Modélisation du carbone organique des sols en terres cultivées sous plusieurs scénarios climatiques à l’aide de l’apprentissage automatique dans l’ouest de l’Inde

Pourquoi le carbone de nos sols concerne tout le monde

Des sols sains font bien plus que produire des cultures : ils séquestrent discrètement d’importantes quantités de carbone qui, autrement, contribueraient au réchauffement de la planète. Cet article examine ce qui pourrait arriver à ce carbone caché dans les sols agricoles de l’ouest de l’Inde au cours de ce siècle et comment des pratiques agricoles plus intelligentes pourraient aider à protéger à la fois la production alimentaire et le climat. En utilisant des données satellites et des techniques modernes d’apprentissage machine, les auteurs montrent que les choix que nous faisons aujourd’hui en matière d’énergie, d’utilisation des terres et d’agriculture détermineront largement la quantité de carbone que nos terres cultivées pourront stocker demain.

Un regard rapproché sur les champs de l’ouest de l’Inde

L’étude se concentre sur le taluka de Karvir, une région agricole du Maharashtra où les agriculteurs cultivent des cultures comme la canne à sucre, le riz, le sorgho et les légumineuses sur un relief tropical ondulé. Au cours des quatre dernières décennies, les images satellites montrent que la superficie des terres cultivées a progressivement diminué, passant d’environ 520 à 440 kilomètres carrés, au fur et à mesure des changements d’affectation des terres. Dans le même temps, les relevés climatiques indiquent des températures relativement stables jusqu’environ 2019, puis un réchauffement projeté jusqu’en 2100, et des précipitations qui restent globalement dans leur fourchette historique mais avec des événements plus extrêmes. Ces changements locaux d’utilisation des terres et de climat préparent le terrain pour comprendre comment le carbone organique des sols — le mélange de matière végétale et animale décomposée qui confère au sol une grande partie de sa vitalité — évoluera.

Comment des futurs possibles façonnent le sol sous nos pieds

Pour explorer différents futurs possibles, les auteurs utilisent les trajectoires socio-économiques partagées du GIEC, ou SSP. Ces scénarios vont d’un monde axé sur la durabilité avec de faibles émissions de gaz à effet de serre à un avenir fortement dépendant des combustibles fossiles et à fortes émissions. Pour les terres cultivées de Karvir, l’équipe a traduit ces scénarios globaux en projections locales de température, de précipitations, de vagues de chaleur, de sécheresse et de périodes froides pour la période 2020–2100. Sous la trajectoire la plus douce, les températures moyennes n’augmentent que légèrement et les épisodes de chaleur extrême restent limités. Sous la trajectoire la plus intense (connue sous le nom de SSP5-8.5), toutefois, les températures moyennes pourraient atteindre environ 34 °C d’ici 2100 et les périodes chaudes pourraient s’étendre sur une grande partie de l’année, modifiant radicalement les conditions pour les cultures et la vie du sol.

Apprendre aux ordinateurs à lire le sol

Plutôt que de se fier uniquement à des prélèvements de terrain lents et coûteux, les chercheurs ont combiné des mesures de laboratoire d’un laboratoire local d’analyse des sols avec des cartes pédologiques mondiales, des images satellites et des données climatiques traitées dans Google Earth Engine et des systèmes d’information géographique. Ils ont alimenté ces informations dans trois modèles d’apprentissage automatique — Random Forest, Extreme Gradient Boosting (XGB) et Support Vector Regression — pour apprendre comment le carbone du sol est lié à des facteurs tels que la température, les précipitations, l’altitude, la pente, la texture du sol, la verdure de la végétation et les pratiques agricoles. Après un entraînement sur des données historiques (1982–2024), les modèles ont été testés sur des analyses de laboratoire indépendantes. XGB s’est distingué, reproduisant étroitement les valeurs mesurées et capturant des relations subtiles et non linéaires entre l’environnement, la gestion et le carbone du sol.

Ce que prévoient les modèles pour les sols de demain

Avec le modèle le plus performant, l’équipe a projeté le carbone organique des sols en terres cultivées pour les années 2040, 2060, 2080 et 2100 sous cinq futurs SSP. Dans les scénarios à faibles émissions, le carbone moyen des sols reste relativement élevé — à environ la mi-40 grammes par kilogramme au milieu du siècle — bien qu’il décline quelque peu d’ici 2100. En revanche, sous la trajectoire à fortes émissions SSP5-8.5, le carbone moyen du sol en terres cultivées devrait chuter d’environ moitié entre 2040 et 2100, de nombreuses zones passant en dessous de 30 grammes par kilogramme. Les cartes spatiales montrent que les zones riches en carbone actuelles cèdent progressivement la place à des sols appauvris à mesure que la hausse des températures, l’allongement des vagues de chaleur et la plus grande irrégularité des précipitations accélèrent la décomposition de la matière organique et l’érosion du sol. Pourtant, l’étude note aussi une augmentation récente du carbone du sol depuis 2018 dans des endroits où les agriculteurs ont adopté des pratiques de conservation telles que le non-labour, le paillage, le compostage et une meilleure gestion des résidus.

Gérer l’incertitude et agir sur ce que nous savons

Les auteurs examinent attentivement les sources d’incertitude — depuis des données climatiques et pédologiques imparfaites jusqu’aux limites des modèles d’apprentissage automatique — mais leur message global est clair. Même avec ces incertitudes, la direction du changement est cohérente : des climats plus chauds et plus extrêmes tendent à extraire du carbone des sols cultivés, en particulier dans les futurs à fortes émissions. Cependant, les résultats montrent également que la gestion locale peut ralentir significativement, voire inverser, ces pertes, comme en témoignent les gains récents associés à l’agriculture de conservation.

Ce que cela signifie pour l’alimentation, le climat et les agriculteurs

Pour le grand public, la conclusion est simple mais urgente : la façon dont nous alimentons nos économies et gérons nos champs déterminera si les sols restent un allié puissant dans la lutte contre le changement climatique. Si les émissions restent très élevées, les sols cultivés dans des régions comme Karvir risquent de perdre une grande partie du carbone stocké, devenant moins fertiles et moins aptes à atténuer les inondations, les sécheresses et la chaleur. Dans des trajectoires énergétiques plus propres, et avec l’adoption généralisée de pratiques telles que la réduction du travail du sol, les cultures de couverture et les amendements organiques, ces mêmes sols peuvent continuer à stocker du carbone et à soutenir les récoltes. Cette étude montre comment la combinaison de satellites, de mesures locales et d’apprentissage automatique peut orienter une agriculture adaptée au climat et des politiques, aidant à protéger à la fois les moyens de subsistance des agriculteurs et la plus grande réserve de carbone terrestre de la planète.

Citation: Adeel, A., Hasani, M. & Jadhav, A.S. Soil organic carbon modeling in cropland under several climatic scenarios using machine learning in western India. Sci Rep 16, 5485 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35191-4

Mots-clés: carbone organique des sols, scénarios de changement climatique, agriculture de conservation, télédétection, apprentissage automatique