jeudi 27 octobre 2016

Phosphore : le fond et la forme

Une première partie de l’article de l’AgroReporter « Phosphore : le fond et la forme », parue le 16 septembre 2016, présentait les bases du raisonnement de la fertilisation phosphatée. Cette seconde partie le complète par une ouverture sur les ressources intra ou extra parcellaires en phosphore et sur leur valorisation…
Où l’on verra que les vers de terre sont capables de limiter les risques de conflits internationaux.


Phosphore et réglementation

De nombreux types de produits contenant du phosphore vont participer à l’augmentation de l’offre en P du sol. Bien que leur utilisation ait fortement diminué depuis une trentaine d’années, les engrais minéraux phosphatés, NF ou CE, constituent un peu moins de la moitié des apports totaux de phosphore. En 2015, les quantités totales de P apportées par les effluent d’élevage épandus localement se situaient quasiment au même niveau. Les autres matières (engrais organo-minéraux, engrais organiques, amendements minéraux basiques,  amendements organiques, boues) se partagent 10%  du P apporté sur les parcelles agricoles. (Source : Observatoire de la fertilisation, ANPEA, 2015).
Trois raisons expliquent que le législateur se soit penché sur les apports de phosphore en agriculture :
-  le phosphore agricole contribue (avec les lessives) à l’eutrophisation des eaux de surface, diminuant leur qualité et la biodiversité aquatique.
-  certains engrais minéraux phosphatés contiennent, selon leur origine, du cadmium, toxique pour l’être humain.
-  il existe des sources locales de phosphore via les produits organiques résiduaires (comme les boues de stations d'épuration de l'eau et les effluents d’élevage) mais leur utilisation demande un encadrement du fait de possibles risques sanitaires pour l’homme et l’environnement.


Le phosphore est souvent le facteur le plus limitant dans les milieux naturels d'eau douce ; 
en excès, il participe à la prolifération de certains végétaux, en particulier des algues.


En zone d’excédents structurels (ZES), le phosphore soulève un certain nombre de questions. Des mesures sont donc déjà en place pour plafonner à 100 kg de P2O5 (organique et minéral) / ha épandable les apports totaux de phosphore en ZES et pour les élevages soumis à l’obligation de traitement ou de transfert. Autre exemple, la filière légumière bretonne, à travers sa politique environnement-qualité CERAFEL[i] , s’est fixé une dose maximale de 120 unité/ha/an de phosphore d’origine animale.
Les engrais phosphatés font actuellement l’objet de renforcements des critères de qualité en matière d’éléments en traces, en particulier pour le cadmium. Selon les gisements, cet élément peut être plus ou moins  présent dans le phosphate naturel de calcium, qui est la matière première de base des fertilisants minéraux phosphatés. La France a révisé la norme sur les engrais minéraux (NF U 42-001-partie 1), ainsi que celle sur les amendements minéraux basiques (NF U 44-001), en introduisant un seuil haut de teneur en Cd total à ne pas dépasser. Pour les engrais contenant plus de 5% de P2O5, ce seuil est exprimé en mg de Cd / kg de P2O5. L'Union Européenne souhaite aussi réduire le risque d'accumulation de cadmium à long terme dans les sols. On s’attend donc à une évolution prochaine de la réglementation européenne pour tous les fertilisants minéraux et organiques, visant à fixer des critères limitant la teneur en cadmium total.

Sources de Phosphore extra-parcellaires

Ressources minières :
Les engrais phosphatés consomment près de 90 % de la production mondiale de phosphore. Cette demande ne va cesser d’augmenter avec le développement de la production agricole  (+ 70 % d'ici à 2050 selon la FAO). Il est difficile d’estimer les ressources mondiales en phosphore avec des données assez contradictoires. Environ 85 % du phosphore minéral des engrais agricoles provient de roche phosphatée sédimentaires.
Dans tous les cas, au rythme de prélèvement actuel (0,21 milliard de tonnes de phosphate minéral extrait en 2012), ces ressources s’épuiseront (selon les auteurs, dans 50 ou 300 ans). En 2012, les réserves mondiales de phosphate minéral étaient estimées à 67 milliards de tonnes par l’U.S. Geological ; le même organisme les réévaluait à  300 milliards de tonnes en 2014 avec trois grands pays producteurs : le Maroc (premier exportateur mondial avec plus du tiers des réserves), la Chine et les Etats-Unis.
Le 11 janvier 2010 un article du journal le Monde était titré «des experts redoutent une pénurie de phosphates d'ici à la fin du siècle » et, plus récemment (mars 2016), une émission de Radio Canada : « La fin du phosphore et la prévisible crise agricole ». Certains scénarios prédisent des tensions internationales, voire une « guerre du phosphate », par analogie avec les guerres pour le pétrole ou l’eau…  D’autres cassandres expliquent le conflit du Sahara occidental par le fait qu’une part des réserves en phosphates s’y trouvent et voient la présence terroriste au Mali voisin comme une menace sur l’approvisionnement mondial en phosphore.
 


Utilisation des roches phosphatées (Fertilizer International 2014)

Les traitements chimiques (attaque acide) permettant d’obtenir l'acide orthophosphorique (H3PO4) entrainent une consommation d’eau et d’énergie importante et génèrent du phospho-gypse faiblement radioactif et des déchets. Le coût du transport est également très élevé. La Commission européenne a ainsi lancé en 2013 une consultation sur l’utilisation durable du phosphore pour promouvoir son recyclage et sa valorisation.
En ce sens, un axe de travail important pour les pays en voie de développement, notamment en Afrique de l’Ouest avec des gisements significatifs, consiste à apprendre à utiliser directement les phosphates naturels, sans passer par un traitement chimique onéreux. Ces travaux sont fortement soutenus par la F.A.O. et beaucoup de scientifiques (Utilisation des phosphates naturels pour une agriculture durable, publication FAO 2004, McClellan et Notholt, 1986, Jones, 1973 ; Mokwunye, 1979...). Pour d’autres raisons, cela rejoint les recherches des producteurs en  Agriculture Biologique pour qui, sans doute plus que pour l’azote, le manque d’engrais phosphatés solubles est parfois difficile à gérer en sols non acides : incorporation des phosphates naturels dans des composts, stimulation de l’activité-biologique…

Recyclage du phosphore :
La contradiction paraît flagrante : d’un côté une ressource géologique en phosphore qui va devenir rare et de plus en plus chère et de l’autre des coûts importants d’élimination du phosphore des eaux usées pour limiter les phénomènes d’eutrophisation des eaux douces.
La récupération et le recyclage du phosphore des stations d’épuration peut donc apparaître comme une évidence et  permettrait de couvrir près de 20 % des besoins.
Plusieurs technologies existent, certaines ayant près de 40 ans. Pour l’instant, cette extraction du phosphore reste expérimentale mais devient de plus en plus travaillée du fait de l’augmentation des prix des phosphates et des exigences sur la qualité des eaux de rejet. Des essais de déphosphatation physico chimique et surtout biologique sont en cours chez plusieurs opérateurs.
 
Comment valoriser le Phosphore intra-parcellaire

De nombreux d’agronomes travaillent sur l’amélioration de l’efficacité des engrais phosphatés. On estime que jusqu’à 80% des apports de phosphore n’atteignent jamais les racines (L. Robert, MAPAQ. 2014). D’après D. Soltner (Bases de la production végétale, 2011)  le Coefficient Réel d’Utilisation des engrais phosphatés est de 15 à 20%, l’année de l’apport.
Les apports de phosphore resteront nécessaires pour équilibrer les exportations des cultures et il n’existe aucun remplaçant possible à cet élément indispensable à la vie végétale et animale (par exemple, le corps humain contient en moyenne 800 grammes de P, deuxième minéral le plus présent après le calcium). Il faut donc travailler à optimiser les ressources du sol et à valoriser les apports, qu’ils soient organiques ou minéraux.

La limitation du travail du sol, sa protection par des plantes de couverture, pratiques de plus en plus fréquentes, permettent ainsi à la fois de limiter les pertes en phosphore et de valoriser le potentiel du sol en favorisant son fonctionnement organo-biologique. Voir Agro Reporter « le chainon manquant ».
Certaines plantes utilisent plus facilement le phosphore du sol que d'autres, notamment en raison de leur capacité d'échange cationique racinaire plus élevée (mélilot, moutarde, maïs, colza et d’une façon plus générale légumineuses et crucifères) et de leur relation avec les mycorhizes ou autres micro-organismes. Les rotations ou associations de cultures sont basées sur ce principe.

 

 
Photographie d'ectomycorhize formée de l'association entre une racine de Pinus radiata et de Suillus brevipes -Brundrett MC. 2008. Mycorrhizal Associations: The Web Resource. http://mycorrhizas.info/ecm.html

Dans une importante synthèse récente, une équipe de chercheurs animée par C. Plassard2 a présenté des voies d’amélioration de la biodisponibilité du phosphore. Ils ont proposé des pistes pour appliquer agronomiquement les nouvelles connaissances des processus limitant la disponibilité du Phosphore aux cultures :
-          l’amélioration végétale : proposer de nouveaux critères de sélection de variétés «efficientes pour le P» basés sur des caractères phénotypiques impliqués dans l’acquisition du P, comme l’exploration du sol (architecture du système racinaire, poils racinaires) ou l’association avec des microorganismes bénéfiques (capacité de mycorhization, production d’exsudats racinaires stimulant une population microbienne bénéfique ou favorisant la désorption du P).

-          la valorisation des différentes formes de P du sol qu’elles soient organiques ou minérales : la stimulation de l’activité des organismes du sol est souhaitable et la mobilisation de la composante biologique des sols est particulièrement prometteuse soit en favorisant l’inoculation microbienne (enrobage des semences, apport d’inoculum fongique d’espèces endomycorhiziennes…) soit en favorisant l’activité biologique par des pratiques culturales adaptées. Ils rappellent par exemple certains travaux pionniers (Stockdill, 1982) qui mettent en évidence la modification de la biogéochimie du Phosphore en présence de vers de terre et l’amélioration de son assimilation.

-          une meilleure prédiction de la biodisponibilité potentielle du Phosphore  dans le sol : une meilleure caractérisation des stocks de phosphore du sol disponible pour les plantes est nécessaire, en prenant en compte le contexte pédologique et les caractéristiques des cultures à implanter. Il existe maintenant des outils de modélisation géochimique pour prédire la dynamique des phosphates en fonction de la minéralogie d’un sol, de son pH et des anions organiques présents, et ce avec de plus en plus de justesse et de précision. Cela pourrait permettre de mieux simuler les interactions entre les racines et les organismes du sol.

Notre service technique est à votre disposition pour répondre à vos questions, échanger sur ces problématiques ou construire des démarches de travail. Nous contacter
Article coordonné par : Alain Kleiber – Référent nutrition végétale (Auréa AgroSciences)

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1 Association d'Organisations de Producteurs - légumes, fruits et horticulture
2 « Améliorer la biodisponibilité du phosphore : comment valoriser les compétences des plantes et les mécanismes biologiques du sol ? » Innovations Agronomiques 43 (2015), 115-138

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