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Le phosphore : une ressource limitée et un enjeu planétaire pour l'agriculture du 21ème siècle

Les travaux de modélisation conduits à l'échelle planétaire ont montré à quel point, quels que soient les modèles de changements climatiques pris en compte, la disponibilité de phosphore détermine la production primaire et par conséquent, le stockage de carbone dans les écosystèmes en réponse à ces changements. Ils ont révélé, contre toute attente, que cette contrainte par le phosphore est moins forte dans les écosystèmes tropicaux que dans le reste du monde.  

Epandage de lisier sur un couvert vegetal. © INRA, FORMISANO Sophie
Mis à jour le 09/06/2017
Publié le 21/04/2015

Le phosphore (P) est au carrefour des enjeux de sécurité alimentaire et d’atténuation du changement climatique. Deux articles récents de chercheurs Inra apportent un éclairage sur ces questions, au niveau national et au niveau planétaire.

 Besoin de quantifier la dépendance de la production agricole aux engrais de synthèse

 L’accroissement continu de la demande en biomasse agricole pour des usages alimentaires et non alimentaires, et la raréfaction des ressources nécessaires à la production des engrais (gaz naturel et énergie pour N, roches phosphatées pour P) posent la question de la dépendance de la production agricole aux engrais de synthèse. Pour l’azote, cette dépendance est généralement estimée par des ratios calculés annuellement tels que le rapport entre azote apporté sous forme d’engrais de synthèse et azote contenu dans les produits récoltés. A l’échelle globale, il a ainsi été montré que 40% de la production de protéines dépendait des engrais azotés de synthèse. De tels chiffres n’existent pas pour P, alors que la raréfaction de la ressource en roches phosphatées issues de gisements géologiques et nécessaires à la fabrication des engrais P menace la sécurité alimentaire mondiale à moyen terme. Le calcul de la dépendance de la production agricole aux engrais P de synthèse est plus complexe car, contrairement à N, le P s’accumule dans les sols ce qui fait qu’un calcul réalisé sur une base annuelle conduit à une estimation erronée.

 Quantifier l’effet de la disponibilité en phosphore sur la séquestration de carbone

 Concernant les écosystèmes peu anthropisés, leur réponse aux changements globaux liés à l'augmentation de la teneur en CO2 de l'atmosphère et des retombées de N via les dépôts atmosphériques, est contrainte par les déséquilibres stœchiométriques induits vis-à-vis d'autres nutriments, et particulièrement P. Ainsi les capacités de séquestration de C et de mitigation du changement climatique seraient inférieures à ce que prédisent les modèles planétaires ne prenant pas en compte la contrainte de la faible disponibilité de P des sols de nombreux écosystèmes. La quantification de cet effet est un enjeu majeur pour la prédiction du climat futur et l’élaboration de scénarios d’atténuation.  

 Une approche par modélisation a été mise en œuvre pour apporter des réponses à ces deux questions, aux échelles globales et nationales.  

 La production agricole et la fertilité des sols dépendent fortement des engrais phosphatés accumulés dans le sol depuis des décennies

 Concernant la dépendance de la fertilité P des sols agricoles aux engrais P de synthèse, le modèle proposé a permis de reconstituer l’historique de l’évolution de la fertilité P des sols français depuis l’après-guerre. Les stocks de phosphore intervenant dans la nutrition de la plante, décomposés en deux compartiments P labile et P stable, ont fortement augmenté depuis 1948. Ils tendent à se stabiliser depuis les années 70, en lien avec la baisse constatée des apports d’engrais. Le modèle montre qu’actuellement, du fait de l’historique de fertilisation, environ 82% (de 68 à 91%) du P contenu dans les sols est d’origine anthropique, c’est à dire qu’il provient directement (apport d’engrais de synthèse) ou indirectement (apport d’engrais organiques contenant du P provenant initialement d’engrais de synthèse) des gisements géologiques utilisés pour la fabrication d’engrais P.

De même, la part du phosphore contenu dans les produits agricoles qui est d’origine anthropique est d’environ 84%.

S’ils étaient calculés sur une base annuelle comme pour l’azote, ces ratios seraient sous-estimés : 51 et 60% respectivement, ce qui montre l’intérêt du modèle pour une estimation plus juste de la dépendance de la fertilité P et de la production agricole aux engrais P de synthèse. Ces résultats montrent que malgré une baisse importante des apports d’engrais de synthèse en phosphore depuis les années 70 grâce aux progrès de la fertilisation raisonnée, la production agricole française reste fortement dépendante d’une fertilité P héritée qui a été constituée durant des décennies à partir de phosphore extrait de gisements géologiques.

 Etendre le modèle à l’échelle mondiale

 Le modèle sur les flux de P liés à l'historique de fertilisation est actuellement utilisé dans le cadre d’un projet de recherche dont l’objectif est d’identifier les déterminants de la teneur en phosphore des sols agricoles à l’échelle mondiale. Il sera appliqué à quelques pays contrastés afin d’évaluer la dépendance de la fertilité P des sols et de la production agricole actuelle au P d’origine anthropique en fonction de l’historique agricole (ancienneté du recours à la fertilisation de synthèse notamment). L’objectif est d’avoir une vision de la dépendance de la fertilité P des sols aux apports d’engrais de synthèse à l’échelle globale.

Par ailleurs, l'étude du rôle de la disponibilité de P dans la modulation de la réponse des écosystèmes aux changements globaux est poursuivie dans un projet de recherche visant à affiner les prédictions dans différentes régions du monde et pour différents types de biomes. L'estimation de la disponibilité de P dans les sols à ces échelles globales constitue dès lors un véritable challenge pour ces modèles planétaires. 

 Les spécialistes de P s'accordent à dire qu'il convient de faire émerger une gouvernance mondiale des ressources en phosphore, nécessitant au préalable un effort majeur de communication et d'éducation de nos concitoyens, en vue d'éveiller la conscience collective et la responsabilité des individus face à cette problématique globale. Ceci commence à prendre forme en Europe, au travers des activités de l'European Sustainable Phosphorus Platform.

 Références

- Penuelas, J., Poulter, B., Sardans, J., Ciais, P., van der Velde, M., Bopp, L., Boucher, O., Godderis, Y., Hinsinger, P., Llusia, J., Nardin, E., Vicca, S., Obersteiner, M., Janssens, I. A. (2013) Human-induced nitrogen-phosphorus imbalances alter natural and managed ecosystems across the globe. Nature Communications, 4. DOI: 10.1038/ncomms3934

- Ringeval, B., B. Nowak, T. Nesme, M. Delmas, and S. Pellerin (2014) Contribution of anthropogenic phosphorus to agricultural soil fertility and food production. Global Biogeochem. Cycles, 28, DOI: 10.1002/2014GB004842.

- Des numéros spéciaux de "Plant and Soil", "Nutrient Cycling in Agroecosystems" et un Research Topic de Frontiers in "Nutrition and Environmental Sustainability" sont en préparation.

Contact(s)
Contact(s) scientifique(s) :

Département(s) associé(s) :
Environnement et agronomie, Écologie des forêts, prairies et milieux aquatiques
Centre(s) associé(s) :
Nouvelle-Aquitaine-Bordeaux, Occitanie-Montpellier

Chiffres du phosphore

- En France :

  • Dépendance de la production agricole aux engrais phosphatés de synthèse : 84 % (84 % du phosphore contenu dans les produits agricoles provient des engrais de synthèse accumulés dans le sol)
  • Dépendance de la fertilité des sols aux engrais phosphatés de synthèse : 82 % (82 % du phosphore des sols provient des engrais de synthèse accumulés dans le sol)
  • Perte de phosphore : 52% du phosphore apporté par les engrais phosphatés de synthèse est perdu chaque année (ruissellement)
  • Certains sols sont excédentaires (Bretagne, épandage d'effluents d’élevage), alors que d'autres sont déficitaires (Centre).

- A l’échelle mondiale :

  • Les stocks fossiles de phosphore seront épuisés d’ici 100 à 300 ans (roches phosphatées servant à la fabrication des engrais minéraux).
  • Le Maroc, la Chine et les Etats-Unis contrôlent 85% des mines de phosphates.

Les scientifiques sensibilisés

Ces travaux ont été présentés lors du 5ème PSP « Phosphorus in Soils and Plants » du 26 au 29 août 2014 à Montpellier et qui a eu lieu pour la première fois en Europe, avec pour thématique centrale « Facing Phosphorus Scarcity » (276 participants d'une quarantaine de pays).

Le 4th Sustainable Phosphorus Summit (SPS 2014) lui a fait suite du 1er au 3 septembre 2014 (208 participants de quarante pays différents) organisé sous l'égide de la GPRI (Global Phosphorus Research Initiative), qui a su éveiller la communauté scientifique mondiale et nos sociétés aux enjeux globaux sur le phosphore. Entre les deux, un Séminaire Jeunes Chercheurs, organisé le 31 août 2014 avec le soutien du LabEx AGRO, rassemblant 42 scientifiques de pays du Nord et du Sud, a préparé un exposé qui a été présenté lors de SPS 2014 sur les principaux enjeux et verrous de recherche.

 Cet ensemble d’événements a constitué la Phosphorus Week 2014, organisée par l’Inra et le CIRAD, et qui a stimulé les rencontres entre scientifiques de disciplines variées, des sciences agronomiques, de l’environnement, des procédés et des sciences sociales et politiques, couvrant l'ensemble du cycle et des usages du phosphore, au-delà du seul secteur agricole. Ils ont également fait intervenir des porteurs d'enjeux, des secteurs politique et économique, dans les domaines de l’agrofourniture, des biotechnologies, de l'épuration des eaux, etc.  

 Le prochain sommet mondial SPS5 aura lieu en Chine en 2016, avec le souci d'y associer la GPNM, Global Partnership for Nutrient Management, tandis que le prochain symposium international PSP6 sera organisé en 2018 en Belgique, avec le même souci qu'à Montpellier d'impliquer les chercheurs et porteurs d'enjeux des pays du Sud.

Sensibiliser le public

- Plusieurs émissions radiophoniques grand public ont été consacrées à cette problématique du phosphore, sur Radio Canada à deux reprises, dans une édition spéciale de "C'est dans le vent" sur RFI et dans "CO2 mon amour" sur France Inter.

- Le documentaire de 52 minutes de Christiane Schwarz et Marcel Weingärtner "Vers une famine planétaire? L'épuisement du phosphore" diffusé sur ARTE en mai 2013 connait un certain succès.