La séquestration de carbone par les exploitations agricoles en France : des opportunités économiques spatialement différenciées

Des chercheurs d'Inrae ont publié dans Agricultural Economics les résultats d'une analyse, spatialement différenciée, des potentiels de séquestration et des coûts de mise en œuvre, par les exploitations agricoles françaises, de trois mesures dédiées : le non-labour, l'allongement de la durée de vie des prairies temporaires et la plantation de haies. Ils s'appuient pour cela sur un modèle d'optimisation de la marge brute des exploitations couvrant 22 régions françaises (selon les périmètres d'avant la fusion de 2015) et 157 groupes représentatifs de structures agricoles.

La comparaison de ces potentiels et de ces coûts permet de dégager plusieurs conclusions. Tout d'abord, bien que la mesure relative à l'extension des prairies temporaires se fasse à coût négatif, elle posséderait un faible potentiel de séquestration à l'échelle nationale (1,2 MtCO2eq). Les haies, qui sont les plus onéreuses à déployer (75 euros par tonne de CO2eq séquestrée), représenteraient le potentiel de séquestration le plus important (14,5 MtCO2eq), devant le non-labour (56 €/t, pour un potentiel de 6,8 MtCO2eq). Les auteurs soulignent cependant l'hétérogénéité spatiale de ces conclusions : les haies seraient par exemple moins chères à mettre en œuvre que le non-labour dans certaines régions (Limousin, Corse, Basse-Normandie, Franche-Comté, Auvergne, Rhône-Alpes). Selon eux, cette hétérogénéité devrait encourager les politiques publiques à privilégier des incitations économiques plutôt que des réglementations contraignantes.

L'analyse détaillée de différents types d'incitations (subventions de 50 €/tCO2eq et de 100 €/tCO2eq), mais aussi de réglementations imposant ces trois mesures de séquestration, montre que ces dernières auraient des effets plus étendus. Les réglementations entraîneraient, par exemple, la réallocation des activités de l’exploitation vers la production animale, et elles feraient augmenter les émissions de GES qui en résultent (figure).

Ce type de recherche pourrait nourrir le débat concomitant à la publication (27 avril) du rapport de la Commission européenne sur l'agriculture carbonée, possible contribution à l'atténuation du changement climatique et à la rémunération des agriculteurs.

Évolution des émissions de GES d'origines végétale et animale par rapport au scénario de référence

Source : Agricultural Economics

Lecture : en haut, émissions d'origine végétale ; en bas, émissions d'origine animale ; de gauche à droite, non-labour, extension des prairies temporaires, haies. La diminution des émissions de GES est représentée selon le gradient coloré du bleu foncé au bleu clair (en tCO_2eq) : -2 864 686 à -2 578 217, -2 578 217 à -2 291 749, -2 291 749 à -2 005 280, -2 005 280 à -1 718 812, -1 718 812 à -1 432 343, -1 432 343 à -1 145 874, -1 145 874 à -859 406, -859 406 à -572 937, -572 937 à -286 469, -286 469 à 0. Le gradient du rouge clair au rouge foncé représente une augmentation des émissions : 0 à 50 000, 50 000 à 100 000.

Marie-Hélène Schwoob, Centre d'études et de prospective

Source : Agricultural Economics

Prendre en compte la séquestration temporaire du carbone dans les matériaux bois des bâtiments

Alors que la Stratégie nationale bas-carbone (SNBC) prévoit une hausse de l'incorporation de bois dans la construction, l'effet lié au stockage prolongé de carbone dans les bâtiments a rarement été calculé. C'est l'objet d'une récente publication de la chaire Économie du climat (université Paris-Dauphine).

Le carbone des matériaux bois reste piégé dans le bâtiment durant toute sa durée de vie, retardant d'autant le rejet dans l'atmosphère et permettant une neutralité en matière de flux. L'effet de l'accumulation de carbone étant exponentiel, tout décalage dans le temps des émissions a un impact important en matière de réchauffement climatique. En intégrant ce phénomène dans les analyses de cycle de vie, sur une période de 100 ans, les auteurs montrent que les constructions en bois deviennent des puits de carbone nets. Ce résultat est toutefois sensible au devenir des matériaux en fin de vie, l'utilisation en cascade du bois (matériau puis bois-énergie) étant l'hypothèse la plus favorable. Par une autre approche, statique cette fois, le potentiel total de stockage du parc français de logements en 2050 est évalué à 11 % de l'impact total du secteur, pour une incorporation portée à 18 % de matériaux bois contre 6 % actuellement. Les auteurs concluent sur l'intérêt de chiffrer les gains apportés par le stockage intermédiaire du carbone dans les produits bois. Ils préconisent aussi d'intégrer leurs recyclage et utilisation en bois-énergie dans les calculs d'émissions de carbone des matériaux.

Source : chaire Économie du climat

Une souche d'Escherichia coli modifiée pour se nourrir de CO2

C'est une prouesse technique qu'ont accomplie des chercheurs israéliens en modifiant cette bactérie pour qu'elle utilise le CO2 comme nutriment de base et produise de la biomasse, faculté qui appartient aux cyanobactéries ou aux plantes, via la photosynthèse. Même s'il reste d'importantes étapes à franchir pour parvenir à des applications réelles, cette bactérie modifiée pourrait notamment être exploitée pour fabriquer du carbone organique utilisable comme biocarburant ou pour produire des aliments.

Source : Cell

Le charbon produit lors des incendies de forêt réduit leur impact sur le climat

Généralement l'impact des incendies de forêt sur le climat est considéré comme nul au final, la reconstitution ultérieure de la biomasse captant, par photosynthèse, le carbone libéré lors de la combustion. Cette reconstitution peut intervenir relativement rapidement, dans le cas des prairies voire des forêts méditerranéennes, mais prendre plusieurs décennies pour les forêts boréales ou les tourbières. Or, un résultat récemment publié dans Nature Geoscience par une équipe de chercheurs anglais montre que les émissions peuvent être moindres.

En effet, lors des incendies, une part significative de la biomasse ne brûle pas complètement (restant sous forme de charbon) et le carbone n'est pas libéré. Prenant en compte les différents types de feux, les chercheurs ont évalué la proportion de carbone pyrogène à 12 % environ de l'ensemble des émissions liées aux incendies de forêt et à 8 % environ du carbone atmosphérique stocké dans les sols. Ils recommandent donc une prise en compte de ces résultats dans les modèles du cycle du carbone liés aux incendies de forêt.

Quantité annuelle de carbone pyrogène selon les régions (a) et les types d'incendies (b)

Source : Nature Geoscience

Lecture : SAVA : feux de savane, TROF : feux de forêt tropicale non liés à la déforestation, DEFO : feux tropicaux liés à la déforestation, AGRI : feux agricoles, TEMF : feux de forêts tempérées, EXGR : feux de prairies non tropicales, BORF : feux de forêts boréales

Source : Nature Geoscience

Limiter les fuites de carbone dans le secteur agricole dues aux politiques climatiques

Dans un billet publié en mai 2019, A. Matthews s'intéresse aux fuites de carbone dans le secteur agricole entraînées par les politiques climatiques, en s’appuyant sur les résultats de deux études : l'une, publiée en 2019, du Conseil de l’économie environnementale danois et traitant des différents secteurs économiques du pays ; l'autre, EcAMPA 2, publiée en 2016 par le Joint Research Center, et portant sur l’agriculture de l’Union européenne (UE) (voir à ce sujet un précédent billet sur ce blog).

De manière générale, on parle de « fuites de carbone » quand la réduction des émissions de gaz à effet de serre, dans un pays donné, peut conduire à l’augmentation des émissions dans d'autres pays. Le « taux de fuite » est ainsi le rapport, en pourcentage, entre cette augmentation globale et la réduction au niveau national. Ces fuites sont transmises par plusieurs canaux rappelés dans l'article : différentiel de compétitivité-coût, effets sur le prix de l'énergie, retombées technologiques, etc.

La première étude indique que le secteur agricole danois présente un taux de fuite supérieur aux autres secteurs (75 % contre 52 % pour l'économie dans son ensemble), en raison notamment d'importations de produits animaux de substitution, issus de pays hors UE, où l'intensité des émissions est plus élevée. Ce chiffre doit cependant être interprété avec précaution car, pour l'élevage, le modèle utilisé n'autorise, comme moyen de diminuer les émissions, qu'une réduction de l'activité. Pour le secteur agricole à l'échelle de l'UE, l’étude EcAMPA 2 propose plusieurs scénarios et quantifie les taux de fuite associés. Les taux les plus bas (figure ci-dessous) se retrouvent notamment dans deux scénarios, l'un comportant des subventions technologiques pour l'élevage à l'échelle nationale (SUB80_noT), l'autre caractérisé par un effort coordonné des pays européens sur l’ensemble du secteur agricole (SUB801V_15).

A. Matthews conclut son article en présentant cinq options pour réduire les fuites de carbone en agriculture : avoir une approche coordonnée au niveau international ; encourager les innovations portant sur des technologies à faibles émissions afin de conserver les niveaux de production agricole ; taxer le carbone aux frontières ; allouer des quotas d’émissions à titre gratuit ; recycler les recettes d'une taxe carbone dans l'investissement en technologies de réduction des émissions de l'agriculture.

Transferts d'émissions de CO2 des différents scénarios de l'étude EcAMPA 2 (pourcentage par rapport à un scenario de référence)

Source : Joint Research Center

Pacôme Dupont-Guianvarch, Centre d'études et de prospective

Source : CAPreform

Capter le carbone via les forêts et l'agriculture aux États-Unis : un potentiel difficile à réaliser

Le World Resources Institute entame une série de travaux visant à identifier les moyens, dans les différents pays signataires de l'accord de la COP 21, d'augmenter la captation du carbone atmosphérique pour respecter les engagements pris à Paris. La première analyse se concentre sur l'agriculture et la forêt aux États-Unis.

Ces deux secteurs pourraient ainsi contribuer à capter environ 900 Mteq CO2 supplémentaires par an, dont près d'un tiers proviendrait de la reforestation de terres non agricoles (friches minières, landes, etc.). Selon les méthodes mobilisées (changement de pratiques agricoles ou de gestion forestière, modification des assolements, agroforesterie, replantations, etc.), le coût marginal estimé resterait de l'ordre de 50 à 100 $ par tonne, avec des risques d'augmentation au fur et à mesure de l'accroissement des conflits d'usage des terres (usages alimentaires, énergétiques, production de fibres, urbanisation). D'autres freins, tels que le manque de financements et la structure de la propriété, sont également identifiés.

Les auteurs pointent par ailleurs de nombreuses incertitudes persistant en matière d'évaluation des flux et des stocks de carbone. En particulier, l'insuffisance de données sur la captation de carbone par les sols et l'impact d'une gestion adaptée, a jusqu'à présent limité la prise en compte de ce potentiel dans la plupart des travaux disponibles.

Approches visant à réduire la concentration du carbone dans l'atmosphère

Source : World Resources Institute

Source : World Resources Institute

L'initiative 4 pour 1000 permettra-t-elle de stopper l'augmentation annuelle de CO2 dans l'atmosphère ?

Lancée par le ministère de l'Agriculture en 2015, l'initiative « 4 pour 1000 » promeut des pratiques agricoles permettant d'accroître le stock de carbone dans les sols, dans le but de stopper l’augmentation de la concentration de CO2 dans l’atmosphère liée aux activités humaines, et d'améliorer la sécurité alimentaire. Dans cette perspective, un article, écrit par des chercheurs britanniques et publié dans la revue Global Change Biology en février 2018, rapporte les résultats de 16 expériences agronomiques, sur trois types de sols du sud-est de l'Angleterre entre 1843 et 2013.

Pouvant contribuer à l'amélioration de ce stockage, cinq types de changements de pratiques ou d'usage des sols sont étudiés : l'utilisation de fumier de ferme, d'amendements organiques (type composts) ou d'engrais de synthèse, l'introduction de prairies dans les rotations et le reboisement. Presque deux tiers des résultats analysés montrent une augmentation du taux de carbone dans les sols supérieure à 4 ‰ par an (voir un exemple dans le tableau ci-dessous). Toutefois, une part importante de ces expériences ayant commencé avant l'introduction des designs expérimentaux modernes, il n'est pas toujours possible d'évaluer la significativité des changements observés.

Estimation de l'augmentation annuelle de la quantité de carbone organique dans la couche superficielle du sol (0-23 cm) sur les sites de Hoosfield et Broadbalk due à l'application de fumier de ferme (8 tonnes de matière sèche par hectare et par an)

Source : Global Change Biology

Malgré ces résultats plutôt positifs, les auteurs discutent les limites qui, selon eux, rendent peu probable l'atteinte du seuil théorique des 4 ‰ permettant de compenser les émissions de CO2 d'origine anthropique. Elles varient selon les régions du monde et incluent 1) la difficulté d'accès aux ressources (comme par exemple au fumier) du fait de la très forte spécialisation régionale des exploitations, 2) le taux d'adoption déjà élevé de certaines pratiques, 3) la faible profitabilité économique de certaines de ces pratiques, qui pourrait cependant être compensée par des subventions, 4) la faible désirabilité de pratiques qui peuvent menacer la sécurité alimentaire (conversion des cultures arables) ou l'environnement (impact des intrants azotés sur la qualité de l'eau), 5) une faible additionnalité environnementale car il s'agit plus souvent d'un transfert de carbone terrestre que d'une capture de CO2 atmosphérique, et 6) des effets contre-productifs, comme l'augmentation simultanée des émissions d'autres gaz à effet de serre comme le N2O. Les auteurs concluent cependant que promouvoir le stockage de carbone dans les sols est important pour améliorer leur fonctionnement, indépendamment de l'impact sur le changement climatique.

Estelle Midler, Centre d'études et de prospective

Source : Global Change Biology

Les instruments de marché peuvent-ils promouvoir la séquestration de carbone dans les sols agricoles ?

L'agriculture représentait 9,9 % des émissions de gaz à effet de serre européennes en 2014. Or, les sols agricoles ont une capacité de séquestration du carbone importante. La diffusion de pratiques agricoles favorables à cette séquestration pourrait donc aider l'Union européenne à atteindre ses objectifs de réduction des émissions : c'est l'idée de l'initiative « 4 pour 1000 » lancée à la COP 21 en 2015. Dans cette optique, des chercheurs allemands ont réalisé une expérience avec des agriculteurs pour évaluer l'impact potentiel de différents instruments économiques visant à promouvoir de telles pratiques agricoles. Les résultats de cette évaluation ex ante ont été publiés en octobre dans la revue Ecological Economics.

152 agriculteurs allemands ont pris part à cette expérience en participant à un jeu simulant la réalité d'une exploitation agricole, et ont été rémunérés sur la base de leurs décisions. Dans ce jeu, ils disposaient chacun d'une ferme de 100 hectares sur laquelle ils devaient répartir trois cultures (blé d'hiver, colza d'hiver, maïs ensilage), chacune ayant des coûts, des prix et des rendements différents, pour 5 saisons culturales. De plus, pour chaque assolement, ils pouvaient choisir de mettre en place des pratiques favorables au stockage de carbone dans les sols, ce qui augmentait également la probabilité qu'ils aient des rendements élevés. Ensuite, plusieurs instruments économiques pour promouvoir ces pratiques étaient introduits, parmi lesquels une subvention (de type mesure agro-environnementale et climatique), de 30 €/ha, et un certificat (type crédit carbone), dont le prix variait de manière aléatoire entre 25 et 35 €/ha. Chaque agriculteur rejouait alors 5 autres saisons en présence d'un des instruments. Les résultats de l'analyse statistique montrent que les instruments proposés permettent d'augmenter l'adoption de ces pratiques. Les auteurs trouvent également, contrairement à ce qui était attendu, que les certificats, qui ne garantissent pas un prix fixe et connu à l'avance à l'agriculteur, sont plus efficaces que les subventions.

Cet article illustre bien le potentiel des expériences économiques pour l'évaluation ex ante des politiques agricoles. Toutefois, les résultats sont à prendre avec précaution, leur transférabilité au monde réel dépendant fortement de la conception de l'expérience et des paramètres choisis. Ici, par exemple, l'adoption de pratiques favorables à la séquestration de carbone dans les sols n'est pas coûteuse pour les agriculteurs.

Estelle Midler, Centre d'études et de prospective

Source : Ecological Economics

Changement climatique et pertes de carbone par les sols français

La revue Scientific Reports a publié au mois de novembre dernier une estimation des pertes de carbone organique des sols en France à l'horizon 2100. Partant du constat que les principaux travaux disponibles se situent aux échelles mondiale ou européenne, cinq chercheurs ont réalisé des cartes avec un niveau de résolution de l'ordre de 250 mètres. Pour obtenir ce résultat, ils recourent :

- aux scénarios d'émissions de gaz à effet de serre du GIEC (B1, A1B, A2 – plus d'information disponible ici), avec une descente d'échelle permettant d'obtenir des informations sur la pluviométrie et la température à un niveau désagrégé pour la fin du XXIe siècle ;

- à un scénario business as usual pour les changements d'usages des sols, avec un focus sur cinq catégories (zones urbanisées, terres arables, prairies, forêts, vignobles/vergers) ; il repose sur les tendances observées entre 1990 et 2000 à partir de la base de données CORINE land cover.

Ils utilisent alors ces scénarios pour calculer l'évolution du carbone organique des sols français sur les trente premiers centimètres, à partir d'un modèle nécessitant des données d'entrée telles que le type de sols, les usages et pratiques ainsi que le climat.

À partir de cette méthode, les auteurs concluent que le changement climatique contribuera environ 10 fois plus aux pertes de carbone organique dans les sols que les changements d'usage des terres. Cette diminution serait comprise entre 774 et 1 221 millions de tonnes à l'horizon 2100, soit entre 20 et 30 % du stock de carbone de 1990. Dans l'absolu, la variation de stock est la plus importante dans les régions humides (Ouest, Sud-Ouest de la France et régions montagneuses). Côté changement d'usage des sols, les conversions de prairies et de forêts en cultures sont les plus grandes sources de pertes. La publication souligne également certaines limites. Par exemple, le rôle de stockage de carbone par la biomasse (production primaire nette) n'est pas pris en compte du fait de l'incertitude associée, ce qui conduirait à une surestimation des pertes.

Élise Delgoulet, Centre d'études et de prospective

Source : Scientific Reports

Un choix stratégique des terres pour l'expansion de la production agricole pourrait contribuer à limiter le déstockage de carbone par les sols

Dans une publication de juillet 2014, des chercheurs américains de l'université du Minnesota se sont interrogés sur la manière de combiner le maintien d'un service écosystémique, à savoir le stockage du carbone, avec l'expansion des terres agricoles, qui elle répondrait à la hausse de la demande alimentaire.

L'idée est de mettre en regard, via une approche spatialisée, le nombre de calories produites et la quantité de carbone stocké pour chaque région. Une donnée supplémentaire est alors ajoutée : le coût social du carbone, soit les dommages qui résulteraient des émissions de carbone (37 $ par tonne de carbone).

Leur conclusion est la suivante : à l'horizon 2050 et à l'échelle mondiale, un choix stratégique des terres mobilisées pourrait préserver environ six milliards de tonnes de carbone pour une valeur approximative d'un milliard de dollars, en comparaison avec un scénario au fil de l'eau. Les zones concernées (US Corn Belt, Europe de l'Ouest, vallée du Nil, plaine de la rivière Gange et Est de la Chine) sont des régions actuellement agricoles dont la mobilisation ne se ferait qu'à la marge, limitant les pertes de carbone liées à la destruction de forêts.

Élise Delgoulet, Centre d'études et de prospective

Source : PNAS

Absorption de carbone par les forêts

Les forêts qui se développent sur un sol fertile séquestrent 30% du carbone prélevé dans l'air pour la photosynthèse, alors que ce stockage s'élève à 6% dans le cas d'un sol pauvre en nutriments.

Ces résultats sont issus de travaux de modélisation associant plusieurs laboratoires de recherche de par le monde, dans le cadre du projet IMBALANCE-P (« Synergy Grant » du European Research Council). Les modèles mobilisés ont été améliorés afin de tenir compte non seulement de la quantité d'azote dans le sol, mais aussi de sa disponibilité à de grandes échelles (ajout de contraintes telles que le pH ou encore le phosphore). Selon les chercheurs, cette différence de séquestration proviendrait de la mobilisation par l'arbre de ses ressources afin d'explorer un sol pauvre à la recherche de nutriments. En résulte alors une plus faible production de biomasse, et donc une plus faible séquestration de carbone.

Source : Nature Climate Change