Africa-Press – Niger. Les émissions du gaz à effet de serre communément appelé « gaz hilarant » montent en flèche. Pouvons-nous réduire les émissions de sa principale source anthropique ?
Dans le cadre des efforts déployés par la communauté internationale pour réduire les émissions de gaz à effet de serre, l’origine de nos aliments est mise en avant. Il y a de bonnes raisons à cela : l’agriculture est responsable de 16 à 27 % des émissions de gaz à effet de serre d’origine humaine.
Mais une grande partie de ces émissions ne provient pas du dioxyde de carbone, cet ennemi familier du changement climatique. Elles proviennent d’un tout autre gaz : l’oxyde nitreux (N2O).
Également connu sous le nom de gaz hilarant, le N2O ne reçoit pas l’attention qu’il mérite, selon David Kanter, chercheur sur la pollution par les nutriments à l’université de New York et vice-président de l’International Nitrogen Initiative, une organisation axée sur la recherche et l’élaboration de politiques en matière de pollution par l’azote.
« C’est un gaz à effet de serre oublié », dit-il.
Pourtant, le N2O est environ 300 fois plus puissant que le dioxyde de carbone pour réchauffer l’atmosphère.
Et comme le CO2, il a une longue durée de vie, puisqu’il passe en moyenne 114 ans dans le ciel avant de se désintégrer.
Il appauvrit également la couche d’ozone. En somme, l’impact climatique du gaz hilarant n’est pas une plaisanterie.
Les scientifiques du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) ont estimé que le protoxyde d’azote représente environ 6 % des émissions de gaz à effet de serre, et qu’environ trois quarts de ces émissions de N2O proviennent de l’agriculture.
Mais malgré leur importante contribution au changement climatique, les émissions de N2O ont été largement ignorées dans les politiques climatiques.
Et le gaz continue de s’accumuler. Un examen des sources et des puits d’oxyde nitreux en 2020 a révélé que les émissions ont augmenté de 30 % au cours des quatre dernières décennies et qu’elles dépassent tous les scénarios d’émissions potentielles, sauf les plus élevés, décrits par le GIEC.
Les sols agricoles – notamment en raison de l’utilisation intensive d’engrais azotés synthétiques dans le monde – sont les principaux coupables.
Aujourd’hui, les scientifiques étudient plusieurs façons de traiter le sol ou d’adapter les pratiques agricoles pour réduire la production de N2O.
« Tout ce qui peut être fait pour améliorer l’efficacité de l’utilisation des engrais serait énorme », déclare Michael Castellano, agroécologue et pédologue à l’université d’État de l’Iowa.
Déséquilibre d’azote
L’humanité a déséquilibré le cycle de l’azote sur la Terre.
Avant l’avènement de l’agriculture moderne, la majeure partie de l’azote disponible pour les plantes dans les exploitations agricoles provenait du compost, du fumier et des microbes fixateurs d’azote qui absorbent l’azote gazeux (N2) et le transforment en ammonium, un nutriment soluble que les plantes peuvent absorber par leurs racines.
Tout a changé au début des années 1900 avec le début du processus Haber-Bosch qui a fourni une méthode industrielle pour produire des quantités massives d’engrais ammoniacaux.
Cette abondance d’engrais synthétiques a permis d’augmenter le rendement des cultures et de nourrir les populations du monde entier, mais ce surplus de nitrate et d’ammonium a un coût environnemental.
La production d’engrais ammoniacaux représente environ 1 % de la consommation mondiale d’énergie et 1,4 % des émissions de CO2 (le processus nécessite de chauffer de l’azote gazeux et de le soumettre à des pressions pouvant atteindre 400 atmosphères, ce qui est très énergivore).
Plus important encore, l’engrais entraîne une augmentation des émissions d’oxyde nitreux, car les agriculteurs ont tendance à appliquer l’azote dans leurs champs en quelques grandes quantités au cours de l’année, et les cultures ne peuvent pas tout utiliser.
Lorsque les racines des plantes n’absorbent pas cet engrais, une partie de celui-ci s’écoule du champ et pollue les cours d’eau. Ce qui reste est consommé par une succession de microbes du sol qui convertissent l’ammoniac en nitrite, puis en nitrate et, enfin, en gaz N2. Le N2O est produit comme sous-produit à quelques moments de ce processus.
Une distribution judicieuse des engrais au moment où les plantes en ont besoin ou la recherche de moyens de maintenir les rendements avec moins d’engrais azotés permettraient de réduire ces émissions de N2O.
Les scientifiques étudient différents moyens d’y parvenir.
L’une des stratégies étudiées consiste à utiliser des techniques d’agriculture de précision faisant appel à la télédétection pour déterminer où et quand ajouter de l’azote dans les champs, et en quelle quantité.
Une autre stratégie consiste à utiliser des inhibiteurs de nitrification, des produits chimiques qui empêchent les microbes de transformer l’ammoniac en nitrate, ce qui empêche la création de N2O et permet de conserver l’azote dans le sol pour que les plantes puissent l’utiliser plus longtemps.
L’adoption généralisée de ces deux pratiques permettrait de réduire les émissions d’oxyde nitreux d’environ 26 % par rapport à leur trajectoire actuelle d’ici 2030, selon une estimation réalisée en 2018 par des chercheurs de l’Institut international pour l’analyse des systèmes appliqués, en Autriche.
Mais selon les auteurs, il faudra plus que cela pour aider à atteindre les objectifs en matière de gaz à effet de serre tels que ceux fixés dans l’Accord de Paris. Les scientifiques explorent donc des stratégies supplémentaires.
Des solutions pour le sol
L’une des options consiste à exploiter le potentiel de certains microbes pour fournir directement de l’azote aux plantes, comme le font déjà les bactéries fixatrices d’azote en partenariat avec les haricots, les arachides et d’autres légumineuses.
« Il y a vraiment une mine d’or qui vit dans le sol », affirme Isai Salas-González, auteur d’un article sur le microbiome végétal dans la revue annuelle de microbiologie de 2020 et biologiste computationnel qui vient de terminer un doctorat à l’Université de Caroline du Nord à Chapel Hill.
Dans cette veine, la société Pivot Bio commercialise depuis 2019 un produit microbien appelé Pivot Bio Proven qui, selon eux, forme une symbiose avec les racines des cultures après qu’un inoculant a été versé dans les sillons où les graines de maïs sont plantées. (La société prévoit de lancer des produits similaires pour le sorgho, le blé, l’orge et le riz).
Selon Karsten Temme, directeur général de Pivot Bio, les microbes fournissent de l’azote à la cuillère, un peu à la fois, en échange de sucres rejetés par la plante, ce qui réduit le besoin d’engrais de synthèse.
Selon M. Temme, les scientifiques de l’entreprise ont créé l’inoculant en isolant une souche de la bactérie Kosakonia sacchari qui possédait déjà des capacités de fixation de l’azote dans son génome, bien que les gènes en question ne soient pas naturellement actifs dans les conditions de terrain.
Grâce à une technologie de modification de gènes, les scientifiques ont pu réactiver un ensemble de 18 gènes afin que la bactérie fabrique l’enzyme nitrogénase, même en présence d’engrais de synthèse. « Nous les persuadons de commencer à produire cette enzyme », explique M. Temme.
Steven Hall, biogéochimiste à l’université d’État de l’Iowa, teste actuellement le produit dans de grands conteneurs de la taille d’une benne à ordures dans lesquels pousse du maïs.
Les chercheurs appliquent l’inoculant, ainsi que différentes quantités d’engrais synthétique, sur le sol et mesurent les rendements de maïs, la production d’oxyde nitreux et la quantité de nitrate qui s’échappe de la base des conteneurs.
Bien que les résultats de l’essai ne soient pas encore connus, M. Hall estime que l’hypothèse selon laquelle les microbes réduisent le besoin d’engrais et, partant, les émissions d’oxyde nitreux, est « bien étayée ».
Le semis direct
Mais certains pédologues et microbiologistes sont sceptiques quant à une solution microbienne rapide.
Selon Tolu Mafa-Attoye, étudiant diplômé en microbiologie environnementale à l’université de Guelph au Canada, les « biofertilisants » de ce type ont eu un succès mitigé, selon le sol et l’environnement dans lesquels ils sont appliqués.
Dans une étude de terrain sur le blé, par exemple, l’inoculation des cultures avec des microbes bénéfiques a amélioré la croissance des plantes mais n’a entraîné qu’une légère augmentation des rendements.
Les collègues de Mafa-Attoye à Guelph ont écrit en février dans la revue Frontiers in Sustainable Food Systems que de nombreuses inconnues subsistent, notamment la question de savoir si les microbes auront un effet négatif sur l’écologie du sol ou s’ils seront supplantés par les microbes indigènes.
Selon Caroline Orr, microbiologiste à l’université de Teesside, au Royaume-Uni, au lieu d’ajouter un microbe, il serait peut-être plus judicieux d’encourager la croissance des microbes souhaitables qui existent déjà dans le sol.
Elle a constaté qu’en réduisant l’utilisation de pesticides, on obtenait une communauté microbienne plus diversifiée et une plus grande quantité de fixation naturelle de l’azote.
En outre, la production d’oxyde nitreux est influencée par la disponibilité du carbone, de l’oxygène et de l’azote – et tous sont affectés par l’ajustement de l’utilisation des engrais, de l’irrigation et du labourage.
Prenons le travail du sol, par exemple. Une analyse de plus de 200 études a révélé que les émissions d’oxyde nitreux augmentaient au cours des dix premières années suivant l’arrêt ou la réduction du labourage des terres par les agriculteurs.
Mais après cela, les émissions ont diminué. Johan Six, co-auteur de l’analyse et agroécologiste à l’ETH Zürich en Suisse, pense que cela est dû au fait que les sols sont au départ fortement compactés après des années de passage d’engins.
Avec le temps, cependant, le sol non perturbé forme une structure en forme de biscuit qui permet à l’air de circuler. Et dans un environnement riche en oxygène, les microbes produisent moins d’oxyde nitreux.
Ces systèmes de culture sans labour permettent également de stocker davantage de carbone, car la réduction des labours entraîne une diminution de la conversion du carbone organique en CO2, ce qui constitue un avantage supplémentaire pour le climat.
Il pourrait même être possible pour les agriculteurs d’économiser de l’argent sur les engrais et l’eau et de réduire les émissions, tout en maintenant les rendements.
Dans le cadre d’une recherche menée sur des exploitations de tomates dans la vallée centrale de la Californie, Six a constaté que des parcelles d’étude ayant fait l’objet d’un travail réduit du sol et d’un système d’irrigation au goutte-à-goutte qui suintait lentement l’azote vers les plantes – réduisant ainsi la quantité de nutriments accumulés dans le sol – ont permis de réduire les émissions de N2O de 70 % par rapport aux parcelles gérées de manière conventionnelle.
L’agriculteur qui a mis en œuvre ces changements a également été indemnisé pour sa réduction des émissions de gaz à effet de serre par le biais du programme de plafonnement et d’échange de l’État.
Selon M. Six, il n’est peut-être pas si difficile de persuader les agriculteurs de réduire leurs émissions s’ils reçoivent les bonnes incitations.
Dans le Missouri, l’agriculteur Andrew McCrea cultive 2 000 acres de maïs et de soja dans un système de semis direct. Cette année, il prévoit de réduire sa consommation d’engrais et de voir si l’inoculant Pivot Bio peut maintenir ses rendements à peu près au même niveau. « Je pense que tous les agriculteurs se soucient certainement du sol », dit-il. « Si nous pouvons réduire les coûts, c’est bien aussi ».
Et si les décideurs politiques se tournent vers la lutte contre l’oxyde nitreux, il devrait y avoir des retombées positives pour chacun d’entre nous, estime Kanter, de l’université de New York.
Certains d’entre eux pourraient être plus rapides et plus tangibles que la lutte contre le changement climatique.
Les mesures qui permettent de réduire les niveaux de N2O réduisent également la pollution locale de l’air et de l’eau ainsi que les pertes de biodiversité. « Ce sont des choses que les gens verront et ressentiront immédiatement », dit Kanter, « en quelques années plutôt qu’en quelques décennies ou siècles. »
