Projet SAGES (Graine 2019) - Sols urbAins : quantification des émissions de Gaz à Effet de Serre et des pertes par lixiviation.
Mots-clés : Sols / Agriculture / Forêt
Contexte : Depuis l'ère pré-industrielle (1880-1899), la croissance économique et démographique a entraîné une augmentation rapide des GES d’origine anthropiques et sont toujours en constante augmentation malgré les engagements pris aux accords de Paris (2015) atteignant les 400 ppm de dioxyde de carbone (CO2) depuis 2015 et environ 415 ppm en 2019. Les concentrations atmosphériques de CO2, de méthane (CH4) et d’oxyde nitreux (N2O) ont augmenté de façon continue entre 1880 et aujourd’hui (respectivement + 35%, + 175%, + 14%), principale cause du réchauffement planétaire depuis le milieu du XXe siècle (GIEC, 2015). En France, l’effet de serre total est dû à 72% à la vapeur d’eau et aux gouttelettes d’eau des nuages et à 28% des autres GES. Concernant les émissions de ces autres GES exprimées en potentiel de réchauffement global à l’horizon de 100 ans, elles sont composées à 75 % de CO2, à 12 % de CH4, à 9 % de N2O et à 4 % de gaz fluorés (GIEC, 2015). Étant le plus grand réservoir terrestre de carbone organique, les sols ont le potentiel d’atténuer ces émissions (Jacobson et al., 2000, Scharlemann et al., 2014). À cet égard, le maintien du carbone organique dans les sols est un enjeu majeur. Cependant, à ce jour, les efforts se sont principalement concentrés sur les sols agricoles ainsi que sur les sols naturels (http://4p1000.org, 2018, Minasny et al., 2017, Paustian et al., 2016). Aujourd’hui, cette démarche doit pouvoir s’adapter aux espaces verts (ex : parcs, alignements d’arbres, jardins partagés, etc...) pour permettre de comprendre les leviers d’actions possibles pour faire contribuer le milieu urbain au changement climatique. De manière opérationnelle, ces enjeux sont également identifiés par les collectivités et gestionnaires afin d’adapter leurs modes de gestion en adéquation avec le maintien des stocks de carbone dans les sols. On estime que les espaces urbains couvrent 3% des surfaces terrestres et pourraient contenir 10% des stocks mondiaux de carbone organique du sol (COS) (Churkina et al., 2012). L'expansion des villes et la croissance humaine rendent ces sols importants en termes de source ou de puits de GES au niveau mondial et suscitent depuis peu l’intérêt de la communauté scientifique, mais les études sont encore à un stade précoce en Europe. En 2012, la Commission européenne promeut l’intégration du concept d’«infrastructure verte» dans l’urbanisme pour contribuer à la réduction de l’effet îlot de chaleur dans les zones urbaines.. En outre, l’infrastructure verte peut procurer d’autres avantages sociaux pour la communauté, comme, par exemple, la revitalisation de quartiers et l’augmentation des espaces récréatifs (Commission européenne, 2012). En France, le plan climat-air-énergie territorial (2016) oblige les intercommunalités de plus de 20000 habitants à réaliser un diagnostic énergétique, dont les émissions de GES. Plus récemment, la loi Energie Climat (08/11/2019) ambitionne la neutralité carbone à l’horizon 2050, c’est-à-dire que l’ensemble des émissions françaises soit compensé par ses capacités d’absorption. La récente crise sanitaire liée au Covid-19 a conduit à un rapport spécial du Haut Conseil pour le Climat (HCC, 2020) qui nous alerte sur l’urgence de diminution des émissions de gaz à effet de serre et la nécessité d'accélérer la transition bas-carbone. Il est important pour faire avancer le débat public de valoriser les avancées scientifiques. La végétalisation du milieu urbain est un levier d’action potentiel pour s’inscrire dans la transition énergétique ; nous avons pu le constater très récemment lors de la campagne électorale municipale de 2020, avec l’engagement de “verdissement des villes” par la plupart des communes. Il convient désormais d’évaluer l’impact environnemental de la végétalisation des espaces urbains et de leur mode de gestion, en fonction des pratiques actuelles ou envisagées, pour mieux guider les concepteurs et gestionnaires des services espaces verts. Le projet SAGES bénéficie du soutien du pôle de compétitivité Vegepolys Valley.
Description : Dans les zones urbaines, les collectivités mettent en place des plans de gestions différenciées pour leurs espaces verts (forêts urbaines, espaces fleuris, parcs, pelouses,…) qui font l’objet de pratiques culturales spécifiques concernant par exemple l'irrigation ou la fertilisation. Cette gestion différenciée est suspectée d’entraîner de forts contrastes dans les propriétés bio-physico-chimiques des sols, qui sont exacerbées par le milieu urbain. Dans ce milieu, les sols peuvent avoir des effets importants sur l’environnement, aux niveaux local et global concernant les émissions de gaz à effet de serre (GES) (CO2, CH4, N2O) et la pollution des eaux souterraines par les nitrates directement impliqués dans l’émission de N2O par le sol. De plus, le NO2 émis par les moteurs thermiques conduit à enrichir les pluies en azote (acide nitrique) qui provoquent une acidification du sol alimentant et/ ou accélérant ainsi le cycle de l’azote. En contrepartie, étant le plus grand réservoir terrestre de carbone organique, les sols ont aussi le potentiel d’atténuer ces émissions (Lal 2011). Ils peuvent participer à la régulation du climat en tant que puits de GES de l'atmosphère, en fonction de divers facteurs, tels que leur mode d'utilisation qui influence les propriétés et le fonctionnement biologique des différents sols. À cet égard, le maintien du carbone organique dans les sols est un enjeu majeur. La récente initiative "4 pour 1000" a été lancée par le gouvernement français lors de la COP21 à Paris en 2015. Cependant, à ce jour, les efforts se sont principalement concentrés sur les sols agricoles cultivés et enherbés ou les sols naturels. Cette démarche doit s’adapter aux modes de gestion des espaces verts (ex : parcs, alignements d’arbres, jardins partagés) pour permettre de comprendre et d’utiliser les leviers d’actions possibles pour l’adaptation au changement climatique en milieu urbain. De manière opérationnelle, ces enjeux sont également identifiés par les collectivités et gestionnaires afin d’adapter leurs modes de gestion pour maintenir, voire augmenter les stocks de carbone dans les sols urbains, bien qu’on en soit encore à en faire l’inventaire. Le projet SAGES se donne comme ambition de produire des connaissances nouvelles et originales pour comprendre les cycles couplés du carbone et de l’azote dans différents types d’espaces verts urbains présentant des propriétés et modes de gestion contrastés. Plus précisément, il vise à caractériser les entrées et les sorties de C et N résultant des processus de biodégradation des matières organiques (humus, litières au sens large) en fonction des types d’espaces verts et des pratiques (amendements, mulch, essences et strates végétales, fauches, intensivité de la gestion…) selon une double approche expérimentale et modélisatrice. Le projet permet de répondre à 3 objectifs : (1) recenser les pratiques de gestion des collectivités françaises, (2) caractériser la biodégradation des matières organiques dans les espaces verts urbains, et de modéliser les émissions de GES et la décomposition de la matière organique, et (3) de développer des indicateurs environnementaux de suivi de l’impact de la gestion des espaces verts. Ce projet permettra in fine d’élaborer un guide sur les pratiques et modes de gestion à adopter pour maximiser le recyclage et le stockage du carbone dans les sols d’espaces verts urbains. SAGES regroupe un consortium d’experts sur ces sujets, autant sur les questions des sols urbains (EPHor), les cycles du carbone et de l’azote des espèces ornementales et la biodégradation des matières organiques (INRAE IRHS, INRAE FARE, EPHor), et les pratiques et modes de gestion des espaces verts urbains (Plante & Cité, Direction Parcs, Jardins et Paysages de la Ville d’Angers).
Objectifs et résultats attendus : 1.1 Objectifs scientifiques et techniques Le projet SAGES s’inscrit dans les axes 1 et 2 de l’APR GRAINE et plus précisément dans les thématiques de gestion des espaces et de gestion durable des sols urbains. L’objectif scientifique principal du projet est d’évaluer et de comprendre les cycles du carbone et de l’azote dans différents types d’espaces verts urbains présentant des propriétés et modes de gestion contrastés. Ce projet comparera spécifiquement les différents types de sols urbains (en fonction de leurs propriétés pédologiques et de leur mode de gestion) en terme de biodégradation des matières organiques du sol (humus) et fraîches (litières aériennes et souterraines) et de leur implication dans l’émission de gaz à effet de serre (GES) principalement dus à l’activité microbienne et des pertes d’azote par lixiviation. La Ville d’Angers a été choisie comme ville pilote, classée par l’Union Nationale des Entreprises du Paysage (UNEP) ville la plus verte de France depuis 3 ans. Les verrous scientifiques qui seront levés porteront sur : (1) l'impact des différents types d'espaces verts urbains et de leur gestion associée sur les émissions de GES et le risque de lixiviation de l'azote, (2) la capacité des organismes du sol à dégrader les intrants organiques, et (3) la biodégradation des résidus végétaux ornementaux, en situations urbaines en prenant en compte les caractéristiques physico-chimiques des sols urbains, par le développement d’un modèle de simulation de ce processus. Ce projet permettra (1) d’aboutir à la constitution d’une base de données nationale des pratiques de gestion agronomique des espaces verts, et (2) de proposer des indicateurs agro-environnementaux d’évaluation des pratiques et des leviers d’amélioration possibles, à destination des collectivités territoriales. Ces indicateurs aideront les décideurs et les aménageurs d’espaces à mettre en place des pratiques favorisant le stockage du carbone dans les sols et limitant significativement les émissions de GES et la lixiviation du nitrate. Le projet s’inscrit dans le cadre d’une recherche finalisée qui renforcera les connaissances scientifiques et techniques en vue de gérer de manière efficiente les sols des espaces verts urbains, avec amendements ou pas, et en favorisant le recyclage des déchets produits sur place. La démarche repose tout d’abord sur une expérimentation menée au sein de la Ville d’Angers, avec une double approche : une approche caractérisation la plus exhaustive possible pour qualifier et quantifier les flux de GES en fonction des types d’espaces verts, des modes de gestion et des essences végétales présentes (strates), et une approche “mécanisme” sur une sélection réduite de sites pour comprendre les processus biogéochimiques qui affectent la biodégradation de la matière organique. Ensuite, ce volet expérimental alimentera un travail de modélisation de la biodégradation des litières, qui nécessite l’adaptation des formalismes du modèle STICS-résidus aux tissus végétaux d’ornement et des données d’entrée issues du travail expérimental. Enfin, ce projet a la volonté de s’inscrire dans une dimension nationale de caractérisation des modes de gestion des espaces vert urbains. Cela requiert la constitution d’une base de données des pratiques, issues de plusieurs collectivités françaises et les plus représentatives du pédoclimat français. Résultats académiques attendus - La constitution et la fourniture d’une base de données nationale renseignant sur les pratiques de gestion des espaces végétalisés urbains et des mesures relatives à l’atténuation des émissions de GES ayant pu être menées, - L’évaluation de l'impact des différents types d'espaces verts urbains et de leur gestion associée sur les émissions de GES et le risque de lixiviation de l'azote, - La compréhension de la capacité des organismes du sol à dégrader les intrants de matière organique, - L’identification et l’adaptation d’outils de modélisation pertinents pour la prévision de la biodégradation de la matière organique, appliqués aux caractéristiques des différents types de couples sols/végétaux de l’environnement urbain. Résultats opérationnels attendus - Une quantification des flux de gaz et des pertes en azote selon différents modes de gestion des différents types d’espaces verts, - Un guide de pratique de gestion et une liste de recommandations pour les gestionnaires d'espaces verts qui aidera à définir une stratégie de gestion durable selon les services écosystémiques visés (stockage de C, fourniture de nutriments par exemple) et préserver les ressources (eau par exemple), pour construire des villes vertes durables. 1.2 Objectifs socioéconomiques et réglementaires Les bienfaits des végétaux en ville renforcée par des pratiques d’entretien respectueuses de l’environnement; - La contribution à la valorisation des déchets verts, en limitant les exportations hors espace vert et donc les amendements exogènes ; - Le renforcement des synergies et des compétences sur la problématique de la gestion des sols des espaces végétalisés urbains en concertation avec les acteurs concernés (gestionnaires et collectivités, associations) ; - La mise à disposition pour les gestionnaires de recommandations opérationnelles de suivi de l’impact de la gestion des espaces verts ; - L’apport d’arguments économiques et écologiques pour convaincre les financeurs lors d’appels d’offre pour la conception d’espaces verts respectueux de l’environnement ; - La stratégie de choix d’espèces végétales pertinentes qui puissent satisfaire les impacts environnementaux, tout en conservant un intérêt économique pour les filières horticoles ; - La communication via des notes techniques, des publications et productions scientifiques sur les résultats obtenus ; - La formation par la recherche par les différents partenaires au travers d’une thèse et des stages d’étudiants en Master 2. Du fait de l’appartenance universitaire et/ou institutionnelle des partenaires, le projet permettra la formation d’étudiants qualifiés sur les pratiques et impacts environnementaux des espaces végétalisés urbains. 1.3 Objectifs environnementaux - Le bilan carbone-azote établi dans ce projet permettra d’évaluer l’adéquation entre le stockage de C dans les sols urbains et la limitation possible des émissions de GES (prise en compte d’effet contraire d’une pratique sur l’émission des différents GES). Autrement dit, la pertinence de favoriser le stockage du carbone organique au regard des autres services rendus par les sols en fonction des modes de gestion des espaces verts urbains sera analysée. La caractérisation de la biodégradation des tissus végétaux en fonction des modes de gestion et des impacts environnementaux générés devrait aboutir à fournir des leviers d’action permettant d’améliorer la qualité agronomique des sols urbains selon les modes de gestion. Les retombées sur l’environnement devraient limiter en particulier les fuites d’azote par les émissions de N2O et les pertes de nitrate dans les eaux d’infiltration ou de ruissellement que l’on retrouve dans les cours/plans d’eau. Ces nutriments perdus favorisent la prolifération de plantes aquatiques invasives (l’Elodée dense par exemple présente dans l’étang Saint Nicolas à Angers et d’autres cours d’eau) qui ont un fort impact sur la biodiversité de ces zones ainsi que la qualité de l’eau (émissions de CH4 en été). Le stockage du C a aussi des implications pour le maintien du phosphore dans les sols (adsorbé ou immobilisé dans les organismes vivants faune, flore et microorganismes) et a des implications sur les processus d’eutrophisation citées ci-dessus.
Bénéficiaire : INSTITUT NATIONAL D'ENSEIGNEMENT SUPERIEUR POUR L'AGRICULTURE L'ALIMENTATION ET L'ENVIRONNEMENT
Localisation : Maine-et-Loire, Pays de la Loire, FRANCE
Début : 01/10/2021 — Durée : 36 mois
Budget total : 554346.22 € — Aide ADEME : 129002.49 €
Statut : Suivi du projet