Les prairies nord-américaines sont de vastes écosystèmes de prairies qui jouent un rôle vital dans la régulation du climat et le stockage du carbone.Ces écosystèmes, qui ont autrefois parcouru plus de 1,5 million de kilomètres carrés à travers les États-Unis et le Canada, sont maintenant parmi les biomes les plus menacés du continent. Leur capacité à séquestrer le carbone dans les couches profondes des sols et à influencer les modèles climatiques locaux et régionaux les rend indispensables dans la lutte contre le changement climatique.

Le rôle unique des Prairies nord-américaines dans la réglementation du climat

Contrairement aux champs agricoles nus qui absorbent et re-radigent la chaleur, les prairies intactes peuvent abaisser les températures de surface de 5 à 10 °C en période chaude. Cet effet de refroidissement s'étend au-delà de la limite des Prairies, modérant l'effet de l'île de chaleur urbaine dans les villes voisines.

La transpiration est un autre processus important. Les herbes et les plantes herbeuses des Prairies pompent activement l'eau à partir de la profondeur du profil du sol et la libèrent sous forme de vapeur à travers leurs feuilles.Cette humidité augmente l'humidité atmosphérique, ce qui peut améliorer la formation des nuages et les précipitations dans la région.

Les prairies ont également une incidence sur l'équilibre énergétique de surface par leur haute albédo ou réflectivité.Les herbes sèches de couleur claire à la fin de l'été et de l'hiver reflètent davantage la lumière du soleil que le sol noir, labouré ou l'asphalte.Cette albédo plus élevée réduit la quantité d'énergie solaire absorbée à la surface, contribuant ainsi au refroidissement régional.

Dans les paysages fragmentés, les petites parcelles de prairie peuvent être moins efficaces pour réguler la température et l'humidité que les grands secteurs contigus. Toutefois, même les bandes restaurées le long des routes ou dans les zones tampons peuvent procurer des avantages microclimatiques significatifs pour les champs agricoles adjacents, ce qui réduit le stress thermique sur les cultures.

Sols des Prairies comme puits de carbone

Les sols des Prairies d'Amérique du Nord, en particulier les Mollisols des grandes plaines centrales, comptent parmi les sols agricoles les plus riches en carbone au monde. Ces sols profonds, sombres et organiques se développent au fil des siècles sous des graminées vivaces qui attribuent une grande partie de leur produit photosynthétique aux systèmes racinaires.

Les graminées des Prairies ont des systèmes racinaires qui peuvent s'étendre de 2 à 4 mètres de profondeur, certaines espèces atteignant 6 mètres. Au fur et à mesure que les racines meurent et se décomposent, elles contribuent à la teneur en matière organique du sol, où l'oxygène est limité et la décomposition ralentit. Ce processus bloque le carbone pendant des décennies à des siècles.

Selon les estimations, les sols des prairies indigènes détiennent entre 100 et 250 tonnes de carbone par hectare dans le mètre supérieur, selon les précipitations, la température et l'historique de gestion. C'est beaucoup plus élevé que les 50 à 80 tonnes par hectare typiques des terres cultivées dans la même région. La différence représente le carbone qui a été perdu dans l'atmosphère depuis que les prairies ont été labourées pour la première fois au XIXe et au XXe siècle.1

Potentiel comparatif de piégeage du carbone

Les prairies offrent des avantages par rapport aux forêts dans certains contextes. Les prairies stockent la plupart de leurs carbones sous terre, où elles sont moins vulnérables aux incendies, à la sécheresse et aux éclosions d'insectes que la biomasse des forêts hors sol. Dans les régions sèches des Grandes Plaines, les arbres ont besoin de plus d'eau et peuvent ne pas survivre sans irrigation ou eau supplémentaire, alors que les herbes indigènes sont adaptées à la sécheresse et aux incendies périodiques.

La conversion des terres cultivées en prairies vivaces peut rétablir le carbone organique du sol à des taux de 0,5 à 1,5 tonne métrique par hectare par année pendant 20 à 30 ans avant d'atteindre un nouvel équilibre. Cette séquestration rapide, combinée aux faibles exigences de gestion des graminées indigènes, fait de la restauration des prairies une option attrayante pour les compensations carbone et les marchés du carbone agricole.

Situation historique et actuelle des Prairies nord-américaines

Avant la colonisation européenne, les prairies couvraient environ 240 millions d'acres aux États-Unis, depuis la région de l'est (maintenant une grande partie de l'Iowa, de l'Illinois, de l'Indiana et des Dakotas de l'Est) jusqu'aux régions de l'ouest à herbes courtes et à herbes mixtes.

La conversion de ces terres en terres agricoles a été rapide et presque achevée. La prairie à herbes hautes, la plus productive et la plus diversifiée biologiquement des types de prairies, a été réduite de plus de 96 p. 100. Moins de 4 p. 100 des prairies à herbes hautes originales demeurent, surtout dans des restes dispersés trop raides, rocheux ou humides à labourer. Les prairies à herbes mixtes et à herbes courtes ont connu une amélioration quelque peu; environ 30 à 50 p. 100 des prairies sont encore dégradées, même si une grande partie de ces terres est dégradée par le surpâturage, les espèces envahissantes et la fragmentation par les routes et le développement énergétique.

Fragmentation et dégradation actuelles

Aujourd'hui, les prairies qui survivent sont très fragmentées, et les restes individuels sont souvent inférieurs à 100 acres, isolés par une matrice de terres cultivées et de développement. Cette fragmentation réduit la capacité des prairies de réguler le climat à l'échelle du paysage, limite les déplacements de la faune et rend les restes plus vulnérables à l'invasion par des espèces exotiques.

La perte et la dégradation des prairies se poursuivent aujourd'hui, bien qu'à un rythme plus lent qu'au XIXe siècle. L'expansion de la superficie de maïs et de soja destinée à la production de biocarburants, l'étalement urbain et suburbain et le développement énergétique (forage pétrolier et gazier, parcs éoliens) contribuent tous à la conversion continue.

Biodiversité et services écosystémiques liés à la réglementation climatique

Les avantages climatiques des prairies sont intimement liés à leur biodiversité.Les diverses communautés végétales utilisent les ressources plus efficacement que les monocultures, ce qui entraîne des systèmes racinaires plus importants et un stockage plus important du carbone dans le sol.Les recherches de la réserve scientifique de l'écosystème de Cedar Creek au Minnesota ont montré que les parcelles de 16 espèces indigènes de prairie stockent beaucoup plus de carbone que les parcelles de seulement une ou quelques espèces.

Pollinateurs et espèces sauvages

Le déclin des papillons monarques, qui dépendent de l'herbe de lait (une herbe de prairie) pour le développement des larves, est directement lié à la perte de prairies dans le centre des États-Unis et au Mexique. La restauration de l'habitat des prairies le long des corridors migratoires soutient non seulement les monarques, mais contribue aussi à la santé générale de l'écosystème, y compris la reproduction des plantes qui maintient la communauté des Prairies elle-même.

Les oiseaux nicheurs au sol comme le poulet de prairie, le poulet de prairie d'Attwater en voie de disparition et de nombreuses espèces de passereaux et de nageoires de prairie dépendent de grandes prairies non fragmentées pour la reproduction. Leur déclin reflète la perte de leur habitat.

Qualité de l'eau et lutte contre les inondations

Les sols des Prairies, avec leur matière organique élevée et leurs canaux racinaires continus, ont des taux d'infiltration élevés. L'eau de pluie s'infiltre dans le sol plutôt que de s'écouler, réduisant les pics d'inondation et rechargeant les eaux souterraines. Cette fonction est particulièrement utile dans les bassins hydrographiques agricoles, où les prairies peuvent être restaurées dans les zones riveraines pour intercepter les ruissellements de nutriments.

Menaces pour le stockage du carbone des Prairies et la fonction climatique

Malgré leur résilience, les prairies nord-américaines sont confrontées à de multiples menaces croissantes qui compromettent leur capacité de réguler le climat et de stocker le carbone. La conversion la plus immédiate se poursuit en terres cultivées. Lorsqu'une prairie est labourée, la matière organique du sol accumulée au cours des siècles commence à s'oxyder et à se décomposer. Au cours de la première décennie suivant la conversion, 30 à 50 % du carbone du sol original peut être rejeté dans l'atmosphère.

Espèce envahissante

Ces invasions réduisent souvent la profondeur des racines et les apports de carbone du sol parce que les envahisseurs ont des racines plus faibles ou une architecture racine différente. Par exemple, l'invasion généralisée des graminées eurasiennes de saison froide dans les prairies des grandes plaines a été liée à une diminution du carbone organique du sol et à des changements dans la communauté microbienne responsable de la décomposition.

Rétroaction sur les changements climatiques

Les températures plus chaudes augmentent le taux de décomposition microbienne de la matière organique du sol, ce qui peut transformer les sols des prairies en sources de carbone. Des sécheresses plus fréquentes et plus graves réduisent la productivité des plantes, limitant ainsi les apports de carbone provenant de la croissance des racines. Parallèlement, les changements dans les modèles de précipitations — des précipitations plus intenses suivies de périodes plus sèches — peuvent accélérer l'érosion, en lavant le sol riche en carbone.

L'augmentation des concentrations atmosphériques de CO2 stimule généralement la croissance des plantes (l'effet de fertilisation du CO2), mais dans les prairies, cet effet est souvent limité par la disponibilité d'azote. Sans azote supplémentaire, l'avantage de fertilisation diminue au fil du temps. De plus, l'augmentation du CO2 peut déplacer la composition de la communauté végétale, favorisant ainsi le C3 par rapport aux espèces C4, ce qui peut modifier la profondeur des racines et les modèles d'allocation du carbone de manière à ne pas être encore bien comprise.

Suppression des incendies et encombrement boisé

Les feux ont empêché l'empiètement des arbres et des arbustes et stimulé la croissance des herbes indigènes. À l'époque moderne, la suppression des incendies a permis l'invasion de plantes ligneuses, surtout de la cédre de l'Est dans les prairies mixtes et du genévrier dans les prairies courtes. L'empiètement des arbres ligneux réduit l'effet albédo (les arbres noirs absorbent plus de chaleur que les herbes légères) et déplace le stockage du carbone des bassins de sol stables vers une biomasse hors sol plus vulnérable. Si ces arbres sont tués plus tard par le feu ou la sécheresse, le carbone qu'ils détiennent est rapidement libéré.

Les efforts de conservation et de restauration : renforcer

Aux États-Unis, le Programme de réserve de conservation (PRC) paie aux agriculteurs pour retirer des terres agricoles sensibles de leur production et les planter avec des herbes pérennes, souvent indigènes. Le programme a atteint son maximum de 36 millions d'acres, ce qui a permis de séquestrer le carbone et de profiter de l'habitat faunique. Toutefois, les inscriptions ont diminué ces dernières années en raison de la hausse des prix des produits de base et de la pression politique pour maximiser la production.

Projets de restauration de paysages

Parmi les initiatives à plus grande échelle, mentionnons l'initiative de la Conférence américaine sur les prairies et la coentreprise Nord Great Plains, qui coordonne la restauration dans plusieurs États et provinces canadiennes. L'objectif de ces partenariats est de protéger et de relier de grands blocs d'habitat des Prairies, soit 500 000 acres ou plus, pour maintenir des processus écologiques comme le feu et le pâturage des bisons.

Les forages de semences conçus pour les espèces indigènes, le contrôle de la précision des mauvaises herbes à l'aide de pulvérisateurs guidés par GPS et des méthodes de plantation novatrices comme le « forage et le brûlage » (où un champ est planté de semences indigènes puis brûlé au printemps suivant pour réduire la concurrence des mauvaises herbes) améliorent le taux de réussite de la restauration des prairies.

Graisser comme outil

Les systèmes de pâturage rotatif qui permettent de longues périodes de repos entre les pâturages favorisent la croissance profonde des racines et empêchent la surutilisation des espèces fourragères préférées. Les marchés du carbone reconnaissent de plus en plus le pâturage géré comme une pratique valable pour générer des crédits de carbone, bien que la mesure et la vérification demeurent difficiles.

Orientations politiques et futures

Pour maximiser les avantages climatiques des prairies nord-américaines, les décideurs doivent s'attaquer aux incitatifs économiques qui favorisent la conversion. Les programmes actuels de bons agricoles américains favorisent souvent les cultures en rangée au moyen de subventions et de structures d'assurance-récolte.

Les marchés du carbone, qui sont tous deux volontaires, offrent un nouveau flux de revenus potentiel aux propriétaires fonciers qui conservent ou restaurent des prairies. La Réserve d'action climatique et Verra ont des protocoles pour les projets de carbone des prairies. Une étude récente a suggéré que si un prix de 30 à 50 $ par tonne de CO2 était appliqué, de nombreuses terres agricoles marginales actuellement cultivées en rangée deviendraient plus rentables à mesure que les prairies rétablies, surtout si elles étaient combinées aux avantages de la réduction des coûts des intrants et de l'amélioration de la qualité de l'eau.3 Toutefois, il faut tenir compte des préoccupations relatives à la permanence, à l'additionnalité et aux fuites pour s'assurer que ces crédits sont de haute qualité.

Contexte international

La décennie des Nations Unies pour la restauration des écosystèmes (2021-2030) a suscité un intérêt pour la restauration des prairies, et le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) a mis en évidence le potentiel de piégeage du carbone dans les prairies aménagées. La collaboration internationale sur les sources de semences, les techniques de surveillance et les méthodes de comptabilité du carbone peut accélérer les progrès.

Aux États-Unis, l'initiative America the Beautiful vise à appuyer les efforts de conservation volontaire. Les deux pays ont également conclu des accords bilatéraux, comme les travaux de la Commission mixte internationale sur la région des Grands Lacs, qui profitent indirectement aux écosystèmes des Prairies par la gestion de l'eau et la protection de l'habitat.

Conclusion

Les prairies nord-américaines ne sont pas seulement des paysages pittoresques ou des vestiges d'une époque révolue; elles sont des composantes actives et vitales du système climatique terrestre. Leur capacité à stocker de grandes quantités de carbone dans des sols profonds et résilients, conjuguée à leurs effets de refroidissement sur l'atmosphère, offre une solution climatique naturelle qui est à la fois efficace et rentable.

La protection des prairies indigènes restantes et la restauration des terres dégradées aux prairies vivaces doivent devenir une priorité plus élevée dans la politique climatique. La science est claire : chaque acre de prairie restaurée est une étape vers la stabilisation du climat, la préservation de la biodiversité et le maintien des économies rurales.

  1. Sanderman et al. (2017), «Dette en carbone du pétrole de 12 000 ans d'utilisation des terres humaines», Actes de l'Académie nationale des sciences.]
  2. Lark et al. (2015), «L'expansion des terres de culture aux États-Unis: une menace croissante pour les prairies et le stockage du carbone», PLoS ONE
  3. Fargione et al. (2018), « Solutions climatiques naturelles pour les États-Unis », Science Advances.