Peut-on se passer d’engrais phosphatés ?

À quoi servent exactement les engrais phosphatés ? Peut-on s’en passer à l’heure où ces intrants agricoles apparaissent comme une source de pollution au cadmium ? Des recherches montrent que, depuis le siècle dernier, l’agriculture française a largement bénéficié de ces engrais issus d’importations. À moyen terme, en France, les stocks de phosphore accumulés dans les sols permettraient donc de s’en passer pour quelques décennies sans chute majeure de rendements. À long terme, cela nécessiterait, cependant, des changements importants de notre système agricole et alimentaire.

Alors que la pollution au cadmium (métal aux propriétés proche du zinc, ndlr), en partie issue de l’utilisation d’engrais minéraux phosphatés, est en passe de devenir un grave problème de santé publique, une question commence à s’imposer : pourrait-on se passer d’engrais phosphatés sans nuire aux rendements de l’agriculture ?

À court terme, il semblerait que l’on puisse se passer des engrais minéraux phosphatés en France, sans impact majeur sur la production agricole. La comparaison des stocks en phosphore des sols avec la demande en phosphore des cultures suggère que les stocks actuels pourraient répondre à la demande pendant soixante ans. Cette estimation témoigne de la forte disponibilité en phosphore des sols agricoles français. Au-delà de cette période, se passer de ces intrants nécessiterait des changements majeurs dans le système agri-alimentaire pour maintenir le même niveau de production agricole.

Mais pour comprendre tout cela, il faut commencer par revenir aux bases et se demander à quoi sert au juste le phosphore.

Un élément essentiel à la croissance de tous les êtres vivants

Le phosphore est un élément essentiel à la croissance de tout être vivant, car il intervient dans la constitution des molécules d’ADN, les transferts d’énergie entre cellules (ATP) et la structure des membranes et des os. Les cellules, les plantes et le vivant tout entier ont donc besoin de phosphore et, sans phosphore, il n’y a pas de vie telle que nous la connaissons. Une graine ne pourra ainsi jamais devenir une plante sans cet élément. Elle pourra tout juste commencer à germer en utilisant la réserve de phosphore qu’elle possède, et cela s’arrêtera là.

Fort heureusement, les sols sont naturellement pourvus en phosphore. Le phosphore est présent dans la roche et, lorsque celle-ci s’altère, du phosphore devient disponible dans le sol. Selon les types de sol, la disponibilité en phosphore est plus ou moins élevée, mais l’Europe est particulièrement bien lotie sur ce plan. Certaines régions d’Afrique ou d’Amérique du Sud, à l’inverse, ont des sols très vieux, car ils n’ont pas subi de glaciation récente, qui se sont donc appauvris au cours de leur histoire.

Au-delà de la quantité totale de phosphore, la manière dont celui-ci est « fixé » aux différents constituants du sol définit également sa disponibilité pour les plantes.

Comment fonctionnait l’agriculture avant l’apparition d’engrais phosphatés ?

En France, avant l’utilisation des engrais minéraux phosphatés, les cultures poussaient donc en bénéficiant du phosphore naturellement disponible dans les sols agricoles, mais également de celui qui provenait des excréments animaux, comme le fumier ou le lisier.

Il y avait des transferts de phosphore d’une parcelle à l’autre. Lorsqu’une prairie était fauchée, le phosphore, présent dans sa biomasse et issu du sol sur lequel elle avait poussé, était donné en alimentation à des animaux présents à l’étable. Le phosphore ingéré à travers l’herbe par les animaux se retrouve en grande partie dans leurs effluents. Ces effluents peuvent ensuite être utilisés pour fertiliser une culture, comme le blé, à destination de l’alimentation humaine.

Ce mécanisme permettait de transférer du phosphore d’une parcelle en prairie vers une parcelle en grande culture. Ce mécanisme existe toujours aujourd’hui, mais il est moins marqué du fait de la séparation spatiale des cultures et des élevages.

Avant les engrais minéraux, on récupérait aussi le guano (amas de fientes d’oiseaux de mer riches en phosphore), présent sur certaines îles, pour fertiliser les sols agricoles. L’utilisation d’excrétions humaines pouvait également représenter potentiellement un autre apport de phosphore.

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Les changements générés par l’arrivée des engrais chimiques

Avec l’arrivée des engrais chimiques, au début du XXᵉ siècle et leur utilisation massive après la Seconde Guerre mondiale, les rendements augmentent considérablement. Entre 1961 et aujourd’hui, le rendement du blé a, par exemple, triplé. Le fait d’avoir des systèmes agricoles plus productifs va ainsi augmenter nos besoins en phosphore.

D’autre part, les réformes de la politique agricole commune (PAC) de l’après-guerre entraînent une forte spécialisation agricole des territoires, c’est-à-dire une séparation dans l’espace entre les zones d’élevage et celles de grandes cultures, qui étaient jusque-là intimement liées.

Aujourd’hui en France, la Beauce est spécialisée dans les céréales et importe des engrais minéraux phosphatés pour répondre aux besoins de ses cultures. À l’inverse la Bretagne est une région spécialisée dans l’élevage (porcs, poulets, vaches laitières). Sur ce territoire les entrées de phosphore se font surtout par l’importation massive d’aliments pour les animaux qui contiennent du phosphore. Ce phosphore se retrouve en grande quantité dans leurs effluents, puis sur les sols à proximité et cause de sérieux problèmes environnementaux, comme les marées d’algues vertes liées à un phénomène d’eutrophisation des eaux.

Pourrait-on aujourd’hui se passer d’engrais phosphatés sans impacter les rendements ?

L’apparition des engrais phosphatés a ainsi bouleversé l’agriculture, en augmentant la production agricole et la disponibilité en phosphore des sols français par accumulation au cours du temps. Après un pic dans les années 1970, leur utilisation a nettement diminué. Ils sont aujourd’hui trois à quatre fois moins utilisés qu’il y a cinquante ans. Pourrait-on pour autant s’en passer totalement ?

C’est ce que nous avons cherché à savoir à travers des simulations évaluant l’évolution d’une agriculture mondiale biologique à 100 % pour ces cent prochaines années.

En France, nos sols sont naturellement pourvus en phosphore et se sont considérablement enrichis ces dernières décennies en raison de l’utilisation massive d’engrais minéraux phosphatés apportés dans des proportions bien supérieures aux prélèvements par les plantes. On estime que 60 % du phosphore que l’on trouve actuellement dans les sols français provient de l’utilisation passée et présente de ces engrais.

Cet héritage en phosphore des sols offre une opportunité de réduire drastiquement notre utilisation de ces intrants sans que cela affecte, en tous cas sur le court terme, la production agricole française.

L’« effet “starter” »

Si l’on regarde uniquement la différence entre la demande en phosphore des plantes, tout le long de leur cycle, et la quantité de phosphore disponible dans les sols agricoles, nos simulations montrent de fait qu’il n’y a pas d’effet à court terme sur les rendements si l’on arrête d’utiliser en France des engrais phosphatés.

Toutefois, nos simulations ne représentent pas la croissance en début de cycle, quand la plante n’a pas encore une densité de racine très développée pour aller prélever du phosphore. Cela pourrait induire une sous-estimation de la limitation en phosphore dans notre étude.

De fait, lorsqu’une plante a un système racinaire peu développé, elle peut avoir des difficultés à s’approvisionner en phosphore, malgré une quantité totale de phosphore disponible dans le sol importante. Cela s’explique par le fait que le phosphore est un élément peu mobile dans le sol que la plante peut l’absorber seulement à 1 millimètre autour de sa racine. Dans ce contexte, du phosphore issu des engrais minéraux est parfois appliqué en « effet starter » pour booster la croissance de la plante en début de cycle.

Sur le plus long terme, nos simulations montrent une baisse progressive logique de la disponibilité en phosphore du sol partout dans le monde. En effet, sans les engrais minéraux, les pertes par érosion des sols et le non-recyclage des excrétions humaines ne sont plus compensés par des apports extérieurs.

Que se passerait-il dans cent ans ?

Au bout de cent ans, à l’échelle mondiale, la baisse de la disponibilité en phosphore des sols engendrerait une baisse de production agricole de l’ordre de 30 % par rapport à la situation actuelle.

Cependant, nos simulations ont été effectuées sans recyclage des excrétions humaines, qui sont actuellement interdites dans le cahier des charges de l’agriculture biologique. Or, ce levier pourrait sans doute permettre de compenser l’abandon des engrais phosphatés. À l’inverse, notre scénario est optimiste dans la mesure où il simule une relocalisation des élevages à proximité des cultures pour favoriser le recyclage interne des effluents d’élevage, ce qui est loin d’être le cas aujourd’hui.

Il devient donc urgent de penser à ces alternatives et d’améliorer notre efficacité d’utilisation du phosphore, car, à l’échelle mondiale, les gisements dont viennent les engrais phosphatés vont un jour se tarir ou bien leur prix deviendra prohibitif. Ils sont également très localisés dans quelques zones du monde, avec 70 % des réserves au Maroc et au Sahara occidental, ce qui nous rend très fortement dépendants de quelques pays et du contexte dans lequel ils exploitent ces gisements.

Certaines recherches scientifiques tâchent également d’étudier la façon dont différentes cultures interagissent avec le phosphore. Nous savons que les plantes pourvues d’un système racinaire dense parviennent mieux à absorber le phosphore. Nous savons également que certaines plantes ont des racines qui excrètent des anions organiques ou des enzymes permettant d’augmenter la disponibilité du phosphore dans les sols. C’est le cas, par exemple du lupin blanc ou du sarrasin. Il reste cependant toujours difficile de quantifier la contribution de ces mécanismes d’absorption à l’échelle d’une parcelle, notamment dans le contexte français de sols plutôt bien pourvus.