Durabilité des ressources

L’agriculture a accru sa productivité en utilisant davantage de ressources non renouvelables et d’énergies fossiles dont elle devient dépendante.

 

Dans le même temps, la fertilisation organique fournit une part élevée de recyclage : un tiers de l’azote total, la moitié du phosphore et deux tiers du potassium sont apportés au sol principalement par les effluents d’élevage (Observatoire national ANPEA). Les enjeux de durabilité distinguent l’énergie et la consommation de ressources minières utilisées dans la production des fertilisants.

 

 

a. Consommation d’énergie

La production d’engrais et d’amendements consomme de l’énergie dans l’amont industriel mais permet aussi à l’agriculture d’accroitre sa productivité et la quantité de biomasse végétale produite par hectare. Il est nécessaire d’établir un bilan énergétique et environnemental pour comparer différents types de fertilisation ou d’agriculture.

 

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....
représente la principale source d’énergie pour les êtres vivants. Elle permet aux plantes de transformer l’énergie lumineuse en énergie chimique en consommant le gaz carbonique de l’air.

L’énergie fossile (charbon, pétrole, gaz) est le résultat d’une activité photosynthétique datant de plusieurs centaines de millions d’années.

On peut produire de la bioénergie de façon renouvelable directement à partir des productions agricoles et forestières soit par combustion ou par méthanisation ou encore dans des bioraffineries.
› L’agriculture peut produire pour elle-même une partie de l’énergie qu’elle consomme.

 

Les engrais minéraux permettent de fixer 4 à 6 fois plus d’énergie sous forme de biomasse qu’ils n’en consomment aux stades de la production, du transport et de l’épandage. La substitution des engrais minéraux par des fertilisants organiques est possible dans la limite des ressources disponibles pour le recyclage. Elle améliore le bilan énergétique puisque la seule énergie consommée est celle liée à la collecte, au stockage et au traitement éventuel des effluents organiques ainsi qu’à leur transport. Les produits résiduaires organiques étant peu concentrés en éléments nutritifs, cette dépense énergétique n’est pas négligeable mais reste bien inférieure à celle nécessaire pour la production d’engrais azotés.

En fertilisation minérale, c’est la production d’engrais azotés qui consomme le plus d’énergie. En effet il faut de l’hydrogène H2 actuellement produit à partir du gaz naturel CH4, pour le combiner ensuite à l’azote de l’air N2 et former l’ammoniac NH3. Deux tiers du gaz naturel sert de matière première à la réaction et un tiers de source d’énergie pour créer les conditions de température et de pression nécessaires.

D’après différentes approches, c’est autour de 50% de l’énergie dépensée pour produire du blé qui est utilisée pour fabriquer, transporter et épandre les engrais azotés.

Source : IFA Statistics
UNEP, World Bank (World Ressources 2000-2001)

 

La fertilisation permet aux cultures de réaliser leur potentiel maximum de croissance et de fixer ainsi davantage d’énergie solaire en consommant du CO2 de l’atmosphère. L’efficacité énergétique due à la fertilisation azotée est démontrée dans un exemple utilisant des essais au champ en Allemagne sur blé d’hiver.

Synthèse d'essais, Yara Allemagne
Énergie fixée dans le grain : 0.37 tep/lt

 

Avec 170 kg d’azote (N) apportés par hectare, le rendement du blé d’hiver est de 8,2 tonnes comparé à 4,7 tonnes sans utilisation d’engrais azoté. La production, le transport et l’épandage de 170 kg de N ont consommé 190 kg d’équivalent pétrole. 8,2 tonnes de grains correspondent à 3 tep (tonne équivalent pétrole) d’énergie solaire capturée et fixée dans la biomasse, à comparer à 1.7 tep sans apport d’azote. Le supplément de 1.3 tep obtenu avec l’apport d’azote représente plus de 6 fois les 0.19 tep consommés pour produire, transporter et épandre l’engrais azoté.

La fertilisation azotée est un levier important pour améliorer le bilan énergétique du blé. Parmi les voies de progrès, on peut améliorer l’efficacité des engrais azotés, limiter leur apport en bénéficiant de l’effet de légumineuselégumineuseDéfinition: Famille de plantes dicotylédones dont le fruit est une gousse ( pois, haricots, luzerne, trèfle, soja…)....
s précédant le blé, utiliser un amendement ou un engrais organique en substitution partielle ou totale à l’engrais minéral.

L’amélioration continue des procédés industriels permet aussi de réduire la consommation énergétique (Références Fertilizers Europe publiées en 2014). On distingue les industries extrayant les phosphates et les sels de potassium du sous-sol et l’azote qui consomme davantage d’énergie pour la fixation de l’azote N2 de l’air (78% de l’atmosphère).

Engrais	Acronyme		Production Énergie
			sur site	sur site
		% élément nutritif poids/poids	MJ/kg de produit	MJ/kg d'élément nutritif*
Ammonitrate	AN	33,5% N	14,02	41,85
Ammonitrate calcaire	CAN	27,0% N	11,78	43,63
Sulfonitrate d'ammonium	ANS	26% N, 14% S	10,61
Nitrate de calcium	CN	15,5% N	7,23	46,65
Sulfate d'ammoniaque	AS	21% N, 24% S	8,07
Phosphate diammonique	DAP	18% N, 46% P2O5	6,76
Urée	Urée	46% N	23,45	50,98
Solution azotée std	UAN	30% N	13,84	46,13
Composé 15-15-15	NPK	15% N, 15% P2O5, 15% K2O	7,59
Superphosphate triple	TSP	48% P2O5	0,18	0,38
Chlorure de potassium	KCI	60% K2O	3,00	5,00

* calculé pour les engrais simples ne contenant qu'un élément nutritif
Valeurs moyennes de la production européenne pour l'année 2011
Source Fertilizers Europe 2014

Il est déjà possible d’utiliser le biométhane en substitution du gaz naturel et demain l’hydrogène pourra venir d’autres sources par exemple de l’électrolyse de l’eau pour limiter la dépendance de l’industrie vis-à-vis des énergies fossiles.

 

Dossier technique : biomasse, énergie et fertilisation ▶ Télécharger

 

 

b. Ressources minérales et recyclage

Les fertilisants ont une origine organique ou minérale. Les ressources organiques sont issues du recyclage d’effluents et de déchets organiques alors que les ressources minérales dépendent d’activités extractives et ne sont pas renouvelables.

• L’azote de l’air N₂ est utilisé pour fixer l’azote sous forme d’ammoniac utilisé comme matière première des principaux engrais azotés. Composant 78% de l’atmosphère, l’azote est une ressource inépuisable disponible partout au-dessus de nos têtes. Cependant la synthèse de l’ammoniac nécessite de l’hydrogène et un apport d’énergie actuellement fourni par le gaz naturel en Europe. Les nouvelles méthodes d’extraction par fractionnement hydraulique en Amérique du Nord ou gaz de schistes entrainent une baisse du prix du gaz et accentuent la pression de concurrence sur l’industrie européenne. La Chine, premier producteur mondial, utilise le charbon à la place du gaz provoquant une émission deux fois à trois plus importante de CO2 par tonne d’azote. Il existe des alternatives aux énergies fossiles : biométhane pour remplacer le gaz naturel, hydrogène fourni par électrolyse de l’eau…
• Environ 80% des phosphates minéraux exploités et plus de 90% des sels de potassium sont destinés dans le monde à un usage en engrais minéraux. L’estimation de la durée des réserves économiquement exploitables dépend du prix de marché actuel et aussi des gisements connus et explorés. Les réserves de phosphates permettraient environ 300 ans d’exploitation au rythme actuel (USGS US Geological Survey 2016) et davantage pour le potassium en prenant en compte les lacs salés dans les déserts. Le potassium est également présent dans l’eau de mer mais en concentration trop faible pour son extraction. A une exception, la Mer Morte déjà exploitée des deux côtés Israélien et Jordanien. La France n’a plus d’activité extractive en phosphates comme en potassium (fermeture des mines d’Alsace en 2002). L’Europe est dépendante à 95% pour les phosphates ou les produits déjà transformés n’ayant que la Finlande comme pays producteur. Elle dispose d’une capacité d’extraction de potassium dans trois pays : l’Allemagne, l’Espagne et la Grande Bretagne.
• L’abondance des roches calcaires en France permet la production locale d’amendements minéraux basiques. La disponibilité de cette ressource pour l’agriculture française est garantie pour l’avenir.

La durée des réserves minérales est relativement courte à l’échelle de l’histoire humaine mais il faut tenir compte des progrès à venir dans le recyclage des éléments nutritifs et la diminution des pertes pour mieux boucler les cycles de ces éléments.

Le recyclage idéal consisterait à retourner à tous les sols agricoles sans aucune perte tous les éléments nutritifs prélevés par les récoltes. C’est un problème complexe car selon leur nature, les déchets organiques nécessitent des collectes séparatives, des traitements d’hygiénisation et d’autres transformations (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....
, séchage…) pour en faire des fertilisants.

L’agriculture recycle la très grande majorité des effluents d’élevages. La part fourni par le recyclage dans la fertilisation en 2014 va de un tiers pour l’azote, la moitié pour le phosphore et deux tiers pour le potassium.

 

Observatoire de la fertilisation organique et minérale en France, année 2014
(source ANPEA)

 

Ressources mondiales en phosphates