Azote : à la recherche de la bonne dose

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juin 2018
Dans les cultures de céréales, l’azote est utilisé comme fertilisant. En excès dans les sols, il est néfaste pour la biodiversité.
Alexis Chézière

Le cycle de l’azote est perturbé. Les spécialistes se réunissent à Rennes.

Venus du monde entier, des chercheurs spécialistes de l’azote se réunissent à Rennes(1), du 25 au 27 juin. Ils s’intéressent à un processus moins connu que le cycle de l’eau, ou celui du carbone, mais aussi important : le cycle de l’azote. Ce composé (symbolisé “N” pour “nitrogen”) est présent partout : il compose 80 % de l’atmosphère. L’azote circule sous différentes formes entre l’air et le sol. Mais ce cycle naturel est perturbé. Pour l’équilibre des écosystèmes, c’est aussi grave que la perturbation du cycle du carbone, liée au réchauffement climatique.

Indispensable aux plantes

« Tous les organismes vivants, les plantes et les animaux, ont besoin d’azote », explique Patrick Durand, directeur de recherche à l’Inra de Rennes et coorganisateur du colloque. Cet élément indispensable n’est pas facilement assimilable par les plantes. Des bactéries du sol doivent d’abord le rendre “biodisponible” : l’azote transformé s’associe alors avec des éléments chimiques, tel que l’hydrogène ou l’oxygène, pour former des composés dont la plante a besoin. Sans cet azote, il n’y aurait pas de protéine végétale ni animale ! Dans ce cycle, on trouve de l’azote atmosphérique (N2). Lorsqu’il s’associe à d’autres molécules dans le sol, cela donne de l’ammoniaque (NH3), des nitrites (NO2-) ou encore des nitrates (NO3-).

Depuis le siècle dernier, les engrais azotés améliorent les rendements des plantes. Plus elles disposent d’azote, plus elles poussent. C’est le cas des céréales, par exemple. Au contraire, les légumineuses (soja, luzerne, pois, trèfle) ont la particularité de capter directement l’azote de l’atmosphère, grâce à des microorganismes fixés sur leurs racines. Elles sont donc un véritable engrais naturel.

Les nitrates

Problème, les engrais ont augmenté le flux d’azote qui circule dans l’environnement. L’azote, aujourd’hui en excès, est néfaste pour la biodiversité et la santé humaine. Dans les élevages, les animaux se nourrissent d’aliments riches en azote. Une partie est intégrée dans le lait, la viande ou les œufs. Le reste se retrouve dans les déjections de l’animal. L’épandage du lisier laisse alors l’azote s’échapper dans l’atmosphère : du protoxyde d’azote (N2O) se volatilise.

« Ce gaz à effet de serre est problématique, poursuit l’agro-hydrologue Patrick Durand. Il a des effets 300 fois supérieurs à ceux du carbone. » Dans le sol, l’excès d’azote non assimilé par les cultures (les nitrates) peut être entraîné par ruissellement, lors de fortes précipitations. Au final, il provoque la prolifération d’algues vertes sur le littoral.

Maximiser le recyclage

Les pratiques agricoles en Bretagne ont généré des surplus d’azote. Les élevages étant très nombreux, l’épandage de lisier est important.

« Les sols sont filtrants et les nappes phréatiques sont peu épaisses : elles concentrent assez vite l’azote qu’elles reçoivent. »

Confrontée à ce problème depuis les années 1980, la Bretagne est cependant la région qui présente le meilleur progrès en termes de reconquête de la qualité de l’eau. « En quinze ans, la concentration moyenne de l’azote dans les eaux de rivières a diminué de plus de 30 % », souligne Patrick Durand. Les chercheurs préconisent une meilleure gestion des déjections animales, une réintégration des légumineuses dans les cultures et une couverture végétale continue. Ces pratiques seront abordées lors du colloque à Rennes. « Il faut maximiser le recyclage, revenir aux processus naturels et favoriser l’utilisation de l’azote par les plantes. Des actions sont possibles autour de ces trois piliers », conclut Patrick Durand.

Fertiliser le sol sans excès
Alexis Chezière

Laure Beff, Thierry Morvan (à gauche), et Yvon Lambert, de l'Inra et de la Chambre régionale d'agriculture, ont estimé la production naturelle d'azote dans les champs.

Les chercheurs ont estimé la production naturelle d’azote dans 140 parcelles en Bretagne.

Face à l’excès d’azote dans l’environnement, une question s’impose : quelle dose précise apporter aux cultures ? Pour y répondre, les chercheurs de l’Inra développent aujourd’hui un outil numérique. Lorsque la matière organique du sol se décompose, elle produit de l’azote (lire ci-contre). Il est analogue à celui des engrais. En Bretagne, ce processus naturel produit plus de la moitié de l’azote nécessaire aux plantes. Pour mieux raisonner la fertilisation, il faut tenir compte de cet apport du sol ! C’est l’objectif de cet outil, qui est conçu pour les agriculteurs.

Un nouveau modèle

Les préconisations actuelles sont basées sur des grilles de références, établies par le Groupe régional d’expertise nitrates. Cette approche n’est pas assez précise, car elle prend uniquement en compte l’historique de la parcelle : la succession de cultures et les apports de fertilisants. Un nouveau modèle vient d’être développé par l’Inra de Rennes et la Chambre régionale d’agriculture de Bretagne. Il permet d’estimer la quantité d’azote produit par le sol en considérant trois variables : non seulement l’histoire de la culture, mais aussi le type de sol et le climat.

Depuis 2017, les chercheurs mènent des expériences sur le terrain pour s’assurer de la qualité de leur modèle. « Grâce à une série de questions, l’agriculteur pourra déterminer le type de sol de sa parcelle, explique Laure Beff, ingénieure de recherche à l’Inra de Rennes et coresponsable du projet. Cela permet une meilleure estimation de la minéralisation de la matière organique. » En cliquant sur une carte, l’exploitant agricole disposera des informations nécessaires pour mieux gérer la fertilisation azotée de ses sols.

Un réseau de parcelles

« Pour mettre au point ce modèle, il a fallu recueillir un grand nombre de données, poursuit Laure Beff. Nous avons sélectionné près de 140 parcelles réparties sur l’ensemble de la région. » Ces parcelles étaient soit en rotation avec des prairies, de la jachère ou des légumes, soit en culture annuelle. Elles sont représentatives de la diversité régionale des sols et des pratiques. Un suivi a été effectué sur ce réseau de parcelles pendant 5 ans, jusqu’à fin 2014.

« Cultivées en monoculture de maïs, elles n’ont reçu aucune fertilisation azotée et ont été laissées en sol nu pendant l’hiver. Nous avons pu mesurer la minéralisation de l’azote organique du sol. » Un indicateur de l’historique de la culture sur 15 ans a même été calculé. La variabilité climatique a aussi été intégrée au modèle.

Cet outil numérique est intitulé Sol-AID. Il sera présenté lors du colloque international sur l’azote, à Rennes. Une première version sera disponible à la fin de l’année.

Renseignements encadré : 
Laure Beff tél. 02 23 48 53 11 laure.beff@inra.fr

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Marion Guillaumin

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