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L’Inra expérimente en Région Centre-Val de Loire la quantification des émissions de protoxyde d’azote (N2O)

Ce gaz à effet de serre qui participe aussi à la destruction de l’ozone stratosphérique est émis par les sols. Une équipe d’une vingtaine de chercheurs et de techniciens français et allemands avec l’appui des agriculteurs locaux, développe les approches méthodologiques qui permettront d’améliorer nos connaissances de l’intensité des émissions de ce gaz à effet de serre par les sols et de leur déterminisme. Depuis le 30 mars et durant six semaines cette expérimentation de grande envergure sur une zone agricole de 3 km² près d’Illiers-Combray en Eure-et-Loir, permettra de quantifier par différentes approches les émissions de N2O par les sols. Cette expérimentation aidera d’ici quelques années à limiter ces émissions tout en respectant la production agricole.

Vue d’ensemble du dispositif de mesure des émissions de protoxyde d'azote (N2O) par les sols en Eure et Loir, région Centre-Val de Loire. © Inra, Olivier Bertel
Mis à jour le 10/04/2015
Publié le 10/04/2015

À l’Inra, l’unité de recherche SOLS du centre Val de Loire à Orléans et l’unité ECOSYS du centre Versailles-Grignon travaillent ensemble pour réaliser cette expérimentation depuis plusieurs années. En relation avec les agriculteurs de cette région, elles ont actuellement collecté des informations nombreuses et précises sur les sols et les pratiques agricoles de cette zone atelier, appelée OS². Cette expérimentation s’inscrit dans des projets nationaux, notamment le laboratoire d’excellence VOLTAIRE, porté par l’Université d’Orléans et auquel participe l’unité SOLS d’Orléans, et internationaux par le projet européen INGOS*.
 
Le dispositif expérimental actuellement mis en place inclut un mât de 15 m de hauteur permettant de mesurer les caractéristiques climatiques locales et de prélever des échantillons d’air qui sont analysés en ligne par spectrométrie infra-rouge afin de mesurer les émissions de N2O. Deux spectromètres de haute précision, l’un commercialisé aux Etats-Unis et l’autre mis au point à Orléans par le Laboratoire de physique et chimie de l’environnement et de l’espace (LPC2E) (CNRS, Université d’Orléans) sont présents sur le site pour réaliser d’une part des mesures en continu d’émissions de N2O, intégratives sur la zone étudiée et d’autre part des mesures ponctuelles sur des zones de sol de quelques dm². Une équipe de recherche de l’Institut de météorologie et de recherche sur le climat atmosphérique et l’environnement de Garmisch-Partenkirchen (KIT) en Allemagne a de plus installé sur le site un camion laboratoire permettant un suivi en continu des émissions de N2O sur une des parcelles agricoles de la zone étudiée. Enfin des capteurs d’humidité et de température ont été installés sur le site où sont aussi réalisés des suivis d’azote minéral dans le sol.

Cette expérimentation qui a pu être mise en place grâce à un très bon accueil des agriculteurs locaux, a la particularité de se dérouler dans les conditions réelles de pratiques agricoles. Elle permet de plus la formation de jeunes chercheurs à des technologies de pointe sur la thématique du rôle des sols dans le changement climatique, en particulier celle d’un doctorant co-financé par le laboratoire d’excellence Voltaire, le laboratoire allemand KIT Garmisch et soutenu par une action PROCOPE **.

Un contexte international

L’Assemblée générale de l’ONU a déclaré 2015 Année internationale des sols. En 2015, la France va accueillir et présider la vingt-et-unième Conférence des parties de la Convention-cadre des Nations unies sur les changements climatiques de 2015 (COP21/CMP11), aussi appelée « Paris 2015 » du 30 novembre au 11 décembre 2015. A l’interface entre ces deux évènements, on peut souligner que les sols participent aux cycles des gaz à effet de serre et en particulier à celui du N2O. Moins connu que le dioxyde de carbone (CO2) et le méthane (CH4), la concentration atmosphérique du N2O évolue pourtant comme celle du CO2 et du CH4, c'est-à-dire qu’elle a été stable pendant des millénaires et qu’elle augmente de façon exponentielle depuis la fin du XIXè siècle (industrialisation). A titre indicatif la concentration atmosphérique moyenne de N2O en 2012 était de 325 ppb alors qu’avant l’ère industrielle elle était de 275 ppb (une partie par milliard (ppb) soit un nanolitre de N2O par litre d’air). La concentration atmosphérique de N2O reste bien plus faible que celle du CO2 (395 ppm) mais le pouvoir radiatif du N2O, 300 fois supérieur à celui du CO2, en fait actuellement le 3ème gaz à effet de serre (GES) au niveau mondial.

Les sols naturels et les sols cultivés sont la principale source de N2O à l’échelle globale avec une contribution estimée à 70 % des émissions de ce gaz en France. La production de N2O par les sols est principalement due au fonctionnement d’un mécanisme respiratoire microbien qui se met en place en conditions de stress en oxygène, ce qui s’observe dans les sols très humides. Dans ces conditions, le nitrate contenu dans les sols est utilisé par les microorganismes du sol pour leur respiration et ce processus naturel est amplifié par les apports d’engrais azotés. La quantification des émissions de N2O par les sols est très difficile car ces émissions sont extrêmement fugaces dans le temps et dans l’espace. Des progrès méthodologiques récents ont permis de développer des instruments très sensibles, basés sur la spectrométrie infra-rouge, permettant de détecter des concentrations très faibles en N2O. En revanche l’application de ces méthodes pour quantifier l’importance des émissions à différentes échelles spatiales et temporelles (parcelle agricole, région, pays) reste à développer, les estimations proposées à ces échelles s’accompagnent en effet de très fortes incertitudes et cette problématique est internationale.

* L’Inra est partenaire du projet INGOS soutenu par la communauté européenne depuis 2011, coordonné par le centre de recherche sur les énergies (ECN)  des Pays-Bas, impliquant 38 partenaires de 15 pays dont le but est de développer la capacité d’observation européenne des émissions de GES autre que le CO2.

** PROCOPE : Programme de développement des échanges scientifiques et technologiques d'excellence entre les laboratoires de recherche français et allemands.

La zone atelier

Chambres automatiques permettant de mesurer localement les flux de N2O à la surface du sol. © Inra, Olivier Bertel
Chambres automatiques permettant de mesurer localement les flux de N2O à la surface du sol © Inra, Olivier Bertel

Capteurs de données climatiques et d’échantillons gazeux positionnés à 15 m de hauteur pour mesurer les flux globaux de N2O sur la zone atelier en Eure-et-Loir. © Inra, Olivier Bertel
Capteurs de données climatiques et d’échantillons gazeux positionnés à 15 m de hauteur pour mesurer les flux globaux de N2O sur la zone atelier en Eure-et-Loir © Inra, Olivier Bertel

Communiqué