Persistance et renouvellement du carbone organique du sol dans les zones sèches mondiales

Pourquoi les sols secs comptent pour le climat

Les zones sèches — déserts, broussailles et savanes du monde — couvrent plus de 40 % des terres émergées et stockent d’immenses quantités de carbone dans leurs sols. Ce réservoir souterrain caché contribue à réguler la quantité de dioxyde de carbone qui s’accumule dans l’atmosphère. Pourtant, les scientifiques ont longtemps eu du mal à déterminer combien de temps ce carbone reste stocké et à quelle vitesse il retourne dans l’air, en particulier dans les régions où l’eau est rare. Cette étude utilise la « datation » par radiocarbone sur près d’une centaine de sites de zones sèches à travers le monde pour montrer qu’une grande partie de ce carbone souterrain est beaucoup plus ancienne, et plus vulnérable, que ne le supposent les modèles.

Des banques de carbone cachées sous les zones sèches

Les chercheurs ont prélevé des échantillons d’horizon superficiel sur 97 écosystèmes de zones sèches répartis sur six continents, des prairies et broussailles aux déserts et pelouses alpines. Ils se sont concentrés sur le carbone organique du sol — le carbone lié aux plantes et aux microbes en décomposition — et sur le dioxyde de carbone libéré lorsque ces sols étaient réhumectés et autorisés à respirer en laboratoire. En mesurant le radiocarbone, un isotope naturel qui décroît sur des milliers d’années, ils ont pu estimer depuis combien de temps les atomes de carbone sont dans le sol et quel âge réel a le carbone qui est émis sous forme de CO2. Cette méthode capture à la fois le carbone ancien fixé par les plantes il y a des millénaires et le « carbone de la bombe », enrichi en radiocarbone par les essais nucléaires des années 1960.

Carbone ancien, respirations jeunes

Les mesures ont révélé un contraste frappant entre ce qui est stocké dans le sol et ce qui en ressort sous forme de gaz. En moyenne, le carbone organique en vrac des sols de ces zones sèches avait un âge moyen d’environ 2 100 ans, ce qui indique qu’une très faible part provient de matière végétale fixée au cours des 60 dernières années. Autrement dit, les quelques centimètres supérieurs des sols des zones sèches sont dominés par un carbone véritablement ancien. Pourtant, le CO2 libéré pendant les incubations était beaucoup plus jeune — avec un âge moyen d’environ 520 ans — et portait un signal mixte provenant à la fois d’apports végétaux récents et de carbone ancien du sol. Cela montre que les microbes ne se nourrissent pas uniquement de litière fraîche ; ils accèdent aussi à du carbone conservé de longue date, autrefois considéré comme solidement enfermé.

Des climats plus secs déséquilibrent la balance

Pour comprendre ce qui contrôle ces âges, l’équipe a relié les signaux radiocarbone au climat, à la végétation et aux propriétés du sol. L’aridité — une mesure combinant faibles précipitations et forte évaporation — est apparue comme le facteur dominant qui façonne l’âge du carbone du sol dans les zones sèches, plus important que la température. À mesure que les conditions devenaient plus sèches, la productivité végétale et les stocks de carbone du sol diminuaient, et l’âge moyen du carbone stocké augmentait. L’étude a mis au jour un seuil net autour d’un niveau d’aridité d’environ 0,87, au-delà duquel le carbone du sol passe soudainement à des âges beaucoup plus anciens et où le carbone vieux de millénaires est perdu plus abruptement. Parallèlement, l’écart d’âge entre le carbone stocké et le CO2 respiré s’est élargi, soulignant un découplage croissant entre ce qui est retenu dans le sol et ce qui circule activement via les microbes.

Le carbone ancien n’est pas entièrement à l’abri

Les distributions de radiocarbone remettent en question une hypothèse de longue date selon laquelle le carbone très ancien du sol est protégé parce qu’il est lié chimiquement aux minéraux ou physiquement enfermé dans des agrégats. Dans ces zones sèches, même un carbone âgé de plusieurs milliers d’années peut être décomposé après réhumectation, contribuant aux fortes émissions de CO2 souvent observées après des épisodes de pluie. Les auteurs montrent qu’une fraction notable du CO2 libéré dans les zones sèches provient de ces réserves anciennes, pas seulement de la matière végétale la plus récente. Ce comportement est mal rendu par les modèles actuels du système terrestre et par les modèles d’apprentissage automatique, qui prédisent généralement un renouvellement du carbone du sol en quelques décennies et se concentrent principalement sur les apports frais de la végétation.

Ce que cela implique pour notre avenir

À mesure que le changement climatique intensifie l’aridité dans de nombreuses régions, ce travail suggère que les sols des zones sèches pourraient devenir des banques de carbone plus anciennes et plus maigres, moins capables de stocker du carbone neuf et moins capables de conserver leur carbone ancien en sécurité sous terre. Les stratégies de gestion des terres visant à augmenter le stockage de carbone dans les zones sèches — comme la plantation de davantage de végétation — peuvent initialement augmenter les stocks mais aussi accélérer le cycle, limitant les gains à long terme. Parce qu’une grande partie du carbone libéré après les pluies peut provenir de réserves âgées de siècles à millénaires, l’étude met en garde contre un rôle potentiellement plus important des zones sèches dans l’amplification du changement climatique que ne le laissent prévoir la plupart des modèles actuels. Reconnaître et représenter la vulnérabilité de ces anciennes réserves de carbone sera essentiel pour établir des projections fiables des rétroactions futures carbone–climat.

Citation: Wang, H., Maestre, F.T., Lu, N. et al. Persistence and turnover of soil organic carbon in global drylands. Nat Commun 17, 3565 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70623-9

Mots-clés: carbone du sol, zones arides, radiocarbone, aridité, cycle du carbone