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  1. 1. 1 Versune agriculture fertile... DA NDirectly Available Nitrogen* *Azote directement assimilable
  2. 2. 2 E n cinquante ans, la «révolution verte» a permis de tripler la production alimentaire mondiale pendant que la population passait rapidement de 3 à 7 milliards d’habitants. Avec une population probable de 9,1 milliards de personnes en 2050, la production alimentaire devra encore s’accroître de plus de 70%. Les engrais minéraux ont un rôle essentiel à jouer afin de relever ce défi car aujourd’hui ils contribuent à plus de la moitié de la production alimentaire et de protéines dans le monde. Fertilizers Europe considère que l’objectif premier de la politique agricole européenne devrait être l’amélioration de la performance du secteur agricole en termes de productivité et d’efficacité. Cela permettrait aux agriculteurs européens d’améliorer l’autosuffisance de l’Europe ainsi que sa contribution aux besoins alimentaires mondiaux, tout en favorisant une agriculture durable. L’intensification écologique de l’agriculture en Europe par le biais d’une utilisation raisonnée des engrais minéraux peut aider le secteur à atteindre les principaux objectifs de la politique agricole commune. Les engrais à base d’azote directement assimilable DAN (Directly Available Nitrogen) offrent aux agriculteurs et aux agronomes des moyens précis et fiables d’augmenter la production agricole tout en respectant l’environnement. Les engrais DAN, à base de nitrate et d’ammonium, combinent les avantages des deux formes les plus simples d’azote assimilables directement par les plantes. Cette brochure présente les principaux aspects de l’impact agronomique et environnemental des différents types d’engrais azotés actuellement utilisés en Europe, ainsi que les avantages des engrais DAN tels que les ammonitrates et les NPK nitriques. Le défi Vers une agriculture fertile ...
  3. 3. 3 « Utiliser la bonne forme d’engrais azoté est essentiel car chaque produit a un impact différent sur l’environnement » Daniella. « Utiliser les engrais DAN pour l’agriculture permet d’optimiser l’utilisation de l’azote et de minimiser les effets sur l’environnement » Danny. DA NDirectly Available Nitrogen « Les engrais à base d’azote directement assimilable DAN me permettront d’avoir toute la nourriture dont j’ai besoin. Même quand je serai grande » Dani. la famille DAN
  4. 4. Vers une agriculture fertile ... 4 Table des matières L’azote : essentiel à la vie 5 L’azote dans la nature Nutrition minérale Comprendre le cycle de l’azote 6 L’azote nitrique L’azote ammoniacal L’azote uréique Nourrir la planète 9 Répondre aux besoins alimentaires de l’Europe Optimiser le rendement et la qualité Préserver l’environnement 12 Réduire la volatilisation ammoniacale Contrôler la lixiviation Optimiser la production d’engrais Atténuer le changement climatique 15 Vers de bonnes pratiques agricoles 16 Améliorer l’efficacité des engrais Appliquer les engrais en fonction des besoins des végétaux Garantir la précision de l’épandage Optimiser l’utilisation des engrais azotés Prévenir l’acidification Références 18
  5. 5. 5 L’azote dans la nature L ’azote (N) est un élément essentiel à la vie végétale. Il stimule la croissance racinaire et la photosynthèse, et il permet l’assimilation d’autres éléments nutritifs tels que le phosphore (P) et le potassium (K). Néanmoins, 99% de l’azote disponible sur Terre se trouve dans l’atmosphère, et moins de 1% se trouve dans la croûte terrestre. Les molécules d’azote (N2 ) de l’air sont inertes et ne sont pas facilement assimilables par les plantes. L’activité agricole vient puiser dans les réserves d’azote contenues dans le sol. L’azote est absorbé au fur et à mesure que les plantes poussent puis est exporté hors du sol, principalement sous forme de protéine, lors des récoltes. Il doit donc être restitué à l’aide de sources d’azote organique ou minéral. Le recours aux engrais de ferme ou minéraux, est un élément essentiel d’une agriculture durable. Un manque d’azote se traduit par un affaiblissement de la fertilité du sol, une baisse des rendements et de la qualité des récoltes. Appliqué en excès sur le sol, l’azote peut en revanche s’infiltrer dans les eaux souterraines, causer une eutrophisation des eaux de surface ou s’échapper dans l’atmosphère, contribuant ainsi à la pollution et au réchauffement climatique. Nutrition minérale Les principaux engrais minéraux sont faits à partir de matières premières naturelles qui ont été transformées, par des procédés industriels, en une forme plus facilement assimilable par les plantes : } L’azote (N), issu de l’atmosphère, est essentiel en tant que composant important des protéines végétales. } Le phosphore (P), extrait de mines, est un composant des lipides et des acides nucléiques, et est essentiel au transfert de l’énergie. } Le potassium (K), extrait de mines, joue un rôle important dans le métabolisme végétal, pour la photosynthèse, l’activation des enzymes, l’osmorégulation, etc. Au fil des années, la majorité des agriculteurs européens se sont rendu compte que les engrais à base d’Azote directement assimilable (dan) étaient la source d’azote la plus efficace pour optimiser leurs récoltes. Néanmoins, d’autres sources d’azote minéral sont également utilisées qui interagissent avec le sol d’une manière différente. Ces différences doivent être prises en compte pour l’évaluation de leur performance agronomique et environnementale. L’azote, essentiel à la vie DA NDirectly Available Nitrogen Les principales formes d’engrais azotés minéraux utilisés en Europe sont : } l’ammonitrate 33,5% composé d’ammonium (NH4 + ) et de nitrate (NO3 - ) en proportions égales. } l’ammonitrate 27% contient en plus de la dolomie ou du carbonate de calcium. } la solution azotée est un mélange liquide d’urée et de nitrate d’ammoniaque. } l’urée contient de l’azote dans sa forme uréique CO(NH2 )2 . DA NDirectly Available Nitrogen DA NDirectly Available Nitrogen Cet azote n’est pas directement assimilable par la plupart des plantes. 99%de l’azote sur terre se trouve dans l’air.
  6. 6. NO2 – NO3 – NO2 – N2 O + NON2 O + NO + N2 NH3 NO3 – NH4 + NH3 AN L’azote subit des transformations dans le sol dépendant de la forme d’engrais apportée. Alors que le nitrate est absorbé directement par la plante, ammonium et urée doivent au préalable évoluer vers la forme nitrate. Les pertes au cours de ces transformations sont minimales avec les nitrates et plus élevées avec l’urée. Comprendre le cycle de l’azote 6 Transformation de l’urée, de l’ammonium et des nitrates dans le sol. L’urée est la forme qui subit les pertes les plus importantes pendant la transformation, et le nitrate celle qui en subit le moins. L’énergie sous forme de gaz naturel permet de fixer l’azote présent dans l’atmosphère pour former l’ammoniac, le principal constituant des engrais azotés. L’engrais azoté peut contenir de l’azote sous forme uréique, ammoniacale, nitrique ou un mélange de ces formes. Les produits organiques, effluents d’élevage, contiennent principalement de l’azote organique et de l’ammonium. L’assimilation du nitrate est rapide en raison de sa forte mobilité. La majorité des végétaux préfèrent le nitrate à l’ammonium. L’assimilation de l’ammonium est plus lente que celle du nitrate. L’ammonium est lié à des particules d’argile dans le sol, et les racines doivent l’atteindre. La majeure partie de l’ammonium doit donc être transformée en nitrate avant absorption par les plantes. La nitrification par les bactéries du sol transforme l’ammonium en nitrate dans un délai pouvant aller de quelques jours à quelques semaines. Des pertes sous formes de protoxyde d’azote ou d’oxyde d’azote peuvent survenir durant ce processus. La dénitrification a lieu lorsque les micro- organismes manquent d’oxygène (stagnation de l’eau et compactage du sol). Lors de ce processus, les bactéries du sol transforment le nitrate (et les nitrites) en azote gazeux inerte et plus marginalement en protoxyde d’azote et oxyde d’azote qui rejoignent l’atmosphère. L’organisation ou l’immobilisation transforme l’azote minéral en matière organique. L’activité des bactéries du sol est principalement stimulée par l’ammonium. L’azote immobilisé n’est pas directement assimilable par les plantes ; il doit d’abord être minéralisé. La minéralisation de la matière organique du sol (et des effluents) produit de l’ammonium. L’hydrolyse de l’urée par les enzymes du sol convertit l’urée en ammonium et en CO2 . En fonction de la température, l’hydrolyse est plus ou moins rapide (de une journée à une semaine). Le pH du sol autour des granulés d’urée augmente de manière significative durant le processus, favorisant ainsi la volatilisation de l’ammoniac. 1 2 3 4 6 7 8 5 1 Production DA NDirectly Available Nitrogen Vers une agriculture fertile ... 2 Apport d’engrais 3 Absorption 6 Dénitrification Nitrate Ammonium 10 Lixiviation 5 Nitrification 9 Volatilisation 4 Absorption Matière organique du sol Immobilisation et minéralisation 8 Hydrolyse
  7. 7. CO2 CO (NH2 )2 L’azote nitrique Le nitrate (NO3 - ) est facilement et rapidement absorbé par les plantes. Il est directement disponible à la différence de l’urée et de l’ammonium. Le nitrate est mobile dans le sol et atteint rapidement la racine des plantes. L’apport d’azote sous forme d’ammonitrate constitue ainsi une source d’azote directement assimilable. Chargé négativement, l’ion nitrate est souvent accompagné d’autres nutriments tels que le calcium (Ca++ ), le magnésium (Mg++ ) ou le potassium (K+ ). Il est important de noter que la quasi totalité de l’azote dans le sol, qu’il soit appliqué sous forme organique, d’urée ou d’ammonium, est transformé en nitrate avant que les plantes ne l’assimilent. Appliquer le nitrate directement permet d’éviter les pertes causées par la transformation de l’urée en ammonium et de l’ammonium en nitrate. L’azote ammoniacal L’ammonium (NH4 + ) n’est absorbé directement par la culture qu’en faible quantité. Chargé positivement, le cation ammonium se fixe sur les minéraux du sol et est moins mobile que l’ion nitrate (NO3 - ). Par conséquent, les racines doivent être proches de l’ammonium pour l’absorber. La majeure partie de l’ammonium est transformée en nitrate par les bactéries du sol. Ce processus de nitrification dépend de la température et nécessite entre une et plusieurs semaines. Une autre partie de l’ammonium est immobilisée par la microflore du sol sous forme de biomasse microbienne et de matière organique et sera reminéralisé à plus ou moins longue échéance. L’azote uréique Les racines des plantes n’assimilent pas directement l’azote uréique en quantité importante. L’urée doit auparavant être hydrolysée en ammonium par les enzymes du sol, ce qui prend entre une journée et une semaine selon la température. Ce processus d’hydrolyse nécessite de l’humidité. Le devenir de l’ammonium provenant de l’hydrolyse de l’urée est différent de celui de l’ammonium issu d’un apport direct d’ammonitrate. En effet, l’hydrolyse de l’urée induit temporairement une très forte augmentation de pH dans le voisinage immédiat du granulé d’urée. L’équilibre physico-chimique entre l’ammonium (NH4 + ) en solution dans le sol et l’ammoniac (NH3 ) gazeux est déplacé au profit de ce dernier et, par conséquent, aboutit à des pertes d’azote par volatilisation d’ammoniac. Cette volatilisation peut être atténuée par l’utilisation d’un inhibiteur d’uréase. Ces pertes sont la raison principale de la plus faible efficacité de l’azote uréique souvent observée. C’est également la raison pour laquelle il est recommandé, dans la mesure du possible, d’incorporer l’urée dans le sol au moment de l’épandage. 7 CO2 dioxyde de carbone (gaz) CO(NH2 )2 urée NH3 ammoniac (gaz) NH4 + ammonium NO3 - nitrate NO2 - nitrite NO oxyde nitrique (gaz) N2 O protoxyde d’azote (gaz) N2 azote (gaz) La volatilisation de l’ammoniac se produit lorsque l’ammonium est transformé en ammoniac, qui est émis dans l’atmosphère. Un niveau de pH du sol élevé favorise cette transformation. Si cela se produit à la surface du sol, les pertes sont plus importantes. Ces deux conditions sont remplies lorsque l’urée est épandue mais n’est pas immédiatement incorporée et assimilée. Le lessivage ou lixiviation du nitrate se produit principalement en hiver lorsque l’eau de pluie fait migrer le nitrate hors de portée des racines. Une fertilisation ajustée contribue à prévenir tout risque de lessivage pendant la période de végétation. 10 9 DA NDirectly Available Nitrogen 1 Production 50% 100% 50% 50% 25% 50% 50% 25% Les principaux engrais azotés minéraux contiennent l’azote sous différentes formes chimiques. Seul le nitrate est facilement absorbé par les plantes. L’urée et l’ammonium sont transformés en nitrate par hydrolyse puis nitrification. ®Yara 2 Apport d’engrais Produit Répartition par forme d’azote Urée-N CO(NH2 )2 Hydrolyse NitrificationAmmonium-N (NH4 + ) Nitrate-N (NO3 - ) Assimilation Ammonitrate (33.5%) Ammonitrate (27%) Solution azotée Urée Urée Urée
  8. 8. 8 Alors que la FAO prévoit que la population mondiale sera de 9,1 milliards de personnes en 2050, la production alimentaire devra augmenter de 70%. Vers une agriculture fertile ...
  9. 9. 9 Répondre aux besoins alimentaires de l’Europe C omme l’a souligné la FAO, au cours de ces cinquante dernières années, la « révolution verte » a triplé la production alimentaire, principalement grâce à l’utilisation des engrais minéraux. Dans le même temps, la population mondiale est passée de 3 à 7 milliards de personnes. La population augmente, mais la quantité de terre arable reste limitée (Fig.1). Alors que la FAO prévoit que la population mondiale sera de 9,1 milliards de personnes en 2050, la production alimentaire devra augmenter de 70%. En outre, avec la diminution de la quantité de terre cultivable disponible, l’optimisation de la production à partir des terres agricoles existantes est désormais une nécessité [Réf.1] L’agriculture européenne est l’une des plus efficaces et des plus productives du monde. Néanmoins, l’Union européenne est devenue l’un des plus grands importateurs mondiaux de matières premières agricoles. Les importations de l’Europe dépassent ses exportations de 65 millions de tonnes, avec une augmentation de 40% au cours de ces dix dernières années. La surface agricole hors d’Europe requise pour produire ces quantités importées s’élève à près de 35 millions d’hectares (soit approximativement la taille de l’Allemagne !) [Réf. 2]. Des progrès en termes de rendement et de productivité seront nécessaires pour relever les défis du 21ème siècle. Les engrais minéraux sont une des clés de l’utilisation efficace des terres agricoles. Ils contribuent à assurer la sécurité alimentaire à l’échelle mondiale, évitent la conversion en terres labourables des forêts primaires et des prairies permanentes et, par conséquent, contribuent à freiner le changement climatique. Comme indiqué précédemment, il est primordial d’utiliser la bonne forme d’azote, telle que celle fournie par les engrais DAN. Nourrir la planète Avec la croissance de la population mondiale et l’inquiétude grandissante que suscitent les questions environnementales, l’agriculture apparaît sous un jour entièrement nouveau. Comment les politiques agricoles vont-elles réussir à concilier sécurité alimentaire et protection de l’environnement ? Quel rôle les engrais minéraux doivent-ils jouer, et quels seront les meilleurs choix ? population mondiale vs. terres arables disponibles 1995 - 2030 Fig. 1 La population mondiale augmente, mais la surface en terre arable reste limitée [Réf. 1]. Arable area (ha per person) 1998 2030 World population (billion) 0,3 0,25 0,2 8,5 7,5 6,5 5,5 4 Fertilizers Manure DA NDirectly Available Nitrogen Cela contribue en effet à nourrir la planète et à préserver l’environnement. Il est primordial d’utiliser la bonne forme d’azote, telle que celle fournie par les engrais DAN. Surface arable (ha par personne) Population mondiale (milliards)
  10. 10. Optimiser le rendement et la qualité Toutes les formes d’azote ne sont pas équivalentes et conduisent à des résultats différents sur le plan du rendement et de la qualité des récoltes. C’est le constat des agriculteurs européens depuis des décennies. Les différences de performances sont principalement dues aux pertes et, plus particulièrement, à la volatilisation ammoniacale. Certaines de ces pertes sont aggravées par le décalage entre les apports d’azote et l’absorption par la plante. Les brûlures foliaires peuvent également diminuer le rendement. Les études menées sur le terrain en France, en Allemagne et au Royaume-Uni ont montré que les engrais DAN ont toujours engendré davantage de rendement et une meilleure qualité des récoltes par rapport à l’urée. Les moindres performances de l’urée ou de la solution azotée peuvent naturellement être compensées par une majoration de dose mais au prix d’un impact environnemental plus élevé. Les bonnes pratiques agricoles et la précision des outils de pilotage peuvent améliorer l’efficacité des engrais et minimiser les pertes d’azote. 95%des agriculteurs européens font confiance aux engrais minéraux. Vers une agriculture fertile ... 10
  11. 11. 11 France (Fig. 2) A la dose bilan moyenne de 182 kg N/ha, l’ammonitrate génère un gain de rendement pour le blé de 2,6 q/ha (+3%) et 0,75 point de protéines comparé à la solution azotée. L’optimum économique avec la solution azotée est atteint à une dose supplémentaire de 27 kg N/ha (soit +15%) [Réf. 3]. Allemagne (Fig. 3) En Allemagne, 55 essais sur le terrain ont été réalisés entre 2004 et 2010 avec des céréales d’hiver et sur plusieurs types de sols. Avec une dose optimale d’azote de 210 kg/ha en moyenne, il est apparu que l’ammonitrate 27% produit un rendement supérieur de 2% et une quantité de protéine supérieure de 0,23 point par rapport à l’urée. Avec l’urée, 15 kg N/ha (7,1%) supplémentaires étaient nécessaires pour atteindre le point économique optimal [Réf. 4]. Royaume-Uni (Fig. 4,5,6) La plus grande étude comparant différentes formes d’engrais azotés a été commandée par le Département de l’Environnement, de l’Alimentation et des Affaires rurales (DEFRA) du Gouvernement britannique entre 2003 et 2005 [Réf. 5]. Celle-ci a mis en évidence des différences quantitatives importantes en faveur de l’ammonitrate et une forte variabilité des résultats de l’urée et de la solution azotée. De ce fait, les doses d’azote prévisionnelles ne peuvent être déterminées avec la même fiabilité qu’avec de l’ammonitrate. France (Fig. 7) Les résultats des expérimentations des engrais ADA en France (ammonitrate vs. urée) démontrent que, sur le long terme (soit avec une utilisation répétée sur plusieurs années), l’ammonitrate fournit une meilleure efficacité de l’azote par rapport à l’urée. Quelle que soit la dose d’apport, le rendement avec l’ammonitrate est supérieur de 4 à 6% par rapport à l’urée pour le blé et le colza. Pour obtenir le même rendement avec l’urée, il faut rajouter une dose de 40 Kg N supplémentaire [Réf. 6]. La courbe d’azote pour les essais indique qu’en moyenne 27 kg d’azote supplémentaires auraient été nécessaires avec la solution azotée pour atteindre le point économique optimal [Réf. 3]. Sur 55 essais ayant reçu une dose d’azote optimum en Allemagne, 75% ont produit un meilleur rendement avec l’ammonitrate, et 25% ont produit un meilleur rendement avec l’urée [Réf. 4]. 4 5 6 7 8 9 300250200150100500 182 kg N 209 kg N Response curves for AN and UAN in France t/ha kg N / ha 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Yield comparison AN / Urea at 55 locations in Germany t/ha fields Yield with urea better yield with CAN Fig. 2 courbe de reponse moyenne pour l’ammonitrate et la solution azotee Fig. 3 difference de rendement ammonitrate / uree Fig. 4 dose d’azote supplementaire pour un rendement equivalent Fig. 5 teneur en proteine a dose d’azote identique Fig. 6 rendement à dose d’azote identique Fig. 7 courbe d’efficacite de la forme d’azote Afin de maintenir le même rendement, des apports d’azote supplémentaires sont nécessaires avec l’urée et la solution azotée [Réf. 5]. La teneur en protéines est moins importante sur les parcelles ayant reçu de l’urée ou de la solution azotée par rapport à celles ayant reçu de l’ammonitrate [Réf. 5]. Le rendement est également plus faible avec l’urée et la solution azotée qu’avec l’ammonitrate 33,5% [Réf. 5]. 90 100 110 120 UreaUANAN % +18 % +14 % 12,0 12,2 12,4 12,6 12,8 % -0,5 % -0,3 % 8,0 8,2 8,4 8,6 8,8 t/ha -0,31 t/ha -0,39 t/ha DA NDirectly Available Nitrogen 0 50 100 150 200 250 300 110 100 90 80 70 60 50 40 -40 kg N Rendement: +4% Ammonitrate Urée Dose d’azote (kg/ha) Effet cumulatif de l’apport comparé des deux formes d’azote. (Réseau ADA 2008-2011, 30 résultats de test sur le colza, le blé, l’orge) [Réf. 6]. % Index de rendement (base 100 = dose Ammonitrate) Meilleur rendement avec l’urée Meilleur rendement avec l’ammonitrate kg N/ha Essais Ammonitrate Solution Urée azotée Ammonitrate Solution azotée Ammonitrate Solution Urée azotée Ammonitrate Solution Urée azotée
  12. 12. Réduire la volatilisation ammoniacale L’Inventaire européen des émissions (EMEP) estime que 94% des émissions d’ammoniac sont causées par l’agriculture, avec environ 80% de ces émissions provenant des effluents d’élevage. La volatilisation d’ammoniac est une perte directe d’azote et par conséquent d’argent. La volatilisation ammoniacale entraîne aussi une nuisance environnementale significative. L’ammoniac se déplace dans l’atmosphère par-delà les frontières provoquant acidification et eutrophisation du sol et de l’eau. En outre, l’ammoniac volatilisé contribue de manière importante à la formation de microparticules (PM 2,5) qui peuvent provoquer de graves problèmes de santé. C’est pour cette raison que le Protocole de Göteborg de l’UN/ECE et la Directive européenne relative aux plafonds d’émissions nationaux, fixent des mesures et des limites pour contrôler les émissions d’ammoniac, quelle qu’en soit la source. On sait depuis très longtemps que l’urée ou la solution azotée engendrent davantage de pertes par volatilisation que l’ammonitrate. Les pertes d’ammoniac provoquées par l’urée peuvent être réduites par son enfouissement dans le sol pendant ou juste après l’épandage. Toutefois, cette pratique n’est possible que pour les cultures de printemps. Les pertes issues des prairies sont généralement considérées comme étant supérieures à celles issues des terres arables, les engrais étant principalement épandus en surface (Fig. 8). L’utilisation des engrais uréiques provoquent des pertes d’azote jusqu’à 58% sous forme d’ammoniac, en fonction des conditions naturelles locales. Parmi les mesures permettant d’atténuer les émissions d’ammoniac de l’agriculture, il y a l’alimentation réduite en protéine du cheptel, la construction de batiments d’élevage à faible émission, l’épuration de l’air, le stockage couvert des effluents d’élevage, la production de lisiers et de fumier à faible teneur en ammonium, et le remplacement de l’urée (UNECE, 2007). Préserver l’environnement Le tableau inclut des données fournies par l’Inventaire européen des émissions (EMEP) et par le Département de l’Environnement, de l’Alimentation et des Affaires Rurales du Gouvernement britannique (Defra). Dans tous les cas, les pertes par volatilisation sont beaucoup plus importantes avec l’urée et la solution azotée qu’avec l’ammonitrate 33,5% ou 27% [Réfs. 7, 8, 9]. Fig. 8 émissions moyennes d’ammoniac par kg d’azote pour les différents types d’engrais Pertes par Terre labourable Prairie volatilisation [% N] EMEP Defra EMEP Defra Ammonitrate 0,6% 3 (-3-10)% 1,6% 2 (-4-13)% Solution azotée 6% 14 (8-17)% 12% N.A. Urée 11,5% 22 (2-43)% 23% 27 (10-58)% 12 Les engrais dan à base d’azote directement assimilable (ammonitrate 33,5% et ammonitrate 27%) ont clairement démontré leurs avantages environnementaux comparés aux autres formes d’engrais azotés. Leur empreinte carbone est moins importante tout au long de leur cycle de vie (incluant leur production et leur application), et ils présentent une volatilisation d’ammoniac également plus faible, même s’ils ne sont pas incorporés dans le sol. Vers une agriculture fertile ...
  13. 13. Grainyield(t/ha) ResidualNitrogen(kgN/ha) N application rate (kg N/ha) 4 5 20 0 40 60 80 100 6 7 8 9 10 0 50 100 150 200 250 300 350 Optimum N supply La quantité d’azote minéral post récolte et donc le risque de lessivage du nitrate n’augmente que lorsqu’on dépasse la dose d’azote optimale [Réf. 10]. Fig. 9 evolutions comparées du rendement et de l’azote minéral post récolte en fonction de la dose d’apport 13 Contrôler la lixiviation L’augmentation des teneurs en nitrates des nappes et des eaux de surface résulte des pertes d’azote. La Directive européenne de 1991 dite « Directive Nitrate » fixe la limite maximale à 50 mg/l. En principe, la lixiviation (lessivage) du nitrate est indépendante de la source d’azote. Cette perte peut en effet provenir de l’azote issu de la matière organique du sol, des effluents d’élevage, ou des engrais minéraux s’ils ne sont pas appliqués correctement. La lixiviation du nitrate se produit lorsque le sol est saturé d’eau et que le nitrate est entraîné hors de portée des racines lors de pluies drainantes (ou plus rarement par les excès d’irrigation). Le nitrate n’est pas retenu par les particules du sol et reste dans la solution de sol, où il évolue librement avec l’eau du sol. L’ammonium est quant à lui retenu par les particules d’argile dans le sol et est donc moins sujet au phénomène de lessivage. L’urée est rapidement transformée en ammonium par hydrolyse puis en nitrate par l’activité bactérienne, ce qui entraîne des émissions en dehors de la période de croissance des cultures. Par ailleurs, la molécule d’urée est très soluble et peut être lessivée directement dans le sous-sol par de fortes pluies lors de son application. Durant la période de croissance active, il n’y a quasiment pas de lixiviation. La majeure partie des pertes de nitrate dans l’eau se produisent en dehors de cette période, durant l’hiver. Le principal objectif est donc de minimiser les quantités d’azote minéral en fin de culture. Pour les céréales d’hiver par exemple, le risque de lessivage post-récolte n’augmente significativement qu’au-delà de la dose d’azote optimale (Fig. 9). La lixiviation peut être minimisée par : } La détermination des reliquats d’azote dans le sol par des échantillonnages et des analyses appropriées. } Des apports fractionnés afin de garantir une absorption rapide par les plantes durant la période de croissance. } L’utilisation d’engrais DAN avec une libération d’azote rapide et prévisible, tel que l’ammonitrate 33,5%. } L’ajustement de l’apport d’azote en fonction des besoins réels des végétaux, à chaque fois que possible, par l’utilisation d’outils de pilotage. } Favoriser un système racinaire profond et étendu afin que l’azote soit utilisé de manière plus efficace. } Maintenir la porosité du sol. } Implanter des cultures intermédiaires pièges à nitrates (CIPAN). } Assurer une nutrition équilibrée afin de valoriser l’azote disponible. Elle peut être minimisée en recourant aux bonnes pratiques agricoles. La lixiviation du nitrate se produit indépendamment de la source d’azote utilisée. DA NDirectly Available Nitrogen Azotepostrécolte(kgN/ha) Lerendementengrain(t/ha) Dose d’azote (kg N/ha) Dose d’azote optimale
  14. 14. La consommation énergétique des usines d’engrais européennes a diminué au fil du temps et est aujourd’hui proche de la limite technologique théorique [Réf. 11]. Fig. 10 progrès de l’efficacité énergétique pour la production d’ammoniac Fig. 11 efficacité énergétique des usines d’ammoniac dans le monde (moyenne régionale) Les usines européennes figurent parmi les plus efficaces au monde [Réf.12]. 1930 1950 1960 1975 2000 2010 Procédé Haber-Bosch 120 100 80 60 40 20 0 Limite technologique = 27GJ/t NH3 Reformage du gaz naturel 14 Optimiser la production d’engrais Les engrais azotés sont produits à partir de l’azote (N2 ) de l’air par un processus industriel qui consomme de l’énergie. Les émissions de CO2 qui en résultent contribuent au réchauffement climatique. Grâce à de constantes améliorations, les usines d’engrais européennes frôlent le minimum théorique de consommation d’énergie. Les usines européennes figurent parmi les plus efficaces au monde (Figs.10 et 11). La production d’engrais azotés nitriques émet, en plus du CO2 , du protoxyde d’azote (N2 O) qui est un puissant gaz à effet de serre. De nouveaux catalyseurs ont été installés par les adhérents de Fertilizers Europe afin de diminuer fortement l’émission de protoxyde d’azote libéré durant la production de l’acide nitrique. L’impact sur le changement climatique d’un engrais peut être mesuré par son empreinte carbone qui est exprimée en kg CO2 -eq par kg d’azote produit. Néanmoins, pour comprendre le véritable impact climatique d’un produit, une analyse du cycle de vie (ACV) doit être effectuée, couvrant toutes les étapes de la production à l’assimilation par les plantes. Une comparaison détaillée des empreintes carbone de chaque type d’engrais est présentée à la section suivante (Fig. 12). Demain, si les technologies de captage et de stockage du carbone se développent, les engrais nitriques deviendront encore davantage les engrais de prédilection. En général, le CO2 émis lors des processus industriels et énergétiques nécessite une purification coûteuse avant de pouvoir être stocké. Avec la production d’engrais DAN, le CO2 est déjà pur et prêt à être stocké. Les engrais DAN ont toujours obtenu de meilleurs résultats en Europe. Les impacts agronomiques et environnementaux sont différents en fonction des engrais utilisés. Pour évaluer l’impact d’un engrais azoté, une analyse du cycle de vie de l’engrais doit être réalisée. GJpartonned’ammoniac 41 40 39 38 37 36 35 34 32 GJLHVpartonned’ammoniac,2011 Europe (UE-27) Arabie Saoudite Afrique du Nord UkraineUSA Russie Vers une agriculture fertile ...
  15. 15. 15 L a fertilisation accroît la production agricole et stimule l’absorption de CO2 par les cultures. Les engrais azotés augmentent le rendement et réduisent la nécessité de cultiver de nouvelles terres, évitant ainsi les émissions de GES provoquées par le changement d’utilisation de la terre – le changement d’utilisation de la terre représentant à lui seul 12% des émissions totales de GES [Réf 13]. L’analyse du cycle de vie des engrais quantifie les émissions et absorptions de GES au cours de chacune des étapes de la «vie» d’un engrais : de la production en passant par le transport, le stockage, l’épandage et l’utilisation par les cultures. Elle permet une meilleure identification des améliorations possibles du bilan carbone global. Pour rendre les différents GES comparables entre eux, ils sont convertis en équivalent CO2 (CO2 eq). L’empreinte carbone n’est pas la même selon le type d’engrais. L’urée émet moins de CO2 durant la production que l’ammonitrate. Lors de l’épandage, cette différence est inversée puisque l’urée libère le CO2 contenu dans sa molécule. Par ailleurs, le sol émet davantage de N2 O après l’application de l’urée par rapport à un engrais DAN [Réf. 14]. L’empreinte carbone du cycle de vie est donc plus élevée pour l’urée que pour les engrais DAN. En outre, les pertes par volatilisation de l’urée et la plus faible efficacité de l’azote sont souvent compensées par une majoration des doses d’environ 15%, ce qui accentue encore davantage l’empreinte carbone. Par conséquent, pour mesurer l’empreinte carbone d’un type d’engrais, il est essentiel de comparer l’ensemble du cycle de vie du produit (Fig. 12). L’empreinte carbone du cycle de vie de l’ammonitrate est inférieure à celle de l’urée et de la solution azotée. En compensant la plus faible efficacité de l’urée et de la solution azotée par un dosage plus important, la différence est encore plus marquée [réf. 15]. Fig. 12 comparaison des émissions de carbone de différents types d’engrais CO2 lors de la production CO2 au champ N2 O lors de la production N2 O au champ CO2 lors du transport Pour un rendement global équivalent, l’empreinte carbone des engrais DAN est inférieure d’environ 25%. L’analyse du cycle de vie quantifie les émissions et absorptions de GES au cours de chacune des étapes de la «vie» d’un engrais. Atténuer le changement climatique La production, le transport et l’utilisation des engrais minéraux contribuent, directement ou indirectement, à l’émission de gaz à effet de serre (ges), notamment de dioxyde de carbone (co2 ) et de protoxyde d’azote (n2 o). DA NDirectly Available Nitrogen KgCO2 -équivalent/KgN 14 12 10 8 6 4 2 0 Solution azotée Urée Urée + 15% N Ammonitrate 27% Ammonitrate 33,5% DA NDirectly Available Nitrogen
  16. 16. Vers de bonnes pratiques agricoles 16 Améliorer l’efficacité des engrais Appliquer les engrais en fonction des besoins des cultures L’azote doit être disponible en quantité suffisante pour ne pas limiter la croissance et le rendement. Par contre, des apports d’azote supérieurs aux besoins peuvent se perdre dans l’environnement et générer une consommation de luxe. Ajuster l’apport d’azote en fonction des besoins de la plante et de la fourniture du sol permet d’améliorer rendement et rentabilité et de minimiser l’impact environnemental (Fig. 13). Le fractionnement des apports d’azote, surtout sous une forme directement assimilable, fiable et précise constitue la meilleure stratégie dans la plupart des cas. C’est notamment le cas de l’ammonitrate 33,5% et de l’ammonitrate 27%, mais généralement pas celui de l’urée. L’hydrolyse de l’urée et les pertes par volatilisation dépendent fortement des conditions climatiques après l’épandage, en particulier de la pluie. La volatilisation, phénomène imprévisible, peut entraîner des situations de sur ou sous-fertilisation. L’étude du Defra a souligné le manque de fiabilité de l’urée, mettant en évidence des pertes par volatilisation pouvant varier de 2 à 58% de l’azote apporté. Une nutrition équilibrée est un autre prérequis pour une utilisation économique des engrais. Un apport insuffisant de phosphore, de potassium ou de soufre peut diminuer l’efficacité de l’utilisation de l’azote. Des analyses de sols et des mesures de reliquat d’azote minéral régulières permettent une meilleure connaissance de la disponibilité des éléments minéraux et des besoins des cultures. De nombreux outils de pilotage sont disponibles sur le marché pour mesurer les besoins des plantes en azote et ajuster les apports tardifs d’azote. Garantir la précision de l’épandage Un épandage régulier assure une répartition optimale de l’azote. Grâce à une densité plus élevée, les engrais DAN permettent des épandages plus homogènes que l’urée. L’épandage de l’urée, moins dense, peut être perturbé par le vent et entraîner l’alternance de bandes sur et sous-dosées. Une étude, effectuée en Allemagne, a comparé les résultats de l’épandage de l’urée avec celui de l’ammonitrate 27%. Même à une largeur de travail modeste de 21 m, une brise faible de 14 km/h entraîne une irrégularité de la répartition de l’urée (coefficient de variation CV= 26%) alors qu’elle a peu de conséquence sur la répartition de l’ammonitrate (CV=6%) [Réf. 16]. Fig. 13 fractionnement d’un engrais dan sur blé d’hiver La dose d’engrais dépend à la fois de la fourniture d’azote du sol et des besoins de la culture. Des outils modernes facilitent le pilotage et l’ajustement des apports [Réf. 4]. La règle d’or de l’utilisation des engrais azotés est simple : appliquer le bon produit, à la bonne quantité, au bon endroit, et au bon moment. Les engrais avec un profil d’émission stable et des caractéristiques d’application précises réduisent les pertes et améliorent l’assimilation par les plantes. Vers une agriculture fertile ... 1ère apport 2ème apport 3ème apport Pilotage Pilotage Assimilation de l’azote par les plantes Besoin en engrais Fourniture d’azote par le sol Février Mars Avril Mai Juin Juillet Août Tallage Montaison Épiaison Floraison
  17. 17. Optimiser l’utilisation des engrais azotés Les outils de l’agriculture de précision permettent d’améliorer l’efficacité et la pertinence des épandages. Les capteurs embarqués sur les épandeurs gèrent et adaptent en temps réel la dose d’azote et assure une traçabilité totale grâce au couplage GPS. La mesure en continu du besoin en azote permet d’adapter la dose épandue en chaque point de la parcelle. Combiné avec l’utilisation d’un engrais azoté performant, l’utilisation de ces capteurs garantit à la fois les meilleurs rendements et une dose d’azote minimisée. De nombreux essais sur le terrain ont comparé l’utilisation des capteurs avec une pratique agricole traditionnelle. Ils ont, ont mis en évidence un gain de rendement jusqu’à 7%, et 0,2 à 1,2 points supplémentaires de protéines, tout en diminuant la dose épandue de 12% (Fig. 14). Prévenir l’acidification Sur certains sols, les engrais azotés peuvent avoir un effet acidifiant, qui doit être corrigé par le chaulage. Les engrais tels que l’ammonitrate 27% contiennent des carbonates, engendrant ainsi des besoins inférieurs en chaulage (Fig. 15). 17 Fig. 14 cartographie de la biomasse et de l’apport d’azote Les capteurs embarqués sur les épandeurs permettent d’ajuster automatiquement la dose d’azote (carte de droite) en se basant sur l’estimation en temps réel de la biomasse et de la chlorophylle (carte de gauche) limitant ainsi les zones en sous ou sur fertilisation sur un blé d’hiver, Allemagne [Réf. 17]. Biomass 5,5 (5,1%) 5,5-6,0 (5,8%) 6,0-6,5 (7,3%) 6,5-7,0 (8,4%) 7,0-7,5 (11,3%) 7,5-8,0 (13,3%) 8,0-8,5 (13,6%) 8,5-9,0 (15,2%) 9,0-9,5 (12,4%) 9,5 (7,8%) 0m 100m Kg N/ha 110 (10,3%) 100-110 (10,2%) 90-100 (12,8%) 80-90 (18,1%) 70-80 (18,3%) 60-70 (19%) 60 (11,5%) Fig. 15 besoin en chaulage Le besoin en chaulage lié à l’utilisation d’ammonitrate 27% est moins important que celui de l’urée [Réf. 18]. 0 20 40 60 80 100 120 Lime demand kgCaO/100kgN Les engrais DAN augmentent l’efficacité de l’azote et minimisent les pertes. Les capteurs embarqués fournissent des informations instantanées sur le besoin en azote. DA NDirectly Available Nitrogen Cartographie de la biomasse par capteur Cartographie de l’apport en azote en temps réel Biomasse Ammonitrate 27% Urée + 15% N Ammonitrate 33,5% Solution azotée Urée Solution azotée + 10% N
  18. 18. 18 Références [Réf. 1] Rapport de l’Organisation des Nations unies pour l’alimentation et l’agriculture (2003) : « Agriculture mondiale : Horizons 2015/2030 ». [Réf. 2] Von Witzke H., Noleppa, S. (2010): EU agricultural production and trade: can more efficiency prevent increasing ‘land-grabbing’ outside of Europe?, Humboldt Universität zu Berlin. [Réf. 3] Lesouder C., Taureau J. (1997): Fertilisation azotée, formes et modes d’actions. Perspectives Agricoles N° 221. [Réf. 4] Yara International, Centre de recherche d’Hanninghof, Allemagne. [Réf. 5] Dampney P., Dyer C., Goodlass G., Chambers B. (2006): Component report for DEFRA project NT2605/ WP1a. Crop Responses. [Réf. 6] UNIFA, France : Essais longue durée - 2008/2011 - Initiative ADA. [Réf. 7] Dampney P., Chadwick D., Smith K., Bhogal A. (2004): Report for DEFRA project NT2603. The behaviour of some different fertiliser-N materials. [Réf. 8] Chadwick D., Misselbrook T., Gilhespy S., Williams J., Bhogal A., Sagoo L., Nicholson F., Webb J., Anthony S., Chambers B. (2005): Component report for Defra project NT2605/WP1b. Ammonia Emissions and crop N use efficiency. [Réf. 9] EMEP/CORINAIR Technical Report No. 16/2007. [Réf. 10] Baumgärtel G., Engels T. Kuhlmann H. (1989) : Wie kann man die ordnungsgemaße N-Düngung überprüfer? DLG-Mitteilungen 9, 472 – 474. [Réf. 11] Adapted from Anundskas, A. (2000): Technical improvements in mineral nitrogen fertilizer production. In: Harvesting energy with fertilizers. Fertilizers Europe, Bruxelles. [Réf. 12] Fertilizers Europe, Bruxelles. [Réf. 13] Bellarby, J, Foereid, B, Hastings, A, Smith. P (2008): Cool Farming: Climate impacts of agriculture and mitigation potential. Greenpeace International, Amsterdam, Pays Bas. [Réf 14] Bouwman, A.F., L.J.M. Boumans, N.H. Batjes, 2002: Modeling global annual N2 0 and NO emmissions from fertilized fields. Global Biochemical Cycles 16, 4, 1080, 1-9. [Réf. 15] Adapted from Brentrup, F. (2010). Yara International, Research Centre Hanninghof, Allemagne. [Réf. 16] Stamm, R. (2006). Streufehler bei Seitenwind. DLZ Agrarmagazin 10.2006. [Réf. 17] Agricon: www.agricon.de/en/products/sensors-agronomy. [Réf. 18] Sluijsmans C.M.J. (1970): Influence of fertilizer upon liming status of the soil. J. Plant Nutr. Soil Sci., 126. Vers une agriculture fertile ...
  19. 19. 19 DA NDirectly Available Nitrogen Rencontrez la famille DAN sur : www.danfertilizers.com
  20. 20. Fertilizers Europe représente la majorité des producteurs d’engrais azotés en Europe et est reconnue comme la meilleure source d’informations du secteur sur les engrais minéraux. L’association communique avec un grand nombre d’institutions, de législateurs, de parties prenantes, et de membres du public qui recherchent des informations sur la technologie des engrais et d’autres sujets liés aux défis agricoles, environnementaux, et économiques d’aujourd’hui. Le site Internet de Fertilizers Europe fournit des informations sur des sujets d’importance destinées à toutes les personnes intéressées par la contribution des engrais à la question de la sécurité alimentaire mondiale. Fertilizers Europe Avenue E. Van Nieuwenhuyse 4/6 B-1160, Bruxelles, Belgique Tél: +32 2 675 3550 Fax: +32 2 675 3961 dan@fertilizerseurope.com www.fertilizerseurope.com www.facebook.com/fertilizerseuropepage Group Fertilizers Europe twitter.com/FertilizersEuro www.youtube.com/fertilizerseurope DA NDirectly Available Nitrogen www.danfertilizers.com

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