4 août 2020, Beyrouth. Une déflagration gigantesque secoue le port, suivie d’une deuxième, plus ravageuse encore. Oubliées dans un hangar, des centaines de tonnes de nitrate d’ammonium viennent d’exploser. Cette substance chimique, issue de l’azote de synthèse, peut servir à fabriquer des engrais… ou des explosifs.

Indispensable à l’agriculture moderne, l’azote de synthèse n’a pas seulement touché Beyrouth au cœur. En 2022, tout ce que la planète compte d’agriculteurs intensifs s’est fait un sang d’encre à l’idée d’une pénurie d’engrais azotés, véritables dopants pour les rendements. En parallèle, les défenseurs du climat, de l’eau ou de la qualité de l’air s’inquiètent des impacts de ces produits sur l’environnement lorsqu’ils prennent la forme de protoxyde d’azote, de nitrates ou de particules fines. Symbole du productivisme agricole effréné, l’azote de synthèse va-t-il être contraint d’entrer dans une ère de raison ?

Histoire du monde moderne

Inspirez un grand coup. Vous venez d’ingérer 78 % d’azote, une substance aussi cruciale à la vie que l’oxygène ou le carbone. Il est en effet constitutif des acides aminés et des protéines ; chez les végétaux, il est indispensable à la croissance. Problème : nos organismes et la plupart des plantes ne savent pas « capter » l’azote atmosphérique. Nous baignons donc dans un bain aux vertus fabuleuses… mais inaccessibles.

Tout change au début des années 1910. Alors que les scientifiques s’arrachent les cheveux depuis des décennies sur la question, le chimiste allemand Fritz Haber découvre comment dompter l’azote de l’air : sous haute pression et à haute température, il le « force » à réagir avec l’hydrogène – issu du charbon à l’époque – pour en tirer de l’ammoniac, puis de l’acide nitrique. L’azote est enfin capturé dans les éprouvettes.

Pour industrialiser sa découverte, le chimiste s’associe à l’industriel Carl Bosch, patron de BASF – l’ancêtre de la multinationale des engrais et pesticides que l’on connaît. Aujourd’hui encore, quasiment tous les engrais azotés utilisés dans le monde sont issus de ce procédé Haber-Bosch, qui permet également de fabriquer plastiques, textiles ou bombes. Les premiers usages de l’azote de synthèse seront d’ailleurs belliqueux. Découvert juste avant la Première Guerre mondiale, il permet à l’Allemagne de s’équiper en explosifs à bas coût. Songez donc : pour fabriquer l’acide nitrique, précurseur de la TNT et de la nitroglycérine, il suffit de disposer de charbon… et d’air !

Une fois la paix revenue, l’azote de synthèse se trouve une utilité civile et se transforme en engrais. En ces années 1945-1950, l’Europe a faim, il faut produire beaucoup et vite. Alliés à la mécanisation et aux pesticides, les engrais azotés font entrer le monde dans l’ère de l’agriculture intensive, avec par exemple des rendements de production de blé qui ont triplé entre 1945 et les années 1980. « La synthèse industrielle de l’ammoniac à partir de l’azote et de l’hydrogène a été d’une importance fondamentale pour le monde moderne, plus que l’invention de l’avion ou de l’énergie nucléaire, écrit Vaclav Smil, chercheur canadien spécialiste du sujet. L’augmentation de la population mondiale de 1,6 milliard en 1900 aux 6 milliards actuels [en 2004, ndlr] n’aurait pas été possible sans la synthèse de l’ammoniac. »

Ces engrais azotés sont bannis de l’agriculture biologique, qui exclut tous les produits de synthèse. Mais pour les tenants de l’agriculture intensive, ils constituent un pilier de la sécurité alimentaire mondiale. « Les usines qui les produisent ont continué à fonctionner durant le Covid, par exemple, sinon on aurait manqué de nourriture l’année suivante », expose Antoine Hoxha, directeur général du lobby Fertilizers Europe, regroupant des grands acteurs du secteur.

Dopants pour les rendements, les engrais azotés ont aussi contribué à modifier en profondeur les paysages et les territoires. Pendant des siècles, les agriculteurs ont épandu les bouses, fientes ou crottins de leurs animaux pour fertiliser les champs – ces effluents étant riches en azote et autres nutriments. Avec les engrais de synthèse, tout a changé. « Ce mode de fertilisation a abouti à une rupture totale de la complémentarité séculaire entre agriculture et élevage et a précipité une spécialisation territoriale extrême de l’agriculture, note Josette Garnier, biogéochimiste au CNRS. En France, on a d’une part des régions de grandes cultures dépourvues de bétail, comme le Bassin parisien et la Picardie, et d’autre part des régions d’élevage intensif hors-sol, tributaires d’importations pour nourrir leur cheptel, comme la Bretagne. »

Originellement organisé en boucle fermée – les champs nourrissent les animaux, qui fertilisent les champs –, le cycle agricole est désormais ouvert et globalisé : il faut à la fois du soja brésilien pour alimenter le bétail et des engrais issus d’énergies fossiles pour enrichir les sols.

Dépendance russe

Fabriqués à partir d’hydrogène, lui-même tiré du gaz ou du charbon, les engrais azotés sont produits avant tout en Chine, en Inde, aux États-Unis et en Russie. Les volumes ont explosé en quelques décennies : en 2021, 110 millions de tonnes ont été consommées, d’après l’Association internationale des fertilisants, soit quasiment 10 fois plus qu’il y a 60 ans.

L’agriculture intensive a brutalement pris conscience de sa dépendance à l’azote de synthèse en 2022. Depuis un an déjà, le marché avait tendance à se gripper, notamment à cause de la réduction des exportations chinoises. Mais le 24 février 2022, tout bascule : la Russie envahit l’Ukraine, s’attire les foudres du monde occidental ; les exportations de gaz et d’engrais sont entravées. En Europe, non seulement les engrais russes manquent, mais le prix du gaz explose, alors qu’il est indispensable à la fabrication locale de fertilisants.

Le surplus global d’azote est deux fois plus élevé que le plafond considéré « sûr et juste » par les scientifiques.

« Notre matière première est devenue tellement chère que 70 % des usines européennes d’engrais azotés ont fermé au pic de la crise, en août 2022. C’était extrêmement stressant », se souvient Antoine Hoxha, de Fertilizers Europe. Dans les champs, les agriculteurs se font des cheveux blancs en pensant à leurs futures récoltes. La Commission européenne décide même de lever les droits de douanes sur les importations d’engrais azotés.

Finalement, la pénurie tant redoutée en Europe n’aura pas lieu, les approvisionnements étant basculés vers la façade atlantique. Mais les prix des engrais se sont envolés, contribuant à l’inflation des prix alimentaires en Europe et à de graves problèmes de nutrition dans les pays du Sud. D’après Fertilizers Europe, 15 % des usines européennes sont toujours à l’arrêt, et l’UE importe non plus 30 % mais 45 % de ses engrais azotés, dont une bonne partie de Russie. « La Russie a du gaz très bon marché, subventionné. Poutine veut nous inonder avec de l’engrais pas cher pour tuer nos usines, assure Antoine Hoxha, le lobbyiste européen. Vous trouvez ça raisonnable de dépendre de la Russie pour nourrir la population ? Pour quelque chose d’aussi stratégique que les engrais, il faut assurer la production chez nous. »

Plus émetteur que l’aviation

Afin de moins dépendre du gaz, l’industrie des engrais azotés lorgne sur d’autres procédés pour produire l’hydrogène dont elle a besoin, comme l’électrolyse de l’eau. Mais changer de matière première représente un défi immense et coûteux. Fertilizers Europe le chiffre à 80 milliards d’euros. S’affranchir des fossiles aurait pourtant une grande vertu pour les engrais azotés, en réduisant leur empreinte écologique aujourd’hui colossale. Ils sont responsables à eux seuls de 2,4 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre, soit davantage que l’aviation, selon une étude publiée dans la revue Nature en 2022. L’impact de l’azote de synthèse sur le climat est en effet à double détente. Assez classiquement, sa production à partir d’énergies fossiles émet du CO₂. Mais le gros de la pollution a lieu une fois les engrais épandus sur les champs. D’après l’Inrae, « moins de la moitié de l’azote fourni par un fertilisant est en moyenne absorbé par la culture ». Le reste, lorsqu’il se dégrade dans certaines conditions, dégage du protoxyde d’azote, un gaz à effet de serre… 273 fois plus réchauffant que le CO₂.

« Il y a également des pertes vers les systèmes aquatiques, complète Josette Garnier, directrice de recherche au CNRS. Si les agriculteurs épandent des engrais peu avant la pluie, tout part dans les rivières et les aquifères. » Dans les eaux, on le retrouve sous forme de nitrates, responsables de pollutions de l’eau potable. Ils entraînent également de l’eutrophisation : les végétaux aquatiques – les fameuses algues vertes, notamment – sont dopés par la présence de tant d’azote et se multiplient démesurément. Cet azote qui « fuit » les champs peut provenir tout autant des engrais de synthèse que des lisiers ou fumiers issus des élevages. L’Autorité environnementale, entité indépendante chargée d’évaluer les politiques en matière d’environnement, s’inquiète de cette « cascade d’azote » liée aux excès de fertilisation. « La teneur moyenne en nitrates dans les eaux a augmenté de 8 % entre 2000 et 2020, exposent Laurent Michel et Karine Brûlé, auteurs d’un rapport sur le sujet¹. On constate une extension des zones vulnérables, par exemple vers l’Auvergne-Rhône-Alpes ou la Bourgogne-Franche-Comté. »

Les dégâts des excès d’azote, auxquels s’ajoutent encore l’acidification des sols ou la pollution de l’air aux particules fines, alertent les institutions. En 1991 déjà, l’Union européenne adoptait une directive pour limiter les pollutions aux nitrates. Plus récemment, c’est l’IPBES – l’équivalent du Giec mais pour la biodiversité – qui appelait à diviser par deux les pertes en azote d’ici 2030. D’après la théorie des « limites planétaires » – ces neuf frontières à respecter pour conserver une planète viable –, le surplus global d’azote est deux fois plus élevé que le plafond considéré « sûr et juste » par les scientifiques.

Dans les champs, les « plans nitrates », adoptés pour appliquer la réglementation européenne, se succèdent, avec des interdictions d’épandage à certaines périodes ou l’obligation de semer des couverts végétaux afin de « pomper » l’excès d’azote. Las. « Nous en sommes à la septième période du programme nitrates et le constat général est à l’échec. Les mesures sont insuffisantes, tranchent les experts de l’Autorité environnementale. Nous ne sommes pas sûrs non plus que les contrôles soient suffisants. Or, c’est comme l’interdiction de fumer dans les restaurants : au début, il faut faire passer des contrôleurs. » En juillet dernier, le Secrétariat général à la planification écologique s’en est pris directement aux engrais azotés, appelant à réduire de 30 % les volumes vendus d’ici 2030.

Changer le logiciel agricole

Inquiets de cet « azote bashing », les fabricants rivalisent de propositions technologiques. Ici, des épandeurs ultra précis pour éviter d’appliquer trop de produits. Là, des substances « inhibitrices » qui doivent limiter la transformation de l’azote en nitrates. Ailleurs encore un « senseur » qui permet d’apporter de l’azote uniquement dans les zones du champ où des carences sont détectées. Mais c’est sans doute l’explosion des prix qui va le plus changer la donne. « Le maintien à un niveau élevé des prix d’achat des produits azotés incite les agriculteurs à revoir en profondeur leurs stratégies de fertilisation », note l’institut d’analyse économique Xerfi.

Luc Joris, agriculteur en Wallonie, s’est par exemple mis à cultiver des légumineuses, ces plantes de la famille des lentilles, luzernes ou trèfles. Elles ont en effet la capacité, par un tour de passe-passe biochimique, de capter l’azote atmosphérique pour le restituer au sol. « L’élevage apporte aussi une part d’azote. Chez moi, ce sont des moutons et des chevaux que nous prenons en pension. Enfin, je consomme chaque année 3 000 à 4 000 tonnes de digestat, issu d’un biodigesteur voisin. Tout cela me permet d’acheter 50 % d’azote de moins qu’avant », indique l’agriculteur.

Alors que le compost ou le fumier deviennent des denrées recherchées pour fertiliser les champs, les produits biostimulants connaissent eux aussi une croissance à deux chiffres. Micro-organismes, extraits d’algues ou de plantes, ils améliorent entre autres la croissance des plantes et font partie des alternatives à l’azote de synthèse. « Nous observons une forte diminution des livraisons d’engrais azotés, d’environ 15 % entre la campagne 2022 et la moyenne des trois précédentes », confirme Florence Nys, de l’Union des industries de la fertilisation.

Remettre des animaux dans les champs, cultiver des légumineuses, manger moins de viande… voilà à quelles conditions la planète pourrait « se passer des engrais azotés de synthèse » au niveau mondial, d’après une étude de Josette Garnier, du CNRS, et de ses collègues. Pour Karine Brûlé, de l’Autorité environnementale, c’est un changement de logiciel qui doit s’opérer : « La politique agricole commune nous vient de l’après-guerre, lorsqu’il fallait produire beaucoup et pas cher. Il faut se demander comment passer à une agriculture du XXIe siècle, qui réponde à d’autres enjeux », résume-t-elle. Dans cette vaste cure de désintoxication, le sevrage de l’azote de synthèse sera certainement un passage délicat.

1. « Avis délibéré de l’Autorité environnementale sur le programme d’action régional nitrates de la région Hauts-de-France 7^e génération », avis délibéré n°2023-102 adopté lors de la séance du 7 décembre 2023.