Le progrès de l’humanité repose en grande partie sur les découvertes de la science. Ce fut le cas au début du siècle dernier avec la croissance exponentielle de la production agricole. Elle est devenue possible lorsque deux chimistes allemands ont mis au point une méthode de fabrication de l’ammoniac liquide, l’un des ingrédients essentiels dans la composition des engrais synthétiques. La fixation de l’azote par un processus industriel a constitué une avancée agricole extraordinaire pour nourrir une population mondiale en croissance rapide. L’ammoniac liquide est produit en mélangeant de l’hydrogène avec de l’azote, un gaz qui reste naturellement inerte dans l’air dans de grandes proportions (78 %) et qui, cependant, ne peut pas être fixé directement par les plantes. Personne ne pouvait alors prévoir qu’un élément essentiel à la vie sur notre planète comme l’azote (un composant vital de l’ADN et des protéines de toute forme de vie sur la planète), dosé en excès lors de l’utilisation d’engrais synthétiques, se convertirait en composés azotés qui, une fois retournés au sol, dans l’eau et dans l’air, rendraient l’azote nuisible à la vie. C’est actuellement l’un des plus grands problèmes environnementaux auxquels l’humanité est confrontée. En effet, la plante n’utilise que 30 à 50 % de l’engrais synthétique utilisé. Le reste de l’azote se dénitrifie, s’infiltre dans le sol sous forme de nitrate, qui passe dans les nappes souterraines et se volatilise dans l’air (Danso & Eskew, 1984). Au contact de l’atmosphère, il s’oxyde et forme les oxydes d’azote (NOx), qui sont essentiellement du monoxyde d’azote et du dioxyde d’azote. Avec d’autres gaz présents en grandes proportions dans l’air, comme le dioxyde de carbone et le méthane, ils contribuent fortement à l’effet de serre destructeur de la couche d’ozone qui est à l’origine du dérèglement climatique. La présence de composés azotés dans l’air affecte gravement la santé des citoyens. En général, il endommage les voies respiratoires, provoquant diverses pathologies, mais il affecte également le système circulatoire et immunitaire, et il a été démontré qu’il était lié à des pathologies développées dans des organes comme le foie et la rate. Afin d’éviter que les dommages sanitaires ne soient aggravés par l’utilisation d’engrais synthétiques et donc la présence de gaz polluants dans l’air comme les oxydes d’azote, une détection précoce est essentielle pour permettre une alerte au cas où l’un d’entre eux dépasserait les valeurs préétablies. Ceci dans un souci d’aider les gestionnaires à prendre des décisions efficaces. Il est également nécessaire de contrôler l’impact environnemental de l’industrie des engrais.
Impact de l’industrie des engrais sur la qualité de l’air
Afin de permettre aux agriculteurs d’augmenter et d’améliorer la production de leurs cultures, l’industrie de fabrication des engrais synthétiques doit contrôler et anticiper, conformément aux réglementations établies par la loi, les risques environnementaux causés par les processus chimiques (dissolution par des acides, pression, hautes températures, etc.) utilisés au cours de leur production. Lors des processus de fabrication, des particules de suie et de poussière sont généralement émises dans l’air, ainsi que des gaz polluants comme l’oxyde de soufre (SOx), l’ammoniac (NH3) et des sous-produits azotés comme l’oxyde nitrique (NO) et le dioxyde d’azote (NO2), en plus des émissions de solvants volatils ayant un fort pouvoir polluant. Tous ces éléments ont une incidence directe sur l’environnement et la santé humaine
Fertilisation des champs agricoles
Types d’engrais
Les engrais agricoles complètent le développement végétatif des cultures en apportant les éléments nutritifs qui sont plus rares dans le sol, encourageant ainsi les plantes à croître et à se reproduire correctement. Son action est basée sur l’apport de trois éléments chimiques essentiels : l’azote, le phosphore et le potassium. D’autres micronutriments comme le zinc, le fer, le manganèse, le cuivre, etc. sont ajoutés à leur composition afin d’améliorer les rendements et favoriser la santé des plantes cultivées. Une distinction est faite en fonction de l’origine des éléments nutritifs sur lesquels repose la composition de l’engrais :
Engrais organiques
Le fumier, obtenu à partir des excréments d’animaux domestiques et de restes de plantes, est traditionnellement utilisé comme source de matériaux carbonés pour stimuler le développement des cultures. En effet, ils sont dégradés par les micro-organismes du sol et transformés en nutriments minéraux assimilables par les plantes au fur et à mesure de leur incorporation dans le sol. Leur apport de matière organique au sol aide à prévenir la perte de fertilité du sol. Ils contribuent à leur tour à sa porosité et à sa perméabilité, facteurs physiques essentiels pour une rétention d’eau adéquate. Ce type d’engrais est le plus couramment utilisé dans l’agriculture biologique.
Engrais synthétiques ou inorganiques
Ils sont également appelés engrais chimiques car ils sont basés sur des réactions chimiques industrielles qui dégradent des éléments inorganiques comme les sels, les gaz et les roches. Ce sont les engrais les plus utilisés dans l’agriculture car ils facilitent plus rapidement la disponibilité des nutriments pour la plante. Ils améliorent les cultures car ils sont facilement absorbés par les plantes et ont un impact sur l’augmentation des rendements. Leur utilisation efficace, qui ne génère pas d’excédents polluant l’environnement, ainsi que les progrès technologiques de l’industrie des engrais minimisent les effets toxiques que ce type d’engrais chimiques génère sur la santé et la sécurité des personnes, ainsi que sur la faune et la flore du milieu naturel.
Biofertilisants
C’est le nom donné aux engrais qui utilisent des micro-organismes vivants pour nourrir les plantes. Ils stimulent les processus biologiques dans les cultures et améliorent leur efficacité en matière d’absorption des nutriments. Ils ne génèrent pas d’excédents nocifs qui restent dans le sol ou polluent l’eau ou l’air et sont donc largement utilisés dans l’agriculture biologique.
Engrais organo-minéraux
Ils sont d’origine minérale et sont complétés lors de leur fabrication chimique par un mélange de nutriments organiques provenant de matières carbonées d’origine animale ou végétale. En plus de favoriser la nutrition des plantes, ils contribuent à améliorer les propriétés du sol.
Types de pollution causés par les engrais
Si l’industrie des engrais est essentielle à l’agriculture moderne qui assure l’approvisionnement alimentaire mondial, l’utilisation excessive d’engrais synthétiques a de graves répercussions sur l’environnement. L’azote libéré par les engrais synthétiques retourne dans l’environnement sous forme d’oxydes d’azote qui affectent :
l’atmosphère
L’azote excédentaire retourne dans l’atmosphère sous forme d’oxydes d’azote dont la contribution à l’effet de serre est 300 fois plus nocive que celle du dioxyde de carbone.
le sol
L’excès d’engrais entraîne également la rétention d’azote dans le sol, ce qui affecte sa microbiologie et modifie le rapport entre le carbone et le phosphore. Il eutrophise le sol par un excès de nutriments et acidifie même les champs cultivés, entraînant une perte de fertilité et un déséquilibre des propriétés physico-chimiquesde la structure du sol (Pahalvi et al., 2021).
l’eau
Par le ruissellement et le lessivage des sols agricoles, l’azote est incorporé, sous forme de nitrites et de nitrates, dans les eaux souterraines, les nappes d’eau intérieures comme les lacs et les étangs, ainsi que dans les océans. Il entre ainsi dans le cycle de l’eau, contaminant les sources d’eau destinées aux différents usages humains. Il s’agit d’un grave problème environnemental qui affecte à son tour la biodiversité en modifiant l’environnement naturel de nombreuses espèces de flore et de faune qui dépendent de l’eau pour leur survie. Son impact direct sur les écosystèmes aquatiques conduit à l’eutrophisation, qui altère les conditions de l’eau en bloquant le passage de la lumière et en réduisant l’oxygène dissous, ce qui détériore gravement l’état de conservation de la flore et de la faune liées à l’eau.
Directive européenne sur les nitrates (cliquer pour agrandir)
Problèmes de santé liés à l’utilisation d’engrais
Bien que l’azote soit essentiel à la croissance des cultures agricoles, sa surutilisation dans les engrais est préjudiciable à la santé et à l’environnement. Chaque année,près de sept millions de personnes meurent prématurément, ce qui représente un impact économique de huit milliards d’euros par an en raison de maladies liées à la pollution de l’air que nous respirons, qu’il s’agisse d’une exposition à l’extérieur ou à l’intérieur. Parmi les gaz polluants présents dans l’atmosphère, les oxydes d’azote provenant de l’utilisation d’engrais inorganiques représentent une part importante. L’inhalation de ces substances nuit gravement à la santé humaine, notamment en provoquant des maladies respiratoires, des troubles du système circulatoire ou des lésions sur des organes comme le foie et la rate. Dans les pays considérés comme le grenier du monde, comme l’Inde, l’industrialisation de l’agriculture ne se contente pas d’atténuer la famine de la population, mais est à l’origine de troubles endocriniens et neurotoxiques, de maladies respiratoires et d’une incidence dramatique des cancers de la vessie, des ovaires et lymphatiques.
Agriculteurs dans les champs de culture
Dans l’État indien du Pendjab, avec ses vastes zones agricoles, la détérioration de la santé des agriculteurs et de leurs familles est directement liée à l’utilisation d’engrais et de pesticides. Leur utilisation augmente à mesure que la fertilité du sol s’épuise, que sa capacité de rétention de l’eau et des nutriments diminue et qu’il faut utiliser de plus grandes quantités d’engrais synthétiques pour faire pousser les cultures.
Il y a trente ans, on ne sulfatait les champs que deux fois par an. Aujourd’hui, on utilise les produits chimiques quatre ou cinq fois
Pour s’attaquer rapidement à ce grave problème de pollution atmosphérique qui affecte la santé de l’humanité, il faut réduire les causes de l’appauvrissement de la couche d’ozone en surveillant et en réglementant en permanence la présence et la proportion d’oxydes d’azote dans l’air. Si la majeure partie de la pollution gazeuse provient de la combustion des véhicules et de l’industrie énergétique, les exploitations agricoles modernes qui utilisent beaucoup d’engrais et de pesticides synthétiques y contribuent également de manière significative.
Stratégies visant à réduire l’utilisation d’engrais agricoles
Éviter le rejet dans l’atmosphère de l’azote excédentaire provenant des engrais synthétiques est l’un des grands défis de la recherche scientifique et industrielle , ainsi que l’adéquation des réglementations relatives à leur utilisation. Tout d’abord, des mesures précises des émissions agricoles doivent être réalisées sans interrompre la production de base des aliments nécessaires pour nourrir le monde. Les politiques doivent également équilibrer les sphères sociales et politiques afin de minimiser leur impact sur l’atmosphère, car elles affectent à la fois l’environnement et la santé des personnes (Aneja et al., 2009). Parmi les mesures à prendre figure l’utilisation d’engrais dans des proportions et une composition adaptées aux besoins de chaque type de culture. En outre, les éléments nutritifs ne doivent être appliqués que dans des conditions environnementales appropriées, de sorte qu’ils n’affectent que la croissance végétative des cultures et n’entraînent pas de pertes d’engrais, car leur destination finale est le milieu où nous vivons. Il est nécessaire de mettre en œuvre l’utilisation d’engrais organiques et minéraux car ils fournissent des nutriments aux plantes et améliorent les cultures agricoles d’une manière plus équilibrée pour le sol, sans émettre de dérivés synthétiques qui polluent le sol, l’eau et l’air et n’affectent pas la diversité naturelle. Cela signifie qu’il faut encourager les cultures exemptes de résidus d’engrais comme les nitrates, grâce à des pratiques agricoles durables comme la rotation des cultures et l’agriculture biologique. Il s’agit de techniques qui sont apparues dans les activités agricoles modernes comme un moyen efficace d’apporter une forte valeur ajoutée aux produits et, en même temps, d’atténuer l’impact des engrais chimiques sur la santé humaine et l’environnement. Outre la promotion d’une utilisation efficace des engrais chimiques, le processus naturel de fixation biologique de l’azote moléculaire (N2) doit être amélioré. C’était la base de l’agriculture avant le début de la fabrication des engrais synthétiques. Alors qu’aucune plante n’est capable de fixer biologiquement l’azote moléculaire par elle-même, il est possible de créer une symbiose avec des micro-organismes, qui décomposent la molécule d’azote stable et forment ensuite de l’ammoniac et des nitrates, dans certaines cultures. Ce n’est pas le cas pour le blé, le riz et le maïs, qui constituent l’alimentation de base de la majorité de l’humanité. D’autres plantes cultivées, comme les pois, les haricots et les lentilles peuvent fixer biologiquement l’azote à l’aide de bactéries. Une technologie révolutionnaire et respectueuse de l’environnement (N-Fix) est actuellement à l’étude. Elle permet aux plantes d’absorber directement l’azote de l’air et de le transformer en ammoniac. La technologie N-Fix y est parvenue en stimulant les plantes par l’introduction de bactéries fixatrices d’azote dans les racines de la plupart des plantes cultivées. En se basant sur l’imitation de la nature, la permaculture cherche à rendre les cultures durables tout en ne causant aucun risque pour l’environnement, en promouvant une agriculture qui imite les processus naturels. Ainsi, dans le cadre de l’agroforesterie les arbres (sylviculture) sont intégrés aux plantes cultivées et à l’élevage pour fournir des avantages mutuels en termes de nutriments et de disponibilité de ressources multiples en poussant ensemble. Les polycultures ou cultures mixtes encouragent différentes plantes à partager le même espace, ce qui favorise la biodiversité, optimise les ressources, améliore la fertilité des sols et prévient les maladies et les ravageurs. La culture en terrasses, en ligne ou en spirale s’est également avérée bénéfique pour les agriculteurs et l’environnement, tout en améliorant la composition du sol et en optimisant l’utilisation de l’eau grâce à un meilleur drainage du sol.
Solutions pour la directive sur les nitrates (cliquer pour agrandir)
Il existe de nombreux moyens de parvenir à une agriculture qui préserve l’environnement et contribue à l’action climatique. La production responsable, nécessaire à la santé et au bien-être des êtres vivants de la planète, est essentielle pour assurer la sécurité alimentaire, ainsi que pour ne pas altérer la qualité de l’air que nous respirons.
Engrais chimiques contre engrais organiques
Pour une transition vers des pratiques agricoles plus respectueuses et durables pour la santé de la planète et de ses habitants, l’utilisation d’engrais organiques ou écologiques devrait être encouragée. En ne fournissant pas d’azote, par le biais d’un composé synthétique comme l’ammoniac liquide, ils ne sont pas nocifs et se présentent comme une alternative cruciale pour lutter contre la pollution problématique causée par les engrais synthétiques. Les engrais organiques, composés de matières carbonées, sont assimilés plus progressivement par les plantes. Les micro-organismes du sol doivent agir en les dégradant avant qu’ils puissent être utilisés par la plante. Toutefois, ce processus naturel garantit la disponibilité de nutriments supplémentaires dans le sol pendant une période plus longue. Cependant, dans le cas des engrais synthétiques, les nutriments sont immédiatement disponibles pour les plantes, ce qui favorise une incorporation rapide dans le système vasculaire en vue de leur utilisation par la plante et, de la même manière, conduit à une amélioration substantielle de la croissance des cultures. Les engrais organiques qui ajoutent des composés minéraux provenant de sels et de roches sont également plus respectueux de l’environnement car ils ne nécessitent pas de traitement chimique. Cependant, bien qu’ils soient respectueux de l’environnement et qu’ils nourrissent les plantes, l’azote est présent dans leur composition dans une proportion plus faible que dans les engrais synthétiques.
Tracteur épandant de l’engrais sur une culture
Mesurer l’impact environnemental avec les capteurs Kunak AIR
Les engrais synthétiques affectent l’atmosphère en libérant de l’azote réactif qui s’oxyde en monoxyde d’azote et en dioxyde d’azote (NOx). Ce processus entraîne un certain nombre de problèmes environnementaux, notamment le fait que ces gaz sont extrêmement nocifs pour la couche d’ozone (O3). Leur destruction favorise l’effet de serre qui accélère le réchauffement climatique. Les pratiques agricoles générant 60 à 70 % des émissions d’oxyde nitreux dans l’air par l’utilisation d’engrais chimiques, il est crucial de promouvoir l’utilisation d’engrais moins polluants pour l’atmosphère, ainsi que de disposer de données précises et adéquates pour estimer la présence et la proportion d’oxydes d’azote (dioxyde d’azote et monoxyde d’azote) dans l’atmosphère et pour surveiller les niveaux d’ozone. L’industrie des engrais synthétiques peut réduire ses émissions de polluants qui altèrent la qualité de l’air en installant un périmètre de capteurs pour surveiller ses émissions de gaz polluants. Cela permettra d’éviter de dépasser les limites fixées par la loi. Cette surveillance permettrait à son tour la détection précoce et l’activation de systèmes d’alerte en cas d’anomalies comme les fuites de gaz polluants causées par des problèmes ou des anomalies au cours du processus de production, d’éviter des dépenses extraordinaires pour l’entretien et les réparations. Bien que des facteurs environnementaux comme l’humidité, la température et le type de sol influent sur le cycle de l’azote dans l’agriculture et donc sur les gaz polluants émis dans l’atmosphère par l’utilisation d’engrais synthétiques, il est recommandé de surveiller ces gaz en permanence. Le déploiement d’un réseau de stations Kunak AIR dans les zones agricoles, alimentées par des panneaux solaires, permettra de détecter la présence de composés azotés dans l’air au moment de l’épandage d’engrais synthétiques sur les plantes. Il est également souhaitable d’effectuer un suivi en temps réel afin de détecter les moments critiques de la croissance des plantes qui impliquent la libération d’azote dans l’air, laquelle se transformera éventuellement en émissions qui altèrent la qualité de l’air en raison des excédents d’azote émis. De même, pour protéger la santé humaine et l’environnement, il est nécessaire de disposer d’un réseau de surveillance périmétrique dans les usines de production d’engrais afin de contrôler d’autres polluants dérivés du processus de production tels que l’oxyde de soufre (SOx), l’ammoniac (NH3) et les sous-produits azotés tels que l’oxyde nitrique (NO) et le dioxyde d’azote (NO2), en plus des émissions de solvants volatils ayant un fort pouvoir polluant. L’analyse des données collectées par le réseau de capteurs grâce à des outils comme le logiciel Kunak AIR Cloudpermet un contrôle exhaustif des niveaux de polluants qui ont l’impact le plus significatif sur la qualité de l’air, favorisant ainsi la durabilité de l’agriculture.
Sources et références
Legislación española sobre fertilizantes Aneja, V. P., Schlesinger, W. H., & Erisman, J. W. Effects of agriculture upon the air quality and climate: research, policy, and regulations. Environmental Science & Technology, 2009 43 (12), 4234-4240. Pahalvi, H. N., Rafiya, L., Rashid, S., Nisar, B., & Kamili, A. N. (2021). Chemical fertilizers and their impact on soil health. Microbiota and Biofertilizers, Vol 2: Ecofriendly Tools for Reclamation of Degraded Soil Environs, 1-20. Danso, K. A., & Eskew, D. L. (1984). Aumento de la capacidad de fijación biológica de nitrógeno. Agricultura y alimentación. OIEA, 26(2), 29-33.
