ANALYSE CHIMIQUE DES POOLS DE CARBONE
ORGANIQUE DU SOL

Généralité sur la matière organique du sol

 Le terme «matières organiques du sol» regroupe l’ensemble des constituants organiques morts ou vivants, d’origine végétale, animale ou microbienne, transformés ou non, présents dans le sol. Elles représentent en général 1 à 10 % de la masse des sols (Lefevre , 2015). Elle est repartie en quatre parties : -Les matières organiques vivantes animales, végétales, fongiques et microbiennes, englobent la totalité de la biomasse en activité (racines, vers de terres, microflore du sol…). -Les matières organiques fraiches constituées de débris d’origine végétale (résidus végétaux, exsudats), animale (déjections, cadavres), fongique et microbienne (cadavres, exsudats). -Les composés organiques intermédiaires issus de l’activité de la biomasse microbienne, ce sont les produits transitoires (évolution de la matière organique fraîche) qui composent les matières organiques facilement décomposables. – l’humus ou matières organiques humiques qui sont des composés organiques stabilisés («matières organiques stable»), provenant de l’évolution des matières précédentes. Cette partie représente 70 à 90 % du total. (Leclerc , 2001). Les matières organiques du sol sont ensuite dégradées sous l’action des micro-organismes du sol en fonction des conditions du milieu (aération, humidité, localisation de la matière organique dans le sol, température, etc.), des usages et des pratiques agricoles (récoltes, gestion des résidus, etc.). Cette dégradation produit du CO2 qui est émis en retour dans l’atmosphère. Cette petite quantité de matière organique, dont le carbone organique constitue à peu près la moitié, est très importante pour le fonctionnement du sol et de l’écosystème tout entier (Marsden, 2008). Les matières organiques jouent un rôle primordial dans le sol. Elles servent de source d’énergie pour la flore et la faune du sol. Elles ont un impact direct sur la structure et stabilité structurale, elles contribuent à l’alimentation des végétaux par la libération d’éléments nutritifs. Les matières organiques sont donc importantes pour les propriétés physiques et chimiques du sol.

 Le carbone organique du sol

 Le carbone est l’élément fondamental de tous les êtres vivants et le principal constituant de la matière organique (environ 58%) (McConkey et al., 2001). Ce stock de carbone dans le sol a considérablement diminué au cours du 20ème siècle en raison de l’intensification de l’agriculture, de la généralisation des labours profonds dans les pays développés, de la 5 transformation de centaines de millions d’hectares de prairies en terres cultivées et enfin de la déforestation. Le carbone perdu par les sols est émis principalement sous forme de CO2. Tout au long du 20ème siècle, l’agriculture a émis dans l’atmosphère une partie du carbone accumulé dans le sol depuis des millions d’années. Elle continue à le faire, principalement par la déforestation et par l’appauvrissement en matière organique des sols agricoles (Gorz, 2008). 

 Modélisation de la dynamique du carbone organique dans les sols

 L’objectif de la modélisation est de réduire la complexité d’un système à travers un modèle simplifié tiré des expériences difficiles ou impossibles à réaliser dans la réalité. Un modèle est plus explicite, simple et facile à manipuler car n’intégrant que des variables difficilement accessibles pour comprendre le système étudié. Par leur capacité à d’intégrer des variables pertinentes et à simuler le comportement d’un système, les modèles sont couramment utilisés comme outil de compréhension, de prédiction et d’aide à la décision. La modélisation informatique de la dynamique du carbone répond précisément à ces trois objectifs : compréhension, prédiction et aide à la décision. Il s’agit des modèles du sol qui s’intéressent à la dynamique du carbone dans le sol (Parton et al., 1994). Parmi ces modèles, on peut citer le modèle RothC (Coleman et al., 1996) qui sera utilisé dans ce travail. Le modèle RothC est utilisé pour prédire le stock du carbone dans notre zone d’étude du fait de sa souplesse dans sa mise en œuvre. En effet, il requiert moins de variables d’entrées (stock de carbone initial, teneur en argile du sol, paramètres du climat, quantité de couverture végétale, et intrants de carbone organique) comparées à d’autres modèles comme.

 l’utilisation du modèle RothC

 Le modèle RothC-26.3 a été choisi pour simuler la dynamique du carbone organique du sol. Ce choix se justifie par le fait que : ce modèle représente les extrêmes d’un gradient d’accessibilité, de facilité d’utilisation et de complexité. De plus, le modèle est bien documenté et le volume de travail publié sur les applications de ce modèle aux données est suffisant (FAO, 2004). 

Description sommaire des compartiments du carbone 

Le modèle de simulation du carbone organique dans le sol est un modèle multi-compartiments (Smith et al., 1997). Pour prendre en compte les grandes différences de décomposition, les modèles de la dynamique du carbone organique du sol divisent la matière organique en 2 pools ou plus, puisqu’un pool unique et homogène ne peut pas refléter les différentes réponses des composants organiques à cycles rapides et lents. La matière organique inerte (IOM) est considérée comme le facteur le plus important pour la séquestration du carbone à long terme (Swift, 2001). La plupart des modèles comprend au moins plusieurs pools de carbone organique du sol conceptuels, qui ne peuvent pas être mesurés directement car il n’existe aucune méthode généralement applicable pour les séparer. Le modèle 26.3 de Rothamsted Carbone (Coleman et al., 1996) est un modèle de reconstitution du carbone dans le sol testé avec de nombreux ensembles de données à long terme et largement utilisé pour la prédiction de variations de la valeur de la température dans différents sols (Tate et al., 1993). Avec RothC, le carbone organique du sol est divisé en 4 pools actifs (matière végétale décomposable, matière végétale résistante, biomasse microbienne et humus) se décomposant en quelques mois ou décennies, et en un pool stable, appelé matière organique inerte (IOM), se retournant à plus de 50 000 ans. (Franko et al., 1997). Les quatre compartiments sont repartis comme suit : -Matière végétale décomposable et matière végétale résistante : Les deux premiers des cinq compartiments de RothC représentent le carbone végétal ajouté mensuellement à partir des résidus de récolte. Le carbone organique entrant ne traverse ces compartiments qu’une fois, et tout le carbone entrant est supposé appartenir à un autre compartiment. La matière végétale décomposable et la matière végétale résistante se décomposent tous deux selon les mêmes produits (Jenkinson , 1990). Le pool lent inclut la matière végétale résistante dérivé du pool structural et des produits microbiens stabilisés dans le sol. -La biomasse microbienne : La biomasse microbienne représente la quantité de “carbone vivant” contenue dans les microbes du sol. Elle est à la fois un compartiment transformateur (potentiel de minéralisation du sol) et un compartiment (stockage) capable de piéger des éléments comme l’azote. Pour un type de sol donné, des valeurs élevées de biomasse microbienne signifient que la fertilité du sol est élevée. Les propriétés agronomiques du sol, fortement dépendantes de l’état biologique (structuration, porosité, nutrition des plantes, recyclage des matières organiques du sol état sanitaires) auront les meilleures chances d’être 7 assurées. A l’inverse, un faible niveau de biomasse microbienne traduit une faible capacité biologique pour le sol. La culture nécessitera alors plus d’intrants (mécanique et chimique) pour entretenir les propriétés agronomiques du sol (Chaussod, 2010). -L’humus : est la matière organique sombre qui se forme dans le sol lors de la décomposition de matières végétales et animales mortes. Il contient de nombreux nutriments qui améliorent la santé du sol, l’azote étant le plus important. L’humus pleinement humifié, a un aspect uniformément sombre, spongieux et gélatineux et est amorphe; il peut se décomposer progressivement sur plusieurs années ou persister pendant des millénaires. Au microscope, l’humus peut révéler de minuscules restes de plantes, d’animaux ou de microbes qui ont été dégradés de manière mécanique. Cela laisse attendre que la frontière entre l’humus et la matière organique du sol soit ambiguë. (Robert, 2004) -La matière organique inerte : Le pool de matière organique inerte est réglé sur un temps de séjour moyen de 50 000 ans et n’interagit donc pas avec les pools actifs (Rethemeyer et al., 2007). Étant donné que la quantité de matière organique inerte a une influence majeure sur les résultats de modélisation, son estimation précise est essentielle (Jenkinson et al., 1991).