Mesure et modélisation spatialisées des flux de CO2 à l'interface entre le sol, les agroécosystèmes et l'atmosphère dans le contexte de la transition agroécologique
Auteur / Autrice : | Nicolas Breil |
Direction : | Thierry Lamaze, Nathalie Jarosz-Pellé |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Surfaces et interfaces continentales, Hydrologie |
Date : | Soutenance le 18/11/2022 |
Etablissement(s) : | Toulouse 3 |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Sciences de l’univers, de l’environnement et de l’espace (Toulouse) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Centre d'études spatiales de la biosphère (Toulouse ; 2001-....) |
Jury : | Président / Présidente : Benjamin Loubet |
Examinateurs / Examinatrices : Claire Chenu, Ahmad Al Bitar | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Benjamin Loubet, Bernard Longdoz, Tiphaine Chevallier |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Mots clés libres
Résumé
Le changement climatique et les modifications de l'environnement d'origine anthropique impactent notre planète à l'échelle mondiale, conduisant notamment à des perturbations climatiques extrêmes. Pourtant, les émissions de gaz à effet de serre d'origine anthropiques ne décroissent pas. Les surfaces agricoles, constituants plus de 30% des terres continentales, jouent un rôle important dans ces émissions puisqu'elles sont similaires aux rejets du trafic aérien mondial. Ces surfaces fortement anthropisés et en lien direct avec l'environnement sont des zones d'intérêt de l'impact des activités humaines. Les terres cultivables peuvent se comporter comme des puits ou des sources de carbone, notamment en fonction de la conduite agricole. L'impact des pratiques issues de l'agroécologie (non-labour, couvert intermédiaire, agroforesteries, etc.), de plus en plus utilisées en France, reste cependant mal compris notamment concernant les combinaisons de pratiques. Cette thèse s'intéresse à l'impact de pratiques agroécologiques combinées sur les stocks de carbone du sol et les émissions vers l'atmosphère de CO2 à travers la respiration du sol. Nous avons modélisé les flux de respiration du sol et adapté un ensemble d'équations permettant de représenter la dynamique des stocks et flux de carbone du sol, ainsi que l'effet priming pour des pratiques agroécologiques (non-labour combiné au couvert intermédiaire) et conventionnelles. La première partie de la thèse a consisté à réaliser un ensemble de mesures spatialisées de terrain sur des parcelles de maïs. Les deux sites étudiés sont caractérisés par des quantités de carbone très contrastées : un sol très riche en carbone en 2018 à Lalonquette (64) et un autre relativement pauvre en 2019 à Estampes (32). Chaque site d'étude est composé de deux parcelles contiguës, l'une sous itinéraire agroécologique, depuis 16 ans à Lalonquette et 19 ans à Estampes (non-labour, couvert intermédiaire), l'autre sous itinéraire conventionnel (labour, période de sol nu). Les mesures ont été réalisées sur chaque parcelle au cours de la saison permettant de caractériser la respiration du sol. A Estampes, le sol de la parcelle agroécologique contient plus de carbone et respire plus que la parcelle conventionnelle. Ainsi, les pratiques agroécologiques peuvent augmenter les stocks de carbone du sol tout en augmentant la respiration vers l'atmosphère. Sur le site de Lalonquette, les deux parcelles présentent des stocks de carbone plus important et des respirations plus faibles qu'à Estampes, mais sont similaires entre les conduites agroécologiques et conventionnelles. La combinaison de pratiques agroécologiques n'a donc pas eu le même effet sur les deux sites. L'impact positif des pratiques agroécologiques combinées sur le stockage de carbone du sol semble limité par la capacité du sol à accumuler ce carbone. Enfin, pour comprendre l'hétérogénéité spatiale des flux de respiration, une analyse de composante principale complété par une méthode d'apprentissage automatique (ou machine learning) en forêt d'arbres décisionnels (ou random forest) a été réalisée. L'hétérogénéité de la respiration du sol est principalement due aux variations de température pour la parcelle AE et température et humidité pour la parcelle Conv, confirmant les conclusions de l'analyse globale des données. Dans une deuxième partie, nous avons simulé les flux et stocks de carbone du sol pour les deux modalités de cultures agroécologie et conventionnel. Le modèle SAFYE-CO2 développé au CESBIO est capable de simuler les flux de carbone de l'échelle de la parcelle jusqu'à l'échelle régionale. Un nouveau module, COP pour " CO2 flux and Priming effect estimation ", a été développé pour le modèle SAFYE-CO2. Ce module permet de prendre en compte les stocks de carbone du sol, la respiration hétérotrophe ainsi que l'estimation de l'effet priming à partir d'un formalisme adapté du modèle ORCHIDEE-PRIM.