Peut-on généraliser l’agroécologie sans perdre en productivité ? Des travaux menés depuis plus de dix ans permettent de répondre par l’affirmative. Ils identifient trois leviers garantissant des rendements suffisants sans engrais chimiques. Par Julia Le Noë de l’Institut de recherche pour le développement (IRD), Gilles Billen et Josette Garnier de Sorbonne Université, pour The Conversation France

Par Julia Le Noë de l’Institut de recherche pour le développement (IRD), Gilles Billen et Josette Garnier de Sorbonne Université

L’agriculture biologique est souvent critiquée pour ses rendements plus faibles que ceux de l’agriculture dite conventionnelle. Un irréductible écart de rendement d’environ 30 % en moyenne la condamnerait à n’être qu’une solution de niche pour classes aisées. Nos travaux depuis dix ans montrent que non. Pour comprendre pourquoi, un petit détour par le cycle de l’azote et son histoire s’impose.

Le cycle de l’azote en bref

L’azote est un élément indispensable à toute vie sur terre : il est, après l’eau et le carbone, l’élément le plus abondant dans les organismes vivants, particulièrement dans les protéines et le matériel génétique. Mais dans les sols et les environnements aquatiques (hors organismes vivants), on le trouve en beaucoup plus petites quantités, essentiellement sous forme de nitrate et d’ammonium, les deux formes directement utilisables par les plantes. La rareté de l’azote dans les sols explique que cet élément a longtemps été le principal facteur limitant de la croissance des plantes en agriculture.

Pourtant l’azote constitue 78 % de l’atmosphère, mais il s’y trouve sous forme de diazote, un gaz inerte et pratiquement inutilisable par les plantes à une exception notable : celles des légumineuses (lentilles, haricots, pois, luzerne, trèfle…) qui sont capables d’assimiler ce diazote atmosphérique et de le rendre ainsi disponible dans les sols pour les autres plantes qui leur succèdent.

Un détour historique : de la rareté structurante à l’abondance destructrice de l’azote

La limitation en azote a longtemps été contenue par un couplage étroit entre production et consommation. Ainsi, les urines et les excréments riches en azote du bétail et, dans une moindre mesure, des populations humaines ont permis d’apporter des engrais organiques aux sols sous forme de fumier et de lisier. En Europe, tout au long des 18^e, 19^e et début du XX^e siècle, l’introduction des légumineuses dans les rotations de cultures a également permis une double intensification organique : ces plantes enrichissaient les sols en azote et produisait également du fourrage permettant ainsi une hausse de la densité de cheptel, et partant, des apports de fumier.

Au début du XX^e siècle et plus encore après la Seconde Guerre mondiale, une invention vient révolutionner tout cela. C’est l’invention du procédé Haber-Bosch (1909/1913), qui permet de synthétiser des engrais minéraux (nitrate et ammonium) à partir du diazote de l’air. Ce procédé sert d’abord pour la fabrication d’explosifs pendant les deux guerres mondiales, puis pour faire des engrais industriels qui permettent de s’affranchir de la complémentarité entre élevage et culture. C’est ce qui advient dans les pays industriels du Nord et, plus récemment dans une partie des pays des Suds ayant connu la « révolution verte », qui ont ainsi pu massivement augmenter leur production alimentaire avec la généralisation des engrais chimiques.

Cette évolution a cependant plusieurs revers. Elle entraîne une perte d’efficience d’utilisation de l’azote car plus on apporte de l’azote, moins la fraction utilisée par les plantes est importante et plus les pertes vers l’environnement sont grandes. La production d’engrais est par ailleurs très gourmande en énergie et s’accompagne d’émissions de gaz à effet de serre.

Enfin, l’utilisation d’engrais permet le développement de systèmes d’élevage intensifs et de cultures découplés et spécialisés. À l’échelle globale, il en résulte que 40 % des terres arables cultivées (à l’exclusion des prairies naturelles, savanes, steppes et autres espaces agricoles semi-naturelles) sont consacrées à l’alimentation du bétail. De plus, les territoires ultraspécialisés dans l’élevage ou les grandes cultures engendrent des excédents structurels d’azote. Ces excédents de fumier et lisier contaminent les systèmes aquatiques en nitrate (problèmes de potabilisation de l’eau, de biodiversité, d’eutrophisation) et augmentent les émissions d’ammoniac (avec des effets néfastes sur le système respiratoire) et de protoxyde d’azote (puissant gaz à effet de serre, environ 300 fois plus actif que le dioxyde de carbone). L’agriculture à l’échelle globale est ainsi aujourd’hui à l’origine d’environ un tiers des émissions de gaz à effet de serre et constitue le premier facteur de perturbation des cycles biogéochimiques de l’azote et du phosphore.

L’agriculture biologique : retour vers le futur ?

C’est dans ce contexte que, depuis les années 1970, et plus encore depuis le début des années 2000, l’agriculture biologique est apparue comme contre-modèle à cette agriculture chimique, basée sur les énergies fossiles et l’industrialisation de l’agriculture.

Dans son cahier des charges, l’agriculture biologique bannit les fertilisants chimiques et les pesticides. Baisse des rendements et retour vers le passé donc ?

Loin s’en faut. Car l’agriculture biologique s’appuie sur une connaissance approfondie du fonctionnement des écosystèmes. Elle repose sur des rotations longues (en Europe elles durent en moyenne de cinq à huit ans pour un cycle complet), intégrant plusieurs légumineuses dans le cycle de culture. Plus encore, nos travaux ont montré que, pour des apports totaux d’azote équivalents, les systèmes agricoles biologiques produisent autant, à l’échelle de la rotation de culture, que les systèmes conventionnels. Cela montre donc que l’agriculture biologique peut être intensifiée écologiquement. Mais comment et dans quel contexte ?

Quels leviers pour une transition agro-écologique ?

Nos travaux de recherches ont identifié, testé et validé trois leviers principaux pour nourrir la population en 2050 à différentes échelles, sans augmenter la surface des terres cultivées. Tous sont liés de près ou de loin au cycle de l’azote. C’est là que la vision systémique de l’agroécologie peut être salutaire, en élargissant la réflexion à l’ensemble du système agro-alimentaire.

Le premier levier consiste en une diminution de 16 % des apports protéiques journaliers, en accord avec les recommandations de santé. Selon ces mêmes recommandations, une réduction de 50 % de la consommation de viande et de produits laitiers est explorée avec une augmentation de la part des produits végétaux. Nous avons parfois testé des options plus radicales, végan ou végétarienne à titre exploratoire.

Le deuxième levier réside dans la reconnexion des systèmes d’élevage et de culture, s’affranchissant de l’importation d’aliments pour animaux. Cette reconnexion facilite le recyclage des fumiers et effluents d’élevage vers les terres cultivées réduisant ainsi la dépendance aux engrais azotés de synthèse. Une option supplémentaire, explorée dans certains scénarios, concerne le recyclage des urines humaines, renforçant encore la circularité des flux de nutriments.

Enfin, le troisième levier implique des rotations longues intégrant des légumineuses fixatrices d’azote et l’absence de recours aux engrais azotés et des fertilisants phosphorés minéraux.

L’exploration de différentes combinaisons possibles des trois principaux leviers de changement que nous avons envisagés, met en évidence le rôle prépondérant du régime alimentaire comme condition de mise en œuvre et de succès des deux autres leviers.

Plus la demande en produits animaux est réduite plus les marges de manœuvre pour déployer des systèmes agroécologiques sont élevées. Les modifications de régime alimentaire permettent, en effet, de diminuer les besoins de la population humaine et surtout ceux du cheptel. La reconnexion de l’élevage et des cultures conduit à répondre localement aux besoins du cheptel. L’immense majorité des territoires en France et en Europe pourraient ainsi être auto-suffisants tant pour la consommation humaine qu’animale.

Des bénéfices environnementaux immédiats, et partout

Dans tous les contextes où ces scénarios ont été développés, à l’échelle globale en Europe, en France, en Autriche, ou en Chine, nos résultats montrent une réduction de moitié des pollutions aquatiques et atmosphériques par l’azote, ainsi que des émissions de gaz à effet de serre.

Les effets de la généralisation de l’agroécologie seraient donc bénéfiques pour l’environnement. La diminution de la fertilisation azotée s’accompagne aussi d’une hausse marquée de l’efficience d’utilisation de l’azote, c’est-à-dire de la fraction des apports effectivement utile à la production, qui passe de 59 à 76 % dans le cas européen.

À l’échelle globale, nos scénarios montrent que ces leviers sont efficaces partout et que ces changement ne mettent pas en danger la sécurité alimentaire mondiale. Avec un régime alimentaire équitable, sans inégalités alimentaires entre pays du monde, l’introduction des légumineuses et la reconnexion de l’élevage et des cultures, la plupart des régions du monde resteraient excédentaires sans engrais chimiques et pourraient largement subvenir aux besoins des régions déficitaires comme le Maghreb, le Japon, et le Moyen-Orient.

Points de vigilance

Nos simulations montrent toutefois des points de vigilance concernant par exemple le stockage du carbone organique. En effet, la diminution du cheptel et de la fertilisation azotée totale pourraient entraîner une réduction des effluents d’élevage, de la production agricole et, par conséquent, des apports de résidus de culture (pailles, racines), ce qui diminue le stockage du carbone organique des sols. Des travaux expérimentaux menés à l’Inrae ont toutefois montré un stockage du carbone organique significativement plus élevé dans des sols cultivés en agriculture biologique versus conventionnelle, ce qui indique que nous avons pu sous-estimer certains apports de matière organique, notamment racinaires, dans nos exercices de modélisation. Il n’en demeure pas moins une réduction de moitié des émissions de gaz à effet de serre et des pertes d’azote vers les systèmes aquatiques.

Une autre interrogation concerne une possible carence en phosphore, s’il l’on se passe d’engrais phosphoré et s’il est apporté seulement via le recyclage des fumiers ? A minima pour le cas de la France à l’échelle de ses territoires, il existe des stocks de phosphore dans les sols qui permettrait de se passer de tout apport d’engrais phosphoré industriel pendant au moins 50 ans. En effet, l’agriculture française a fait un usage disproportionné des fertilisants minéraux en phosphore (essentiellement importé du Maghreb – Maroc et Tunisie en tête) entre les années 1960 et 1990 conduisant à un enrichissement considérable des sols en phosphore. Cet héritage colonial offre donc des réserves utilisables le temps de mettre en œuvre les changements.

Pessimisme de l’intelligence, optimisme de la volonté

Nos travaux montrent ainsi que les systèmes agro-écologiques ont le potentiel technique pour concilier production alimentaire et forte amélioration des performances environnementales dans des contextes très variés. Alors pourquoi la transition agroécologique n’a-t-elle pas déjà eu lieu ?

Sans doute le problème se trouve-t-il ailleurs, notamment dans la logique socioéconomique des chaînes amont-aval dans lesquelles l’agriculture se trouve insérée, dans les conditions de travail et la rémunération des agriculteurs et dans le poids politique sur l’action publique qu’ont acquis les acteurs qui contrôlent ces secteurs.

Toutefois, ce contexte socioéconomique est aussi une incitation supplémentaire à insuffler de nouveaux espoirs, a fortiori dans la situation actuelle de guerre énergétique et de flambée du prix des intrants. C’est tout le sens à donner à l’exploration des futurs possibles par des approches scientifiques, laissant à l’imagination toute la place qu’elle mérite d’avoir.

Julia Le Noë, Chargé de recherches en Sciences de l’Environnement, Institut de recherche pour le développement (IRD); Gilles Billen, Directeur de recherche CNRS émérite, biogéochimie territoriale, Sorbonne Université et Josette Garnier, Directrice de recherche CNRS, Systèmes agri-hydro-alimentaires, Sorbonne Université

Cet article est republié à partir de The Conversation sous licence Creative Commons. Lire l’article original.