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  • Alexandre Dercelles

Les 9 frontières planétaires : la perturbation des cycles de l’azote et du phosphore


La perturbation des cycles biogéochimiques, une des 9 limites planétaires


L’usage massif d’engrais azoté crée un surplus


Essentiel à la croissance des végétaux, qui le transforment en biomasse, l’azote est présent :

  • Dans  l’atmosphère, représentant 78% de sa composition sous forme de diazote inerte donc inutilisable par les plantes (à l’exception des légumineuses, en symbiose avec des bactéries qui transforment le diazote)

  • Dans le sol, sous des formes telles que les nitrates, pouvant être prélevés par les racines. Cette forme de l’azote résulte de la décomposition de la biomasse, comprenant des animaux, des champignons, des microorganismes, et plus encore.

Naturellement, l’azote suit donc un cycle : il est capté par les végétaux pour leur croissance, consommés à leur tour par d’autres êtres vivants, lesquels restituent l’azote au sol sous forme de fumier ou de lisier. Ainsi, l’azote se diffuse dans la nature à travers la chaîne alimentaire, et ce cycle se renouvelle continuellement.

Depuis l’avènement de l’agriculture, l’azote emmagasiné par les plantes est transporté loin du sol d’origine, induisant une rupture dans le cycle. Afin de prévenir l’appauvrissement du sol, on a commencé à utiliser des fertilisants qui, soumis conditions de pression et de température élevées, forcent la réaction du diazote et de l’hydrogène de l’air, générant ainsi des ions nitrate, directement utilisables par les plantes.


Toutefois, aujourd’hui, on arrive à un surplus : l’azote introduit de manière industrielle dans les cultures dépasse celle apportée par l’ensemble des processus naturels :

Surplus d’azote = quantité d’azote amenée au sol – quantité d’azote effectivement exportée après la récolte

Ce surplus d’azote est considéré, selon la définition de la limite planétaire, comme non préjudiciable tant qu’il reste en dessous de 62 TgN/an.


L’agriculture intensive a ainsi provoqué un déséquilibre, qui ne cesse d’augmenter. En effet, l’azote perd en efficacité à mesure qu’on l’ajoute sous forme d’engrais, entraînant aussi une augmentation des pertes vers l’atmosphère.



Qui asphyxie le milieu aquatique et accélère le réchauffement climatique


Mais pourquoi cette limite ? En réalité, au-delà de ce seuil déterminé, la nature se trouve dans l’incapacité d’assimiler un excédent d’azote aussi conséquent :


  • Les eaux souterraines sont contaminées : les algues aquatiques captent ce surplus, prolifèrent et, simultanément, captent tout le dioxygène dissout dans l’eau, essentiel à leur respiration : le milieu aquatique se retrouve asphyxié

  • Le volume d’azote renvoyé dans l’atmosphère s’accroît, contribuant activement au réchauffement climatique.


Pour assurer la nutrition de l’ensemble de la population mondiale, on ne peut pas réduire la production agricole. Alors quelles solutions s’offrent à nous ?


Il ne s’agit pas uniquement d’optimiser le rendement de la fertilisation pour réduire les pertes en azote, mais également de : 


  • Recourir à la rotation des cultures entre les légumineuses, capables par fixation symbiotique de capter directement le diazote présent dans l’atmosphère, et les céréales. Cela permettrait de diminuer la dépendance aux fertilisants.

  • Refermer partiellement le cycle de l’azote en nourrissant localement les animaux.

  • Adapter notre régime alimentaire : selon le CNRS, en diminuant notre apport en protéines d’origine carnée ou lactée de 65 à 30%, nous pourrions, à l’échelle européenne, réduire de moitié les pertes d’azote (soit l’objectif de la Commission Européenne d’ici 2030). En effet, près de la moitié de nos besoins annuels en azote est consacrée à l’alimentation du bétail, et plus d’un tiers de l’azote produit est actuellement perdu.


Et le phosphore ?


Moins abondant que le carbone et l’azote, le phosphore demeure un élément nutritif tout aussi important pour la croissance des plantes. Contrairement à l’azote, son cycle ne passe pas par l’atmosphère, mais s’effectue exclusivement à travers la lithosphère, étant contenu dans les roches sédimentaires composées d’organismes éteints depuis longtemps.


Lorsque les roches sédimentaires remontent à la surface, l’eau parvient à redissoudre une fraction de ce phosphore, qui devient accessible aux plantes. Ces dernières sont ensuite consommées par les animaux, faisant ainsi retourner le phosphore dans la lithosphère par le biais de déjections ou d’organismes morts. Par ailleurs,  le phosphore peut suivre un cycle similaire dans les milieux aquatiques, transitant entre les plantes aquatiques et les poissons.


Le surplus d’apport de phosphore dans les zones cultivées reproduit le même schéma que celui observé pour l’azote. En outre, lorsque l’érosion emporte des parties du sol qui sont riches en phosphore, ce dernier se retrouve dans les ruisseaux. Ce phénomène naturel, bien que généralement négligeable, peut prendre des proportions préoccupantes lorsque l’érosion est excessive, et qu’en parallèle la quantité de phosphore due aux engrais est augmentée. Si les plantes ne parviennent pas à absorber suffisamment de phosphore par rapport à l’action conjointe de la pluie et du vent, une surabondance de phosphore se retrouve dans l’eau, entraînant un phénomène d’eutrophisation similaire à celui de l’azote. En outre, son utilisation comme engrais dans des zones déjà saturées peut accentuer ce problème.




Comment mesurer ces limites ?


La limite planétaire est calculée comme la masse d’azote ou de phosphore apportée en surplus par l’Homme chaque année, en Terragramme d’azote et de phosphore par an.


La limite a été identifiée comme cela :

  • 62 Tg N/an, estimation de la quantité maximale d’azote pouvant être absorbée par la biosphère, sans dégrader irrémédiablement les écosystèmes

  • 11 Tg P/an pour les océans et 6,2 Tg P/an pour les systèmes d’eau douce (quantité maximale de phosphore qu’ils seraient capables de supporter, en supposant que cette quantité soit uniformément répartie)

Or, aujourd’hui, on se situe à :

  • 150 Tg N/an (dont 53% pour les process industriels, 27% pour la culture des légumineuses, 13% pour la combustion des énergies fossiles, 7% pour la combustion de la biomasse)

  • 22 Tg P/an dans les océans et 14,2 Tg P/an dans les systèmes d’eau douce

 

Ce qui en fait une limite déjà bien dépassée.


Les ordres de grandeur de la vie quotidienne


 

Eutrophisation des eaux douces

(g eq P)

Eutrophisation marine

(g eq N)

Eutrophisation terrestre

(mmol eq N)

Une bouteille d’1,5L de lessive

0,552

1,07

0,357

200g de blé dur cru

0,0644

1,63

8,6

Une côte de bœuf d’1kg

1,55

86,2

1670


Sources


Billen, G. (s. d.). Comment l’agriculture industrielle bouleverse le cycle de l’azote et compromet l’habitabilité de la terre. The Conversation. https://theconversation.com/comment-lagriculture-industrielle-bouleverse-le-cycle-de-lazote-et-compromet-lhabitabilite-de-la-terre-219276


Morel, C., Mollier, A., Denoroy, P., & Pellerin, S. (2018). Modélisation, simulation et prévision de la dynamique à long terme du P phytodisponible du sol en fonction des pratiques agricoles. Contribution des essais P longue durée à la compréhension du fonctionnement biogéochimique du cycle du P dans les agrosystèmes. HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe). https://doi.org/10.13140/rg.2.2.21705.19047


Alain Mollier, Pascal Denoroy, Christian Morel. Évaluation de la disponibilité et la gestion du phosphore dans les agrosystèmes : avancées scientifiques et techniques. Agronomie, Environnement & Sociétés, 2019, 9 (1), pp.87-98. ffhal-02624871, https://hal.inrae.fr/hal-02624871/document


Alterna. (2021, 20 avril). Perturbation des cycles de l’azote et du phosphore par rapport aux limites planétaires. Alternahttps://www.alterna.eco/post/perturbation-des-cycles-de-l-azote-et-du-phosphore-par-rapport-aux-limites-plan%C3%A9taires

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