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Le carbone organique stable plus sensible à la température que le carbone labile

by Frédéric Magné - published on


Dans les sols, la matière organique est plus rapidement minéralisée quand la température augmente. Mais cela dépend-il de la matière organique considérée ? Pour répondre à cette question, des chercheurs du laboratoire Biogéochimie et écologie des milieux continentaux (BIOEMCO) et du Laboratoire de géologie de l’ENS (ENS Paris / CNRS), en collaboration avec l’ADEME, l’INRA et des chercheurs danois et suédois, ont analysé des échantillons de sols issus d’expériences de jachère nue de longue durée. Ils ont ainsi pu montrer que le processus de minéralisation est d’autant plus sensible à la température que la matière organique considérée est plus stable.

Les sols contenant trois à quatre fois plus de carbone que l’atmosphère, toute modification positive ou négative du stock de carbone des sols peut influencer significativement, et à court terme, la concentration en gaz carbonique (CO2) atmosphérique. S’il est bien connu que la minéralisation(1) du carbone organique des sols, qui se traduit par un flux de CO2 vers l’atmosphère, est d’autant plus rapide que la température augmente, l’amplitude de cet effet reste controversée. L’impact du changement climatique sur le devenir du stock de carbone organique des sols reste donc une source majeure d’incertitude pour la prédiction de l’évolution future des niveaux de CO2 atmosphérique. Les sols contiennent une grande variété de matières organiques dont les temps de résidence sont très divers (de quelques heures pour les matières organiques les plus labiles à plusieurs millénaires pour les matières organiques les plus stables). Une des questions les plus débattues est de savoir si la sensibilité à la température du processus de minéralisation du carbone organique du sol dépend du temps de résidence de l’espèce organique considérée, c’est-à-dire de son degré de stabilité. Faute de résultat convaincant, la majorité des modèles de dynamique du carbone dans les sols considèrent que ce n’est pas le cas.

Pour comparer la sensibilité à la température de la minéralisation de matières organiques de différents temps de résidence, l’idéal serait de disposer de sols ne se différenciant que par le temps de résidence des matières organiques qu’ils contiennent. À défaut, les expériences de jachère nue de longue durée, qui font partie d’essais agronomiques, fournissent des échantillons proches de cet optimal. En effet, dans ces expériences remarquables, les entrées de carbone dans le sol sont arrêtées pendant plusieurs décennies, alors que la décomposition des matières organiques initialement présentes se poursuit, et les sols de jachère nue s’enrichissent donc progressivement en matières organiques stables. L’échantillonnage de ces sols et l’archivage régulier de ces échantillons permettent de disposer aujourd’hui de collections d’échantillons provenant du même sol mais prélevés après différentes durées de jachère nue et qui ne diffèrent donc que par leur teneur en matières organiques et le degré de stabilité de celles-ci.

 Représentation schématique de l’évolution au cours du temps de la teneur en carbone organique d’un sol mis en jachère nue de longue durée.
Pour la première fois, une équipe internationale de chercheurs a étudié des sols provenant de quatre sites de jachères nues de longue durée situés dans différents pays : Askov (Danemark), Grignon (France), Ultuna (Suède) et Versailles (France). Les échantillons utilisés avaient été prélevés au début des expériences et après 25, 50, 52 et 79 ans de jachère nue, pour respectivement Askov, Grignon, Ultuna et Versailles. Ces échantillons ont été incubés en laboratoire à 4, 12, 20 et 35 °C et le flux de CO2 sortant suivi pendant 427 jours.
 Énergie d’activation apparente de la respiration des sols (plus elle est élevée, plus la sensibilité à la température du processus de minéralisation est forte) en fonction du temps moyen de résidence du carbone organique contenus dans ces sols.

Les résultats montrent qu’il existe une relation forte entre le temps de résidence moyen du carbone organique et la sensibilité à la température de sa minéralisation : plus le temps de résidence (degré de stabilité) les matières organiques augmente, plus la sensibilité à la température de leur minéralisation est grande. Les mécanismes expliquant cette relation empirique restent à élucider.

L’intégration de ces conclusions dans les modèles de dynamique du carbone dans les sols devrait permettre d’améliorer les prévisions d’évolution des stocks de carbone des sols dans le contexte du réchauffement climatique.

    
Notes

 (1) Dans les sols, la matière organique est dégradée par certaines bactéries et certains champignons du sol. In fine, du CO2 est émis, et le processus de cette dégradation finale est appelé "minéralisation"

 Référence

"Higher temperature sensitivity for stable than for labile soil organic carbon – Evidence from incubations of long-term bare fallow soils", Lefèvre R., Barré P., Moyano F.E., Christensen B.T., Bardoux G., Eglin T., Girardin C., Houot S., Kätterer T., van Oort F. & Chenu C., Global Change Biology, sous presse.     

  Contact chercheur

Pierre Barré, Laboratoire de géologie de l’Ecole normale supérieure
Tél : 01 44 32 22 68
Mél : barre@geologie.ens.fr