Biochar : selon le sol, il réduit ou amplifie les émissions d’oxyde nitreux

Un additif pour les sols que beaucoup de scientifiques présentent comme une piste climatique ne produit pas les mêmes effets partout.

De nouvelles analyses indiquent que le biochar - un matériau riche en carbone obtenu en brûlant des résidus de cultures - peut, selon le type de sol où il est apporté, soit faire baisser les émissions d’oxyde nitreux, soit au contraire les faire grimper de façon spectaculaire.

Dans un sol agricole sec en conditions non inondées, l’amendement a réduit les rejets d’oxyde nitreux. Mais, dans une rizière inondée située à proximité, exactement le même traitement a provoqué une envolée des émissions.

Ces résultats illustrent à quel point les paramètres du sol dictent l’effet final sur le climat : une pratique bénéfique dans une parcelle peut aggraver les émissions dans une autre.

L’étude, pilotée par le Dr Jinbo Zhang (Université de Hainan), conclut que la gestion des gaz à effet de serre en agriculture pourrait exiger des approches bien plus ciblées que ce que les chercheurs imaginaient jusqu’ici.

L’impact climatique de l’oxyde nitreux

L’oxyde nitreux attire moins l’attention que le dioxyde de carbone, mais il compte parmi les gaz à effet de serre les plus puissants présents dans l’atmosphère.

Une fois émis, il persiste en moyenne environ 121 ans et retient la chaleur environ 265 fois plus efficacement que le dioxyde de carbone sur 100 ans, d’après l’Agence américaine de protection de l’environnement (EPA).

Une part importante de l’oxyde nitreux d’origine humaine provient des terres agricoles fertilisées. Dans le sol, des microbes transforment l’azote en excès en différents gaz, au gré des changements de conditions.

Réduire ces émissions revient donc à identifier des pratiques culturales qui orientent l’azote loin de l’oxyde nitreux, tout en préservant les rendements, et en utilisant les engrais de façon efficiente.

Ce que fait le biochar dans le sol

Le biochar ne se contente pas d’augmenter le stock de carbone du sol. Sa structure poreuse peut retenir l’eau, modifier l’acidité du sol et fournir aux microbes une source de carbone supplémentaire.

Ces modifications peuvent, à leur tour, reconfigurer la manière dont les communautés microbiennes transforment l’azote. Dans certains contextes, cela favorise le passage vers l’azote gazeux (inoffensif). Dans d’autres, cela peut au contraire stimuler la production d’oxyde nitreux.

En outre, la chimie du biochar dépend fortement de la matière première (résidus utilisés) et de la température de combustion : il n’existe pas un biochar unique, ce qui contribue à des résultats très variables selon les sols et les cultures.

Cette variabilité aide à comprendre pourquoi un même amendement a fait baisser les émissions dans un champ, tout en les augmentant dans un autre.

Le biochar fonctionne dans les sols non inondés

Dans le sol sec non inondé, l’acidité rendait l’oxyde nitreux plus facile à produire ; l’équipe a donc évalué la chaux en parallèle du biochar.

Le biochar a davantage réduit les émissions que la chaux, car il a atténué les réactions qui génèrent l’oxyde nitreux et soutenu celles qui le transforment en azote gazeux.

Dans ce sol, on a observé moins de champignons associés à de fortes émissions, tandis que des signaux génétiques liés à l’élimination de l’oxyde nitreux devenaient plus fréquents.

Pour les parcelles non inondées et acides, ce schéma suggère qu’il serait possible de diminuer les émissions tout en augmentant l’apport de carbone - à condition toutefois que l’humidité reste à un niveau modéré.

Le biochar se retourne contre les rizières

Dans le sol de rizière inondée, même la chaux n’a pas empêché une hausse, et les apports de biochar ont fait monter l’oxyde nitreux à des niveaux bien supérieurs.

À la fin de l’essai, les sols traités avec 3 % ou 5 % de biochar ont émis nettement plus d’oxyde nitreux que le sol non traité : les émissions ont augmenté de plus de cinq fois et de plus de quatorze fois.

Plusieurs voies microbiennes se sont intensifiées en même temps, l’apport de carbone et les changements chimiques fournissant davantage de ressources à la communauté microbienne en milieu inondé.

Les systèmes rizicoles saturés en eau peuvent donc nécessiter des règles spécifiques, puisque le même amendement peut ajouter des émissions à des contraintes déjà présentes.

Les microbes règlent la “molette”

Le facteur décisif était la microbiologie du sol, et l’équipe a cartographié quelles voies produisaient l’oxyde nitreux dans chaque configuration.

Lors de la dénitrification - quand des microbes transforment les nitrates en gaz en situation de faible oxygène - bactéries et champignons libèrent de l’oxyde nitreux comme intermédiaire.

Un groupe fongique, Chaetomium, a diminué dans le sol non inondé, mais a augmenté dans le sol de rizière après l’ajout de biochar.

Quand les microbes terminaient la chaîne en convertissant l’oxyde nitreux en azote gazeux, les émissions reculaient. Les sols inondés, en revanche, favorisaient rarement ce résultat.

Les microbes du sol pilotent les émissions

Si l’objectif est climatique, le choix d’utiliser du biochar commence par la gestion de l’eau, car un champ sec et une parcelle inondée fonctionnent comme deux systèmes très différents.

Évaluer l’acidité, la matière organique et les pratiques d’irrigation peut aider à anticiper si l’amendement soutiendra des microbes capables de transformer l’oxyde nitreux en azote gazeux inoffensif.

« Cela nous dit que le biochar n’est pas une solution universelle », a déclaré le Dr Zhang. Pour les rizières inondées, cette prudence peut se traduire par une mise en attente, jusqu’à ce que des essais de terrain démontrent un bénéfice net clair.

Les conclusions proviennent d’incubations en laboratoire, utiles pour mettre en évidence des relations de cause à effet, mais incapables de reproduire entièrement une saison de culture avec racines, pluies et météo changeante. Même un test de quatre jours peut passer à côté d’évolutions plus lentes, au fil du vieillissement du biochar, de l’adaptation des microbes et du déroulement des apports d’engrais sur plusieurs semaines.

Sur le terrain, il faut aussi compter avec le labour, des phases d’assèchement, puis de remise en eau, qui modifient les niveaux d’oxygène et influencent quels gaz s’échappent du sol.

En attendant que des études plus longues confirment la manière dont ces dynamiques s’expriment en extérieur, les chercheurs estiment que le biochar doit être considéré comme un outil à tester localement, et non comme une garantie de “solution climatique”.

Des usages plus intelligents du biochar

Le fait d’identifier les voies microbiennes à l’origine de l’oxyde nitreux a donné aux chercheurs un objectif opérationnel : orienter l’azote vers l’azote gazeux inoffensif.

Cela peut impliquer de sélectionner des types de biochar, des doses d’application et un calendrier d’apport qui avantagent, dans les sols secs, les microbes capables de réduire l’oxyde nitreux.

« En identifiant les voies microbiennes à l’origine de ces émissions, nous pouvons commencer à concevoir des pratiques de gestion des sols plus intelligentes », ont noté les chercheurs, dont Zhang.

Un meilleur ciblage permettrait de réserver le biochar aux contextes où il diminue réellement les émissions, tout en évitant les sols où il risque de les amplifier.

Dans l’ensemble, ces résultats suggèrent que le biochar peut abaisser l’oxyde nitreux lorsque des sols secs et acides favorisent des microbes qui terminent le processus en convertissant ce gaz en azote. Les futures campagnes en plein champ devront préciser où les émissions augmentent ou baissent, afin que les programmes climatiques puissent récompenser la bonne pratique au bon endroit.