Le biochar est-il un puits à carbone si efficace qu'on le dit ?

Composé en majeure partie de carbonecarbone, le biochar s'obtient par pyrolysepyrolyse (carbonisation avec peu ou pas d'oxygène) de matièresmatières organiques diverses. Le procédé produit également, en proportion dépendant de la méthode, un biocarburant liquideliquide. Sa composition n'est pas précisément  définie car elle dépend de la nature de la biomasse utilisée et du processus de pyrolyse. Il peut aussi contenir diverses moléculesmolécules organiques. Cette variété pose un certain nombre de problèmes pour interpréter les expérimentations.

L'engouement récent de certains pour le biochar vient de ce qu'il est présenté comme une possibilité de fixer de façon quasi-permanente du carbone atmosphérique, grâce à un processus à bilan carbone négatif. La chaîne qui permet ce résultat est basée sur la collecte de résidus végétaux non utilisés - qui seraient sinon décomposés par voie naturelle en émettant du CO₂ - et leur transformation en carbone noir stable et divers produits gazeux. Lorsque ce carbone est ensuite enfoui dans le sol, il y est non seulement stocké de façon permanente, mais il en améliorerait aussi les propriétés agronomiques.

Enfouir le carbone dans le sol

La production de biochar est promue comme méthode révolutionnaire de captage du CO₂ atmosphérique par des groupes qui y voient l'émergence d'une nouvelle activité économique. En effet, la qualité du bilan dépend de l'utilisation d'installations permettant d'optimiser la pyrolyse des résidus végétaux. Les installations traditionnelles de production de charboncharbon de boisbois ne maîtrisent pas le flux gazeux et ne permettent pas d'atteindre un bilan carbone négatif (pas de fixation de CO₂ dans le processus). Il faut donc prévoir toute une gamme d'équipements adaptés, de l'échelle villageoise à l'installation de taille industrielle, y compris pour la collecte des intrantsintrants et la distribution du produit.

De plus, le biochar a également suscité un intérêt agronomique il y a déjà plusieurs années, en particulier en Amazonie par la découverte de la fertilité des TerraTerra Prieta, comparée à celle des sols voisins. Ces « terresterres noires » sont le résultat de l'accumulation des résidus de combustioncombustion lente des déchetsdéchets organiques des communautés villageoises en bord de fleuve. Les études archéologiques ont montré que dans certains cas cette accumulation a pu avoir lieu sur plusieurs millénaires, prouvant la stabilité de ce type de charbon.

Des bénéfices directs et indirects peuvent être attribués au biochar :

• La pyrolyse de résidus de biomasse, d'origine forestière ou agricole, permet de produire un biocarburant, sans concurrence avec les productions agricoles.
• Le biochar, sous-produit de la pyrolyse, serait un amendementamendement permettant d'améliorer la fertilité et la stabilité des sols cultivés d'une part et d'autre part de stocker du carbone dans les sols à moyen et long terme.
• La biosphèrebiosphère, au travers de la production végétale notamment, absorbe du CO₂, mais seule une petite partie est stockée de manière stable à plus ou moins long terme (sols, bois...).
• La production de biomasse pour obtention de biocarburant et stockage du carbone dans le sol par le biochar serait une production négative en carbone, c'est-à-dire absorbant plus de CO₂ qu'elle n'en produit et permettant un stockage à long terme.

Bilan carbone de la voie du biochar et du biocarburant, selon Lehman (Nature, 2007). (Cliquer sur l'image pour l'agrandir.) Les végétaux terrestres utilisés captent le gaz carbonique par photosynthèse et en produisent par la respiration. Les techniques envisagées, utilisant la pyrolyse, récupèrent la moitié du carbone et le restitue au sol sous forme de biochar et permettent également la production de biocarburants. Le biochar est durablement séquestré dans le sol, mis à part un léger relargage estimé à 5%. Le bilan global est négatif, avec 20% de carbone prélevé à l'atmosphère. © CSFD

Retour d'expérience pour l'amendement des sols

Des expérimentations ont été conduites sur le terrain, sous des climatsclimats et des sols variés, en comparant la productivité de cultures sous différentes modalités d'applicationapplication : témoin, biochar, biochar + engrais minérauxminéraux, etc. La littérature semble abondante mais on repère de nombreuses reprises des mêmes résultats, notamment ceux de Lehmann. De plus, les expérimentations ont porté surtout sur des sols acidesacides tempérés ou des sols lessivés de zones tropicales humides. Il s'avère également que la composition du biochar utilisé n'est pas spécifiée et que les doses appliquées ne sont pas toujours fournies.

Les effets cités de l'amendement des sols par le biochar sont les suivants :

• Augmentation de la croissance des plantes. Cependant il semble que dans de nombreux cas, il soit nécessaire de le coupler avec une fumure minérale.
• Restructuration du sol, améliorant ses propriétés physiquesphysiques.
• Amélioration de la rétention en eau du sol.
• Augmentation du pH des sols acides.
• Aide au développement de la microflore des sols et accroissement de leur activité biologique.
• Diminution du lessivagelessivage des nutrimentsnutriments, notamment des nitrates.
• Diminution des émissionsémissions de NONO₂ et de méthane dans les sols hydromorphes ;
  diminution de la toxicitétoxicité aluminique dans certains sols.

Des questions en suspens

Peu de choses sont connues sur les mécanismes d'action du biochar dans les sols. Il est nécessaire d'élucider les mécanismes pour prévoir l'action dans les différents milieux que constituent les sols et climats. Différentes hypothèses sont émises mais demandent à être vérifiées.

Le biochar serait du carbone amorpheamorphe à structure poreuse, ce qui lui confèrerait des propriétés d'absorptionabsorption des éléments et de rétention de l'eau. Il constituerait aussi un support favorable pour les microorganismesmicroorganismes du sol. Au Japon, où il existait traditionnellement une incorporation de charbon dans certains sols, des études ont également montré un effet favorable sur le développement des mycorhizesmycorhizes.

Le biochar provoquerait dans les sols un accroissement de la CECCEC (capacité d'échange cationique) mais le mécanisme n'est pas connu. Les sols de Terra PretaTerra Preta ont un CEC élevé et stable, mais rien ne prouve que l'on puisse obtenir le même résultat par adjonction de biochar dans d'autres sols.

L'effet sur le pH des sols serait dû aux cendres contenues dans le biochar et dépendant de la nature de la biomasse traitée.

Il est par ailleurs reconnu que la pyrolyse dégage un certain nombre de produits toxiques (composés aromatiquescomposés aromatiques, par ex.) dont l'impact sur la biologie des sols est inconnu.

Dans l'état actuel des connaissances, le biochar paraît avoir un potentiel pour stocker du carbone dans le sol à moyen et à long terme tout en ayant des propriétés d'amendement et d'amélioration de certains sols. Cet intérêt, couplé avec la possibilité de production de biocarburant et le développement du marché du carbone, ont conduit de nombreux groupes à s'y intéresser et à le promouvoir dans les forums internationaux. Cependant avant d'encourager son utilisation, un certain nombre de questions restent posées.

La stabilité de cette forme de carbone dans le sol est-elle assurée ? Le charbon est stable dans les sédimentssédiments et dans les sols, au moins dans certaines conditions d'humidité et d'anoxieanoxie, mais peut se dégrader plus rapidement dans d'autres environnements.

Les effets bénéfiques du biochar sur les propriétés de certains sols sont-ils extrapolables et persistants dans le temps ? La compréhension des mécanismes en jeu est nécessaire et demande beaucoup de recherches. Rien ne prouve que l'incorporation de biochar permette de reproduire les sols de types Terra Preta. Les mécanismes d'élaboration de ces sols ne sont pas élucidés et paraissent beaucoup plus complexes. Beaucoup d'auteurs doutent de l'intérêt de l'utilisation dans les terres sèches.

Quelle quantité de biochar peut-on incorporer dans les sols pour qu'il constitue un amendement efficace et un stockage significatif ? Le biochar est pulvérulentpulvérulent, de faible densité, son incorporation au sol en quantité importante et son enfouissement paraissent difficiles d'un point de vue technique.

Combien de biochar peut-il être produit de manière favorable d'un point de vue économique et environnemental ? La production de biocarburant et de biochar, même à partir de sous-produits, peut être en concurrence avec d'autres usages : production animale, voire avec le maintien de la matière organique et de l'humushumus dans les sols. Une production de biomasse dédiée à la production de biocarburant et de biochar pose des problèmes de concurrence avec d'autres productions. C'est particulièrement vrai dans les régions sèches où les résidus végétaux sont peu abondants.

Quel est le bilan énergétique et carboné global de la production par pyrolyse de biocarburant et de biochar ? Aucune estimation chiffrée n'a été trouvée à ce sujet.

En guise de conclusion, le biochar ne semble pas être une solution toute faite au problème de restauration de sols et de stockage de carbone. Son intérêt pour la lutte contre la désertificationdésertification dans les terres sèches n'est absolument pas prouvé. Il semble actuellement possible et intéressant d'utiliser la pyrolyse pour la production de biocarburant et de biochar pour valoriser les résidus de l'industrie forestière et amender les sols acides des zones humideszones humides.

Dans certaines situations favorables, le développement du biochar constitue un des outils de séquestration du carbone atmosphérique, mais certainement pas la panacée. En particulier, des études doivent être conduites pour connaître les mécanismes d'action du biochar dans les sols avant d'inciter à sa généralisation.

De la même façon que pour les biocarburants, l'engouement que peut créer la perspective de nouvelles activités économiques ne dispense pas d'études complètes sur l'impact global de ces nouvelles filières, tant sur les écosystèmesécosystèmes que sur les sociétés paysannes pour lesquelles il est annoncé une amélioration de leur condition.