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Posté par Michel le Mardi 21/12/2010 à 12:00
Limiter les émissions de gaz à effet de serre des parcelles cultivées
Pour la première fois, des bilans exhaustifs et précis de carbone et de gaz à effet de serre ont été réalisés en Europe durant plusieurs années sur des parcelles cultivées très diverses quant aux localisations géographiques, aux types de culture et aux modes de gestion. Initiée et coordonnée par le Centre d'études spatiales de la biosphère (CESBIO, UPS / CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) / IRD / CNES), cette étude a mobilisé des chercheurs issus de nombreux pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²), subdivision de la civitas gallo-romaine. Comme la civitas qui subsiste...) européens (1) qui ont ainsi pu mettre en évidence des voies possibles d'atténuation des émissions de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la...) à effet de serre (L'effet de serre est un processus naturel qui, pour une absorption donnée d'énergie électromagnétique, provenant du Soleil (dans le cas des corps du système solaire)...) par les cultures.


Site expérimental d'Auradé (Gers).
© G. Dedieu, CESBIO/CNRS.

Les surfaces cultivées sont parfois présentées comme des opportunités pour stocker du carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) dans les sols et limiter l'effet de serre (Une serre est une structure généralement close destinée à la production agricole. Elle vise à soustraire aux éléments climatiques les cultures produites pour l'alimentation ou le plaisir de...). Mais qu'en est-il vraiment ?

Le Centre d'études spatiales de la biosphère (CESBIO) a initié et coordonné, dans le cadre du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et...) européen CarboEurope-IP, une étude de grande envergure (L'envergure est la distance entre les extrémités des ailes. Le terme est valable pour définir un oiseau, un chiroptère, un avion (ou...) portant sur les bilans de carbone (C) et de gaz à effet de serre (GES) d'un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut...) de 14 parcelles cultivées sur un vaste gradient nord-sud. L'objectif était de quantifier dans ces bilans les parts respectives des flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...)...) naturels et des flux liés à l'action de l'homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme ». Par distinction, l'homme prépubère est appelé un...) (travail du sol, irrigation (L’irrigation est l'opération consistant à apporter artificiellement de l’eau à des végétaux cultivés pour en augmenter la production,...), application d'engrais (Les engrais sont des substances, le plus souvent des mélanges d'éléments minéraux, destinées à apporter aux plantes des compléments d'éléments nutritifs, de...) et produits phytosanitaires...) afin de pouvoir à terme fournir des préconisations argumentées pour maintenir de bons niveaux de production (maintien de la fertilité des sols) tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en réduisant les coûts (réduction du travail du sol, des intrants...) et les impacts environnementaux (réduction des émissions de GES, voire stockage de C atmosphérique dans les sols...).

Les chercheurs ont mené une étude exhaustive et minutieuse en calculant précisément et de manière continue, année après année et sur plusieurs années, les bilans de C et de GES de chacune des cultures menées sur les parcelles d'étude.

Dans le bilan de C, ils ont intégré non seulement les importations (graines, tubercules et fertilisants organiques tels que fumier et lisier) et exportations "physiques" de C de la parcelle (C contenu dans le grain (En météorologie maritime: Un grain est un vent violent et de peu de durée qui s'élève soudainement et qui est généralement...) ou la biomasse ( En écologie, la biomasse est la quantité totale de matière (masse) de toutes les espèces vivantes présentes dans un milieu naturel donné. Dans le domaine de...) aérienne récoltés...), mais aussi les échanges nets de gaz carbonique (CO2) avec l'atmosphère (somme des flux liés à la photosynthèse et à la respiration (Dans le langage courant, la respiration désigne à la fois les échanges gazeux (rejet de dioxyde de carbone, CO2, appelé parfois de façon impropre « gaz...) des plantes et des micro-organismes du sol) lesquels ont pu être calculés pour chacune des cultures en rotation, à l'échelle de la parcelle, grâce à une méthodologie novatrice dite des fluctuations turbulentes.

Pour le bilan de GES(2), qui comprend le bilan de C auquel sont rajoutés les émissions de GES des opérations agricoles (exprimés en "équivalents C"), les chercheurs ont dû identifier toutes les opérations menées sur et en amont de chaque parcelle, notamment la fertilisation qui émet du N2O, la fabrication, le transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route, le canal ..). Par assimilation, des actions...) et le stockage des produits phytosanitaires, l'utilisation, l'entretien et la fabrication des machines amortie sur le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) d'années d'utilisation ainsi que l'irrigation.

Les travaux ont débuté en 2003 et depuis lors l'équivalent de 42 années de mesure ont été acquises en cumulé sur les 14 sites expérimentaux. Distribués de l'Espagne au Danemark, ces sites ont hébergé au total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition, c'est-à-dire une somme. Exemple : "Le total des dettes". En physique le...) 17 cultures différentes, lesquelles ont été traitées selon des modes de gestion variés (fertilisations minérales ou organiques, exportations du grain seul ou du grain et de la paille...). Les dispositifs de mesure utilisés par les chercheurs sur les différentes parcelles étaient en revanche très similaires et leur méthodologie de calcul identique.

Ces travaux ont permis de rendre caduques les hypothèses classiques d'équilibre entre la parcelle et l'atmosphère ou de perte systématique et progressive du C dans le sol, mais aussi de quantifier quelques résultats importants et de donner des pistes de gestion pour re-stocker du C dans les sols agricoles.

Ainsi, concernant les échanges de CO2 avec l'atmosphère sur un pas de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) annuel, si certaines cultures peuvent en absorber, comme le blé, d'autres tendent à en émettre, comme le tournesol, en grande partie à cause de différences dans la longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet,...) de leur saison (La saison est une période de l'année qui observe une relative constance du climat et de la température. D'une durée d'environ trois mois (voir le tableau...) de croissance. En outre, une culture (La définition que donne l'UNESCO de la culture est la suivante [1] :) absorbe plus ou moins de CO2 en fonction de sa localisation géographique (variation dans la durée de la période de croissance), mais aussi et surtout en fonction du mode de gestion utilisé.
Concernant le bilan de C, celui-ci peut donc être très différent selon la culture (La Culture est une civilisation pan-galactique inventée par Iain M. Banks au travers de ses romans et nouvelles de science-fiction. Décrite avec beaucoup de précision et de détail, La Culture peut être...) ou le mode de gestion. Ainsi, la parcelle peut correspondre à un léger puits ou à une source importante de C selon que l'on apporte ou non des engrais organiques ou encore que l'on exporte seulement le grain (exploitation céréalière qui laisse la biomasse aérienne sur place et l'intègre par la suite dans le sol) ou toute la biomasse aérienne (cas du maïs ensilage dont toutes les parties aériennes sont utilisée pour l'alimentation du bétail).

Malgré des différences intrinsèques entre les nombreux sites et la variabilité élevée des systèmes de production, les chercheurs ont pu dégager des tendances communes sur l'ensemble des parcelles. Ainsi, rapportés à des "équivalents C", les principaux termes du bilan des GES sont ordonnés par ordre de contribution décroissante de la manière suivante: la quantité de C exportée de la parcelle, l'échange net de CO2 avec l'atmosphère, l'apport éventuel de C organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande classe de molécules à base de carbone : les...), les émissions de N2O liées à la décomposition des engrais et des résidus de culture et enfin toutes les autres opérations techniques agricoles (fabrication, stockage et transport des engrais, utilisation des machines agricoles, irrigation et fabrication, stockage et transport des produits phytosanitaires). Pour l'essentiel ce bilan est contrôlé par les deux premiers termes, lesquels s'opposent souvent: les exportations de C au moment de la récolte sont une source de C et l'échange net de CO2 avec l'atmosphère par la parcelle agricole est généralement un puits de C. Cependant, le troisième terme, l'apport de C organique, peut aussi, quand il a lieu, contribuer au bilan de façon non négligeable. Quant aux opérations techniques (hors apport de carbone sous forme d'engrais organique et export lors de la récolte), elles représentent en moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils étaient...) moins de 8 % du bilan de GES des parcelles agricoles (moins de 3 % concernent l'utilisation des machines agricoles).


Comparaison des différents termes composants les bilans de C et de GES entre une parcelle de blé
(pas de fertilisation organique et exportation du grain seulement) et une parcelle de maïs ensilage
(fertilisation organique (fumier, lisier) et exportation de toute la biomasse aérienne).
La saison de croissance du blé est longue comparée à celle du maïs ensilage récolté encore vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde comprise entre 490 et 570 nm. L'œil...)
d'où une fixation nette (Le terme Nette est un nom vernaculaire attribué en français à plusieurs espèces de canards reconnaissablent à leurs calottes. Le...) de CO2 plus grande pour le blé. La culture du blé correspond à un léger puits de C
et celle du maïs ensilage à une source. Bien que faibles, les autres sources d'émission (machines, intrants ?)
viennent compenser partiellement l'effet puits de C dans le cas du blé et renforcer
l'effet source dans le cas du maïs ensilage.

Ces résultats montrent que, si une agriculture raisonnée rationnalisant l'utilisation des intrants (engrais, pesticides) peut permettre de réduire les émissions de GES associées à leur emploi, l'impact restera faible. Une autre piste plus prometteuse serait la mise en place de cultures intermédiaires permettant de limiter les pertes de C qui se produisent quand le sol est à nu, voire de stoker de manière significative du C atmosphérique. Enfin, nous disposons d'une importante marge de manoeuvre pour améliorer les bilans de C et GES des parcelles cultivées car la quantité de C exporté au moment de la récolte résultant de son utilisation (ex: production de céréales pour le grain ou d'ensilage pour alimenter le bétail), elle dépend de fait de nos choix alimentaires.


Notes:

(1) France, Belgique, Allemagne, Suisse, Espagne, Italie, Pays-Bas, Irlande, Royaume-Uni et Danemark.

(2) Il s'agit ici du dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone (appelé parfois, de façon impropre « gaz carbonique ») est un composé chimique composé d'un atome de carbone et de deux atomes...) (CO2), du méthane (CH4) et du protoxyde (Le protoxyde d'une substance chimique est le composé le moins oxygéné parmi tous ceux qui peuvent être formés en se combinant avec l'oxygène.) d'azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de numéro atomique 7. Dans le langage courant, l'azote désigne le gaz diatomique diazote N2, constituant majoritaire de...) (N2O) qui est un puissant GES dont l'impact d'une molécule équivaut à celui de 220 molécules de CO2.


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Source: CNRS / INSU
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