricoles. Les sols dégradés sont souvent associés à l’érosion (physique), phénomène selon lequel la couche arable non protégée est entraînée par les pluies d’orage pour ne laisser derrière elle que de la terre stérile. Toutefois, en Afrique, la perte de matières organiques du sol contribue considérablement à la dégradation du sol, comme on peut le constater, par exemple, lorsque les pâturages ne sont plus luxuriants et verts ou lorsque les plantes cultivées ne poussent plus aussi bien qu’avant et donnent de faibles rendements. La dégradation biologique ou chimique du sol est également anthropique. En Afrique, des décennies de pratiques non durables de gestion des sols ont entraîné l’infertilité de sols auparavant productifs. Pour commencer, de nombreux sols africains sont très vieux et érodés et leurs éléments nutritifs ont été lessivés au fil du temps. Dans de tels cas, il existe un lien étroit entre fertilité, productivité et matières organiques du sol.

Un potentiel considérable

Qu’est-ce que cela a à voir avec le carbone du sol et le changement climatique ? Pour commencer, il va sans dire que le carbone (C) est le principal élément constitutif des matières organiques. Cela veut dire que lorsqu’on parle de matières organiques du sol on parle en même temps de carbone (organique) du sol. À l’échelle mondiale, les sols contiennent énormément de carbone : environ 1 500 gigatonnes (Gt) ou milliards de tonnes sur une profondeur de 1 m et 2 400 Gt sur une profondeur de 2 m. C’est trois fois plus que la quantité de carbone présent sous forme de CO2 dans l’atmosphère (~830 Gt C), au moins quatre fois la totalité de la biomasse de notre planète (~400–600 Gt C), et 240 fois les émissions annuelles actuelles dues aux combustibles fossiles (~10 Gt C). Compte tenu de l’importance des stocks, si, au niveau mondial, on pouvait accroître le stockage net de carbone dans le sol ne serait-ce qu’un petit peu chaque année, cela représenterait un considérable puits de carbone ! La capacité qu’a le sol de piéger le carbone peut contribuer à réduire l’intensité du changement climatique et devenir une mesure d’atténuation essentielle, à condition d’être bien exploitée. Toutefois, à ce jour, cette potentialité n’est pas suffisamment bien exploitée.

Depuis que les États ont approuvé le Protocole de Kyoto, en 1997, la lutte contre le changement climatique axée sur la réduction des émissions de gaz à effet de serre est une priorité. Le CO2 est, de loin, le gaz qui contribue le plus à ces émissions.

L’initiative 4 pour mille – un projet réaliste ?

Quel est le potentiel de piégeage du carbone dans le sol ? Les taux optimistes les plus récents (0,9-1,85 Gt C) vont de 9 à 18 pour cent de la totalité des émissions annuelles dues à la combustion de combustibles fossiles. D’autres chercheurs sont encore plus optimistes : il y a deux ans, des chercheurs français ont défini l’objectif ambitieux d’absorber une part considérable de tout le CO2 nouvellement émis grâce au piégeage du carbone organique dans le sol et de stopper l’augmentation annuelle de CO2 atmosphérique. Pour cela, il faudrait que le stock de carbone dans les 40 premiers centimètres de tous les sols (~820 Gt) augmente d’environ 4 pour mille (0,4 %) par an, soit l’équivalent de 3,5 Gt de carbone piégé. D’où le nom de cette initiative : 4 pour mille (qui tient également compte des pièges naturels concomitants – océans – et de mesures visant à réduire à zéro les émissions dues au changement d’utilisation des sols – déforestation). Cette initiative a été lancée par le ministre français de l’Agriculture lors de la Conférence des Nations unies sur le changement climatique, à Paris, et a sans aucun doute pris depuis un élan considérable et suscité beaucoup d’intérêt à l’échelle mondiale.

Ce qu’il faut bien comprendre dès le départ, c’est que l’initiative 4 pour mille change les règles du jeu et mérite notre soutien total. Mais, comme c’est souvent le cas, les problèmes se cachent dans les détails.

Premièrement, tous les sols de la planète ne sont pas identiques et sont par ailleurs exposés à différents climats et différentes utilisations. Les stocks de carbone dans le sol dépendent de la quantité de matières organiques ajoutée au sol chaque année, par exemple en conservant les résidus de culture ou en ajoutant du compost, et de la quantité perdue par décomposition microbienne de l’humus, ce facteur dépendant du climat, de l’utilisation des terres et des propriétés du sol. Pour accroître le piégeage du carbone dans le sol, il faut soit augmenter les apports de matières organiques, soit réduire la décomposition de l’humus. Mais, dans le cas d’une forêt vierge, par exemple, le sol peut avoir atteint un équilibre, c’est-à-dire qu’il n’est pas facile de le « convaincre » de piéger plus de carbone, et que les options de gestion pour ce faire sont limitées ou absentes. Cela vaut également pour les sols des pâturages en hautes latitudes ou de la toundra. Il semble par conséquent que mettre l’accent sur le sol des terres cultivées annuellement constitue un bon point de départ pour s’attaquer à ce problème.

Notre étude, réalisée en coopération avec la Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ) dans l’ouest du Kenya, montre que les pratiques agricoles traditionnelles telles que le labourage des terres ont contribué à une perte de 50 à 70 pour cent du carbone stocké dans le sol au cours des 30 à 100 dernières années. De telles pertes illustrent bien le problème qui se pose à la communauté mondiale, à savoir que la gestion du sol est un facteur essentiel de l’accroissement ou non du piégeage du carbone dans le sol, mais elles montrent également qu’il est possible de « récupérer » le carbone perdu à condition de modifier et d’améliorer les pratiques d’utilisation des sols (voir encadré).

Etudes à long terme du CIAT au KENYA

Depuis 2004, le Centre international d’agriculture tropicale (CIAT) réalise deux études à long terme dans l’ouest du Kenya, études visant à tester l’impact de l’amélioration des pratiques de gestion des terres sur les rendements de maïs et sur la fertilité du sol. Ces tests sont très précieux dans la mesure où il est difficile de trouver des études à long terme de ce type en Afrique et où il faut disposer de beaucoup de temps pour évaluer dans quelle mesure certaines pratiques de gestion sont durables. Deux systèmes de culture – Gestion intégrée de la fertilité des sols et Agriculture de conservation – sont testés. Les deux ont en commun que les matières organiques sont conservées ou réintégrées dans le sol pour préserver sa fertilité à long terme. Les résultats montrent que, selon la quantité de matières organiques recyclées, les sols utilisés dans le cadre de ces systèmes peuvent atténuer les émissions de 0,25 à 0,7 tonne de carbone par hectare et par an. Cela semble peu, mais c’est suffisant pour contrebalancer la quantité de carbone émise par un billet aller-retour en classe économique entre Nairobi et New York.

Deuxièmement, même si nous nous mettions tous d’accord pour mettre en œuvre des pratiques augmentant la teneur du sol en carbone, l’adoption de telles pratiques de gestion prendrait du temps. Autrement dit, tous les sols ne peuvent être transformés en pièges à carbone du jour au lendemain.

Troisièmement, de nombreuses études réalisées dans le monde entier montrent que l’accroissement de la teneur du sol en carbone est lent. De fait, la vitesse à laquelle le carbone peut être piégé ralentit généralement et devient même nulle à un moment donné – souvent de 20 à 30 ans après l’adoption de meilleures pratiques de gestion. Il est donc raisonnable de penser que le potentiel de piégeage du carbone dans le sol a ses limites.

Sur les terres agricoles actuelles, l’interaction entre atténuation et adaptation peut se renforcer, notamment pour améliorer la résilience à l’accroissement de la variabilité du climat dans le cadre du changement climatique. De nombreuses pratiques d’atténuation mises en œuvre localement pour le piégeage du carbone dans le sol améliorent la capacité de celui-ci à retenir l’humidité et à mieux résister à l’érosion, et elles enrichissent la biodiversité écosystémique en mettant en place des systèmes de culture plus diversifiés ; elles peuvent également aider les systèmes de culture à mieux résister à la sécheresse et aux inondations dont la fréquence et la gravité devraient augmenter dans le cadre du réchauffement climatique.
Rosenzweig et Tubiello, 2007

Quatrièmement, le dilemme d’un objectif variable et de calculs descendants : malheureusement, les émissions de gaz à effet de serre continuent d’augmenter. Ce qui constitue un objectif de 4 pour mille aujourd’hui peut très bien être porté à 5 pour mille demain pour suivre le rythme d’accroissement des émissions. Les sols ne piègent pas automatiquement ces quantités de carbone sous prétexte que les budgets décidés selon un calcul descendant l’exigent. Il est certes raisonnable de savoir ce qu’une augmentation hypothétique des stocks mondiaux de carbone d’une certaine quantité ou d’un certain pourcentage annuel signifierait en termes d’atténuation du changement climatique, mais il faut que cette hypothèse soit étayée par des estimations ascendantes des quantités de piégeage en tenant compte de divers facteurs spécifiques au site – par exemple savoir si les agriculteurs les adopteront et quelles seraient les mesures incitatives – dans la mesure où tous les sols ne sont pas identiques et où ce sont les agriculteurs qui devront mettre les changements en œuvre.  

Il n’est donc pas surprenant que l’initiative « 4 pour mille » ait été critiquée pour avoir largement simplifié la question des potentialités de piégeage du carbone et avoir fait naître des espoirs déraisonnables. 

COMMENT MESURER LE CARBONE DU SOL

Malheureusement pour la comptabilité, la nature est complexe. La quantité de carbone stockée dans le sol n’échappe pas à la règle. Elle varie considérablement dans l’espace et dans le temps. Il n’est donc pas simple de déterminer la quantité de carbone stockée dans le sol et son augmentation dans le temps à grande échelle. C’est pourquoi les chercheurs s’efforcent de trouver des indicateurs faciles à mesurer et bon marché. Alors que la répétition des échantillonnages des sols et des analyses en laboratoire de la teneur en carbone peut être la règle d’or, des mesures indirectes telles que celles des spectres infrarouges des propriétés des sols, qui sont rapides et bon (meilleur) marché à réaliser, ou le recours à l’imagerie satellitaire pour déterminer la teneur du sol en carbone, peuvent accélérer le processus de comptabilisation. Des modèles mathématiques informatiques peuvent être mis en œuvre pour décrire les processus biophysiques de la dynamique du carbone dans les sols et déterminer d’autres possibilités de piéger le carbone dans les sols.

Ou bien, comme le dit David Powlson, du centre de recherche de Rothamsted Research, au Royaume-Uni : « Ce que nous faisons valoir, c’est que le taux suggéré d’accumulation du carbone dans le sol (0,4 pour cent par an, tous les ans, pendant 20 ans), est presque certainement hors de portée … Pour les responsables des orientations politiques, il serait par conséquent déraisonnable de se fier à ce taux de piégeage du carbone sur l’ensemble de la planète. … Toutefois, personne ne souhaite critiquer les objectifs positifs et louables de l’initiative. »  

Pour conclure, malgré toutes les simplifications, l’initiative « 4 pour mille » fait du piégeage du carbone organique dans le sol un moyen d’atténuer le changement climatique à l’échelle mondiale – là où ça compte !

Chaque petit pas en avant compte !

Même si nous revoyons les attentes à la baisse et revenons à des estimations de piégeage apparemment plus raisonnables et conformes aux précédentes (par ex. celles de Smith et al, 2008), l’effet d’atténuation sera important. Nos estimations de 9 à 18 pour cent pourraient nous aider à neutraliser le carbone agricole dans la mesure où les émissions directes dues à l’agriculture (à l’exception de la déforestation) ajoutent approximativement ce pourcentage de gaz à effet de serre au niveau mondial. Même un objectif moins élevé d’atténuation du changement climatique par piégeage du carbone dans le sol vaudrait la peine d’être atteint dans la mesure où il n’existe pas actuellement d’autres solutions miracles pour faire face à la situation. Par conséquent, chaque petit pas en avant compte pour atténuer l’effet des émissions nocives ! Et cela ne concerne que l’atténuation du changement climatique grâce au piégeage du carbone dans le sol. Pour un centre tel que le CIAT, la sécurité alimentaire et la résilience des petits exploitants agricoles dans les régions tropicales sont la priorité numéro un. L’atténuation du changement climatique « n’est qu’un » avantage connexe. Comme souligné au début du présent article, le recul alarmant de la fertilité du sol est la véritable question. Les petits exploitants agricoles bénéficieront le plus, et le plus immédiatement, de l’amélioration de leur ressource naturelle (le sol).

Mais les agriculteurs des pays en développement manquent souvent de ressources et sont souvent forcés d’intensifier leur production et, par la même occasion, d’appauvrir la fertilité de leur sol. Le piégeage du carbone et la réception d’un paiement pour ce service environnemental pourraient les aider à faire de ce changement une réalité. Il faut souvent peu de choses pour aider les agriculteurs à adopter des mesures plus durables (et contribuant à atténuer le changement climatique !), à condition de leur donner suffisamment de renseignements sur les avantages du changement de pratique.

Par exemple, les programmes de microcrédit leur permettent d’acheter les intrants dont ils ont besoin, comme des semences améliorées, de l’engrais, de la chaux, etc., au début de la saison, lorsque l’argent se fait généralement rare. La fourniture d’outils appropriés (par ex. un outil de sarclage peu profond réduisant l’intensité du travail de la terre et contribuant à protéger le sol, ou parfois une simple brouette pour transporter le compost) peut stimuler l’adoption de pratiques telles que l’agriculture de conservation ou la gestion intégrée de la fertilité du sol. La possibilité d’assurer la récolte contre la sécheresse permet aux agriculteurs d’investir dans l’intensification durable (investissement qui, autrement, serait à risque). Autrement dit, le paiement en contrepartie d’un service environnemental n’a pas besoin d’être une importante source de revenu, il doit seulement être suffisamment important pour catalyser le changement.

L’apport de matières organiques, et par conséquent de carbone, dans les sols appauvris des régions tropicales a un triple aspect : amélioration de la productivité agricole, accroissement de la résilience du système agricole, et atténuation du changement climatique. Ce triple avantage est rare dans le domaine du développement. Profitons-en !

Le Dr Rolf Sommer est chercheur principal du programme Soils and Landscapes for Sustainability (SoiLS) au bureau régional du Centre international de l’agriculture tropicale (CIAT), à Nairobi, Kenya.
Contact : r.sommer@cgiar.org


References and further reading

Zomer, R. J., Bossio, D., Sommer, R., Verchot L., 2017: Geospatial Estimation of the Global Sequestration Potential of Increased Organic Carbon in Cropland Soils. Nature Scientific Reports, forthccoming.

Rothamsted Research, 2017: Questioning the feasibility of the “4 per 1000” goal to sequester carbon in soil and slow climate change. Available at:
https://www.rothamsted.ac.uk/news/questioning-feasibility-%E2%80%9C4-1000%E2%80%9D-goal-sequester-carbon-soil-and-slow-climate-change

Smith et al., 2008: Greenhouse Gas mitigation in agriculture. Available at:
http://rstb.royalsocietypublishing.org/content/363/1492/789

Rosenzweig and Tubiello, 2007, in: https://www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar5/wg3/ipcc_wg3_ar5_chapter11.pdf