Chaulage des sols acides : une solution pour réduire les émissions de N₂O ?

Les concentrations atmosphériques de gaz à effet de serre (GES) atteignent des niveaux jamais atteints auparavant. Parmi eux, le protoxyde d’azote (N₂O), au potentiel de réchauffement près de 300 fois plus élevé que le dioxyde de carbone (CO₂), est principalement émis par les sols agricoles. Le secteur agricole est en effet le deuxième émetteur de GES, au niveau national comme à l’international. 

La vie microbienne à l’origine du N₂O

L’origine des émissions se situe sous terre : c’est dans le sol qu’il faut se pencher, plus précisément au niveau de l’activité microbienne et du cycle de l’azote. Deux processus sont en jeu : la nitrification (transformation de l’ammonium en nitrate, assimilable par les plantes) et la dénitrification.

Lorsque cette dernière est complète, les nitrates sont transformés en diazote (N₂), un gaz inerte naturellement présent dans l’atmosphère. Mais lorsque le processus est incomplet, du N₂O est émis comme produit intermédiaire.

Or, la réduction finale du N₂O en N₂ - seule voie d’élimination connue - est fortement dépendante de l’activité microbienne du sol, elle-même tributaire des conditions du milieu (humidité, oxygénation, température, disponibilité de l’azote…). Le sol peut ainsi être à la fois source ou puits de N₂O (figure 1).

Figure 1 >>> Représentation schématique des principaux mécanismes microbiens impliqués dans les émissions de N₂O par les sols

Deux seuils de pH identifiés

Dans un premier temps, l’étude vise à stimuler une étape cruciale de dénitrification : la réduction de N₂O en N₂, afin de limiter les pertes d’azote réactif. Cette transformation est catalysée par une enzyme bactérienne, la N₂O-réductase, plus ou moins active selon les conditions du milieu.

Pour l’expérimentation, l’approche retenue a été la mise au point de tests en laboratoire permettant d’identifier si le sol étudié est capable de réduire ou non le N₂O. Ce protocole, aujourd’hui normalisé ISO, a été appliqué à plus de 90 sites en France du Réseau de mesure de la qualité des sols (RMQS) afin de couvrir la diversité des sols agricoles français (sol de prairie, culture, forêt).

Le résultat est sans appel : seulement un tiers des sols sont capables de boucler totalement le cycle de l’azote.

L’analyse des caractéristiques des sols (pH_eau, CEC, teneur en argile) met en évidence le rôle déterminant du pH. La courbe  qui met en avant la relation fine entre le pH et l’activation de l’enzyme bactérienne (figure 2) montre ainsi deux valeurs seuils du pH. Un premier seuil pour un pH de 6,4 en dessous duquel les sols présentent une très faible capacité à réduire le N₂O, avec une activité très ralentie de l’enzyme. Et un deuxième seuil pour un pH de 6,8 au-dessus duquel l’enzyme est fonctionnelle et réduit le N₂O.

Figure 2 >>> Courbe de la capacité du sol à réduire N₂O en N₂ , en fonction du pH_eau

Chauler pour boucler le cycle de l’azote

Fort de ce constat, l’étude s’est concentrée sur la solution du chaulage afin d’agir sur le levier du pH pour atténuer les émissions de N₂O des sols. Il s’agit donc ici d’un chaulage « climatique », qui vise spécifiquement à atteindre un pH de 6,8 pour obtenir une dénitrification complète.

D’un point de vue agronomique, cela reste une zone de pH fonctionnelle : un pH de 6,8 n’entraîne pas de dégradation des capacités chimiques, biologiques et physiques des sols, ni du potentiel de production. Des expériences in situ ont été menées sur trois sites distincts afin de mesurer les variations d’émission de N₂O après un chaulage climatique. Ce protocole a été réalisé avec un essai en blocs comprenant des parcelles témoins et des parcelles recevant un produit chaulant.

Sur les sites présentant des émissions de base élevées (150 g de N₂O par ha et par jour), les parcelles chaulées ont montré des flux significativement inférieurs (50 g de N₂O par ha et par jour). L’ensemble des sites expérimentaux a présenté des réductions de N₂O allant de 26 à 66 % lors de l’apport de produit chaulant destiné à remonter le pH du sol, avec une valeur médiane retenue d’environ 50 %.

Les méta-analyses issues de la littérature scientifique internationale vont dans le même sens que les résultats de cette étude, soutenant fortement la proposition du chaulage climatique comme levier d’action positif pour le climat. À noter que le chaulage des sols acides est déjà indiqué dans la liste des propositions de la méthodologie du Label Bas Carbone-Grandes Cultures pour réduire les émissions de GES.

Un prérequis de cette étude était d’identifier une solution biotechnique qui réduise ces émissions et soit facilement appropriable par les agriculteurs, sans engendrer ni nouvelle pollution, ni transfert de celles-ci d’un milieu à un autre. Une question centrale reste donc celle des émissions de CO₂ liées au chaulage.

Chaulage et CO₂ : un sujet à approfondir

D’après le GIEC¹, le carbone du carbonate de calcium serait perdu sous forme de dioxyde de carbone (CO₂) dans l’atmosphère durant la première année suivant l’apport au sol. Pour vérifier cet effet, des mesures ont été réalisées sur un sol du Morvan de type acide. L’étude a consisté à suivre l’évolution des flux de CO₂ après l’application de produit chaulant, simultanément à un témoin non chaulé.

Contrairement à l’hypothèse de départ, basée sur les indications du GIEC, les parcelles chaulées ont montré des émissions de CO₂ inférieures de 36 % à celles des témoins. Deux explications sont possibles. La première hypothèse serait l’apparition d’un mécanisme appelé « pompe à CO₂ », lié à la formation de bicarbonate dans la solution du sol.

La deuxième hypothèse serait un mécanisme de stabilisation de la matière organique (et donc du carbone) par l’ion calcium (Ca²⁺) apporté par le produit chaulant ou le carbonate de calcium. Ces résultats observés sur le site unique du Morvan nécessitent la reconduction d’expérimentations sur d’autres sols et dans d’autres zones géographiques afin de tester leur constance. 

Cette étude positionne le chaulage comme un levier concret de réduction des émissions de N₂O. Reste à mieux comprendre son impact global sur le cycle du carbone, et intégrer son coût carbone direct, afin de garantir un bénéfice climatique net. 

1. Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat.