Switchgrass : des racines profondes qui stockent du carbone

Les racines du maïs s’arrêtent en général vers 60 cm de profondeur. Quand on arrache une tige après la récolte, la motte racinaire est serrée, avec seulement quelques centimètres d’enchevêtrement qui restent dans la couche superficielle du sol.

Le switchgrass, lui, ne fonctionne pas ainsi. Cette graminée de prairie, étudiée depuis longtemps pour la production de biocarburants, enfonce ses racines bien plus bas que la plupart des cultures annuelles, parfois jusqu’à dix fois plus profond.

Depuis des années, des scientifiques soupçonnaient que cette profondeur supplémentaire pouvait avoir des effets sur le climat, mais, jusqu’à une étude récente, personne ne l’avait vérifié à grande échelle.

Tests d’un océan à l’autre

Le professeur Eric Slessarev, à l’université Yale (Yale), a dirigé ces travaux avec Erin Nuccio, chercheuse au Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) en Californie.

Leur équipe a confronté le switchgrass aux cultures annuelles à racines peu profondes cultivées juste à côté.

Les 12 sites s’étendaient des Grandes Plaines du Sud jusqu’à la région des Grands Lacs. Chacun comprenait une parcelle de switchgrass âgée de huit à 30 ans, implantée en bordure de maïs, de soja, de blé, ou d’autres cultures en rangs comparables.

Slessarev a lui-même parcouru la plupart de ces sites au volant d’un pick-up, avec une remorque dédiée aux prélèvements.

Au total, l’équipe a extrait plus de 700 carottes de sol, dont certaines prélevées bien au-delà de la couche arable. De retour au laboratoire, les chercheurs ont trié à la main les racines présentes dans chaque échantillon.

Racines profondes du switchgrass

Des cultures annuelles comme le maïs ou le blé développent leurs racines sur environ 30 à 60 cm avant de réorienter leur énergie vers la floraison et la production de graines.

Le switchgrass suit la logique inverse. Ses racines continuent de progresser, s’insinuant dans des horizons que les plantes agricoles ordinaires n’atteignent jamais. Cette profondeur retient l’attention des scientifiques depuis des décennies.

Une publication a estimé qu’environ 12 000 ans d’agriculture ont retiré une part considérable de carbone des sols de la planète, y compris du carbone autrefois stocké trop profondément pour être accessible à la plupart des systèmes racinaires des cultures.

Les graminées vivaces comme le switchgrass gardent leurs racines en place toute l’année et apportent de la matière organique dans ces profondeurs longtemps négligées.

Des travaux antérieurs laissaient penser que cela pouvait compenser une partie de ce que l’agriculture a exporté. Mais, avant cette étude, l’hypothèse n’avait pas été évaluée à grande échelle.

Du carbone sous la surface

Les analyses de laboratoire ont apporté une réponse nette. Les racines de switchgrass contenaient environ 0.22 tons de carbone de plus par acre (0.5 metric tons per hectare) que celles des cultures annuelles voisines.

L’effet s’est révélé remarquablement constant. D’un champ à l’autre, des parcelles sablonneuses du Sud aux argiles plus lourdes du Nord, la graminée accumulait à peu près la même quantité supplémentaire de carbone dans les racines.

« C’est le jour et la nuit », a déclaré Slessarev. Une étude antérieure avait montré que les racines vivantes transfèrent davantage de carbone vers le sol que les feuilles tombées.

Dans les couches supérieures, le carbone du sol avait aussi tendance à être plus élevé sur la plupart des sites, même si ce résultat n’était pas jugé définitif.

Aucun coût caché

Au départ, une inquiétude subsistait. Quand de la matière végétale récente atteint des sols profonds et anciens, elle peut réactiver des microbes restés en sommeil pendant des siècles.

Ces microbes peuvent alors se mettre à dégrader le carbone plus ancien, stocké jusque-là sans être touché.

Pour vérifier si le switchgrass déclenchait ce mécanisme, l’équipe a mesuré le radiocarbone dans des carottes de sol issues de chaque parcelle.

Le carbone récent provenant de racines vivantes porte une signature chimique différente de celle du carbone resté enfoui durant des siècles. C’est cette différence qui permet aux scientifiques de distinguer les deux.

Les résultats ont confirmé ce que beaucoup espéraient observer : le carbone nouveau s’accumulait, tandis que le carbone ancien restait en place.

Des indices existaient déjà dans la littérature, mais cette fois, l’observation a été confirmée sur une douzaine d’exploitations agricoles réelles.

Vu sous l’angle des biocarburants

Les écologues continuent d’examiner le switchgrass comme culture potentielle de biocarburant. L’éthanol de maïs appauvrit le sol à chaque récolte.

À l’inverse, des graminées vivaces comme le switchgrass peuvent être fauchées année après année pour produire du carburant, tout en laissant le sol globalement intact.

Cette étude apporte un élément clair dans la réponse. Même lorsque le switchgrass est fauché pour la biomasse aérienne, il continue d’injecter du carbone racinaire dans les sols profonds, où il reste hors de l’atmosphère.

Une synthèse plus large sur les usages humains des terres a montré que les terres cultivées reposent aujourd’hui sur des systèmes racinaires plus superficiels que les prairies et les forêts qu’elles ont remplacées.

Inverser une partie de cette évolution, même sur une fraction des surfaces agricoles, pourrait générer un bénéfice climatique.

La suite

Cette découverte donne davantage d’assurance aux agriculteurs, aux paysagistes et aux responsables de la planification de la conservation.

Installer des vivaces à racines profondes sur des terres en friche ou marginales augmente le stockage de carbone sous terre, et l’effet se maintient dans une grande diversité de conditions.

Elle ouvre aussi de nouvelles questions, que les chercheurs peuvent désormais aborder avec plus de précision. Le switchgrass pousse dans presque tous les types de sol.

L’étape suivante consiste à déterminer quelles autres vivaces se comportent de la même manière, et quelles associations pourraient faire descendre encore plus de carbone en profondeur sans retirer des terres à la production alimentaire.

Pour les planificateurs climatiques, le message est simple. Réintroduire des racines dans des sols appauvris est une forme lente et discrète de retrait du carbone, qui améliore aussi la santé des sols.