Expérience de terrain en Suisse, avec mise en place d'andains de compost à partir de fumier mélangé avant d'ajouter le biochar. Crédit :Nikolas Hagemann/Université de Tübingen
Depuis plus de 100 ans, biochar, un riche en carbone, substance semblable au charbon de bois fabriquée à partir de plantes privées d'oxygène ou d'autres matières organiques, a à la fois ravi et intrigué les scientifiques. En tant qu'additif pour le sol, le biochar permet de stocker du carbone et donc de réduire les émissions de gaz à effet de serre, et il peut libérer des nutriments lentement pour agir comme un engrais non toxique.
Mais la chimie précise par laquelle le biochar stocke les nutriments et favorise la croissance des plantes est restée un mystère, son potentiel commercial a donc été sévèrement limité.
Maintenant, une équipe internationale de chercheurs, avec des contributions clés d'experts de la Colorado State University, a illuminé des détails sans précédent et une compréhension mécaniste des propriétés apparemment miraculeuses du biochar. Les Communication Nature étudier, dirigé par l'Université allemande de Tuebingen et publié le 20 octobre, a démontré comment le compostage du biochar crée un revêtement organique très mince qui améliore considérablement les capacités fertilisantes du biochar. Une combinaison de techniques analytiques avancées a confirmé que le revêtement renforce les interactions du biochar avec l'eau et sa capacité à stocker les nitrates du sol et d'autres nutriments.
Cette meilleure compréhension des propriétés du biochar pourrait déclencher une commercialisation plus répandue des engrais biochar. Un tel changement pourrait réduire la dépendance mondiale vis-à-vis des engrais azotés inorganiques qui ont servi de chevaux de trait modernes à la production alimentaire pendant plus d'un siècle.
La collaboration internationale comprenait Thomas Borch de CSU, professeur au Département des sciences du sol et des cultures avec nominations conjointes en chimie et en génie civil et environnemental, et le chercheur Robert Young. L'équipe de la CSU a contribué à la spectrométrie de masse à haute résolution réalisée au laboratoire national de champ magnétique élevé de la Florida State University. Leurs données ont permis de confirmer la composition du revêtement de carbone nanométrique du biochar.
L'étude a analysé les effets d'une fine couche de carbone sur le biochar composté. Crédit :Mihaela Albu, Recherche coopérative autrichienne, Graz; Wolfgang Gerber/Nikolas Hagemann, Université de Tübingen
"Caractériser un revêtement de carbone super-mince sur un substrat de carbone est presque impossible, " a déclaré Borch. "Notre équipe internationale a utilisé de nombreuses techniques avancées différentes pour effectuer les analyses. Robert Young a dirigé la contribution de notre groupe à la spectrométrie de masse à ultra-haute résolution pour étudier le revêtement et sonder sa composition élémentaire. »
L'étude a été dirigée par Andreas Kappler, du Centre de géosciences appliquées de l'Université de Tübingen, et géo-écologiste Nikola Hagemann. Les auteurs ont entrepris d'étudier le biochar avant et après le compostage avec du fumier mélangé. En utilisant une combinaison d'analyses microscopiques et spectroscopiques, les chercheurs ont découvert que les substances organiques dissoutes jouaient un rôle clé dans le compostage du biochar et créaient le mince revêtement organique.
"Cet enrobage organique fait la différence entre le biochar frais et composté, " a déclaré Kappler. " Le revêtement améliore les propriétés du biochar à stocker les nutriments et à former d'autres substances organiques du sol. " Hagemann a ajouté que le revêtement s'est également développé lorsque le biochar non traité a été introduit dans le sol - seulement beaucoup plus lentement. Des expériences de compostage ont été menées sur un petite échelle commerciale en utilisant l'infrastructure et l'expertise de l'Institut Ithaque en Suisse.
L'utilisation excessive d'engrais azotés minéraux ou de lisier en agriculture a de graves conséquences sur l'environnement. De tels engrais provoquent l'émission de protoxyde d'azote et entraînent le lessivage des nitrates dans les eaux souterraines. En alternative écologique, les scientifiques ont suggéré d'ajouter du biochar comme vecteur de nutriments dans le sol. Mais l'utilisation du biochar à grande échelle n'a pas été économiquement viable car on savait si peu de choses sur la manière exacte dont il stocke et libère les nitrates.
« Dans la production agricole, des rendements plus élevés ne se produisent généralement que lorsque le biochar est appliqué avec des nutriments provenant de la biomasse non carbonisée tels que le lisier, " a déclaré Hagemann. " L'utilisation de biochar sans ajout de nutriments ou avec des nutriments minéraux purs s'est avérée beaucoup moins efficace dans de nombreuses expériences. "
