Terra preta

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La terre noire (terra preta en brésilien) est un sol anthropogénique d'une fertilité exceptionnelle dûe à des concentrations élevées de charbon (jusqu'à 70% de plus que des Ferralsols avoisinants^[1]), de matière organique et de nutriments tels que nitrogène, phosphore, potassium, et calcium^[2]. Il contient aussi une quantité remarquable de tessons de poterie^[3], et l'activité micro-organique y est des plus développées.

Sommaire 1 Présentation 2 Location 3 Histoire de sa redécouverte 4 Pédologie 4.1 Incorporation de charbon de bois 4.2 Incorporation de nutriments 4.3 Le rôle des micro-organismes 5 Séquestration de carbone et productivité 6 Applications industrielles présentes 7 Sources et Références

[modifier] Présentation

Ces sols ont été créés entre 7000 et 500 BP, et sont d'origine pré-Colombienne^[4]. Ils faisaient partie d'une pratique de management du sol destinée à transformer un sol jaune argileux de productivité biologique limitée, en l'un des sols les plus riches de la planète. Des milliers d'années après sa création il est si réputé au Brésil qu'il est récolté et vendu comme terreau à poter (voir Pédologie). Sa profondeur peut aller jusqu'à 2 mètres. Qui plus est, le récolter ne réduit pas son abondance: les fermiers ont découvert qu'il se renouvelle à la vitesse de 1 centimètre par an^[5]

Les étendues de terra preta sont généralement entourées de sols infertiles, principalement l'oxisol^[2], mais aussi Ferralsols, Acrisols et Arenosols^[1]. (photo à venir)

[modifier] Location

On trouve ce sol principalement en Amazonie, où Sombroek et al.^[6] estiment que ces terres occupent une surface d'au moins 0.1- 0.3%, ou 6,300 à 18,900 kilomètres carrés de basse Amazonie enforestée (cité par Denevan et Woods^[7]); mais d'autres estiment cette surface à 1.0 % ou plus (deux fois la surface de la Grande-Bretagne)^[5]. Leur distribution s'étend principalement le long des voies d'eau, de l'Amazonie de l'est au bassin central de l'Amazonie^[8].

On connait également des sites de terra preta dans d'autres régions d'Amérique du sud (Equateur et Pérou), en Guyane^[9], en Afrique de l'ouest (Benin, Liberia), et dans les savannes d'Afrique du sud^[2].

La terra preta existe en petites surfaces avoisinant 20 hectares, mais des surfaces de 350 hectares ont aussi été reportées. On les trouve dans des situations climatiques, géologiques et topographiques variées^[7].

[modifier] Histoire de sa redécouverte

1541: départ de la première expédition européenne de découverte de l'Amazone; Francisco de Orellana remonte jusqu'aux sources du fleuve. L'expédition parle à son retour d'une région à l'agriculture riche et sophistiquée, à haute densité démographique, où la population habite aussi bien des fermes isolées que de grandes cités entourées de hauts murs. La légende naît d'un “pays de l'El Dorado”.

Les expéditions subséquentes ne trouvent que quelques tribus isolées de chasseurs-cueilleurs principalement nomades, et une organisation sociale et politique aussi limitée que l'agriculture. C'est la disgrâce pour Orellana, et l'opinion publique est fixée pour les quatre siècles suivants sur l'idée d'une région à potentiel de développement culturel limité par l'environnement.

Pourtant, tout au long de cette période de plus de 400 ans des récits divers émergent occasionnellement, pour retomber aussitôt dans l'oubli de l'histoire. Ce sont principalement des compte-rendus de jésuites ( anonymes fin 15e et 16e siècles, et 1743; Equiluz 1884; Eder 1888; Altamirano 1891), qui décrivent les peuples indigènes, leurs coutumes, les paysages locaux et la vie des missions coloniales. Contrairement à bien des régions de l'Amazonie, les Baures ne souffrirent apparement pas d'effondrement démographique jusqu'à la mort du missionnaire Cipriano Barace tué en 1703; suite à quoi les espagnols dispersèrent les communautés indigènes en une écrasante répression de guerre et d'esclavage. Après 1708 les missionnaires regroupèrent les survivants en plusieurs centres urbains, les principaux étant Concepci¢n de Baures (la présente ville de Baures) et San Martin. La région était notée pour sa richesse agricole, notamment pour le cacao et le coton^[10].

1870: Le géologue et explorateur américain James Orton, professeur à Vasser, mentionne un sol “noir et très fertile” en Amazonie ,dans son livre “The Andes and the Amazon” dédié à Charles Darwin qui avait correspondu avec lui.

Puis en 1874 vint le rapport sur ces sols écrit par le géologue canadien Charles Hartt, celui de son assistant Herbert Smith en 1879, et celui des géologues britanniques Brown et Lidstone (1878). Ces rapports concernent particulièrement la région de Santarém en basse Amazonie. Cet afflux soudain d'informations provient d'une part de ce que Hartt^[11] fut membre de l'expédition Louis Agassiz en Amazonie en 1865-66, et d'autre part de l'établissement local à partir de 1867 de familles d'ex-soldats de la Guerre Civile des Confédérés^[7].

1916, 1918: Nordenski”ld relate des vestiges de villages entourés de fossés et de plusieurs larges avenues et canaux, dans la région des Baures.

Fin des années 1950: les géologues Lee (1979, 1995; Pinto Parada 1987) découvrent de larges vestiges de réseaux d'avenues, de canaux et de groupements d'habitations, dans les pampas entre le Rio San Joaquin et le Rio San Martin (le “Complexe Hydraulique des Baures”). Lee et Botega survolèrent la région de nombreuses fois avec des scientifiques et des journalistes pour faire connaitre ces constructions, mais les vestiges ne furent pas examinés au sol par les archéologistes.

1961: Pour sa thèse de géographie, William Denevan fait son premier voyage dans une région de l'Amazone bolivienne appelée le Beni. Situé entre les montagnes des Andes et la rivière Guaporé (un affluent majeur de l'Amazone), isolé, presque inhabité et quasi sans routes. Les saisons y sont marquées par un fort contraste sec/pluies. En 1966, Denevan décrit plusieurs avenues et canaux encore en usage par les habitants des Baures, et les villages entourés de fossés dans les Baures et à Magdalena^[10].

1984-5: Dougherty et Calandra conduisent une série d'excavations-tests en recherches archéologiques dans la ville de Baureset le long du Rio Negro et du Rio Blanco. Ils cherchent a construire une chronologie de la région à l'aide des tessons de poterie.

années 1990: une équipe américano-bolivienne menée par Clark Erickson commence la première recherche archéologique long-terme sur les vestiges de constructions en terre de la région. Il découvre la quantité énorme de tessons de poterie associée à la terra preta. Un troisième archéologue, William Woods, de l'université de l'Illinois (SIU), retrouve les mêmes débris de poteries le long de la rivière Tapajos. Le lien est fait:

Grâce à cette trouvaille agronomique, les archéologues sont dorénavant persuadés que l'Amazonie abrita jusqu'à l'arrivée des Espagnols un véritable empire, aussi développé que ceux des Mayas ou des Incas.

[modifier] Pédologie

La Terra Preta est définie comme un type de latosol, qui a un taux de carbone allant d'élevé à très élevé (plus de 13-14 % de matière organique) dans son horizon A, mais sans caractéristiques hydromorphiques^[12].

Les processus responsables de la formation des sols de terra preta sont:

1. L'incorporation de charbon de bois
2. L'incorporation de nutriments
3. Le rôle des micro-organismes

[modifier] Incorporation de charbon de bois

Du carbone a été ajouté à ces sols, sous forme de charbon de bois fabriqué à basse température à l'aide de feu étouffés. La structure chimique du charbon dans les sols de terra preta est caractérisée par des groupes aromatiques poly-condensés, à qui sont dûs d'une part la stabilité prolongée combattant la dégradation microbiale et d'autre part, après oxydation partielle, la plus grande rétention de nutriments (Glaser et al. 2001). C'est l'oxydation lente du charbon qui crée des groupes carboxyliques; ceux-ci augmentent la capacité d'échange des cations dans le sol^[13],^[14].

Le charbon de bois (mais non celui d'herbacées ou de {"high cellulose"-traduction demandée}) fabriqué à basse température, a une couche interne de condensats d'huiles biologiques que les microbes consomment et qui est similaire à la cellulose de par ses effets sur la croissance microbienne (Christoph Steiner, EACU 2004). Le charbonnage à haute température fait perdre cette couche et accroît peu la fertilité du sol^[5]. Glaser et al. (1998^[15], 2003^[16]) et Brodowski et al. (2005^[17]) ont démontré que la formation de structures aromatiques condensées dépend du processus de manufacture du charbon.

La présence de charbon est décisive pour la sustainabilité des sols de terra preta^[13]. Des amendements de Ferrasol avec du charbon de bois, augmentent considérablement la pousse des plantes^[8]. Il est à noter que nos terres agricoles ont perdu jusqu'à 50% de leur carbone suite à l'agriculture intensive et autres dégradations d'origine humaine^[5].

[modifier] Incorporation de nutriments

La porosité du charbon de bois amène une plus grande rétention d'eau et de nutriments organiques dissous (Pietikainen et al. 2000^[13]), ainsi que des polluants comme des pesticides et des hydrocarbones aromatiques poly-cycliques (Kopytko et al. 2002^[18]).

Ces sols sont donc également caractérisés par une plus grande concentration de matière organique (environ trois fois plus de matière organique que dans les sols pauvres environnants^[14],^[19],^[20]), jusqu'à 150 g/kg^[8].

On peut trouver la matière organique à des profondeurs de 1 à 2 m^[12]. Gerhard Bechtold propose de ne parler de Terra Preta qu'en présence, à 50 cm de profondeur, d'un taux de matière organique minimum supérieur à 2.0 ou 2.5 %. L'accumulation de matière organique dans les sols tropicaux humides est un paradoxe, à cause des conditions optimum de dégradation^[20]. Il est remarquable que ces anthrosols se régénèrent malgré les conditions tropicales humides prévalentes et les taux de minéralisation rapides^[8]. Il a été démontré que la stabilité de la matière organique est en grande partie dûe aux résidus de combustion incomplète de matière organique.

Les sols de terra preta montrent aussi des quantités de nutriments plus élevés que les sols environnants, et une meilleure rétention de ces nutriments, que les sols environnants infertiles^[20]. La quantité de P atteint 200-400 mg/kg^[21]. La quantité de N s'est également montrée plus grande dans l'anthrosol, mais ce nutriment a été immobilisé dû à la proportion élevée de C sur N dans le sol^[8]. (Noter que les pores du charbon frais doivent d'abord se remplir avant de commencer à fonctionner en tant que biofilm). Amender avec des bouts de charbon de approximativement 20 mm, au lieu de charbon réduit en poudre grossière, n'a pas changé les résultats sauf pour le (manganèse (Mn), dont l'absorbtion a considérablement augmenté^[8].

L'anthrosol montre une disponibilité de P, Ca, Mn, et Zn clairement plus élevée que le Ferrasol voisin. L'absorbtion de P, K, Ca, Zn, et Cu par les plantes augmente lorsqu'on augmente la quantité de charbon disponible; la production de biomasse pour deux récoltes étudiées (riz et Vigna unguiculata (L.)Walp.) a augmenté de 38-45% sans fertilisation (P < 0. 05), par rapport à des récoltes faites dans du Ferrasol fertilisé^[8].

Le drainage de nutriments est minimal dans l'anthrosol malgré leur abondante disponibilité. Ceci explique leur fertilité élevée. Cependant, lorsque des nutriments inorganiques sont appliqués au sol, le drainage de nutriments dans l'anthrosol excède celui dans le Ferralsol fertilisé^[8].

La saturation en pH et en base est plus importante que dans les sols environnants (Sombroek, 1966; Smith, 1980; Kern and Kämpf, 1989; Sombroek et al., 1993; Glaser et al., 2000; Lehmann et al., 2003; Liang et al., 2006)^[21].

[modifier] Le rôle des micro-organismes

La chercheuse finnoise Janna Pitkien a mené des tests sur des matériaux à haute porosité tels que la zéolite, le carbone activé et le charbon; ces tests montrent – contrairement à ses attentes - que la croissance microbienne est substantiellement améliorée avec le charbon. Il est possible que ces petits morceaux de charbon tendent à migrer à l'intérieur du sol, fournissant un habitat pour les microbes qui assimilent la biomasse de la couverture de surface. Les microbes et champignons (myco-organismes) vivent et meurent à l'intérieur du média poreux, augmentant ainsi sa quantité de carbone. Johannes Lehman et W. Zech, Bruno Glaser à l'Université de Bayreuth (Allemagne) et Emprapa (Manus, Brésil) étudient ces phénomènes.

La capacité de la terra preta d'accroître son propre volume (et de séquestrer plus de carbone) a été 'découverte' par le pédologue William Woods de l'Université d'Illinois^[5].

[modifier] Séquestration de carbone et productivité

Les sols de terra preta sont très populaires auprès des locaux, qui les utilisent pour des cultures à haut rendement économique telles que la papaye et la mangue^[2], ou le vendent comme terreau à poter^[22][1]. Les plantes y poussent environ trois fois plus rapidement que dans les sols environnants infertiles^[2]. Les jachères y sont réduites parfois seulement à six mois, alors que celles pour l'oxisol sont généralement de 8 à 10 ans^[21]. De nombreuses études au Brésil, Thaïlande, Japon et bien d'autres, ont montré des accroissements de productivité des récoltes de l'ordre de 20-50%, associés à des accroissements de biomasse totale allant jusqu'à 280%^[5].

Du charbon de bois correctement préparé peut augmenter les récoltes et séquestrer du carbone pour des milliers d'années (5000 ans selon l'estimation de Dan Gavin, chercheur en datation au carbone à l'Université d'Illinois). Ses propriétés permettent de séquestrer encore plus de carbone grâce à l'augmentation de la biomasse et de la population fungale et microbienne^[5].

Voir Discuter:Terra preta#"Calcul de profitabilité" pour une ébauche de passage sur le calcul de profitabilité d'une methode de séquestration de carbone par fabrication et enfouissement de charbon de bois, et récupération des sous-produits.

[modifier] Applications industrielles présentes

La société IDEASOL utilise les propriétés des terres peu fertiles (extraites lors de chantier) pour fabriquer du compost à peu de frais, en mélangeant ces terres avec des boues de stations d'épuration et du carbone végétal.

Dr. Ogawa, de Kansai Environmental au Japon (une division de Kansai Power, le 2e plus grand producteur électrique de ce pays), a présenté leurs recherches sur l'addition de charbon au sol. Leurs travaux, sur 15 ans d'études, a approfondi les causes des effets du charbon sur le sol, et a amené le gouvernement japonais a approuver le charbon comme pratique de gestion des sols officielle. Kansai Electric fonde une plantation de recherche en reforestation en Australie de l'ouest (aride) avec Dr. Syd Shea, produisant du charbon et le retournant au sol pour augmenter les récoltes en milieu défavorisé^[5].

[modifier] Sources et Références

Sources

En français:

[14] “Terra preta : une civilisation disparue au secours de l'agriculture moderne?”

[15] “Terra Preta - Le charbon de bois, engrais du Passé... et du Futur.”

[16] “La Terra Preta”, poste sur le site LoinDevant.

[17] “Vivre en Guyane” - compte rendu succint de découverte de sites de Terra preta en Guyane.

En anglais:

[18] “The ’Terra Preta’ phenomenon : a model for sustainable agriculture”. Naturwissenschaften (2001)]

Network activities on Amazonian Dark Earths Network commencé en 2001; ce site liste des expérimentations par un groupe de scientifiques spécialisés sur le sujet.

The Secret of El Dorado - programme summary Résumé du programme de l'émission diffusée par la BBC le 19 décembre 2002 intitulée “The secret of El Dorado”.

[19] “The Real Dirt on Rainforest Fertility” Article dans la magazine Science publié le 9 août 2002.

[20] “How soil carbonization could save the planet while it saves the family farm.”

[21] “Charcoal Making at Home.”

[22] “The real dirt on rainforest fertility” - Science (09/08/2002)] 1992. Analyse par William Denevan, géographe emeritus à l'Université de Wisconsin, Madison.

[23] “Putting the carbon back: Black is the new green”. Article dans le journal Nature 442, 624-626, 10 aout 2006. Lien vers copie gratuite de l'article dans le site de Biopact à la suite et dans le cadre d'une entrée intitulée “Terra Preta: how fuels can become carbon-negative and save the planet”.

En allemand:

[24] REGENWALD: “Terra Preta – Entdeckung des sagenumwobenen El Dorado?”

En portugais:

[25] Terra Preta Arqueológica (TPA)

En néerlandais:

[26] Bioenergie: brug naar een post-petroleumtijdperk?

Livres:

1. (Anglais) “Amazonian Dark Earths: Origins, Properties, Management” [27], par J. Lehmann, D.C. Kern, B. Glaser et W.I. Woods. 2003. Kluwer Academic Publishers, The Netherlands, 523p. Ce livre est un condensé des connaissances présentes sur la terra preta, écrit en collaboration avec des scientifiques de spécialités diverses (archéologues, pédologues, etc). Il est inspiré par et dédié à Wim Sombroek: scientifique respecté, Secrétaire Général de la Société Internationale de Science du Sol de 1978 à 1990, il était fasciné par ces sols dès le début de sa carrière et devint un moteur du mouvement de recherche et difussion de la connaissance sur la terra preta. Mr. Sombroek a aussi contribué au livre cité, avant son regretté décès en 2003 - l'année même de la publication de ce livre qui fait à ce jour autorité en la matière.
2. (Anglais) “Time and Complexity in Historical Ecology - Studies in the Neotropical Lowlands” [28], par William L. Balée et Clark L. Erickson. Cette collection d'études par des anthropologues, botanistes, écologistes et biologistes, met l'emphase sur la relation étroite entre les humains et leur environnement naturel par le biais de l'écologie historique; notamment comment les paysages ont été aménagés et la diversité des espèces modifiée tout en conservant son hétérogenéité et en contrôlant les disturbances écologiques, sur les régions des Andes de l'Equateur, d'Amazonie, lde a côte désertique du Pérou, et d'autres régions tropicales.