Contributeurs :
Denis Angers, Laurent Augusto, Jérôme Balesdent, Isabelle Basile-Doelsch,
Valentin Bellassen, Rémi Cardinael, Lauric Cecillon, Eric Ceschia, Claire Chenu, Julie Constantin, Joël Daroussin, Philippe Delacote, François Gastal, Daniel Gilbert, Anne-Isabelle Graux, Bertrand Guenet, Sabine Houot, Katja Klumpp, Camille Launay, Elodie Letort, Manuel Martin, Bruno Mary, Safya Menasseri, Delphine Mézière, Thierry Morvan, Claire Mosnier, Sylvain Pellerin, Jean Roger-Estrade, Laurent Saint André, Olivier Thérond, Valérie Viaud
Sommaire
Introduction ... 37 3.1. Stockage de carbone dans les sols : définitions, concepts mobilisés et conventions ... 38 3.1.1. Stockage de carbone lié à un changement de pratique : de quoi parle-t-on ? ... 38 3.1.2. Définitions et concepts mobilisés dans l’étude du stockage de carbone dans les sols ... 40 3.1.3. Règles utilisées pour la présentation des résultats bibliographiques et de simulation ... 44
Références bibliographiques ... 45
3.2. Les mécanismes à l’origine du stockage/déstockage de carbone dans les sols ... 46 3.2.1. Principaux processus ... 47 3.2.2. Les processus en fonction du temps : représentations dynamiques ... 55 3.2.3. Contrôle des temps de résidence du C dans les sols : facteurs biotiques et abiotiques ... 59 3.2.4. Les processus en regard de deux grands enjeux : changements climatiques et gestion de l’azote dans les systèmes cultivés ... 61 3.2.5. Conclusion ... 62
Références bibliographiques ... 62
3.3. Les modèles d’évolution des stocks de carbone dans les sols ... 69 3.3.1. Représentation de la dynamique du C dans le sol : structure et complexité des modèles ... 69 3.3.2. Représentation des interactions sol - végétation dans la modélisation du C ... 74 3.3.3. Spatialisation des modèles de dynamique du carbone ... 76 3.3.4. Incertitude et sensibilité des modèles ... 77 3.3.5. Conclusions ... 79
Références bibliographiques ... 79
3.4. Effet de la teneur en C des sols sur le fonctionnement des agroécosystèmes ... 85 3.4.1. Introduction : Effet des matières organiques sur les propriétés des sols et les émissions vers l’environnement : vision d’ensemble ... 85 3.4.2. Effets des MO du sol sur les propriétés, fonctions et services d’intérêt principalement agricole ... 87 3.4.3. Effets des MO du sol sur les propriétés, fonctions et services d’intérêt général ... 91 3.4.4. Conclusion ... 92
Références bibliographiques ... 92
3.5. Stocks de carbone des sols métropolitains et effet des changements d’occupation des sols sur l’évolution de ces stocks ... 95
3.5.1. Répartition géographique des stocks de C des sols ... 95 3.5.2. Valeur des stocks de C des sols sous différents modes d’occupation ... 97 3.5.3. Tendance actuelle d’évolution des stocks de C des sols sous différents modes d’occupation ... 99 3.5.4. Effets des changements d’occupation sur les stocks de C des sols ... 104 3.5.5. Conclusion ... 107
Références bibliographiques ... 109
3.6. Etat des connaissances sur des pratiques réputées « stockantes » en forêt... 116 3.6.1. Introduction ... 116 3.6.2. Récolte de biomasse ... 117 3.6.3. Gestion du couvert végétal de l’écosystème ... 120 3.6.5. Conclusion : combinaisons de pratiques et panorama des possibles ... 125
3.7. Etat des connaissances sur les pratiques réputées « stockantes » en prairies permanentes ... 132 3.7.1. Introduction ... 132 3.7.2. Effet des pratiques courantes ... 134 3.7.3. Conclusions ... 139
Références bibliographiques ... 142
3.8. Etat des connaissances sur des pratiques réputées "stockantes" en grandes cultures et cultures pérennes ... 145
Introduction ... 145 3.8.1. Travail (ou non-travail) du sol et stockage du carbone ... 146
Références bibliographiques ... 154
3.8.2. Le retour au sol des résidus de cultures ... 157
Références bibliographiques ... 163
3.8.3. Cultures intermédiaires et intercalaires ... 166
Références bibliographiques ... 173
3.8.4. Accroissement de la part des prairies temporaires dans les successions ... 177
Références bibliographiques ... 180
3.8.5. Les apports de carbone exogène par les produits résiduaires organiques (PRO) ... 182
Références bibliographiques ... 190
3.8.6. Autres pratiques : fertilisation minérale, irrigation, chaulage ... 193
Références bibliographiques ... 197
3.9. L’agroforesterie, les haies, les bords de champs ... 199 3.9.1. Définitions ... 199 3.9.2. Taux de stockage de carbone organique dans le sol ... 199 3.9.3. Dynamique du carbone organique sur le court et long-terme ... 201 3.9.4. Processus sous-jacents ... 202 3.9.5. Modélisation de la dynamique du COS en agroforesterie ... 203 3.9.6. Conclusion : adoption et potentialité de développement en France ... 204
Références bibliographiques ... 204
3.10. Synthèse sur les relations entre pratiques « stockantes » et processus / facteurs affectés ... 211 3.10.1. Les principaux processus mis en jeu par les pratiques, et leur prise en charge dans les modèles de simulation ... 211 3.10.2. Conséquences sur la dépendance aux conditions de milieu du stockage additionnel lié à une pratique « stockante » ... 213 3.10.3. Conclusion : implications pour l'évaluation du potentiel de stockage par modélisation ... 213 3.11. Combinaisons de pratiques stockantes à l’échelle du système de culture, de l’exploitation et du territoire ... 215
3.11.1. Systèmes de culture : définition et diversité ... 215 3.11.2. Systèmes de culture : effets sur le stockage de carbone ... 217 3.11.3. Pratiques stockantes à l’échelle de l’exploitation et du territoire agricole ... 220 3.11.4. Modélisation du cycle du carbone à l’échelle de l’exploitation et du territoire agricole ... 223
Références bibliographiques ... 224
3.12. Méthodes d’évaluation des coûts de mise en œuvre de pratiques stockantes ... 227 3.12.1. Définition des coûts de mise en œuvre de pratiques stockantes en carbone ... 227 3.12.2. Méthodes d’évaluation des coûts de mise en œuvre de pratiques agricoles ... 229 3.12.3. Coûts de pratiques stockantes en carbone estimés dans la littérature ... 232
3.13. Les outils incitatifs, les politiques existantes, les leviers et les freins à l’adoption de pratiques stockantes ... 237
3.13.1. Les outils de régulation environnementale ... 237 3.13.2. Les politiques existantes sur le stockage de carbone ... 240
Références bibliographiques ... 242
3.14. Synthèse et conclusion de l’analyse bibliographique ... 245 Focus 3-1. La génétique, un levier d’action pour l’amélioration du stockage de carbone ... 249 Focus 3-2. Stocks et stockage de carbone : le cas des sols des Antilles ... 250 Annexes ... 252 Annexe 3-1. Corpus bibliographique de l’étude : méthode d’élaboration ... 253
Deux sections de ce chapitre font l’objet d’annexes « externes », explicitant les bases bibliographiques et les données retenues pour effectuer certaines estimations. Ces annexes sont presentées sous forme de fichiers séparés :
Section 3.5.3.2. (stockage tendanciel de carbone dans les sols de prairies permanentes) :
Annexe 3.5.3.2-1. (références et données, fichier excel)
Section 3.8.5. (effet des apports de PRO sur le stockage de carbone dans les sols) :
Annexe 3.8.5-1. (références bibliographiques, fichier pdf) Annexe 3.8.5-2. (données, fichier excel)
Introduction
Ce chapitre constitue le volet bibliographique de l’étude. Il présente un état des connaissances scientifiques sur les différents domaines d’étude du carbone du sol.
Les quatre premières sections de ce chapitre font le point des connaissances les plus fondamentales sur le carbone organique des sols, incluant un rappel des principales notions et définitions (3.1), l’état des connaissances sur les processus relatifs à la dynamique du carbone du sol (3.2), l’état de l’art en matière de modélisation (3.3), le rôle de la matière organique du sol dans les agrosystèmes (3.4).
La section 3.5 décrit l’état actuel des stocks en France, l’effet des modes d’occupation et des changements d’occupation des sols, et les tendances d’évolution sous l’effet des pratiques actuelles.
Les sections 3.6 à 3.9 présentent l’état des connaissances sur l’effet des pratiques susceptibles d’accroitre le stockage de C dans les sols : en gestion sylvicole (3.6), en systèmes prairiaux (3.7), en systèmes de grande cultures (3.8), en agroforesterie (3.9).
La section 3.10 dresse une synthèse des liens entre les effets des différentes pratiques et les processus relatifs à la dynamique du carbone du sol, abordés dans la section 3.2. La section 3.11 examine la combinaison des pratiques « stockantes » à l’échelle du système de culture et de l’exploitation agricole.
Enfin, les dimensions socioéconomiques du stockage de carbone dans les sols sont abordées dans les sections 3.12 et 3.13, qui abordent respectivement les méthodes de calcul des coûts des pratiques, et les freins, leviers et politiques incitatives pour favoriser leur adoption.
La section 3.14 fait la synthèse de l’ensemble des sections 3.1 à 3.13 et récapitule les informations issues de la bibliographie qui ont déterminé les choix méthodologiques essentiels pour l’évaluation du potentiel technico-économique de stockage additionnel de carbone dans les sols métropolitains, qui fait l’objet du chapitre 4. En fin de chapitre (Focus 3-1 et 3-2) figurent deux contributions plus ponctuelles car ne faisant pas partie du périmètre de l’étude : l'une consacrée aux possibilités d’accroissement des stocks de carbone par le levier génétique, en complément des leviers agronomiques explorés dans ce rapport ; l'autre dédiée aux sols des Antilles afin d’apporter un éclairage sur les sols des territoires ultra-marins.
3.1. Stockage de carbone dans les sols : définitions, concepts
mobilisés et conventions
Auteurs : Jérôme Balesdent, Isabelle Basile-Doelsch, Claire Chenu, Denis Angers, Joël Daroussin
Principaux enseignements de cette section :
• L'augmentation de stock de carbone des sols, ou stockage, est une donnée factuelle précise, mais qui
nécessite des définitions partagées pour éviter toute confusion.
• Evaluer le stockage additionnel de C lié à une pratique nécessite la comparaison avec une pratique de
référence. La valeur du stockage additionnel dépend fortement de la pratique de référence choisie.
• Il est indispensable de préciser la durée sur laquelle le stockage ou le stockage additionnel de C sont
quantifiés.
• La présente étude bibliographique veille à respecter des règles de présentation des résultats chiffrés
afin d'éviter des interprétations erronées ou ambiguës.
Introduction
Le sol est un milieu où sont présents de nombreux êtres vivants, (animaux, plantes, micro-organismes). La matière qui constitue ces êtres vivants est principalement composée de carbone. Ce carbone provient directement ou indirectement de la photosynthèse, c’est-à-dire du prélèvement du carbone présent dans l’atmosphère sous forme de dioxyde de carbone et de son incorporation (séquestration) dans la matière vivante des végétaux, puis des animaux qui s’en nourrissent. Le carbone organique du sol comprend ainsi le carbone des êtres vivants qui s’y trouvent et de leurs résidus morts qui s’y décomposent. Si l’on considère le sol comme un réservoir de carbone organique, on va pouvoir appliquer à ce carbone tous les concepts liés à la notion de flux : stock de carbone, bilan des entrées et sorties de carbone du réservoir sol, qui détermine la dynamique de ce stock dans le temps, c’est-à-dire un stockage ou un déstockage, un temps de résidence, un stock à l’équilibre, etc. Le sol étant un réservoir assez complexe, et le carbone organique qu’il contient présentant une infinité de formes, la compréhension des phénomènes de stockage de carbone dans le sol nécessite d’expliciter un ensemble de définitions et de mécanismes sous-jacents, et de s’accorder sur un certain nombre de conventions.
La première section de ce chapitre précise les notions de stock et de stockage appliquées au carbone organique du sol. Cette première section peut faire appel à des notions qui sont définies et regroupées dans la deuxième section, pour plus de cohérence et de lisibilité. Enfin la troisième section donne les recommandations de conventions à utiliser pour présenter les résultats de l’étude.