Courrier des lecteurs: fixation du carbone en prairies récentes: bilan de 38 années d’observations
Alors que les agriculteurs doivent vivre au quotidien avec les changements climatiques, la fixation du carbone dans des sols de prairies récentes en région limoneuse hennuyère, observée durant 38 ans, met en lumière le rôle clé des prairies comme leviers de stockage et d’équilibre du carbone dans les systèmes agricoles.
Dans le contexte des changements climatiques, la réduction des émissions de gaz à effet de serre est une nécessité absolue pour tous les secteurs économiques. Dans cette optique, les sols agricoles, de par leur capacité à stocker de la matière organique, et donc du carbone, et de par leur étendue, ont un rôle important à jouer. Or, en l’état actuel des choses, le bilan carbone des sols de Wallonie s’avère négatif, tant du côté des sols de terres arables que du côté des sols de prairies.
Parmi les pratiques pouvant remédier à cette situation, la conversion de terres arables en prairies permanentes est l’une des plus efficaces. C’est précisément dans le cadre de cette pratique – l’installation de nouvelles prairies permanentes – que s’inscrit la présente étude. Plus spécifiquement, elle tire profit de la présence, au sein d’une exploitation agricole, de prairies implantées successivement en lieu et place de terres arables sur une période de 28 ans, entre 1987 et 2015. Ce dispositif, couplé à la réalisation régulière d’analyses de sol depuis 2013, a permis de caractériser le potentiel de fixation du carbone du sol de ces prairies.
Le cycle du carbone dans l’écosystème « prairie »
Avant toute chose, nous proposons de recadrer brièvement le cycle du carbone en prairie pâturée.
Le cycle du carbone dans l’écosystème prairial est présenté schématiquement à la figure 1. Il est composé de flux entrants dans l’écosystème (flèches jaunes), de flux sortants de l’écosystème (flèches bleues), et d’échanges de carbone à l’intérieur de l’écosystème (flèches rouges). La largeur de chaque flèche est indicative de l’importance relative du flux qu’elle représente.
Pour éviter toute confusion, tous les paramètres incluant du carbone (matière organique du sol, dioxyde de carbone, méthane, produits végétaux, aliments…) sont ici quantitativement exprimés selon leur contenu en carbone (C) (et non en équivalents CO2). Les flux sont exprimés en tonnes de carbone par ha et par an (t C/ha.an).
Alimentée en énergie par la lumière solaire, la photosynthèse « organise » le CO2 prélevé dans l’atmosphère et « construit » la végétation : c’est la production primaire brute (flux 1.1 sur la figure 1). Elle est la principale source de carbone, évaluée à 19 t C/ha.an. De cette quantité, la production fourragère s’élève à 1 à 6 t C/ha.an en zone tempérée.
Au niveau des écosystèmes prairiaux, deux sources secondaires de carbone se distinguent : les aliments complémentaires apportés aux animaux au pâturage et les apports de fertilisants organiques. L’importance de ceux-ci dépend des pratiques propres à chaque éleveur. Elle peut varier de 0 à quelques centaines de kg C/ha.an (et potentiellement plus encore).
Les aliments complémentaires (flux 1.2) sont distribués soit en prairie, en période de manque d’herbe, soit plus souvent à l’étable pour les vaches laitières, au moment de la traite. La plus grosse partie de ceux-ci est rejetée dans l’atmosphère sous forme de CO2 par la respiration, seule une petite partie viendra alimenter le stock de carbone du sol par les déjections en prairie.
Quant à la fertilisation organique (flux 1.3), elle inclut les fumiers, composts, lisier, et vient directement renforcer le stock de carbone du sol. Sa contribution à l’humus varie selon le type de matière organique. Ceci est représenté par un coefficient de transformation en humus propre à chaque matière organique (coefficient isohumique K1).
Les flux de carbone sortant de l’écosystème
Tous les organismes vivant au sein de l’écosystème prairial respirent, et les rejets de carbone (sous forme de CO2) via la respiration représentent une part importante du carbone entré dans le système. Le bétail réémet dans l’atmosphère plus de la moitié du carbone qu’il a ingéré (flux 2.1), jusqu’à 76 % du carbone ingéré. La respiration de la végétation est évaluée à 7 t C/ha.an (flux 2.2). Flore et faune du sol consomment les matières organiques qui leur sont fournies (flux 2.3). Une part importante en est ainsi minéralisée et rejetée dans l’atmosphère sous forme de CO2, soit 9,2 t /ha.an.
Les produits de la prairie constituent autant de carbone exporté de l’écosystème (flux 2.4 et 2.5). Entre la fauche exclusive, où la production fourragère est intégralement exportée, et le pâturage exclusif, où la production fourragère est intégralement transformée en lait ou en viande par les animaux, tous les intermédiaires existent. Par exemple, la récolte de 9 t de MS/ha.an sous forme d’ensilage ou de foin (soit une moyenne comprise entre 6 et 12 t MS pour nos régions), représente une exportation de l’ordre de 4,5 t C/ha.an (flux 2.4). Les exportations de carbone par le lait et la viande produits par les ruminants (flux 2.5) sont très réduites (de l’ordre de 36 kg C/ha.an pour la viande, quelques centaines de kg pour le lait).
Enfin, le carbone est également exporté, en quantités réduites, sous forme de méthane (flux 2.6). Issu de la fermentation entérique propre aux ruminants, le méthane est rejeté dans l’atmosphère à raison de 3 à 8 % du carbone ingéré ou 0,2 t C/ha.an. La formation de méthane dans les sols bien drainés est négligeable. Dans des sols temporairement saturés en eau, des fermentations anaérobies peuvent être à l’origine de la production de méthane (flux 2.7).
Finalement, pour être complet, il faut signaler qu’une petite quantité de carbone peut être lessivée hors du profil, sous forme soluble ou colloïdale (flux 2.8).
Les échanges de carbone à l’intérieur de l’écosystème
Le stock de matière organique du sol est principalement alimenté par les sous-produits du couvert végétal : le turnover des racines, la libération de matériaux organiques par les racines dans la rhizosphère (rhizodéposition), la décomposition de la litière, des feuilles et des tiges non récoltées (flux 3.1), soit un total de 9 t C/ha.an.
En régime « pâturage », l’herbe produite par la prairie est consommée par les ruminants (flux 3.2) à raison de 60 % (3 à 4 t C/ha.an). Une partie (20 %) retourne au sol par les déjections des animaux au pâturage (flux 3.3) (0,7 t C/ha.an).
Stock de carbone dans les sols de prairie
Avec des apports (3.1) évalués à 9 t C/ha.an auxquels on ajoute les excrétions animales (3.3) (0,7 t C/ha.an), et desquels on retranche des pertes par respiration de 9,2 t C/ha.an (2.3), on obtient un bilan théorique positif de 0,5 t C/ha.an en faveur du stock de carbone dans le sol de la prairie pâturée. Ce bilan devient potentiellement négatif en prairie fauchée en l’absence de restitutions de fumures organiques. Le sol de prairie, « puits » ou « source » de carbone ? L’équilibre est fragile.
C’est à ce stock de carbone que nous nous sommes intéressés sur des échéances allant jusqu’à près de 40 ans.
Teneur en carbone de prairies implantées entre 1987 et 2015
La méthodologie utilisée ici est originale, propre à notre ferme. L’élevage bovin y étant très peu présent il y a 40 ans et plus, son développement progressif s’est accompagné de la conversion en prairie de huit parcelles de culture. Toutes ces prairies sont installées sur sols sablo-limoneux et actuellement permanentes. À quelques exceptions près, elles sont exclusivement pâturées, conduites en pâturage tournant par un troupeau de vaches allaitantes de race limousine avec un chargement moyen de 2,3 UGB/ha.
Chaque parcelle reçoit en moyenne un apport de 12 t/ha de fumier de bovins composté suivant une tournante de 3 ou 4 ans, ce qui représente un apport annuel moyen de 337 kg C/ha. Depuis 2013, les sols sont systématiquement analysés tous les trois ans au mois d’avril. C’est à la teneur en carbone de ces sols que nous nous intéressons ici.
Plus précisément, la conversion des terres arables en prairie s’est étalée sur une période de 28 ans qui remonte de 1987 à 2015, soit entre 38 et 10 ans, respectivement, avant les dernières analyses de sol en 2025. Cela a permis d’établir une relation entre la teneur en carbone et l’âge de la prairie et d’en tirer certains enseignements.
Teneur en carbone du sol sur l’horizon 0 – 15 cm en 2025
Dans un premier temps, nous nous sommes attachés à analyser les sols de prairie à la manière des analyses de routine, c’est-à-dire sur une profondeur de 15 cm. La figure 2 présente la teneur en carbone du sol de chacune des huit prairies telle que mesurée en avril 2025 en fonction de leur âge. Celui-ci est déterminé par l’année de conversion de la terre de culture en prairie. Il variait, en 2025, de 10 à 38 ans. Les prairies sont identifiées par une couleur et une lettre de A (la plus âgée) à I (la plus jeune).
La teneur en carbone des sols en 2025 variait entre 1,7 % (prairie F) et 2,9 % (prairie A) et était d’autant plus élevée que la prairie est âgée (figure 2). En supposant qu’elle était de 1,05 % au moment de la conversion en prairie, soit la teneur en carbone moyenne du sol des terres arables de la ferme, la teneur en carbone du sol de ces prairies sur l’horizon de 0-15 cm a connu un accroissement annuel moyen de 0,046 %. En considérant une densité apparente de 1.200 kg/m³, cela correspond à 828 kg de carbone fixés par ha et par an.
Teneur en carbone du sol sur l’horizon 15 – 30 cm en 2025
Pour trois prairies d’âges distincts (10, 22 et 38 ans), nous avons également exploré l’horizon sous-jacent, entre 15 et 30 cm de profondeur. La teneur en carbone y est apparue plus faible qu’au sein de l’horizon 0-15 cm (figure 3). Par ailleurs, les résultats obtenus sur ces trois prairies suggèrent que l’évolution de la teneur en carbone avec l’âge de la prairie y est également plus faible que dans l’horizon superficiel. En supposant toujours une densité apparente de 1.200 kg/m³, cela correspondrait à 432 kg de carbone fixés par ha et par an sur l’horizon 15-30 cm.
Sur une profondeur de 30 cm, on totalise donc une fixation de 1.260 kg de C/ha.an. À titre d’exemple, une telle estimation représente, pour la parcelle A, la fixation de 48 t de carbone par ha entre sa conversion en prairie, en 1987, et 2025, pour atteindre un stock total de 88 t de carbone en 2025 en considérant une teneur en carbone initiale de 1,1 %.
Ce stock total de carbone est à peu de chose près le stock moyen des prairies de Wallonie évalué par l’Agence wallonne de l’air et du climat (Awac) à 87 t de C/ha. Par ailleurs, avec une fixation annuelle de plus de 1 t C/ha, le sol sous une nouvelle prairie permanente pâturée serait donc à même de constituer un stock de carbone au même rythme que celui de la minéralisation de ce stock lors de la destruction du même type de prairie, estimé à 1 t C/ha.an pendant 20 ans, selon l’Awac.
Ces résultats sont assez étonnants, car la fixation de carbone dans un sol de prairie lors de la conversion d’une terre arable en prairie est reconnue pour être assez lente. Elle serait de moitié inférieure à la minéralisation observée lors de la destruction de prairie. De plus, le sol ne se comporterait comme puits de carbone que sur 20 ans.
Cinétique de la fixation du carbone de 2013 à 2025
Au vu de ces résultats, on est en droit de se poser la question : le potentiel de fixation du carbone aurait-il tendance à diminuer au cours du temps ?
Même si la relation semble légèrement négative, jusqu’à 38 ans, l’analyse statistique n’a pas montré de relation significative entre l’accroissement annuel moyen de la teneur en carbone et l’âge de la prairie (
Par ailleurs, en dépit du caractère aléatoire de l’échantillonnage, on remarque que, sur les quatre périodes d’observations, certaines ont été plus ou moins favorables à la fixation du carbone (figure 4).
La teneur en carbone des sols en avril 2016, 2019, 2022 et 2025 a été considérée comme la résultante des flux et échanges de carbone au sein de l’écosystème prairial rencontrés durant les trois années précédentes. Durant la période 2013-2015, la fixation de carbone était en moyenne très faible (gain moyen de 0,03 % C/ha.an). L’évolution était même négative pour certaines parcelles. Elle a connu un pic durant la période 2016-2018 (gain moyen de 0,14 %/ha.an), et une valeur intermédiaire durant les périodes 2019-2021 et 2022-2024 (gain moyen de 0,04 %/ha.an durant chacune de ces deux périodes).
Fixation du carbone et météo
Pour un sol donné, le bilan du carbone est conditionné par les conditions pédo-climatiques, à savoir, essentiellement la température et l’humidité du sol. Ces deux paramètres interagissent constamment. En l’absence de données sur l’humidité du sol, celle-ci a été approchée par la pluviométrie (cumul de précipitations), tandis que la température est la température atmosphérique relevée sous abri.
Afin de cerner au plus près les conditions météorologiques favorables ou défavorables au stockage du carbone, nous avons considéré la période d’avril à octobre. En effet, en période hivernale, la température est le facteur limitant : elle ralentit très fort, voire bloque les processus de bio-transformation, alors que l’humidité du sol n’est pas limitante (sauf en cas de sol saturé en eau et, donc, de conditions anoxiques).
À l’inverse, d’avril à octobre, la température journalière moyenne est supérieure à 10°C. Les processus de minéralisation sont alors activés, mais de plus en plus souvent au cours des dernières années, ralentis en milieu d’été par des périodes de sécheresse de plus en plus marquées, si bien qu’on observe une relation négative entre fixation du carbone et précipitations (figure 6).
En effet, la prairie accumule superficiellement beaucoup de matières organiques fraîches, non stabilisées et donc très réactives. En conditions sèches, la cinétique de décomposition est inhibée, ces matières organiques s’accumulent, et le stock de carbone augmente, d’autant plus que les apports exogènes sont inchangés (337 kg C/ha.an en moyenne, dans notre cas). Lors du retour à des conditions humides, les matières organiques particulaires, non stabilisées par association organo-minérale (et donc plus réactives) se minéralisent rapidement, réduisant en conséquence le stock de carbone de la prairie.
Un rôle sociétal de première importance
Au-delà de leurs vertus agronomiques connues de longue date, dans le cadre du réchauffement du climat, les matières organiques des sols se voient investies d’un rôle sociétal de première importance, à savoir celui de capturer du CO2. En effet, de par leur étendue et leur pouvoir absorbant, les sols agricoles sont des puits de carbone à haut potentiel.
Cependant, si l’agronomie recherche un maximum de matières organiques et d’humus dans le sol, elle a besoin de sols vivants, c’est-à-dire qui respirent, donc minéralisent, donc rejettent du CO2.
Les nouvelles prairies fixent d’importantes quantités de carbone, mais ces matières organiques « jeunes », pas encore humifiées, sont sujettes au déstockage lorsque les conditions du milieu sont favorables à la minéralisation. Cependant, sur des échéances allant jusque près de 40 ans, nos résultats suggèrent que le bilan peut rester positif pour le stock de carbone du sol.
L’installation de jeunes prairies pâturées semble donc concilier les deux objectifs, à savoir des sols qui minéralisent la matière organique, tout en fixant du carbone à moyenne échéance (environ 40 ans). Voilà un argument de plus pour le mouvement des « pâtureurs », ces éleveurs qui implantent de nouvelles prairies pour faire bénéficier leurs animaux (et les consommateurs) des bienfaits de l’herbe pâturée.
Enfin, il faut rappeler que le stock de carbone du sol n’est qu’une partie du problème. Outre le CO2, Il faut prendre en compte les émissions des autres gaz au puissant effet de serre que sont le méthane et l’oxyde nitreux. C’est un bilan qui doit être réalisé au niveau de l’exploitation agricole.
Agriculteur et ingénieur agronome
