L'azote constitue un pilier fondamental de la production agricole mondiale, agissant à la fois comme un moteur indispensable à la croissance végétale et comme un défi environnemental majeur. Coûteux à produire, aussi bien pour l'industrie que pour le monde vivant, l'azote est souvent le premier élément minéral limitant le niveau de production. Sa gestion est au cœur d'un équilibre complexe entre la nécessité de nourrir une population croissante et l'impératif de préserver la qualité des milieux.
La nature de l'azote dans le cycle agricole
Dans le monde végétal, les légumineuses (soja, arachide, haricot, pois) font figure d’exception : elles ont la capacité de fixer l’azote contenu dans l’air (N2) et le transformer en azote minéral grâce à une symbiose avec des rhizobiums au niveau des nodosités. Cependant, pour la grande majorité des cultures, l'azote doit être absorbé via les racines sous forme minérale, principalement en nitrates (NO3-) ou en ammonium (NH4+).
L'azote est présent dans le sol majoritairement sous forme organique (associé au carbone), au sein de la matière organique stable (humus). Il ne peut être absorbé par la plante que s'il est minéralisé. Cette minéralisation, essentielle, se fait naturellement grâce aux êtres vivants du sol (bactéries, vers de terre). Pour le bon fonctionnement de cette réaction, il faut de l'air, de l'eau et de la chaleur. C'est comme les animaux qui ont besoin de respirer pour brûler du sucre et de la graisse.
Les mécanismes de transformation et les risques de pertes
L'azote minéral est très peu retenu dans le sol. Les ions assimilables par les racines sous la forme NO3- (nitrates) ne sont pas retenus par la CEC (Capacité d'Échange Cationique), générée par le complexe argilo-humique chargé négativement. En revanche, le cation ammonium (NH4+) peut être adsorbé sur la CEC, bien que sa forme soit moins mobile.
La lixiviation, volatilisation et dénitrification
Pour limiter les pertes par lixiviation (communément appelées lessivage), il est essentiel de "recycler" l'azote. Alors que sur un sol nu, l'eau entraîne les nitrates sans difficultés, un couvert végétal retiendra l'azote en le pompant par ses racines. La dénitrification, quant à elle, a lieu lorsque les micro-organismes manquent d'oxygène, souvent lors de la stagnation de l'eau et du compactage du sol.
La volatilisation de l'ammoniac gazeux peut être abondante, surtout dans les sols à pH élevé et en sol sec. Elle est beaucoup plus importante avec les effluents d'élevage : 10 à 90 % de l'azote ammoniacal contenu dans les fumiers et les lisiers peuvent se volatiliser. L'hydrolyse de l'urée par les enzymes du sol convertit l'urée en ammonium et en CO2, provoquant une augmentation locale du pH qui favorise cette perte.
Comment limiter les pertes d’azote par volatilisation ammoniacale ? - ARVALIS-infos.fr
Influence des caractéristiques pédoclimatiques
La vitesse à laquelle l’azote contenu dans la matière organique du sol est libéré dépend du type de sol et de la température :
- Proportion de sable : Une proportion élevée induit une minéralisation rapide car l'air circule intensément.
- Proportion de silt : Optimal pour la circulation de l'air, le stockage de l'eau et la restitution aux plantes.
- Proportion d'argile : Les nombreuses pores fines ne permettent pas une circulation intensive de l'air, ce qui peut freiner la capacité des microorganismes à minéraliser les éléments nutritifs.
- Température et climat : Dans les régions caractérisées par une température moyenne annuelle de moins de 8 °C, les sols tendent à amasser la matière organique, les microorganismes n'y étant pas aussi actifs.
Stratégies de fertilisation et innovation
Parler de fertilisation azotée, c’est prendre en considération de manière indifférenciée les multiples formes d’engrais disponibles. Les formes les plus utilisées en Europe sont les ammonitrates, l’urée et la solution azotée. L’ammonitrate se distingue nettement par sa capacité à améliorer la qualité des récoltes et le rendement, grâce à sa disponibilité immédiate.
L'apport technologique
Des entreprises comme TIMAC AGRO ont développé des technologies disruptives, telles que N-Process, pour répondre aux enjeux de l'utilisation de l'azote. La recherche, en lien avec les observations terrain, permet de déterminer les apports à privilégier, la manière de protéger ces apports et les mécanismes d’assimilation à stimuler.
Les enjeux environnementaux et la cascade de l'azote
D’après Giles (2005), l’azote est la troisième menace pour notre planète, après la perte de biodiversité et le changement climatique. Le concept de "cascade de l'azote" définit le transfert séquentiel de l'élément dans les systèmes environnementaux, s'accompagnant de transformations en différentes formes réactives (NH3, NOx, N2O, NO3-).
- Qualité des eaux : La pollution par les nitrates est à l'origine de phénomènes d'eutrophisation.
- Qualité de l'air : Les émissions de NOx et d'ammoniac provoquent la formation de particules secondaires dommageables pour la santé.
- Effet de serre : Les émissions de protoxyde d'azote (N2O), issues de la fertilisation des cultures et de la gestion des effluents, ont un impact climatique majeur.
Vers une gestion durable : objectifs et pratiques
Depuis l'an 2000, la situation a évolué. Si le volume des aliments importés a augmenté, la quantité d'engrais minéraux épandus a baissé. Les objectifs environnementaux, notamment en Suisse, visent une réduction drastique des fuites d'azote. Par exemple, le Conseil fédéral s'est fixé pour objectif de réduire les pertes d'azote dans l'environnement de 15 % d'ici 2030 par rapport à 2014/2016.
Pratiques agronomiques recommandées
- Gestion des couverts : Utiliser des couverts végétaux pour pomper l'azote résiduel avant le lessivage hivernal.
- Travail du sol : Éviter un excès de travail qui libère trop d'azote à des périodes où les plantes ne peuvent pas le capter, tout en veillant à la structure du sol pour éviter le compactage.
- Apports raisonnés : Fournir l'azote au moment opportun et à la juste dose pour assurer une nutrition optimisée.
- Diagnostic : Utiliser des méthodes comme le test bêche ou le profil cultural pour diagnostiquer les tassements et assurer un enracinement optimal, garantissant ainsi une meilleure exploration du sol par les racines.
La gestion de l'azote reste une discipline de précision. Bien que la composante biologique soit encore complexe à modéliser, la maîtrise des composantes physiques et chimiques du sol permet aujourd'hui aux agriculteurs de concilier productivité et respect des écosystèmes.