L’azote est crucial pour toute production agricole: vous en avez besoin pour faire des protéines et de l’ADN.

C’est en effet un composant essentiel des acides aminés, ces derniers contenant un groupe amine -NH2 et un groupe acide -COOH. Par les réactions dites de « condensation », ils se combinent pour former des protéines par la réaction suivante: -NH2+ -COOH => -NH-CO + H20. L’azote est aussi indispensable à la formation de l’ADN. (Leigh 2004, p.28)

  • https://twitter.com/agritof80/status/1380572162378108935
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  • https://twitter.com/PHautefeuille/status/1446179688712482820

L’histoire de la fertilisation azotée

Un enjeu aussi vieux que l’agriculture

L’azote a toujours été une part importante des systèmes agricoles. Son approvisionnement a basiquement défini l’agriculture européenne pendant près de 2000 ans. En effet, notre agriculture antique et moyennageuse reposait sur le transfert de fertilité du saltus (= le pâturage) vers l’ager (=le champ) par l’intermédiaire du bétail. On amenait le matin ce dernier paturer, puis on le ramener sur le champ (dont la moitié était en jachère) pour qu’il le fertilise. L’un des principaux aspects de la révolution agricole du Moyen Age a été la charrette, qui a permi de transporter le foin et le fumier et, ainsi, de mettre le bétail en stabulation (= dans des bâtiments). Ainsi, on récupérait une plus grande proportion de l’azote produit par ce dernier (+ les pâturages étaient plus productifs).

A différents âges, on a notamment valorisé les déjections humaines ou encore utilisé les légumineuses. C’était notamment le cas en Egypte Antique, où on avait déjà compris que ces dernières enrichissaient le sol. C’était également utilisé en Chine et c’est ce qui ressort des livres sur la Rome Antique. De manière générale, trouver des sources d’azote a toujours été l’un des principaux enjeux agricoles au fil des millénaires. (Leigh 2004, p.94)

Le développement de la fertilisation azotée « artificielle »

Avec le développement d’une agronomie scientifique au XVIIe siècle, on a pris conscience de l’importance de l’azote. On a commencé par l’identifier sous le terme de « nitre ».

Le salpètre (nitrate de potassium) avait été identifié comme fertilisant, mais était davantage valorisé pour faire de la poudre à canon. Des sels d’ammoniaque étaient produits dans les iles britanniques à partir d’excréments (guano ?). Il était aussi importé de dépots naturels d’Italie, d’Afrique, d’Inde et de Syrie. En Egypte, ils étaient distillés à partie d’excréments de chameaux. (Leigh 2004, p.129)

Au XIXe siècle se sont développées les sources minérales d’engrais, dont le guano: les déjections fossilisées d’oiseaux venant des côtes péruviennes. Cete fertilisation était déjà connue des Incas, qui encadraient rigoureusement son usage. (Leigh 2004, p.136)

L’azote aérien

Sir William Crookes a une histoire intéressante quant à l’azote. Il avait une entreprise dont l’objet était de transformer des déchets animaux, principalement de poissons, en substance utilisable comme engrais azoté. Pendant quelques années à partir de 1871, il avait aussi dirigé la Native Guano Company, qui, comme son nom ne l’indique pas, convertissait les eaux usées de Londres en fumier. Dans une intervention à la British Association en 1898, il avertissait du manque d’azote et appelait les chimistes à développer un procédé pour fixer l’azote de l’air. (Leigh 2004, p.34-36)

C’était l’un des grands sujets de l’époque. On connaissait déjà plusieurs méthodes :

  • En 1775, Joseph Priestley a fait passer un courant électrique dans une fiole fermée pleine d’air. Le volume de gaz fut divisé par 5 et de l’acide nitrique fut formé. L’expérimentation fut approfondie par Henry Cavendish, qui montrait que la consommation du diazote de l’air était concomittante à la production de l’acide. La réaction est la suivante : N2 + O2 <=> 2NO, puis 4NO + 3O2 + 2H2O → 4HNO3. Un premier brevet fut déposé en Grande Bretagne en 1859 par Madame L.J.P.B. Lefebure. Ce n’est néanmoins qu’en 1903 qu’une usine norvégienne réussit à produire de l’acide avec cette technologie. D’où le nom de cette méthode: l’arc électrique norvégien. (Leigh 2004, p.211-214) Néanmoins, l’industrialisation du procédé n’était pas encore acquise et il a été en fait dépassé par le procédé Haber-Bosch. (Leigh 2004, p.238) Le consommait 25% de l’énergie nécessaire avec l’arc électrique norvégien. Ce dernier reposait en fait sur l’hydroélectricité bon marché en Norvège. Au final, ils ont même changé leur fusil d’épaule et préféré utiliser cette énergie pour produire de l’hydrogène, puis utiliser le procédé Haber. (Leigh 2004, p.258-259)
  • Une autre manière est de créer du cyanamide calcique en faisant réagir du carbure de calcium avec du diazote à très haute température: CaC2 + N2 → CaCN2 + C. Le développement de la sidérurgie et des très hautes températures qu’elle implique produisait du cyanure par la réaction 2C + N2 → C2N2. Néanmoins, on ne pouvait pas l’utiliser comme fertilisant. Une idée a été de le transformer en ferrocyanure de potasse. Le procédé était néanmoins trop cher, notamment en raison de la corrosion et l’usine créée en 1844 fut abandonnée en 1847. On tenta d’utiliser du barium, mais cela ne marcha pas non plus, jusqu’à la fin du siècle. Adolph Frank et Nikodem Caro ont finalement trouvé un moyen de le produire en 1898. (Leigh 2004, p.214-221) En 1901, F. E. Polzenius a montré que l’addition de chloride de calcium permettait de réduirel a température nécessaire de 1100 à 700-800°C. En 1908, le processus commença à être utilisé industriellement. (Leigh 2004, p.240) La production était de 20 000 tonnes en 1910, puis 600 000 tonnes après la première Guerre Mondiale, 750 000 tonnes, produites dans 17 pays, en 1947. (Leigh 2004, p.258)

Toutefois, aucune n’était réellement viable commercialement.

La révolution Haber-Bosch

L’appel de William Crookes ne resta pas sans réponse longtemps. Peu après a été développé (1909), puis industrialisé (1913) le procédé Haber-Bosch qui permettait de transformer de l’hydrogène (vaporéformé) et du diazote en ammoniaque. Il a fallu dépasser plusieurs grands challenges. Tout d’abord, il n’y avait alors pas de dihydrogène disponible en grande quantité. Ensuite, personne n’avait alors déjà tenté de manipuler ce gaz à cette échelle. Enfin, ce dernier devait être mis en contact d’un catalyste dans des conditions de chaleur et de pression élevées. (Leigh 2004, p.241) Il

On avait enfin trouvé une méthode viable de fixer l’azote de l’air.

Une révolution agricole

  1. https://ourworldindata.org/grapher/world-population-with-and-without-fertilizer
  2. https://twitter.com/Jeremy_Guil/status/1380782199734145024
  3. https://twitter.com/agronomix22/status/1436938804468781056
  4. https://twitter.com/agritof80/status/1446536880493891596
  5. http://www.commodafrica.com/15-11-2021-la-flambee-des-prix-des-intrants-menace-la-securite-alimentaire

S’en passer ?

Eaux usées, engrais verts, légumineuses et ordres de grandeur

Il y a plusieurs moyens « alternatifs » de limiter le besoin en azote. Les principaux sont :

  • L’utilisation des eaux usées.
  • Les légumineuses
  • Les engrais verts
La valorisation des déjections humaines

L’utilisation des déjections humaines pour fertiliser les sols est aussi ancienne que l’agriculture. Toutefois, la pratique tendait à se perdre à mesure que les communautés grandissent. Exception notable: la Chine arrivait à les mobiliser à grande échelle, même dans des grandes villes. Ainsi, Marco Polo a pu raconter comment étaient (~1300) récolté les eaux usées et vendues aux jardiniers. (Leigh 2004, p.78)

Les légumineuses

Tout d’abord, il y a les légumineuses, qui parviennent à fixer l’azote aérien grace à leurs synergies avec divers microorganismes.

Ceux-ci peuvent aussi se combiner avec des non-légumes, mais moins intimement. (Leigh 2004, p.40)

Les engrais verts

D’autres micro-organismes vivent sur les feuilles de certaines fougères, qui étaient utilisé comme engrais verts en Chine.

Le problème des engrais azotés

The difficulties of maintaining food supplies from the Empire in the face of a sea blockade were a principal reason why food had been
severely rationed in Britain during World War II. A consequence of this policy was that farmers were encouraged to produce as much food as they could, by whatever methods seemed most appropriate, and the era of intensive agriculture really got into its stride. This certainly involved the widespread application of nitrogen fertilisers (and, incidentally, of pesticides, herbicides, and fungicides).

Leigh 2004, p. 275

Tout l’azote prodigué aux plantes ne finit pas récolté:

  • Une partie reste dans les résidus de culture

Le ruissellement: le problèmes des nitrites et nitrates

« nitrate flush »

L’oxydation et les terribles peroxydes d’azote

L’un des grands problèmes des engrais azotés est la production d’oxydes d’azote, notés « NOx »: l’oxyde nitrique NO, le dioxyde d’azote NO2 et protoxyde d’azote (ou oxyde nitreux) N2O.

Notez que c’est l’un des composant des pluies acides: en se combinant à l’eau dans l’atmosphère, les NOx peuvent donner de l’acide nitreux (HNO2) et de l’acide nitrique (HNO3). C’est aussi une part du « cycle de l’azote ».

https://www.cgiar.org/news-events/news/mapping-the-way-to-lower-nitrous-oxide-emissions

Eutrophisation, algues vertes et directive nitrate

L’azote favorise la croissance des plantes, mais aussi des algues. Lorsqu’il n’est pas retenu par le sol et les plantes, les pluies tendent à le délaver et le faire ruisseler dans les cours d’eaux et les étendues d’eau.

La prolifération d’algues va avoir deux effets toxiques sur les étendues d’eau. Tout d’abord, elles vont mobiliser les ressources et la lumière présente, empêchant d’autres organismes d’en profiter. Ensuite, en se décomposant, elles vont mobiliser le dioxgène dissous dans l’eau et asphyxier la faune aquatique.

  • https://twitter.com/afpfr/status/1432078099324325893
  • https://www.scientificamerican.com/article/half-of-the-worlds-coastal-sewage-pollution-flows-from-few-dozen-places/

C’est également la mécanique à l’origine des fameuses algues vertes. Outre le désagrément matériel (occupation des plages), il y a un danger sanitaire avec l’émission de sulfure d’hydrogène.

Le problème de l’eutrophisation a amené à l’instauration de la directive nitrate en 1990.

Les problèmes liés aux engrais azotés de synthèse

Une conception polluante

Les risques liés au stockage

https://www.actu-environnement.com/ae/news/ammonitrates-risques-ports-agriculture-mission-cgedd-cge-37718.php4?xtor=AL-62

Les engrais en pratiques

  • https://twitter.com/agritof80/status/1380572162378108935
  • https://twitter.com/kereonnec/status/1432814061176172544

Production minérale d’engrais

  • https://news.utexas.edu/2021/07/14/making-vital-fertilizer-element-in-a-more-sustainable-way/
  • https://cosmosmagazine.com/science/clean-green-way-to-make-ammonia-fertilisers/
  • https://korii.slate.fr/tech/energie-accident-scientifiques-revolution-production-ammoniac-environnement-gaz-naturel
  • https://www.pleinchamp.com/actualite/vers-une-penurie-d-engrais-azotes
  • https://www.lopinion.fr/economie/la-flambee-des-prix-de-lengrais-un-danger-mondial
  • https://www.terre-net.fr/marche-agricole/actualite-marche-agricole/article/les-prix-des-engrais-azotes-s-envolent-1395-202336.html
  • https://www.linkedin.com/posts/erika-roger-0a8348171_faites-des-%C3%A9conomies-le-march%C3%A9-des-activity-6849268522820898817-vBfU/
  • https://news.utexas.edu/2021/07/14/making-vital-fertilizer-element-in-a-more-sustainable-way/
  • https://www.terre-net.fr/marche-agricole/actualite-marche-agricole/article/les-prix-des-engrais-azotes-s-envolent-1395-202336.html
  • https://twitter.com/geninbv/status/1472255185498091520

Engrais verts et légumineuses

  • https://cultivar.fr/sinformer/impulse-seeds-investir-dans-la-creation-de-nouvelles-varietes-de-legumes-secs
  • https://twitter.com/PVincourt/status/1455808978651435009
  • https://twitter.com/MichaelMickha/status/1460232982690779136

Aquaculture

https://www.fao.org/fao-stories/article/fr/c/1440470/?utm_source=twitter&utm_medium=social+media&utm_campaign=faoenfrancais

https://www.cultivar.fr/sinformer/un-biofertilisant-pour-economiser-jusqua-50-des-apports-dazote

FAQ

Leigh 2004, p.336-354

Conclusion

Thus, nitrogen gives us the opportunity to benefit the whole of humanity. It is accompanied by real risks of eutrophication of groundwater, surface waters, and seawaters, but these should be manageable. The supposed risks of methaemoglobinaemia and stomach cancer are far from
proven and may, in fact, be non-existent. Unfortunately, a population assaulted by changes it does not truly understand and cannot evaluate remains very suspicious, even though suspicion may indeed be unjustified.

Leigh 2004, p.356


Références

  • G.J. Leigh, The world’s greatest fix. A history of nitrogen and agriculture, éd. Oxford University Press, 2004, 430p.