B. L'ENJEU TRANSVERSAL DU STOCKAGE DU CARBONE DANS LES SOLS
Avoir une approche transversale des questions environnementales en considérant simultanément les questions d' énergie , d'émission de gaz à effet de serre (GES) et de stockage du carbone est essentiel. C'est pourquoi une partie du présent rapport est consacrée à ce dernier point, sachant qu'il faudra toujours privilégier les solutions qui permettent, en même temps, de produire le plus d'énergie , de réduire le plus possible les GES (dont le CO 2 ) , de maintenir la biodiversité et de stocker le plus possible de carbone dans les sols , ce qui est bénéfique pour le changement climatique comme pour l'alimentation .
La question du stockage du carbone dans les sols a fait l'objet de la note scientifique n° 3 de l'Office 127 ( * ) , « Stocker plus de carbone dans les sols : un enjeu pour le climat et pour l'alimentation », réalisée par votre rapporteur Roland Courteau. Le fait de stocker plus de carbone dans les sols présente en effet l'intérêt de compenser les émissions anthropiques de CO 2 mais aussi de renforcer la sécurité alimentaire car le niveau de carbone des sols a des effets majeurs sur la fertilité de ceux-ci et donc sur la productivité agricole . Il est important dans cette partie sur les impacts environnementaux de la production d'énergie dans le secteur agricole de rappeler que l'agriculture est à plusieurs titres un levier essentiel de la lutte contre le réchauffement climatique.
1. Le rôle des sols dans le stockage du carbone
Les sols, importants réservoirs de carbone (C) sous la forme de matière organique (MO), représentent un élément essentiel, bien que longtemps sous-estimé, de la lutte contre le réchauffement climatique et de la sécurité alimentaire.
En effet, bien que les sols soient trop souvent vus comme de simples surfaces, ils forment des volumes aux propriétés physico-chimiques complexes et nécessaires à la vie. Ainsi, leur préservation est importante non seulement à l'échelon local car des évolutions, mêmes faibles, du stock de carbone des sols ont des effets majeurs sur leur fertilité, et donc sur la productivité agricole, mais aussi au niveau global, à travers le cycle mondial des gaz à effet de serre (GES). Le sol est émetteur de GES , sous la forme de dioxyde de carbone (CO 2 ), lorsque les matières organiques s'y dégradent mais, en même temps, il contribue au stockage de carbone lorsqu'elles s'y accumulent, la matière organique des sols étant constituée pour plus de 50 % de carbone.
Dans certaines conditions, le sol peut stocker plus qu'il n'émet . Il y a, au total, plus de carbone dans le sol que dans la végétation qui le recouvre et l'atmosphère réunies, puisqu'il s'agit d'un minimum estimé de 1 500 milliards de tonnes de carbone dans la matière organique des sols mondiaux, soit deux à trois fois le carbone du CO 2 atmosphérique - certaines estimations parlant même de 2 400 milliards de tonnes de carbone dans les sols, alors qu'on ne dénombre que 829 milliards de tonnes de CO 2 atmosphérique.
Flux et stocks de carbone
Source : Castagnon/IPCC.
2. Le jeu complexe de variables multiples
Le climat influe sur la teneur en carbone organique des sols en jouant sur les entrées, à travers la productivité végétale par exemple, et sur les sorties, par l'intermédiaire de l'activité biologique et de l'érosion. Le sol fait figure d'acteur-clé dans les cycles biogéochimiques du carbone. Les flux de carbone dans les sols dépendent de nombreux facteurs : nature des écosystèmes ; nature et quantité des apports de matières organiques ; activité biologique dont dépendent à la fois l'humification et la minéralisation, l'équilibre entre les deux étant principalement fonction des conditions physicochimiques, de la température et des possibilités de liaisons entre les matières organiques et des particules minérales. L'augmentation de la température, la diminution de l'humidité des sols ou encore le travail mécanique du sol favorisent la minéralisation.
Les sols sont marqués par une grande diversité : la quantité maximale de matière organique qui y est contenue peut fluctuer fortement d'un écosystème à un autre, suivant les variations des différents facteurs évoqués. Selon la nature du sol et son usage, le stockage de carbone dans les sols est très inégal : entre tourbières, sols forestiers, sols agricoles, ou encore sols dégradés, artificialisés, voire imperméabilisés, les écarts sont grands 128 ( * ) .
Stock de carbone dans les sols selon l'usage
Source : Ademe (valeur pour les 30 premiers cm de sol).
Le temps de résidence du carbone dans le sol est en moyenne de quelques décennies mais il est très variable puisqu'il peut aller, pour un même sol, de quelques heures à plusieurs millénaires, sous l'effet de plusieurs facteurs 129 ( * ) . Ce temps est augmenté par l'association de la matière organique aux particules minérales du sol, en particulier aux argiles, car elles assurent une protection physique et physicochimique vis-à-vis des micro-organismes décomposeurs 130 ( * ) . La protection physique des matières organiques est un processus dont l'amplitude est complexe à estimer, et qui est susceptible d'être affectée par les pratiques culturales comme par les changements climatiques. Ainsi, un broyage fin des agrégats du sol s'accompagne d'une minéralisation accrue du carbone organique. Favorisée par le travail mécanique et l'absence de couverture végétale, l'érosion est, sous l'effet du ruissellement, un facteur de destruction des sols et de perte de MO.
La dégradation des sols , par destruction du complexe organo-minéral ou par érosion, réduit leur capacité à stocker le carbone et leur rendement de produits agricoles et forestiers. Elle aboutit, au pire, à la désertification. Il faut pourtant plusieurs milliers d'années pour « faire un sol » 131 ( * ) . Le sol est donc une ressource non renouvelable à l'échelle de temps des activités humaines 132 ( * ) . Aujourd'hui, 25 % des sols de la planète sont fortement dégradés (41 % pour les sols cultivés) auxquels s'ajoutent chaque année 12 millions d'hectares supplémentaires. L'artificialisation des sols 133 ( * ) a pour conséquences : leur imperméabilisation 134 ( * ) (ils ne rendent alors plus d'autre service que de supporter les constructions et les voies de transport), la fragmentation des milieux et une atteinte à la biodiversité, un mitage de l'espace agricole et une moindre régulation des flux d'eau (aggravation des inondations) et des températures chaudes en ville.
L'épaisseur du sol est elle aussi très diverse , puisqu'elle peut aller de quelques centimètres à quelques mètres tout en jouant un rôle essentiel, mais différencié, selon sa profondeur et sa nature physicochimique dans les cycles de l'eau, du carbone, du phosphore et de l'azote. L'utilisation des sols pour stocker davantage de carbone, grâce aux matières organiques qu'ils contiennent, rend nécessaire d'évaluer le niveau maximal de matières organiques qu'un sol peut contenir, sachant que ce niveau dépend de nombreux facteurs : du bilan humidification/minéralisation, des apports de matières organiques et de destruction de l'humus à la suite de sa minéralisation, mais aussi de son épaisseur (les apports de matières organiques y sont intégrés), de sa minéralogie ou, encore, de la granulométrie de ses particules (argiles, limons, sables...).
Les méthodes de quantification du carbone dans le sol relèvent de deux types : des méthodes de laboratoire, dites « classiques », qui s'appuient sur la combustion sèche ou l'oxydation sulfochromique d'un échantillon de sol, et des mesures spectroscopiques (ultraviolet-visible et infrarouges), d'utilisation plus récente pour ce qui concerne la quantification du carbone du sol. Ces mesures reposent sur le traitement du spectre de réflectance du sol qui dépend, entre autres paramètres influents, de sa teneur en matière organique. Les résultats varient selon les différentes profondeurs de sol retenues : 30 ou 40 premiers centimètres, un mètre, deux mètres...
En France, les sols agricoles et forestiers (environ 80 % du territoire) stockent actuellement 4 à 5 Gt de carbone (soit 15 à 18 Gt de CO 2 ) dont près d'un tiers dans la biomasse (arbres principalement) et plus des deux tiers dans les sols au sens strict, et toute variation positive ou négative de ce stock influe sur les émissions nationales de GES. Pour mémoire, ces émissions sont estimées à 0,5 Gt CO 2 éq/an (valeur 2011). Les dynamiques d'évolution des stocks de carbone dans nos sols présentent cependant de fortes incertitudes.
Une étude réalisée en 2019 par l'INRAE pour l'Ademe a permis d'enrichir et d'actualiser ces données 135 ( * ) :
Source : INRAE.
Stocker plus de carbone dans les sols présente un intérêt pour compenser les émissions anthropiques de CO 2 face au réchauffement climatique et pour la sécurité alimentaire car la présence accrue de matière organique améliore la structure physico-chimique du sol, sa résistance à l'érosion et sa fertilité, donc le rendement des cultures.
L'amélioration des connaissances scientifiques sur le stockage du carbone dans les sols, en particulier sur l'âge du carbone stocké et les cycles biogéochimiques à différentes échelles de temps et d'espace, reste nécessaire. En effet, selon le contexte, une même pratique favorable au stockage de carbone n'engendre pas le même effet. Par exemple, les tourbières, certaines prairies ou forêts approchent déjà un niveau de stockage maximal. Les efforts ne pourront donc porter que sur une partie des sols. L'étude précitée de l'INRAE pour l'Ademe a permis de préciser ces enjeux.
Par ailleurs, la saturation ou niveau maximal de capacité de stockage globale demeure incertaine. Un stockage additionnel de carbone ne serait donc qu'une solution pertinente à moyen terme, limitée dans le temps, car les sols atteindraient un nouvel équilibre après quelques décennies jusqu'à saturation de leurs capacités (la durée d'atteinte de ce nouvel équilibre peut être de 20 ans comme de plus de 100 ans, selon les conditions).
De plus, stocker plus de carbone suppose une disponibilité accrue d'azote (N) et de phosphore (P) pour permettre la croissance des végétaux et pour stabiliser la MO, ce qui - pour éviter des engrais de synthèse - plaide pour le recyclage des effluents et la culture de légumineuses 136 ( * ) . L'émission d'autres GES, comme le méthane (CH 4 ) et les oxydes d'azote (NO x ), doit être surveillée, afin qu'un effort en matière de stockage de carbone dans les sols ne conduise pas à les augmenter 137 ( * ) .
3. Les perspectives politiques et de recherche
La réflexion internationale se poursuit depuis le protocole de Kyoto, qui vise à augmenter les puits de carbone 138 ( * ) et a complété en 1997 la Convention-cadre des Nations unies sur les changements climatiques (CCNUCC), adoptée lors du Sommet de la Terre à Rio de Janeiro en 1992. Le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) intègre de plus en plus le rôle des sols dans ses analyses, à l'image de trois de ses rapports spéciaux récents portant sur le réchauffement de 1,5°C, les changements climatiques et les océans et la cryosphère et, enfin, les liens entre le changement climatique, la désertification, la dégradation des terres, la gestion durable des terres, la sécurité alimentaire et les flux de GES dans les écosystèmes terrestres. La FAO a conduit un travail spécifique sur le sujet 139 ( * ) .
L'Union européenne, qui s'est engagée à réduire d'ici à 2030 d'au moins 40 % ses émissions de GES par rapport à 1990, donne une place grandissante au stockage du carbone dans les sols : le règlement européen « LULUCF » (pour land use, land use change and forestry ) fait du carbone des sols l'un des objectifs de l'Union en matière climatique ; le projet de directive sur la protection des sols , aujourd'hui abandonné, avait identifié en 2006 la diminution de la MO des sols comme l'une des huit menaces contre lesquelles lutter, la mission « Soil health and food » en cours dans le cadre d'Horizon Europe et du Pacte vert pourrait ressusciter un projet de directive du même ordre ; et, depuis 2017, les mesures agro-environnementales et climatiques (MAEC) de la politique agricole commune (PAC) sont enrichies d'une MAEC « sols » , visant la réduction du travail du sol, la mise en place de couverts végétaux et la diversification des rotations culturales dans le but, notamment, d'accroître la MO des sols 140 ( * ) .
En France, la politique d'atténuation du changement climatique s'incarne comme il a été vu dans le présent rapport dans la stratégie nationale bas carbone 141 ( * ) (SNBC), la stratégie pour la bioéconomie et la stratégie nationale de mobilisation de la biomasse 142 ( * ) (SNMB) prévues par la loi relative à la transition énergétique pour la croissance verte (LTECV) du 17 août 2015. La SNBC a recours au label « bas carbone » et la SNMB inclut un volet sur la séquestration du carbone. La question est sensible car la SNMB pourrait avoir de nombreuses incidences négatives sur l'enjeu de protection de la qualité des sols : la valorisation économique de la biomasse est souvent supérieure au maintien des sols en l'état, faute d'incitations spécifiques (dans le cas où prélever plus de bois s'accompagne d'une promotion de l'agroforesterie, cette valorisation peut toutefois être bénéfique). La tendance à l'artificialisation du foncier agricole et le développement d'usages non alimentaires de la biomasse issue de l'agriculture et de la forêt impliquent une vigilance particulière sur les conflits d'usages qui peuvent être engendrés. La mise en oeuvre nationale de l'initiative « 4 pour 1 000 » sera donc à suivre avec attention et nécessitera un effort en matière de recherche sur un plan national, européen et international 143 ( * ) .
En 2020, est lancé le programme européen sur la gestion durable des sols agricoles ( European Joint Programming Cofund on Agricultural Soil Management ou EJP SOIL) « Vers une gestion climato-intelligente et durable des sols agricoles », coordonné par Claire Chenu de l'INRAE. Il s'agit d'un programme d'envergure de 5 ans, avec 26 partenaires dans 24 pays européens. Son principal objectif est de créer un environnement de recherche propice à l'amélioration de la contribution des sols agricoles aux défis sociétaux clés. Pour cela, il développera et déploiera une feuille de route de recherche sur les sols agricoles. Cette feuille de route sera élaborée conjointement avec des acteurs de la gestion des sols agricoles, des acteurs des politiques publiques et la communauté scientifique. Le programme soutiendra le développement de connaissances en organisant des appels d'offres internes (au sein de son consortium) ou externes. L'harmonisation et le développement d'informations spatialisées sur les sols y occupent une place essentielle. Les activités de partage et de transfert des connaissances seront axées sur le renforcement des capacités des jeunes scientifiques, l'échange entre communauté scientifique et agriculteurs et la sensibilisation du grand public.
L'initiative « 4 pour 1 000 »
Lancée le 1 er décembre 2015 dans le cadre de la Cop21, cette initiative ambitieuse vise à contribuer à compenser les émissions nettes de CO 2 dans l'atmosphère à l'échelle mondiale (4,3 milliards de tonnes de carbone par an), par une augmentation annuelle de 0,4 % ou 4 pour 1 000 du stock de carbone des sols . Cette cible représente, selon le mode de calcul, 3,4 milliards de tonnes de carbone sur un total de 860 milliards dans les 40 premiers cm de sol, ou 6,3 milliards sur un total de 1 580 milliards dans le premier mètre de sol. Ces deux résultats différents expliquent une partie des controverses autour de l'initiative.
Cette initiative pour le climat et la sécurité alimentaire vise à fédérer les acteurs publics et privés volontaires (États, collectivités, entreprises, organismes de recherche, ONG...). Elle regroupe environ 150 membres dans un consortium, dont le président est Ibrahim Mayaki et le vice-président Stéphane Le Foll, et 281 partenaires réunis dans un forum consultatif. Elle s'appuie aussi sur un comité scientifique et technique (CST) de quatorze membres dont les membres français sont Claire Chenu , professeur à AgroParisTech, et Jean-François Soussana, vice-président de l'INRAE.
La France est particulièrement engagée dans la mise en oeuvre de l'initiative, avec un projet agro-écologique national, à travers des projets et des recherches, et un suivi du « 4 pour 1 000 France » autour de l'INRAE, de l'Ademe et d'Arvalis, dans le but d'identifier les pratiques agricoles et sylvicoles adaptées, d'évaluer leur coût, de chiffrer et de cartographier le potentiel de stockage, de quantifier les autres effets induits (rendement, émissions d'autres GES, lessivage de nitrate, consommation d'eau...), d'identifier les freins à l'adoption et de proposer des politiques incitatives.
L'objectif mondial de stockage fixé par l'initiative est élevé et sera difficile à évaluer chaque année. Il doit donc plutôt être vu comme un horizon vers lequel tendre, en complément des efforts de réduction globale des émissions de gaz à effet de serre.
Source : OPECST.
* 127 Cf. les liens vers cette note scientifique sur les sites du Sénat et de l'Assemblée nationale :
https://www.senat.fr/fileadmin/Fichiers/Images/opecst/quatre_pages/OPECST_2018_0012_note_stockage_carbone_sols.pdf
Une version anglaise de cette note scientifique est aussi disponible au lien suivant :
* 128 Les tourbières ne couvrent que 3 à 5 % des terres émergées mais contiendraient ainsi 30 % du carbone organique total de tous les sols. Leur potentiel de stockage supplémentaire est très faible. À l'inverse, le potentiel de séquestration du carbone est estimé à 1,4 Gt C/an pour les sols agricoles et à plus de 2 Gt C par an pour les autres sols, dont la forêt et l'agroforesterie pour lesquelles un tiers du carbone additionnel serait stocké dans les sols.
* 129 Parmi ces facteurs peuvent être mentionnées la composition de la matière organique et diverses conditions locales (température, humidité, aération, érosion...).
* 130 La capacité des minéraux à protéger la matière organique de la minéralisation, grâce aux liaisons organominérales, est une variable déterminante car elle affecte fortement les vitesses de minéralisation (une partie des matières organiques n'est pas biodégradée à la vitesse à laquelle sa nature chimique le permettrait).
* 131 Ces évaluations sont démontrées par les reconstitutions paléoclimatiques et l'étude des sédiments lacustres.
* 132 Selon le rapport spécial du GIEC sur les terres d'août 2019, l'érosion des sols provenant des sols agricoles est actuellement de 10 à 20 fois (sans travail du sol) à plus de 100 fois (travail conventionnel du sol) plus élevée que le taux de formation du sol.
* 133 L'INRAE et l'Ifsttar ont conduit une expertise scientifique sur l'artificialisation des sols, publiée en décembre 2017 : https://inra-dam-front-resources-cdn.brainsonic.com/ressources/afile/420284-12ef6-resource-artificialisation-des-sols-rapport-en-francais.pdf
* 134 Un sol artificialisé risque de devenir un sol imperméabilisé, de manière irréversible. L'imperméabilisation induit une transformation profonde des sols, porte atteinte à la biodiversité et diminue considérablement les stocks de carbone dans la végétation et les sols. Après un pic de 830 km² par an entre 2006 et 2008 (+ 1,8 % par an), les surfaces artificialisées en France ont crû de 540 km² par an entre 2008 et 2014 (+ 1,1 % par an). Selon la méthode de calcul utilisée, l'estimation de la surface artificialisée varie de 5,6 % à 9,3 % du territoire national. L'enjeu est de limiter l'artificialisation nette des sols, de limiter l'imperméabilisation des espaces artificialisés et de compenser autant que possible l'artificialisation, tout en assurant la capacité à répondre aux besoins sociaux, notamment en matière de logement.
* 135 Cf. https://www.inrae.fr/sites/default/files/pdf/etude-4-pour-1000-resume-en-francais-pdf-1.pdf
* 136 Comme les arbres, les légumineuses présentent l'intérêt de fixer davantage l'azote atmosphérique dans les sols.
* 137 L'agriculture devra d'autant plus veiller à maîtriser ses émissions d'autres GES que les pratiques tendant à augmenter le stockage du carbone dans les sols pourraient avoir des effets indésirables au niveau des exploitations, comme des émissions de méthane et d'oxydes d'azote ou, encore, la diffusion de nitrates. Pour mémoire, l'agriculture et la forêt représentent d'ores et déjà 20 % des émissions nationales de GES : 10 % pour le protoxyde d'azote (N 2 O), sous l'effet des engrais azotés ; 8 % pour le méthane (CH 4 ), lié à l'élevage, et 2 % pour le dioxyde de carbone (CO 2 ), en raison de l'usage d'énergie fossile.
* 138 Le protocole de Kyoto prévoit de limiter les émissions de GES et, notamment, d'augmenter les puits de carbone. Les conférences des parties de Bonn, de Marrakech et de Durban ont inclus la possibilité de comptabiliser les stocks de carbone des sols.
Cf. http://unfccc.int/portal_francophone/essential_background/kyoto_protocol/items/3274.php
* 139 Cf. le rapport de la FAO « Unlocking the Potential of Soil Organic Carbon » à la suite de la Conférence internationale sur le carbone organique du sol (21-23 mars 2017) :
http://www.fao.org/documents/card/en/c/25eaf720-94e4-4f53-8f50-cdfc2487e1f8/
* 140 Cette MAEC est facultative : seules les régions qui le souhaitent la mettront en place.
* 141 « Stratégie nationale bas carbone » 2015. Pour mémoire, l'objectif inscrit dans la loi TECV est la diminution des émissions de gaz à effet de serre à hauteur de 40 % en 2030 et de 75 % en 2050, par rapport à 1990.
* 142 Cf. l'arrêté du 26 février 2018 portant publication de la stratégie nationale de mobilisation de la biomasse https://www.ecologique-solidaire.gouv.fr/biomasse-energie
* 143 Un effort de coordination de la recherche internationale et européenne sur le stockage du carbone dans les sols est visible autour de l'initiative CIRCASA (« Coordination of International Research Cooperation on soil CArbon Sequestration in Agriculture »). Ce projet est notamment financé par le programme « Horizon 2020 » de l'UE, avec le groupe consultatif pour la recherche agricole internationale (GCRAI ou CGIAR en anglais). De plus, la France et l'Europe ont investi dans de grandes infrastructures de recherche sur l'étude et la surveillance des sols et les échanges de gaz et d'énergie entre les sols et l'atmosphère ou les eaux dans le cadre des changements environnementaux : ICOS (Integrated Carbon Observation System https://icos-france.fr/ ) , AnaEE (Analysis And Experimentation On Ecosystems https://www.anaee-france.fr/ ) et OZCAR (Observatoires de la Zone Critique, application et recherche https://icos-france.fr/ ), coordonnées par l'Alliance nationale de recherche pour l'environnement (AllEnvi). L'initiative « 4 pour 1 000 » contribue aussi à ces recherches (cf. https://www.4p1000.org/fr ).