Réduire les émissions par les sols du gaz à effet de serre, N2O

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N2O

Catherine Hénault, Pierre Cellier, Marie-Helene Jeuffroy, Bernard Nicolardot, Cécile Revellin

To cite this version:

Catherine Hénault, Pierre Cellier, Marie-Helene Jeuffroy, Bernard Nicolardot, Cécile Revellin. Réduire les émissions par les sols du gaz à effet de serre, N2O. 9. Rencontres de la fertilisation raisonnée et de l’analyse de terre : Quoi de neuf en 2009 ?, Nov 2009, Blois, France. �hal-01173178�

A l ti i ti d l’

Avec la participation de l’

Réduire les émissions par les sols du gaz à effet de serre N O

du gaz à effet de serre, N ₂ O

C th i Hé lt Pi C lli M i Hélè J ff B d Ni l d t Cé il R lli Catherine Hénault, Pierre Cellier, Marie-Hélène Jeuffroy, Bernard Nicolardot, Cécile Revellin

INRA, UMR 1229 INRA-Université de Bourgogne, Microbiologie du Sol et de l’Environnement, Dijon , g g , g , j INRA, UMR 1091 INRA-AgroParisTech, Environnement et Grandes Cultures, Thiverval- Grignon INRA, UMR 211 INRA-AgroParisTech, Agronomie, Thiverval-Grignon

Agrosup Dijon Département "Agronomie et Environnement", UMR 1210 INRA-Agrosup-Université de Bourgogne

Contribution des différents secteurs d’activité é i i d G à Eff t d S

aux émissions de Gaz à Effet de Serre

GAZ PRG (100 ans)

CO

1

Contribution des différents secteurs d'activité aux émissions des GES (protocole de Kyoto),

en France métropolitaine ^CO

1

CH

23

N

O 296

Transformation

en France métropolitaine

d’après IPCC, 2006 d’après IPCC, 2006 Transformation

énergie 13%

Industrie manufacturière Transports

26%

manufacturière 23%

Résidentiel Tertiaire 19%

Agriculture sylviculture

19%

CO

CH

_19%

N

O

Rencontres de Blois: les 25 et 26 novembre 2009

« Fertilisation raisonnée et analyse de terre: Quoi de neuf en 2009? »

source : CITEPA / CORALIE / FORMAT SECTEN – Mise à jour février 2008

Hénault, Cellier, Jeuffroy, Nicolardot, Revellin

Principales sources de GES en Agriculture

INTRODUCTION- BASES SCIENTFIQUES – CADRE GENERAL DES MESURES – EXEMPLES - CONCLUSIONS INTRODUCTION- BASES SCIENTFIQUES – CADRE GENERAL DES MESURES – EXEMPLES - CONCLUSIONS

PRG national

CO

(70 %) CH

(12 %) N

0 (15 %)

Déchets et énergie (30 %)

Agriculture (70 %) Sols (2 %)

Agriculture (76 %)

Sols (90 %)

Industrie et énergie (24 %)

Déjections (30 %)

Fermentation entérique (67 %)

( )

Déjections (10 %)

PLAN

{ Bases scientifiques (quelques éléments)

{ Cadre général des mesures pour réduire les émissions de N O par les sols

les émissions de N ₂ O par les sols

{ Quelques exemples concrets

{ Conclusions

Rencontres de Blois: les 25 et 26 novembre 2009

« Fertilisation raisonnée et analyse de terre: Quoi de neuf en 2009? » Hénault, Cellier, Jeuffroy, Nicolardot, Revellin

Mécanismes de production de N ₂ O par les sols

Mé i i bi ti ll t

INTRODUCTION -BASES SCIENTFIQUES – CADRE GENERAL DES MESURES – EXEMPLES - CONCLUSIONS INTRODUCTION -BASES SCIENTFIQUES – CADRE GENERAL DES MESURES – EXEMPLES - CONCLUSIONS

- Mécanismes microbiens essentiellement -

• ATMOSPHERE

NO + N

O N

SOL

NO

NO

NH

dénitrification (anaérobie)

nitrification (aérobie)

Variabilité des émissions de N ² O par les sols à t t l é h ll !

- à toutes les échelles ! -

Variabilité spatiale Variabilité temporelle

Mathieu et al., 2008. UB Sciences. 3:45-51 Laville et al., 1997. Agronomie. 17:375-388

Rencontres de Blois: les 25 et 26 novembre 2009

« Fertilisation raisonnée et analyse de terre: Quoi de neuf en 2009? » Hénault, Cellier, Jeuffroy, Nicolardot, Revellin

Déterminisme des émissions de N ₂ O par les sols : V i bilité d é i i f ti d it ti

INTRODUCTION -BASES SCIENTFIQUES – CADRE GENERAL DES MESURES – EXEMPLES - CONCLUSIONS INTRODUCTION -BASES SCIENTFIQUES – CADRE GENERAL DES MESURES – EXEMPLES - CONCLUSIONS

Variabilité des émissions en fonction des situations

Mé i d d ti d N2O l l

20

1

-

Emissions moyennes par site de mesure

à partir de mesures ponctuelles, répétées au cours de l'année

Mécanismes de production de N2O par les sols

SOL SOL

•

• ATMOSPHEREATMOSPHERE

NO + N₂O N₂

SOL SOL

•

• ATMOSPHEREATMOSPHERE

NO + N₂O N₂

10

2

O, g N ha

j

NO₃^- NO₂^- NH₄⁺ NO₃^- NO₂^- NH₄⁺

dénitrification (anaérobie) nitrification (aérobie)

0

N-N

0

La Saussaye (28) - 1998

Chalons (51) - 1995

Villamblain (45) - 1998

Longchamp (21) - 1995

Arrou (28) - 1998

¾ Etude de la

production de N

O

¾ Etude de la

consommation de N O Réduction rapide Réduction lente

consommation de N

O

de N

O de N

O

Synthèse y

{ Origine microbienne des émissions de N ₂ O par les sols

{ Importante variabilité spatiale et temporelle

{ Explication au moins partielle de cette variabilité dans certains cas

Rencontres de Blois: les 25 et 26 novembre 2009

« Fertilisation raisonnée et analyse de terre: Quoi de neuf en 2009? »

Propositions générales pour réduire les émissions

d N O l t i l

INTRODUCTION - BASES SCIENTFIQUES –CADRE GENERAL DES MESURES – EXEMPLES - CONCLUSIONS INTRODUCTION - BASES SCIENTFIQUES –CADRE GENERAL DES MESURES – EXEMPLES - CONCLUSIONS

de N ₂ O par le secteur agricole

{ Mesures proposées (IPCC, 2007)

z

Meilleure gestion des flux de carbone et d’azote en agriculture

z

Renforcement des absorptions (puits de carbone, …) , puits de N

O)

z

Report ou déplacement des émissions

{ Notre positionnement par rapport à ces mesures

Ö Améliorer l’efficacité de l’utilisation de l’azote à l’échelle de la culture et Ö Améliorer l efficacité de l utilisation de l azote à l échelle de la culture et

du système de culture

Ö Intervenir sur le fonctionnement des processus microbiens

Niveaux d’interventions pour la gestion des

é i i d N O l l

émissions de N ₂ O par les sols

Niveau Échéance

Stratégique Définir des actions > 5  ans

Type et taille des exploitations

Obj tif d ti t/ i t

Action 

D’après Oenema , 1999. Int. N

O Workshop Banff

Objectifs : production et/ou environnement

Tactique Conduite des parcelles Année

Rotation des cultures Systèmes de pâturage

Workshop, Banff, Canada, pp 175- 191

Systèmes de drainage Systèmes d'irrigation

Opérationnel Logistique, décisions Journée ‐ mois

Apports de fertilisants (date et quantité) Apports de fertilisants (date et quantité) Travail du sol

Ö Améliorer l’efficacité de l’utilisation de l’azote à l’échelle de la culture et Ö Améliorer l efficacité de l utilisation de l azote à l échelle de la culture et

du système de culture

Ö Intervenir sur le fonctionnement des processus microbiens

Rencontres de Blois: les 25 et 26 novembre 2009

« Fertilisation raisonnée et analyse de terre: Quoi de neuf en 2009? » Hénault, Cellier, Jeuffroy, Nicolardot, Revellin

Améliorer l’efficacité de l’utilisation de l’azote

E l d t d C t t l 2009

INTRODUCTION - BASES SCIENTFIQUES – CADRE GENERAL DES MESURES – EXEMPLES - CONCLUSIONS INTRODUCTION - BASES SCIENTFIQUES – CADRE GENERAL DES MESURES – EXEMPLES - CONCLUSIONS

Exemple des travaux de Carter et al., 2009

E é i t ti é li é D k Systèmes de culture considérés

¾

Expérimentation réalisée au Danemark

¾

Mesure des émissions de N

O de cultures en blé d’hiver

dans différents systèmes de culture

¾

Systèmes de culture considérés

dans différents systèmes de culture,

à l’aide de la méthode des chambres au sol

Améliorer l’efficacité de l’utilisation de l’azote E l d j t CASDAR 7 175 (UNIP) Exemple du projet CASDAR 7-175 (UNIP)

1 P i i 1. Principe

¾ Introduire une légumineuse en tête de rotation, avec des objectifs

¾ Agronomiques

¾ Environnementaux

¾ Economiques

¾ Rotation proposée : Pois – Colza - Blé

2. Essai en cours

¾ Essai au champ avec mesures ponctuelles des émissions de N

O aux différents stades de la rotation,

aux différents stades de la rotation,

à l’aide de la méthode des chambres au sol

3. Premiers résultats

¾ Emissions de N

O pendant et après la culture de pois du même ordre de grandeur que celles des cultures non fertilisées

¾ Réponse à l’azote du colza différente selon le précédent é

Rencontres de Blois: les 25 et 26 novembre 2009

« Fertilisation raisonnée et analyse de terre: Quoi de neuf en 2009? »

(pois ou blé)

Hénault, Cellier, Jeuffroy, Nicolardot, Revellin

INTRODUCTION - BASES SCIENTFIQUES – CADRE GENERAL DES MESURES –EXEMPLES CONCRETS - CONCLUSIONS INTRODUCTION - BASES SCIENTFIQUES – CADRE GENERAL DES MESURES –EXEMPLES CONCRETS - CONCLUSIONS

SOL SOL

•• ATMOSPHEREATMOSPHERE

NO₃- NO2- NH₄+ NO + N2O N2 SOL

SOL

•• ATMOSPHEREATMOSPHERE

NO₃- NO2- NH₄+ NO + N2O N2

Intervenir sur le fonctionnement des i bi

Modifier les caractéristiques physiques et hydriques des sols par le travail I P i i

processus microbiens

I. Principe

• Favoriser les conditions aérobies dans le sol pour limiter l’activité de dénitrification

II Conditions act elles simplification d t a ail d sol

• Mais, éventuelles interactions avec le devenir de la matière organique

II. Conditions actuelles : simplification du travail du sol

“The potential to mitigate global i ith till

warming with no-tillage

management is only realized when practiced in the long term”

S IX J., OGLE S., BREID F., RICH T. CONANT S IX J., OGLE S., BREID F., RICH T. CONANT R., MOSIER A., PAUSTIAN K.

Global Change Biology (2004) 10, 155–160

Intervenir sur le processus de nitrification Utili ti d’i hibit

I APPROCHE EXPERIMENTALE

Utilisation d’inhibiteurs

E i i d N O è li ti d’ i

SOL SOL

•• ATMOSPHEREATMOSPHERE

NO3- NO2- NH4+ NO + N2O N2 SOL

SOL

•• ATMOSPHEREATMOSPHERE

NO3- NO2- NH4+ NO + N2O N2

I. APPROCHE EXPERIMENTALE

DCD : dicyandiamide, Inhibiteur de l’oxydation

Emissions de N

O après application d’urine  en  sols de prairie

Urée + urine

Urée + urine + DCD (1 application) y

de l’ammonium en nitrites,

commercialisé sous le nom eco-N D’après Di and Cameron 2003

Urée + urine + DCD (1 application) Urée + urine + DCD (2 applications) Urée + urine + DCD (1 appl en mélange)

D’après Di and Cameron, 2003

Soil Use Manag. 19:284-290

II. APPROCHE COMPTABLE

Type d'azote apporté  Quantités Facteur d'émission Emissions directes par les sols dans les sols 10

g N kg N‐N

O/kg N 10

 g N‐N

O

Proposition d’inventaire des  émissions de N

O par les sols 

Fertilisants de synthèse 256 0,01 2,56

Fertilisants de synthèse + eco‐N 54 0,0079 0,4266

Dejections animales 39 0,01 0,39

2

p

agricoles  à l’échelle de la  Nouvelle Zélande

D’après Clough et al., 2007

Rencontres de Blois: les 25 et 26 novembre 2009

« Fertilisation raisonnée et analyse de terre: Quoi de neuf en 2009? »

Fixation azotée 4 0,01 0,04

Résidus de culture 9 0,01 0,09

p g ,

Nutr Cycl Agroecosyst. 78:1-14

Hénault, Cellier, Jeuffroy, Nicolardot, Revellin

Intervenir sur la réduction de N ₂ O en N ₂ :

Utili ti d bi t d Lé i

INTRODUCTION - BASES SCIENTFIQUES – CADRE GENERAL DES MESURES –EXEMPLES - CONCLUSIONS INTRODUCTION - BASES SCIENTFIQUES – CADRE GENERAL DES MESURES –EXEMPLES - CONCLUSIONS

Utilisation des symbiotes des Légumineuses

I. Principe

Mé i d d ti d N2O l l

¾ Intervenir sur la fonction de réduction

de N ₂ O en N ₂ des sols, notamment dans des situations où cette étape est ralentie

Mécanismes de production de N2O par les sols

SOLSOL

•

• ATMOSPHEREATMOSPHERE

NO + N₂O N₂

SOLSOL

•

• ATMOSPHEREATMOSPHERE

NO + N₂O N₂

p

¾ Utiliser des micro-organismes symbiotiques de plantes cultivées

NO₃^- NO2- NH₄⁺ NO₃^- NO2- NH₄⁺

dénitrification (anaérobie) nitrification (aérobie)

¾ Certains rhizobia, symbiotes des

légumineuses possèdent les gènes nosZ

codant pour la synthèse de la N ₂ O réductase codant pour la synthèse de la N ₂ O réductase

Ö Cultiver des légumineuses Cultiver des légumineuses

• inoculées avec des souches d’intérêt (possédant les gènes nosZ)

• sur les sols émetteurs de N ₂ O du fait d’une faible capacité à

Intervenir sur la réduction de N ₂ O en N ₂ :

Utili ti d bi t d Lé i

II. Résultats récemment obtenus

Utilisation des symbiotes des Légumineuses

Sol présentant une faible capacité à

Kr, traceur d’étanchéité d di i if

faible capacité à réduire N₂O en N₂

Rencontres de Blois: les 25 et 26 novembre 2009

« Fertilisation raisonnée et analyse de terre: Quoi de neuf en 2009? »

du dispositif N

O

Hénault, Cellier, Jeuffroy, Nicolardot, Revellin

Réduction des émissions de N ₂ O par le secteur

i l S thè d l

INTRODUCTION - BASES SCIENTFIQUES – CADRE GENERAL DES MESURES – EXEMPLES -CONCLUSIONS INTRODUCTION - BASES SCIENTFIQUES – CADRE GENERAL DES MESURES – EXEMPLES -CONCLUSIONS

agricole : Synthèse des exemples

{ Améliorer l’efficacité de l’utilisation de l’azote à

{ Améliorer l efficacité de l utilisation de l azote à l’échelle de la culture et du système de culture

z

Développement de plantes cultivées qui absorbent et utilisent l’azote plus efficacement

plus efficacement

z

Adaptation des apports d’azote aux besoins de la plante

z

Raisonnement des rotations et/ou des systèmes de culture

I t i l f ti t d

{ Intervenir sur le fonctionnement des processus microbiens

z

Intervenir sur le processus de dénitrification en modifiant les caractéristiques physiques et hydriques des sols

caractéristiques physiques et hydriques des sols

z

Intervenir sur le processus de nitrification

z

Intervenir sur la fonction de réduction de N

O en N

Utili ti d bi t d lé i

{

Utilisation des symbiotes des légumineuses

{

Gestion de la matière organique dans les sols

z

Intervenir spécifiquement sur nit/dénit (forme des fertilisants)

La variabilité spatiale

d é i i d N O l l

des émissions de N ₂ O par les sols : Une opportunité ?

¾ Choix des situations sur lesquelles intervenir prioritairement

¾ Compréhension de l’origine de la variabilité

¾ Compréhension de l origine de la variabilité

Développement de solutions adaptées aux

¾ Développement de solutions adaptées aux conditions locales

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« Fertilisation raisonnée et analyse de terre: Quoi de neuf en 2009? » Hénault, Cellier, Jeuffroy, Nicolardot, Revellin

Développement de solutions adaptées diti l l

INTRODUCTION - BASES SCIENTFIQUES – CADRE GENERAL DES MESURES – EXEMPLES CONCRETS -CONCLUSIONS INTRODUCTION - BASES SCIENTFIQUES – CADRE GENERAL DES MESURES – EXEMPLES CONCRETS -CONCLUSIONS

aux conditions locales : Contraintes supplémentaires

¾ Prise en compte des émissions indirectes

¾ Pas de transfert de pollution, prise en compte des différents GES

compte des différents GES

P ti i é i

¾ Pertinence socio-économique

Merci de votre attention

Rencontres de Blois: les 25 et 26 novembre 2009

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