Date de publication : septembre 2025
Réalisation : GINGER BURGEAP, Agro-Transfert, Auréa
Référence : RECORD, Méthodes d’estimation du stockage de carbone dans les sols agricoles et forestiers. Etat de l’art et avis d’experts, 2025, 211p, n°23-0176/1A
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Contexte de l’étude
Cette étude s’inscrit à la croisée des avancées scientifiques sur la connaissance du carbone du sol dans les écosystèmes agricoles et forestiers, de l’évolution des politiques publiques ou des cadres législatifs, ainsi que des stratégies économiques intégrant progressivement le rôle des sols dans la lutte contre le changement climatique. La mesure et la certification des teneurs et des stocks de carbone organique des sols (COS et SCOS) servent principalement d’outils de suivi et d’évaluation des stratégies de gestion des terres mises en œuvre localement ou des politiques publiques à diverses échelles. Elles deviennent également des leviers de financement de la transition via les marchés carbone et les paiements pour services environnementaux. Ces démarches exigent des approches scientifiques rigoureuses, reposant sur de la mesure in situ, de l’analyse en laboratoire souvent combinées à la modélisation empirique ou mécaniste de l’évolution des COS et des SCOS. Dans ce triptyque entre sciences, politique publique et stratégies économiques, l’enjeu majeur demeure d’assurer la crédibilité, la transparence et la traçabilité des estimations de carbone stocké dans les sols ou évité.
Objectif et plan de l’étude
L’objectif principal de l’étude est de fournir une évaluation éclairée des méthodologies existantes de quantification du carbone organique des sols, en identifiant les principales sources d’incertitudes qui limitent leur utilisation dans les dispositifs de certification et de rémunération carbone ou leur traduction opérationnelle dans les textes des politiques publiques et réglementaires. L’étude vise également à proposer des recommandations méthodologiques garantissant la robustesse scientifique et l’équité des rémunérations qui pourraient y être associées. L’étude s’articule ainsi autour de quatre axes : (1) un état des lieux (non exhaustif) des initiatives internationales, européennes et nationales relatives à la mesure et à la certification du carbone des sols ; (2) une analyse critique des approches de quantification, incluant la mesure directe, la modélisation et des approches émergentes complémentaires et prometteuses ; (3) des études de cas illustrant les difficultés et les leviers d’action ; et enfin (4) une mise en perspective des résultats pour formuler des recommandations opérationnelles à destination des porteurs de projet et des décideurs publics et privés.
Exposé des principaux résultats obtenus
Cette synthèse, fondée sur l’analyse non exhaustive d’une soixantaine de textes, visait à identifier la place du carbone organique des sols dans les politiques publiques, les initiatives et démarches incitatives ainsi que les stratégies économiques, qu’elles soient déjà issues ou non de textes réglementaires (Axe 1).
L’analyse met en évidence une évolution marquée de la perception du carbone, d’abord centré sur le dioxyde de carbone (CO₂) comme indicateur d’émissions de gaz à effet de serre et de mesure de l’atténuation. Depuis le Sommet de la Terre de Rio (1992), où furent adoptées les trois conventions environnementales (CCNUCC, CNULCD et CDB), les sols sont reconnus pour leur importance écologique, mais leur rôle climatique (puits ou source de carbone) n’est encore ni quantifié ni structuré dans les mécanismes de suivi. Le Protocole de Kyoto (1997) constitue la première étape où le stockage du carbone dans les sols devient un instrument de politique climatique, notamment via les articles 3.3 et 3.4 reconnaissant les activités liées à l’Utilisation des Terres, au Changement d’Affectation des Terres et à la Foresterie (UTCATF). Ces articles encadrent les émissions et absorptions de GES issues du boisement/reboisement, du déboisement, de la gestion forestière, agricole et des prairies. Les sols agricoles et forestiers entrent alors officiellement dans la comptabilité carbone des États. La consolidation méthodologique intervient avec les lignes directrices du GIEC (2006) et la reconnaissance du secteur AFOLU (Agriculture, Forestry and Other Land Use), regroupant UTCATF et Agriculture, afin de représenter et intégrer les flux de carbone entre sols, biomasse et atmosphère. Après 2015, année labelisée « Année internationales des sols », la reconnaissance des sols dans les politiques publiques progresse : le carbone organique des sols est notamment désormais reconnu comme indicateur de santé des sols et de résilience des écosystèmes, et est au cœur des politiques de gestion durable et de restauration. Cette période récente ajoute alors la dimension de l’adaptation aux enjeux environnementaux. Plusieurs textes européens et nationaux décrivent des méthodologies de quantification associée à une échelle donnée, à un secteur donné, et sont analysés dans cette étude : Règlement (UE) 2018/841 (UTCATF), Règlement (UE) 2018/1999 (Gouvernance), Directive (UE) 2018/2001 (RED II), Règlement d’exécution (UE) 2022/996, Règlement (UE) 2023/839 et Décret n° 2018-1043. Ils traitent de la mesure in situ, des analyses en laboratoire et de la modélisation selon les approches TIER 1 à 3 du GIEC (2006, 2019).
Pour les membres de RECORD, il s’agit d’utiliser ces méthodes de quantification au niveau de détails plus ou moins développés tout en intégrant une gestion du risque d’incertitude et en anticipant les réglementations émergentes. La valorisation du stockage du carbone s’inscrit désormais dans la stratégie de responsabilité sociétale des entreprises (RSE) et dans le reporting ESG, conformément à la directive CSRD. Ces aspects de quantification sont aussi essentiels pour répondre aux attentes croissantes des investisseurs, des consommateurs et de la société dans son ensemble. Une gestion proactive des critères ESG améliore la réputation, la performance durable et la transparence des résultats sur ce critère lié au carbone organique des sols. Dans un contexte où la tonne de carbone réduite, évitée ou stockée acquiert une valeur monétaire sur les marchés réglementaires ou volontaires, l’enjeu majeur reste la crédibilité et la comparabilité des estimations de carbone.
De cette analyse, l’étude souligne la complexité du cadre institutionnel (national, européen), marqué par la coexistence de politiques publiques sectorielles, de dispositifs de financement et de démarches volontaires. La quantification du carbone s’étend à l’ensemble de la chaîne de valeur, intégrant les filières agricoles, forestières et énergétiques. Afin d’accompagner les porteurs de projets dans cette complexité, l’étude propose un schéma structurant et un tableau d’aide à la conduite d’un projet de quantification permettant d’identifier les étapes clés et les questions à se poser. Ce schéma oriente les acteurs vers les outils, ressources et compétences nécessaires. L’objectif n’est pas de fournir une méthode unique, mais un cadre permettant de choisir les approches les plus pertinentes. L’absence de réponse à certaines questions doit mener à l’orientation vers les bons interlocuteurs ou dispositifs d’accompagnement.
Ainsi, cette synthèse met en lumière un mouvement convergent entre science, réglementation et stratégies économiques où la valorisation du carbone organique des sols devient un levier stratégique environnemental et financier, créant le concept « d’agriculture du carbone » (ou « carbon farming »). La reconnaissance de la multifonctionnalité des sols et les exigences croissantes de traçabilité imposent une gouvernance intégrée du carbone, fondée sur la fiabilité scientifique, la transparence des données et la cohérence entre instruments politiques et économiques (notamment : Politique agricole commune, directive sur la durabilité des énergie renouvelables, directive sur la résilience des sols, cadre de certification pour les absorptions de carbone, outils de labélisation ou de certification).
En s’appuyant sur un corpus de publications scientifiques clés (eg. Pellerin et al. 2021, Don et al. 2024), de normes et guides existants (GIEC 2019, GSOC MRV Protocol FAO 2020, NF X 31-100 2020, NF ISO 23400 2021, etc…), de travaux de recherche en cours, ainsi que sur l’avis d’experts, l’étude redéfinit préalablement les termes liés au carbone du sol : teneur, stock, stockage, séquestration, stabilisation, permanence, flux, émissions, réductions (etc…). Cet axe de l’étude décrit également les méthodologies analysées sous forme de 4 fiches synthétiques, comprenant :
Bien qu’en apparence simple, l’estimation du stock de carbone organique du sol (SCOS) repose sur une équation intégrant plusieurs paramètres : teneur en carbone organique (COS), densité apparente, profondeur d’échantillonnage et teneur en éléments grossiers, dont chacun est porteur d’incertitudes. Celles-ci se propagent dans le calcul final, affectant la fiabilité de la mesure. A cela s’ajoute la variabilité spatiale, souvent importante à l’échelle intra-parcellaire, notamment dans les milieux forestiers, et qui impose un échantillonnage intensif, parfois de plusieurs dizaines à centaines d’échantillons. Même en recourant à des échantillons composites, la précision des résultats dépend fortement du nombre et de la distribution des prélèvements.
En termes de dynamique, pour interpréter correctement les évolutions du stock de carbone, il est essentiel que les parcelles comparées présentent un état initial équivalent, conformément aux lignes directrices du GIEC (IPCC) et aux cadres réglementaires, qui imposent l’usage de valeurs de référence. Si des bases de données comme les inventaires RMQS ou LUCAS Soil peuvent fournir ces références, la méthode la plus fiable demeure la mesure directe d’un état initial commun, accompagnée d’une description pédologique détaillée (profil, texture, oxydes, analyses chimiques) et d’analyses de carbone sur des horizons bien définis. Cette exigence est valable également pour le suivi d’une même parcelle où l’état initial doit être caractérisé in situ plutôt que basé sur des valeurs de référence génériques. Par ailleurs, les dynamiques de stockage étant lentes et de faible amplitude, la détection statistique de changements significatifs sur moins d’une décennie reste difficile et nécessite un diagnostic de terrain d’un état initial ou de référence potentiellement coûteux mais nécessaire.
La standardisation des protocoles d’échantillonnage et d’analyse et la continuité de mise en œuvre sont donc indispensables pour garantir la comparabilité temporelle. Leur application rigoureuse, associée à un contrôle qualité terrain et laboratoire, assure la validité scientifique des données. La compétence des opérateurs, l’utilisation de matériaux de référence certifiés et la vérification métrologique des équipements participent à la fiabilité des résultats. Les laboratoires jouent en ce sens un rôle central dans ce dispositif : ils garantissent la traçabilité, la répétabilité et la comparabilité des analyses, tout en participant à des programmes inter-laboratoires qui améliorent la précision et réduisent les incertitudes.
Plusieurs méthodes émergentes de quantification sont présentées (VNIRS, RockEval®, Télédétection), mais restent à ce jour quasi-exclusivement utilisées dans un cadre de recherche. L’usage de la télédétection et de l’intelligence artificielle notamment ouvre de nouvelles perspectives pour la quantification du carbone des sols. Bien que ces approches ne soient pas encore opérationnelles, elles offrent un fort potentiel. Les travaux du CESBIO, notamment via la méthodologie Agri-Carbon-EO, démontrent que l’analyse satellitaire de la croissance des couverts végétaux peut compléter efficacement les simulations de modèles de dynamique du COS, renforçant ainsi la précision et la spatialisation du suivi des SCOS.
Analyse et commentaires de ces résultats
L’analyse et les commentaires associés à l’état de l’art et aux fiches méthodologiques présentées reposent sur la mise en œuvre de deux études de cas :
Les exemples explorés illustrent la difficulté inhérente à la mesure des stocks de carbone et l’influence très marquée des conditions initiales (ex. nature des sols, climat, pratiques réputées stockantes mises en œuvre, précision des mesures, etc.) sur celle-ci ainsi que des variations à attendre. Ces exemples visent également à positionner le rôle de la modélisation mécaniste, i.e. de TIER 3, en tenant compte des incertitudes du modèle.
Cas 1. Méthanisation et calcul de l’eSCA
L’étude met en évidence la sensibilité du calcul de l’eSCA (réductions d’émissions dues à l’accumulation du carbone dans les sols) aux incertitudes liées à la mesure de terrain des stocks de COS (CSR et CSA). Les effets réels des pratiques culturales stockantes, telles que la réduction du travail du sol, se manifestent lentement et souvent dans les horizons superficiels (0-10 cm). La profondeur de 0-30 cm, utilisée dans les protocoles, reste néanmoins pertinente pour le suivi des évolutions à moyen et long terme.
La comparaison des situations étudiées montre que le type de sol influence autant, voire plus, la valeur de l’eSCA que les pratiques culturales elles-mêmes. Sur le terrain, la recherche d’un approvisionnement en biomasse pour la méthanisation ne peut toutefois pas être raisonnée uniquement sur ce critère.
Par ailleurs, le calcul de l’eSCA repose sur la dynamique du carbone d’un système de culture complet, incluant des cultures énergétiques et des cultures alimentaires. L’attribution de l’eSCA à l’unité d’énergie produite conduit à créditer les cultures énergétiques de tout le stockage issu du système, y compris celui provenant d’autres cultures de la rotation. Cette approche peut générer un biais d’allocation, d’où la recommandation d’une évolution de l’équation du eSCA, afin de mieux répartir la contribution de chaque culture au stockage de carbone.
Le calcul suppose en outre que le stock initial de référence (CSR) correspond à un état d’équilibre du système de référence. Si ce n’est pas le cas, il devient difficile d’attribuer la totalité du stockage observé au seul effet du système innovant.
Pour pallier ces limites, il est proposé de rapprocher la méthode du calcul Label bas-carbone Grandes Cultures, fondée sur un stockage différentiel modélisé (scénario avec projet vs. scénario de référence) sur 5 à 10 ans. Cette approche permettrait d’intégrer un système d’allocation entre cultures et d’assurer une meilleure cohérence avec les démarches MRV (Monitoring, Reporting, Verification).
L’application d’une telle méthode reposerait sur :
Cas 2. Label Bas-Carbone Grandes Cultures
Le projet LBC GC (v1) illustre le rôle des leviers agronomiques dans la réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) à l’échelle du système de culture. Les réductions observées sont modestes mais significatives, et dépendent fortement des pratiques influençant les apports de carbone au sol.
L’analyse montre que le système de référence et le système alternatif intégrant une culture intermédiaire (Projet 1) présentent tous deux une tendance à l’accumulation de carbone organique, mais plus marqué pour le Projet 1 (+ 6.5 tCOS/ha au bout de 20 ans) et que cette dynamique pourrait varier selon les caractéristiques pédologiques (calcaire, teneur initiale en MOS). La méthode LBC GC apparaît moins sensible aux incertitudes de mesure du sol, car elle repose sur une comparaison de scénarios (avec/sans projet) plutôt que sur des mesures absolues au champ. Cela constitue un avantage majeur par rapport à la méthode eSCA, fondée sur des différences absolues entre états mesurés à t0 et tn.
Une telle approche encourage les agriculteurs à adopter des pratiques améliorées, même si celles-ci ne conduisent pas immédiatement à un stockage net positif, en valorisant le progrès relatif plutôt que l’absolu. Le renforcement des incitations à poursuivre les efforts vers un sol durablement stockant serait souhaitable, compte tenu des bénéfices agronomiques et écologiques associés.
Enfin, la robustesse du système LBC GC dépend étroitement de la qualité des modèles de bilan humique utilisés (ex. AMG). Ces modèles doivent continuer à être améliorés par la recherche et la R&D afin d’accroître leur précision et leur applicabilité. Même si la modélisation réduit les incertitudes globales par rapport à la mesure directe, celles-ci demeurent liées à la qualité des données d’entrée : rendements, biomasses de couverts, apports organiques, etc.
Conclusions
L’étude met en lumière la nécessité d’une approche intégrée combinant rigueur scientifique, pragmatisme opérationnel et reconnaissance des co-bénéfices environnementaux. Si la mesure directe du carbone organique du sol reste essentielle, elle doit s’accompagner de protocoles harmonisés, d’outils de modélisation robustes et d’une gouvernance transparente des résultats et incertitudes. L’étude souligne, au même titre que les recherches en cours, les fortes incertitudes et la difficile détection de changements significatifs du carbone du sol. Garantir la robustesse scientifique d’un calcul d’évolution des stocks de carbone requiert temps long, échantillonnage massif, protocole rigoureux et modèles validés dans différents contextes pédoclimatiques. Sans l’application de ces conditions et sans la continuité de protocole entre un état de référence ou un état initial par rapport à un état ultérieur (+5, +10, +15 ans), fonder les mécanismes de rémunération sur ces estimations peut être contestable.
Une approche complète doit aussi reconnaître les co-bénéfices agroécologiques d’une amélioration des teneurs et des stocks en carbone organique dans les sols : biodiversité, rétention d’eau, régulation du cycle de l’eau, lutte contre l’érosion et résilience climatique. Les agriculteurs et gestionnaires adoptent des changements de systèmes pour des bénéfices multiples, pas seulement pour stocker du carbone. Les changements de systèmes qu’ils peuvent décider d’engager, intégrent notamment une amélioration du Bilan Carbone de leur exploitation et/ou des produits qu’elle permet de proposer aux industriels et de mettre sur les marchés, visant en général aussi d’autres cibles, socio-économiques et environnementales. Et c’est en cela que la transition servant notamment les objectifs du Bas Carbone, trouvera les moyens concrets et réalistes de devenir pérenne. Le carbone est un indicateur utile mais insuffisant : se focaliser sur lui risque d’éclipser d’autres bénéfices et d’introduire des biais. Pour des systèmes crédibles, équitables et efficaces, il est donc judicieux d’intégrer ces co-bénéfices dans des logiques de rémunération agroécologique élargie, réduisant la dépendance aux mesures complexes et valorisant une approche globale, alignée avec les enjeux climatiques et sociétaux.
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