Le cycle du carbone, par Don Reicosky (VO)
Aujourd'hui, c'est une formation donnée lors de nos Rencontres Internationales de l'Agriculture du Vivant en 2019 ! Au programme, mieux comprendre le rôle crucial des flux et du cycle du carbone dans les systèmes agricoles. Nous nous intéresserons donc au captage du carbone par la photosynthèse, aux exsudats racinaires et à la décomposition de la biomasse végétale via la respiration microbienne, animale et humaine, libérant du CO2 dans l’atmosphère et complétant ainsi le cycle du carbone, tout cela expliqué par Don Reicosky !
SOMMAIRE :
1. Introduction : 0:00:20
2. L'importance du sol : 0:01:20
3. Le stockage du carbone et la photosynthèse : 0:11:00
4. La répartition du carbone dans la plante : 0:34:15
5. Le rôle du carbone dans les sols : 0:42:20
6. Les effets du labour sur le carbone des sols : 1:13:20
7. Le labour à l'origine de la dégradation des sols : 1:36:00
8. L'importance sur ratio Champignons/Bactéries : 2:09:45
9. Le cycle des nutriments : 2:12:50
10. Carbone, changement climatique et l'initiative 4 pour 1000 : 2:20:05
11. Agriculture de conservation et services écosystémiques : 2:25:02
Introduction
Cette session porte sur la gestion du carbone du sol. Don Reicosky explique qu’il a structuré sa présentation en dix sections, avec l’idée de prendre des questions à la fin de chaque partie. Son objectif général est de montrer pourquoi la gestion du carbone est centrale pour préserver la qualité des sols, leur capacité de production et, au-delà, la sécurité alimentaire.
Il rappelle d’emblée un point fondamental : environ 95 % de notre alimentation provient du sol. Si une telle part de notre nourriture dépend du sol, il faut comprendre son fonctionnement afin de mieux le protéger et le préserver.
Le sol comme fondement de la vie
Pour Don Reicosky, le sol est le fondement de notre vie et de notre économie. La production alimentaire dépend de l’usage combiné du sol, de l’eau, de l’air et du soleil. Les agriculteurs ont donc une responsabilité de gestionnaire et de gardien de ces ressources pour les générations futures.
Il cite Franklin Roosevelt : « La nation qui détruit son sol se détruit elle-même. » En tant que pédologue, il assume ce point de vue et cherche à faire comprendre l’importance du sol dans le fonctionnement de l’ensemble du système vivant.
Le sol est présenté comme un système vivant :
- il soutient environ 95 % de notre alimentation ;
- il permet la photosynthèse et la respiration ;
- il abrite des partenaires biologiques vivants ;
- il relie les cycles du carbone et des nutriments.
La santé du sol, la santé des plantes, des animaux, des humains et celle des écosystèmes sont interdépendantes. Nous faisons tous partie de cet écosystème.
Le cycle du carbone comme clé de la santé du sol
Le message principal de la conférence est clair : le cycle du carbone est la clé. Si l’on ne devait retenir qu’une seule chose de cette session, ce serait que la santé du sol dépend de la gestion du carbone.
Selon Don Reicosky, la gestion du carbone permet :
- de maintenir la santé du sol ;
- de soutenir la sécurité alimentaire ;
- d’assurer le cycle des nutriments ;
- d’améliorer la qualité de l’environnement ;
- d’améliorer l’efficacité d’utilisation de l’eau ;
- de contribuer à l’atténuation de certains effets du changement climatique.
Il insiste sur le fait que le sol doit être considéré comme un système biologique vivant. Cela implique qu’il ne faut pas le maltraiter, notamment par le compactage ou des perturbations excessives, car ces pratiques endommagent sa biologie.
Le sol vivant et sa biologie
Le sol contient une immense diversité d’organismes : mammifères, vers de terre, insectes, limaces, microflore, actinomycètes, bactéries, algues, champignons, etc. Don Reicosky explique qu’en additionnant l’ensemble des organismes du sol ayant besoin de carbone, on obtient l’équivalent de cinq éléphants d’Afrique par hectare en besoin alimentaire.
Cette image illustre l’ampleur de la quantité de carbone nécessaire pour faire fonctionner le système biologique du sol. Si cinq éléphants ont besoin d’environ 150 kg de foin par jour chacun, cela donne une idée des entrées de carbone nécessaires pour entretenir une biologie du sol active et saine.
Il en conclut que :
il est souvent difficile d’apporter suffisamment de carbone pour revenir à un optimum.
À l’inverse, chaque opération de travail du sol provoque une diminution du carbone, parce qu’elle perturbe la structure du sol et les organismes qui y vivent.
Les fonctions du sol et les services écosystémiques
Don Reicosky rappelle cinq grandes fonctions du sol :
- réguler l’eau ;
- soutenir la vie végétale, animale et humaine ;
- filtrer et tamponner des polluants potentiels ;
- recycler les nutriments ;
- fournir une stabilité physique et un support pour les activités humaines.
Le sol ne sert donc pas seulement à faire pousser des plantes. Il assure aussi des services écosystémiques essentiels.
À propos des polluants, il précise que le carbone n’agit pas directement comme un « destructeur » des pesticides, mais qu’il nourrit les microbes du sol. Plus il y a de carbone, plus l’activité microbienne est importante, et certains microbes sont capables de dégrader certains pesticides.
L’énergie solaire et la photosynthèse
L’accumulation du carbone dans le sol commence avec le soleil. L’énergie solaire est le moteur de tous les systèmes vivants sur Terre. Par la photosynthèse, cette énergie est transformée en énergie biochimique stockée sous forme de carbone.
Don Reicosky insiste : le carbone est un vecteur universel d’énergie et de nutrition dans les systèmes biologiques, en particulier dans le sol.
Le défi des agriculteurs est donc de maximiser la capture de cette énergie gratuite. Les feuilles des plantes doivent être vues comme des panneaux solaires, chargés de capter cette énergie puis de la convertir en énergie biochimique qui soutiendra toute la vie animale et microbienne.
Il rappelle l’équation de base de la photosynthèse :
- dioxyde de carbone + eau + lumière + chlorophylle → sucre + oxygène.
L’inverse est la respiration :
- sucre + oxygène → énergie utile + dioxyde de carbone + eau.
Cette équation est, selon lui, à la base de toute vie sur Terre.
Le carbone comme charpente et carburant du vivant
Don Reicosky cite un agriculteur du Dakota du Sud : « Le carbone est la charpente et le carburant de tout être vivant. »
Cette phrase résume son message. Le carbone n’est pas seulement un composant chimique : il structure le vivant et l’alimente.
Il joue aussi sur les mots :
- conservation commence par C ;
- carbone commence par C ;
- les connexions du carbone conduisent à la durabilité.
Il reconnaît se répéter, mais il estime que cette répétition est nécessaire pour faire passer l’idée que le carbone est au cœur du système agricole.
Le flux du carbone dans le système agricole
Il ne s’agit pas seulement d’un cycle du carbone, mais d’un flux d’énergie carbonée à travers tout le système :
- les feuilles produisent les sucres par photosynthèse ;
- ces sucres descendent dans les tiges ;
- ils alimentent les racines ;
- des exsudats racinaires nourrissent les microbes et la faune du sol ;
- les nutriments sont recyclés ;
- la nourriture produite est consommée ;
- une partie du carbone retourne ensuite à l’atmosphère via la respiration.
Le carbone circule donc dans l’ensemble du système. Il y a une forte connectivité entre les différentes composantes : plante, sol, biologie, alimentation, respiration.
Diversité, cultures de couverture et agriculture de conservation
Au cours des huit à dix dernières années, Don Reicosky explique que les travaux et observations ont montré que la meilleure façon d’augmenter le carbone du sol est :
- d’utiliser des cultures de couverture ;
- de réduire le travail du sol.
Les systèmes d’agriculture de conservation reposent sur :
- une perturbation minimale du sol ;
- une couverture permanente ou maximale du sol ;
- des rotations diversifiées ;
- des mélanges de cultures de couverture.
Ces systèmes permettent :
- de limiter les pertes de carbone ;
- de protéger la surface du sol ;
- de favoriser l’infiltration ;
- de réduire l’érosion ;
- de stimuler la régénération biologique.
Il insiste sur les effets synergiques de la diversité. Les « cocktails » de cultures de couverture apportent plus que la somme de leurs composantes. Il résume la synergie par la formule : 1 + 1 = 3.
Selon des travaux qu’il cite, la biomasse produite augmente avec le nombre d’espèces dans un mélange et commence à plafonner autour de 15 espèces. De même, le nombre de fonctions remplies par le couvert augmente avec la diversité.
Agriculture biologique et agriculture conventionnelle
Interrogé sur la comparaison entre agriculture biologique et conventionnelle, Don Reicosky répond qu’il n’est pas possible de dire simplement que l’une est meilleure que l’autre pour l’apport de carbone.
Dans les systèmes biologiques :
- il y a souvent plus de fumier ;
- le carbone est parfois mieux géré ;
- mais la lutte contre les adventices repose souvent sur le travail du sol.
Or, chaque travail du sol entraîne une perte de carbone.
Dans les systèmes conventionnels, le semis direct seul n’est pas toujours suffisant pour augmenter significativement le carbone. Pour lui, la voie la plus prometteuse combine :
- perturbation minimale du sol ;
- semis direct ;
- apports maximaux de carbone par les cultures de couverture et la diversité.
Le rapport carbone/azote et la décomposition
Une grande partie de la discussion porte sur le rapport carbone/azote (C/N), qui contrôle la vitesse de décomposition des résidus.
Exemples donnés :
- soja : environ 20/1 → décomposition très rapide ;
- blé : environ 80/1 → décomposition plus lente et immobilisation de l’azote ;
- copeaux de bois : environ 300/1.
Quand le rapport C/N est faible, les résidus se décomposent vite. Quand il est élevé, la décomposition est plus lente et peut temporairement limiter la disponibilité de l’azote pour la culture suivante.
Pour accélérer la décomposition d’un matériau à rapport C/N élevé, deux solutions sont évoquées :
- ajouter de l’azote ;
- utiliser des mélanges de cultures de couverture avec des espèces à C/N contrastés, notamment des légumineuses.
La diversité permet donc de mieux réguler la décomposition et de fournir de l’azote plus naturellement.
Répartition du carbone dans la plante
À partir de l’exemple du maïs, Don Reicosky explique comment le carbone fixé par photosynthèse est réparti :
- environ un tiers est exporté avec le grain ;
- environ un tiers reste dans la biomasse aérienne ;
- environ un tiers va aux racines et aux exsudats racinaires.
Dans un système naturel, ces flux sont plus équilibrés. Dans les systèmes agricoles, l’exportation du grain retire une partie importante du carbone du système. C’est une des raisons pour lesquelles il est difficile d’augmenter durablement le carbone du sol.
Si, en plus, on retire la biomasse aérienne pour produire de la bioénergie, on accentue encore les exportations de carbone et de nutriments.
Comment augmenter ou diminuer la matière organique du sol
Selon Don Reicosky, on peut augmenter la matière organique du sol en :
- augmentant la production de biomasse ;
- utilisant l’irrigation ou la fertilisation pour produire plus de matière végétale ;
- introduisant des cultures de couverture ;
- améliorant les peuplements végétaux ;
- pâturant plutôt que récoltant toute la biomasse ;
- recyclant le fumier ;
- réduisant le travail du sol ;
- gardant le sol plus frais avec une couverture végétale.
On peut diminuer la matière organique du sol en :
- remplaçant des végétations pérennes par des cultures annuelles de courte durée ;
- simplifiant les systèmes en monoculture ;
- brûlant les résidus ;
- augmentant la décomposition par le travail du sol ;
- drainant davantage ;
- apportant trop d’azote, ce qui peut accroître la minéralisation.
Le brûlage des résidus est particulièrement critiqué : il renvoie presque instantanément l’essentiel du carbone vers l’atmosphère, sans laisser à la biologie du sol la possibilité de l’utiliser.
Santé du sol : dimensions physique, chimique et biologique
La santé du sol repose sur trois dimensions liées à la matière organique et au carbone.
Aspects physiques
Parmi les propriétés physiques évoquées :
- densité apparente ;
- infiltration ;
- structure du sol ;
- macroporosité ;
- capacité de rétention d’eau.
Aspects chimiques
Parmi les aspects chimiques :
- conductivité électrique ;
- capacité d’échange cationique ;
- nitrates ;
- phosphore ;
- autres nutriments.
Aspects biologiques
La dimension biologique prend de plus en plus d’importance :
- activité microbienne ;
- diversité biologique ;
- alimentation des microbes par le carbone ;
- décomposition de la biomasse ;
- fixation de l’azote par les légumineuses ;
- suppression de certains pathogènes ;
- formation d’agrégats stables.
Le carbone joue un rôle central dans l’ensemble de ces dimensions.
Le carbone comme colonne vertébrale de la sécurité alimentaire
Don Reicosky utilise une métaphore forte : le carbone est comme une colonne vertébrale de la sécurité alimentaire. Chaque « vertèbre » représenterait un atome de carbone relié aux autres. Le carbone donne une structure au système, mais il est aussi mobile : il circule dans l’écosystème.
Selon lui, le carbone :
- alimente la biologie du sol ;
- protège contre l’érosion ;
- améliore l’infiltration ;
- améliore la structure du sol ;
- augmente la capacité de rétention d’eau ;
- améliore l’efficacité d’utilisation de l’eau ;
- soutient la santé du sol et la santé humaine.
Il ajoute que le carbone est aussi un excellent outil de gestion de l’eau.
Le paillis et la couverture du sol
Le carbone présent dans les résidus végétaux joue un rôle protecteur majeur à la surface du sol. Sous forme de paillis ou de résidus, il :
- réduit l’évaporation ;
- réduit le ruissellement ;
- limite l’érosion ;
- modère la température du sol ;
- peut freiner la levée des adventices ;
- protège le sol du rayonnement direct.
Les cultures de couverture créent souvent un tapis de biomasse qui améliore ces fonctions. Ce n’est pas le « carbone » au sens abstrait qui agit, mais la biomasse végétale qui couvre physiquement la surface.
Séquestration du carbone ou recyclage du carbone
Don Reicosky ouvre une réflexion sur la différence entre :
- séquestrer le carbone ;
- faire fonctionner le cycle du carbone.
Pour lui, séquestrer signifie enfermer, immobiliser, isoler le carbone. Cela peut être utile pour l’atténuation du changement climatique, mais ce carbone immobilisé ne participe plus activement au fonctionnement du système biologique.
À l’inverse, le cycle du carbone correspond à une participation active du carbone :
- énergie utile pour les microbes ;
- recyclage des nutriments ;
- fonctionnement des services écosystémiques ;
- soutien de la production agricole.
Sa position personnelle est qu’il faut certes aider à atténuer le changement climatique, mais que, dans les systèmes agricoles, il préfère mettre l’accent sur le recyclage du carbone pour garantir la sécurité alimentaire.
Résidus vivants, résidus morts, dormance hivernale et compost
Don Reicosky distingue plusieurs formes de couverture ou d’apport de carbone :
- une biomasse vivante qui continue à capter du carbone ;
- des résidus morts qui protègent passivement la surface ;
- des plantes capables d’entrer en dormance pendant l’hiver puis de repartir au printemps ;
- des apports comme le fumier ou le compost.
Concernant le compost, il reprend une idée déjà évoquée pendant la conférence : le compostage accélère la décomposition et peut faire perdre 40 à 60 % du carbone avant l’application au sol. Si l’objectif est de maximiser l’effet carbone, il préférerait souvent voir la matière organique brute déposée directement sur le sol.
Le rôle des microbes et des champignons
Les microbes sont au cœur du cycle du carbone. Ils décomposent la biomasse, recyclent les nutriments et rendent l’énergie du carbone disponible dans le système.
Don Reicosky insiste aussi sur le rôle des champignons, particulièrement sensibles au travail du sol. Les réseaux d’hyphes sont fragiles et jouent un rôle majeur dans :
- la décomposition des composés carbonés complexes ;
- l’accès au phosphore ;
- l’accès à l’eau ;
- la formation d’agrégats.
Il évoque la glomaline, produite en lien avec les champignons mycorhiziens, comme une sorte de « colle » importante pour stabiliser les agrégats du sol. Des données montrent que sa teneur augmente avec la durée du semis direct.
Un rapport champignons/bactéries élevé est, selon lui, favorable au stockage du carbone et de l’azote.
Le travail du sol et les pertes de carbone
Une partie importante de l’exposé est consacrée aux effets du travail du sol. Don Reicosky explique qu’il a montré expérimentalement que le travail du sol provoque une forte émission de dioxyde de carbone, comme un « gros rot » de CO2.
Il affirme que, dans les sols du Midwest américain, on a perdu entre 30 et 60 % du carbone à cause de la mise en culture et du travail du sol.
Une découverte expérimentale
Cette découverte est venue lors de mesures d’échanges gazeux avec un système portable appelé Mr. GEM (Mobile Research Gas Exchange Machine). En calibrant l’appareil puis en observant des valeurs anormalement élevées de CO2, l’équipe a fini par remarquer qu’un tracteur labourait à proximité. Les mesures faites sur le sol fraîchement labouré montraient alors des émissions très fortes.
Un résultat central
Le résultat majeur est que les émissions cumulées de CO2 après travail du sol sont proportionnelles au volume de sol perturbé.
Cela signifie que :
- le semis direct émet peu ;
- des outils à perturbation superficielle émettent davantage ;
- les outils plus agressifs émettent plus encore ;
- la charrue à versoir est la plus émettrice.
À cela s’ajoute la consommation de carburant diesel elle-même proportionnelle à l’intensité du travail du sol. Don Reicosky parle donc d’un double négatif carbone :
- perte de carbone du sol ;
- émission liée au carburant consommé.
Le travail du sol comme perturbation biologique
Au-delà du carbone, le travail du sol est présenté comme une perturbation majeure pour la biologie.
Il :
- tranche, mélange et retourne le sol ;
- détruit les habitats ;
- casse les réseaux fongiques ;
- expose vers, larves et insectes aux oiseaux ;
- augmente brutalement l’oxygénation du sol, ce qui accélère l’oxydation.
Don Reicosky compare parfois cela à une catastrophe pour les organismes du sol : tremblement de terre, incendie, ouragan, tsunami. Il parle même d’« apocalypse physico-chimique et biologique ».
Pour lui, le travail du sol crée un véritable champ de bataille pour les organismes du sol.
Critique du terme « travail du sol de conservation »
Don Reicosky critique l’expression « travail du sol de conservation », qu’il considère comme un oxymore. Selon lui, dès qu’il y a travail du sol, il y a perturbation, donc il n’y a pas véritablement conservation.
Il distingue un continuum :
- travail du sol conventionnel = Perturbation maximale, conservation nulle ;
- travail du sol réduit = Un peu de conservation, mais encore de la perturbation ;
- semis direct / non-labour = Conservation maximale, perturbation minimale.
Il considère que le non-labour n’est pas un miracle en soi, mais qu’il devient réellement efficace lorsqu’il est combiné aux autres principes de l’agriculture de conservation.
Les trois principes de l’agriculture de conservation
La présentation revient plusieurs fois sur les trois principes fondamentaux de l’agriculture de conservation :
- perturbation minimale du sol ;
- couverture permanente ou quasi permanente du sol ;
- diversité des rotations et des cultures de couverture.
Ces trois principes doivent fonctionner ensemble. Aucun, pris isolément, ne suffit pleinement.
Les pratiques précises peuvent varier selon :
- le climat ;
- le type de sol ;
- l’écosystème ;
- la localisation ;
- les systèmes d’élevage éventuels.
Mais les principes restent universels.
Les causes de la baisse du carbone dans les sols agricoles
Don Reicosky propose cinq explications principales à la diminution du carbone dans les sols agricoles :
- l’exportation du carbone par la récolte du grain ;
- le travail du sol intensif, notamment avec la charrue à versoir ;
- le remplacement des espèces pérennes par des espèces annuelles ;
- l’augmentation de la minéralisation sous l’effet de fortes doses d’engrais azotés ;
- l’augmentation de l’aération liée au drainage.
Parmi ces facteurs, ses propres travaux et son expérience le conduisent à considérer comme principaux :
- le travail du sol intensif ;
- le changement d’espèces, des prairies pérennes vers les cultures annuelles.
Érosion, perte de sol et urgence alimentaire
L’érosion est présentée comme le premier symptôme visible de la dégradation du sol. Don Reicosky rappelle qu’il faut entre 700 et 1500 ans pour former environ 2,5 cm de sol, alors que ce sol peut être perdu très rapidement.
Il cite David Pimentel, selon qui 30 % des terres arables mondiales seraient devenues improductives en 40 ans à cause de l’érosion.
Dans un contexte de croissance démographique mondiale, cette perte est jugée insoutenable. Sans sol, il n’y aura pas de sécurité alimentaire.
Eau, enracinement et résilience
Le carbone améliore fortement la gestion de l’eau :
- meilleure infiltration ;
- meilleure structure ;
- meilleure rétention ;
- plus grande profondeur d’enracinement ;
- plus grande résilience face à la sécheresse.
À l’inverse, le travail du sol :
- diminue l’infiltration ;
- augmente le ruissellement ;
- augmente l’évaporation ;
- détruit les pores biologiques ;
- limite la profondeur d’enracinement.
Don Reicosky donne aussi des exemples montrant que :
- le paillis peut économiser de l’eau ;
- l’augmentation du carbone peut accroître le stockage d’eau ;
- les cultures de couverture peuvent augmenter encore l’eau utile disponible.
L’addition de plusieurs petits effets peut conduire à une amélioration importante de la résilience hydrique.
Les racines, les vers de terre et la « charrue de la nature »
Il oppose la « charrue de l’homme » à la « charrue de la nature », représentée par :
- les racines pivotantes ;
- les vers de terre.
Il décrit des interactions synergiques entre racines profondes et galeries de vers de terre. Une racine peut descendre profondément, être suivie ou exploitée par un ver de terre, puis laisser une galerie réutilisable par les racines de la culture suivante.
Cela permet :
- un enracinement plus profond ;
- un meilleur accès à l’eau ;
- une meilleure exploration du sol ;
- une meilleure disponibilité des nutriments.
Biodiversité fonctionnelle des cultures de couverture
Les cultures de couverture se distinguent fortement par leurs propriétés :
- teneur en protéines ;
- teneur en azote ;
- teneur en phosphore ;
- teneur en zinc ;
- rapport C/N ;
- vitesse de décomposition.
Cette diversité permet de concevoir des mélanges adaptés à des objectifs particuliers :
- fournir de l’azote ;
- produire de la biomasse ;
- structurer le sol ;
- améliorer l’infiltration ;
- limiter les adventices ;
- favoriser certains micronutriments.
La diversité est donc, pour Don Reicosky, un outil de gestion.
Changement climatique, sécurité alimentaire et priorité donnée au sol
Don Reicosky reconnaît pleinement l’importance du changement climatique et des événements extrêmes. Mais il insiste sur l’idée que la première priorité de l’agriculture doit rester la production durable de nourriture.
Pour lui :
- sans sol, pas de nourriture ;
- sans nourriture, pas de société stable ;
- la gestion du carbone dans le sol est une réponse centrale à la fois pour la sécurité alimentaire et pour la résilience climatique.
Il soutient fortement l’initiative 4 pour 1000, qu’il voit comme une étape importante dans la construction d’une dynamique mondiale autour du carbone du sol.
Conclusion
Don Reicosky conclut en résumant sa position de façon très nette :
- la dégradation du sol est causée par un mot : travail du sol ;
- la restauration du sol est rendue possible par un mot : carbone ;
- le maintien de la santé du sol dépend d’un mot : carbone.
Son message final est un appel à :
- garder une faible empreinte carbone ;
- gérer les sols pour les services écosystémiques ;
- devenir une voix forte de la gestion du carbone.
En résumé, l’ensemble de la conférence défend une idée simple mais structurante : le carbone est au cœur de la vie du sol, de la production agricole, de la résilience des systèmes et de la sécurité alimentaire.
