Alors que la pollution par le carbone fait tous les gros titres pour son rôle dans le changement climatique, la pollution par l’azote est sans doute un problème plus difficile. D’une manière ou d’une autre, nous devons cultiver plus de nourriture pour nourrir une population en expansion tout en minimisant les problèmes liés à l’utilisation d’engrais azotés.
Pour la seule Europe, les coûts de la pollution azotée pour l’environnement et la santé humaine sont estimés à 70-320 milliards d’euros par an.
Les émissions d’azote telles que l’ammoniac, l’oxyde d’azote et les oxydes nitreux contribuent aux particules et aux pluies acides. Celles-ci provoquent des problèmes respiratoires et des cancers chez les personnes et endommagent les forêts et les bâtiments.
Les gaz azotés jouent également un rôle important dans le changement climatique mondial. L’oxyde nitreux est un gaz à effet de serre particulièrement puissant car il est plus de 300 fois plus efficace pour piéger la chaleur dans l’atmosphère que le dioxyde de carbone.
L’azote provenant des engrais, des effluents du bétail et des eaux usées humaines stimule la croissance des algues et provoque la pollution de l’eau. La facture des dommages causés à la Grande Barrière de Corail, estimée à 8,2 milliards de dollars australiens, nous rappelle que nos choix sur la terre ont de grandes répercussions sur la terre, l’eau et l’air en aval.
L’azote perdu nuit également aux agriculteurs, car il représente une réduction de la croissance potentielle des cultures ou un gaspillage d’engrais. Cet impact est plus aigu pour les petits exploitants agricoles des pays en développement, pour qui les engrais azotés représentent souvent le coût le plus important de l’agriculture. La baisse de production due à la perte d’azote peut représenter jusqu’à 25% du revenu du ménage.
La solution au défi de l’azote devra provenir d’une combinaison d’innovation technologique, de politique et d’action des consommateurs.
L’ingrédient essentiel
L’azote est un élément constitutif essentiel des acides aminés, des protéines et de l’ADN. La croissance des plantes en dépend ; les animaux et les personnes en obtiennent en mangeant des plantes ou d’autres animaux.
Le gaz d’azote (N₂) constitue 78% de l’air, mais il ne peut pas être utilisé par les plantes. Les engrais sont généralement fabriqués à partir d’ammoniac, une forme d’azote que les plantes préfèrent.
Un siècle après que le développement du procédé Haber-Bosch nous ait donné un moyen de fabriquer des engrais azotés, notre demande en la matière n’a pas encore plafonné.
L’utilisation d’engrais azotés est passée de 11 millions de tonnes en 1961 à 108 millions de tonnes en 2014. Comme les niveaux de dioxyde de carbone continuent d’augmenter dans l’atmosphère, certaines plantes, comme les céréales, demanderont probablement aussi plus d’azote.
En fait, l’azote provenant des engrais représente maintenant plus de la moitié des protéines de l’alimentation humaine. Pourtant, environ 50% de l’azote appliqué est perdu dans l’environnement dans le ruissellement de l’eau des champs, les déchets animaux et les émissions de gaz provenant du métabolisme des microbes du sol.
Ces pertes ont augmenté au cours des décennies avec l’augmentation de l’utilisation des engrais azotés. L’azote réactif cause des dommages de grande ampleur et en causera davantage si les pertes d’azote ne sont pas maîtrisées.
Face à une population croissante et à un climat changeant, nous devons plus que jamais optimiser l’utilisation de l’azote et minimiser les pertes.
De la ferme à la fourchette
Une façon de comprendre notre utilisation de l’azote est d’examiner notre empreinte azotée – la quantité de pollution azotée libérée dans l’environnement par les aliments, le logement, le transport et les biens et services.
Les recherches menées par Emma Liang, doctorante à l’Université de Melbourne, montrent que l’Australie a une grande empreinte d’azote. Avec 47 kg d’azote par personne chaque année, l’Australie est loin devant les États-Unis, qui arrivent avec 28 kg d’azote par personne.
Un régime alimentaire riche en protéines animales semble être à l’origine de la grande empreinte azotée de l’Australie. La consommation de produits animaux représente 82% de l’empreinte azotée de l’alimentation australienne.
Les produits animaux ont un coût élevé en azote par rapport aux produits végétaux. Les deux produits commencent avec le même coût en azote résultant de la culture d’une plante, mais des pertes supplémentaires importantes se produisent lorsque l’animal consomme de la nourriture tout au long de son cycle de vie.
Le projet N-Footprint vise à aider les particuliers et les institutions à calculer leur empreinte d’azote. Il montre comment chacun d’entre nous peut avoir un impact sur la pollution azotée par ses choix quotidiens.
Nous pouvons choisir de manger des régimes protéinés à plus faible empreinte d’azote, comme les légumes, le poulet et les fruits de mer au lieu du bœuf et de l’agneau. Nous pouvons choisir de réduire le gaspillage alimentaire en achetant de plus petites quantités (et plus fréquemment si nécessaire) et en compostant les déchets alimentaires. La bonne nouvelle, c’est que si nous réduisons notre empreinte azotée, nous réduisons aussi notre empreinte carbone.
Retour à la ferme
En attendant, les efforts pour utiliser l’azote plus efficacement dans les fermes doivent se poursuivre. Nous parvenons de mieux en mieux à comprendre les pertes d’azote dans le sol grâce à des techniques micrométriques.
Au lieu de rester assis au soleil avec des chambres de seaux en plastique, des flacons en verre et des seringues, les scientifiques utilisent maintenant de grandes tours et des lasers pour détecter de petits changements dans les concentrations de gaz sur de grandes surfaces et envoyer les résultats directement à nos ordinateurs.
Nous savons maintenant que la nitrification (lorsque l’ammoniac est converti en nitrate) contribue de manière importante aux pertes d’azote et donc au changement climatique et aux dommages causés aux écosystèmes. C’est un processus que les chercheurs – et les agriculteurs – ciblent pour réduire les pertes d’azote.
Les inhibiteurs de nitrification sont maintenant utilisés commercialement pour maintenir l’azote sous la forme ammonium, que les plantes préfèrent, et pour empêcher l’accumulation de nitrate, qui se perd plus facilement dans l’environnement.
A mesure que cette technologie progresse, nous commençons à répondre à la question de savoir comment ces inhibiteurs affectent les communautés microbiennes qui maintiennent la santé de nos sols et constituent la base des écosystèmes.
Par exemple, nos recherches montrent que le phosphate de 3,4-diméthylpyrazole (mieux connu sous le nom de DMPP) inhibe la nitrification sans affecter la diversité des communautés microbiennes du sol.
On a également observé de manière passionnante que les systèmes racinaires de certaines herbes tropicales inhibent la nitrification. Cela ouvre une option de gestion pour ralentir les taux de nitrification dans l’environnement en utilisant des approches génétiques.
La résolution du défi de l’utilisation de l’azote nécessitera des recherches sur des moyens plus efficaces pour les producteurs primaires d’utiliser l’azote, mais elle nécessitera également le leadership des gouvernements et les choix des consommateurs de moins gaspiller ou de manger plus de protéines végétales. Ces outils rendront les arguments en faveur du changement plus clairs, et la tâche de nourrir le monde plus verte.
Du 4 au 8 décembre, des chercheurs internationaux de premier plan se réunissent à Melbourne pour la 7e conférence internationale de l’Initiative sur l’azote afin de discuter des meilleures nouvelles solutions aux problèmes d’utilisation de l’azote. Pour un examen plus approfondi de ces questions, visitez le site web de l’INI2016 ou rejoignez une série d’experts en alimentation et en production à la conférence Good Food for 9 Billion : Forum communautaire.