Qu’est-ce que l’azote et quel est son rôle en agriculture ?
Septième élément du tableau périodique, l’Azote, que nous connaissons tous, est également connu sous le symbole N. Ce gaz incolore et insipide constitue notre atmosphère à 78%.
Son origine, son cycle et les enjeux de la fertilisation azotée
Avec le Carbone, l’Hydrogène et l’Oxygène, l’Azote est un des constituants essentiels à la vie sur Terre. Il entre dans la composition de composés organiques et inorganiques, l’azote est également un élément clé des acides aminés, des protéines et même de l’ADN.
Nous retrouvons de l’Azote dans un nombre impressionnant d’applications, de la production de médicaments, à l’exploration spatiale, en passant bien sûr par la production agricole.
Depuis toujours, l’agriculture utilise de l’Azote. Avant la révolution industrielle, les agriculteurs du monde entier développèrent différentes techniques pour nourrir les cultures, principalement du fumier dès qu’il y avait de l’élevage, du guano pour les zones côtières par exemples, le deux contenant de l’azote. Plus tard le salpêtre du Chili, plus riche fut la première source d’azote minéral importée…
En 1909, l’invention du procédé Haber-Bosch est une avancée majeure pour la chimie, l’industrie et l’agriculture. Ce procédé consiste à synthétiser l’Azote de l’air sous forme d’ammoniac. Cela révolutionne l’agriculture avec une augmentation des rendements permettant la croissance de la population c’est la naissance des engrais azotés.
L’origine de la production d’engrais azotée
Les chimistes s’intéressèrent à l’ammoniac dès la fin du 18e siècle en découvrant qu’il est composé d’azote. Les premières tentatives de synthétisation sont lancées dès 1795 et continuèrent durant le 19e siècle. Plusieurs méthodes permirent la synthétisation de l’ammoniac, cependant leurs coûts étaient trop élevés pour répondre à la demande grandissante.
En 1909, Fritz Haber et Carl Bosch mettent au point le procédé éponyme Haber-Bosch qui permet l’industrialisation de la synthèse de l’ammoniac à partir de l’équation suivante :
N2 + 3H2 ⇌ 2NH3
Ce procédé permet de fixer l’azote de l’air, notamment par l’utilisation du gaz naturel. Ce mélange est soumis à de fortes conditions de température et de pression en utilisant un catalyseur dans un réacteur. L’ammoniac est ainsi extrait sous forme liquide. L’avantage majeur de ce procédé est sa capacité à recycler les molécules restantes et la chaleur produite afin d’optimiser son rendement et sa performance économique.
Source du graphique : Procédé Haber – Wikipédia
Fritz Haber recevra en 1920 le prix Nobel de Chimie de l’année 1918. L’Académie suédoise estimait que la découverte du procédé Haber-Bosch permettrait d’éviter les famines. En effet, de nombreux scientifiques considèrent que cette découverte a permis de sauver 2,7 milliards de vie et que l’augmentation de population mondiale de 1,6 à 8 milliards entre 1900 et aujourd’hui n’aurait pas été possible.
Le cycle de l’azote
L’Azote en tant qu’engrais est de prime abord relativement simple. Il s’agit de la première composante du rendement des cultures et est également l’engrais le plus connu dans le monde, notamment à travers l’urée. Malgré tout, la fertilisation azotée s’avère technique et est soumise au cycle biologique de l’azote. Cela explique les différentes formes d’engrais azotés que nous pouvons trouver sur le marché.
Comme chaque engrais, l’Azote existe sous différentes formes chimiques et physiques : hydrosoluble, perlé (prills), granulé ou encore liquide.
L’Azote a donc différentes formes physiques et différentes formes chimiques. La forme chimique de l’azote dépend de son origine ainsi que du processus industriel qui a un impact direct sur celle-ci. Dans les engrais, nous retrouvons l’azote sous forme organique, uréique, ammoniacale et nitrique. Les différentes formes d’azote sont régies par le cycle de l’azote, qui est un cycle biologique. Les végétaux, pour leur développement, consomment de l’azote et, grâce à la photosynthèse, le transforment en matière organique. Cette matière organique est une source d’énergie pour les champignons et les animaux qui à leur tour participent à ce cycle. La décomposition de la matière organique restitue de l’ammoniaque, qui a son tour est oxydé par des bactéries en nitrites puis en nitrates. Enfin, la plante consomme les nitrates pour son développement et les transforme in fine en matières organiques, ainsi le cycle continue.
© Crédit UNIFA
Il existe deux grands types d’engrais azotés, les engrais organiques et les engrais minéraux.
Les engrais organiques regroupent notamment les composts, lisiers, fumiers qui sont majoritairement issus de végétaux, coproduits de l’industrie agroalimentaire et d’effluents d’élevage. Ces engrais contiennent de la matière organique et différentes formes d’azote, le plus souvent azote organique, ammoniacal et nitrique.
Les engrais minéraux azotés sont quant à eux issus d’une production industrielle qui consiste à capter l’azote de l’air. La matière première à la base de toute production d’engrais minéral azoté est l’ammoniac. Ensuite cette matière est travaillée afin d’offrir des engrais contenant de l’azote uréique, ammoniacal et/ou nitrique.
© Crédit UNIFA
Les enjeux de la fertilisation azotée
La fertilisation azotée est, comme nous l’avons évoqué, une avancée majeure pour l’agriculture moderne. L’utilisation des engrais a notamment permis, avec l’amélioration de la sélection variétale, l’augmentation significative des rendements agricoles. Le rendement moyen français du blé est passé de 12 quintaux par hectare à plus de 70 q/ha entre le début et la fin du 20e siècle.
Sources : statistiques Ministère de l’Agriculture 1913, tableaux rétrospectifs. GNIS – Unigrains – FranceAgrimer
La relation de cause à effet entre l’utilisation d’azote et l’augmentation du rendement est directe. En effet, un blé consomme 3 kg d’azote pour produire un quintal de grain, soit l’équivalent de 215 unités d’azote absorbées par hectare pour un rendement de 71,6 quintaux en France (moyenne 10 ans – Arvalis).
Le calcul de l’apport d’azote se fait selon la méthode du bilan. Il s’agit d’une méthode qui consiste à calculer l’apport total d’azote sur la base des besoins de la culture et des fournitures dont la plante bénéficiera. Afin d’illustrer cette méthode, voici un exemple simplifié d’une ferme céréalière à bon potentiel de rendement. On estime le rendement accessible à 85 q/ha en blé, cela correspond à un besoin en azote de 255 kg/ha. En parallèle, il faut prendre en compte les fournitures. Dans cet exemple, considérons que l’agriculteur apporte du compost à hauteur de 40 unités d’azote par hectare et que le reliquat azoté est de 30 u.N/ha (concentration du sol en azote en sortie d’hiver). Le total des fournitures est donc de 70 u.N/ha, ce qui donne un besoin d’apport d’azote minéral à hauteur de 185 unités.
© Crédit UNIFA – La méthode COMIFER du calcul de la fertilisation azotée par culture
Au-delà de la dose en tant que telle, il est essentiel de mettre en place une stratégie d’apport. En effet, la plante n’est pas en mesure d’absorber en une seule fois une telle dose. Comme chaque organisme vivant, la plante s’alimente en continue dans le sol. La stratégie d’apport, appelée également plan de fumure, permet d’optimiser les apports d’engrais afin de les faire coïncider avec les pics de besoins de la plante pour de meilleurs rendements et également éviter les pertes. De nombreux facteurs sont à prendre en compte, tels que le type de sol, la dynamique de croissance, la météo, etc.
Conclusion
Depuis plus de 100 ans, la production et la consommation d’Azote augmentent générant de nouveaux défis quant à son impact sur le réchauffement climatique et sur la biodiversité. Pour répondre à ces enjeux, de nouvelles techniques de production d’ammoniac à base d’énergies renouvelables voient le jour. Au niveau de la parcelle, de nombreux outils d’aide à la décision accompagnent les agriculteurs, les instituts techniques améliorent chaque année, grâce à la recherche, les pratiques de fertilisation azotée. Pour ne rien manquer de notre actualité, suivez-nous sur les réseaux sociaux : LinkedIn et Facebook !
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