Les sols profonds pourraient détenir la clé de la résilience climatique

Au centre d’agriculture biologique de Sandpoint, dans le nord de l’Idaho, une presse hydraulique enfonce profondément dans le sol un cylindre creux massif en acier inoxydable, mesurant 4 pieds de diamètre et 10 pieds de long. Une équipe d’excavation enlève constamment le sol environnant afin que le cylindre puisse continuer sa lente descente. Il descend de quatre pieds, puis de six pieds, puis de sept, renfermant des sols vieux de plusieurs milliers d’années, datant d’époques d’éruption volcanique et de retrait glaciaire.

Michael Strickland n’est pas étranger à de telles découvertes. Écologiste microbien, il se rend souvent sur le terrain pour collecter des échantillons de sol, ou des carottes, à étudier en laboratoire. Habituellement, il sonde à une profondeur d’environ un pied. Cette fouille ira 10 fois plus profondément.

À mesure que la presse approche la barre des 8 pieds, la couche de sol, qui a probablement près de 10 000 ans, est fortement compactée et ne bouge pas. En regardant à proximité, Strickland reprend son souffle alors que la machine s’arrête. « Je me demande : « Est-ce que cela va arriver ? Allons-nous retirer ce noyau d’ici ? », dit-il. Le travail ralentit jusqu’à devenir rampant, mais avec quelques cajoleries, la terre s’ouvre centimètre après centimètre travaillé.

Au cours de trois semaines, le processus se poursuit jusqu’à ce que six cylindres remplis de terre soient finalement prêts à être bouchés, attachés à un camion et conduits vers leur nouvelle maison : le Deep Soil Ecotron de l’Université de l’Idaho, dont Strickland est le directeur.

Ce nouveau centre de recherche, ouvert en mai 2025, offre une occasion rare d’étudier les sols profonds, des domaines largement inexplorés qui sont à la fois des vestiges du passé et des précurseurs potentiels de l’avenir pour l’agriculture et la science du climat.

Pourquoi étudier les sols profonds ?

La plupart des recherches sur les sols se concentrent sur les couches arables, qui atteignent une profondeur moyenne de 27 centimètres (environ 10 pouces). Cette concentration au niveau de la surface est en partie une question de logistique : extraire des carottes de sol intactes des profondeurs du sous-sol est un travail long et difficile qui nécessite des machines spéciales.

Les scientifiques ont accordé moins d’attention aux sols profonds pour une autre raison : ils sont relativement stables. Les sols profonds commencent à environ 30 centimètres (environ un pied) sous la surface et contiennent moins d’oxygène que la couche arable, limitant leur renouvellement microbien, leurs échanges gazeux et l’activité des plantes. Les terres arables, qui évoluent constamment en réponse aux conditions environnementales, offrent un champ d’étude plus dynamique.

Toutefois, ces dernières années, de nouvelles recherches ont suggéré que les royaumes cachés des sols profonds méritaient d’être explorés. Les sols profonds, par exemple, pourraient jouer un rôle important dans l’atténuation du changement climatique en stockant le carbone en profondeur. Alors que le carbone séquestré dans la couche arable – autrefois salué comme une solution à la crise climatique – est tout sauf permanent, le carbone en profondeur semble être plus stable et protégé. Au-delà de leur capacité à séquestrer le carbone, la manière dont les sols profonds recyclent et stockent d’autres composés, comme l’azote et l’eau, pourrait s’avérer pertinente pour les agriculteurs cherchant à maximiser les rendements.

Les sols profonds semblent également regorger de nouvelles bactéries qui n’existent nulle part ailleurs et pourraient être tout aussi riches en vie microbienne que les sols superficiels. Les carottes de sol intactes collectées ici donneront à Strickland et à son équipe un aperçu des types d’organismes qui se sont adaptés à ces environnements sombres, denses et pauvres en oxygène, et de leur impact sur l’écosystème au sens large.

« L’interaction entre les racines, les minéraux et les microbes au-delà de la couche arable est vraiment fascinante et peut nous aider à mieux comprendre le sol, notre climat et la façon dont les conditions changeantes en surface déterminent la dynamique sous terre », déclare Ashley Keiser, conseillère scientifique du DSE et écologiste des sols à l’UMass Amherst.

Le sol profond a été comparé à l’espace et aux profondeurs de l’océan : une « forêt sombre », mystérieuse et relativement inexplorée. La nouvelle installation de l’Idaho offre un aperçu d’un monde autrement invisible et des possibilités qui l’accompagnent.

Un nouveau type de laboratoire

Les écotrons existent partout dans le monde, mais sont relativement nouveaux. Ils simulent de manière réaliste les écosystèmes naturels dans un environnement contrôlé et permettent aux chercheurs de surveiller la manière dont l’atmosphère, le sol et les plantes interagissent à mesure que les conditions qui les entourent changent.

Depuis l’ouverture du premier écotron à l’Imperial College de Londres au début des années 1990, une douzaine d’autres ont été construits, principalement en Europe. Beaucoup de ces installations étudient la manière dont les changements climatiques affectent le fonctionnement de différents écosystèmes, des landes aux étangs d’eau douce.

Le Deep Soil Ecotron (DSE) de l’Idaho est le premier au monde dédié aux sols profonds. Le DSE, financé en grande partie par une subvention de 18,95 millions de dollars de la National Science Foundation des États-Unis, abrite 24 de ces gigantesques colonnes. Six sont pourvus ; le reste abritera de la terre de l’Idaho et au-delà.

Ces « écounités » se distinguent non seulement par leur taille et leur profondeur, mais également par leurs contrôles scientifiques. Ils sont équipés d’échangeurs de chaleur pour régler la température du sol et de ventouses en céramique pour modifier la teneur en eau. Les scientifiques peuvent également modifier la lumière, l’humidité et les concentrations de gaz à effet de serre (méthane, dioxyde de carbone et oxyde nitreux) à la surface de chaque unité. « Nous pouvons pratiquement imiter presque toutes les conditions climatiques, à l’exception des froids extrêmes », explique Strickland. Au sommet de chaque colonne de sol se trouve une « chambre de culture » où les chercheurs peuvent interagir avec la couche arable, faire pousser des cultures ou appliquer des amendements au sol en fonction de ce qu’ils étudient.

Des capteurs sont installés dans chaque colonne pour fournir des informations continues sur la façon dont le sol réagit aux changements qui se produisent sous et au-dessus de la surface.

Les six colonnes remplies contiennent de la terre provenant du site de Sandpoint. Trois ont des carottes de sol intactes qui ont été extraites avec la presse hydraulique et représentent des environnements pédologiques naturels et intacts. Les trois autres ont des sols « perturbés » qui ont été remplis manuellement et exposés à l’oxygène, affectant probablement leur structure et leur fonction. Ces différents types d’échantillons font actuellement l’objet de travaux de collecte de données et de validation de principe avant que l’installation ne s’ouvre à la communauté scientifique au sens large dans les six à 12 prochains mois.

Le potentiel des sols profonds pour les agriculteurs

Robert Blair est un agriculteur et ancien élève de l’Université de l’Idaho qui cultive du blé, de l’orge, des lentilles, des pois chiches et de la luzerne sur 800 acres à Kendrick, dans l’Idaho. Comme de nombreux producteurs à travers le pays, il a du mal à maintenir ses bénéfices dans un contexte de coûts de production de plus en plus élevés et de droits de douane volatils sur les cultures de base. Il pousse sans irrigation, ce qui le laisse également à la merci de pluies et de chutes de neige souvent imprévisibles.

Une fois qu’il a découvert le DSE grâce à son rôle au sein d’un conseil consultatif universitaire, il a commencé à chercher des moyens de l’aider à se préparer et à réagir à des événements météorologiques imprévisibles comme la sécheresse afin qu’ils ne nuisent pas autant à ses rendements et à ses marges.

« Ce [facility]  » peut nous permettre de simuler différents événements climatiques – d’une année très humide à une année de sécheresse – non seulement dans le haut de la chambre de culture, là où se trouve la culture, mais dans tout le profil du sol », explique Blair.  » Une fois que nous savons quels sont les niveaux d’humidité à 2 pieds, 3 pieds, 10 pieds plus bas, nous, en tant qu’agriculteurs, pouvons être en mesure de mieux gérer nos cultures sur la base de ces résultats. «