La chimie en agriculture : les tensions et les défi s pour l'agronomie
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Pierre Stengel La chimie en agriculture :
les tensions et les défis pour l’agronomie
La chimie
en agriculture :
les tensions et les défis
pour l’agronomie
Agriculture certains pays ; mais succès
1 et chimie : une longue
et tumultueuse histoire
parfois accompagné d’em-
bûches, lesquelles contri-
buent en grande partie à la
C’est au XIXe siècle qu’est née mise en cause actuelle de
l’agronomie scientifique. Elle ce modèle dans les sociétés
a conduit à la création et à des pays développés, ce qui
la généralisation du modèle peut s’apparenter à une crise
de l’agriculture dite intensive de l’agriculture intensive,
(Figure 1), telle que nous la que nous sommes en train
connaissons aujourd’hui dans de vivre.
nos pays développés, tout Plus que jamais, il existe
particulièrement en Europe une attente forte de la part
mais aussi dans les pays des consommateurs et des
émergents, notamment les pouvoirs publics à l’égard des
pays asiatiques. Un succès agronomes, qui ont la lourde
historique qui a permis une responsabilité de répondre
croissance fulgurante de la aux enjeux du développe- Figure 1
population mondiale et l’éra- ment durable planétaire, par L’agriculture intensive
dication des famines dans la conception d’une nouvelle est née au XIXe siècle.
La chimie et l’alimentation
agriculture qui prenne en nibilités pour la plante ils
compte les besoins alimen- pouvaient avoir, et quels flux
taires et les contraintes envi- cela pouvait induire du sol
ronnementales très pressants vers la plante.
de ce début du XXIe siècle. C’est
une préoccupation au cœur 2.1.2. Maîtriser la fertilité
de laquelle se trouve depuis et optimiser les plantes
longtemps la chimie, un acteur Cette nouvelle connaissance
important de l’agronomie des plantes a ouvert la voie au
scientifique (Figure 2). Or, les développement de la chimie
relations actuelles entre agri- du sol et a conduit aux prin-
culture, chimie et société sont cipes de la maîtrise de la
loin d’être simples. fertilité qui ont été acquis au
Quels sont les principaux début du XXe siècle, dès lors
défis des agronomes et des que l’industrie chimique a
chimistes face à des attentes été capable de produire des
fortes, nombreuses et parfois engrais (Figure 4) en quan-
contradictoires ? tité abondante et à des prix
Figure 2 accessibles, pour améliorer
Les scientifiques (chimistes La chimie agricole la qualité nutritive de surfaces
et biologistes), des acteurs clés
dans l’agronomie moderne.
2 et la révolution verte de terres de plus en plus
grandes. Il s’est instauré une
2.1. L’agronomie scientifique, collaboration très étroite
fille de la chimie entre les chimistes – qui ont
Figure 3
notamment mis au point la
Les plantes ont besoin d’eau, 2.1.1. Découverte synthèse de l’ammoniac1 –
d’éléments nutritifs, de dioxyde des fondements de et les agronomes – qui ont
de carbone (CO2) apporté par l’air l’alimentation des plantes appris à utiliser ces éléments
et d’énergie solaire nécessaire
L’agronomie est une fille de la fertilisants, distribués aux
à la synthèse chlorophyllienne.
Quand on a découvert qu’elles chimie qui est née au XIXe siècle plantes de plus en plus préci-
se nourrissent de nitrates, avec la découverte des fonde- sément en fonction de leurs
ammonium, phosphate, potassium, ments de l’alimentation miné- besoins. Les aboutissements
oligo-éléments… on s’est rale des plantes. Avant cette techniques les plus élaborés
mis à développer l’agronomie époque, on ne savait pas de en sont l’irrigation localisée
scientifique.
quoi elles s’alimentaient, fertilisante ou la culture sur
même si l’on savait bien que solution pratiquée en serre.
l’ajout de matières organiques
De leur côté, et c’est l’une de
telles que le fumier était favo-
leurs contributions majeures,
rable à leur croissance, mais
les agronomes ont apporté
sans en connaître l’explica-
une amélioration génétique
tion. Puis l’on s’est aperçu que
des plantes, qui résistent
les plantes se nourrissent de
mieux aux agresseurs et
molécules minérales d’azote,
sous forme de nitrate (NO3−) 1. Traditionnellement, l’ammoniac
et d’ammonium (NH4+), de NH3 était obtenu par distillation
phosphore et de divers autres du purin (déchet issu de l’élevage
éléments (Figure 3). Dès lors d’animaux domestiques et
que l’on a compris cela, on a pouvant être utilisé comme
fertilisant azoté) et du fumier. Sa
recherché ces éléments dans
production industrielle s’effectue
le sol, on a voulu comprendre essentiellement par synthèse
sous quelles formes ils s’y directe à partir d’hydrogène et
218 trouvaient, quelles dispo- d’azote (procédé Haber-Bosch).
La chimie en agriculture : les tensions et les défis pour l’agronomie
aux conditions climatiques 2.2. Vers l’agriculture Figure 4
des lieux où on les cultive intensive
Fumier et cendres ont été
(Figure 5).
2.2.1. Optimiser les surfaces remplacés par les engrais
agricoles industriels pour fertiliser les sols.
2.1.3. Lutter contre
À grande échelle, ils sont épandus
les bioagresseurs Grâce à l’apport des engrais et par irrigation ou par avion.
L’autre contribution majeure des produits phytosanitaires
de la chimie, apparue durant industriels, les agriculteurs
la deuxième moitié du des pays développés ont pu
XXe siècle avec l’essor de la maîtriser progressivement
chimie de synthèse, est la lutte les contraintes liées au sol
contre les bioagresseurs des (contraintes « édaphiques »),
plantes. Il s’agit de l’ensemble ainsi que les contraintes
Figure 5
des organismes ravageurs liées aux bioagresseurs
(contraintes « biotiques »). Les plantes sélectionnées sont
(insectes), pathogènes (cham-
plus résistantes et valorisent au
pignons), ou des concurrents D’un point de vue pratique, mieux les potentialités climatiques
des plantes, c’est-à-dire il a dès lors été possible de des milieux.
les mauvaises herbes2. Une
série de molécules phytosa-
nitaires – herbicides, fongi-
cides, insecticides – de plus
en plus performantes et effi-
caces sont progressivement
distribuées sur le marché
depuis la fin de la Seconde
Guerre mondiale, permet-
tant aux agriculteurs d’être
dotés de moyens puissants de
lutte contre les épidémies qui
menacent leurs cultures.
2. En botanique, les mauvaises
herbes sont désignées par le
terme adventices. 219
La chimie et l’alimentation
Figure 6 s’affranchir peu à peu des légumineuses leur apportent
rotations, à savoir l’alternance des sucres issus de la photo-
Champ de blé, champ de colza…
de cultures différentes, prati- synthèse (Voir la Figure 15).
la spécialisation des cultures est
une caractéristique de l’agriculture quée autrefois pour nettoyer Tout ceci a progressivement
intensive. le sol des mauvaises herbes laissé place à des spécia-
(labours), empêcher le déve-
lisations de l’agriculture.
loppement des pathogènes
Cette spécialisation s’étend
et ravageurs des plantes tels
au niveau régional : la France
que les vers nématodes, ou
possède des régions de
encore maintenir la fertilité
culture très majoritairement
du sol en reconstituant ses
dominées par les « grandes
réserves minérales. On a eu
effectivement recourt à la cultures » : céréales, colza,
fixation symbiotique des légu- maïs (Figure 6). Elle affecte la
mineuses telles que les hari- plupart des exploitations, dont
cots, fèves, luzernes, trèfles le nombre d’espèces cultivées
ou pois. Cela consistait à n’a cessé de se réduire. Cette
laisser des micro-organismes spécialisation permet des
symbiotiques du genre Rhizo- économies d’échelle en équi-
bium se fixer sur les racines pement et en technicité. Une
de ces plantes hôtes, pour autre conséquence notable de
produire à partir de l’azote ce changement de pratique
Figure 7 atmosphérique des molécules agricole est un découplage
L’élevage est aussi concerné par azotées qui alimentent les entre la production végétale
l’intensification de l’agriculture. plants (en échange de quoi les et l’élevage (Figure 7).
220
La chimie en agriculture : les tensions et les défis pour l’agronomie
L’ensemble de ces boulever- agricoles. À titre d’exemple, le
sements a abouti à ce que rendement du blé en France a
l’on appelle aujourd’hui l’agri- quadruplé depuis les années
culture intensive, avec un 1950. Un bilan dans notre pays
accroissement sans précédent est présenté dans l’Encart :
de la productivité physique, « Retour sur 50 ans d’agricul-
c’est-à-dire des rendements ture intensive en France ».
RETOUR SUR 50 ANS D’AGRICULTURE INTENSIVE EN FRANCE
L’apport des engrais
Autrefois, le sol était fertilisé de façon empirique, par ajout de fumier (en général des excré-
ments d’animaux mélangés à de la paille) qui apporte de l’azote, par ajout d’os pour le phos-
phate, ou encore de cendres pour le potassium.
L’avènement de l’industrie chimique, charbonnière et pétrolière au XXe siècle a permis d’ac-
céder à de grandes quantités de formes chimiques purifiées d’engrais, qui ont été largement
utilisées en France notamment. Leur composition de base est généralement constituée du
trio « NPK », pour azote/phosphate/potassium, l’azote étant l’élément le plus important.
Quel est le bilan de l’apport des engrais azotés dans les grandes cultures en France, notam-
ment pour les céréales et le colza ? La Figure 8 donne une image de la relation possible entre
la consommation d’engrais azoté en France et la productivité des cultures de céréales et de
colza, depuis 1960. Un parallélisme y apparaît de manière flagrante. On note cependant un
certain détachement à partir des années 1990, qui pourrait être rapproché de la baisse du
soutien européen au prix des denrées agricoles. Cela implique, de façon économiquement
justifiée, un moindre recourt aux engrais.
On observe que cela n’affecte pas pour autant les rendements, ce qui montre qu’il peut y
avoir eu parfois des consommations inutiles d’engrais, éventuellement mal pondérées en
fonction des rendements que l’on peut espérer obtenir.
Indice base 100 en 1980
160
140
120
100
80
60
Production de céréales + colza
40
Livraison d’azote
20
0
1972
1960
1962
1964
1966
1968
1970
1974
1976
1978
1980
1982
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
Figure 8
Quel est l’impact des engrais azotés sur la productivité des grandes cultures (céréales, colza) en France ?
Source : Ministère de l’agriculture et de la pêche (Scees – Agreste) – Union des industries
de la fertilisation (Unifa).
221
La chimie et l’alimentation
L’apport des produits phytosanitaires : les pesticides
Cela fait des millénaires que l’on cherche à protéger les plantes cultivées, en luttant chimique-
ment contre les organismes nuisibles. Du soufre était déjà utilisé en Grèce antique (1000 ans
avant J.-C.), de même que l’arsenic était recommandé en tant qu’insecticide par le naturaliste
romain Pline l’Ancien. Des produits à base de plomb étaient même utilisés au XVIe siècle en
Chine et en Europe, tandis que les propriétés insecticides du tabac étaient reconnues dès 1690.
Depuis l’essor de la chimie organique et minérale au XIXe siècle, les agriculteurs ont pu accéder
à de nombreux pesticides à base de cuivre, tels que des fongicides à base de sulfate de cuivre
CuSO4 (la bouillie bordelaise est un mélange de sulfate de cuivre et de chaux, qui permet de
lutter contre les invasions fongiques de la vigne et de la pomme de terre). À partir des années
1940, l’usage du DDT (dichlorodiphényltrichloroéthane) s’est répandu et a ouvert la voie au déve-
loppement de nombreux autres organochlorés utilisés en tant qu’insecticides. S’en est suivi
le développement des organophosphorés après la Seconde Guerre mondiale, puis des herbi-
cides de la famille des urées (linuron, diuron), des ammoniums quaternaires (triazines), suivis
des fongicides des familles des imidazoliques et triazoliques. Les insecticides de la famille des
pyréthrinoïdes sont apparus dans les années 1970-80. Les tonnages utilisés dans le monde ont
régulièrement augmenté depuis soixante ans, notamment au États-Unis et en France.
Quel recul pouvons-nous avoir sur l’impact de l’utilisation des pesticides sur la production
végétale en France ? La Figure 9 révèle une corrélation similaire à celle constatée au sujet de
l’impact des engrais (Figure 8) (la courbe de production végétale semble croître à un niveau
plus faible, mais à même échelle, cette croissance est comparable à celle de la production des
grandes cultures de la Figure 8).
Il est difficile d’établir des liens directs de causalité entre d’une part l’utilisation d’engrais et
de pesticides, indépendamment l’un de l’autre, et d’autre part l’augmentation des productions
agricoles. Il n’y a cependant pas de doute sur la contribution des produits phytosanitaires dans
l’augmentation des volumes de production et dans la stabilisation des rendements agricoles.
En effet, ces derniers ne sont plus sujets aux effondrements catastrophiques qui ont eu lieu
dans l’histoire en conditions climatiques favorables à la prolifération des pathogènes. Cette
sécurité, qui a éloigné les crises associées aux disettes et aux famines, n’a réalisé que partiel-
lement le rêve de l’humanité d’échapper au manque de nourriture. Elle reste fragile comme
l’ont montré les effets des mauvaises récoltes de 2007, menacées notamment par le change-
ment climatique.
Indice de volume : 100 en 1959
900
800
700
600 Phytosanitaires
500
400 Production végétale
300
200
100
0
65
68
71
83
86
89
98
01
04
59
62
74
77
80
92
95
07
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
19
20
20
20
Figure 9
Quel est l’impact des pesticides sur la productivité végétale en France ?
222
La chimie en agriculture : les tensions et les défis pour l’agronomie
2.2.2. Mécaniser l’agriculture et à la possibilité pour les Figure 10
Parallèlement aux progrès familles de consacrer leurs
budgets à d’autres marchés La mécanisation a décuplé
liés à l’optimisation des sols et la productivité des agriculteurs.
des plantes, des outils méca- issus des développements
niques puissants ont été déve- industriels parallèles que
loppés et mis à disposition des l’on connaît dans les sociétés
agriculteurs (Figure 10), ce qui modernes.
a décuplé la productivité du Le fondement conceptuel en
travail. En France, alors que termes de schéma de fonc-
les rendements agricoles ont tionnement de l’agriculture
été multipliés en moyenne par est qu’elle a été assimilée à
trois ou quatre, la productivité un processus industriel. Le
du travail a été multipliée par terme le plus achevé en est
vingt voire par trente ! Il en a l’utilisation des serres, qui
résulté une diminution consi- reviennent à « faire entrer
dérable de la population agri- des engrais dans le process »
cole en Europe, notamment et à faire « fonctionner » une
dans notre pays. plante en condition artifi-
cielle parfaitement contrôlée : Figure 11
2.3. Les conséquences des conditions typiquement Faire pousser des plantes
du modèle agricole intensif industrielles (Figure 11). en serre : des conditions
L’intensification de l’agricul- Même en plein champ, nous typiquement industrielles.
ture dans de nombreux pays
a abouti à un succès remar-
quable et unique dans l’his-
toire de l’humanité, on parle
de « révolution verte ». Elle
a permis un accroissement
de la population, qui est
passée de 2 à 6,5 milliards en
quelques décennies.
Elle a également eu pour
conséquence la réduction des
coûts alimentaires. Les prix
des produits en valeur rela-
tive n’ont cessé de diminuer,
contribuant à améliorer le
niveau de vie des populations, 223
La chimie et l’alimentation
n’en sommes pas loin avec les nitrates, qui ont fait l’objet
l’irrigation localisée fertili- d’attentions très fortes dès
sante : le milieu est alors un les années 1970, lorsque l’on
support physique qui sert prévoyait déjà que l’utilisation
simplement à ancrer la plante d’excédents d’azote aurait
et à faire circuler les engrais pour effet cette augmenta-
à destination de ses racines. tion de concentration. Effec-
Globalement, ce système est tivement, aux exutoires du
très dépendant de ce qu’on bassin versant agricole, l’aug-
peut appeler les « intrants mentation de concentration
chimiques » : engrais, produits des nitrates a été régulière
phytosanitaires, retardateurs et continue entre les années
de croissance, etc. 1970 et la fin du XXe siècle.
L’Europe avait pourtant pris
Bilan des coûts des mesures et mis en place
3 et risques :
un modèle intensif
des directives au milieu des
années 1970 pour stopper
remis en cause ? cette progression menaçante,
mais sans changements mani-
3.1. Premières mises en festes jusqu’à présent, notam-
ment en France (Figure 12). En
cause : les contaminants
un siècle, les taux de nitrates
des eaux
des rivières bretonnes ont été
Le premier fait marquant, multipliés par dix !
Figure 12 cause de large contestation
du modèle de l’agriculture 3.1.2. La contamination
La concentration en nitrates en intensive, est la contamination par les pesticides
aval des bassins versants agricoles
des eaux par les engrais, puis Pour les pesticides, la situa-
n’a fait qu’augmenter en France,
contribuant à une eutrophisation par les pesticides. Faisons un tion s’est avérée de même
(modification et dégradation retour sur les faits. nature que pour les nitrates,
du milieu aquatique liées à mais les questions ont été
l’apport exagéré de substances 3.1.1. La contamination mises en avant de façon plus
nutritives, qui augmentent la par les nitrates tardive, notamment en raison
production d’algues et de plantes
Les premiers éléments quan- de difficultés et du coût beau-
aquatiques). Ce phénomène a
été particulièrement observé en titatifs recueillis ont été les coup plus élevé des analyses.
Bretagne, par exemple dans niveaux observés de conta- À mesure que les perfor-
la Baie de Saint-Brieuc. mination des eaux douces par mances analytiques se sont
En mg NO3/l
22
20
18
16
14
12
10
Concentrations
8
Moyenne mobile sur 5 ans
6
4
1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005
224
La chimie en agriculture : les tensions et les défis pour l’agronomie
accrues, on s’est aperçu que
l’on trouvait de façon assez Dans les cours d'eau (SEQ-Eau « qualité globale eaux superficielles »)
fréquente dans les eaux 100 %
superficielles et souterraines
des pesticides ou des molé- 80 % 41 %
44 % 46 % 49 % 49 %
cules issues de la dégrada- 53 %
tion des pesticides. D’après 60 %
les statistiques produites par
l’Institut français de l’environ- 40 %
nement (IFEN) sur la période 56 % 59 % 54 %
51 % 51 %
de 1998 à 2004 (on observe 20 % 47 %
une relative stabilité de la
qualité des eaux superficielles 0%
1998-1999 1999-2000 2001 2002 2003 2004
au cours des années 1998 à 305 pts 397pts 493 pts 624 pts 493 pts 607 pts
2004 ; Figure 13), la majorité
Trés bonne et bonne qualité Qualité moyenne à mauvaise
des eaux superficielles fran-
çaises peut être considérée
comme contaminée par la
présence d’au moins un type Dans ce contexte, l’agriculture
de molécule, avec des concen- Figure 13
intensive est souvent montrée
trations dépassant le seuil du doigt… Fréquence des contaminations
de 0,2 μg/L pour une molé- par les pesticides.
cule donnée, ou le seuil de 3.2. Des effets sur
0,7 μg/L pour un ensemble de l’atmosphère et le climat
molécules. Ces seuils restent
très bas, comparativement à En même temps que la ques-
la norme qui avait été adoptée tion de l’effet de serre et du
en Europe sur les eaux de réchauffement climatique
boisson, qui fixait le seuil à préoccupe de plus en plus les
0,1 μg/L, correspondant à sociétés modernes, l’agricul-
l’époque au seuil de détection. ture en a été désignée comme
Ce qui montre que l’Europe un contributeur important.
s’engageait déjà dans une voie En première ligne, a été
conduisant à dire : « il faut dénoncée l’utilisation des
zéro pesticide dans les eaux », engrais azotés en France, qui
un défi extrêmement difficile à seraient responsables des
tenir, et qui n’a pas de signi- trois quarts des émissions de
fication connue en termes de protoxyde d’azote N2O, un gaz Figure 14
toxicité ou d’écotoxicité. à effet de serre au pouvoir de Le protoxyde d’azote tient une part
Petit à petit, ces premières réchauffement trois cent fois importante dans les émissions de
mises en cause de l’agriculture supérieur à celui du dioxyde gaz à effet de serre.
fondée sur un usage intensif de carbone CO2, représentant PFC = perfluorocarbures ;
ainsi 15 % des émissions des HFC = hydrofluorocarbure.
de la chimie se sont étendues
à d’autres domaines, à mesure gaz à effet de serre expri-
CO2
que les questions environ- mées en pouvoir de réchauf- N2 O
nementales prenaient une fement (Figure 14) !
ampleur croissante. Depuis Le passage de l’état d’en- 14,8 %
CH4
1990, la question du réchauf- grais au gaz protoxyde d’azote 70,3 % 11,9 %
fement climatique planétaire s’effectue soit directement
et de la biodiversité est plus à travers les processus de 3%
que jamais abordée dans les nitrification ou de dénitrifica- PFC + HFC
+ SF6
sociétés des pays développés. tion de l’azote dans les sols 225
La chimie et l’alimentation
(voir Encart : « Le cycle de 3.3 Des effets sur
l’azote dans l’agriculture »), la biodiversité
soit indirectement à travers
Les impacts de l’agriculture
les effluents d’élevage et leur intensive sur la biodiversité
gestion, ou encore à travers ont depuis plus longtemps
les émissions vers les milieux donné lieu à des alertes, et
humides ou aquatiques où se ces impacts sont aujourd’hui
produisent les même phéno- davantage renseignés que
mènes que dans les sols. ceux sur l’effet de serre. L’une
LE CYCLE DE L’AZOTE DANS L’AGRICULTURE
L’azote suit un cycle biogéochimique, durant lequel il est successivement transformé en
différentes formes : azote gazeux N2, nitrate NO3-, nitrite NO2-, ammoniac NH4+, azote organique.
L’une des étapes de transformation de l’azote est le processus de nitrification que réalisent
des micro-organismes du sol. Il conduit à la transformation de l’ammoniac NH4+ en nitrite
NO2- (nitrification par Nitrosomonas) puis à la transformation du nitrite en nitrate NO3-
(nitratation par Nitrobacter) (Figure 15).
(N2)
(NO3-)
(NH4+) (NO2-)
Figure 15
Le cycle de l’azote dans l’agriculture. Comment s’y insèrent les engrais chimiques azotés ?
Comment le protoxyde d’azote est-il produit ?
226La chimie en agriculture : les tensions et les défis pour l’agronomie
des premières alertes a fait 3.3.1. Les engrais
suite à la parution aux États- et l’eutrophisation
Unis du livre Le printemps de l’eau et des sols
silencieux, écrit en 1962 par la Un premier effet massif sur la
biologiste Rachel Carson. Ce biodiversité est l’eutrophisa-
livre est largement reconnu tion (Encart : « L’eutrophisa-
pour avoir contribué à lancer tion des milieux aquatiques »),
le mouvement écologiste des milieux aquatiques,
dans le monde occidental, effet généralement specta-
montrant les dégâts que les culaire et bien quantifiable.
pesticides pouvaient produire Nous sommes aujourd’hui
sur l’environnement, et plus malheureusement familiers
particulièrement sur les aux dégâts qu’ont pu causer
oiseaux. Ce qui a notamment les activités agricoles sur les
conduit en 1972 à l’interdiction milieux aquatiques. L’utili-
du DDT aux États-Unis, un sation parfois mal mesurée
insecticide qui a montré des d’engrais azotés et phos-
conséquences néfastes sur la phatés provoque des désé-
santé humaine3. quilibres dans les milieux qui
reçoivent les eaux de ruissel-
3. L’arrêt de l’utilisation du DDT
en 1996 a cependant conduit à lement ou d’infiltration issues
une augmentation considérable de l’agriculture. Ces éléments
des cas de paludisme en Afrique, minéraux nourrissent par
jusqu’à ce que l’Organisation excès des algues bien souvent
mondiale de la santé (OMS) indésirables, qui pren-
recommande le maintien de son
utilisation dans ces pays, ce qui a nent la place de toute autre
contribué à abaisser les cas de la forme de vie à cause de leur
maladie. surdéveloppement.
L’EUTROPHISATION DES MILIEUX AQUATIQUES
L’eutrophisation (du grec eu = bien, vrai ; trophein = nourrir) est la modification et la dégradation
d’un milieu aquatique, lié en général à un apport excessif de substances nutritives, qui
augmentent la production d’algues et de plantes aquatiques.
Le phénomène peut se décomposer en quelques étapes : des nutriments, notamment les
phosphates et les nitrates issus de l’agriculture, sont déversés en grande quantité dans le
milieu aquatique ; les eaux ainsi enrichies permettent la multiplication rapide des végétaux
aquatiques, en particulier la prolifération d’algues (l’« efflorescence algale ») ; le stock
d’oxygène étant très limité dans l’eau, celui-ci est rapidement épuisé lors des périodes
pendant lesquelles la respiration des organismes et la décomposition des matières
produites excèdent la production par photosynthèse et les échanges possibles avec l’oxygène
atmosphérique. Le développement éventuel de plantes flottantes empêche le passage de la
lumière, donc la photosynthèse dans les couches d’eau inférieures, et gêne également les
échanges avec l’atmosphère ; le milieu devient alors facilement hypoxique puis anoxique,
favorable à l’apparition de composés dits réducteurs et de gaz délétères (thiols, méthane) ; il
peut en résulter la mort d’organismes aquatiques aérobies – insectes, crustacés, poissons,
mais aussi végétaux –, dont la décomposition, consommatrice d’oxygène, amplifie le
déséquilibre.
227La chimie et l’alimentation
C’est ainsi que nous connais- agricoles utilisant des fertili-
sons actuellement le phéno- sants (Figure 17).
mène des marées vertes
en Bretagne, qui sont une 3.3.2. Les pesticides
manifestation d’eutrophi- et l’écotoxicologie
sation massive détériorant L’effet des pesticides sur des
complètement le milieu et populations bien ciblées est
aboutissant à des problèmes généralement bien connu,
sanitaires qui n’étaient souvent davantage observé
pas forcement soupçonnés au niveau expérimental que
Figure 16 mesuré dans les conditions
jusqu’à une époque récente
Les marées vertes sont apparues (Figure 16). L’accumulation naturelles, même s’il arrive
en Bretagne et se sont amplifiées de ces éléments dans les que l’on suive une espèce
dans les années 1970, ne cessant dans la nature, dans des
cours d’eau peut avoir un
de s’aggraver depuis cette époque.
Sur la façade ouest, on observe impact important sur le milieu conditions particulières. Il
surtout la pullulation des espèces marin, à l’endroit même où est toutefois très difficile de
Ulva armoricana. se déversent des fleuves, quantifier les effets des pesti-
ou par le retour des nappes cides (mis à part les conta-
souterraines qui forment des minations massives, mais qui
sources sous-marines ou sont devenues extrêmement
proches du bord de mer. rares en Europe). La raison
Ces constats ont donné lieu à en est que, de manière géné-
des actions très fortes, notam- rale, une masse d’eau polluée
ment pour préserver des ne l’est pas par un seul type
milieux aquatiques terrestres de molécules, mais par un
comme les grands lacs alpins, ensemble de molécules, à des
dans lesquels le phosphore, niveaux de concentration en
plus que l’azote, joue un rôle pesticides très bas, et avec
prépondérant, la combinaison l’intervention de nombreux
autres facteurs, qui parfois
des deux éléments aboutis-
sont plus délétères pour les
sant à une aggravation consi-
populations que les pesticides
dérable du problème.
eux-mêmes : température de
Dans le cas des sols, il est l’eau, oxygénation, etc.
plus difficile de parler d’eu-
C’est donc un grand défi pour
trophisation ; la situation
les scientifiques qui étudient
est différente : le fait d’avoir
l’écotoxicologie, que de déter-
cherché à adapter un grand
miner précisément l’effet d’un
nombre de sols à l’agriculture,
ou plusieurs pesticides sur la
notamment en améliorant
Figure 17 biodiversité.
leur fertilité, a progressive-
Les prairies sont des milieux ment conduit à la disparition
riches en biodiversité. 3.4. Agriculture intensive
des sols peu riches ou acides.
et environnement :
Or, beaucoup de végétaux
un ensemble complexe
s’étaient adaptés à ces condi-
tions extrêmes et disparais- L’ensemble de ces observa-
sent dès lors que l’on a enrichi tions – gaz à effet de serre,
ces sols en éléments nutritifs. pollution des eaux et des sols,
C’est particulièrement le cas appauvrissement de la biodi-
des prairies, où la biodiversité versité –, mêlées aux incer-
s’est trouvée significativement titudes dues à la complexité
228 réduite par suite des activités des phénomènes en jeu,La chimie en agriculture : les tensions et les défis pour l’agronomie
aboutit à des réactions de de la situation globale (voir
mise en cause de l’effet global Encart : « Des populations
de l’agriculture intensive sur d’oiseaux : un bon indicateur
l’environnement. de la biodiversité »).
Au premier plan sont montrés
du doigt les fertilisants et les
produits phytosanitaires. On DES POPULATIONS D’OISEAUX, UN BON INDICATEUR
peut pour l’instant dire que les DE LA BIODIVERSITÉ
techniques de culture utilisant
ces produits ont surtout un Appréhender et suivre la biodiversité dans son ensemble est
effet sur la biodiversité locale, humainement et techniquement impossible. Actuellement,
celle attachée à la surface du seules quelque 1,4 millions d’espèces ont été identifiées
sol où elle est nourrie, que ce sur un potentiel de quinze à cent millions, et parmi celles
soit une plante sauvage, ou qui sont décrites, seulement quelques milliers sont
la faune et la microflore du relativement bien suivies. On a donc recours à des modèles
sol. Mais cet effet est aussi utilisant des indicateurs pertinents, qui peuvent donner une
dû à la réduction du nombre idée réaliste de la situation, afin d’aider les scientifiques, les
d’espèces cultivées, du fait pouvoirs publics et les citoyens à hiérarchiser les priorités
des spécialisations de l’agri- et prendre des décisions (par exemple : implanter des haies
culture : des paysages très ou des zones enherbées, habitats de l’avifaune (oiseaux) et
homogènes ont beaucoup de de l’entomofaune (insectes)).
mal à héberger une multi- Les oiseaux sont fréquemment choisis comme un baromètre
tude d’espèces. Enfin, entrent précis et pratique de la répartition de la biodiversité et du
en jeu d’autres effets qui ne changement de l’environnement mondial. Le suivi de la
proviennent pas de l’agri- population des oiseaux communs dans les zones agricoles
culture intensive en tant que peut ainsi être un bon indicateur de l’impact de l’agriculture
telle, mais par le fait que la sur la biodiversité : il tient compte à la fois de la disparition
mécanisation et l’expansion d’habitats, de lieux de reproduction et de disponibilités
des exploitations ont conduit trophiques, ou d’actions toxiques sur les oiseaux.
à modifier les paysages en On observe une diminution tendancielle de ces
éliminant une grande part des populations depuis la fin des années 1980, qui se poursuit
espaces dits semi-naturels. malheureusement jusqu’à l’époque présente sans aucune
Parmi ces espaces, on compte manifestation d’inversion de cette tendance (Figure 18).
les bordures de champs, les
fossés, les bordures de
1,2
chemins, sans oublier un
certain nombre d’éléments
1
appréciés pour leur valeur
esthétique mais qui jouent
0,8
aussi un grand rôle dans la
préservation de la biodiver-
sité : les haies, les bosquets, 0,6
les arbres isolés.
0,4
L’ensemble de ces facteurs 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 19961997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
contribue à réduire la biodi- Indice d'abondance Tendance
versité dans l’espace agricole,
sans que l’on soit, à ce stade,
véritablement capable de Figure 18
quantifier la part de chacun Évolution de l’indice d’abondance des oiseaux communs
d’entre eux. Il existe néan- caractéristiques des zones agricoles.
moins un certain nombre Source : Muséum national d’histoire naturelle (MNHN).
d’indicateurs révélateurs 229La chimie et l’alimentation
3.5. Agriculture et produits 3.5.2. Une défiance croissante
chimiques, en ligne de mire à l’égard du risque toxique
La multiplication et la
3.5.1. Des contaminations meilleure accessibilité des
de l’environnement mieux données ont contribué à légi-
documentées et plus visibles timer un contexte de défiance
Les contaminations de l’envi- croissante à l’égard de la
sécurité des produits alimen-
ronnement ont cependant des
taires, largement induit par
origines multiples. Elles sont
des crises sanitaires qui ont
de plus en plus précisément
affecté nos sociétés, même
documentées grâce à des si elles ne concernent pas le
moyens d’analyse et à la mise champ de l’alimentation. Les
en place de systèmes d’ob- pesticides sont en ce sens le
servations plus performants. premier objet de préoccupa-
Certaines sources de pollu- tion de nos concitoyens. Leurs
tions aquatiques massives, effets sur la santé publique
urbaines et industrielles, ont aux très faibles doses qui sont
pu être considérablement en cause, et en condition d’ex-
réduites par les politiques position à de très nombreuses
de limitation et d’épuration molécules potentiellement
des rejets. Il en est ainsi toxiques, sont très difficiles
des matières organiques à quantifier. Leur existence,
à propos de certaines molé-
fermentescibles,4 grâce
cules ou formulations, peut
notamment à l’extension du
cependant être soutenue par
traitement des eaux urbaines des tests à l’échelle cellu-
et à l’amélioration de son effi- laire notamment, et la mise
cacité. Le résultat en est une en cause corrélative des
amélioration de la qualité conditions de test imposées
des eaux de grands fleuves, pour autoriser la mise sur le
attestée par l’accroissement marché. La persistance dans
du nombre d’espèces de pois- les eaux, le sol ou l’atmos-
sons qui les habitent, comme phère de molécules interdites
c’est le cas dans la Seine. depuis plusieurs années,
atrazine, lindane ou chlor-
Cette double amélioration, décone par exemple, est par
des données d’observation et ailleurs avérée. Les consom-
de la maîtrise des pollutions mateurs tendent alors à
non agricoles, accroît la visi- appliquer à titre personnel le
bilité et la part de l’agriculture principe de précaution. Cela
comme source de contamina- se traduit par une attente
tion des milieux aquatiques. collective d’une agriculture
Ce commentaire peut être plus saine et respectueuse de
étendu à l’atmosphère, à l’environnement, voire par un
propos de l’ammoniac et des rejet du système de produc-
pesticides. tion dominant qu’exprime le
succès grandissant de l’agri-
4. Les déchets fermentescibles culture biologique5.
sont composés de matière
organique biodégradable, car 5. Organisée à l’échelle mondiale
230 susceptible de fermenter. depuis 1972, l’agriculture biolo-La chimie en agriculture : les tensions et les défis pour l’agronomie
Répondre aux enjeux au moins un succès partiel.
4 agricoles du XXIe
siècle : les défis pour
Néanmoins, les fonctionne-
ments du système souffrent
l’agronomie d’une certaine inertie, à la
fois sur le plan biologique,
4.1. Premières réponses : physique et chimique, liée
protéger les eaux en au cycle de l’azote (voir l’En-
maîtrisant les fuites cart : « Le cycle de l’azote dans
l’agriculture »). Ainsi, ce n’est
4.1.1. Maîtriser les fuites pas l’engrais apporté l’année
d’azote N qui fuit en profondeur la
même année ou l’année
L’agronomie a déjà tenté
N+1. Il va s’incorporer à la
depuis longtemps de répondre
matière organique du sol, qui
aux problèmes de pollution
se re-minéralise et ainsi de
liés à l’azote, en s’efforçant
suite. C’est ce cycle global de
d’en limiter les fuites.
la matière organique du sol
C’est ainsi que dans la gestion qui « fuit ». Cela implique que
de la fertilisation azotée, on les excédents d’azote dans les
a cherché à estimer au plus sols y séjournent longtemps
juste les besoins des plantes, et peuvent aussi fuir pendant
ajusté et fractionné les doses, très longtemps si l’on ne les
de façon à limiter les risques exploite pas en les exportant
de fuites. Ces engrais étant à travers la production. Mais
véhiculés par l’eau, soit par il existe également une inertie
leur ruissellement soit par de diffusion des changements
l’infiltration, on a introduit de pratique chez les agricul-
des couvertures hivernales
teurs : les pratiques visant
des sols, qui correspondent
à répondre à la réglementa-
à des cultures intercalaires
tion, notamment européenne,
pièges à nitrates. Ces tech-
ne diffusent que lentement,
niques permettent de réduire
et particulièrement dans
les concentrations des eaux
les régions d’élevage où l’on
de drainage en général sous
cumule la double pratique
le seuil réglementaire de
d’une fertilisation avec des
50 mg/L. On peut donc consi-
éléments minéraux, et l’épan-
dérer que cette méthode est
dage des effluents d’élevage.
gique s’est constituée en réaction Cela a abouti à des excédents
à l’avènement de l’agrochimie, « structurels » considérables
au milieu du XIXe siècle, et surtout dans les régions où l’élevage
au développement de l’usage des est concentré. La limitation
engrais issus de la chimie de syn- des apports totaux d’azote à
thèse. Ce système de production
170 kilogrammes par hectare
agricole est basé sur le respect
du vivant et des cycles naturels, et et par an, n’y a pas permis
gère de façon globale la produc- de réduire massivement les
tion en favorisant l’agrosystème pollutions. Mais on semble
mais aussi la biodiversité. Pour assister à une stabilisation
atteindre ces objectifs, les agri- récente : respecter la norme
culteurs « biologiques » choisis-
de 50 mg/L est un objectif
sent d’exclure l’usage d’engrais
et de pesticides de synthèse, ainsi qui peut être généralement
que d’organismes génétiquement atteint. Si cette norme est
modifiés. prudente par rapport aux 231La chimie et l’alimentation
effets toxiques sur l’homme favorise la dégradation micro-
en l’état des connaissances, bienne des pesticides.
il est élevé vis-à-vis de l’en- En 2005, une expertise de
vironnement et de la maîtrise l’INRA et du Cemagref6 a
de l’eutrophisation. L’Union conclu que ces diverses tech-
Européenne recommande une niques ne suffisent pas à
valeur de 25 mg/L elle-même garantir un niveau négligeable
sans doute excessive quant à d’impact environnemental
l’état écologique des masses des pesticides. La conclusion
d’eau. L’effort à accomplir en majeure en était la nécessité
vue de préserver l’environne- d’adopter une stratégie de
ment reste donc considérable. réduction de leur usage et de
modifier les systèmes et tech-
4.1.2. Maîtriser les fuites niques de production pour y
de pesticides parvenir, en prenant exemple
S’agissant des pesticides, un sur d’autres États comme le
effort est porté sur la limi- Danemark.
tation des fuites directes,
liées par exemple au rinçage 4.2 Un lourd cahier
des cuves ou au devenir des des charges pour l’agronomie
emballages. Les dérivés,
c’est-à-dire l’atteinte directe 4.2.1. Produire autrement
des eaux superficielles par et d’autres choses
le produit de traitement, en Les agronomes se trou-
proximité des rives, sont vent devant la nécessité de
mieux maîtrisés par l’exis- remettre en cause un certain
tence de bandes enherbées et nombre de pratiques pour
Figure 19 la qualité technique de l’appli- « produire autrement », et
cation des produits. Une autre notamment « consommer
Zone de culture où un labour
préoccupation est la gestion moins ». Outre l’obligation
en terrasse a été associé à un
maillage de zones tampons des transferts via la circula- de réduire les impacts sur
(talus enherbés, haies ou bandes tion de l’eau dans les bassins l’environnement, la question
enherbées) pour restaurer et versants agricoles. Le prin- de limiter la consommation
protéger la qualité du sol et de cipe est de réduire le ruissel- d’énergie est redevenue prio-
l’eau. Exploitation agricole dans lement superficiel, principal ritaire. Elle concerne directe-
l’Iowa (1999). vecteur de contamination des ment les agronomes, puisque
eaux, et favoriser l’infiltra- la synthèse des engrais
tion permettant une réten- azotés est, par exemple pour
tion et une biodégradation la culture de blé, la princi-
accrue des pesticides dans pale source de consomma-
le sol. Un moyen utilisé est la tion d’énergie. Dans le même
technique des bandes enher- temps, il leur est demandé de
bées (Figure 19) particuliè- limiter l’extension de l’espace
rement en bordure des cours agricole au détriment des
d’eau. Les couvertures hiver-
nales des sols y contribuent 6. Le Cemagref est un organisme
également, en même temps de recherche pour l’ingénierie de
qu’elles retiennent l’azote. l’agriculture. Il est spécialisé dans
la gestion des ressources, de
S’y ajoutent d’autres types
l’aménagement et de l’utilisation
d’aménagement possibles de l’espace à dominante rurale
comme la création de fossés, (systèmes aquatiques et
232 de zones humides où l’on technologie de l’eau notamment).La chimie en agriculture : les tensions et les défis pour l’agronomie
espaces naturels, c’est-à-dire niques d’origine urbaine, ou
de maintenir ou d’augmenter pour entretenir la biodiversité
les rendements pour assurer des paysages.
la suffisance alimentaire.
4.2.2. Produire mieux et plus
Il est facile d’imaginer les
antagonismes entre ces objec- Enfin, il faut « produire mieux
tifs. Mais le défi se complique et plus ». C’est-à-dire non
encore quand on demande seulement garantir l’inno-
à l’agriculture de produire cuité des produits en évitant
des matières premières non la présence de substances
alimentaires en substitut à toxiques, mais aussi contri-
d’autres sources. On pense buer à leur valeur nutri-
évidemment à l’énergie, avec tive, gustative, hédonique et
les agrocarburants issus de symbolique (ces aspects sont
la biomasse pour se substi- abordés dans les Chapitres
tuer en partie aux carburants de M. Desprairies, P. Etiévant,
pétroliers. Mais cela s’étend S. Guyot et H. This).
à la production de molécules Cette accumulation d’exi-
par la chimie du végétal ou gences du cahier des charges,
de matériaux par l’agricul- et leurs contradictions,
ture… ce qui nous rapproche doivent être assumées sous
de la situation antérieure au une condition impérative pour
XXe siècle, où l’énergie était une agriculture durable : que
largement fournie par la trac- les agriculteurs disposent du
tion animale, et les matériaux revenu nécessaire au main-
étaient très souvent d’ori- tien de leur activité.
gine biologique – la laine,
la paille, etc. 4.3 Des perspectives
Cette rediversification des pour l’avenir ?
usages des produits de l’agri-
culture, doit s’opérer sans 4.3.1. L’azote, une difficulté
affecter la sécurité alimen- incontournable
taire mondiale, qui dépend Les plantes ne peuvent croître
elle-même d’un fort accrois- sans azote. Pour atteindre
sement de la production en des rendements élevés, il faut
réponse à l’accroissement donc leur en fournir d’une
démographique et au déve- manière ou d’une autre. C’est
loppement économique des un facteur de production sans
pays émergents. substitut. Or, nous l’avons
D’autre part, au-delà de vu, l’azote pose un problème
la maîtrise de ses impacts environnemental de taille. À
négatifs, il est attendu que titre d’exemple, la production
l’agriculture contribue à la du blé en France requiert une
production de « services énergie s’élevant à environ
écosystémiques » ou services 20 500 MJ/ha, dont plus de
écologiques. Il s’agit de valo- la moitié (13 000 MJ/ha) est
riser les agro-écosystèmes liée à l’utilisation d’engrais
en stockant par exemple du (essentiellement azotés).
carbone dans les sols cultivés S’ajoutent à la consomma-
ou ceux des prairies, ou pour tion d’énergie, les émissions
recycler les déchets orga- de gaz à effet de serre (voir le 233La chimie et l’alimentation
paragraphe 3.2), qui nécessi- grande consommatrice d’en-
tent d’être mieux quantifiées. grais azoté, mais qui le valo-
Or, on peut soupçonner que rise mal dans la production.
le problème est peut être plus
grave que ce qu’on imagine, 4.3.2. Les pesticides :
à en croire les propos du prix une politique de forte
Nobel de chimie (1995) Paul restriction d’usage
Josef Crutzen. Il annonçait il y La conclusion de l’exper-
a trois ans que les coefficients tise citée précédemment
d’émission calculés pour s’est trouvée reprise dans
l’azote des milieux terrestres la décision politique consé-
sont sans doute sous-estimés cutive au « Grenelle de l’en-
à partir de la modélisation du vironnement », à travers le
fonctionnement des oxydes plan Ecophyto 20187, qui fixe
d’azote dans l’atmosphère. une réduction de moitié de
En les corrigeant, on verrait l’utilisation des pesticides
croître la part des gaz à effet à l’échéance de 2018. Cette
de serre liée à la fertilisation mesure doit pousser à une
azotée. maîtrise accrue des traite-
Quelles solutions trouver ments, et impulser ce qui
au-delà des techniques est appelé « agriculture
efficaces déjà éprouvées, raisonnée », n’utilisant les
mais d’effets limités sur la pesticides qu’en cas de besoin
consommation d’engrais ? avéré par un risque phytosani-
Revenir massivement à la taire sérieux et très probable.
pratique d’utilisation de la
Les autres solutions néces-
fixation symbiotique de l’azote
saires pour atteindre la
par les bactéries qui accom-
réduction de 50 %, consistent
pagnent les légumineuses ?
à mobiliser des techniques
Cela impliquerait une modi-
alternatives aux traitements
fication considérable de l’as-
chimiques. Par différence
solement et une occupation
avec la fertilisation azotée,
de milliers d’hectares par
il en existe de différentes
la culture de luzerne ou du
natures, même si aucune n’a
trèfle par exemple, au détri-
la même efficacité et la même
ment du blé et du colza…
commodité d’emploi que les
Pour une utilisation de ces
produits, il faudrait réasso-
7. Le plan Ecophyto 2018 est
cier les productions végétales en France l’une des mesures
et animales, réintroduire par proposées par le Grenelle de
exemple des ruminants dans l’environnement fin 2007 et
les grandes plaines du bassin reprise par le PNSE 2 (second Plan
parisien, ce qui est loin d’être national santé environnement) en
simple à organiser. 2009. Il vise à réduire et sécuriser
l’utilisation des phytosanitaires
Une autre piste d’espoir est (y compris en zone non agricole)
d’accroître l’efficience de pour notamment diviser par
l’utilisation de l’azote par les deux l’utilisation des pesticides
cultures. Des progrès impor- avant 2018 (formulation ambiguë
car ne précisant pas s’il s’agit
tants ont été accomplis dans
de tonnage, de matière active,
le cas du blé. Ils sont moins des produits les plus utilisés ou
avancés pour d’autres plantes les moins utilisés ou les plus
234 comme le colza, également toxiques, etc.).Vous pouvez aussi lire
