Les fermes du monde sont accros au phosphore. C'est un problème

Max G. Lévy

Perturber les cycles chimiques de la Terre apporte des problèmes. Mais le dioxyde de carbone qui réchauffe la planète n'est pas le seul élément dont le cycle est devenu bancal - nous avons aussi un problème de phosphore. Et c'est un gros problème, car nous dépendons de cet élément pour faire pousser les récoltes du monde. "Je ne sais pas s'il serait possible d'avoir un monde plein sans aucun engrais minéral phosphoré", déclare Joséphine Demay, doctorante à l'INRAE.

Depuis les années 1800, les agriculteurs savent que le phosphore élémentaire est un engrais essentiel. Les nations ont rapidement commencé à exploiter des caches de "roche phosphatée", des minéraux riches en élément. Au milieu du XXe siècle, les entreprises avaient industrialisé les procédés chimiques pour en faire une forme adaptée à la suralimentation des cultures, les durcissant contre les maladies et les rendant capables de faire vivre plus de personnes et de bétail. Cette approche a remarquablement bien fonctionné : la "révolution verte" de l'après-guerre a nourri d'innombrables personnes grâce aux engrais et aux pesticides. Mais parfois, il y a trop de bonnes choses.

Nous avons libéré les caches de phosphore de la Terre si rapidement que l'élément pollue maintenant les écosystèmes d'eau douce, où les excès provoquent des proliférations d'algues nocives, infiltrent le manteau neigeux et diminuent les niveaux d'oxygène dissous dans les lacs et les rivières. Des études suggèrent que l'humanité en est devenue trop dépendante pour nourrir la planète - et nous manquons de cette ressource non renouvelable, qui provient de dépôts géologiques qui mettent des millénaires à se former. Lorsqu'il est lavé du sol dans les cours d'eau, il disparaît essentiellement pour toujours. Un moment imminent de "pic de phosphore" menace d'augmenter les prix et de fomenter des tensions politiques si la demande éclipse l'offre, car une grande majorité des réserves n'existent que dans un coin de l'Afrique du Nord.

Dans un article publié ce mois-ci dans Nature Geoscience, Demay a décomposé la quantité de phosphore utilisée par 176 pays entre les années 1950 et 2017, et elle a estimé à quel point l'utilisation d'engrais minéraux contribue à la fertilité des sols dans chaque pays. Fait remarquable, la roche phosphatée représente environ 50 % de la productivité mondiale des sols. "Cela n'a jamais été quantifié comme ça", dit Demay. Et ces chiffres sont importants, dit-elle, car "le travail met vraiment en évidence l'écart important qui existe entre les différentes régions du monde". Les pays riches d'Europe occidentale, d'Amérique du Nord et d'Asie utilisent beaucoup plus de roche phosphatée mondiale que l'Afrique, bien que les sols africains en soient relativement pauvres. "Il est nécessaire de répartir plus équitablement les premières réserves de roche restantes", a déclaré Demay.

James Elser, un écologiste de l'Arizona State University et de l'Université du Montana qui étudie le cycle mondial du phosphore, a été surpris par ce chiffre de 50 %. "Le fait que nous ayons pu mobiliser le phosphore de ces anciens gisements géologiques et le répandre suffisamment dans le monde pour que la moitié du phosphore du sol soit désormais composé d'engrais anthropiques industriels, est assez étonnant", dit-il.

Et si l'offre restante diminue, les prix augmenteront, exacerbant l'écart d'accès entre les pays riches et les pays pauvres, déclare Dana Cordell, professeure associée et directrice de recherche sur la durabilité des systèmes alimentaires à l'Université de technologie de Sydney. En 2008, les prix du phosphate ont grimpé de 800 % en raison de problèmes d'offre et de demande, et de nouveau de 400 % l'année dernière, en raison de perturbations liées à Covid. La nouvelle étude "montre comment notre système alimentaire mondial est désormais fortement dépendant de la roche phosphatée non renouvelable extraite", dit-elle. "Et même s'il y a du phosphate dans le sol, il n'est peut-être pas économiquement viable d'y accéder."

Lauren Goode

Julien Chokkattu

Chevalier

Les scientifiques ont souligné le cycle du phosphore "cassé" depuis plus d'une décennie : l'humanité a déterré d'énormes quantités de cet élément, qui se retrouve dans les cours d'eau au lieu de retourner sur les terres cultivées.

Le problème se résume à de la merde. Les gens et le bétail mangent les récoltes et excrètent du phosphore en conséquence. (Un chercheur de l'Université de l'Iowa a calculé que le bétail de l'État produit une charge d'excréments équivalente à une nation de 168 millions d'habitants.) Mais la majeure partie ne finira pas par nourrir les plantes à nouveau. Le traitement des déchets peut transformer les boues ou le fumier en engrais, mais leur transport et leur traitement sont souvent peu pratiques, de sorte qu'ils peuvent rester dans des stocks et des "piles sèches" sans avoir la possibilité de stimuler une autre culture.

Ou le système peut présenter des fuites : les eaux usées, les fosses septiques, les stocks et le sol érodé déversent du phosphore dans les océans et les rivières, où il se dilue jusqu'à l'oubli tout en dégradant ces écosystèmes. Par exemple, le ruissellement de phosphore entraîne la prolifération d'algues nuisibles qui ont tué les herbiers de Floride, affamant des milliers de lamantins.

Le modèle de Demay a déterminé qu'en 67 ans, les humains ont pompé près d'un milliard de tonnes de phosphore non renouvelable dans les systèmes alimentaires. Les chiffres de son équipe sont tirés de données statistiques de l'Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture. Les données mondiales, ventilées par pays, ont fait état de rendements agricoles - comme la quantité de blé cultivée ou le nombre de porcs et de vaches - de 1961 à 2017. (Les données de 1950 à 1961 proviennent deautreensembles de données.)

Son équipe a également décomposé les tendances d'utilisation. En 2017, la dépendance de l'Europe occidentale, de l'Amérique du Nord et de l'Asie a grimpé à près de 60 % du phosphore total prêt à l'emploi disponible dans le sol de chaque région. Le Brésil, la Chine et l'Inde augmentent rapidement leur utilisation, à 61, 74 et 67 % respectivement. Les chiffres pour la France et les Pays-Bas n'augmentent plus, car ils ont remplacé une partie de l'utilisation de la roche phosphatée par du fumier ; maintenant, ils se situent à environ 70 et 50 %. Pourtant, dans des pays africains comme le Zimbabwe, le manque de phosphore dans le sol limite les rendements des cultures. Les estimations de Demay placent l'utilisation d'engrais minéraux au Zimbabwe dans une fourchette de 20 à 30 %, ce qui est même inférieur à la moyenne de 32 % pour toute l'Afrique.

Pour Elser, cela met en lumière une inégalité mondiale : les pays les plus pauvres ont accès à beaucoup moins d'engrais, même s'ils en ont davantage besoin. Et les pays riches ont pu accumuler des stocks à partir des réserves de roches pendant des décennies, tandis que les pays qui luttent pour la sécurité alimentaire ne peuvent pas se permettre de faire de même.

Cela soulève des inquiétudes quant à savoir qui contrôlera l'avenir des engrais. Près de 75 % de l'approvisionnement mondial se trouve dans les mines du Maroc et du Sahara occidental. Les économistes s'inquiètent lorsqu'une marchandise est consolidée entre les mains de quelques personnes puissantes. (L'OPEP contrôle à peu près la même fraction du pétrole mondial, mais avec 13 États membres.)

Et on ne sait pas exactement combien de temps dureront les approvisionnements. En 2009, Cordell a estimé qu'un moment de "pic de phosphore" mondial pourrait se produire dès 2030, ce qui laisserait 50 à 100 ans de réserves en baisse. Aujourd'hui, elle et Elser conviennent que le pic arrivera probablement plus tard, bien qu'il soit difficile de prédire quand, car la demande peut monter en flèche pour d'autres utilisations, comme les batteries au lithium fer phosphate. Elser note que de nouvelles analyses situent désormais l'offre maximale à environ 300 à 400 ans.

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Pour Cordell, il est frustrant que cette chaîne d'approvisionnement ait été mal gérée. "S'il s'agissait d'eau - ou d'une autre ressource dont nous savons que l'humanité dépend - nous aurions tellement de mesures en place pour surveiller ces ressources, pour assurer un accès plus équitable et plus sûr", dit-elle. Et si une autre ressource cruciale s'épuisait, poursuit-elle, "nous chercherions des alternatives".

Elle s'inquiète du fait que le phosphore "passe à travers les mailles du filet institutionnel". Mais, dit-elle, il n'est pas clair qui est responsable de la supervision de son approvisionnement - quel gouvernement, ou même quel ministère. Agriculture? Environnement? Santé? Eau? Commerce? "Cela touche tous ces secteurs", dit-elle.

Demay espère que son étude encouragera des pratiques agricoles plus prudentes : combiner les terres cultivées et les zones d'élevage pour recycler plus facilement le phosphore du fumier, ou planter des arbres ou des cultures de couverture, comme la moutarde ou l'orge, qui empêchent l'érosion du sol pendant la saison morte d'une ferme, épargnant ainsi les cours d'eau de la pollution par les engrais. De meilleurs programmes de recyclage pourraient également aider à débarrasser le monde de la roche phosphatée. À l'heure actuelle, le recyclage consiste principalement à utiliser le fumier ou les boues des systèmes d'assainissement sur les terres cultivées, principalement pour prévenir la pollution de l'eau plutôt que pour fertiliser les plantes. "Cela se passe d'une manière tellement inefficace et inefficace", déclare Cordell.

Mais d'autres technologies gagnent en popularité. Les toilettes à séparation d'urine peuvent récupérer le phosphore dans les liquides. L'ajout de magnésium aux eaux usées peut créer des cristaux de "struvite", un engrais alternatif. Une autre méthode pourrait fabriquer des granulés d'engrais à partir de boues de fumier séchées après digestion anaérobie (qui génère également du biogaz).

La biotechnologie pourrait réduire le besoin d'engrais, dit Elser, bien que ces concepts n'en soient qu'à leurs débuts. Théoriquement, les biologistes pourraient sélectionner ou modifier des cultures pour extraire le phosphore plus efficacement ; des chercheurs ont déjà identifié des gènes qui stimulent l'absorption du phosphore. La viande cultivée en laboratoire pourrait réduire la demande de bétail et des terres cultivées qui les soutiennent. Et comme solution plus simple, manger moins de viande pourrait faire la même chose. "Moins nous devons cultiver de viande sous forme de vaches ou de porcs, moins nous devons cultiver de nourriture pour les nourrir", déclare Elser.

Elser s'inspire des progrès que le monde a réalisés dans sa transition vers les énergies renouvelables. Il pense que l'agriculture peut également devenir plus durable. Avec un meilleur recyclage du phosphore dans tout le système alimentaire, les engrais du monde pourraient circuler plus facilement vers les endroits qui en ont besoin. "Finalement, nous devrons adopter un système meilleur que celui que nous avons", déclare Elser. "Quand cela arrive - je ne suis pas sûr."

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