🌾 Perturbation des cycles de l'azote et du phosphore

Dépassée, risque élevé

Les engrais agricoles rejettent trop d'azote et de phosphore, qui ruissellent et asphyxient rivières, lacs et océans (eutrophisation, algues vertes).

🌾 Engrais, sols appauvris et marées vertes : l'agriculture en circuit ouvert

À quoi servent l'azote et le phosphore, et où ils finissent vraiment

▼ Déplier

C'est la limite planétaire la plus largement dépassée de toutes, et de très loin, mais aussi la moins connue. Elle ne parle pas de gaz à effet de serre : elle parle de la façon dont nous nourrissons huit milliards de personnes, et de ce que cette agriculture fait des éléments chimiques qu'elle déplace.

🌾 Pourquoi met-on de l'azote dans les champs ?

Parce que l'azote est le facteur limitant numéro un de la croissance des plantes. C'est lui qui fabrique la chlorophylle (donc les feuilles vertes, donc la photosynthèse) et surtout les protéines : sans azote, pas de gluten dans le blé, pas de rendement, pas de valeur nutritionnelle. Le paradoxe, c'est que 78 % de l'air que nous respirons est de l'azote, mais sous une forme (N₂) dont la triple liaison est si solide qu'aucune plante ne sait la casser.

N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃

le procédé Haber-Bosch : à 400-500 °C et 150-300 bars, avec un catalyseur au fer

Avant 1913, seules les légumineuses (pois, luzerne, trèfle) savaient fixer l'azote de l'air, grâce aux bactéries de leurs nodosités, et l'agriculture reposait sur des rotations lentes et le fumier. Le procédé Haber-Bosch a fait sauter ce verrou : l'humanité fabrique désormais son azote. On estime que la moitié de l'humanité est nourrie grâce à cet azote de synthèse. C'est probablement l'invention qui a le plus changé le monde au XXᵉ siècle. Elle a un prix : la production d'ammoniac consomme environ 1 à 2 % de l'énergie mondiale et pèse plus de 2 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre, parce que l'hydrogène vient à 70 % du gaz naturel.

🪨 Et pourquoi du phosphore et du potassium ?

Un engrais « NPK » apporte trois éléments, chacun avec un rôle bien précis :

Azote

Feuilles, tiges, chlorophylle et protéines. C'est le moteur de la croissance.

Phosphore

Racines, floraison, formation des graines. Et surtout l'ATP, la molécule qui transporte l'énergie dans toute cellule vivante, et l'ADN.

Potassium

Régulation de l'eau dans la plante, ouverture des stomates, résistance au froid et aux maladies.

⚠️ La différence fondamentale entre l'azote et le phosphore

L'azote, on peut en fabriquer : il y en a une réserve infinie dans l'air, il suffit d'énergie. Le phosphore, non. Il se mine, sous forme de roche phosphatée, et il n'a aucun substitut chimique : aucune forme de vie connue ne peut s'en passer, puisqu'il est dans l'ADN et dans l'ATP. Or les réserves sont extrêmement concentrées : le Maroc en détient environ 70 % des réserves mondiales identifiées. Une agriculture mondiale qui dilapide son phosphore est donc une agriculture qui joue avec un stock fini, et avec une dépendance géopolitique majeure.

🔓 Le cœur du problème : une agriculture en circuit ouvert

Dans la nature, le cycle est fermé : la plante pousse, l'animal la mange, il défèque sur place, la plante meurt et se décompose, et tout retourne au sol. Rien ne sort du système. Notre agriculture, elle, fonctionne en ligne droite : on prélève à un bout, on disperse à l'autre.

On extrait

L'azote est arraché à l'air par le procédé Haber-Bosch, avec de l'hydrogène tiré du gaz naturel. Le phosphore et le potassium sont, eux, minés : ce sont des roches, et il n'existe aucun moyen d'en fabriquer.

On épand

Les engrais partent dans les champs. Une partie nourrit la plante, une partie s'évapore en ammoniac, une partie file dans les nappes et les rivières sous forme de nitrates.

On récolte et on mange

La récolte quitte définitivement la parcelle, avec l'azote, le phosphore, le potassium, le soufre, le magnésium et les oligo-éléments qu'elle contient. Le sol, lui, ne les récupère pas.

On jette

Un tiers de la nourriture n'est jamais mangée. Ce qui l'est ressort en déjections, qui partent dans les égouts. Dans les deux cas, l'immense majorité de ces nutriments ne revient jamais dans un champ.

Et ce n'est pas seulement N, P et K qui partent avec la récolte. Chaque tonne de grain emporte aussi du soufre, du calcium, du magnésium, et des oligo-éléments (zinc, bore, cuivre, manganèse, molybdène, sélénium) que l'on ne pense presque jamais à restituer. Le sol s'appauvrit lentement, silencieusement, élément par élément, et cela se lit jusque dans notre assiette : les teneurs en minéraux des fruits et légumes ont baissé au fil des décennies, à mesure que les rendements augmentaient.

🗑️ Étape 4a : le tiers qui part directement à la poubelle

À l'échelle mondiale, environ un tiers de la nourriture produite n'est jamais consommée. En France, ce sont 9,7 millions de tonnes de déchets alimentaires par an, soit 142 kg par habitant, dont 3,8 Mt de gaspillage à proprement parler. Champ, silo, usine, supermarché, restaurant, frigo : à chaque étage, une part se perd.

Or cette nourriture contient l'azote et le phosphore qu'on a mis dans le champ. Jeter un kilo de pain, ce n'est pas seulement jeter du pain : c'est jeter l'azote Haber-Bosch, le phosphore marocain, l'eau et le gasoil qui ont servi à le produire. Et surtout, dans la poubelle grise, ces éléments partent à l'incinération : l'azote organique brûle et repart en fumée, le phosphore finit dans les cendres et les mâchefers, et les mâchefers finissent en sous-couche routière. Autrement dit : du phosphore extrait d'une mine marocaine termine sous une départementale française. C'est le contraire exact d'un cycle.

🚽 Étape 4b : et tout ce qu'on mange vraiment part aux égouts

Un être humain excrète chaque année de l'ordre de 4 à 5 kg d'azote et 0,5 kg de phosphore, dont l'essentiel dans les urines. C'est très exactement l'engrais dont le champ a besoin, et nous le diluons aussitôt dans des dizaines de litres d'eau potable, mélangé aux eaux de douche, de lessive et de ruissellement.

Que devient-il en station d'épuration ? Là, il faut être précis, parce que le sort de l'azote et celui du phosphore ne sont pas les mêmes :

• L'azote est délibérément détruit. Le traitement dit de nitrification-dénitrification transforme l'ammonium en nitrate, puis le nitrate en azote gazeux N₂ renvoyé dans l'atmosphère. Ce n'est pas un raté, c'est le but : il s'agit d'éviter que ce nitrate n'aille eutrophiser la rivière. Mais le résultat, pour l'agronomie, est absurde : on dépense de l'énergie pour renvoyer dans l'air un azote qu'on a dépensé encore plus d'énergie à en extraire.
• Le phosphore, lui, se retrouve dans les boues. Et là, bonne nouvelle relative : en France, environ 73 % des boues d'épuration sont épandues en agriculture. Une partie du phosphore revient donc bel et bien au champ. Mais cette filière se referme peu à peu, sous la pression des PFAS, des microplastiques, des résidus médicamenteux et des métaux lourds qui s'y concentrent aussi.
• La récupération ciblée reste marginale. Quelques stations cristallisent le phosphore sous forme de struvite (un engrais à libération lente) : à l'écopôle de Sausheim, cela représente environ 90 tonnes par an. À comparer aux millions de tonnes d'engrais consommées chaque année : c'est un prototype, pas encore une filière.

Ce qui n'est ni capté ni détruit part dans le milieu naturel, et finit, de rivière en estuaire, dans la mer.

🟢 Le résultat le plus visible : les marées vertes

L'azote est un accélérateur de croissance végétale. C'est pour ça qu'on en met dans les champs. Le problème, c'est qu'il ne s'arrête pas à la clôture : la fraction qui n'est pas absorbée est lessivée par la pluie, rejoint les nappes, puis les rivières, puis les estuaires. Et là, il fait exactement ce qu'on lui demande de faire dans un champ : il fait pousser.

Le cas breton, une démonstration grandeur nature

En Bretagne, la conjonction de baies peu profondes et abritées, d'une lumière abondante au printemps et d'apports massifs de nitrates agricoles fait exploser les ulves, ces laitues de mer. Résultat : jusqu'à 40 000 tonnes d'algues ramassées certaines années sur les plages. En se décomposant, elles dégagent du sulfure d'hydrogène, un gaz mortel à forte concentration, qui a déjà tué des animaux et coûté la vie à des personnes. L'Ifremer est catégorique : le seul levier efficace est de faire baisser le nitrate dans les rivières, d'environ 40 mg/L à moins de 10 mg/L dans les bassins les plus touchés.

Le mécanisme général s'appelle l'eutrophisation : l'excès de nutriments fait proliférer les algues, qui meurent, sont décomposées par des bactéries qui consomment tout l'oxygène de l'eau. Il se forme alors des zones mortes, où plus rien ne peut respirer. Il y en a plus de 400 dans le monde, dont une gigantesque dans le golfe du Mexique, à l'embouchure du Mississippi, qui draine les engrais de la Corn Belt américaine. C'est exactement le même phénomène qu'en Bretagne, à une autre échelle.

🔁 Ce qu'il faudrait, et pourquoi c'est difficile

Le diagnostic tient en une phrase : nous avons un problème de dispersion, pas un problème de quantité. Il y a assez d'azote et de phosphore sur Terre ; ils sont juste au mauvais endroit, trop concentrés là où ils font des dégâts (les estuaires) et absents là où ils sont utiles (les sols). Refermer le cycle supposerait de séparer les urines à la source (des expérimentations existent, notamment en Suède et sur des écoquartiers français), de composter et méthaniser systématiquement les biodéchets au lieu de les incinérer (le tri à la source est obligatoire en France depuis 2024), de rapprocher élevage et cultures pour que le fumier retourne dans les champs voisins plutôt que de saturer les régions d'élevage, et de remettre des légumineuses dans les rotations, ces plantes qui fabriquent leur azote gratuitement.

Rien de tout cela n'est technologiquement bloquant. Ce qui bloque, c'est que tout notre système est construit pour la ligne droite : des égouts qui mélangent tout, des villes loin des champs, des régions spécialisées, et un engrais minéral qui reste, encore aujourd'hui, moins cher que le recyclage.

Cette logique de circuit ouvert dépasse largement l'agriculture : on la retrouve à l'identique pour nos objets, nos vêtements et nos plastiques. C'est l'objet de la section « Les autres problèmes environnementaux » en bas de cette page.

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