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STOCKER DU CARBONE DANS LES SOLS FRANÇAIS QUEL POTENTIEL AU REGARD DE L'OBJECTI

STOCKER DU CARBONE DANS LES SOLS FRANÇAIS QUEL POTENTIEL AU REGARD DE L'OBJECTIF 4 POUR 1000 ET À QUEL COÛT ? SYNTHÈSE DE L'ÉTUDE - JUILLET 2019 ÉTUDE RÉALISÉE POUR L'ADEME ET LE MINISTÈRE DE L'AGRICULTURE ET DE L'ALIMENTATION Pilotes scientifiques de l’étude1 : Sylvain Pellerin et Laure Bamière Chargé·e·s d’étude : Bassem Dimassi, Camille Launay, Raphaël Martin, Michele Schiavo Experts scientifiques principaux : Denis Angers, Laurent Augusto, Jérôme Balesdent, Isabelle Basile-Doelsch, Valentin Bellassen, Rémi Cardinael, Lauric Cécillon, Eric Ceschia, Claire Chenu, Julie Constantin, Joël Darroussin, Philippe Delacote, Nathalie Delame, François Gastal, Anne-Isabelle Graux, Bertrand Guenet, Sabine Houot, Katja Klumpp, Elodie Letort, Manuel Martin, Safya Menasseri, Delphine Mézière, Thierry Morvan, Claire Mosnier, Jean Roger-Estrade, Laurent Saint-André, Olivier Thérond, Valérie Viaud Experts scientifiques contributeurs ponctuels : Florent Chlebowski, Jean-Luc Dupouey, Morgan Ferlicoq, Daniel Gilbert, Florent Levavasseur, Isabelle Litrico, Gaetan Pique, Jorge Sierra Coordination du projet : Olivier Réchauchère Documentation : Sophie Le Perchec, Régis Grateau Appui rédactionnel et édition : Isabelle Savini Directeur de la publication : Guy Richard, Directeur de la Délégation à l'Expertise scientifique collective, à la Prospective et aux Etudes (DEPE) Contacts : Sylvain Pellerin : sylvain.pellerin(a)inra.fr Laure Bamière : laure.bamiere(a)inra.fr Olivier Réchauchère : olivier.rechauchere(a)inra.fr Le présent document constitue la synthèse du rapport de l’étude sollicitée conjointement par l’Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie (ADEME) et le Ministère de l'Agriculture et de l’Alimentation (MAA), convention n°1660C0020. Le Centre d’Accès Sécurisé aux Données (CASD) a permis l’accès au Réseau d’Information Comptable Agricole (RICA)2. Le contenu du rapport et du document de synthèse n’engage que la responsabilité de leurs auteurs. Le rapport d’étude, source de cette synthèse, a été élaboré par les experts scientifiques sans condition d’approbation préalable par les commanditaires ou l’INRA. La synthèse a été validée par les auteurs du rapport. Ces documents sont disponibles sur le site institutionnel de l'INRA (www.inra.fr). Pour citer ce document : Sylvain Pellerin et Laure Bamière (pilotes scientifiques), Camille Launay, Raphaël Martin, Michele Schiavo, Denis Angers, Laurent Augusto, Jérôme Balesdent, Isabelle Basile-Doelsch, Valentin Bellassen, Rémi Cardinael, Lauric Cécillon, Eric Ceschia, Claire Chenu, Julie Constantin, Joël Darroussin, Philippe Delacote, Nathalie Delame, François Gastal, Daniel Gilbert, Anne-Isabelle Graux, Bertrand Guenet, Sabine Houot, Katja Klumpp, Elodie Letort, Isabelle Litrico, Manuel Martin, Safya Menasseri, Delphine Mézière, Thierry Morvan, Claire Mosnier, Jean Roger-Estrade, Laurent Saint-André, Jorge Sierra, Olivier Thérond, Valérie Viaud, Régis Grateau, Sophie Le Perchec, Isabelle Savini, Olivier Réchauchère, 2019. Stocker du carbone dans les sols français, Quel potentiel au regard de l’objectif 4 pour 1000 et à quel coût ? Synthèse du rapport d'étude, INRA (France), 114 p. Photo de couverture : Calcosol fluvique, sablo-argileux, issu d’alluvions sablo-calcaires (Gizeux, Indre-et-Loire), Réseau de mesure de la qualité des sols (RMQS) Crédit : Claudy Jolivet (INRA) 1 L’affiliation des auteurs est détaillée à la fin du document. 2 Le CASD est un groupement d’intérêt public qui a pour objet principal de mettre en œuvre des services d’accès sécurisé pour les données confidentielles à des fins de recherche. Il est financé sur des fonds publics et, de ce fait, la présente étude a bénéficié d’une aide de l’Etat gérée par l’Agence Nationale de la Recherche au titre du Programme Investissements d’Avenir portant référence ANR-106EQPX-17 (Centre d’accès sécurisé aux données - CASD). 1 Stocker du carbone dans les sols français Quel potentiel au regard de l’objectif 4 pour 1000 et à quel coût ? Synthèse du rapport d'étude Juillet 2019 2 Nous souhaitons ici avoir une pensée pour Bassem Dimassi, qui nous a quittés prématurément, au début de l'année 2018, alors qu’il venait d’achever un travail dans le cadre de l’étude 4p1000, préliminaire au travail de simulation présenté dans le cadre de ce rapport. Bassem était titulaire d’un diplôme d’ingénieur en Sciences du sol et de l’environnement obtenu à l’Institut National d’Agronomie de Tunis en 2006. Il avait ensuite effectué un premier master dans le même institut, puis un second, le master Fonctionnement de la Biosphère Continentale à AgroParisTech sous la supervision de Claire Chenu. Il avait réalisé son stage de master encadré par Benoît Gabrielle à AgroParisTech, et avait ensuite réalisé brillamment son doctorat dans le cadre d’une convention CIFRE avec Arvalis, au sein de l’unité INRA Agro-Impact de Laon, sous la direction de Bruno Mary. Sa thèse portait sur le stockage de carbone sous l'effet du travail du sol. Il a notamment remis en cause le dogme du fort stockage de carbone en situation de semis direct, grâce à l'analyse approfondie des essais de longue durée de Boigneville. Bassem rejoint ensuite l’unité Infosol en 2015 pour travailler sur l’étude, par modélisation, de l’impact des pratiques culturales sur l’évolution des stocks de carbone et leur prise en compte dans les inventaires nationaux, sous la supervision de Manuel Martin. Il y a démontré sa polyvalence et permis des avancées en matière d'utilisation des modèles de dynamique du carbone à différentes échelles spatiales. Il venait d’être recruté à l’université ETH de Zurich, pour un nouveau post-doctorat proposé dans l’équipe de Johan Six, sur la modélisation du stockage de carbone dans les horizons profonds. Bassem possédait une personnalité amicale, sincère et attachante, dont témoignent tous ceux qui ont pu le côtoyer. D’un point de vue professionnel, il était curieux de tout, efficace, enthousiaste et souvent force de proposition. Bassem, tu étais un collaborateur particulièrement précieux et nous ne t’oublierons pas. 3 Sommaire Introduction ............................................................................................................................................................ 5 Contexte et motivations de l’étude ................................................................................................................................................................5 Objectifs et modalités de mise en œuvre de l'étude .....................................................................................................................................6 Plan du document .........................................................................................................................................................................................7 1. Stocks et stockage de carbone dans le sol : définitions et choix méthodologiques de l'étude ........................... 8 1.1. Stocks de carbone dans le sol : nature, ordre de grandeur .................................................................................................. 8 1.1.1. Origine et composition du carbone, répartition dans le sol ................................................................................................................8 1.1.2. Les stocks de carbone dans les sols métropolitains : ordre de grandeur et répartition géographique ..............................................9 1.2. Stock, stockage et stockage additionnel de carbone dans le sol .......................................................................................... 9 1.2.1. Stocks de carbone du sol ...................................................................................................................................................................9 1.2.2. Stockage et stockage additionnel de carbone ................................................................................................................................. 10 1.3. Dépendance du stockage aux conditions pédoclimatiques et agronomiques .................................................................... 11 1.3.1. Estimation du potentiel de stockage additionnel : une approche basée sur la modélisation .......................................................... 11 1.3.2. Modalités de mise en œuvre des simulations, mode d’expression des résultats et calculs des bilans GES ................................. 12 1.3.3. Déploiement des pratiques stockantes : notion d’assiette maximale technique ............................................................................. 12 1.4. Du potentiel technique au potentiel économique de stockage ............................................................................................ 13 1.4.1. Les coûts de mise en œuvre d'une pratique pour l'agriculteur ........................................................................................................ 13 1.4.2. Détermination du niveau effectif de mise en œuvre des différentes pratiques par l'optimisation économique ............................... 13 2. Analyse bibliographique ................................................................................................................................... 15 2.1. Les mécanismes à l’origine du stockage/déstockage de carbone dans les sols ................................................................ 15 2.1.1. Principaux processus ....................................................................................................................................................................... 15 2.1.2. Cinétique de décomposition des MO et temps moyen de résidence du C ...................................................................................... 19 2.1.3. Conclusion ....................................................................................................................................................................................... 23 2.2. Les modèles d’évolution des stocks de carbone dans les sols ........................................................................................... 23 2.2.1. Représentation de la dynamique du carbone dans le sol ............................................................................................................... 24 2.2.2. Représentation des interactions sol-végétation dans la modélisation du carbone ......................................................................... 26 2.2.3. Evaluation, incertitude et sensibilité des modèles ........................................................................................................................... 26 2.2.4. Spatialisation des modèles de dynamique du carbone ................................................................................................................... 27 2.2.5. Conclusions ..................................................................................................................................................................................... 28 2.3. Effets de la teneur en C des sols sur le fonctionnement des agroécosystèmes ................................................................. 28 2.3.1. Propriétés, fonctions et services écosystémiques intéressant principalement les agriculteurs ...................................................... 29 2.3.2. Propriétés, fonctions et services écosystémiques intéressant principalement la société ............................................................... 31 2.3.3. Conclusion ....................................................................................................................................................................................... 32 2.4. Stocks de carbone des sols métropolitains, évolutions tendancielles et effet des changements d’occupation des sols .... 32 2.4.1. Niveaux des stocks de C des sols sous différents modes d’occupation des sols ........................................................................... 32 2.4.2. Tendance actuelle d’évolution des stocks de COS sous différents modes d'occupation des sols en France métropolitaine ........ 34 2.4.3. Effets des changements d'occupation sur les stocks de C des sols ............................................................................................... 35 2.4.4. Effets du changement climatique .................................................................................................................................................... 37 2.4.5. Conclusion ....................................................................................................................................................................................... 37 3. Potentiel technico-économique de stockage additionnel de carbone dans les sols français : pratiques stockantes retenues et méthodes de quantification du stockage et du coût .......................................................................... 38 3.1. Les pratiques stockantes retenues ..................................................................................................................................... 38 3.1.1. En forêt ............................................................................................................................................................................................ 38 3.1.2. En prairies ........................................................................................................................................................................................ 39 3.1.3. En grandes cultures et cultures pérennes ....................................................................................................................................... 39 3.1.4. Conclusion ....................................................................................................................................................................................... 40 3.2. Approche globale mise en œuvre pour l’analyse conjointe du potentiel de stockage additionnel et du coût ..................... 40 3.2.1. Etapes du calcul et variables calculées ........................................................................................................................................... 40 3.2.2. Situation de référence et ligne de base ........................................................................................................................................... 41 3.2.3. Sources de données mobilisées ...................................................................................................................................................... 41 4 3.3. Estimation du stockage additionnel de carbone lié à l’adoption de pratiques stockantes .................................................. 42 3.3.1. Modèles utilisés (et cas hors modèles) ........................................................................................................................................... 42 3.3.2. Construction d'une représentation de l'agriculture française ........................................................................................................... 43 3.3.3. Simulations réalisées pour l’estimation du stockage additionnel - Plan de simulation .................................................................... 44 3.3.4. Sorties et présentation des résultats ............................................................................................................................................... 45 3.3.5. Calculs des bilans gaz à effet de serre ............................................................................................................................................ 45 3.4. Estimation du coût technique unitaire de mise en œuvre des uploads/Management/ etude-4-pour-1000-synthese-en-francais-pdf-2-pdf.pdf