Les engrais sont utilisés dans les cultures afin de garantir une production alimentaire suffisante pour nourrir la population mondiale. Les engrais fournissent des nutriments tels que le potassium, le phosphore et l’azote aux cultures, ce qui leur permet de croître plus rapidement et de produire davantage de nourriture.
L’azote est un ingrédient essentiel à la croissance de tous les êtres vivants de la planète. L’azote est présent tout autour de nous et représente environ 78 % de l’air que nous respirons. Les plantes et les animaux, en revanche, sont incapables d’utiliser l’azote gazeux présent dans l’atmosphère.
Pour prospérer, les plantes ont besoin des composés azotés du sol, qui peuvent être créés naturellement ou obtenus grâce aux engrais. L’utilisation excessive d’engrais, en revanche, entraîne le rejet de gaz à effet de serre nocifs dans l’atmosphère ainsi que l’eutrophisation de nos cours d’eau.
Mais au fait, qu’est-ce qu’un engrais ?
Un engrais est une substance ou un matériau ajouté au sol pour aider les plantes à se développer. Il existe de nombreux types d’engrais différents, mais la majorité d’entre eux contiennent de l’azote (N), du phosphore (P) et du potassium (K). En fait, les engrais achetés en magasin sont étiquetés avec un ratio N-P-K. Les engrais sont utilisés dans le monde entier pour que les pelouses restent vertes et que les zones agricoles produisent davantage de récoltes. Les engrais sont classés en trois catégories :
- Les engrais minéraux (phosphore et potassium) sont extraits de l’environnement et broyés ou traités chimiquement avant d’être utilisés.
- Les excréments d’animaux et les matières végétales ou animales en décomposition sont utilisés pour fabriquer des engrais organiques (fumier et compost).
- L’homme enfin produit des engrais industriels (phosphate d’ammonium, urée et nitrate d’ammonium) par des réactions chimiques.
Si les engrais organiques et minéraux sont utilisés depuis longtemps pour augmenter le rendement des cultures en agriculture, les engrais industriels sont une innovation plus récente. Malgré cela, les engrais industriels sont actuellement les engrais les plus utilisés.
Pourquoi l’azote est-il nécessaire dans les engrais ?
L’azote est un nutriment dont tous les êtres vivants (micro-organismes, plantes et animaux) ont besoin pour se développer. Bien qu’il y ait beaucoup d’azote partout autour de nous (il constitue 78 % de l’air que nous respirons), la majorité de l’azote sur Terre se trouve sous la forme d’un gaz incolore et inodore appelé azote gazeux (N2). Les plantes et les animaux sont malheureusement incapables d’utiliser directement l’azote gazeux.
Nous tirons notre azote de la nourriture que nous mangeons en tant qu’êtres humains. L’azote est abondant dans les repas riches en protéines tels que la viande, le poisson, les noix et les légumineuses. Les plantes tirent l’azote du sol, et la carence en azote est le nutriment qui retarde le plus souvent la croissance des plantes.
Malgré toute cette fixation naturelle de l’azote (le processus de transformation de l’azote gazeux en molécules contenant de l’azote), les faibles niveaux d’azote dans les sols continuent souvent d’entraver la croissance des plantes. La fixation de l’azote peut se produire naturellement par le biais de la foudre, être prise en charge par des microbes spécialisés ou être réalisée de manière industrielle. C’est pourquoi la plupart des engrais contiennent des molécules d’azote et que les engrais industriels sont nécessaires pour produire suffisamment de cultures pour nourrir la population mondiale.
Comment sont fabriqués les engrais industriels azotés ?
Comme indiqué précédemment, la majorité de l’azote sur Terre existe sous forme de gaz azoté, qui est inutile pour les plantes et les animaux. Au début des années 1900, les scientifiques ont découvert un moyen de convertir l’azote gazeux de l’atmosphère en composés contenant de l’azote et pouvant être utilisés pour fertiliser les sols. Le procédé Haber-Bosch est un procédé industriel de fixation de l’azote qui peut être réalisé en laboratoire pour produire des composants d’engrais. Il a été découvert par Fritz Haber et Carl Bosch, et porte leur nom. Le procédé Haber-Bosch fixe la quasi-totalité de l’azote contenu dans les engrais industriels.
Pourquoi utilisons-nous autant d’engrais à base d’azote ?
L’explication rapide est que les engrais contenant de l’azote accélèrent la croissance des cultures et augmentent leur rendement. Une terre fertilisée produit davantage de nourriture, ce qui permet d’utiliser les terres agricoles de manière plus efficace. En réalité, l’une des principales raisons pour lesquelles la population de la Terre a augmenté si rapidement au cours des 60-70 dernières années est l’arrivée des engrais industriels.
Mais que devient l’azote de nos engrais ?
Les cultures l’absorbent, bien sûr ! Malheureusement, l’histoire ne s’arrête pas là. Si les engrais améliorent la croissance et la vitesse des cultures, la moitié de l’azote que nous ajoutons est perdue. L’azote perdu peut être libéré dans l’atmosphère ou lessivé du sol vers les cours d’eau tels que les eaux souterraines, les ruisseaux, les lacs, les rivières et les océans. Cette perte d’azote génère une série de problèmes environnementaux.
L’azote des engrais qui n’est pas absorbé par les plantes peut être lessivé dans le sol. L’azote peut être lessivé du sol et s’infiltrer dans les cours d’eau, soit en surface (lacs, ruisseaux, rivières ou mers), soit dans les eaux souterraines. Le lessivage de l’azote dans les habitats aquatiques peut provoquer une prolifération d’algues nuisibles et l’eutrophisation des cours d’eau. Certaines bactéries sont capables de transformer l’azote des engrais en une série de gaz contenant de l’azote. Ces gaz azotés peuvent ensuite être libérés dans l’atmosphère sous forme de gaz à effet de serre.
L’azote est donc un problème environnemental majeur !
Certains micro-organismes du sol peuvent convertir l’azote des engrais en gaz contenant de l’azote, comme l’oxyde nitreux, qui est libéré dans l’atmosphère sous forme de gaz à effet de serre (N2O). Les gaz à effet de serre sont des gaz qui piègent la chaleur dans l’atmosphère, de la même manière que le toit d’une serre piège la chaleur pour protéger les plantes qui poussent à l’intérieur du gel et du froid. sont l’une des principales causes du réchauffement de la planète. Le protoxyde d’azote a un potentiel de réchauffement 300 fois supérieur à celui du dioxyde de carbone, le gaz à effet de serre le plus connu (CO2).
L’ajout de nutriments externes (tels que l’excès d’azote) dans les cours d’eau est connu sous le nom d’eutrophisation. L’eutrophisation est une modification de l’état nutritionnel d’un environnement induite par l’entrée de grandes quantités de nutriments (azote ou phosphore) dans les cours d’eau (lacs, rivières ou océans). La prolifération d’algues nuisibles et la destruction de la vie aquatique en sont deux conséquences majeures. L’eutrophisation, comme la fertilisation des sols, est une fertilisation indésirable d’un cours d’eau qui stimule la croissance des microbes, des algues et des plantes.
Cependant, comme les espèces aquatiques ne peuvent exister sans oxygène, la croissance rapide des bactéries et des plantes peut épuiser l’oxygène dans ces cours d’eau, les transformant en zones dites mortes. Lorsque les cyanobactéries et les algues se développent très rapidement en raison des grandes quantités de nutriments (azote ou phosphore) présents dans les eaux où elles vivent, on parle d’eutrophisation. Lorsque les cyanobactéries et les algues se développent très rapidement en raison de la présence de grandes quantités de nutriments (azote ou phosphore) dans les eaux où elles vivent, on parle de prolifération d’algues nuisibles. Les toxines sont libérées dans les cours d’eau par ces cyanobactéries et ces algues.
Bien que nous ayons besoin d’azote dans nos sols agricoles grâce aux engrais, nous ne voulons pas d’azote supplémentaire dans notre atmosphère ou nos cours d’eau. Cela signifie que nous devons peser les avantages de la fertilisation azotée (plus de nourriture) contre les inconvénients d’une fertilisation excessive (préoccupations environnementales) [1, 2]. Les scientifiques tentent d’atteindre cet équilibre afin d’améliorer notre situation actuelle.
