Après le feu : comment le brûlage remodèle le sol, et ce qui revient

Trois feux, en trois registres. En 2023, les incendies ont brûlé environ 15 millions d’hectares au Canada, plus du double du précédent record, et le temps d’une saison la forêt boréale qui d’ordinaire piège le carbone est devenue l’une des plus grandes sources de carbone de la planète 59. À chaque saison sèche, plus de la moitié de toutes les terres qui brûlent dans le monde brûlent en Afrique, en majorité des savanes allumées volontairement par des populations qui utilisent le feu pour gérer les pâturages depuis des millénaires 3332. Et en juillet 2022, près de Bordeaux, un brûlage agricole qui a échappé à tout contrôle s’est transformé en l’un des pires incendies qu’ait connus la France, chassant des dizaines de milliers de personnes de chez elles et couvant sous terre dans la tourbe pendant des mois. Une catastrophe, une routine et un accident. Des feux très différents, et une même question sous chacun d’eux.

Cette question, c’est ce qu’un feu laisse dans le sol, et quelle part en revient. C’est la même question, que le feu ait été sauvage ou délibéré, en forêt ou dans un champ, car un paysan qui défriche à l’allumette et un incendie à l’échelle d’un paysage relèvent de la même chimie à des échelles différentes. Tous deux injectent de la chaleur dans le sol, et le sol en tient le compte. Avec un climat plus chaud et plus sec, c’est la version sauvage qui se multiplie : des feux qui se propagent plus loin, brûlent plus fort et reviennent plus souvent, à mesure que la fréquence des feux de forte sévérité et la surface totale brûlée ont toutes deux augmenté depuis les années 1970 19. La réponse honnête tient en trois échelles de temps et une réserve récurrente : tout dépend, ou presque, de la température qu’a atteinte le sol, et pendant combien de temps.

Le feu n’est pas un phénomène unique : ce que le sol subit vraiment

La première distinction à faire, c’est le feu dans l’air par opposition au feu dans le sol. L’intensité du front de flammes, ce mur de feu et son panache, voilà ce que l’on observe et redoute. Mais le sol se trouve dessous, et le sol conduit mal la chaleur. Il est, de fait, son propre isolant. Une compilation mondiale de températures du sol mesurées lors de véritables incendies et de brûlages dirigés a montré que la plupart des feux ne chauffent que les tout premiers centimètres, et qu’en dessous d’un demi-centimètre de profondeur, les températures dépassent rarement 300 °C 3. L’exception, c’est le combustible qui couve en profondeur, une couche de tourbe, un épais tapis d’humus ou un tas de troncs, capable de brûler bas et lentement pendant des heures ou des semaines et de pousser la chaleur bien plus profond. C’est ce qui a maintenu le sol de Gironde en feu pendant des mois, et ce qui a permis aux incendies canadiens de 2023 de brûler jusque dans la tourbe et le pergélisol, libérant du carbone de couches de sol qu’une flamme de surface de passage n’atteindrait jamais 9.

À la surface, les chiffres donnent le vertige. Des incendies de végétation arbustive ont été relevés à près de 964 °C au niveau du sol, et la combustion complète de tas de troncs dans une pinède de l’Oregon a atteint en moyenne 759 °C en surface, avec des pics au-delà de 1 100 °C 36. Pourtant, même sous ces méga-troncs, les températures létales pour les racines et les organismes du sol n’ont atteint qu’environ 10 cm de profondeur, sans aller plus loin, et plus rien de mesurable à 30 cm 6. La chaleur est réelle, mais elle est superficielle, et elle est brève. Cela compte, car la plupart des études de laboratoire maintiennent le sol à une température fixe pendant une demi-heure ou une heure, bien plus longtemps qu’un front de flammes de passage, et tendent donc à surestimer ce qui se produit réellement sur le terrain 3.

Le facteur qui gouverne le plus la profondeur atteinte par la chaleur, c’est l’eau. Un sol humide dépense l’énergie du feu à faire bouillir l’eau en surface plutôt qu’à la transmettre vers le bas. Lors de brûlages contrôlés de combustible ligneux, un sol à 20 % d’humidité volumique ou davantage a éteint l’impulsion de chaleur létale à 2,5 cm et en dessous, tandis que le même sol parfaitement sec transportait des températures létales jusqu’à 10 cm 4. Un feu de saison sèche et un feu de saison humide sur un même terrain sont, du point de vue du sol, deux événements différents. Il en va de même pour les seuils à garder en tête. Environ 60 °C, de façon prolongée, suffisent à tuer les racines et la plupart des organismes du sol, même si ce chiffre est une règle empirique plutôt qu’une limite nette, car les organismes varient et la durée compte autant que le pic 78. La matière organique commence à se consumer entre 200 et 300 °C environ, et l’azote commence à se volatiliser et à partir sous forme de gaz à partir d’environ 200 °C. Passé 450 °C, le carbone organique de cette couche a pour ainsi dire disparu.

Déplacez les curseurs et la leçon s’impose vite. Une température de surface féroce sur un sol sec envoie la zone létale plusieurs centimètres plus bas et consume le carbone de la couche supérieure. Le même feu sur un sol humide ne touche presque rien sous la pellicule de surface. C’est pourquoi la sévérité du feu, définie par les pédologues comme la perte de matière organique au-dessus et en dessous du sol, prédit bien mieux ce qui arrive au sol que la hauteur des flammes.

La première année : cendres, poussée de nutriments et eau qui ne s’infiltre plus

Dans les semaines qui suivent un feu, la surface du sol peut sembler, sur le papier, améliorée. La cendre est alcaline et riche en nutriments minéraux qui étaient immobilisés dans la biomasse brûlée : un sol de surface brûlé montre donc souvent une hausse du pH et une poussée de potassium, de calcium, de magnésium, de phosphore et d’azote ammoniacal disponibles 122. C’est la part de vérité que contient la vieille intuition paysanne selon laquelle le brûlage « nourrit » la terre. Le temps d’une saison, sur un feu de faible sévérité, c’est possible. Les graines de nombreuses plantes adaptées au feu sont incitées à germer par la chimie de la fumée et du charbon, et le sol dégagé, fertilisé et ensoleillé est brièvement un terrain accueillant pour une plantule 19.

Plate 01

Le piège, c’est que cette poussée est un retrait, pas un dépôt. Les nutriments de la cendre étaient déjà dans le système, retenus dans les plantes et la litière et lentement recyclés. Le feu convertit un stock lent et retenu en une impulsion rapide et mobile, et une bonne part ne reste pas. L’azote et le soufre sont les pertes les plus nettes : ils se volatilisent dans la flamme et quittent le site sous forme de gaz, ce qui explique qu’une méta-analyse mondiale de près de 300 études de terrain ait trouvé l’azote du sol en baisse d’environ 15 % après un feu, à côté d’une baisse comparable du carbone du sol 2. Le pic d’ammonium est réel, mais le capital azoté total du sol a en général diminué.

Le changement le plus lourd de conséquences de la première année est physique, et il est presque invisible. Quand la matière organique brûle, une partie de la vapeur qu’elle dégage se recondense sur des particules de sol plus froides un peu sous la surface et les enrobe d’un film cireux et hydrofuge. Il en résulte une couche hydrophobe, généralement située entre deux et quatre centimètres de profondeur, qui empêche la pluie de s’infiltrer. Lors de quatre mégafeux californiens récents, le temps que mettait une goutte d’eau à pénétrer dans le sol est passé de moins d’une seconde avant le feu à plus de dix minutes après 11. Cette répulsion à l’eau est la plus forte après un feu de sévérité forte à modérée et, laissée telle quelle, elle s’estompe d’elle-même à mesure que l’humidification et le gel dégradent les cires, devenant en général indétectable en un an environ 10. Pendant cette année-là, cependant, le sol a discrètement perdu une grande part de sa capacité à accueillir l’eau. C’est de là que découle tout ce qui sera difficile à moyen terme.

Les années intermédiaires : le sol qui s’en va

Si la première année est affaire de chimie, les années suivantes sont affaire de gravité. Un versant brûlé a perdu le couvert, la litière et les racines qui interceptaient autrefois la pluie et faisaient tenir la surface, et il peut abriter en dessous une couche qui rejette l’eau au lieu de l’absorber. Le premier orage intense après un feu rencontre une surface prête à ruisseler plutôt qu’à s’imprégner, et il emporte le sol avec lui. C’est la conséquence à moyen terme la plus dommageable du feu, et c’est elle qui transforme un accident dont on se remet en une dégradation durable.

Plate 02

Les ordres de grandeur comptent. Sur des versants sévèrement brûlés du Colorado, la production de sédiments sur les cinq premières années a atteint en moyenne 32 tonnes par hectare, contre pratiquement rien sur les versants voisins non brûlés 12. Une étude du Montana a mesuré 1 157 grammes de sol perdus par mètre carré l’année du feu, revenant vers le niveau de fond à mesure que le terrain se revégétalisait au cours des années suivantes 13. Sur des sites méditerranéens, le ruissellement a augmenté de 150 à 375 % et la perte de sol de 100 à 800 % immédiatement après le brûlage 15. Quand les gens en aval parlent de coulées de débris post-incendie et de retenues d’eau souillées, c’est de ce sol qu’ils parlent, arrivant tout d’un coup.

Voici la partie qui change ce que l’on fait pour y remédier. Pendant des années, la couche hydrophobe a été tenue pour responsable de l’érosion post-incendie, mais des expériences de terrain rigoureuses qui ont séparé les deux facteurs ont montré que la perte du couvert protecteur du sol comptait davantage que la répulsion à l’eau elle-même 12. La cendre et le couvert protègent la surface du sol de l’impact des gouttes de pluie et l’empêchent de se colmater en croûte ; retirez ce couvert et le sol s’érode, qu’il soit hydrophobe ou non. C’est une bonne nouvelle, car le couvert, lui, on peut le restaurer, et cela désigne directement l’intervention qui fonctionne.

L’outil rend la priorité visible. La pente fixe les enjeux, mais le couvert fixe le résultat. Un versant brûlé, nu et raide peut perdre des dizaines de fois plus de sol qu’un versant intact, et le moyen le plus rapide de faire baisser ce chiffre n’est pas de lutter contre la pente mais de remettre du couvert sur le sol avant la première grosse pluie.

L’ombre longue : ce que le feu laisse pour de bon

Au fil des décennies, le feu tient deux comptes dans le sol, et ils pointent dans des directions opposées. Au débit, la matière organique perdue. Cette baisse moyenne de 15 % du carbone du sol n’est pas toujours récupérée, et sous des feux répétés la perte s’accumule : dans des pinèdes méditerranéennes brûlées deux fois, l’horizon organique de surface avait entièrement disparu, et les fractions de carbone labiles, facilement recyclées, des sols brûlés à répétition avaient chuté jusqu’à un tiers 220. Un feu fréquent, laissant trop peu de temps entre deux événements pour que la couche de litière et la communauté microbienne se reconstituent, voilà comment un sol se trouve usé. À l’échelle d’un biome entier, le débit peut être vertigineux : la saison des feux canadienne de 2023 a libéré de l’ordre de 650 millions de tonnes de carbone, en grande partie issues de la combustion de sols organiques plutôt que d’arbres, et a fait basculer la forêt boréale de puits de carbone à source pour l’année 9.

Au crédit, un don singulier et durable : le carbone pyrogénique. La combustion incomplète transforme une petite fraction de la biomasse brûlée, de l’ordre de quelques pour cent, en charbon et en autres résidus carbonés dont la structure aromatique et condensée résiste à la décomposition 17. C’est, pour l’essentiel, le même matériau que le biochar délibérément ajouté aux sols, et nous en traitons la comptabilité en détail dans Biochar : élimination du carbone, réponse du sol et la question comptable. Cette méta-analyse mondiale a trouvé le carbone pyrogénique en hausse d’environ 40 % après un feu, alors même que le carbone total baissait 2. On estime qu’environ la moitié du carbone pyrogénique produit par les feux de végétation persiste pendant des siècles 16, et dans les savanes façonnées par le feu il peut représenter 14 % de tout le carbone du sol, et localement jusqu’à 40 % 18.

La preuve la plus claire que le charbon peut construire le sol plutôt que seulement marquer sa destruction se trouve en Amazonie. Dispersées à travers le bassin, on trouve des parcelles de terra preta, des sols anthropiques sombres et fertiles que les peuples précolombiens ont créés, en partie, en incorporant du charbon à une terre autrement pauvre. Des siècles plus tard, ces sols contiennent encore jusqu’à soixante-dix fois plus de carbone noir que la terre alentour, et ils restent fertiles, parce que les surfaces oxydées du charbon retiennent les nutriments que la pluie tropicale emporterait sinon 31. C’est la démonstration la plus limpide que le carbone pyrogénique peut être à la fois durable et utile. Le piège tient à la façon dont il a été fabriqué : la terra preta provenait de feux lents, étouffés, produisant du charbon, et non des feux vifs et ouverts qui dominent aujourd’hui.

Plate 03

Il est tentant d’y lire un feu qui stocke le carbone pour nous, et une partie de la comptabilité a penché en ce sens. Je resterais prudent. Le carbone pyrogénique est stable, pas éternel : des estimations rigoureuses de renouvellement situent son réservoir lent de l’ordre de quelques siècles, environ 800 ans, et non les millénaires souvent supposés, et les feux répétés consument lentement le charbon déjà présent au sol 17. La lecture honnête du long terme, c’est que le feu déplace la matière organique du sol vers un total plus faible mais une forme plus stable. Dans un système qui brûle peu et rarement, cela fait partie du fonctionnement du sol. Dans un système qui brûle désormais plus chaud et plus souvent, les pertes au débit dépassent les gains lents et stables au crédit.

L’outil de récupération résume à lui seul la thèse centrale de l’article. Cette même méta-analyse a trouvé que le carbone et l’azote du sol revenaient à leurs niveaux d’avant le feu environ dix ans après celui-ci en moyenne, plus tôt que beaucoup ne le supposent 2. Mais une moyenne cache ses extrêmes. Un feu de faible sévérité sur un site protégé retrouve son niveau de référence en quelques années. Un feu de forte sévérité sur un versant nu, qui perd du carbone vers le bas de la pente à chaque orage, peut se stabiliser des décennies plus tard sur un déficit permanent. La différence entre ces deux avenirs est surtout la différence entre ne rien faire et protéger le sol.

Le feu du paysan : culture sur brûlis et brûlage des chaumes

Tous les feux délibérés ne se valent pas. Deux des plus anciens feux agricoles de la planète ont des effets presque opposés sur le sol qu’ils recouvrent, et il vaut la peine de les traiter séparément, car l’un peut être un marché acceptable et l’autre n’est le plus souvent qu’une perte lente.

La culture sur brûlis : le plus ancien des marchés

Sous les tropiques, de l’Amazonie au bassin du Congo jusqu’aux hautes terres de l’Asie du Sud-Est, des centaines de millions de personnes cultivent encore par agriculture itinérante : abattre une parcelle de forêt, la laisser sécher, la brûler et cultiver la clairière pendant quelques années avant de passer à une autre et de la laisser repousser. Le feu est délibéré, et son premier effet sur le sol est la poussée de nutriments que nous avons déjà rencontrée, une véritable impulsion de nutriments et une hausse du pH qui portent les premières récoltes 27. Menée à faible intensité sur un long cycle, c’est l’une des plus anciennes manières durables de cultiver un sol tropical pauvre.

Le marché ne tient que si la jachère est assez longue. Le brûlage volatilise presque tout le carbone et l’azote contenus dans la végétation abattue, de l’ordre de 95 % : les nutriments qui atteignent le sol sont donc payés au prix du stock bien plus vaste qui part en fumée 30. Que le système reste en équilibre ou soit lentement épuisé se ramène à savoir si les années de jachère restituent ce que les années de culture et le feu prélèvent 28. Là où la pression démographique raccourcit la jachère, la balance bascule de l’équilibre vers l’épuisement. Dans les forêts humides de l’est de Madagascar, les durées de jachère sont passées de huit à quinze ans à seulement trois à cinq ans en quelques décennies, et chaque feu a favorisé des graminées coriaces et adeptes du feu au détriment des arbres qui revenaient, jusqu’à ce que la forêt cède la place à une prairie sans arbres, de peu d’utilité pour qui que ce soit 29. C’est de nouveau la leçon de l’incendie, entre les mains d’un paysan : c’est le régime qui décide du résultat, pas le feu isolé.

Il existe une version de ce feu qui construit le sol au lieu de l’épuiser, et la différence tient à la cendre par opposition au charbon. Un feu vif et ouvert transforme la biomasse surtout en gaz et en un peu de cendre éphémère. Un feu lent, étouffé et privé d’oxygène la transforme en charbon, le carbone pyrogénique durable à l’origine des sols de terra preta. C’est pourquoi l’« abattis-carbonisation » est réexaminée comme une alternative à la culture sur brûlis, et c’est la même idée que le biochar, que nous abordons dans Biochar : élimination du carbone, réponse du sol et la question comptable. Le feu est le même outil ; le résultat dépend de la manière dont on le laisse brûler 31.

Les chaumes : la soustraction par le feu

L’autre feu agricole est celui que l’on allume pour éliminer les résidus de culture après la récolte, et il est bien plus inoffensif. Le brûlage des chaumes est rapide, généralement allumé quand le sol en dessous retient encore un peu d’humidité, et terminé en quelques minutes, si bien que le coup immédiat porté au sol est souvent faible. Une étude sur le brûlage des chaumes de riz dans le centre de la Thaïlande a montré que le feu n’était tout simplement pas assez chaud pour modifier la communauté bactérienne du sol juste après, même si la cendre a tout de même élevé le pH et les nutriments pendant un temps 22. Si un feu de chaumes était un événement isolé, son coût principal serait la fumée, pas le sol.

Plate 04

Ce n’est jamais un événement isolé, et ses dégâts sont lents et cumulatifs, opérant par soustraction. Chaque tonne de paille brûlée est une tonne de carbone et de nutriments qui aurait autrement nourri le sol en se décomposant, envoyée en fumée à la place. Dans les plaines à riz et blé du nord de l’Inde, où quelques semaines seulement séparent une culture de la suivante, quelque 116 millions de tonnes de résidus sont brûlées en une seule année, retirant des milliards de kilogrammes de carbone organique du budget du sol et remplissant l’air d’azote réactif et de particules fines 2425. Des essais qui comparent le brûlage à la restitution de la paille montrent clairement le coût dans le sol : biomasse microbienne et respiration réduites d’environ la moitié et d’un tiers sous brûlage, avec une signature nette de stress microbien là où les résidus sont incinérés plutôt que laissés 2623.

La réglementation, de l’Union européenne à l’Inde, restreint le brûlage à l’air libre des résidus, de façon inégale et avec un succès mitigé, car l’arithmétique lui est rarement favorable. Un brûlage destiné à économiser deux semaines de travail échange un actif durable, les résidus qui seraient devenus de la matière organique du sol, contre un avantage ponctuel, et de temps à autre, le mauvais jour et par le mauvais vent, contre un incendie comme celui qui a ouvert cet article.

Positif ou négatif ? Cela dépend du régime, pas de l’événement

Alors, le feu est-il bon ou mauvais pour le sol ? La question n’a pas de réponse unique parce qu’elle vise la mauvaise unité. Un feu isolé n’est ni l’un ni l’autre. Les savanes, de nombreuses pinèdes, les maquis méditerranéens et les forêts boréales ont évolué avec le feu et en dépendent, et un feu léger dans ces systèmes peut être neutre, voire réparateur : il dégage la litière, incite à la germination et restitue des nutriments à la surface 719. La vie du sol est bien adaptée pour y survivre. Les organismes s’abritent dans le sol frais sous la couche létale et recolonisent à partir de là, pourvu que l’usage des terres ne change pas et que la végétation revienne avant que le sol ne soit emporté 7.

L’Afrique l’illustre à l’échelle d’un continent. Plus de la moitié de toutes les terres qui brûlent sur la planète chaque année sont de la savane africaine, et la quasi-totalité est allumée délibérément, saison après saison, par des populations qui gèrent le pâturage et la terre 3332. Ce ne sont pas des sols que l’on détruit. Ce sont des sols qui brûlent à un rythme régulier depuis si longtemps que les graminées, les arbres épars et les microbes se sont façonnés autour, et l’essentiel de leur carbone repose en sécurité sous la surface, hors de portée des flammes. Le feu y est plus proche de la fauche que de la catastrophe, ce qui explique aussi pourquoi le simple fait de le supprimer n’est pas un gain climatique facile.

Ce qui décide du résultat, c’est le régime, pas l’événement : la sévérité du feu, la fréquence de son retour et ce qui le suit. Tournez l’un de ces curseurs dans le mauvais sens et une perturbation surmontable devient une dégradation durable. C’est précisément ce que fait un climat qui se réchauffe. Une synthèse mondiale a trouvé que les dommages causés par le feu à la biogéochimie du sol se concentraient dans les climats froids, les forêts de conifères et partout où les feux deviennent plus intenses et plus fréquents, certains effets persistant pendant des décennies 21. Le danger n’est pas que le feu soit nouveau pour ces paysages. C’est que le feu arrive plus chaud, plus vaste et plus souvent que ce que le sol a appris à absorber au fil de l’évolution, et avec moins de temps pour se rétablir entre deux.

Ce que l’on peut réellement faire : mesurer, stabiliser, restaurer

La réponse pratique se décline en trois gestes, dans l’ordre. Le premier est de mesurer, car « le sol va bien » et « le sol est fichu » sont deux suppositions tant que personne ne vérifie. La sévérité du feu peut être cartographiée à partir d’imagerie satellitaire, en utilisant la différence de l’indice de combustion normalisé avant et après le feu, pour cibler les endroits où le terrain a été le plus touché. Sur ces zones, une poignée de mesures de terrain vous dit à quoi vous avez affaire : carbone et azote du sol sur une base de masse équivalente, pour qu’un changement de densité apparente ne vous trompe pas, un test de pénétration de la goutte d’eau pour la répulsion à l’eau, qui prend quelques minutes, et un simple test d’infiltration. Nous détaillons la logique d’échantillonnage derrière ce genre de comparaison avant-après dans Quelle doit être la taille de votre campagne d’échantillonnage du carbone du sol ?

Le deuxième geste est de stabiliser, et la fenêtre est courte. L’outil d’érosion a déjà livré la réponse : remettre du couvert sur le sol avant la première pluie forte. Une revue systématique des traitements post-incendie a montré que le paillage fonctionne, que la paille et le paillis de bois surpassent l’hydromulch pulvérisé, et que le bénéfice est le plus grand précisément là où il est le plus nécessaire, sur un terrain sévèrement brûlé, quand le couvert est porté au-dessus de 70 % environ 14. Les barrières le long de la pente aident ; le semis aide plus lentement. La seule chose à ne pas faire est de faire rouler des machines sur une surface brûlée fragile et de briser ce qu’il reste de structure.

Le troisième geste est de restaurer, et c’est surtout affaire de patience et de ne pas aggraver les choses. Laisser la végétation se réinstaller, ajouter de la matière organique là où cela a du sens et, surtout, tenir le feu à l’écart du site assez longtemps pour que la litière et la communauté microbienne se reconstituent. En grandes cultures, l’équivalent est l’intervention la plus simple de tout cet article : cesser de brûler les résidus et les restituer plutôt au sol. La récupération après un feu est réellement possible. Elle n’est simplement pas automatique, et presque tout ce qui la décide se joue la première année.

Points clés