Le bilan carboné d'une rotation culturale de quatre ans a été établi entre 2004 et 2008 sur le site expérimental de Lonzée, Belgique. La région se caractérise par un climat tempéré océanique avec une température moyenne de l'air de 10°C et des précipitations annuelles de l'ordre de 800 mm. Le sol de la parcelle est un Luvisol. Les cultures composant la rotation sont des cultures de betterave, froment dhiver, pomme de terre et froment dhiver. Dans le but détablir un bilan carboné, des mesures ont été effectuées à différentes échelles spatiales et temporelles. Un système de mesure par eddy covariance fournit une estimation par demiheure de l'échange net en CO2 de l'écosystème (NEE). La qualité des procédures de sélection et de traitement des flux de NEE a été contrôlée. A partir de ces mesures, la productivité primaire brute (GPP) et la respiration totale de l'écosystème (TER) sont déduites. Plusieurs procédures basées sur les mesures diurnes ou nocturnes de NEE sont comparées. L'intérêt d'utiliser un court pas de temps dans ces procédures et la température du sol comme température de référence a été mis en avant, ainsi que la nécessité de déterminer une valeur seuil de la vitesse de friction (u*) pour chaque culture et les longues inter-cultures. Pour la culture de froment d'hiver 2005, une estimation de la GPP déduite des mesures d'eddy covariance est comparée à une estimation basée sur une modélisation de mesures réalisées, une fois par semaine, à l'échelle de la feuille. La conception initiale de l'appareil de mesure a permis de réaliser les mesures sur les feuilles uniquement. Les évolutions des deux estimations sont proches à l'échelle de la saison et à l'échelle journalière. La mise en oeuvre de la méthode basée sur les mesures à léchelle de la feuille a apporté dimportantes informations en termes de réponse de la GPP aux facteurs climatiques et non climatiques et a permis une validation de lestimation basée sur les mesures deddy covariance. Toutefois, dans le cadre de létablissement dun bilan carboné, la méthode basée sur les mesures d'eddy covariance est préférée. Des mesures de la respiration de sol, réalisées à l'échelle de la miniparcelle de sol, et des mesures du contenu en carbone des plantes sont aussi réalisées. Combinées aux mesures d'eddy covariance, ces mesures permettent de déduire les parts autoet hétérotrophiques de la respiration. Sur l'ensemble de la rotation, la parcelle apparait être une source significative de carbone de 0.17 (+/- 0.14) kg C m-2. Cela suggère que, durant la rotation, le contenu en carbone du sol a diminué. Ceci peut sexpliquer par labsence dapport de fertilisation organique durant les 10 dernières années ainsi que par la récolte systématique des pailles des céréales.

Le rôle des écosystèmes agricoles - représentant environ 1/3 des terres émergées - dans la régulation du cycle du carbone est une question cruciale posée par la société aux scientifiques. L'étude de la respiration du sol, de ses composantes et de ses mécanismes doit permettre de fixer les bases de la compréhension du fonctionnement carboné du sol puis de l'écosystème agricole en lien avec les questions de réduction des émissions et de stockage de carbone atmosphérique. Les échanges de carbone du sol font d'ailleurs l'objet d'efforts de recherche récents très poussés, tant leur dynamique et leur variabilité sont encore mal connues. Aujourd'hui, il est difficile d'estimer l'efficacité des pratiques expérimentales et aucune méthode n'a encore été reconnue comme référence. La compréhension des sources des émissions et de leurs fluctuations est cruciale pour l'estimation du potentiel de séquestration du carbone par les sols agricoles via l'application de pratiques culturales appropriées. Dans ce contexte, la modélisation s'avère être un outil incontournable pour quantifier les flux (approche empirique) mais aussi pour orienter les recherches vers des domaines où la faible compréhension des mécanismes rend aléatoire l'établissement du bilan carboné (approche mécaniste). La démarche retenue pour ce travail fait appel à la modélisation théorique selon deux approches (empirique et mécaniste) définies pour satisfaire à différents compromis entre précision, généricité et réalité. Le développement de modèles empiriques, sur 5 sites d'étude aux conditions pédoclimatiques différentes, montre l'importance de lier la respiration à plusieurs facteurs abiotiques et biotiques afin d'obtenir des prédictions génériques et robustes. Ainsi, un modèle de respiration hétérotrophe Rh paramétré à l'aide des variables climatiques de température Ts et d'humidité θs s'est avéré convaincant alors que la modélisation de la respiration du sol Rs n'a pu être satisfaisante qu'à condition de prendre en compte un indice de croissance de végétation supplémentaire (GPP). L'approche empirique n'a cependant pas permis d'évaluer correctement les contributions des différentes composantes de Rs. Le modèle semi-mécaniste décrivant finement les processus a été validé sur 3 sites aux conditions pédoclimatiques contrastées et a permis l'estimation des contributions des sources hétérotrophe et autotrophe au sein de la respiration du sol. Ainsi, Rh représente entre 63 % et 66 % de Rs pour une saison de culture de blé d'hiver et entre 52 % et 56 % de Rs pour une saison de culture de blé de printemps. La contribution de la respiration du sol dans le bilan écosystémique est évaluée entre 33% et 43% pour une culture de blé d'hiver et à hauteur de 50 % pour du blé de printemps. Ce modèle, une fois développé pour intégrer différentes pratiques culturales (fertilisation et travail du sol), a aussi permis de démontrer que les dynamiques de stockage/déstockage du carbone du sol et des émissions de CO2 du sol sont davantage conditionnées par l'apport de matières organiques (fumier, résidus de cultures) que par le travail du sol lui-même.