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La fixation de l'azote par les plantes : le Graal ?
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La fixation de l'azote ? Plusieurs mécanismes existent dans la nature et, partant, plusieurs pistes sont explorées pour la transmettre aux plantes qui en sont dépourvues. Mais elle a un coût énergétique, synonyme de rendements en moins.
L'ambition sera-t-elle à la hauteur des espoirs ? Pour le savoir, il faut réaliser l'exploit scientifique et technologique.
Corollaire : il n'est pas sûr que l'azote de synthèse soit condamné à terme.
Un de nos billets précédents, « Les OGM et la frontière de la durabilité : aider les cultures à acquérir leur propre azote », traduit de M. David Warmflash, nous a permis d'entrevoir les travaux du John Inness Institute britannique sur le transfert de la capacité de fixer l'azote à des plantes comme les céréales.
L'article de M. Warmflash vaut surtout par la description des deux filières principales, la directe (le blé, par exemple, réaliserait lui-même la fixation de l'azote) et l'indirecte (comme les légumineuses, le blé établirait une symbiose avec des bactéries), ainsi que par l'optimisme et l'esprit d'entreprise qui semble animer le John Inness Centre.
On y a lu qu'il est « prévu que cela pourra aboutir dans quelques années à la fixation de l'azote dans le blé, ainsi que le maïs et le colza ». En fait, « quelques » désigne un horizon assez lointain. Le JIC a annoncé une avancée fin mai 2016 avec « Nuclear-localized cyclic nucleotide–gated channels mediate symbiotic calcium oscillations » ; il suffit de lire le résumé pour se rendre compte du chemin qui reste à parcourir. Quoi qu'il en soit, c'est surtout quand la route est longue qu'il faut partir tôt.
Dans nos pérégrinations cybernétiques, nous avons aussi rencontré l'Université de Nottingham et son Centre for Crop Nitrogen Fixation. Celui-ci fait partie d'un réseau international de recherche sur la colonisation intracellulaire des plantes par Gluconacetobacter diazotrophicus (anciennement Acetobacter), un endophyte, notamment, de la canne à sucre. Un bon point de départ pour une aventure intellectuelle est cette page de Organic Soil Technology.
Wikipedia nous rappelle aussi que la fixation d'azote existe également dans d'autres familles de plantes.
L'article précité de Myriam Charpentier et al. comporte deux auteurs français aux affiliations à rallonge (INRA, CNRS, Université) , travaillant au Laboratoire de Biochimie et Physiologie Moléculaire des Plantes du Campus SupAgro de Montpellier.
Cela pose la question : que fait l'Institut National de la Recherche Agronomique (INRA) ? En tout cas, en l'occurrence, la réponse est : pas de communication au public.
L'Internet est certes devenu exubérant, rendant les recherches compliquées, et il y a des organismes qui se sont ingéniés pour rendre leur site labyrinthique. Force est de constater que des mots clés simples (INRA, fixation, azote, céréales) nous entraînent sur le site de l'INRA à la dérive. On commence par « SymbiFix : un réseau scientifique sur la fixation symbiotique de l’azote »... et on se perd ! L'INRA travaille-t-il sur le sujet du transfert de la capacité de fixer l'azote à des plantes qui en sont dépourvues ? No lo sé !
En tout cas, il nous semble qu'il y a un sérieux effort à faire pour réconcilier les Français avec la recherche, et aussi susciter une approche positive de l'avenir dans un Hexagone qui sombre dans l'hypocondrie. Nous aimerions un site qui se concentre moins sur ce que l'on cherche (et ce qui est « tendance ») et comment on s'est organisé pour chercher – et plus sur ce que l'on trouve.
Figure: Nodules sur des racines de [i]Medicago truncatula.
© John Innes Centre[/i]
Notre exploration nous a tout de même mené à un site dont l'URL commence par « inra »... mais il y a un « a » de plus... On l'a compris : il s'agit de l'institut algérien qui sous-titre : « la recherche agronomique au service du développement agricole et rural ».
Revenons à l'article de M. Warmflash. Il fait une distinction entre l'agriculture à petite échelle et l'agriculture à grande échelle.
Nous pensons pour notre part que cette distinction n'a pas lieu d'être, en principe : les bénéfices qui seraient retirés de la fixation d'azote dépendraient des conditions de culture qui ne sont pas nécessairement liées à la taille de l'exploitation.
Pour les producteurs qui utilisent de l'azote de synthèse, et pour la sécurité alimentaire mondiale, l'équation est un peu compliquée, comme on le verra plus loin.
En revanche, on peut facilement imaginer que les grands bénéficiaires seraient les agriculteurs pauvres, de subsistance, qui ont des difficultés à se procurer des engrais de synthèse (et naturels...) et dont les rendements sont limités par les disponibilités en azote. De l'azote gratuit... enfin presque...
Mais ce n'est pas du tout – du tout – du goût du monde alter et anti. C'est qu'il y a une faute... une très grande faute dans le cas du John Inness Centre : la Fondation Bill et Melinda Gates lui a alloué 10 millions de dollars... cela suffit à rendre la fixation de l'azote satanique...
Il faut donc des arguments pour s'y opposer. Parmi ceux-ci : « Il n'y a pas de pénurie d'azote dans le monde, mais une gestion extrêmement déficiente de celui-ci » et : « L'utilisation de céréales fixatrices d'azote (si cela s'avère possible avec des rendements acceptables) augmenterait encore davantage l'utilisation de l'agriculture industrielle fondée sur les monocultures ».
GM Freeze fait aussi sonner la charge par Mme Mariam Mayet, directrice de l'African Centre for Biodiversity– et bien sûr fondatrice de sa petite entreprise incorporée sous forme de Nonprofit Organisation (organisation à but non lucratif, dont les revenus et biens ne peuvent pas être distribués à ses membres et dirigeants, sauf sous la forme d'une rémunération « raisonnable » pour les services rendus) :
« Les cultures GM fixant l'azote ne sont pas la réponse à l'amélioration de la fertilité des sols en Afrique. Les agriculteurs africains sont les dernières personnes à être consultées sur de tels projets. Il en résulte souvent que de mauvaises technologies sont mises au point, que de nombreux agriculteurs ne peuvent tout simplement pas se permettre.
Nous avons besoin de méthodes que nous pouvons contrôler, visant à la constitution d'un sol résilient qui est à la fois fertile et capable de faire face à des conditions météorologiques extrêmes. Nous voulons aussi recevoir un peu de respect pour nos connaissances et nos compétences, et ne pas voir des solutions inappropriées imposées par des institutions lointaines, des organismes de bienfaisance et des gouvernements. »
Parole de Sud-africaine des quartiers chics, bobos, de Johannesburg...
S'il y a un point qui mérite attention dans ce qui précède, c'est celui du coût énergétique. La littérature est largement concordante sur le mécanisme de la symbiose : la plante fournit l'énergie à la bactérie, qui fournit en retour l'azote. Cette énergie, ce sera très vraisemblablement du rendement en moins.
Cet article – un essai mené par John D. Mahon sur le pois – a trouvé (dans les conditions de l'expérience) qu'il fallait 19 grammes d'hydrates de carbone par gramme d'azote fixé.
Prenons cet exemple cité par l'industrie des engrais : selon les données de Küsters et Lammel, 1999, un apport de 170 kilos d'azote a augmenté le rendement d'un blé de 47 à 82 quintaux. Le kilo d'azote a rapporté dans ce cas 20,6 kilos de grain (ainsi que de la paille et des racines). C'est en gros ce qu'il faudrait consacrer à la fixation de ce kilo d'azote selon l'expérience de Mahon sur le pois.
Ce qui précède n'est pas de la science exacte, mais quelques calculs de coin de table pour démystifier la fixation de l'azote, censée être gratuite dans l'imagerie populaire, par des plantes comme les céréales. Ce qu'il faut retenir, c'est que ce n'est pas simple, que l'équation comporte de nombreuses inconnues, mais qu'il y a des coûts.
En fait, ce sont « les équations » : la fixation de l'azote dans un itinéraire d'agriculture de subsistance soumis à une carence en azote est susceptible d'avoir un effet supérieur à celui d'une dose d'azote apportée qui cherche à produire le rendement économiquement optimal ; c'est l'application de la loi des rendements décroissants. C'est pour cette raison que l'on peut penser que la fixation d'azote sera (peut-être...) un atout pour certains agriculteurs pauvres.
Admettons que l'on ait réussi.
Pour l'agriculteur, la question sera : vaut-il mieux cultiver, par exemple, un blé fixateur d'azote au prix d'une perte de rendement (nous supposerons ici qu'il n'y a pas d'autres effets) ou un blé conventionnel en apportant de l'azote de synthèse (ou organique) ?
La question se pose aussi au niveau de la sécurité alimentaire, et plus généralement de l'économie, nationales et mondiales : l'humanité sera-t-elle en mesure d'absorber les pertes de rendement ? La réponse n'est pas évidente.
Petit rappel lancinant : on s'accorde à dire – sauf dans les milieux alter et anti – qu'il faut augmenter la production alimentaire de quelque 70 % à l'horizon 2050, quand il faudra nourrir une population de quelque 9-10 milliards d'êtres humains jouissant d'un meilleur niveau de vie et ayant par conséquent des exigences alimentaires plus élevées.
L'humanité sera-t-elle forcée d'arbitrer entre différentes utilisations de l'énergie ?
Posons-le de manière provocative : entre utiliser de l'énergie pour aller acheter son pain et son journal (s'il en reste), confortablement assis dans une voiture, et utiliser cette énergie pour produire le blé qui permettra de produire ce pain ?
Dans l'état actuel des technologies, produire une tonne d'azote (N) revient à moins d'une tonne d'équivalent pétrole dans les usines les plus performantes.
Illustrons le problème sur la base des documents précités : un litre de diesel, c'est en gros un kilo d'azote, c'est en gros 20 kg supplémentaires de blé. Un litre de diesel, avec un gros char à bœufs indispensable au bobo pour circuler en ville parce qu'il va une fois l'an en montagne, c'est dix kilomètres.
Alors, 20 kilos de blé ou 10 kilomètres ?
Notons que l'opinion publique se focalise sur l'énergie utilisée pour la production d'engrais azotés alors que l'agriculture n'utilise que 5 % de l'énergie mondiale...
L'opinion publique se focalise aussi sur le fait que la synthèse des engrais azotés utilise de l'énergie fossile, essentiellement du gaz naturel (tout en oubliant, du reste, que cette filière est aussi utilisée pour d'autres produits chimiques). C'est oublier que le procédé Haber-Bosch et le craquage du gaz naturel par la vapeur ne sont pas les seules méthodes. Le procédé Birkeland-Eyde de l'arc électrique est certes gourmand en énergie, mais c'est de l'électricité.
Et il y a le génie inventif humain...
L'agronomie offre aussi des contributions, par exemple sous la forme de rotations incluant des légumineuses, de cultures dérobées pièges à nitrates et fixatrices d'azote, de cultures associées, d'agroforesterie avec des arbres fixateurs d'azote, etc. Il faut cependant rester modeste et réaliste : il n'y a pas de solution miracle !
On peut certes rêver devant les capacités d'accumulation de l'azote par la luzerne... mais le marché des bouchons de luzerne n'est pas extensible à l'infini ; devant l'intérêt des légumineuses à grosses graines pour l'agriculture biologique... mais tout le monde ne pourra pas cultiver des lentilles (à 15 quintaux/hectare en bonne année) ; devant les projections, à 50 ans !, des résultats économiques de l'agroforesterie, etc.
Une lecture intéressante : Fonctionnement de la symbiose fixatrice de N2 des légumineuses à graines : Impacts Agronomiques et Environnementaux, Voisin A.-S., Cellier P., Jeuffoy M.-H.,
Innovations Agronomiques 43 (2015), 139-160.
L'agronomie offre aussi des contributions, par exemple sous la forme de rotations incluant des légumineuses, de cultures dérobées pièges à nitrates et fixatrices d'azote, de cultures associées, d'agroforesterie avec des arbres fixateurs d'azote, etc. Il faut cependant rester modeste et réaliste : il n'y a pas de solution miracle !
On peut certes rêver devant les capacités d'accumulation de l'azote par la luzerne... mais le marché des bouchons de luzerne n'est pas extensible à l'infini ; devant l'intérêt des légumineuses à grosses graines pour l'agriculture biologique... mais tout le monde ne pourra pas cultiver des lentilles (à 15 quintaux/hectare en bonne année) ; devant les projections, à 50 ans !, des résultats économiques de l'agroforesterie, etc.
Une lecture intéressante : Fonctionnement de la symbiose fixatrice de N2 des légumineuses à graines : Impacts Agronomiques et Environnementaux, Voisin A.-S., Cellier P., Jeuffoy M.-H.,
Innovations Agronomiques 43 (2015), 139-160.
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