L'agriculture contemporaine se trouve à un carrefour historique. Dans un contexte de population croissante d’après seconde guerre mondiale, le défi majeur des acteurs des champs était de “nourrir le monde”. Les recherches sur les armes chimiques pendant les guerres ont par la ensuite contribué à celles sur les fertilisants minéraux. De même les avancées mécaniques pendant la guerre ont considérablement accéléré l’arrivée des tracteurs. Dès lors et ce pendant un demi-siècle, les rendements agricoles connaissent une hausse continue. Pour exemple, le rendement du blé français passe de 15q/ha en 1945 à 70q/ha cinquante ans après. C’est au début du XXe siècle qu’apparaissent les premiers fertilisants azotés minéraux, synthétisés par l'industrie chimique : sulfate d'ammonium en 1913, nitrate d'ammonium en 1917 (procédé Haber-Bosch), urée en 1922.
Un siècle plus tard, l’agriculture et la sylviculture représentent 19% des émissions françaises de gaz à effet de serre, dont presque 40% sont issues de la fertilisation des cultures. Ainsi ces activités impactent la qualité des sols, la santé humaine et la biodiversité. En outre, l’agriculture est devenue très dépendante des engrais de synthèse. Selon l’INRAE, la France est le 7e consommateur d’engrais minéraux dans le monde, avec environ 3,5 millions de tonnes d’éléments fertilisants consommés chaque année, représentant environ 2% du marché mondial. L’agriculture française ne dépend pas uniquement de la fertilisation minérale, puisque celle-ci ne représente que 45% de la fertilisation totale, contre 55% pour les fertilisants organiques.
Les Fondements de l'Agriculture Régénératrice et la Matière Organique
L’agriculture régénératrice, aussi appelée agriculture régénérative, prend alors le contre-pied des pratiques de l’époque. Ses 5 piliers sont : la couverture maximale du sol, la diversification et allongement des rotations culturales, la réduction du travail du sol, la réintégration de l’élevage et de l’agroforesterie et enfin la stimulation de la fertilité naturelle des sols en favorisant les apports d’engrais dits naturels ou organiques (fumier, compost etc..) plutôt que les engrais de synthèse.
La fertilisation organique permet d’apporter les éléments nutritifs nécessaires aux micro-organismes et à la plante. L’épandage de produits résiduaires organiques (PRO) ou l’introduction de légumineuses dans le système de culture (culture intermédiaire ou culture principale) permettent ces apports de matière organique. Les PRO regroupent les effluents d’élevage, les effluents agro-industriels (vinasses de sucrerie de betterave…) et les effluents urbains (boues de station d’épuration, composts de déchets urbains…). D’après l’Ademe, en 2018 : 94% des matières fertilisantes d’origines résiduaires épandues correspondent aux effluents d’élevage, soit 685 millions de tonnes ; 73% des boues de station d’épuration sont épandues (dont 31% après compostage) ; 35% des déchets industriels organiques sont épandus (dont 8% après compostage).
Contrairement à la fertilisation minérale, tous les éléments nutritifs ne sont pas directement assimilables pour la plante. Une partie de la matière organique se dégrade par les micro-organismes du sol au cours des mois, d’années. La matière organique est constituée de matière minérale et de matière organique. Cette dernière correspond à une partie stable, l’humus, et une partie labile, la fraction dégradable.
Intérêts Comparatifs : Fertilisants Organiques versus Minéraux
Les avantages des fertilisants organiques sont multiples par rapport aux fertilisants de synthèse. D’un point de vue agronomique, certains fertilisants organiques possèdent un effet dit “amendant” que les fertilisants minéraux ne peuvent apporter. En s’associant à l’argile, les matières organiques accroissent la stabilité du sol et retiennent l’eau et de nombreux éléments nutritifs. La porosité du sol est améliorée, l’eau et l’air circulent mieux dans le profil du sol colonisé par les racines. Ainsi le sol est enrichi et la vie biologique du sol est également favorisée.
D’un point de vue environnemental, les fertilisants organiques limitent les pertes par lixiviation par la libération progressive des éléments nutritifs. Néanmoins, les ions nitrates et phosphates peuvent être transférés vers les eaux souterraines s’ils ne sont pas assimilés. Sur le plan économique, l'utilisation de PRO permet une indépendance vis-à-vis des industries chimiques. Contrairement au prix des engrais minéraux azotés, le prix des fertilisants organiques n’est pas corrélé à celui du gaz. L’union des industries de la fertilisation (UNIFA) estime que le gaz naturel représente aujourd’hui plus de 50 % du prix de vente d’un engrais azoté.
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Dynamique des Nutriments et Micro-organismes
La fertilisation organique apporte notamment des cations (Ca2+, Mg2++, K+) fixés au complexe argilo-humique. Les poils absorbants des plantes prélèvent ensuite ces éléments pour la croissance. L’élément le plus limitant reste l’azote pour la croissance et le maintien de la plante. Les apports de carbone issus de la matière organique ne sont pas directement essentiels à la plante mais le sont au bon fonctionnement des micro-organismes. Ces derniers rendent alors assimilable l'azote essentiel à la plante.
Le coefficient d'équivalence engrais (Keq) permet d’exprimer l'efficacité d'un engrais organique par rapport à un engrais minéral de référence. Par exemple, si est réalisé un apport de 100 unités d’azote de fumier de volaille, alors il est supposé que l’azote minéral assimilable par la plante est entre 10 et 20 unités. Les fientes et lisiers ont une valeur fertilisante azotée importante mais une valeur amendante faible. Les fumiers, quant à eux, offrent une valeur fertilisante azotée faible et une valeur amendante moyenne. Les digestats de méthanisation présentent une valeur fertilisante et amendante élevée, tandis que les composts sont reconnus pour leur valeur amendante élevée avec une très faible disponibilité immédiate de l’azote.
La Matière Organique comme Pilier de la Fertilité du Sol
L’un des composants essentiels des engrais organiques est la matière organique, qui est en quelque sorte l'« âme » des engrais organiques et joue un rôle irremplaçable dans les sols et les cultures. Une abondance de matière organique dans le sol peut améliorer considérablement sa structure. Elle agit comme un liant, favorisant la formation d’agrégats à partir des particules de sol, augmentant ainsi sa porosité et, par conséquent, sa perméabilité à l’air et sa capacité de rétention d’eau.
L’humus assure plusieurs fonctions : il sert de réservoir d’éléments nutritifs, augmente la capacité de rétention d’eau (jusqu’à 90 % de son poids), contribue à la formation d’agrégats stables, améliore la capacité d’échange cationique et accroît l’activité biologique du sol. En agriculture biologique, la nutrition des plantes repose sur une bonne gestion de l’humus. Le brûlage des résidus organiques et de la biomasse morte constitue un crime contre l’environnement, car il entraîne la perte de carbone, d’azote et de soufre.
Stratégies de Gestion et Valorisation des Ressources Locales
La majorité des agricultrices et agriculteurs sont loin d’exploiter le potentiel de production à la ferme d’intrants organiques pour le sol. Pour assurer la viabilité à long terme de l’exploitation, il peut être essentiel de connaître les potentiels des ressources propres à la ferme. L'identification des sources locales de biomasse (fumier animal, résidus de récolte, engrais verts, déchets de transformation) est une étape clé pour augmenter l’apport de matières organiques aux sols.
La culture d’engrais verts consiste à faire pousser des plantes essentiellement dans le but d’incorporer leur biomasse dans le sol. Ils constituent une source importante de nourriture pour les organismes du sol et, par conséquent, de nutriments pour la culture suivante. Ils jouent un rôle clé en agriculture biologique en tant qu'alternative bon marché aux engrais achetés. Bien que l'eau puisse être un facteur limitant dans les climats arides, les engrais verts nécessitent généralement beaucoup moins d’eau que la production de compost.
Caractérisation Chimique et Humification
La matière organique du sol est un complexe dynamique. On distingue :
- La matière organique vivante : biomasse en activité, turnover de 6 mois à 3 ans.
- La matière organique facilement décomposable : turnover de 2 à 30 ans, participe le plus à la fertilité chimique.
- La matière organique stable : temps de résidence supérieur à 30 ans, humification, acides humiques, humines.
La minéralisation de la matière organique, fraîche ou humifiée, libère des éléments indispensables à la croissance des plantes et compense en partie leurs exportations par les récoltes. Le rapport « carbone sur azote » (C/N) de la matière organique donne une bonne indication de son aptitude à minéraliser ; il atteint des valeurs > 20 dans les sols qui minéralisent mal. Un rapport C/N de 10 est considéré comme correct pour un sol agricole.
Impacts Climatiques et Durabilité
L’utilisation d’engrais organiques contribue de manière significative à la réduction des émissions de gaz à effet de serre. La production d’engrais chimiques nécessite de grandes quantités d’énergie et émet une quantité considérable de CO2 et d’oxydes d’azote. En les remplaçant par des engrais organiques, la dépendance à l’égard des combustibles fossiles est réduite et ces émissions sont minimisées. De plus, les engrais organiques améliorent la matière organique du sol, ce qui favorise la séquestration et le stockage du carbone, contribuant ainsi à atténuer le changement climatique. En favorisant la nutrition ainsi que la régénération des sols, en augmentant la capacité de rétention en eau et en stimulant l’activité biologique, la fertilisation organique garantit un sol vivant et productif.