Les écosystèmes terrestres (prairies, forêts...) ont un rôle majeur dans l'évolution de la concentration atmosphérique en gaz à effet de serre. En Europe, ils piègent environ 10 % des émissions de CO2 à travers la photosynthèse puis l'accumulation du carbone dans la matière végétale et la matière organique du sol. Mais ils constituent aussi une source de méthane émis notamment par les ruminants domestiques, et d'oxyde nitreux produit par les sols agricoles et les effluents d'élevage. Quelle est la contribution nette à l'effet de serre, en équivalents CO2 des différents écosystèmes européens ? 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. Mais les prairies qui occupent un quart du territoire européen présentent-elles une activité de source ou de puits de gaz à effet de serre ?
Le projet européen GreenGrass (2002-2004) coordonné par l'INRA, et rassemblant 18 laboratoires de 9 pays européens a permis de répondre à cette question en mesurant et en modélisant les flux de gaz à effet de serre de sites prairiaux et de fermes d'élevage, et en évaluant la contribution nette des prairies européennes à l'effet de serre. Deux autres projets européens (CarboEurope et NitroEurope) pour lesquels l'INRA coordonne les recherches sur les prairies sont en cours.
Les prairies de moyenne montagne en France, puits de carbone
Plusieurs équipes INRA ont mesuré les flux de CO2, de N2O et de CH4 pendant deux ans sur le site français de Laqueuille (63), une unité expérimentale de l'INRA (1040 m). Le dispositif expérimental permet de comparer le bilan de gaz à effet de serre de prairies permanentes pâturées par des bovins et subissant soit une gestion intensive (chargement animal d'une Unité Gros Bovin par hectare et par an, fertilisation azotée), soit une gestion extensive (chargement animal réduit de moitié, aucun apport d'azote).
Les prairies pâturées étudiées à Laqueuille stockent en moyenne de 0,7 à 1 tonne de carbone par hectare et par an, avec un stockage plus fort en gestion intensive qu'en gestion extensive. Toutefois, ce résultat est modifié par la prise en compte des flux de gaz à effet de serre autres que le CO2, une fois corrigés par leur pouvoir radiatif respectif et exprimés en "équivalent CO2" (C-CO2).
L'émission de méthane par les bovins au pâturage compense en grande partie ce stockage par des émissions de 0,4 à 0,8 tonnes équivalent C-CO2, sensiblement proportionnelles au chargement animal. Le rôle des émissions de N2O dans ce site est mineur mais ces émissions sont 5 fois plus fortes en gestion intensive qu'en gestion extensive. Au total, le bilan net de gaz à effet de serre indiquait une activité de puits plus élevée (0,1 à 0,3 tonnes équivalent C-CO2) en prairie extensive qu'en prairie intensive.
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© INRA /
R. Falcimagne
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Dans chaque parcelle, un mât a été équipé d'un anémomètre sonique 3D et d'un analyseur de gaz haute fréquence (20 Hz) afin de calculer les flux de CO2 et de vapeur d'eau par la méthode des fluctuations turbulentes. Des chambres posées au sol ont fourni des mesures de flux (interface sol-air) de N2O détecté par chromatographie phase gazeuse ou par diode laser. Une méthode in situ, utilisant un traceur (SF6) contenu dans une capsule ingérée par les herbivores, a permis de déterminer l'émission de CH4 au pâturage. L'évolution des stocks de carbone et d'azote contenus dans le sol et la végétation a été estimée.
Des résultats similaires pour les prairies européennes
Dans les autres sites du projet européen GreenGrass, des résultats similaires ont été obtenus mais avec des contrastes liés au climat et au mode de gestion : en moyenne, les prairies étudiées représentent un puits de 2,4 tonnes de carbone par hectare et par an. Toutefois, une grande partie du carbone est stockée de façon temporaire (comme les fourrages récoltés). Au total, une fois prises en compte les émissions de méthane et d'oxyde nitreux (20 %, en moyenne, du puits atmosphérique de CO2), le bilan de gaz à effet de serre attribué aux prairies étudiées correspond à un puits modéré (0,9 t C-CO2 ha-1 an-1), avec une forte variabilité entre sites et entre années. Les chercheurs ont également montré* que les prairies les plus exploitées par la fauche et le pâturage présentaient la plus faible activité de puits de gaz à effet de serre.
Effet de la vague de chaleur de l'été 2003 : passage à une activité de source de carbone pour les prairies
La canicule observée en Europe durant l'été 2003 a permis de faire des mesures dans des conditions climatiques exceptionnelles, avec des températures estivales supérieures de 3 à 5°C à la moyenne et une pluviométrie réduite de moitié par rapport à la moyenne des mesures directes effectuées en Europe depuis 1850.
Les sites prairiaux étudiés ont montré une réduction significative des émissions de N2O et, dans les sites les plus affectés par la sécheresse, un passage d'une activité de puits à une activité de source de CO2.
L'effet à long terme du changement climatique ?
Par ailleurs, les effets à long terme du réchauffement seront différents de ceux observés à court terme, du fait des changements de végétation. Le projet IMAGINE, financé par l'Agence nationale de la recherche (ANR) et coordonné par l'INRA permettra de tester expérimentalement les modifications de biodiversité de la végétation prairiale en réponse à un scénario moyen de changement climatique.
Cette expérience, qui se poursuit dans le cadre de ce projet retenu par l'Institut français de la biodiversité (IFB) fournira des premières réponses concernant l'adaptation de la prairie au climat que nous connaîtrons d'ici 50 à 80 ans et sa capacité à maintenir une fonction de puits de gaz à effet de serre dans un climat modifié.
* Publication : Soussana JF, Allard V et al. Full accounting of the greenhouse gas (CO2, N2O, CH4) budget of nine European grassland sites. Agriculture, Ecosystems and Environment (in press)
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