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Posté par Adrien le Vendredi 13/07/2018 à 00:00
A quel rythme le carbone des sols se renouvelle-t-il ? Une question de profondeur

Illustration: NASA
Le devenir du carbone dans les sols contribue à réguler la teneur en CO2 de l'atmosphère ainsi que la fertilité des agro-écosystèmes. Des chercheurs de l'Inra, du CEA et du CNRS apportent une quantification inédite de la cinétique (Le mot cinétique fait référence à la vitesse.) de renouvellement 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.) des sols en fonction de sa profondeur d'enfouissement et de ses déterminants anthropiques et climatiques. Cette étude parue le 11 juillet 2018 dans la revue Nature ouvre des perspectives pour mieux apprécier l'évolution du cycle du carbone.

Réservoir majeur du carbone de la planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la maintienne en...), avec plus de 1 500 milliards de tonnes contre seulement la moitié pour l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) ou les végétaux, les sols sont au c?ur des flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un...) de carbone du système terrestre. Ainsi, les végétaux fixent le carbone du CO2 de l'atmosphère grâce à la photosynthèse (La photosynthèse (grec φῶς phōs, lumière et σύνθεσις sýnthesis, composition) est le processus...), l'incorporent au sol sous forme d'exsudats racinaires et de résidus. Le carbone y séjourne ensuite pendant des durées variables avant d'être en très grande partie converti à nouveau en CO2, grâce 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 carbonique », et absorption de...) des organismes décomposeurs. Ces échanges continus entre sol et atmosphère contribuent à réguler la teneur en CO2 de l'atmosphère, et donc le climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une région donnée pendant une période de temps donnée. Il se distingue de la météorologie qui...), et sont susceptibles d'affecter la productivité des agro-écosystèmes. Autant d'éléments clés qui justifient de bien connaître la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) des échanges de carbone entre sols et atmosphère pour en apprécier les conséquences.

A la faveur d'une analyse d'envergure (L'envergure est la distance entre les extrémités des ailes. Le terme est valable pour définir un oiseau, un chiroptère, un avion (ou planeur).), des chercheurs (1) de l'Inra, du CEA et du 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).) ont mis en évidence qu'au cours des 50 dernières années, ce ne sont pas moins de 25 % du carbone du premier mètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international (SI). Il est défini, depuis...) des sols de la planète qui ont été renouvelés, avec une contribution significative des couches profondes.

Une représentation inédite de la dynamique du carbone des sols

Exploitant les isotopes stables naturels du carbone pour réaliser leurs propres mesures et les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un...) de quelque 50 études scientifiques, les chercheurs ont déterminé la durée de résidence (Le nom de résidence est donné à un ensemble de voies souvent qui forment une boucle ayant la particularité de desservir des mêmes logements appelées également résidence. Ce terme vient du verbe latin residere qui signifie rester...) et la distribution verticale (La verticale est une droite parallèle à la direction de la pesanteur, donnée notamment par le fil à plomb.) du carbone issu de la végétation (La végétation est l'ensemble des plantes (la flore) sauvages ou cultivées qui poussent sur une surface donnée de sol, ou dans un milieu aquatique. On parle aussi de "couverture végétale".) dans 112 sols de prairies, forêts ou cultures, situés sur l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui...) du globe.

Ils ont ainsi montré qu'entre 1965 et 2015, environ un quart du carbone des sols de la planète a été renouvelé ? on parle de carbone jeune datant de moins de 50 ans. Si environ 80 % de ce carbone jeune se trouve dans les couches superficielles du sol (0 - 30 cm de profondeur), 20 % sont dans les couches plus profondes (30 cm - 1 m). Le renouvellement du carbone en profondeur résulte de la savante contribution de la faune qui mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est une...) les sols ? on parle de bioturbation ? jusqu'à quelque 70 cm de profondeur ; des racines, apportant du carbone jusqu'à environ 2 m, et des décomposeurs qui dégradent les matières organiques, un processus qui s'estompe progressivement en profondeur.

Il en découle un fort gradient vertical (Le vertical (rare), ou style vertical, est un style d’écriture musicale consistant en accords plaqués.) de la dynamique du carbone, que les scientifiques ont notamment mesuré pour l'ensemble des zones tropicales où l'âge médian du carbone s'échelonne ainsi de 7 ans, en surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa mesure,...), à 1 250 ans, à 1 m de profondeur. Ils ont de façon plus générale, mis en évidence que la dynamique du carbone dans les couches superficielles (0 -30 cm) est sept fois plus rapide que dans les couches plus profondes (30 cm ? 1 m).

De l'influence de l'usage des sols et du climat sur la dynamique du carbone

Si l'on savait déjà que 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...), par rapport aux prairies et forêts, réduit sévèrement la teneur en carbone des couches superficielles des sols (0 ? 30 cm) principalement du fait des récoltes de végétaux, les scientifiques montrent en revanche que les sols cultivés reçoivent des quantités relativement importantes de carbone en profondeur puisque les couches profondes (30 cm - 1 m) abritent 30 % du carbone jeune.

De façon globale, le carbone qui est renouvelé est incorporé pour moitié entre 0 et 10 cm de profondeur et pour moitié au-delà. Cette profondeur médiane (Le terme de médiane, du latin medius, qui est au milieu, possède plusieurs acceptations en mathématiques :) est de 9 cm en forêt (Une forêt ou un massif forestier est une étendue boisée, relativement dense, constituée d'un ou plusieurs peuplements d'arbres et d'espèces...) contre 17,5 cm dans des sols cultivés, soulignant l'impact de l'usage des sols et notamment des pratiques agricoles sur le renouvellement du carbone.

Cependant, même dans la partie superficielle des sols tempérés cultivés, l'âge du carbone 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 composés organiques.) est élevé, de l'ordre de 75 ans, traduisant le fait que les matières organiques de nos sols actuels sont l'héritage de leur gestion par plusieurs générations d'agriculteurs.

Les chercheurs ont mis en évidence que la contribution des couches profondes du sol au carbone jeune dépend peu de la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux...), mais davantage des précipitations: elle est plus forte en climat sec, probablement parce que l'enracinement des végétaux est alors plus profond.

Ces travaux offrent des résultats déterminants à propos de la dynamique d'incorporation du carbone de l'atmosphère dans les différentes couches des sols. Immanquablement, ils permettront de mieux prévoir l'évolution du cycle du carbone, d'améliorer le bilan carbone des sols et de bien comprendre les facteurs de variation du stockage de carbone entre différents sites et pour différents usages des terres. La gestion du carbone organique des sols est un enjeu de premier plan pour la productivité et la durabilité des agrosystèmes, l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux...) ou les politiques publiques, qui doit se faire à long terme, comme celle d'un capital pour les générations futures, en prenant désormais en compte le carbone profond des sols.

Ces travaux ont été réalisés 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...) Dedycas - Le carbone des sols, système dynamique dépendant de la profondeur: nouveaux concepts, mesures et modélisation (Agence nationale de la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par...), 2015-2018).

Notes:
(1) Ont participé à ces travaux les laboratoires de recherche et unités de recherche (UR) suivants:
- Centre européen de recherche et d'enseignement (L'enseignement (du latin "insignis", remarquable, marqué d'un signe, distingué) est une pratique d'éducation visant à développer les connaissances d'un élève par le biais de communication...) des géosciences de l'environnement (Aix-Marseille Univ, CNRS, IRD, Inra, Collège (Un collège peut désigner un groupe de personnes partageant une même caractéristique ou un établissement d'enseignement.) de France)
- UR Génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.) et amélioration des fruits et légumes, Inra
- UR Biogéochimie des écosystèmes forestiers, Inra
- Laboratoire des sciences du climat et de l'environnement (CEA, CNRS, UVSQ).


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Source: CNRS
 
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