Unlocking the Sheet and Splash Erosion Mitigation Effects of Engineered Porous Biochar Across Slope Gradients in an Agricultural Loess Soil
Cette étude démontre que l'application de biochar de carbone poreux génétiquement modifié (MGPC), particulièrement à une concentration massique de 5 %, atténue de manière significative l'érosion en nappe et l'érosion par éclaboussement dans les sols loessiques sous pluie simulée, avec une efficacité croissante aux taux d'application plus élevés et aux pentes plus douces.
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Le sol est la fine peau vivante de la Terre, une couche fragile qui retient les racines de notre nourriture et filtre l'eau que nous buvons. Dans de nombreuses parties du monde, cette peau est composée de loess, un sédiment fin transporté par le vent qui est incroyablement fertile mais aussi dangereusement fragile. Lorsqu'une pluie abondante frappe le loess nu, l'impact des gouttes individuelles peut briser la structure du sol, transformant un terrain solide en une boue liquide qui s'en va avec le ruissellement. Ce processus, connu sous le nom d'érosion en nappe, arrache la couche arable la plus riche en nutriments, tandis que les éclaboussures des gouttes de pluie projettent de fines particules dans l'air et l'eau, obstruant les cours d'eau et dégradant les terres. Pour les agriculteurs et les gestionnaires de terres, le défi consiste à trouver un moyen de maintenir ce sol ensemble sans utiliser de machines lourdes ou de traitements chimiques coûteux qui pourraient nuire à l'environnement.
Une équipe de chercheurs iraniens et chinois s'est récemment lancée dans le test d'une solution qui transforme les déchets en protection. Ils se sont concentrés sur un matériau appelé biochar poreux technique. Pour comprendre ce que c'est, imaginez que vous preniez des restes de plantes — comme les tiges de blé récoltées, la sciure provenant d'une scierie ou les branches taillées de palmiers et de vignes — et que vous les cuisiniez dans un four spécial sans oxygène. Ce processus, appelé pyrolyse, transforme la matière végétale en une substance noire, semblable à du charbon. Les chercheurs sont allés plus loin en activant chimiquement le charbon avec de l'hydroxyde de potassium et en le chauffant à des températures très élevées. Cela a créé un matériau rempli de minuscules trous interconnectés, le rendant hautement poreux et capable d'absorber l'eau comme une éponge. L'objectif était de voir si le mélange de ce matériau technique dans le sol pouvait agir comme un bouclier contre la force destructrice de la pluie.
Les scientifiques ont mené leur enquête dans un cadre de laboratoire contrôlé, en utilisant de petites parcelles de sol loess prélevées dans une région d'Iran connue pour sa vulnérabilité à l'érosion. Ils ont préparé le sol en y mélangeant différentes quantités de biochar technique, allant d'un léger saupoudrage à une incorporation massive, et ont également testé une version fabriquée à partir de déchets de papier de soie qui n'avait pas été chimiquement activée. Ils ont placé ces parcelles à trois angles différents pour simuler des pentes douces, modérées et raides. Ensuite, à l'aide d'un simulateur de pluie, ils ont soumis le sol à une averse constante et intense de soixante-dix millimètres par heure pendant trente minutes. Cette intensité est comparable à un orage violent qui pourrait survenir dans la région. Pendant la pluie, ils ont soigneusement collecté l'eau s'écoulant des parcelles et les particules de sol qui éclaboussaient les gouttières placées juste au-dessus de la surface, leur permettant de mesurer exactement la quantité de sol perdue.
Les résultats ont été frappants. Dans les parcelles où le biochar poreux technique était mélangé au sol, la quantité de sol emportée a chuté de manière spectaculaire par rapport aux parcelles témoins non traitées. Le traitement le plus efficace était un mélange contenant cinq pour cent de biochar en poids, ce qui a réduit la perte de sol jusqu'à quatre-vingt-onze pour cent dans le cas du biochar dérivé de la paille sur la pente la plus douce. Même sur la pente la plus raide testée, le sol traité au biochar a mieux résisté que le sol nu. Les chercheurs ont découvert que le matériau ne se contentait pas de reposer sur le sol comme une couverture ; parce qu'il était mélangé à travers la couche de sol, il modifiait la façon dont le sol interagissait avec l'eau. La structure poreuse du biochar absorbait l'eau et la retenait au sein de la matrice du sol, réduisant le volume d'eau qui déferlait à la surface et emportait les sédiments. Cela aidait également les particules de sol à coller ensemble, les rendant plus résistantes au fait d'être délogées par l'impact des gouttes de pluie.
Tous les types de biochar n'ont pas tous performé de la même manière, cependant. Le matériau fabriqué à partir de paille et de sciure a montré des résultats particulièrement solides, tandis que le biochar dérivé de déchets de papier de soie était moins efficace et parfois instable, surtout sur les pentes raides. Cela suggère que la source originale du matériau végétal importe beaucoup. La structure spécifique du charbon, y compris la taille de ses pores et sa capacité à retenir l'eau, dépend de la plante dont il provient et de la façon dont il est traité. L'étude a également révélé que la quantité de biochar appliquée importait ; généralement, des quantités plus élevées offraient une meilleure protection, bien qu'il existât des limites où l'ajout de plus de matière ne produisait plus de bénéfices supplémentaires. Sur les pentes les plus raides, là où la force de l'eau est la plus forte, le biochar fonctionnait toujours, mais la réduction de la perte de sol était légèrement moins prononcée que sur les pentes plus douces, indiquant que si le matériau est puissant, la déclivité du terrain reste un facteur significatif de l'érosion.
Les chercheurs ont pris soin de noter que ces conclusions proviennent d'une simulation en laboratoire, et non d'un essai sur le terrain à long terme. Les expériences n'ont duré que trente minutes, elles ont donc capturé la réaction immédiate du sol à une forte averse, mais ne pouvaient pas montrer comment le sol se comporterait sur des mois ou des années à mesure que le biochar vieillit ou que le sol se tasse. Ils n'ont pas non plus mesuré chaque changement physique se produisant dans le sol, comme la vitesse exacte de l'eau circulant à travers lui ou les changements à long terme de la chimie du sol. Malgré ces limites, l'étude fournit des preuves solides que le biochar poreux technique est un outil viable pour la gestion de l'érosion des sols. En transformant les déchets agricoles et industriels en amendements pour le sol, les agriculteurs pourraient potentiellement protéger leurs terres des ravages de la pluie tout en réduisant simultanément la quantité de déchets envoyés vers les décharges. La recherche suggère qu'avec le bon type de biochar et la bonne quantité, il est possible de ralentir considérablement la perte de cette précieuse couche arable, offrant une voie durable pour l'agriculture dans les régions vallonnées vulnérables.
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