Des chercheurs découvrent une nouvelle façon de remplacer les biocroûtes endommagées par les activités humaines

Les biocrusts jouent un rôle crucial dans le maintien de la santé des sols et de la durabilité des écosystèmes, mais ils sont actuellement attaqués. Les activités humaines, notamment l’agriculture, l’urbanisation et l’utilisation de véhicules hors route, peuvent entraîner la dégradation des biocroûtes, ce qui a des conséquences à long terme pour ces environnements fragiles. Le changement climatique exerce également une pression sur les biocroûtes, qui ont du mal à s’adapter à la lumière du soleil et à la chaleur torride dans des paysages arides comme le désert de Sonora.

Maintenant, Ferran Garcia-Pichel et son étudiant à l’Arizona State University proposent une approche innovante pour restaurer des biocroûtes saines. L’idée est d’utiliser des fermes d’énergie solaire nouvelles et existantes comme pépinières pour générer de la biocroûte fraîche.

À l’abri du soleil sous des panneaux solaires, comme les baigneurs sous un parapluie, les biocroûtes sont à l’abri de la chaleur excessive et peuvent s’épanouir et se développer. En fin de compte, les biocroûtes nouvellement générées peuvent ensuite être utilisées pour reconstituer les terres arides où ces sols ont été endommagés ou détruits.

Aide pour le sol du désert

Dans une étude de preuve de concept, les chercheurs de l’ASU ont adapté une ferme solaire de banlieue dans le bas désert de Sonora en tant que terreau expérimental pour la biocroûte. Au cours de l’étude de trois ans, les panneaux photovoltaïques ont favorisé la formation de la biocroûte, doublant la biomasse de la biocroûte et triplant la couverture de la biocroûte par rapport aux zones ouvertes avec des caractéristiques de sol similaires.

Lorsque les biocroûtes ont été récoltées, la récupération naturelle était modérée, prenant environ 6 à 8 ans pour récupérer complètement sans intervention. Cependant, lorsque les zones récoltées ont été réinoculées, la récupération a été beaucoup plus rapide, la couverture de biocroûte atteignant des niveaux proches des niveaux d’origine en un an.

Les chercheurs soulignent que l’utilisation de fermes solaires similaires, mais plus grandes, pourrait fournir une méthode à faible coût, à faible impact et à grande capacité pour régénérer les biocroûtes et étendre les approches de restauration des sols à l’échelle régionale. Ils ont surnommé leur approche pionnière « crustivoltaïque ».

L’étude estime que l’utilisation des trois plus grandes fermes solaires du comté de Maricopa, en Arizona, en tant que pépinières biocrust, pourrait permettre à une petite entreprise de rajeunir toutes les terres agricoles inutilisées du comté, couvrant plus de 70 000 hectares, en moins de cinq ans. Parmi de nombreux avantages environnementaux, cet effort de restauration a le potentiel de réduire considérablement la poussière en suspension dans l’air qui affecte actuellement la région métropolitaine de Phoenix.

“Cette technologie peut changer la donne pour la restauration des sols arides”, déclare Garcia-Pichel. “Pour la première fois, atteindre des échelles régionales à portée de main, et nous ne pourrions être plus enthousiastes. Pour démarrer, la crustivoltaïque représente une approche gagnant-gagnant pour la conservation des terres arides et pour l’industrie de l’énergie.”

Garcia-Pichel est professeur titulaire à l’École des sciences de la vie et directeur fondateur du Biodesign Center for Fundamental & Applied Microbiomics. Le centre regroupe des chercheurs qui étudient des assemblages de microbes (ou microbiomes) agissant à l’unisson dans divers contextes, des humains aux animaux et aux plantes, en passant par les océans et les déserts. Le laboratoire de Garcia-Pichel s’est spécialisé dans l’étude et les applications des microbiomes des sols désertiques.

Les conclusions du groupe apparaissent dans le numéro actuel de la revue Durabilité naturelle, dans une publication co-dirigée par l’étudiante diplômée Ana “Meches” Heredia-Velásquez, et l’ancienne étudiante diplômée Dr Ana Giraldo-Silva, aujourd’hui professeure à l’Université publique de Navarre en Espagne. Un briefing séparé de cette contribution apparaît simultanément dans Nature.

Matrice vivante

Les biocroûtes sont des écosystèmes complexes que les chercheurs n’ont commencé à explorer que récemment. Parmi leurs nombreuses fonctions d’entretien ménager, ils agissent pour stabiliser le sol en liant les particules de sol ensemble, minimisant ainsi la perte de couche arable causée par le vent et l’eau. Ils contribuent au cycle des nutriments en fixant l’azote atmosphérique, un processus par lequel l’azote gazeux est converti en ammoniac, le rendant disponible pour les plantes. Les cyanobactéries, présentes dans les biocroûtes, sont les principaux organismes responsables de ce processus.

Les activités photosynthétiques au sein des biocroûtes jouent un rôle dans le stockage du carbone en fixant le dioxyde de carbone atmosphérique. Ce processus peut aider à atténuer certains des effets du changement climatique en éliminant le dioxyde de carbone de l’atmosphère. Les biocroûtes augmentent également la capacité de rétention d’eau du sol, permettant à plus d’eau de s’infiltrer dans le sol et réduisant le ruissellement. Cela contribue à améliorer la disponibilité de l’eau pour les plantes et autres organismes dans les écosystèmes arides.

Enfin, les biocroûtes soutiennent une communauté diversifiée de micro-organismes qui contribuent à la biodiversité et à la résilience globales de l’écosystème.

Les terres arides, qui représentent environ 41 % de la surface continentale de la Terre, connaissent une grave dégradation due aux activités humaines et au changement climatique. Les communautés de micro-organismes à la surface des sols sont vitales pour protéger et fertiliser ces sols et sont essentielles pour la durabilité des terres arides. Cependant, les méthodes actuelles de restauration de la biocroûte impliquent un effort élevé et une faible capacité, limitant leur application à de petites zones. Les méthodes existantes ont eu du mal à reconstituer plus de quelques centaines de mètres carrés de terrain.

Solutions solaires

La recherche suggère que les fermes solaires servent de points chauds de la biocroûte, car les panneaux photovoltaïques surélevés créent un microclimat semblable à une serre favorisant le développement de la biocroûte. Bien que la crustivoltaïque soit une méthode plus lente et dépendante des conditions météorologiques par rapport aux pépinières de biocroûte de la taille d’une serre, elle présente de nombreux avantages. La technique nécessite moins de ressources, une gestion minimale et aucun investissement initial. En effet, l’utilisation de la crustivoltaïque est 10 000 fois plus rentable que les méthodes actuelles, selon les résultats de la recherche.

Les prochaines étapes consisteront à mettre en œuvre la crustivoltaïque à l’échelle régionale grâce à la coopération de scientifiques, d’agences collaboratives, d’utilisateurs du territoire et de gestionnaires. L’utilisation de la technique peut fournir des incitations aux exploitants de parcs solaires, notamment une réduction de la formation de poussière sur les panneaux solaires et une augmentation des revenus provenant des crédits carbone.

L’approche crustivoltaïque a le potentiel d’offrir une solution à double usage pour la production d’énergie solaire et la restauration de la biocroûte à grande échelle, tout en offrant des avantages socio-économiques. Cette méthode pourrait jouer un rôle important dans la restauration et la durabilité des écosystèmes des zones arides.