Rien qu’en Europe, le coût de la pollution azotée est estimé à 320 milliards d’euros par an. Des scientifiques grecs étudient actuellement le développement de stratégies innovantes et respectueuses de l’environnement pour le combattre.
Lorsque nous parlons de gaz à effet de serre dangereux, nous pensons presque automatiquement au dioxyde de carbone et au méthane. Cependant, il existe un autre type de pollution qui est sans doute l’un des problèmes environnementaux les plus difficiles à résoudre aujourd’hui : la pollution par l’azote.
Les activités humaines affectent davantage le cycle de l’azote (N) que le cycle du carbone (C). En fait, le cycle de l’azote est peut-être le plus gravement touché de tous les grands cycles biogéochimiques dans le monde, avec de graves répercussions sur la santé humaine, la biodiversité et la qualité de l’air et de l’eau.
L’ammoniac et les oxydes d’azote – qui jouent un rôle important dans le changement climatique – contribuent à la formation de particules et de pluies acides, qui provoquent des problèmes respiratoires et des cancers chez l’homme et causent des dommages étendus aux forêts et aux bâtiments. En particulier, l’oxyde nitreux est un gaz à effet de serre particulièrement puissant, ayant environ 300 fois la capacité de piéger la chaleur dans l’atmosphère que le dioxyde de carbone.
La crise climatique amplifie les effets négatifs de N, mais aussi inversement. Selon une étude de la revue Sciencela crise climatique, devrait augmenter la quantité d’azote entrant dans les rivières et autres voies navigables américaines de 19 % en moyenne d’ici la fin du siècle, et plus encore dans les régions les plus durement touchées, notamment le Mississippi (augmentation de 24 %) . dans le Nord-Est (augmentation de 28 %), sans augmentation possible des apports d’azote liés à l’intensification agricole ou à la croissance démographique.
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Malheureusement, une réalisation douloureuse de notre époque est que les moyens sur lesquels nous comptons pour rendre nos vies plus confortables peuvent aussi nous tuer. Nous dépendons de l’azote et des engrais qui nous nourrissent, et il apparaît maintenant que la combinaison du changement climatique et de la pollution par l’azote multiplie la probabilité que nous assistions à des catastrophes majeures dans le monde qui nous entoure dans les années à venir.
Mais d’une manière ou d’une autre, nous devons cultiver plus de nourriture pour nourrir la population mondiale croissante tout en minimisant les problèmes associés à l’utilisation d’engrais azotés.
L’ingrédient nécessaire
L’azote est un élément essentiel pour les acides aminés, les protéines et l’ADN cellulaire. C’est un élément d’une grande importance pour la vie et l’environnement, et les plantes en dépendent fondamentalement car c’est le nutriment dont elles ont le plus besoin pour mener à bien leurs processus biologiques. Les animaux et les humains absorbent l’azote nécessaire des aliments végétaux et animaux.
azote gazeux (N2) représente 78 % de l’air que nous respirons, mais ne peut pas être utilisé directement par les plantes. « Les plantes absorbent l’azote sous la forme qu’elles souhaitent à partir d’engrais fabriqués en mélangeant de l’azote atmosphérique avec de l’hydrogène gazeux sous une pression énorme (200 fois la pression atmosphérique). C’est la pression que nous ressentirions si nous plongeions à 2 000 mètres (∼6 500 pieds) sous la mer, une distance supérieure à 6 tours Eiffel empilées les unes sur les autres ! On estime que dans le monde, plus de 150 millions de tonnes d’engrais synthétiques sont ajoutés au sol chaque année pour remédier aux carences en azote qui affectent la croissance et la vitalité des plantes. Et si l’on considère qu’en 1961 l’utilisation des engrais azotés dans le monde était limitée à 11 millions de tonnes ! décrit la professeure adjointe de microbiologie environnementale à l’Université de Thessalie, Mme Evangelia Papadopoulou.
En fait, l’azote des engrais représente aujourd’hui plus de la moitié des protéines de l’alimentation humaine. Cependant, environ 50% de l’azote appliqué aux champs est perdu dans l’environnement par volatilisation sous forme d’ammoniac (3-21%) ou par lessivage dans les eaux souterraines (nitrification) sous forme d’ions nitrate (13%), finissant par soit dans l’air, soit dans l’atmosphère sous forme de protoxyde d’azote (12 %).
À mesure que l’utilisation d’engrais azotés augmente avec le temps, ces pertes augmentent également. La fuite d’azote fait de gros dégâts et fera encore plus de dégâts si ses pertes ne sont pas contrôlées. La perte d’azote nuit également aux agriculteurs car elle peut réduire les rendements des cultures ou entraîner un gaspillage d’engrais. Les dommages sont plus importants pour les petits agriculteurs des pays en développement, où les engrais azotés absorbent souvent les coûts les plus importants de l’agriculture. La réduction de la production due à la perte d’azote peut représenter jusqu’à 25 % du revenu des ménages.
Avec une population croissante et un climat changeant, nous devons plus que jamais optimiser l’utilisation de l’azote et minimiser les pertes. Selon les scientifiques, la solution au défi de l’azote doit provenir d’une combinaison d’innovation technologique, de politique et d’action des consommateurs.
Retour à la ferme
Un processus qui contribue de manière significative aux pertes d’azote et donc au changement climatique et à la dégradation des écosystèmes est la nitrification (conversion de l’ammoniac en ions nitrate). Pour cela, chercheurs et agriculteurs s’efforcent désormais de réduire les pertes d’azote grâce à la gestion de la nitrification.
« Les pertes liées aux engrais azotés appliqués sont principalement dues à l’action d’un groupe spécifique de micro-organismes unicellulaires (bactéries et archées) appelés nitrifiants, qui convertissent l’azote ammoniacal en nitrate. Lorsque ces conversions microbiennes sont ralenties, une gestion plus efficace de l’azote du sol est obtenue et l’empreinte écologique des engrais synthétiques est réduite. explique Mme Papadopoulou.
Ce retard peut être obtenu grâce à l’utilisation d’un certain nombre de composés chimiques appelés inhibiteurs de nitrification, utilisés conjointement avec des engrais azotés. Il s’agit d’un petit nombre de composés dont la puissance varie considérablement (selon le sol sur lequel ils sont appliqués). Cependant, on sait peu de choses sur leur mécanisme d’action, leur devenir dans l’environnement et leurs éventuels effets toxiques sur l’environnement.
Les inhibiteurs de nitrification sont sous la loupe des chercheurs du Département de biochimie et biotechnologie et du Département de l’environnement de l’Université de Thessalie, qui développent des stratégies innovantes et respectueuses de l’environnement pour augmenter l’efficacité des engrais azotés et limiter leur empreinte écologique.
« Il y a eu des observations intrigantes sur les systèmes racinaires de certaines plantes inhibant la nitrification. Cela a ouvert une option de gestion pour ralentir les taux de nitrification environnementale en utilisant des approches génétiques. L’utilisation d’inhibiteurs biologiques de nitrification que les plantes produisent par leurs racines est une pratique prometteuse pour ralentir le cycle de l’azote et atténuer le changement climatique. déclare le professeur de microbiologie environnementale et de biotechnologie de la faculté de biochimie et de biotechnologie de l’Université de Thessalie, M. Dimitrios Karpouzas, ajoutant que le groupe de recherche spécifique recherche de nouveaux inhibiteurs de nitrification synthétiques et biologiques innovants avec la perspective d’une application directe pratique agricole.
Le professeur de microbiologie environnementale et de biotechnologie de l’Institut de biochimie et de biotechnologie de l’Université de Thessalie M. Dimitrios Karpouzas
L’équipe a déjà découvert un nouvel inhibiteur synthétique de nitrification avec une activité spécifique contre les archées nitrifiantes et étudie son mécanisme d’action au niveau biochimique en collaboration avec d’autres groupes de recherche autrichiens, français et canadiens. Parallèlement, elle travaille avec des entreprises privées pour développer de nouveaux engrais contenant des mélanges d’inhibiteurs de nitrification ou de nouveaux inhibiteurs biologiques de nitrification, dans le but de maximiser l’utilisation de la fertilisation azotée en agriculture et de limiter son empreinte écologique.
Ces activités de recherche sont coordonnées par l’Université de Thessalie et financées par l’UE à travers le programme ACTIONNAIRE avec un budget total de 1,5 million d’euros, mais aussi à travers des entités privées telles que la Grantham Foundation, USA (1,1 million de dollars US) impliquées dans ces efforts et, plus généralement, dans le développement de nouveaux outils et stratégies innovants pour limiter le changement climatique investis .
« Il convient de mentionner que notre groupe de recherche possède l’une des plus riches collections de micro-organismes nitrifiants au monde. A partir de cette collection, elle a développé un certain nombre d’outils et de services innovants pour l’évaluation de nouveaux inhibiteurs de nitrification, mais aussi pour l’analyse de l’écotoxicité de nouveaux composés biocides tels que les médicaments agricoles et vétérinaires.conclut le professeur Karpouzas
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