En résumé

L’azote est essentiel à la croissance des plantes, le phosphore est un élément fondamental du vivant. Il sert notamment à la croissance racinaire des plantes.

• L’utilisation massive est due aux pratiques de l’agriculture conventionnelles: utilisation des NPK (azote-phosphore-potassium) causée par l’agriculture (fertilisants, effluents d’élevage) 
• 50% des molécules d’azote dans la production alimentaire sont issues de la chimie de synthèse. Double cause: forte consommation de produits animaux et augmentation de la population
• Le phosphore est majoritairement issue des mines de phosphates (non renouvelable)
• Phénomène d’eutrophisation : leur utilisation massive provoque des zones mortes dans les océans, les mers et les rivières. Le phénomène est visible à l’œil nu : il s’agit des algues vertes qui se développent dans les mers et s’échouent sur les plages (ex : Mer des Sargasses dans les Antilles, côtes bretonnes)
• Cet enjeu touche également à la géopolitique puisqu’il faut du gaz pour obtenir de l’azote de synthèse mais aussi avoir accès aux mines de phosphates
• Depuis la généralisation des toilettes humides (vs les toilettes sèches), les eaux usées urbaines (excréments et détergents) affectent la capacité de la biosphère à le séquestrer et entraînent l’eutrophisation des eaux douces.

Quelques ressources

• Boucler les flux d’azote et de phosphore en ville ? (Fabien Esculier – LEESU) – CMP ep.42 (vidéo)
• Les 9 LIMITES Planétaires

Pour approfondir :

• En résumé
• Quelques ressources
• Pour approfondir :
  • Fonctionnement des sols
  • Spécialisation agricole
  • Pollution des cours d’eau et des mers
  • Pollution des sols
  • Causes majeures
  • Azote
  • Phosphore
  • Des flux qui fonctionnent en sens unique
  • Axes de résolution
  • Sources

Cette limite contient 2 sous-limites: celle de l’azote et celle du phosphore.

Quantification:

• phosphore:
  • Mondial : entrée du phosphore dans les océans (téragrammes par an)
  • Régional : Entrée du phosphore dans les systèmes aquatiques à eau douce (téragrammes par an)
• Azote:
  • Fixation biologique industrielle et intentionnelle de l’azote (téragrammes par an)

Les cycles biogéochimiques participent à l’équilibre de la biosphère ; on y inclut le phosphore, l’azote, l’eau, le carbone, le soufre etc. Ils sont en quantité limitée dans l’environnement et tournent en boucle fermée tant qu’on ne provoque pas de déséquilibre. Dans un système naturel, les déjections des animaux participent à la fertilisation des plantes. Tant que le système est à l’équilibre, il n’y a pas de pollution.

Fonctionnement des sols

Les sols fonctionnent comme une banque ; on y fait des dépôts (amendements en matière organique avec compost et/ou broyats de bois, utilisation d’engrais verts) et des retraits (récoltes). Tant que le système est à l’équilibre, le taux de matière organique, qui est la clé de la fertilité des sols et donc de la résilience alimentaire, est inchangé.

Spécialisation agricole

Les productions agricoles végétales (notamment celles nécessaires à l’alimentation du bétail dont le maïs fourrager et les céréales) nécessitent quantité d’intrants de synthèse dits NPK : azote de synthèse et phosphore minier + potassium. Les sols étant quasiment morts avec des taux de matières organique inférieurs à 1% (perte de nutriments, d’humus), les plantes ne peuvent plus croître sans l’apport externe de ces intrants). Leur déversement massif dans les cours d’eau provoque des phénomènes d’eutrophisation entravant la vie de la faune aquatique (ex : cours d’eau en Bretagne, la majorité de la mer Baltique). Parallèlement, les excès d’azote sous forme liquide issus de l’élevage ne sont pas réutilisés de façon équilibrée dans les champs. L’eutrophisation a donc une double origine mais une cause unique : la logique de spécialisation des surfaces agricoles dont la cause première est le productivisme. 

Pollution des cours d’eau et des mers

En France, les grandes cultures (culture des céréales) nécessitent des apports en NPK (engrais de synthèse) et dans le même temps, l’excès d’élevage en Bretagne notamment provoque l’eutrophisation des cours d’eau les rendant de moins en moins favorables au développement de la vie dans les rivières

Aujourd’hui, nous assistons à l’explosion des cycles biogéochimiques essentiellement due aux pratiques agricoles intensives qui a entrainé des dégâts considérables sur la biosphère : les zones mortes (sans vie) sont en expansion dans le monde à cause de l’excès d’azote dans les eaux.

Le développement massif des algues des Sargasses, la pollution aux algues vertes en Bretagne sont des exemples concrets du déversement massif des engrais de synthèse (azote, phosphore) dans la biosphère.

Graphique zones mortes au niveau mondial:

Pollution des sols

L’épandage massif d’engrais met à mal une merveilleuse symbiose. Une utilisation démesurée de produits fertilisants représente un frein à la prolifération de ces micro-organismes qui fonctionnent en réseau et jouent un rôle essentiel dans le transport et la répartition du phosphore dans la terre.

Un sol pollué participe à détruire les éco-systèmes ainsi que les capacités de production alimentaire. Il met en péril la sécurité des sociétés humaines en sus de la destruction des espèces végétales et animales [lien vers l’enjeu “intégrité de la biosphère”]

Causes majeures

[trouver quel pourcentage de la culture des céréales est destiné à l’élevage et utiliser étude pour la quantité de maïs fourrager destiné aux vaches laitières]

Cette production d’aliments fourragers participe également à l’explosion de la consommation de produits phytosanitaires (pesticides). S’il faut près de 10 kgs d’aliments fourragers pour obtenir 1 kg de viande, il faudra donc multiplier par 10 la quantité :

• d’engrais de synthèse 
• de pesticides 
• d’eau
• d’espaces déforestés, que ce soit pour la production de soja ou de maïs en France

Selon la FAO, il faut en moyenne 7 kilocalories (kcal) végétales pour 1 kcal de produits animaux (allant de 3 kcal pour les poulets de chair à 16 kcal pour la production de bovins viande) (Bender 1992) ou encore de 2,5 à 10 kg de protéines végétales pour 1 kg de protéines animales (Delaby et al., 2014).

Pour obtenir 1kg de fromage, il faudra entre 7l et 10l de lait.

Les produits laitiers ne sont pas en reste. Aujourd’hui le maïs fourrager représente plus de 90% des surfaces des fourrages annuels et il est quasi exclusivement dédié à l’alimentation des vaches laitières

Tous ces espaces dédiés à l’alimentation du bétail, en France ou au Brésil avec le soja exporté notamment vers la France, contribuent à réduire les biocapacités d’absorption des excès d’engrais de synthèse. Moins d’espaces en couverts forestiers implique également moins de forêts en capacité d’évapotranspirer.

Azote

Sans azote, pas de croissance foliaire, le monde végétal a besoin de l’azote afin d’assurer sa croissance. L’azote se trouve naturellement dans le sol et dans les plantes en quantité limitée. Ces intrants ne sont pas durables et détruisent la vie du sol. L’azote de synthèse est produit à partir de gaz (gaz participant au réchauffement climatique) ; sa production est donc dépendante de la géopolitique du gaz, tant que l’hydrogène n’est pas produit en quantité suffisante et à partir d’une source d’énergie moins nocive pour le climat.

On estime que la moitié de la population mondiale est dépendante de l’azote de synthèse. Cette surconsommation d’azote a une double origine :

• La population augmente et représente plus ou moins 36% de la biomasse des mammifères
• Le bétail compte pour 60% de la biomasse des mammifères. NB : Les 4% restants, seulement, représentent la biomasse des mammifères sauvages)

Population mondiale dépendante de l’azote

(en orange: population dépendante de l’azote de synthèse – en vert: population dépendante de l’azote naturel)

Phosphore

Sans phosphore, pas de vie sur Terre. Le phosphore assure notamment le développement racinaire du monde végétal. 

• L’approvisionnement en phosphore minier issu des mines de phosphate est tributaire de l’énergie fossile pour son extraction et son acheminement jusqu’aux champs.
• Il n’est pas renouvelable. Certaines sources parlent d’épuisement dans 40 ans ou 90 ans au rythme d’extraction minière actuel, d’autres envisagent des réserves pour encore des centaines d’années (mais demandant de creuser + profond, pour une qualité et concentration en phosphore potentiellement + faible).
• Le phosphore provient d’une poignée de pays : Maroc, Brésil, Algérie, Chine. La géopolitique du phosphore ne fait que commencer. En tout état de cause, même si la ressource ne s’épuise pas, l’accès à celle-ci pourrait provoquer des tensions géostratégiques croissantes à l’avenir, en particulier dans la zone du Sahara occidental, immense réservoir que se disputent le Maroc et l’Algérie, et dont le statut juridique est encore indéterminé par l’ONU.

Pays fournisseurs de phosphore (production et réserves en 2020 selon l’USGS)

Extraction de phosphore dans le monde de 1800 à 2000:

Des flux qui fonctionnent en sens unique

Le monde du animal (dont les Humains font partie) et le monde végétal équilibrent les flux. Les animaux mangent les plantes, défèquent et urinent sur les plantes qui réutilisent les flux biogéochimiques pour leur croissance. Les urines et les fèces sont composées majoritairement d’eau et dans une moindre mesure, d’azote, de phosphore, de potassium qui proviennent de l’alimentation.

La boucle est bouclée tant qu’il n’y a pas de déséquilibre provoqué par un monde animal en surnombre.

Depuis l’avènement des toilettes humides favorisé par le système du tout-à-l’égout, les Humains provoquent une rupture du système. Auparavant, les toilettes sèches, notamment les urines, participaient à produire de la nourriture sur place. Ce débouclage causé par les toilettes humides a été uniquement permis grâce à une certaine abondance énergétique et matérielle ayant amené à la construction d’un vaste réseau appuyé par un système de canalisations, de pompes de relevage amenant les eaux usées jusqu’aux STEU (station de traitement des eaux usées=. Seuls les Humains utilisent de l’eau potabilisée pour évacuer leurs déchets. Or, il n’y a pas de pollution tant que l’azote est mélangé au carbone. L’azote devient une pollution lorsqu’il est mélangé à de l’eau. Il devient une matière première lorsqu’il participe à la croissance des plantes composées d’eau, de carbone, et d’azote.

Les toilettes humides sont une triple ineptie écologique :

• Débouclage des flux
• Pollution des eaux usées qui se concentrent dans les stations d’épuration
• Gaspillage d’eau rendue potable qui sera rendue polluée

Cette triple aberration participe dans une certaine mesure à nous rendre dépendant des producteurs d’engrais de synthèse en plus d’appauvrir nos sols nourriciers

Axes de résolution

L’axe de résolution de ce problème réside en une problématique facile à comprendre mais complexe : (1) baisser drastiquement les flux et (2) reboucler les flux résiduels.

Baisse drastique de la consommation de produits animaux

La résolution des problèmes d’eutrophisation des eaux (la limite planétaire concernée) réside essentiellement dans la baisse drastique de la consommation des produits issus des animaux : produits laitiers et viande. Au début des années 2020, la consommation de viande dépasse les 80 kgs/an/habitants sans même compter la consommation de produits laitiers.

Comme on vient de le voir plus haut, le ratio de conversion biomasse végétale/quantité de viande produite (ou de produit laitier) est nécessairement inférieur à 1. D’après le Ministère Agriculture et Souveraineté alimentaire (2023), la consommation de légumineuses (protéines végétales de la famille des fabacées), la consommation de légumineuses a été divisée par 4 en 20 ans. Le potentiel de redressement de la consommation au détriment des protéines animales est considérable.

Agro-écologie

En agriculture, l’utilisation d’engrais verts permet partiellement de se passer d’engrais de synthèse. En maraîchage sur sol vivant, l’utilisation de broyats de bois (issus d’élagages notamment) permet de compléter l’utilisation des engrais verts afin de faire remonter le taux de matières organique (MO).

La pratique des CIPAN (cultures intermédiaires pièges à nitrates) permettent de fixer les excédents d’azote afin d’éviter qu’ils ne soient lessivés lors d’épisodes pluvieux.

Le recouplage des systèmes d’élevage (excédents en azote) et de cultures hors légumineuses (besoins en azote) est une des solutions permettant de se passer d’azote de synthèse.

Récupération des déjections

La récupération des urines est un axe majeur de résolution du problème. Sa complexité réside en sa récupération surtout en milieu urbain: soit directement sous forme liquide soit mélangé à de la matière carbonée afin de neutraliser les odeurs.

Cette problématique passe aussi par une organisation du territoire bien mieux réfléchie. Un sol vivant, végétalisé massivement peut absorber d’énormes quantités d’azote. Ce n’est pas le cas d’un sol artificialisé à 100% (béton, bitume, revêtement « carrossable »)

Récupération des déchets alimentaires

Jusqu’à présent, des quantités astronomiques de déchets alimentaires finissent incinérées ce qui revient à brûler de l’eau et des nutriments (azote, phosphore, potassium, fer, calcium). Le compostage des déchets alimentaires mélangés à des matières carbonées (feuilles mortes, broyat de bois) afin de les réutiliser en amendement des sols est un des axes de rebouclage des flux et permet de faire remonter le taux de matière organique (MO) des sols tout en augmentant sa réserve utile en eau (RU).

Sources

• https://www.notre-environnement.gouv.fr/themes/societe/limites-planetaires-ressources/article/perturbation-des-cycles-biogeochimiques-de-l-azote-et-du-phosphore
• Modélisation des transitions en agriculture : énergie, azote, et capacité nourricière de la France dans la longue durée (1882-2016) et prémices pour une généralisation à l’échelle mondiale Souhil Harchaoui : https://theses.hal.science/tel-02940384/document
• L’efficience nette de conversion des aliments par les animaux d’élevage : une nouvelle approche pour évaluer la contribution de l’élevage à l’alimentation humaine : https://productions-animales.org/article/view/2355
• Novethic – “DÉGRADATION ET ÉROSION DES SOLS : CINQ CHIFFRES CHOCS SUR UN DANGER MONDIAL” : https://www.novethic.fr/actualite/environnement/biodiversite/isr-rse/degradation-et-erosion-des-sols-cinq-chiffres-chocs-sur-un-danger-mondial-147976.html
• cycle de l’azote : https://www.verdeterreprod.fr/wp-content/uploads/2019/05/LES-BACTERIES-FIXATRICES-D%E2%80%99AZOTE-LIBRES-DU-SOL-.pdf
• cycle du phosphore:  https://cdn.thinglink.me/api/image/592019421187276801/1240/10/scaletowidth
• “falaise de Sénèque” de l’extraction du phosphore: https://media.paperblog.fr/i/700/7009483/penurie-phosphore-L-c5ZcEO.jpeg
• Pays exportateurs de phosphore : https://www.researchgate.net/profile/Hijran-Toama/publication/322775952/figure/fig2/AS:667820933267471@1536232326980/World-phosphate-rock-production-capacity-in-2015-according-to-US-Geological-Survey.png
• Nombre de personnes dépendant de la production agricole fertilisée à l’azote de synthèse (processus Haber-Bosch):  https://www.researchgate.net/profile/Hijran-Toama/publication/322775952/figure/fig2/AS:667820933267471@1536232326980/World-phosphate-rock-production-capacity-in-2015-according-to-US-Geological-Survey.png
• Notre planète: “Découverte d’importantes zones mortes dans l’océan Atlantique Nord“ (2015) : https://www.notre-planete.info/actualites/4269-zones-mortes-ocean