Le biogaz issu des déchets agricoles dope la richesse en carbone des sols

Fernando Miguez | Sebastian Villarino | Dave Roepke

La production de gaz naturel renouvelable à partir de fumier et de résidus agricoles pourrait permettre aux agriculteurs de gagner plus d’argent, de rendre l’agriculture plus durable et, selon une nouvelle étude à long terme menée dans des exploitations agricoles par des chercheurs de l’université d’État de l’Iowa, d’enrichir les sols agricoles en carbone.

Le digestat, sous-produit de la digestion anaérobie qui transforme des matières biologiques telles que les tiges de maïs et le fumier bovin en combustible, peut augmenter les niveaux de carbone organique du sol lorsqu’il est épandu dans les champs, selon une analyse de 12 années de données collectées dans une exploitation agricole du sud-est de l’Iowa où le digestat a remplacé la quasi-totalité des engrais azotés synthétiques dans les champs de maïs.

Les chercheurs qui étudient les avantages potentiels de la digestion anaérobie s’attendaient à ce que le digestat soit un engrais et un amendement précieux pour les sols, mais il existe peu d’études sur la façon dont ce produit de type boue affecte le carbone organique du sol dans une exploitation agricole de taille commerciale, a déclaré le professeur d’agronomie Fernando Miguez, coauteur de l’étude récemment publiée dans le Journal of Agriculture and Food Research.

« Les études à petite échelle ne sont pas nécessairement transposables à l’échelle commerciale », a indiqué M. Miguez. « Mais nous avons maintenant démontré que cette pratique peut être couronnée de succès à une échelle significative. »

Les données analysées dans l’étude proviennent de la ferme Sievers Family Farms, près de Stockton, dans l’Iowa, où Bryan et Lisa Sievers élèvent des bovins de boucherie et cultivent du maïs et du soja. Les Sievers, tous deux diplômés de l’Iowa State University, sont coauteurs de l’étude, qui a permis de quantifier les avantages du système régénératif mis en place dans leur exploitation grâce à des digesteurs anaérobies produisant du carburant.

« Cela confirme ce que nous croyons depuis longtemps, à savoir que nous constatons une amélioration de la santé de nos sols, qui se traduit par une augmentation des rendements », a précisé Bryan Sievers. « Nous pouvons désormais commencer à attribuer une valeur monétaire à ces meilleures pratiques de gestion. C’est ce que j’ai recherché toute ma vie dans l’agriculture. »

Une restauration « remarquable »

Le carbone organique du sol, issu de la décomposition de matières végétales et animales, est essentiel à la productivité et à la résilience des terres agricoles. Il améliore la rétention d’eau, réduit l’érosion et la contamination, et nourrit les micro-organismes qui fournissent aux cultures les nutriments nécessaires. De nombreuses études ont montré que l’agriculture peut dégrader le carbone organique du sol au fil du temps, entraînant des pertes difficiles à inverser.

« Il a fallu beaucoup de temps pour épuiser le carbone du sol, il n’est donc pas facile de le restaurer », a commenté M. Miguez.

À la ferme Sievers, le digestat semble avoir aidé. D’après 421 échantillons prélevés dans 14 de leurs champs entre 2011 et 2022, le sol a gagné environ 714 livres de carbone par acre et par an. Pour les champs qui avaient déjà des niveaux de carbone relativement élevés, cela représentait une augmentation moyenne d’environ 9 % sur la durée de l’étude. Mais dans les champs où les niveaux de carbone étaient les plus bas, l’augmentation moyenne était de 47 %, ont constaté les chercheurs.

Ce sont des résultats impressionnants, a déclaré Lisa Schulte Moore, professeure émérite Charles F. Curtiss en sciences agricoles et de la vie et directrice du Bioeconomy Institute de l’Iowa State University. La plupart des pratiques de gestion courantes qui favorisent les niveaux de carbone organique dans les sols des champs de maïs, telles que la réduction du labour et la plantation de cultures de couverture, visent davantage la rétention que la restauration.

« Il est remarquable de constater une telle augmentation du carbone organique du sol en 12 ans dans un système de culture du maïs. Il existe des pratiques permettant de le maintenir, mais il est très difficile d’augmenter les niveaux de carbone dans les champs cultivés en rangs », a indiqué Mme Schulte Moore, co-auteure de l’étude.

L’utilisation de digestat comme amendement du sol peut également entraîner une accumulation excessive de phosphore, comme l’ont montré l’étude de Sievers et des recherches antérieures. De nombreux chercheurs travaillent sur des méthodes de filtration du phosphore, qui pourrait être utilisé comme composant d’engrais dans d’autres applications, a déclaré Sebastian Villarino, coauteur de l’étude et chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Miguez.

« Avant d’investir dans l’extraction du phosphore, il est important d’établir l’utilité du digestat », a t-elle ajouté.

Les digesteurs ont le vent en poupe

La digestion anaérobie se produit lorsque des bactéries décomposent la matière organique sans oxygène, libérant ainsi un gaz riche en méthane. Lorsque la famille Sievers a commencé à utiliser des digesteurs anaérobies, seuls deux autres étaient utilisés dans les fermes de l’Iowa. Aujourd’hui, on compte environ 20 digesteurs anaérobies dans les fermes de l’Iowa, selon Dan Andersen, professeur agrégé en génie agricole et des biosystèmes dont les recherches portent sur la gestion et le traitement du fumier.

Ce chiffre n’inclut pas les digesteurs industriels produisant du gaz naturel renouvelable à l’usine Verbio près de Nevada, dans l’Iowa. Le digestat de la bioraffinerie a fait l’objet d’une autre étude récente menée par une équipe de chercheurs de l’ISU, dont Miguez et Villarino, qui a également découvert, dans le cadre d’une expérience d’incubation en laboratoire, que le digestat peut entraîner une accumulation de carbone organique dans le sol.

Comprendre les impacts des digesteurs anaérobies dans l’agriculture est l’un des objectifs du projet Grass2Gas géré par le Consortium for Cultivating Human And Naturally reGenerative Enterprises (C-CHANGE), un groupe de recherche dirigé par l’Iowa State University en partenariat avec la Pennsylvania State University et Roeslein Renewables, une entreprise basée à Saint-Louis. L’intégration de digesteurs anaérobies dans les exploitations agricoles pourrait créer un marché pour les cultures d’hiver et les graminées vivaces comme matière première pour les digesteurs, favorisant ainsi l’adoption de pratiques de conservation qui réduisent le ruissellement des nutriments, l’érosion et la pollution.

« Nous pouvons utiliser ce que nous considérons comme un déchet pour produire de l’énergie, améliorer la santé des sols et lutter contre le changement climatique », a précisé M. Villarino.

Les digesteurs anaérobies sont plus courants en Europe et dans quelques États américains, mais pour les agriculteurs de l’Iowa qui envisagent les avantages de systèmes similaires pour la santé des sols, le fait de savoir comment cela a fonctionné pendant de nombreuses années dans une exploitation agricole de l’État aura forcément une influence, a déclaré Mme Schulte Moore, directrice de C-CHANGE.

« Les données provenant de l’Iowa auront plus de poids auprès des agriculteurs d’ici que celles provenant d’Europe, de Californie ou de Pennsylvanie », a-t-elle conclu.

Article : « Adding anaerobic digestate to commercial farm fields increases soil organic carbon » – DOI : doi.org/10.1016/j.jafr.2025.101942

Source : Iowa State University