La fertilisation contribue aussi bien à la quantité qu’à la qualité des productions végétales sur lesquelles repose le système alimentaire mondial. En 2015, 795 millions de personnes souffrent encore de la faim soit une personne sur neuf dans le monde. Il y a trente ans cette part était de une sur quatre (FAO, 2015).

La population mondiale va continuer de croitre et devrait dépasser les 9.6 milliards de personnes en 2050 (ONU, 2013). Si l’on considère que la ressource en terres agricoles est limitée et qu’elle est menacée par l’étalement urbain, l’augmentation de productivité est le premier facteur de réduction de la faim et de la pauvreté dans le monde.

La sécurité alimentaire est définie par une alimentation suffisante en quantité, sûre et suffisamment nutritive permettant une vie saine et active (FAO, 2009). La fertilisation s’inscrit dans les deux enjeux de quantité et de qualité de l’alimentation.

a. Nourrir les hommes

Dans les cinquante dernières années, la population a plus que doublé et la production céréalière a triplé à 2.5 milliards de tonnes (FAO, 2016). Sans l’utilisation d’engrais azotés la récolte mondiale n’atteindrait que 50% de ce niveau (Erisman et al, 2008). La sélection des variétés et les progrès dans l’usage des engrais et des produits de protection des plantes ont constitué les facteurs de succès de la révolution verte mais celle-ci rencontre des limites partout dans le monde : usage intensif de la ressource en eau, dépendance des énergies fossiles, pollution de l’eau et diminution de la biodiversité résultant de la spécialisation des exploitations.

L’agriculture biologique se présente comme une alternative mais elle s’accompagne d’une baisse de productivité pour des cultures importantes comme blés, orges, colza…et plus généralement de coûts de production plus élevés. L’azote constitue un facteur limitantfacteur limitantDéfinition: Elément nutritif qui se trouve en plus faible quantité par rapport aux besoins de la culture et qui a pour action de limiter le rendement....
important en agriculture biologique car les fertilisants organiques utilisés n’ont pas la même efficacité que les engrais azotés minéraux qui ne sont pas autorisés. C’est pourquoi l’exploration d’autres voies comme l’agriculture raisonnéeagriculture raisonnéeDéfinition: Mode de production d'une exploitation agricole qui vise à concilier le respect de l'environnement, la sécurité sanitaire et la rentabilité économique....
ou l’agro-écologieagro-écologieDéfinition: Discipline cherchant à développer une agriculture durable, permettant une production qualitativement et quantitativement en phase avec les besoins alimentaires, tout en respectant l'environnement. Elle tente de développer notre connaissance des interactions biotiques, en particulier plantes-plantes et plantes-microorganismes, au sein des agrosystèmes....
est nécessaire pour trouver des réponses qui concilient les performances économique et environnementale.

Le raisonnement de la fertilisation a pour objectif de tirer parti du progrès continu apporté par l’amélioration des variétés en mettant l’accent sur l’efficacité de tous les apports d’éléments nutritifs (engrais, produits organiques résiduaires). A l’échelle de l’Europe, l’amélioration de 0.3% par an de la productivité des grandes cultures serait nécessaire pour compenser la baisse de la surface agricole et accroitre la sécurité alimentaire calculée en termes de surfaces à partir de la balance d’importations et d’exportations de l’Europe (Von Witzke, 2010). L’Europe est encore largement dépendante des autres continents en protéines végétales importées principalement sous forme de tourteau de soja.

Évolution comparée de la production mondiale de céréales et de la consommation d’engrais en Kt d’éléments nutritifs (FAO et IFA, 2016)

b. Qualité nutritionnelle des aliments

La fertilisation s’intéresse à la quinzaine d’éléments minéraux qui sont indispensables aux plantes et contribue également à la valeur nutritionnelle des aliments pour l’homme et les animaux. Les engrais apportent des éléments nutritifs en complément des quantités naturellement libérées par le sol et par la minéralisationminéralisationDéfinition: Transformation de la matière organique qui conduit à la formation de sels minéraux où les éléments fertilisants deviennent solubles et accessibles aux plantes....
des produits résiduaires organiques.

Une nutrition équilibrée de la plante dans tous les éléments minéraux produit des aliments de bonne valeur nutritive et de haute qualité organoleptique. Des carencecarenceDéfinition: Absence, présence insuffisante ou défaut d’assimilabilité d’un élément indispensable à la vie végétale. On distingue habituellement : carence vraie et carence conditionnée ou induite....
s dans un des éléments se traduisent par une qualité dégradée et une diminution de rendement. Des symptômes de carencecarenceDéfinition: Absence, présence insuffisante ou défaut d’assimilabilité d’un élément indispensable à la vie végétale. On distingue habituellement : carence vraie et carence conditionnée ou induite....
révèlent les troubles physiologiques subis par les plantes appelés aussi maladies de carencecarenceDéfinition: Absence, présence insuffisante ou défaut d’assimilabilité d’un élément indispensable à la vie végétale. On distingue habituellement : carence vraie et carence conditionnée ou induite....
s. A l’extrême les produits agricoles des cultures carencées ne sont pas commercialisables.

La qualité s'apprécie selon des critères subjectifs : couleur, consistance, goût, arôme…et des critères objectifs, qui concernent la qualité technologique, la valeur nutritive des aliments comme par exemple leur teneur en sucre, en protéines, en huile et en micronutriments.

L’apport d’azote augmente à la fois la quantité et la teneur en protéines chez les céréales. Le soufre entre aussi dans la composition de trois acides aminés essentiels qui jouent un rôle dans la synthèse et la conformation des protéines. Chez le blé, la composition en protéines tout autant que sa teneur sont responsables de la valeur boulangère pour la production des pains. Par contre, une fertilisation azotée excessive diminue le taux de sucre extractible des betteraves, le taux d'amidon des pommes de terre et la teneur en huile des graines oléagineuses.

Le calcium, le magnésium et le potassium sont présents sous leur forme minérale dans la plante et sont aussi indispensables à l’homme. Chez la plante, ils favorisent la résistance aux stress physiques (sécheresse, gel, chaleur…) et aux attaques de certains agresseurs. Le potassium et le magnésium favorisent aussi le transfert et l'accumulation des sucres vers les organes récoltés. Ainsi la fertilisation potassique et magnésienne améliore la teneur en sucres des betteraves, la teneur en amidon des pommes de terre et le degré alcoolique des vendanges. Avec le calcium, elle favorise aussi la fermeté, le calibre et la couleur des fruits et légumes et confère une meilleure valeur nutritionnelle à ces aliments qui contribuent à l’apport journalier de ces trois éléments minéraux dans l’alimentation des hommes.

Les carencecarenceDéfinition: Absence, présence insuffisante ou défaut d’assimilabilité d’un élément indispensable à la vie végétale. On distingue habituellement : carence vraie et carence conditionnée ou induite....
s en micronutriments : oligo-éléments comme le zinc, le fer, le sélénium… antioxydants comme la vitamine C, affectent une grande partie de la population mondiale lorsque l’alimentation n’est pas assez diversifiée. La recherche de variétés enrichies en ces éléments est une voie de progrès mais la fertilisation avec ces éléments permet aussi une amélioration rapide et à grande échelle de la santé des populations carencées en zinc dans les pays situés entre la Turquie et l’Inde (IFA, 2013) ou subcarencées en sélénium en Finlande (Alfthan et al, 2015).

Fertiliser les cultures pour améliorer la santé des hommes.
Bruulsema, T.W. et al : IPNI-IFA, 2012
http://www.fertilizer.org/FertilizingCropsToImproveHumanHealth

Nitrate et santé

Les sols constituent une ressource essentielle pour l’agriculture et l’humanité (FAO, 2015). Le sol nourrit les plantes en eau et en éléments nutritifs. Il constitue une ressource non renouvelable à l’échelle humaine et il subit la pression des activités urbaines et industrielles qui consomment de plus en plus de surfaces agricoles.

Le sol remplit aussi d’autres fonctions que la fonction nourricière :

• Dégradation de la matière organique et recyclage des éléments nutritifs
• Régulation quantitative du cycle de l’eau
• Epuration et filtration assurant la qualité de l’eau
• Stockage de carbone et d’azote dans l’humus constituant la matière organique stable du sol

De plus, le sol abrite une intense activité biologique marquée par une grande biodiversité des organismes qui y vivent et interagissent avec la croissance des plantes. La fertilité du sol résulte d’une action de l’homme par ses pratiques agricoles en interaction avec le climat. Elle désigne la capacité du sol à produire durablement des récoltes de qualité pour les générations futures.

a. Matière organique, biodiversité d’un sol vivant

On parle des trois états de fertilité du sol : l’état physique (la structure, les agrégats, l’aération, le drainagedrainageDéfinition: Evacuation des eaux excédentaires dans le sol par gravité (drainage naturel) ou au moyen de drains ou de fossés....
), chimique (l’acidité mesurée par le pHpHDéfinition: Notation qui rend compte de la concentration en ions H+ du milieu et désigne ainsi le caractère très acide (pH 4 à 5,5), acide (5,5 à 6,8), neutre (6,8 à 7,2) ou alcalin (supérieur à 7,2) d’un sol....
, les éléments nutritifs) et biologique (la matière organique, la faune, les microorganismes) mais il existe de très fortes interactions entre ces états pour arriver un diagnostic.

Les plantes laissent au sol après récolte des racines, des tiges et des feuilles qui constituent une source de matière organique (MO) pour les organismes vivants du sol qui s’en nourrissent. La MO est en partie décomposée puis minéralisée alors que l’autre partie est transformée en humus stable, constituant important de la fertilité du sol. La MO constitue une nourriture pour la vie du sol. Elle favorise une structure motteuse et aérée et accroit la réserve utile en eau. Enfin la MO accroit la capacité d’échange cationiquecapacité d’échange cationiqueDéfinition: Mesure chimique conventionnelle réalisée sur un échantillon de terre, destinée à approcher la capacité d’un sol à stocker de façon réversible des éléments minéraux échangeables notamment des cations....
et améliore la mise en réserve des éléments nutritifs comme le calcium, le potassium et le magnésium.

Les engrais minéraux entrainent-ils une diminution du stock de MO des sols ? C’est une idée fausse largement répandue qui tient à la confusion avec le rôle du système de cultures. Un système qui ne restitue pas au sol assez de matière organique issue de la photosynthèsephotosynthèseDéfinition: La photosynthèse végétale consiste à réduire le dioxyde de carbone de l'atmosphère par l'eau absorbée par les racines à l'aide de l'énergie solaire captée par les feuilles, en présence de sels minéraux, avec libération d'oxygène, afin de produire des glucides....
entraine une diminution du stock de matières organiques. Les engrais contribuent à augmenter la production végétale mais il faut laisser au sol une part de résidus suffisante pour nourrir la vie du sol. Ainsi dans les successions de culture comportant du maïs grain, du colza ou encore des céréales avec paille laissée au sol, la quantité de MO peut augmenter comme dans l’essai de longue durée à Boigneville, Arvalis (91) même avec une fertilisation exclusivement minérale.

L’effet favorable des amendements organiques et minéraux basiques sur la fertilité et la vie du sol peut être mesuré par des indicateurs tels que la quantité de biomasse microbienne vivante ou l’activité des microorganismes (respiration, minéralisationminéralisationDéfinition: Transformation de la matière organique qui conduit à la formation de sels minéraux où les éléments fertilisants deviennent solubles et accessibles aux plantes....
, nitrification…) mesurés après un apport. L’usage régulier de certaines formes d’engrais pourrait influencer la structure des populations de microorganismes mais les interactions sont complexes avec les plantes cultivées et le travail du sol et nécessitent des recherches plus approfondies.

Quatre ensembles de pratiques ont une influence déterminante sur la composante biologique de la fertilité du sol : le travail du sol qui crée ou perturbe les habitats utilisés par la faune et les microorganismes, la fertilisation notamment les amendements organiques qui apportent de la nourriture aux organismes vivants du sol, les produits de protection des plantes qui ont un impact sur la vie du sol et les couverts végétaux qui évitent de laisser le sol nu et contribuent également à nourrir l’écosystème.

b. Protection du sol pour la production alimentaire future

L'apport de matières fertilisantes aux sols agricoles s'accompagne d'un risque de contamination des sols du fait des tonnages tout à fait considérables épandus chaque année en France (Observatoire ANPEA de la fertilisation organique et minérale) :

La présence de contaminants est d’origine naturelle comme celle des éléments traces minéraux présents dans l’ensemble de la chaine alimentaire à très faible dose et dans certaines ressources minérales utilisées pour fabriquer les engrais et amendements minéraux.

C'est pourquoi la réglementation définit certains critères de qualité définissant l'innocuité d'une matière fertilisante afin de limiter le flux d'éléments indésirables qui pourrait être apporté aux sols.

Trois catégories de contaminants sont concernées selon la nature des matières fertilisantes :

Les producteurs de matières fertilisantes contrôlent leur production en pratiquant des analyses régulières sur leurs matières premières, en favorisant la diminution du potentiel pathogène au cours du traitement de déchets organiques d’origine animale ou humaine (hygiénisation, compostagecompostageDéfinition: Le compostage est un procédé biologique de dégradation naturelle des matières organiques et de leur valorisation, par des micro-organismes, en présence d'humidité et d'oxygène. Le produit fini possède une valeur fertilisante....
…) et en respectant le cas échéant les obligations d’information sur l’étiquetage des produits pour l’utilisateur.

Par exemple, l’accès aux terres est interdit aux animaux d’élevage pendant au moins 21 jours après l’épandage de matières fertilisantes contenant des sous-produits animaux autres que les lisiers et fumiers.

Phosphates et cadmium