Climat, forêts, agriculture : les cycles du carbone et de l’azote

Les cyles du carbone et de l’azote nourrissent les forêts, soutiennent l’agriculture et modèlent le climat.

Le vivant tourne grâce à deux cycles « jumeaux ». Pourtant, nos activités les bousculent. Voyons comment ces cycles fonctionnent. Puis, observons ce qui déraille. Enfin, dessinons des solutions concrètes.

Le carbone, fil conducteur de la vie

Le carbone se cache partout. Atmosphère, hydrosphère, biosphère et lithosphère. Les plantes l’absorbent via la photosynthèse. Elles stockent ce carbone en biomasse. Ensuite, respiration et décomposition le renvoient. Soit en CO₂. Soit en méthane, en milieu anaérobie. Naturellement, les grands flux s’équilibrent. La photosynthèse retire environ 100 gigatonnes de carbone par an. La respiration en renvoie autant. Autrement dit, il absorbe globalement autant de CO₂ qu’il en émet. Cependant, l’ère industrielle rompt l’équilibre. L’océan ne dissout que un quart des émissions humaines par an. La combustion fossile ajoute quelques gigatonnes de carbone par an. Le ciment en ajoute aussi. Pareil pour l’usage des sols. Donc, le stock atmosphérique augmente. Par suite, l’effet de serre s’intensifie.

L’azote, abondant mais difficile d’accès

L’azote gazeux domine l’air à 78%. Mais sa triple liaison le rend inutilisable par les plantes. Il faut donc le “casser”. Des bactéries fixatrices y parviennent. Rhizobium, par exemple, chez les légumineuses. Dans les sols, l’azote circule par étapes. Minéralisation, ammonium, nitrification en nitrates. Puis, absorption par les racines. Ensuite, retour au sol via les débris, l’urine … Enfin, dénitrification par processus microbien anaérobie vers N₂, parfois N₂O. Et là, attention. Le N₂O, le fameux protoxyde d’azote, réchauffe 200 à 300 fois plus que le CO₂.

Forêts : des puits à carbone

Les forêts couvrent un peu moins de 30% des terres. Pourtant, elles renferment environ la moitié du carbone des écosystèmes terrestres. Elles captent du CO₂ dans la biomasse. Elles en enfouissent aussi dans les sols. Les stocks varient selon les biomes (un ensemble d’écosystèmes défini par des caractéristiques climatiques et par un grand type de formation végétale). En moyenne, les forêts tropicales stockent plus de 100 tonnes de carbone par hectare en biomasse. Les tempérées, seulement quelques dizaines. Dans les forêts boréales, plus des deux tiers du carbone résident dans les sols froids. Chaque compartiment compte. Biomasse vivante, bois mort, litière, horizons organo-minéraux (zone du sol composés essentiellement de débris végétaux plus ou moins transformés, mais encore reconnaissables). En zone tempérée, environ deux tiers du stock forestier restent dans l’humus. Ainsi, les sols gagnent en porosité et en eau.

Agriculture, nitrates et pesticides : le délicat équilibre

Les cultures demandent de l’azote. Donc, on apporte des engrais. Mais les nitrates se lessivent facilement. Ils filent vers les nappes. Ils gagnent rivières et estuaires. Alors, l’eutrophisation menace. Sans parler des problèmes de santé causés par ces nitrates. En Bretagne, le développement des algues vertes ou celui des Sargasses à la Guadeloupe, sont une des conséquences de ces excès de nitrate dans les sols. Les hivers plus doux favorisent des cyanobactéries fixatrices. Le cycle bascule vers la fixation de N₂. L’eau déjà saturée en nitrates reçoit encore de l’ammoniac. La productivité chute alors drastiquement. En outre, certains pesticides perturbent la micro-vie des sols. Donc, nitrification et dénitrification se dérèglent. Avec plus de N₂O et moins d’azote disponible au bon moment. Et davantage de fuites azotées.

Quand les cycles se couplent… et déraillent

Le carbone et l’azote dialoguent sans cesse. Le CO₂ en hausse réchauffe. L’eau chaude dissout moins d’oxygène. Donc, les milieux deviennent plus anoxiques (diminution de l’oxygène dissous ou présent et biodisponible dans le milieu). Alors, la dénitrification augmente. Le risque d’émettre du N₂O aussi. Autre chaîne logique. Déforestation et incendies relâchent du CO₂. Les sols se dégradent. Ils stockent moins. Les pluies lessivent davantage. Les nitrates partent vers la mer. L’eutrophisation (processus naturel d’augmentation de la production de matières organiques)  s’amplifie, l’oxygène chute et le méthane remonte. Ainsi, la double crise s’installe. Climat, eau, sols et biodiversité se fragilisent ensemble. D’où l’urgence d’agir sur les deux cycles simultanément.

Pour rappel, voici quelques chiffres qui viennent éclairer le dérèglement de ces cycles à l’échelle mondiale :

• Depuis 1880, le CO₂ atmosphérique a augmenté de plus de 40%.
• Le méthane a bondi d’environ 162% depuis l’ère préindustrielle.
• Les puits naturels (océans, forêts, sols) n’absorbent qu’environ 50% de nos émissions.
• Les écosystèmes forestiers séquestrent ~15,6 gigatonnes de CO₂ par an. Perturbations incluses, ils en relâchent ~8,1.

Ces quelques données montrent bien que les activités anthropiques, que ce soient les prélèvement de ressources, l’urbanisation, l’agriculture et l’élevage, ou encore la production ou la consommation d’énergie, modifient profondément ces deux cycles.

Des pistes d’action très concrètes

Heureusement, des pistes existent pour tenter de rétablir ces équilibres relatifs dans les cycles de l’azote et du carbone.

Dans les champs :

• Il est nécessaire de réduire l’azote minéral excédentaire, d’étalonner les apports sur les besoins réels ou encore de fractionner les doses.
• Implanter des couverts permanents.
• Introduire des légumineuses fixatrices. Elles apportent de l’azote naturellement, réduisent les achats d’engrais et améliorent la structure des sols.
• Viser l’agroécologie. Moins de pesticides, plus de biodiversité fonctionnelle. Ainsi, les micro-organismes retrouvent leur rôle. Les fuites d’azote diminuent. Le N₂O aussi. Ainsi, après des pluies sur sols fraîchement fertilisés, une mer peut dégazer des quantités astronomiques de N₂O. Dans un champ couvert l’hiver, les nitrates chutent nettement. Au printemps, l’azote repart aux cultures. Moins de pertes. Plus de rendements stables.

Dans les forêts :

• Protéger les forêts primaires. Elles stockent longtemps et tamponnent les extrêmes.
• Gérer durablement les forêts secondaires.
• Mélanger les essences pour plus de résilience.
• Maintenir des bois morts.
• Préserver les sols. Ainsi, le carbone s’enkyste dans l’humus.
• Favoriser l’usage du bois d’œuvre (matériau de construction employé dans la construction des bâtiments). Il prolonge le stockage et remplace des matériaux très émissifs.
• En forêt boréale, les sols froids retiennent l’essentiel du carbone. Si le permafrost dégèle, le méthane peut s’échapper. Donc, la prévention compte.

À l’échelle des bassins versants :

• Tracer les nitrates.
• Aménager des zones tampons humides.
• Rétablir méandres et arbres des bords de cours d’eau. Ainsi, l’eau ralentit. Les nitrates s’épurent et la biodiversité revient.

Enfin, d’un point de vue économique :

• Il reste indispensable de décarboner l’énergie pour casser la source.
• La sobriété, l’amélioration de l’efficacité, les énergies bas carbone sont autant de clés (en se méfiant toujours du fameux effet rebond).
• Réduire la demande matérielle et allonger la durée de vie des produits (aller ver la low-tech) sont aussi des adaptations vitales.

Le carbone raconte et explique donc le dérèglement climatique et l’augmentation de la température. L’azote est en lien direct avec la fertilité.

Ensemble, ils conditionnent le futur. Car leurs cycles s’entrelacent. Ils relient climat, forêts et agriculture. Si les cycles se dérèglent, des leviers existent pourtant. Moins d’émissions. Des sols couverts. Des forêts résilientes. Moins de pesticides. Une eau mieux protégée. Ainsi, les cycles se resynchronisent. Les puits se reforment. L’azote circule mieux. Le climat se stabilise un peu. Et la vie, partout, y gagne. L’économie aussi à long terme. La résilience devient un pilier de la société, favorisant les projets à long terme, améliorant la situation du vivant, de la santé …