L’agriculture contemporaine repose sur un pilier fondamental : la fertilisation minérale. Depuis le milieu du XIXème siècle, l’apparition des engrais de synthèse, couplée à l’évolution des pratiques agricoles, à la génétique et à l’utilisation des produits phytosanitaires, a permis une augmentation considérable des rendements et donc de la production agricole mondiale. À l’échelle internationale, en 2022, 109 millions de tonnes d’azote (N), 44 millions de tonnes de phosphore (P) et 35 millions de tonnes de potassium (K) ont été appliquées sur les terres agricoles, soit six fois plus qu’en 1961. La part de ces nutriments provenant d’engrais synthétiques est de plus en plus importante. L’agriculture mondiale est ainsi devenue fortement dépendante de la disponibilité des engrais de synthèse et l’Union européenne, comme la France, n’échappe pas à la règle.
Cependant, cette dépendance engendre des conséquences environnementales majeures. Les engrais chimiques sont des produits synthétiques fabriqués à partir de matières premières chimiques et conçus pour fournir rapidement de l’azote, du phosphore et du potassium aux plantes. Si leur efficacité productive est indéniable, leurs impacts négatifs sur l’environnement et la santé humaine sont documentés : pollution de l’eau, perte de biodiversité, eutrophisation des masses d’eau et émission de gaz à effet de serre (GES).
Les mécanismes d'émission de gaz à effet de serre
Au-delà des enjeux économiques, les engrais contribuent de façon non négligeable au réchauffement climatique. Ils représentent 5% des émissions de gaz à effet de serre dans le monde, soit autant que le secteur aérien. Pour comprendre l’impact global des fertilisants sur le climat, l’émission et l’absorption de GES doivent être évaluées à chaque étape de la vie d’un engrais. L’empreinte carbone d’un engrais représente la somme des gaz à effet de serre produits et consommés tout au long de son cycle de vie.
La fabrication : un processus énergivore
La production des engrais de synthèse, notamment des engrais azotés, est principalement réalisée à partir de gaz naturel. Les usines se trouvent la plupart du temps dans des pays producteurs (Chine, Russie, États-Unis, Égypte, etc.). Les prix des engrais, et donc de l’alimentation, sont ainsi fortement liés au prix du gaz.
Selon la zone géographique, la part des émissions liées à la fabrication varie entre 30 et 50% des émissions totales. Les engrais sont produits à partir de quatre produits chimiques primaires : l’ammoniac, l’acide sulfurique, l’acide phosphorique et le chlorure de potassium. La production d’ammoniac synthétique, basée sur la réaction d’Haber-Bosch, requiert à la fois de l’énergie fossile et de l’hydrogène, générant directement des émissions de protoxyde d’azote. Le résultat est très hautement carboné : en moyenne 5 kgCO2e / kg d’ammoniac. La fabrication d’ammonitrate en Chine avec du charbon émet trois fois plus de GES que le même produit fabriqué en Europe.
L’utilisation au champ : le rôle du protoxyde d’azote
Si le rôle du méthane dans les émissions agricoles est bien connu, c’est moins le cas du protoxyde d’azote (N2O). Ce gaz émis par volatilisation lors de l’épandage d’engrais azoté possède un potentiel de réchauffement environ 270 fois plus important que le CO2.
Lors de l’épandage, différentes réactions chimiques génèrent des émissions dans l’air, l’eau et le sol :
- Émissions directes : Liées au processus de dénitrification, elles représentent près de 80% des émissions liées à l’usage des engrais.
- Émissions indirectes : Liées aux processus de lessivage et de volatilisation.
En système grandes cultures, le N2O représente un levier primordial pour réduire les émissions de GES du secteur, bien plus efficace que la réduction de la consommation de GNR, dont la part totale dans les émissions agricoles ne dépasse pas les 10 %.
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Impacts environnementaux et sanitaires
L’utilisation intensive d’engrais chimiques pose plusieurs problèmes systémiques. L’excès de ces substances peut avoir des conséquences graves sur notre environnement, en contribuant à la pollution et au changement climatique.
Dégradation des ressources en eau et des écosystèmes
Le lessivage des engrais chimiques dans le sol entraîne la contamination des nappes phréatiques. Les nitrates et phosphates qui ne sont pas absorbés par les végétaux se dissolvent dans l’eau et s’infiltrent dans les aquifères. En France, 70 % des nappes phréatiques contiennent des niveaux élevés de nitrates. Lorsqu’ils atteignent les milieux aquatiques, ces nutriments provoquent des « efflorescences algales ». À leur mort, ces algues consomment l’oxygène dissous, créant des zones hypoxiques ou mortes où la faune marine ne peut survivre.
Détérioration de la biodiversité et de la qualité de l’air
La fabrication et l’épandage libèrent des polluants atmosphériques comme les particules fines (PM) et les oxydes d’azote (NOx), causant des problèmes respiratoires chez l’humain. Par ailleurs, l’utilisation intensive nuit à la biodiversité : l’excès de nutriments favorise certaines espèces végétales au détriment d’autres, provoquant un déséquilibre écologique. Enfin, l’utilisation d’engrais altère l’équilibre biologique du sol en tuant ou en réduisant la population des micro-organismes bénéfiques (bactéries et champignons), ce qui rend les plantes plus sensibles aux maladies et aux parasites.
Stratégies de réduction et alternatives durables
Face à ces défis, il est impératif de modifier les pratiques de fertilisation. La méthode « Label Bas Carbone » (LBC) grandes cultures prévoit des leviers pour réduire ces émissions en jouant sur les formes d’engrais et les méthodes d’application.
L’innovation dans les intrants
Pour réduire les émissions de N2O, l’une des solutions est l’utilisation d’urée protégée ou inhibée. La méthode LBC prévoit un gain de 317 kgeqCo²/ha/an en cas d’utilisation d’un inhibiteur de nitrification. La transformation de la forme uréique vers l’ammonium se fait plus lentement, rendant l’azote disponible sur une plus longue durée. L’utilisation d’ammonitrate en lieu et place de l’urée est également reconnue, avec une réduction des émissions de l’ordre de 114 kgeqCO²/ha/an pour la substitution de 100kgN.
Vers une agriculture régénératrice
L’agriculture régénératrice vise à restaurer les écosystèmes agricoles tout en réduisant la dépendance aux intrants chimiques. Le compost, le fumier ou les amendements organiques peuvent remplacer partiellement les engrais minéraux, tout en améliorant la vie biologique des sols.
Les pratiques clés incluent :
- Le non-labour : Préserve la matière organique des sols et augmente leur fertilité de 20 % en 10 ans.
- Les cultures de couverture : Semées entre deux récoltes, comme la vesce ou la moutarde, elles enrichissent les sols naturellement tout en limitant l’érosion de 60 %.
- La rotation des cultures : Diversifie les ressources et rend les sols plus résilients face au changement climatique.
Chez Defeder, l'approche se concentre uniquement sur des engrais 100% écologiques et écoviables pour l’agriculture et l’alimentation animale, illustrant la transition vers des produits naturels qui ne contiennent pas de composés toxiques.
Pilotage et sensibilisation
La réduction de l’apport d’engrais minéral azoté entraîne une diminution des émissions de CO2 chiffrée à 12,7kgeqCO²/kgN. Pour y parvenir, les agriculteurs peuvent ajuster le calcul de dose prévisionnel en fonction d’objectifs de rendement réalisables, prendre en compte les conditions climatiques pour le déclenchement des apports, ou utiliser des outils de pilotage et de modulation intraparcellaire. L’accompagnement par des structures comme le CerFrance Vendée, via des diagnostics carbone (CAP2ER, SysFarm), devient un levier incontournable pour sensibiliser les producteurs à l’importance du N2O et à l’optimisation de leurs pratiques.