Le progrès de l’humanité repose en grande partie sur les découvertes de la science, et l'une des plus significatives pour l'agriculture fut la mise au point d'une méthode de fabrication de l’ammoniac liquide par deux chimistes allemands. Cet ingrédient essentiel dans la composition des engrais synthétiques a révolutionné l'agriculture, permettant des gains spectaculaires de productivité agricole et assurant l’approvisionnement alimentaire mondial. Cependant, personne ne pouvait alors prévoir que l'utilisation excessive de cet élément vital, l’azote, se convertirait en composés azotés nuisibles à la vie une fois retournés au sol, dans l’eau et dans l’air. Les engrais synthétiques ont profondément bouleversé l'agriculture, mais leurs impacts négatifs sur l'environnement et la santé ne peuvent plus être ignorés.
L'Impact des Engrais Synthétiques sur l'Environnement
L'utilisation d'engrais synthétiques, bien que bénéfique pour les rendements à court terme, a des répercussions graves et complexes sur les écosystèmes.
Pollution de l'Air et Couche d'Ozone
Les engrais synthétiques affectent l’atmosphère en libérant de l’azote réactif qui s’oxyde en monoxyde d’azote et en dioxyde d’azote (NOx). La plante n’utilise que 30 à 50 % de l’engrais synthétique utilisé. Au contact de l’atmosphère, il s’oxyde et forme les oxydes d’azote (NOx), qui sont essentiellement du monoxyde d’azote et du dioxyde d’azote. Parmi les gaz polluants présents dans l’atmosphère, les oxydes d’azote provenant de l’utilisation d’engrais inorganiques représentent une part importante. Ce processus entraîne un certain nombre de problèmes environnementaux, notamment le fait que ces gaz sont extrêmement nocifs pour la couche d’ozone (O3). Pour s’attaquer rapidement à ce grave problème de pollution atmosphérique qui affecte la santé de l’humanité, il faut réduire les causes de l’appauvrissement de la couche d’ozone en surveillant et en réglementant en permanence la présence et la proportion d’oxydes d’azote dans l’air.
La production des engrais de synthèse, notamment des engrais azotés, est principalement réalisée à partir de gaz naturel, rejetant 2,6 milliards de tonnes équivalent CO2, soit environ 5 % des émissions annuelles mondiales de gaz à effet de serre (GES). De plus, lors de l’épandage, une partie des engrais, plus particulièrement ceux sous forme uréique et ammoniacale, s’échappe sous forme de GES ou d'ammoniac dans l’atmosphère, phénomène appelé volatilisation. L'ammoniac et le protoxyde d'azote sont les deux principaux gaz émis lors de la volatilisation.
L’ammoniac (NH3) est un polluant atmosphérique majeur, et sa volatilisation, particulièrement au printemps, est à l’origine des pics de particules fines consécutifs aux épandages de sortie d’hiver. L'ampleur de ce phénomène est très variable, dépendante des conditions environnementales, du mode d'épandage, de l'engrais utilisé et surtout du climat. Par temps chaud, sec et venteux, la volatilisation de l’azote ammoniacal issu des engrais est maximale.
Quant au protoxyde d’azote (N2O), c’est un gaz à effet de serre 300 fois plus puissant que le CO2, et le 3ème gaz à effet de serre avec le plus d’impact sur le réchauffement climatique. Il est émis lors de la transformation des engrais azotés en une forme assimilable par les bactéries présentes dans le sol, via des réactions de nitrification-dénitrification, qui sont la principale cause de cette pollution, représentant 70% des émissions de protoxyde d’azote, dont 29,3% liées à l'épandage d'engrais minéraux. Les concentrations actuelles de ce gaz commencent à dépasser les niveaux projetés dans la plupart des scénarios d'émissions par le GIEC.
Contamination des Sols et des Eaux
Les excès d’engrais entraînent la rétention d’azote dans le sol, ce qui affecte sa microbiologie et modifie le rapport entre le carbone et le phosphore. Par le ruissellement et le lessivage des sols agricoles, l’azote est incorporé, sous forme de nitrites et de nitrates, dans les eaux souterraines, les nappes d’eau intérieures comme les lacs et les étangs, ainsi que dans les océans. Il entre ainsi dans le cycle de l’eau, contaminant les sources d’eau destinées aux différents usages humains. En France, 70 % des nappes phréatiques contiennent des niveaux élevés de nitrates.
Si les engrais polluent l'air, ils polluent également les eaux en ruisselant sous forme de nitrate dans les rivières, les nappes souterraines, les lacs et les océans. Ce ruissellement de l'azote n'est pas seulement lié à la quantité d'engrais appliquée, mais également à d'autres variables telles que le moment et l'endroit où l'engrais est appliqué, l'irrigation, le type d'engrais, les pratiques agronomiques et la rotation des cultures.
La forte concentration de nitrates dans l'eau perturbe l'équilibre des écosystèmes aquatiques, réduisant leur biodiversité. En effet, l'excès d’azote dans l’eau nourrit des algues qui ont alors la possibilité de proliférer et d'asphyxier le milieu. En prenant tout l'espace, elles empêchent les plantes d’avoir accès à la lumière et aux minéraux, au détriment de la vie aquatique. C’est ce qu’on appelle l’eutrophisation. Sur le littoral, la prolifération massive d’algues vertes est une manifestation de l'eutrophisation, communément appelée "marée verte". C'est 50 à 60 mille tonnes d'algues qui s'échouent chaque année sur nos côtes et requièrent des opérations de ramassage.
Qu'est-ce que l'eutrophisation ?
Dégradation des Sols et Perte de Fertilité
L’appauvrissement en matière organique des sols est une autre conséquence des engrais synthétiques, provoquant une augmentation de l'érosion et des risques de lessivage. Lorsque seul l’azote minéral est utilisé pour fertiliser les sols, et qu'il n'y a pas d'apport de matières organiques, la structure du sol change et la quantité de carbone diminue progressivement. Les sols s'appauvrissent peu à peu en matière organique et en nutriments, la vie du sol s'atrophie et les plantes développent des carences. Pour pallier cette carence, la surdose d'engrais est tentante pour l'exploitant agricole, ce qui accélère le phénomène. Chaque année, environ 24 milliards de tonnes de sols fertiles sont perdus à cause de l’érosion, aggravée par une utilisation excessive de ces produits. Cette dégradation oblige les agriculteurs à utiliser davantage d’intrants chimiques pour maintenir leurs rendements.
L'Impact sur la Santé Humaine et Animale
L'utilisation massive des engrais, produits fertilisants des récoltes, par épandage ou pulvérisation, présente des risques pour l'environnement (sol, eau, air) mais aussi chimiques et/ou biologiques pour la santé des agriculteurs exposés.
Problèmes Respiratoires et Irritations
La présence de composés azotés dans l’air affecte gravement la santé des citoyens. L'ammoniac est toxique pour ceux qui épandent l'engrais, notamment par temps chaud, sec et sans vent ; l'inhalation provoque l'irritation du nez, de la gorge et des poumons. L'inhalation des gaz libérés par la décomposition thermique du nitrate d'ammonium (oxydes d'azote très toxiques) en milieu confiné provoque une irritation aiguë des voies respiratoires.
Les particules très fines de nitrate d'ammonium (ou de poudres de carbonate de calcium pulvérisé) pénètrent dans les poumons : lors de l'épandage en milieu agricole ou de la remise en suspension depuis les lieux de dépôt ou lors de certaines manutentions, l'inhalation de poussières peut être responsable d'une irritation oculaire, rhino-pharyngée et trachéale, irritation des muqueuses et des voies respiratoires, une toux accompagnée de difficultés respiratoires. Ce type de pénétration se fait par inhalation de poussières, gaz, particules fines émises à la préparation et lors de l'épandage ou la pulvérisation du produit. Ce risque est ainsi fortement présent lors des différentes phases de traitement.
Effets Toxiques et Maladies
Les divers produits fertilisants peuvent causer des lésions sur la peau à l'endroit du contact (rougeurs, irritations, …) par effet irritant. La chaleur et la transpiration accélèrent très souvent ce phénomène. Le principal danger des engrais minéraux chimiques inorganiques vient des composantes azotées, qui sont présentes dans la plupart des engrais. Les nitrates ingérés par déglutition de particules sont dégradés par les bactéries buccales et se transforment en nitrites (NO2). L'ingestion accidentelle de faibles quantités de nitrate d'ammonium peut entraîner des nausées, vomissements, diarrhées, hypertension ou hypotension et, parfois, tachycardie. En dose massive très peu probable en usage professionnel accidentel, ces nitrites peuvent empoisonner le sang en oxydant l'hémoglobine, ce qui engendre des troubles respiratoires (méthémoglobinémie).
Des infections digestives par les salmonelles, les listeria, les escherichia coli, les clostridies, d'autres entérobactéries ou encore par des œufs d'helminthes ou cysticercose (ténia), sont néanmoins possibles suite à l'ingestion accidentelle de particules d'engrais organiques. De même que des infections cutanées secondaires à des blessures septiques ou coupures souillées par de la terre contaminée qui peuvent se surinfecter à cause des germes pathogènes contenus dans les fertilisants organiques (panaris des doigts, furoncles, …).
Dans l’État indien du Pendjab, avec ses vastes zones agricoles, la détérioration de la santé des agriculteurs et de leurs familles est directement liée à l’utilisation d’engrais et de pesticides. Il y a trente ans, on ne sulfatait les champs que deux fois par an.
Risques d'Accidents Majeurs
Outre leur toxicité environnementale et sanitaire, certains engrais solides à base de nitrate d'ammonium sont explosifs dans des conditions particulières. Les risques d'accidents majeurs associés aux engrais sont liés à l'explosion d'engrais à forte teneur en nitrate d'ammonium. Cependant, les ammonitrates présents sur le marché, c'est-à-dire conformes à la réglementation et exempts de contamination par des combustibles ou par des produits incompatibles (chlore, acides, certains métaux…), sont très difficiles à faire détoner. En cas d'incendie, certains engrais sont susceptibles de libérer des gaz toxiques, qui peuvent être de l'ammoniac, des oxydes d'azote, du monoxyde et du dioxyde de carbone. Stocker des engrais présente des risques de chute ou de renversement d'emballage avec fuites ou déversements des produits.
Alternatives et Solutions pour une Agriculture Durable
Pour une transition vers des pratiques agricoles plus respectueuses et durables pour la santé de la planète et de ses habitants, l’utilisation d’engrais organiques ou écologiques devrait être encouragée. Il existe de nombreux moyens de parvenir à une agriculture qui préserve l’environnement et contribue à l’action climatique.
Les Engrais Organiques
Les engrais organiques, composés de matières carbonées, sont assimilés plus progressivement par les plantes. Les micro-organismes du sol doivent agir en les dégradant avant qu’ils puissent être utilisés par la plante. Le fumier, obtenu à partir des excréments d’animaux domestiques et de restes de plantes, est traditionnellement utilisé comme source de matériaux carbonés pour stimuler le développement des cultures. En effet, ils sont dégradés par les micro-organismes du sol et transformés en nutriments minéraux assimilables par les plantes au fur et à mesure de leur incorporation dans le sol. Leur apport de matière organique au sol aide à prévenir la perte de fertilité du sol. Ils contribuent à leur tour à sa porosité et à sa perméabilité, facteurs physiques essentiels pour une rétention d’eau adéquate.
Les engrais organiques qui ajoutent des composés minéraux provenant de sels et de roches sont également plus respectueux de l’environnement car ils ne nécessitent pas de traitement chimique. Le compostage, par exemple, permet de transformer les déchets organiques en engrais naturels. Chaque tonne de compost utilisée évite l’emploi de 50 kg d’engrais chimiques, tout en enrichissant les sols. En système ACS qui privilégie la vie biologique des sols, l’apport d’engrais sous forme organique est à privilégier quand la ressource est disponible. Le lisier peut servir d’engrais starter quand la réglementation le permet et/ou d’apport en végétation grâce à une meilleure portance des sols non travaillés. Le fumier, dont le C/N peut être élevé, sera préférentiellement mis en automne sur un couvert par exemple.
Les Engrais Biologiques
C’est le nom donné aux engrais qui utilisent des micro-organismes vivants pour nourrir les plantes. Ils stimulent les processus biologiques dans les cultures et améliorent leur efficacité en matière d’absorption des nutriments. Alors qu’aucune plante n’est capable de fixer biologiquement l’azote moléculaire par elle-même, il est possible de créer une symbiose avec des micro-organismes, qui décomposent la molécule d’azote stable et forment ensuite de l’ammoniac et des nitrates, dans certaines cultures.
Une technologie révolutionnaire et respectueuse de l’environnement (N-Fix) est actuellement à l’étude. Elle permet aux plantes d’absorber directement l’azote de l’air et de le transformer en ammoniac. La technologie N-Fix y est parvenue en stimulant les plantes par l’introduction de bactéries fixatrices d’azote dans les racines de la plupart des plantes cultivées.
Pratiques Agricoles Durables
Des pratiques agricoles durables comme la rotation des cultures et l’agriculture biologique encouragent les cultures exemptes de résidus d’engrais comme les nitrates. C’était la base de l’agriculture avant le début de la fabrication des engrais synthétiques. Les polycultures ou cultures mixtes encouragent différentes plantes à partager le même espace, ce qui favorise la biodiversité, optimise les ressources, améliore la fertilité des sols et prévient les maladies et les ravageurs.
L’agriculture régénératrice représente une solution clé. Contrairement à l’agriculture intensive, elle vise à restaurer les écosystèmes agricoles tout en réduisant la dépendance aux intrants chimiques. Les pratiques comme le non-labour, qui préserve la matière organique des sols, et les cultures de couverture semées entre deux récoltes principales, renforcent la matière organique des sols, augmentant leur fertilité de 20 % en 10 ans. Ces pratiques réduisent également l’érosion des sols de 60 % et permettent de capter davantage de CO2. De plus, l’agriculture régénératrice favorise la biodiversité. En diversifiant les cultures et en intégrant des pratiques comme la rotation des cultures, elle rend les sols plus résilients face au changement climatique.
Les cultures de couverture, comme la vesce ou la moutarde, enrichissent les sols naturellement tout en limitant l’érosion et la prolifération des mauvaises herbes. Ces pratiques améliorent également la structure des sols, augmentant leur capacité à retenir l’eau et les nutriments. Le non travail du sol tend à concentrer en surface la matière organique qui, en se minéralisant, va libérer des éléments tels que le P, K, Mg, etc. Ainsi les jeunes radicelles se retrouvent automatiquement dans une zone enrichie naturellement en ces éléments mais aussi en activité biologique qui vont faciliter leur absorption.
Gestion Optimale de la Fertilisation
Parmi les mesures à prendre figure l’utilisation d’engrais dans des proportions et une composition adaptées aux besoins de chaque type de culture. Appliquer la bonne quantité d'engrais au bon moment permet de limiter les pertes et donc les émissions. Dans les 8h suivant l’épandage, sans enfouissement, on perd 50% de l’azote ammoniacal par volatilisation. Des mesures précises des émissions agricoles doivent être réalisées sans interrompre la production de base des aliments nécessaires pour nourrir le monde.
L'industrie des engrais synthétiques peut réduire ses émissions de polluants qui altèrent la qualité de l'air en installant un périmètre de capteurs pour surveiller ses émissions de gaz polluants. Il est également souhaitable d’effectuer un suivi en temps réel afin de détecter les moments critiques de la croissance des plantes qui impliquent la libération d’azote dans l’air, laquelle se transformera éventuellement en émissions qui altèrent la qualité de l’air en raison des excédents d’azote émis. Une détection précoce est essentielle pour permettre une alerte au cas où l’un d’eux dépasserait les valeurs préétablies, dans un souci d’aider les gestionnaires à prendre des décisions efficaces.
Les apports d’azote doivent être précoces. Les apports en végétation doivent avoir lieu plus tôt qu’en conventionnel (d’environ 2 semaines). Cette pratique permettant de combler la faible minéralisation de la matière organique. Pour mettre la plantule en conditions optimales, mieux vaut apporter de l’engrais starter au semis. La localisation de la fertilisation autour de la ligne de semis permet d’augmenter significativement la fertilité au niveau des racines des cultures sans avoir à augmenter les apports. Le soufre doit aussi être apporté tôt en retenant le principe de 1 unité pour 2 à 3 unités d’azote.
Témoignages d'Agriculteurs en ACS (Agriculture de Conservation des Sols)
Des agriculteurs adoptent de nouvelles approches. Un agriculteur, travaillant sur des argilo-calcaires superficiels, applique toujours un engrais starter de type 12 - 27 - 0 - 23 à la dose de 80 à 100 kg au semis. Il anticipe les apports et les fractionne moins, visant une pluie après chaque apport pour limiter les pertes par volatilisation. Le premier apport sur céréales a lieu début février avec 100 kg de sulfate d’ammoniaque, complété par 2 apports d’azote liquide. Sur maïs, l'azote est mis sur le couvert deux semaines avant semis sous forme liquide, ou de l'urée est enfouie au semis, avec un starter habituel mélangé à du Patenkali. Cet agriculteur a également mis en place un échange paille/fumier, le fumier étant appliqué avant colza ou sur le couvert avant maïs.
Un autre agriculteur, sur des sables sur argile, a appris à anticiper les apports et à ne pas baisser les doses nécessaires à la culture. Il utilise de la fiente de volaille sur le couvert avant maïs, et de l'urée pour le maïs (150 à 180 unités d’azote) 3 semaines avant le semis. Pour le blé, il apporte l’azote en 2 fois (50 unités mi-février et 100 unités début mars). Il implante également une bande double densité pour mieux piloter le premier apport.
Un éleveur laitier gère 65 vaches laitières et 85 Ha de terre. Il utilise le lisier, ensemencé de bactéries et brassé quotidiennement, avant chaque semis. Il met également un starter au semis de maïs (micro granulés) et 90 à 115 unités d’urée. Sur blé, une centaine d’unités d’azote est apportée en 2 passages, dont le premier dès fin tallage avec la moitié de la dose et du soufre. Ces pratiques, issues de l'expérience terrain, montrent la faisabilité et les bénéfices d'une transition vers des systèmes moins dépendants des engrais synthétiques.