Effets contrastés du biochar et du compost sur les émissions de gaz à effet de serre et le potentiel de réchauffement global des systèmes de culture semi‑arides

Pourquoi les terres sèches comptent pour le climat

De vastes étendues de l’Ouest américain sont cultivées dans des conditions chaudes et sèches où les sols se dégradent facilement et où les récoltes dépendent de chaque goutte d’eau. Ces champs semi‑arides « respirent » aussi silencieusement des gaz à effet de serre, contribuant au réchauffement planétaire. Cette étude pose une question simple mais urgente : si l’on ajoute différents types de matière organique à des sols appauvris — en l’occurrence du compost ou du biochar — peut‑on à la fois reconstruire le sol et réduire son impact climatique ?

Deux manières très différentes d’alimenter le sol

Les chercheurs ont travaillé sur une parcelle de sorgho dans l’est du Nouveau‑Mexique, où les précipitations sont faibles et les températures varient fortement au cours de l’année. Ils ont comparé quatre parcelles : une laissée sans traitement, une amendée avec du compost laitier, une avec du biochar issu de bois (un matériau proche du charbon produit en chauffant de la matière végétale en faible oxygène), et une recevant à la fois compost et biochar. Toutes les parcelles ont reçu les mêmes apports d’engrais et d’irrigation. Les principaux gaz suivis étaient le dioxyde de carbone (lié à la respiration du sol et des racines), l’oxyde nitreux (un puissant gaz à effet de serre lié aux engrais azotés) et le méthane (que les sols peuvent soit émettre soit absorber).

Observer la respiration du sol vingt‑quatre heures sur vingt‑quatre

Plutôt que de ne prendre que des mesures occasionnelles, l’équipe a utilisé des chambres automatisées qui échantillonnaient les gaz toutes les deux heures d’avril à octobre. Ce suivi à haute fréquence a capturé les cycles quotidiens, les pics brefs après les orages ou l’irrigation, et les évolutions saisonnières plus longues. Les émissions augmentaient et diminuaient avec l’humidité et la température du sol : l’oxyde nitreux culminait après les événements d’humectation, lorsque les microbes disposaient à la fois d’azote et d’eau, tandis que le dioxyde de carbone montait les après‑midi chauds à mesure que la vie du sol et les racines respiraient davantage. Le méthane se comportait différemment — ces sols de zones sèches étaient principalement des puits nets, captant le méthane de l’air plutôt que de le libérer.

Le biochar réduit des gaz à effet de serre clés

Les amendements contrastés ont produit des empreintes climatiques nettement différentes. Les parcelles amendées au compost ont montré de fortes poussées d’oxyde nitreux, surtout en début d’été, lorsque des conditions chaudes et humides permettaient aux microbes de se nourrir d’azote et de carbone facilement disponibles. En revanche, les sols traités au biochar ont émis 52 % d’oxyde nitreux en moins et 16 % de méthane en moins que le témoin, tout en restant de forts puits de méthane. La structure poreuse du biochar adsorbe le nitrate et améliore l’aération, ce qui semble ralentir les voies microbiennes générant l’oxyde nitreux et favoriser les organismes qui consomment le méthane. Les parcelles au biochar ont émis un peu plus de dioxyde de carbone au total, probablement parce que leur sol, plus chaud et mieux aéré, stimulait la respiration microbienne, mais cette hausse modeste était compensée par les fortes réductions d’oxyde nitreux et de méthane.

Saisons, racines et impulsions d’eau remodèlent les émissions

La présence des cultures a modifié le tableau au fil du temps. Pendant la saison de croissance du sorgho, les émissions moyennes de dioxyde de carbone étaient d’environ trois quarts supérieures et l’oxyde nitreux près de 50 % plus élevé que pendant la période à sol nu, reflétant une forte croissance racinaire, des exsudats racinaires et un cycle des nutriments accéléré. Pourtant, l’absorption de méthane s’est également renforcée pendant les mois cultivés. Toutes traitements confondus, les plus importantes poussées d’oxyde nitreux suivaient l’irrigation et les pluies, lorsque les sols passaient brièvement d’un état sec et riche en oxygène à des conditions plus humides favorables aux microbes. Les analyses statistiques ont montré que l’humidité du sol expliquait une grande partie de la variation de l’oxyde nitreux, tandis que la température influençait davantage le comportement du méthane.

Peser le réchauffement total du champ à l’engrais

Pour estimer l’impact climatique global, les auteurs ont converti chaque gaz en équivalent dioxyde de carbone sur 100 ans et ajouté les émissions liées aux opérations agricoles, à l’irrigation, à la fabrication des engrais et à la production des amendements eux‑mêmes. Le compost a augmenté le potentiel de réchauffement net comparé au témoin non traité, principalement parce qu’il se décompose rapidement et que sa production libère une quantité substantielle de dioxyde de carbone. Le biochar, malgré les émissions liées à sa fabrication, a fourni le plus faible réchauffement net et la plus faible intensité en gaz à effet de serre par kilogramme de grain. Le mélange compost + biochar se situait entre les deux, apportant certains bénéfices de carbone du sol mais perdant une grande partie de l’avantage du biochar sur l’oxyde nitreux en raison de l’azote additionnel disponible.

Ce que cela signifie pour l’agriculture sèche à l’avenir

Pour les agriculteurs et les décideurs cherchant des pratiques climato‑intelligentes dans les régions sèches, le message est clair : la manière dont nous nourrissons le sol compte autant que la quantité. Dans cette parcelle du Nouveau‑Mexique, le biochar s’est distingué comme un moyen de reconstruire les sols semi‑arides tout en réduisant considérablement les émissions d’oxyde nitreux et de méthane, même en tenant compte de l’énergie nécessaire à sa fabrication. Le compost reste précieux pour les nutriments et la matière organique mais, seul, il peut accroître l’empreinte réchauffante d’une parcelle. L’étude montre aussi qu’il est essentiel de capturer les poussées d’émissions de courte durée avec un suivi continu pour un comptage climatique honnête. Ensemble, ces résultats soutiennent des incitations ciblées et des recherches supplémentaires sur le biochar comme stratégie à long terme pour rendre les cultures des zones sèches à la fois productives et moins nuisibles au climat.

Citation: Madhuwanthi, P., Ghimire, R., Sapkota, S. et al. Contrasting effects of biochar and compost on greenhouse gas emissions and the global warming potential of semi-arid cropping systems. Sci Rep 16, 12380 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42554-4

Mots-clés: biochar, compost, agriculture semi‑aride, émissions de gaz à effet de serre, amendements du sol