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Prairies, effet de serre et changement climatique

(03/05/2006)

© Inra Agro, Dispositif de mesure des corrélations turbulentes, site de Laqueuille.

La concentration atmosphérique en gaz à effet de serre, responsables du réchauffement du climat, ne cesse d'augmenter depuis le début de l'ère industrielle. Les hypothèses médianes du groupe international d'experts sur le changement climatique (IPCC) prédisent un doublement de la concentration en dioxyde de carbone (CO2) avant la fin de ce siècle. De plus d'autres gaz à effet de serre au pouvoir radiatif supérieur à celui du CO2, principalement le méthane (CH4) et l'oxyde nitreux (N2O), voient eux aussi leur concentration atmosphérique croître de manière exponentielle. L'utilisation massive de carbone fossile (charbon, pétrole et gaz naturel) mais aussi de vastes changements d'utilisation des sols : déforestation, conversion de prairies en terre arables, en sont les principales origines. En Europe, les écosystèmes terrestres piègent environ 10 % des émissions de CO2 mais ils émettent du CH4 (par la fermentation entérique des ruminants domestiques) et produisent du N20 (par les sols agricoles et les effluents d'élevage). On sait depuis une dizaine d'années que les forêts constituent un puits (absorption nette) et les cultures une source (émission nette) de gaz à effet de serre. Des chercheurs de l'Inra à Clermont-Ferrand ont étudié la contribution des prairies, qui occupent un quart du territoire européen.

Le projet européen GreenGrass, coordonné par Jean-François Soussana, rassemble 18 laboratoires de 9 pays européens afin d'évaluer la contribution nette des prairies européennes à l'effet de serre. Pour cela, les bilans de gaz à effet de serre de sites prairiaux et de fermes d'élevage ont été mesurés et modélisés.

Les prairies de moyenne montagne, puits modéré de gaz à effet de serre

Le site français de Laqueuille (unité expérimentale de Monts Dore), qui fait partie de l'observatoire de recherches en environnement (ORE) sur les prairies, les cycles biogéochimiques et la biodiversité, a été retenu. Sur ce site, plusieurs équipes Inra des départements Écologie des forêts, prairies et milieux aquatiques, Environnement et agronomie et Physiologie animale et systèmes d'élevage ont comparé pendant 3 ans le bilan de gaz à effet de serre (CO₂, CH₄ et N₂O) de prairies permanentes pâturées par des bovins et conduites de manière soit intensive (une unité gros bovin par hectare et par an, fertilisation azotée), soit extensive (chargement animal réduit de moitié, pas de fertilisation). Les prairies étudiées stockaient en moyenne de 0,7 à 1 tonne de carbone par hectare et par an. Toutefois, les émissions de méthane par la fermentation entérique des bovins au pâturage (0,4 à 0,8 tonne équivalent C-CO₂, proportionnelle au chargement animal) compensaient en grande partie ce stockage. Les émissions d'oxyde nitreux dans ce site étaient mineures mais 5 fois plus fortes en gestion intensive. Au total, le bilan des gaz à effet de serre indiquait une activité de puits sensiblement plus forte (0,1 à 0,3 tonne équivalent C-CO₂) en prairie extensive qu'en prairie intensive.

À l'échelle européenne, des contrastes liés au climat et au mode de gestion des prairies

Dans les autres sites du projet européen GreenGrass, des résultats similaires ont été obtenus, avec des contrastes liés au climat et au mode de gestion : les sites les moins productifs (en montagne ou aux latitudes élevées) stockent moins de carbone et émettent moins de méthane et d'oxyde nitreux que les sites les plus productifs (en plaine et en climat océanique) en général conduits de manière intensive. En moyenne, en se basant exclusivement sur les échanges de CO₂, les prairies étudiées constituent un puits atmosphérique de 2,7 tonnes de carbone par hectare et par an. Toutefois, il est nécessaire de prendre en compte les récoltes et les apports de fumiers pour calculer le stockage net de carbone dans la prairie, qui est moitié moindre que le puits atmosphérique de CO₂. Au total, en comptant (en équivalents CO₂) les émissions de méthane et d'oxyde nitreux, le bilan de gaz à effet de serre attribué aux prairies étudiées correspond à un puits modéré (1,1 tonne équivalent C-CO₂ par ha et par an), avec une forte variabilité entre sites et entre années.

Les écosystèmes continentaux européens émetteurs nets de carbone pendant la canicule de l'été 2003

La canicule qui a touché l'Europe durant l'été 2003 a permis de faire des mesures dans des conditions climatiques exceptionnelles, avec des températures estivales supérieures de 6 °C et une pluviométrie réduite de moitié par rapport à la moyenne des mesures directes effectuées en Europe depuis 1850. Cet événement préfigure les vagues de chaleur qui accompagneront probablement le réchauffement du climat au cours du siècle. Une étude coordonnée par Philippe Ciais (laboratoire des Sciences du climat et de l'environnement, unité mixte de recherche CEA-CNRS) et publiée dans le journal Nature a quantifié le stockage de carbone et l'émission de gaz à effet de serre en forêt et en prairie (site de Laqueuille). À l'échelle de l'Europe, en comparaison avec 2002, la canicule de 2003 a réduit de 500 millions de tonnes de carbone le stockage net des écosystèmes européens soit l'équivalent de trois années d'émission de gaz à effet de serre par un pays comme la France. Cette étude montre que le réchauffement du climat pourrait bien s'auto-accélérer. En réduisant la fonction de puits de carbone des écosystèmes, il renforcerait l'effet de serre et conduirait à un réchauffement accru. Toutefois, de nombreuses incertitudes subsistent. Ces études se poursuivent dans le cadre de deux projets européens : CarboEurope et NitroEurope.

Biodiversité et changement climatique

Par ailleurs, les effets à long terme du réchauffement ne peuvent être déduits de ceux observés à court terme, du fait des changements de végétation induits. Le projet "Imagine", financé par l'Institut français de la biodiversité (IFB) et coordonné par l'unité d'Agronomie (Jean-François Soussana) avec les contributions d'équipes Inra et CNRS, permet de tester expérimentalement les modifications de la biodiversité de la végétation prairiale en réponse à un scénario moyen de changement climatique (+ 3 °C, sécheresse estivale accrue, augmentation de 200 ppm du CO2 atmosphérique).

Dispositif "mini-Face" d'enrichissement en CO2 du projet Imagine © Juliette Bloor