Le réchauffement climatique est lié essentiellement aux émissions de Gaz à Effet de Serre (GES) des activités humaines, industrielles et agricoles. Les principaux gaz à effet de serre sont le dioxyde de carbone (CO₂), le méthane (CH₄), le protoxyde d’azote (N₂O). Les deux derniers sont les deux formes principales émises par les activités agricoles, respectivement par l’élevage de ruminants (méthane) et par les grandes cultures (N₂O). Le pouvoir « effet de serre » est différent selon le gaz considéré : celui du protoxyde d’azote étant particulièrement élevé.

Pour faciliter la quantification de l’impact carbone des diverses activités humaines, on rapporte toujours les différents types d’émissions de GES à la forme CO₂, et on utilise une unité de “kg équivalent CO₂” (kg eq CO₂).  

Les émissions de GES peuvent par ailleurs être compensées par une captation du CO₂ atmosphérique grâce notamment à l’action photosynthétique des plantes. Cette compensation n’est effective que pour la fraction de carbone capté qui est stockée durablement. Ce stockage s’effectue le plus souvent sous forme d’humus dans le sol (la matière organique du sol), ou de végétation pérenne (haies, vergers, forêts). Le carbone synthétisé sous forme de sucre dans la racine de betterave n’est pas un stockage durable (le sucre a vocation à être consommé rapidement) et n’entre donc pas dans les bilans. 

Les pouvoirs publics ont fixé l’objectif d’une réduction de 55 % des émissions globales de GES pour l’agriculture à horizon 2050. L’atteinte de ces objectifs doit s’appuyer sur les deux leviers suivants : 

• réduire les émissions de GES, particulièrement de N₂O dans les systèmes de grandes cultures,
• augmenter le stockage de carbone dans les sols agricoles.  

L’établissement d’un bilan carbone, à l’échelle d’un cycle cultural ou d’une succession culturale, distingue deux flux :

1. Émissions de GES : 

Un premier ensemble de processus est source d’émissions de Gaz à Effet de Serre (GES) : on identifie facilement les émissions de CO₂ par la combustion des carburants, mais ce sont principalement des émissions sous forme de protoxyde d’azote, N₂O, qu’il faut considérer. Les quantités d’azote émises dans l’atmosphère ne représentent jamais de grosses quantités (quelques kg N pour une campagne culturale), elles sont quasiment sans conséquence sur l’alimentation et la productivité de la culture. Mais son pouvoir d’effet de serre est très élevé : le gaz N₂O ayant un pouvoir de réchauffement 273 fois plus fort que le CO₂ (1 kg de N₂O = 273   kg eq CO₂). Au champ, le protoxyde d’azote est essentiellement produit lors de la minéralisation d’azote organique ou ammoniacal en azote nitrique consécutive à l’apport. On comptabilise également dans les émissions de GES les émissions « amont » qui interviennent lors de la fabrication des engrais (N₂O et CO₂) mais sont imputées à leur utilisation en culture, ainsi que des émissions indirectes dues à la fraction volatilisée sous forme ammoniacale ou la fraction lessivée (on considère qu’elles contribueront à terme, même loin de la parcelle) à des émissions de N₂O. A côté de ces diverses contributions des fertilisants azotés, minéraux et organiques, les résidus végétaux, de par leur contenu en azote, sont des émetteurs de N₂O vers l’atmosphère lors de leur décomposition.  

2. Stockage de carbone : 

Deux contributions majeures dans la formation d’humus à partir d’une fraction stable du carbone qui les compose sont les résidus de culture d’une part (les feuilles restituées au champ pour la betterave, et des racines résiduelles), et les matières fertilisantes organiques (MAFOR) épandues. Il faut y ajouter une contribution des résidus de couverts végétaux enfouis en fin d’automne. (Figure 1)

Il faut garder à l’esprit deux points importants :

• En parcelle de grande culture, les émissions de GES ne sont (partiellement) compensées que par une captation de carbone sous une forme pérenne (= intégré dans des composés humiques du sol).
• À l’exception des fertilisations minérales ou des consommations de carburant, les processus qui interviennent au champ sont toujours ambivalents : s’ils contribuent au stockage de C, ils ont toujours une contribution aux émissions de GES (exemple des produits organiques épandus), c’est la résultante de ces deux effets qu’il faudra considérer.