La fertilisation

HISTOIRE DE LA FERTILISATION.

 15 Octobre 2010

 Joseph Marchadier

 

Dès l’Antiquité, les agriculteurs se sont rendu compte qu’en faisant  se succéder les cultures sur une même parcelle, au bout d’un temps plus ou moins long, les rendements diminuent progressivement jusqu’à devenir quasi nuls. Au bout d’un certain temps le sol donne l’impression de se fatiguer et de s’épuiser. Si cette parcelle est abandonnée pour en cultiver une autre, le phénomène se reproduit bien sûr sur cette nouvelle parcelle. Mais si, au lieu d’aller en défricher une troisième, l’agriculteur revient cultiver la première, il s’aperçoit qu’elle a retrouvé au moins une partie de sa fertilité. Cette période de repos lui aurait-elle redonné ses forces ?

C’est pourquoi au cours des époques où la famine était un fléau récurrent, on a institué la jachère afin de lutter contre les diminutions intempestives des rendements. La jachère consistait à laisser une partie des surfaces sans culture et à profiter de cette période pour les travailler de manière à restaurer leur fertilité le plus rapidement possible. Pendant la période de  jachère, on apportait donc du fumier, on labourait fréquemment pour favoriser la germination des graines de mauvaises herbes stockées dans le sol et les détruire.

Cette pratique était pénible car elle nécessitait beaucoup de travail pour une récolte nulle.

Au cours du XIXème siècle, utilisant les connaissances nouvelles acquises en chimie, les agronomes ont cherché et trouvé le moyen d’abandonner cette pratique onéreuse grâce à une meilleure compréhension du fonctionnement du sol et des végétaux.

On découvre alors que tous les êtres vivants ont besoin de trouver les éléments nutritifs nécessaires à la formation et au développement de leurs tissus. Pour les végétaux, ces éléments nutritifs sont des sels minéraux fournis par le sol et absorbés par les racines. Lorsque les végétaux sont récoltés, les sels minéraux contenus dans les tissus de la récolte sont exportés de la parcelle. Il est donc facile d’imaginer la diminution progressive du stock de minéraux contenu dans le sol. 

Les sels minéraux utilisés par les végétaux appartiennent à trois familles. Ce sont respectivement les nitrates, les sels phosphatés, et les sels potassiques. Ce sont les principaux éléments qui feront l’objet du raisonnement de la fertilisation. D’autres éléments minéraux sont également nécessaires aux végétaux mais, en général les sols en sont suffisamment pourvus et de toute façon, ils sont consommés par les végétaux en quantités relativement faibles . Leur carence ne pose donc problème que dans des situations bien particulières.

Pour bien comprendre  ce qui se passe, il faut savoir que le sol est un milieu qui contient de nombreux organismes vivants dont le fonctionnement est extrêmement complexe. 

Il faut savoir aussi que les seules restitutions au sol dont l’agriculteur dispose sur place sont des déchets organiques : les résidus des cultures, les déjections animales (purins, fumiers etc), et éventuellement des déjections humaines.

Mais les végétaux sont incapables d’absorber les matières organiques dont les molécules sont trop peu solubles ou trop grosses pour passer à travers les parois des racines.

Nous allons donner une version simplifiée de ces mécanismes. 

  

Le sol: milieu nutritif

Comment se raisonne l'utilisation des engrais

La fertilisation est-elle polluante ?

Les engrais sont d'origine diverse

Les engrais et la qualité des produits

I/ LE SOL : MILIEU NUTRITIF.

La dynamique des éléments nutritifs du sol est très différente suivant les sels minéraux : nous distinguerons donc ici les sels contenant le phosphore et la potasse d’une part, les nitrates d’autre part.

 

A/ Le phosphore et le potassium ont une dynamique complexe.

Schématiquement, on peut dire que les racines des plantes sont en présence dans le sol de trois acteurs principaux: l’eau libre du sol qui contient les sels minéraux en solution, le complexe argilo-humique appelé aussi complexe absorbant, les micro-organismes du sol.

a/ L’eau libre du sol contient en solution les sels minéraux. C’est évidemment la source principale d’alimentation des plantes en eau et en sels minéraux.

b/ Considérons le complexe argilo-humique comme un réservoir au fonctionnement compliqué : il peut fixer des sels minéraux disponibles dans le sol, il peut aussi les restituer. Ce mécanisme de stockage et de restitution est réglé par différents facteurs : la concentration de la solution et le Ph du sol.

c/ Les micro-organismes du sol décomposent les matières organiques que le sol reçoit, ce qui enrichit l’eau libre du sol en sels minéraux solubles qui vont alors pouvoir être utilisés par les racines ou fixés par le complexe argilo-humique.

 

Ces mécanismes éclairent le fonctionnement de la jachère.

Pendant les premières années de culture d’une parcelle, les plantes absorbent les minéraux contenus dans l’eau libre du sol. Lorsque ces minéraux libres diminuent, le complexe argilo-humique libère une partie de ses réserves, mais relativement lentement. A ce stade, les rendements des cultures diminuent mais la production continue à être assurée. Puis le complexe argilo-humique se trouve épuisé à son tour : la production végétale s’effondre. 

Lorsque la parcelle est mise en jachère, les apports de fumier et les mauvaises herbes enfouies pendant plusieurs années sont décomposés par la micro flore du sol. La solution d’eau libre du sol est enrichie et les réserves du complexe argilo-humique sont reconstituées. Le sol va à ce moment pouvoir à nouveau nourrir les plantes .

 

B/ Les nitrates empruntent un circuit rapide.

Les nitrates sont très solubles dans l’eau libre du sol : ils suivent donc les mouvements de l’eau. Lorsqu’un engrais azoté est épandu sur le sol, il ne sera utilisable qu’après une pluie ou un arrosage qui l’auront entrainé jusqu’aux racines. Lorsque l’eau s’infiltre dans le sol au-delà des zones exploitées par les racines, les nitrates sont alors perdus pour l’alimentation des plantes. 

 

II/ COMMENT SE RAISONNE L’UTILISATION DES ENGRAIS ?

Compte tenu de ces connaissances et de la spécificité de chaque parcelle, comment les conseillers en fertilisation proposent-ils aux agriculteurs de raisonner les apports d’engrais ?

 

A/ La fumure de fond : Le phosphore et la potasse 

Pour connaître l’état chimique d’un sol à un moment donné, l’analyse de sol est un bon élément d’appréciation. Cette analyse se pratique sur un échantillon de sol représentatif de la parcelle. Au laboratoire, l’échantillon est traité par une solution d’acide citrique supposé dissoudre les éléments minéraux de façon comparable à l’action des racines des végétaux. On détermine alors la teneur de cette solution en phosphore et en potasse. L’analyse de sol fournit ainsi à l’agriculteur des indications sur le niveau du stock d’éléments minéraux au moment du prélèvement de l’échantillon. Celui-ci saura ainsi comment choisir entre 3 stratégies :

1/ Le stock de minéraux est insuffisant : il devra alors apporter chaque année une dose de fertilisants supérieures à la part consommée par la culture.

2/ Le stock de minéraux est convenable : il peut se contenter de compenser chaque année par la fumure la part des prélèvements effectués par la culture.

3/ Le stock de minéraux est pléthorique : il peut alors apporter une fumure faible, voire ne rien apporter pendant quelques années.

 

B/ Le nitrates font bande à part

Le raisonnement de la fumure azotée est sensiblement plus complexe. Ce n’est qu’au cours des années 1970 qu’il a pu être proposé aux agriculteurs. Prenons l’exemple du blé.

Les besoins du blé en azote se situent essentiellement pendant sa période de développement végétatif, c’est à dire entre le tallage en Février Mars et l’épiaison en Mai.

Le raisonnement consiste à évaluer la teneur du sol en nitrates en fin d’hiver. En effet, les fermentations du sol produisent des nitrates. Cette production est fonction entre autres de l’humidité, de la température et de la quantité de matière organique apportée au sol en automne, soit par les résidus de la récolte précédente, soit par des apports extérieurs (fumier, boues industrielles). Une analyse du sol au printemps permet une bonne mesure des reliquats de fin d’hiver.

Pour un rendement donné, on connaît les besoins en azote du blé. L’agriculteur fait donc une estimation du rendement espéré et il peut  calculer ainsi la dose de nitrate qu’il doit apporter en complément de la fourniture du sol.

Les nitrates seront apportés en deux ou trois fois de façon à faire coïncider le mieux possible les quantités disponibles avec les besoins du blé car les quantités non utilisées vont polluer les nappes et sont perdues pour l’agriculteur.

 

III/ LA FERTILISATION EST-ELLE POLLUANTE ?

 

Depuis la fin des années 1980, la Société est devenue de plus en plus exigeante en terme de pollution. Les engrais phosphatés et potassiques sont très peu polluants. Ils sont fixés par le complexe absorbant du sol et ne sont pas entrainés par les eaux d’infiltration. En revanche, nous avons vu que les nitrates sont très solubles et suivent l’eau dans le sol. Bien que la toxicité des nitrates soit très inférieure à ce qui a été craint dans les années 1980, il reste que la teneur de l’eau de consommation est règlementée et ne doit pas dépasser 50mg/litre. Cette contrainte a fait que les agriculteurs ont cherché à maîtriser de mieux en mieux la fertilisation azotée. Ces recherches vont également dans le sens de leur propre intérêt puisque les nitrates non utilisés sont perdus pour les plantes qu’ils cultivent.

De nouveaux procédés de diagnostic et d’épandage sont en permanence à l’étude pour régler au mieux les apports.

Bien avant qu’apparaisse le jaunissement de la végétation, signe d’une faim d’azote, on peut détecter les prémisses de cette faim en analysant le rayonnement renvoyé par les végétaux. Des capteurs sensibles à ce rayonnement sont placés sur l’épandeur d’engrais et règlent le débit de l’épandage en fonction des besoins des plantes qui se trouvent immédiatement devant le tracteur.

Plus sensible encore : lorsqu’un végétal commence à manquer d’azote, certains de ses gènes entrent en activité avant tout signe extérieur de faim. Il suffit de verser du jus de plante sur une grille de réactifs pour détecter l’activité de tel ou tel gène et connaître l’état nutritionnel de la plante: c’est la puce à ADN. Ce diagnostic pourra bientôt être réalisé dans le champ.

Le problème de l’alimentation azotée sera réglé encore  mieux lorsque les généticiens auront réussi à rendre tous les végétaux cultivés aptes à fixer l’azote de l’air comme les légumineuses savent le faire naturellement. Les épandages pourront alors être supprimés ou, au moins, considérablement diminués.

Seuls les apports en phosphore et potasse resteront alors nécessaires.

 

IV/ LES ENGRAIS SONT D'ORIGINE DIVERSE

A/ Les engrais minéraux

Les engrais utilisés en agriculture sont pour la plupart d’origine minière : Potasses d’Alsace, phosphates d’Afrique du Nord ou du Chili.

Certains sont des sous produits industriels : scories de déphosphoration sous produits de la sidérurgie.

D’autres sont issus de synthèse chimique tel que l’ammonitrate, très largement utilisé.

Ces engrais sont très utilisés car ils sont relativement solubles : ils peuvent donc être utilisés rapidement voire même immédiatement par les plantes.

B/ Les engrais organiques

Ce sont principalement les déchets issus de l’exploitation agricole : fumiers, lisiers, résidus de culture laissés sur le champ, etc…

On peut utiliser également les résidus d’autres activités : boues industrielles, boues de station d’épuration, etc… moyennant quelques précautions pour éviter une trop grande concentration de métaux lourds ou autres éléments toxiques.

L’agriculture biologique n’autorise que l’utilisation d’engrais organiques. La satisfaction des besoins en azote des plantes, et en particulier des graminées est dans ce cas beaucoup plus difficile à raisonner et à maîtriser. En effet, les nitrates nécessaires à la plante ne peuvent alors venir que de la décomposition des matières organiques : il devient très problématique de faire coïncider les besoins des plantes et la disponibilité en nitrates. Surtout pour des plantes comme le blé dont le départ en végétation se fait très tôt au printemps alors que l’activité biologique du sol est ralentie du fait des températures. Lorsque le sol va se réchauffer, les nitrates vont devenir disponibles, mais pour le blé ce sera un peu tard et nous savons que les nitrates non utilisés se retrouvent dans les nappes.

 

V/ LES ENGRAIS ET LA QUALITÉ DES PRODUITS

 

A l’heure où la Société s’interroge sur les répercutions sanitaires et organoleptiques des pratiques agricoles, que faut-il penser de l’impact des engrais sur la qualité du produit final ? 

Débarrassons-nous d’abord d’une idée reçue selon laquelle on force les cultures avec des engrais. Il n’est pas possible de « forcer » une plante. On ne peut que lui fournir les différents éléments favorables à sa croissance. 

Elle consomme les éléments nutritifs qu’il lui faut et elle laisse le reste.

En présence d’un excès d’engrais azoté, le comportement des plantes est un peu différent. Un léger excès se traduit par une augmentation de la teneur en azote de la plante, un excès plus important entraine des inconvénients pour l’agriculteur : verse des céréales et plus grande sensibilité aux maladies; si la dose d’engrais azoté est trop importante, plusieurs fois la dose normale, la végétation est détruite : elle ne sera donc pas consommée. Personne n’a intérêt à une telle pratique.

 

Examinons seulement le cas d’une utilisation normale des engrais .

Il est clair qu’une culture normalement fertilisée n’a pas le même aspect ni la même composition chimique qu’une culture qui a connu la faim. 

Néanmoins, il n’est pas possible d’avoir un avis général en matière de fertilisation pour toutes les cultures. Les incidences de la fertilisation sont en effet très différentes suivant les cas. Prenons quelques exemples :

- dans le cas de la vigne, la fertilisation doit être limitée car les rendements importants ne riment pas avec qualité. La vigne doit en effet souffrir un peu pour donner une production de qualité.

- dans le cas des fruits et légumes, une fertilisation trop généreuse entraine une diminution du goût et peut provoquer une plus grande sensibilité des plantes aux maladies nécessitant des traitements supplémentaires.

- dans le cas des céréales, les excès modérés d’engrais ont peu ou pas de répercussion sur la qualité des produits. Ils peuvent tout au plus rendre la récolte plus difficile lorsque cet excès à provoqué la verse.

Dans tous les cas, il n’a jamais été possible de mettre en évidence un lien entre une fertilisation normale et la santé des consommateurs.

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