Contexte général

La composition de l’atmosphère est affectée par les activités humaines. Les concentrations atmosphériques en dioxyde de carbone (CO₂), méthane (CH₄) et oxyde nitreux (N₂O) augmentent de façon exponentielle depuis l’industrialisation. Ces gaz, dits gaz à effet de serre (GES), ont des propriétés radiatives et l’augmentation de leurs concentrations dans l’atmosphère induit un forçage radiatif aussi appelé augmentation de l’effet de serre. Les conséquences d’émissions locales de GES se traduisent à l’échelle planétaire par des dérèglements climatiques de différentes natures. Xu et al. 2012 envisagent une augmentation des températures estivales en Bourgogne Franche-Comté dans un futur proche, ayant notamment des impacts sur le développement des produits de la vigne.

En France, la contribution du secteur agricole aux émissions de GES est estimée du même ordre de grandeur que celle de l’industrie et du résidentiel (environ 20 %), néanmoins en deçà de celle du transport (29 %). L’agriculture est la principale source de CH₄ et de N₂O, gaz possédant de très forts pouvoirs radiatifs, respectivement 28 et 265 fois plus élevés que le dioxyde de carbone (CO₂). Le GES N₂O est aussi impliqué dans la destruction de l’ozone stratosphérique. En France, les émissions par les sols du GES N₂O, chiffrées en 2010 à 47 MtCO₂-eq, représentent 40 % des émissions de GES par l’agriculture. Ces émissions sont en général associées à l’usage des engrais azotés et représentent globalement 1 %  [0.3 – 3 %] de l’azote apporté dans les sols.

Les pays signataires du protocole de Kyoto se sont engagés dans la réduction de leurs émissions de gaz à effet de serre. C’est le cas de la France qui, dans le cadre de la COP21, a annoncé des objectifs de réduction de 40 % à échéance de 2030 et de 75 % à échéance de 2050 (par rapport aux émissions de 1990).  Dans un premier temps, le secteur agricole n’avait pas été sollicité pour participer à l’effort collectif du fait des fortes incertitudes sur  ses émissions. Ce point de vue a désormais évolué et une réduction de l’ordre de 12 % est attendue pour 2030. Le ministère de l’Agriculture, de l’Agroalimentaire et de la Forêt, le ministère de l’Ecologie, du Développement durable et de l’Energie, et l’ADEME ont ainsi commandé à INRAE une étude pour évaluer le potentiel de réduction des émissions de GES de 10 actions que l’agriculture pourrait mettre en place (Pellerin et al., 2013) pour un potentiel d’atténuation tout gaz confondus (CO₂, CH₄ et N₂O) de 32 MtCO₂-eq par an, sous réserve d’additivité des 10 actions. Par manque de références lors de cette étude, l’utilisation d’additifs sur les sols n’a pas été prise en compte. Depuis, des publications ou des rapports récents ouvrent des perspectives dans ce sens (Hénault et al., 2016 ; Shaaban et al., 2015).

Bases scientifiques de la démarche de NatAdGES

Les émissions de N₂O par les sols sont la résultante du fonctionnement de processus microbiologiques, la dénitrification et la nitrification.

Les émissions de N₂O par les sols se caractérisent par une variabilité spatiale et temporelle extrêmement forte. En complément de l’étude « Agriculture et gaz à effet de serre : 10 actions pour réduire les émissions » (Pellerin et al., 2013), l’objectif du projet NatAdGES est de diminuer les émissions de N₂O d’origine agricole par une solution qui n’avait pu être étudié au cours de cette étude. Sur la base de publications et de projets récents (Hénault et al., 2016 ; Liu et al., 2014 ; Shaaban et al., 2015 ; Hénault et Revellin, 2011), la méthode choisie est l’application dans les sols, d’additifs ou de microorganismes tous d’origine naturelle, sans affectation des rendements. Cette méthode s’adresse aux différentes formes d’agriculture (conventionnelle, biologique, …) et permet la comptabilité des évitements d’émission.

L’état des connaissances sur les solutions proposées dans NatAdGES :

•  L’utilisation de produits chaulant et/ou de fertilisants organiques chaulant, pour stimuler la fonction de réduction de N₂O en N₂

Lors du récent projet SOLGES, soutenu par l’ADEME, il a été observé que (i) la capacité du sol à réduire le N₂O est déterminée par le pH du sol, cette fonction étant progressivement inhibée lorsque le pH devient inférieur à 6.8 et totalement inhibée à pH inférieur à 6.4. (ii) La capacité du sol à réduire le N₂O affecte l'intensité de l'émission in situ de N₂O dans le sol et des essais in situ ont montré que les émissions de N₂O peuvent être réduites de moitié après application de chaux. Des résultats similaires ont été obtenus par Shaaban et al., 2015 ; (iii) On a finalement estimé que le chaulage des sols fertilisés acides pourrait diminuer de 15% les émissions totales de N₂O en France (Hénault et al. 2019).

•  L'utilisation de microorganismes

Sameshima-Saito et al., 2006 ont démontré que les racines de soja nodulées par la souche Bradyrhizobium japonicum, porteuses du gène nosZ, pouvaient éliminer de faibles concentrations de N₂O, suggérant que ces nodules pourraient piéger le N₂O formé par les cultures de soja dans l'atmosphère. Hénault et Revellin, 2011 ont validé cette approche en serre et ont estimé un potentiel de réduction des émissions de N₂O au cours de la culture de soja inoculée avec la souche G49 de plus de 50%.

•  L’inhibition du processus de nitrification

La méta-analyse effectuée par Akiyama et al., 2010 indique un fort potentiel de réduction de N₂O par l’utilisation d'inhibiteurs de nitrification ou de minéralisation : on observe une diminution d’environ -50% en quelques mois. Outre l'intérêt de réguler la nitrification en tant que stratégie visant à minimiser les pollutions à l'azote, cela peut également améliorer l'efficacité d'utilisation de l'azote.

L’état des connaissances sur la quantification des évitements d’émissions :

La présentation des résultats sous forme d’évitement d’émissions est originale sur le gaz N₂O et compatible avec certaines démarches industrielles.

La quantification des émissions de N₂O par l’agriculture met en jeu des techniques différentes selon l’échelle de quantification.

-   A l’échelle de la parcelle : à l’aide de la méthode des chambres au sol ou par micrométéorologie. La méthode des chambres étant plus adaptée pour mettre en évidence l’effet de pratiques agronomiques.

-   A différentes échelles spatiales à l’aide d’outil permettant les extrapolations spatiales et temporelles. Pour les inventaires nationaux, l’IPCC propose des méthodologies de complexité variable (Tier 1 : coefficient d’émission appliquée aux entrées d’azote dans les sols ; Tier 2 : coefficients différenciés spatialement ; Tier 3 : modélisation mécaniste). Actuellement la France réalise ses inventaires avec la méthode Tier 1.