Chapitre 5
Conséquences et impacts principaux de la séquestration du carbone

La séquestration du carbone et une augmentation de la matière organique du sol auront un impact direct sur la qualité et la fertilité du sol. Il y aura aussi des effets positifs majeurs sur l’environnement et sur la résilience et la durabilité de l’agriculture.

Qualité et fertilité du sol

Comme nous l'avons déjà mentionné, la matière organique a des fonctions biologiques, physiques et chimiques essentielles dans les sols. La teneur en matière organique est généralement considérée comme l'un des principaux indicateurs de la qualité du sol, tant pour l'agriculture que pour les fonctions environnementales.

La matière organique est d'un intérêt particulier pour les sols tropicaux (excepté pour les vertisols)qui contiennent de l'argile à très faible capacité d'échange des cations. La capacité d'échange des cations augmente en général en fonction de l'augmentation de la matière organique (figure 12). La biodisponibilité d'autres éléments importants, comme le phosphore, sera améliorée, et la toxicité d'autres éléments peut être inhibée par la formation de chélate ou autres liaisons, par exemple, l'aluminium complexé par la matière organique (Robert, 1996a).

En agriculture à faibles intrants en éléments nutritifs des plantes, le recyclage d'éléments nutritifs (N, P, K et Ca) par la décomposition graduelle des résidus des plantes et des cultures est d'une importance cruciale pour la durabilité (Sanchez et Salinas, 1982; Poss, 1991).

Concernant les propriétés physiques, la matière organique et les organismes vivants associés jouent un rôle dans l'agrégation du sol à différentes échelles de l'organisation du sol (Tisdall et Oades, 1982; Robert et Chenu, 1991), aux échelles micro et macro. Les processus d'agrégation et de la séquestration du carbone sont fortement associés (Golchin et al., 1994; Angers et Chenu, 1998).

De nombreuses propriétés dépendent de la structure du sol et de sa stabilité, la rétention de l'eau et sa disponibilité pour les plantes, le taux d'infiltration, enfin la résistance à l'érosion et aux autres processus physiques de dégradation.

Dans le cas de l'érosion, une corrélation a été établie entre la diminution de la matière organique du sol et le développement de l'érosion mais évidemment la texture du sol intervient également. Toute la gestion des cultures pour la séquestration du carbone favorise également la couverture du sol et limite le labour prévenant ainsi l'érosion par le vent et l'eau. Ce sera la principale conséquence des nouvelles pratiques.

Impacts sur l'environnement

La séquestration du carbone dans les sols agricoles contrebalance le processus de la désertification par le rôle de la matière organique accrue dans la stabilité structurale (résistance à l'érosion du vent et de l'eau) et la rétention de l'eau, et le rôle essentiel de la couverture de surface du sol par les plantes, les débris de plantes ou le paillis pour prévenir l'érosion et augmenter la conservation de l'eau.

La matière organique, augmente la qualité du sol, protège aussi l'environnement par la fixation des polluants (tant organiques comme les pesticides, que minéraux, comme les métaux lourds ou l'aluminium) avec, en général, une diminution de leur toxicité.

La qualité de l'air est principalement concernée par la diminution de concentration de CO2, mais il faut accorder de l'attention aux autres gaz à effet de serre, en particulier le méthane et l'oxyde nitreux (CH4 et N2O). Le principal facteur du sol contrôlant leur genèse est l'anaérobiose (réduction du sol), qui est généralement liée à l'hydromorphie. Quand les pâturages ou les parcours sont augmentés, l'émission de méthane par le bétail doit être également prise en considération.

Dans certaines conditions et selon les conditions climatiques (zone humide), ou les propriétés du sol (teneur élevée en argile), N20 peut être formé. Par conséquent, il faut faire un bilan des émissions de gaz.

La culture du riz inondée représente le système le plus complexe relatif à la séquestration du carbone. Si la matière organique est accumulée dans le sol de rizières, CH4 se forme aussi. L'effet de serre du méthane est bien plus grand que celui de CO2. La stratégie habituelle pour prévenir la formation de CH4 est de réduire la durée de saturation en eau de sorte que la matière organique soit moins protégée de la minéralisation en CO2. Etant donné ces effets variés, il semble très difficile pour le moment de gérer conjointement la production du riz de bas fond et la séquestration du carbone.

Les développements récents en agriculture de conservation dans les systèmes de rotation riz-blé sont très positifs, et les rendements en riz peuvent être maintenus ou améliorés en diminuant la durée de saturation d'eau, et ceci avec des économies d'eau majeures durant la période de croissance du riz. Cette nouvelle méthode a été validée par les agriculteurs sur plusieurs milliers d'hectares dans certains pays, dont l'Inde et le Brésil.

Les zones humides et marécages naturels ont des conditions anaérobies semblables avec une plus petite émission de CH4 que les rizières et un plus grand potentiel pour la séquestration du carbone, qui peut produire la formation de tourbe. Ils ont aussi d'autres avantages environnementaux, donc ils devraient être protégés. Mais ce ne serait pas réaliste d'espérer une augmentation rapide de leur surface.

La qualité de l'eau est aussi améliorée par la réduction de l'érosion, du ruissellement de l'eau et des polluants. Dans le cas spécifique du labour de conservation, une forte minéralisation de la matière organique avec formation de nitrate est évitée ou minimisée.

Les changements dans l'utilisation du sol et la gestion du sol ont aussi un effet important sur la répartition des précipitations entre le ruissellement et le stockage et l'infiltration, avec augmentation de cette dernière dans les conditions de prairie, forêt, et labour de conservation avec couverture du sol. La couverture du sol préviendra l'érosion. Par conséquent, même si un peu de ruissellement se produit encore, l'eau sera dénuée de particules associées à des polluants (oligo-éléments minéraux, P04). La pollution par des produits solubles diminuera aussi suite à la diminution du ruissellement. C'est l'une des bases des conditions écologiques de la loi agricole aux Etats-Unis depuis 1996. Avec ces changements de pratiques, le défi pour la qualité de l'eau peut être satisfait. Une fois que les changements auront eu lieu dans de grandes zones, la fréquence et la sévérité des crues peuvent aussi décliner.

Les effets d'un changement des pratiques agricoles pourraient ainsi se faire sentir à différentes échelles. L'effet global de l'augmentation de la matière organique dans le sol est également une amélioration de la capacité et la résistance du sol aux différents genres de dégradation ou stress.

Biodiversité et fonctionnement biologique du sol

Les changements de la biodiversité sont évidents quand il y a déboisement ou lorsque l'on passe de la prairie à la culture. Lors des reboisements, ils vont dépendre du type de forêt établi. Des systèmes d'agroforesterie bien gérés impliquent aussi une biodiversité importante. Généralement la biodiversité des mammifères est préservée en référence à la forêt, mais le nombre d'espèces d'oiseaux et de végétaux diminuent respectivement de moitié et d'un tiers (420 à 300), (IPCC, 2000). L'ICRAF parle d'une mosaïque de zones, chacune composée de nombreuses niches qui constituent un système favorable pour la biodiversité.

La plupart des systèmes de cultures intensives ont conduits dans le passé à une diminution importante de la biodiversité, ceci parallèlement à la décroissance de la matière organique par la culture et l'utilisation des pesticides (Rovira, 1994).

Pour les sols cultivés en permanence, l'augmentation de la biodiversité relative à l'augmentation de la matière organique concerne principalement la biodiversité du sol (Copley, 2000). La figure 13 présente une organisation hiérarchique de la biodiversité du sol qui dépend directement de l'apport de matière organique fraîche et des pratiques agronomiques.

Cette biodiversité se répartit depuis le gène, les micro-organismes, la faune, jusqu'aux organismes situés au-dessus du sol. La quantité de bactéries présentes peut augmenter de plusieurs ordres de grandeur (103 à 1012) aussitôt qu'une source de matière organique est présente en abondance. En ce qui concerne l'effet sur la biodiversité microbienne, on manque encore de données, car seulement 5 à 10 pour cent des espèces de la microflore du sol sont connus. En utilisant les nouvelles techniques issues de la biologie moléculaire, il est maintenant possible d'évaluer beaucoup mieux la biodiversité spécifique ou interspécifique des micro-organismes.

Le non-labour semble favoriser le développement des champignons qui sont très actifs dans l'agrégation du sol.

Quand la matière organique fraîche (paillis ou résidus des plantes) est présente à la surface du sol, il y a une augmentation dans les différentes catégories de la faune, principalement des décomposeurs. Les chaînes utilisant les détritus alimentaires seront stimulées (Hendricks et al., 1986) (bactéries champignons, micro-arthrodes nématodes, enchytraeides, macro arthrodes). Les vers de terre, les termites et les fourmis, qui sont les principaux groupes composant la macrofaune (> 1 cm), sont souvent appelés les ingénieurs du sol à cause de leur rôle majeur dans la porosité et la structure du sol (biopores). Leur nombre augmente généralement avec une augmentation de la matière organique (figure 14) et une réduction des perturbations du sol (pas de labour); ils sont de bons indicateurs de la qualité biologique du sol (Lavelle, 2000; Lobry de Bruyn, 1997) et ils ont un rôle fondamental à jouer dans l'agriculture de conservation. Par exemple, ils sont indispensables pour assurer la distribution à travers le sol jusqu'à plus d'un mètre) de la matière organique accumulée en surface.

Dans l'état actuel des connaissances, on peut dire qu'une augmentation de la séquestration du carbone entraîne une augmentation de la biodiversité opérationnelle et un fonctionnement biologique du sol plus efficace, alors qu'ils sont habituellement très bas dans la plupart des sols agricoles cultivés. La biodiversité au-dessus du sol dans les systèmes de culture (végétation, oiseaux...) dépend aussi du type de gestion, mais on manque encore de données à ce sujet.

D'une manière générale des études sont à poursuivre pour distinguer le rôle des 3 facteurs importants sur la biodiversité: l'apport de matière organique ou de résidus de culture, le labour et l'influence des traitements pesticides qui peut être parfois prépondérante.

Toutes les conséquences et bénéfices de cette méthode doivent être appréciés relativement à la durabilité de l'agriculture, même relativement aux réservoirs de gènes et à la lutte biologique contre les ravageurs.

Bénéfices pour les agriculteurs

Les agriculteurs ne sont pas toujours sensibles à la seule qualité du sol, à moins qu'il y ait d'autres avantages tangibles.

Par contre la conservation du sol et la prévention de la dégradation du sol sont de plus en plus perçus comme des bénéfices concrets. La matière organique du sol est aussi équivalente à une certaine quantité d'éléments nutritifs et retiendra de l'eau supplémentaire. Tous ces bénéfices ont été évalués pour les agriculteurs des Etats-Unis (Lal et al., 1998a).

Relativement au labour et non-labour, les agriculteurs peuvent gagner sur le plan du temps de travail, de l'énergie et des coûts des équipements : ce sont des avantages directs qui peuvent être évalués. En France et en Europe ce sera un élément essentiel.

Les agriculteurs devront lutter dans tous les cas contre les ravageurs, mais avec une qualité de sol plus élevée, on peut attendre que les cultures soient en général, en bonne santé et plus résistantes.

Les systèmes agroforestiers bien gérés peuvent être viables d'un point de vue économique. Quelques exemples sont bien connus, comme le café, le cacao, le poivre, les arbres fruitiers ou les palmiers. Pour les sols cultivés agricoles l'agriculture de conservation au sens large constitue un nouveau système à mettre au point au niveau de chaque région.

Pour les pays du Sud, on peut normalement attendre des accroissements de rendement ne serait-ce que par un meilleur recyclage et utilisation des éléments nutritifs. Pour les pays développés et par rapport à une agriculture intensive telle qu'elle est pratiquée en Europe, on cherche surtout un maintien de la production.

Par conséquent, afin de réaliser une situation doublement gagnante, d'autres bénéfices devront être ajoutés. Ils peuvent provenir de sources variées comme les conventions ou l'intervention politique (Izac, 1997), sur la base de bénéfices comme ceux dont la liste est dressée dans la figure15.

Le marché du carbone

Il est important de développer le système afin qu'une valeur économique soit donnée (comme pour les produits négociables) à la quantité de carbone séquestré (la valeur actuelle est de 25 dollars par tonne de carbone) à travers l'application du Protocole de Kyoto et du mécanisme du développement propre (CDM)

Les activités accessoires à l'article 3.4 du Protocole de Kyoto ont été approuvées par la conférence de Bonn et pourront être appliquées aux pays en voie de développement.

Le marché du carbone ou les systèmes d'échange ont débutés durant l'année 2000. Il y trois moyens de calculer la valeur du carbone dans de tels systèmes d'échange et de vente:

1. La première est d'attribuer une valeur au travers du calcul de coûts externes de chaque tonne de carbone émise dans l'atmosphère, en déterminant des dommages au travers les coûts d'adaptation ou de lutte.

2. La deuxième option est de calculer le coût d'implémentation des projets qui pourraient aboutir à une certaine réglementation spécifique par exemple pour le protocole de Kyoto.

3. La troisième est de déterminer quelles industries sont prêtes à payer en contrepartie de leurs émissions de carbone. Les compagnies sont en effet prêtes à anticiper le risque de futures contributions pour appliquer les réglementations sur les émissions de carbone.

Les externalités du carbone ont été évaluées en Europe à 95 dollars EU par tonne, en utilisant le modèle externe and Open Found (Pearce et al., 1996; Eyre et al., 1997; Holland et al., 1999). Cette estimation est plus élevée que la valeur de 20-28 $ par tonne estimée au début des années 1990. (Frankhauser, 1994; Sala et Paruelo, 1997).

De nombreux systèmes d'échanges ou de marchés du carbone ont été récemment établis pour lesquels les valeurs du crédit de carbone sont fixées à des taux très inférieurs aux coûts réels externes. La gamme est large puisqu'elle va de 1 à 38 dollars EU par tonne de C quoique les valeurs les plus courantes sont de 2,5 à 5 dollars EU. Ces valeurs sont considérablement inférieures aux voeux exprimés par des agriculteurs américains de 100 dollars EU par tonne.

Afin de produire des effets réels sur le changement climatique, les puits devraient devenir permanents. Si la terre soumise à l'agriculture de conservation est labourée, les gains en C du sol et la matière organique peuvent être perdus. Ceci représente un defi pour les systèmes de marchés, puisque la réduction des émissions et des tonnes de carbone séquestrées ne sont pas permanentes. Les systèmes peuvent être réversibles à n'importe quel moment. Les systèmes de marché et d'échange doivent donc tenir compte de ce risque et adapter des valeurs plus faibles à la fois pour le potentiel de séquestration du carbone et les valeurs monétaires affectées. Le risque de réversibilité sera moindre durant la période liée au contrat entre un acheteur et un vendeur de crédits de réduction de carbone, mais la permanence ne sera garantie que s'il y a des changements à long terme des comportements et des attitudes. Avec le temps, les procédures scientifiques et de mesure peuvent évoluer aussi en apportant une plus grande clarté dans les terme du marché.

Les systèmes de vente et d'échange offrent des options nouvelles significatives, mais il est aussi clair que le marché des émissions ne peut pas à lui seul résoudre les problèmes du changement climatique et bien sur la solution exige la réduction des émissions.

Des données perverses sont aussi possibles dans les premières étapes du système de marché, tels que la conversion de forêts natives en monocultures d'arbres à croissance rapide afin d'obtenir en récompense des crédits d'émission; de même le labour de prairies pour les reconvertir en systèmes qualifiés de non-labour.

Quelques systèmes de marché sont résumés dans une publication récente (Pretty et al., 2001). La plupart sont du secteur privé et ne seront pas forcément affectés par les progrès du protocole de Kyoto.

Ce qui est appelé activités additionnelles dans l'article 3.4 du protocole de Kyoto a été approuvé pour les pays de l'annexe 1 mais doivent encore être étendues aux pays en voie de développement. Il s'agit d'un défi réel. Le système nécessitera aussi des développements de réglementations inter-gouvernementales ou gouvernementales avec une approche participative (Benites et al., 1999) et des actions techniques. Pour les pays européens les pratiques qui séquestrent le carbone dans les sols sont déjà prises en charge par les accords de Kyoto (réunion de Bonn) et elles pourront sans doute être considérées pour des financements agro-environnementaux.

Effets du changement climatique

L'accroissement de la teneur atmosphérique en gaz à effet de serre détermine un changement climatique, mais également à une série d'effets complexes et contrastés (Brinkman et Sombroek 1996; Impacts potentiels 2000).

Tous les résultats expérimentaux démontrent qu'une augmentation de la concentration en CO2 dans l'atmosphère induit une augmentation de la biomasse ou de la production primaire nette (NPP) par un effet fertilisant du CO2 qui joue un rôle important dans la photosynthèse et la croissance de la plante. Le gain dans la fixation de CO2 peut-être important dans le cas d'un doublement de la concentration de CO2 (prédite pour l'année 2010). L' augmentation de la production de CO2 entraine également une diminution de la transpiration des stomates ce qui produit une meilleure efficience de l'eau particulièrement pour les plantes en C4. Donc, en ce qui concerne l'eau, l'effet net de CO2 sur la réduction de la transpiration de la plante est favorable (Grégory et al., 1998). Evidemment, pour obtenir un gain de récolte d'autres besoins de la plante nécessitent d'être satisfaits en particulier l'eau disponible et les éléments nutritifs.

En ce qui concerne le carbone, il y aura une augmentation de la séquestration de carbone par la biomasse au dessus du sol et une augmentation corrélative dans les apports du sol provenant des résidus de végétaux et de la croissance et le dépérissement des jeunes racines. Les composés organiques des racines ont un rapport C/N plus élevé et sont plus stables.

Toujours en ce qui concerne la séquestration du carbone, un autre facteur, la température, qui peut augmenter sur une grande partie du globe, va jouer un rôle important. Ainsi ce réchauffement peut provoquer un taux plus élevé de minéralisation par les microbes et un taux plus élevé de la respiration des racines. Cet effet de minéralisation sera importante dans les régions froides où la température est actuellement un facteur limitant facilitant l'accumulation de matière organique. Une émission accrue de CO2 y est prévisible. Mais dans la plupart des autres régions du globe, la séquestration du carbone va augmenter ( Ginkel et al., 1999).

La modélisation peut-être utilisée pour évaluer l'effet du changement climatique sur la séquestration du carbone. Plusieurs résultats récents confirment l'augmentation du taux de croissance des forêts dans les régions tempérées et nordiques, ceci à condition que les conditions du sol ne soient pas limitantes (eau, éléments nutritifs, acidité...).

Pour les régions tropicales, des mesures effectuées en Amazonie montrent un accroissement de biomasse (Phillips et al., 1998) de 0, 62 t/C/ha/an, ce qui pour une surface de 7 milliards d'hectares impliquerait une séquestration de carbone de 0,44 Gt C/an. Les causes explicatives ne sont pas simples car l'influence d'El Niño peut impliquer un accroissement de l'humidité dans la région.