Mesure des émissions de gaz à effet de serre sur les cultures

En 2008, un effort particulier a été réalisé pour l’enrichissement du dispositif de suivi de l’impact environnemental de la ferme de Grignon. En particulier, concernant les émissions de gaz à effet de serre des cultures (voir chapitre concernant les émissions des cultures), une batterie d’outils de prélèvement et d’analyse a été mise en place grâce à l’appui technique et méthodologique de l’unité de bioclimatologie de l’INRA de Grignon.

 1. Le matériel

Les outils utilisés sont précisément :

 25 chambres statiques disposées sur des parcelles d’escourgeon, de blé (à partir de février 2008), de luzerne, de prairies et de maïs (printemps 2008)

 Un chromatographe, pour réaliser des chromatographies en phase gazeuse (CPG), acheté en commun avec l’UMR Environnement et Grandes Cultures de l’INRA de Grignon.

Les chambres statiques :

Ce sont des boîtes carrées en aluminium, de 60 cm de côté et 25 cm de haut. Elles sont disposées à même le sol d’une parcelle et enfoncées sur 10 cm dans la terre afin qu’elles soient stables. Leur hauteur peut être modulée avec des réhausses de façon qu’elle suive la croissance des cultures étudiées. Les enceintes sont la plupart du temps ouverte sur le ciel, et fermées seulement lors des prélèvements par un couvercle en plastique blanc. Les couleurs des matériaux sont choisies afin de limiter les effets d’augmentation de température dans les chambres.

Les couvercles sont munis de 2 septums en caoutchouc de 15 mm de diamètre environ. Ces septums sont percés avec une aiguille pour les prélèvements, sans que leur étanchéité ne soit altérée. Le trou percé est en effet de dimensions très faibles comparées au volume de l’enceinte où sont prélevés les gaz.

La chromatographie en phase gazeuse :

C’est une technique qui permet de séparer des molécules d’un mélange. Elle s’applique principalement aux composés gazeux ou susceptibles d’être vaporisés par chauffage sans décomposition.

Un appareil de CPG comprend schématiquement 3 modules spécifiques : un injecteur (1), une colonne contenue dans une enceinte thermostatée (four) (2) et un détecteur (3) relié à un intégrateur ou un ordinateur (4) sur lequel apparaît le chromatogramme.

Le mélange à analyser est injecté sous forme d’un fluide et est vaporisé dans l’injecteur. Le gaz vecteur l’entraîne dans la colonne de séparation thermostatée. Les composés se répartissent différemment dans les 2 phases, se déplacent donc à des vitesses différentes puis sortent à des temps différents. A leur sortie, ils sont détectés et un pic apparaît sur l’enregistreur. La surface du pic reflète la quantité du gaz présent dans l’échantillon.

Schéma de chromatographe en phase gazeuse. Source : www.ac-reims.fr ressources pédagogiques

L’acquisition du CPG est prévue pour l’été 2008. En son absence, les prélèvements de gaz sont analysés grâce au matériel du CEMAGREF de Rennes.

 2. Le prélèvement

Les prélèvements se déroulent comme suit :

Les parcelles étudiées sont localisées sur le plateau, où les terres sont plus homogènes. Les chambres sont disposées à un emplacement de la parcelle suffisamment proche du chemin pour être facilement accessible, et suffisamment au centre de la parcelle pour éviter l’effet bordure de champ. On dispose 3-4 chambres par parcelle afin de prendre en compte l’effet de variabilité spatiale de la parcelle.

Yves fixe le couvercle sur une chambre statique avec des pinces. Photo : Sophie Carton

Yves prélève de l’air de la chambre statique avec une seringue. Photo : Sophie Carton

La surpression générée est d’environ 3 bar. Elle permettra au gaz de s’autopropulser dans le chromatographe.

La manoeuvre est répétée encore 2 fois pendant la même séance de prélèvement, à intervalles de 20 minutes. Les 3 points de prélèvement permettent de déterminer le flux de gaz émanant des cultures à la date donnée. Les prélèvements sont effectués de 1 fois toutes les 2 semaines en période de creux, à 3 fois par semaine en période de pic d’émissions (période d’épandage d’engrais ou épisode pluvieux).

 3. Premières observations

Les résultats obtenus en 2008 sont conformes avec la littérature. On observe ainsi une grande variabilité des émissions dans le temps et dans l’espace. Le phénomène est sensible à deux facteurs clés : l’humidité du sol et sa température comme le montre le graphique ci-dessous. N.B. : On distingue trois périodes (flèches oranges) : 1. Les faibles températures limitent les émissions, 2. Le sol émet des pics de N2O, 3. La faible humidité du sol limite le phénomène

Au-delà des variations dans le temps, on observe de grandes différences entre les parcelles (voir schéma ci-dessous). Plusieurs facteurs expliquent ces différences :
 Propriétés du sol et en particulier le régime hydrique
 Pratiques culturales et en particulier la dose d’azote
 Conditions climatiques locales…