Valorisation de l’azote chez le blé : des progrès récents ouvrent de nouvelles perspectives

Améliorer l’autonomie des systèmes de production végétale vis-à-vis des engrais azotés de synthèse tout en maintenant des objectifs de production quantitatifs et qualitatifs compatibles avec la demande du marché est l’un des objectifs majeurs des programmes de recherches agronomiques conduits depuis 25 ans autour du blé. Ces travaux ont aussi, la plupart du temps, cherché à réduire les transferts d’azote réactifs dans l’environnement : nitrate dans les aquifères, ammoniac et protoxyde d’azote dans l’atmosphère.

Parmi les voies disponibles pour y parvenir, l’amélioration de la valorisation de l’azote apporté au blé (par des engrais ou via les fournitures du sol) a fait l’objet de nombreux travaux scientifiques et techniques. Les dernières avancées en la matière concernent l’innovation variétale et la génétique, l’estimation des fournitures d’azote du sol, les pratiques d’apports d’engrais azotés, la technologie des engrais et les méthodes de raisonnement et de pilotage des apports.

Plusieurs indicateurs d’efficience de l’utilisation de l’azote

Améliorer la valorisation de l’azote nécessite de caractériser cette valorisation à l’aide d’indicateurs pertinents. Si l’on s’intéresse au seul rendement, l’efficience d’utilisation de l’azote (NUE en anglais pour Nitrogen Use Efficiency) se définit généralement par la quantité produite par kg d’azote disponible (sol + apports d’engrais) ; la principale difficulté de son calcul est l’estimation correcte de l’azote fourni par le sol. Cet indicateur a deux composantes : l’efficacité d’absorption de l’azote (soit la quantité d’azote absorbé rapportée à la quantité d’azote disponible) et l’efficacité d’utilisation de l’azote (la quantité produite rapportée à la quantité d’azote absorbé). L’absorption d’azote provenant des engrais est le principal facteur étudié par les agronomes, à travers l’indicateur du CAU (coefficient apparent d’utilisation).

La relation linéaire décroissante qui lie le rendement et la teneur en protéines du grain de blé a donné naissance à la notion de Grain Protein Deviation (GPD), c’est-à-dire l’écart de la teneur en protéines observée – à rendement identique – avec la teneur moyenne donnée par cette fonction linéaire. La GPD est utilisée couramment dans les processus d’évaluation de préinscription et de post-inscription pour caractériser la capacité d’une variété à accumuler plus ou moins de protéines dans le grain pour un rendement donné.

Enfin, la notion d’indice de nutrition azotée (INN) fournit un indicateur pertinent de l’état de nutrition azotée pendant la phase de croissance végétative du blé.

D’indéniables progrès variétaux

L’évaluation du progrès génétique vis-à-vis de la NUE a été conduite en France de 2007 à 2010 sur 195 lignées élites de blé tendre d’hiver inscrites entre 1985 et 2010 (dont 160 originaires de France), testées sous deux doses d’azote. Elle révèle que l’efficience d’utilisation de l’azote a progressé grâce à l’amélioration variétale de 0,33 % par an sous conduite proche de l’optimum de fertilisation azotée (N+, figure 1) ; cette amélioration semble essentiellement portée par la progression de l’efficacité d’utilisation de l’azote. Notons que la NUE a également progressé en conduite azotée suboptimale (N-, figure 1).

En parallèle, plusieurs études récentes se sont attachées à explorer les liens entre l’efficience d’utilisation de l’azote et certains sites ou séquences génétiques spécifiques dans le génome du blé. Elles laissent présager des progrès à venir dans les schémas de sélection.

Une estimation plus fine des fournitures d’azote par le sol

Définie depuis bientôt 20 ans, la notion de « jour normalisé » a permis de s’affranchir des conditions agroclimatiques spécifiques à un contexte donné, grâce à l’utilisation d’algorithmes simulant de manière plus fine les cinétiques de minéralisation alimentant les fournitures d’azote du sol. En pratique, pour une date calendaire donnée, un nombre de jours normalisés est calculé en multipliant une fonction représentant l’impact de l’humidité du sol sur la minéralisation par une fonction simulant l’effet de la température, selon des conditions standards (généralement équivalente à un sol à l’humidité à capacité au champ et à une température de l’air de 15 °C) ; une valeur inférieure à 1 correspond à un jour calendaire moins minéralisant que la référence alors qu’une valeur supérieure à 1 correspond à un jour calendaire plus minéralisant que la référence.

Les jours normalisés sont actuellement utilisés dans la plupart des modèles de cultures comportant un compartiment « sol » détaillé comme STICS (Inra) ou CHN (Arvalis) et ont été intégrés dans les dernières générations d’outils de calcul de dose d’azote, tels AZOFERT (Inra-LDAR-ITB) et FERTIWEB (Arvalis-Aurea). Ils ont permis de valoriser pleinement tous les travaux portant sur l’élaboration de cinétiques « types » de minéralisation de la matière organique, qu’elles proviennent des résidus de culture, de retournement de prairie, des produits résiduaires organiques ou encore de l’humus (voir l’article « Minéralisation en azote des matières organiques du sol : des prévisions plus précises validées sur le terrain » dans ce même numéro).

Des pratiques d’apports d’engrais optimisées

Des travaux récents ont produit un modèle explicatif du coefficient apparent d’utilisation de l’azote (CAU) combinant vitesse de croissance du blé au moment de l’apport, scénario pluviométrique post-apport et forme d’engrais azoté. Ce dernier facteur s’avère fortement relié à la sensibilité différenciée des engrais vis-à-vis des pertes par volatilisation ammoniacale. Ces connaissances ont explicité les conclusions obtenues historiquement sur l’intérêt de fractionner les apports azotés. En complément, des approches probabilistes destinées à déterminer les périodes calendaires optimales d’apports ont été conduites afin d’orienter au mieux les agriculteurs dans leurs pratiques. La dernière enquête « Pratiques de fertilisation azotée sur blé tendre » d’Arvalis indique qu’en 2015, le nombre moyen d’apports d’azote était de 3,32 pour la moitié Nord-Loire de la France, et de 3,35 pour la partie Sud-Loire - des chiffres apportant la preuve que la pratique du fractionnement est bien enracinée dans les systèmes de production actuels.

L’intérêt du fractionnement des apports d’engrais azotés repose non seulement sur une meilleure absorption de l’azote, mais aussi sur un meilleur transfert de cet azote dans le grain afin d’assurer la teneur en protéines exigée par les marchés. De récents travaux sur la GPD et la génétique du blé ont mis davantage en évidence le rôle crucial de la dynamique de l’azote dans ce domaine.

Par exemple, il a été démontré que l’absorption d’azote postfloraison pouvait expliquer jusqu’à 50 % de la variabilité de la GPD. De plus, c’est dans la phase de postfloraison précoce que l’absorption d’azote influerait le plus sur la concentration en protéines indépendamment du rendement. Ces résultats ouvrent la porte à une gestion plus fine de la nutrition azotée en fin de cycle.

Une avancée technologique améliorant l’efficacité de l’urée

Le marché français des engrais azotés minéraux se partage selon trois principales formes : les ammonitrates, la solution azotée et l’urée solide. Jusqu’en 2012, aucune innovation dans les technologies des engrais n’avait apporté de gain technico-économique significatif. Puis, en 2012, a été commercialisée la première urée additionnée d’un inhibiteur de l’uréase, le NBPT, qui ralentit l’hydrolyse de l’urée en ion ammonium. Le NBPT réduit donc les pertes d’azote par volatilisation ammoniacale, premier processus responsable de la perte d’efficacité des engrais azotés (voir l’article « Fertilisation azotée sur blé : les inhibiteurs de l’uréase réduisent la volatilisation ammoniacale »).

L’offre commerciale s’est rapidement étoffée et, à l’heure actuelle, au moins quatre industriels proposent cette technologie. Les études agronomiques entreprises par Arvalis ont montré que cet additif ramène l’efficacité de l’urée au niveau, voire au-delà, de celle de l’ammonitrate (figure 2). Cette innovation technologique a augmenté l’efficacité de l’azote apporté en conciliant pertinence technico-économique et bénéfice environnemental (en l’occurrence, en réduisant les émissions d’ammoniac). Cet exemple doit encourager la recherche privée et publique à explorer plus avant cette voie des engrais modifiés, et plus généralement celle des formulations d’engrais innovantes, des additifs et des produits alternatifs de nutrition (type biostimulants).

De nouveaux outils de raisonnement et de pilotage de l’azote

Depuis sa création, la méthode du bilan prévisionnel de l’azote a servi de socle à tous les outils de raisonnement mis à la disposition des agriculteurs ; elle a aussi été intégrée dans le cadre réglementaire de la directive Nitrates. Bien qu’ayant rendu de grands services, ses limites agronomiques posent actuellement question. En particulier, l’absence de prise en compte des conditions climatiques de l’année en temps réel sur les fournitures d’azote du sol est en décalage avec toutes les connaissances scientifiques acquises depuis 15 ans.

Pour pallier cette situation, de nouveaux outils basés sur un bilan d’azote dynamique ont récemment vu le jour comme AZOFERT ou FERTIWEB Dynamic. Ils permettent une gestion plus fine des apports tout en restant dans le cadre général d’un bilan de masse prévisionnel de l’azote du sol.

Les premiers outils de pilotage des apports d’azote en cours de culture, apparus au début des années 1990, étaient basés sur l’analyse de jus de bas de tige. La teneur en chlorophylle a ensuite été mesurée par transmittance (avec YARA N-Tester, par exemple,) puis par réflectance (comme avec FARMSTAR d’Arvalis-Airbus-Terres Inovia). Ces outils augmentent significativement la proportion de conseils de doses proches de l’optimum comparativement à l’utilisation d’un bilan prévisionnel seul. Les programmes de recherche se poursuivent pour améliorer sans cesse leurs performances.

Nous sommes aujourd’hui à l’orée d’un vrai changement d’époque qui exploitera toutes les possibilités offertes par les nouvelles technologies : puissance de calcul au service des modèles de culture, capteurs de télédétection spectraux et hyperspectraux, équipement numérique des exploitations agricoles…. Grâce à ces progrès et aux connaissances agronomiques de mieux en mieux formalisées dans les modèles de culture, il est possible d’imaginer de nouvelles formes d’outils de raisonnement de la fertilisation azotée s’affranchissant des contraintes des outils actuels, en particulier celle de devoir se rapporter à un objectif de production prévisionnel (voir l’article suivant).

Ce sont autant d’atouts pour faire face aux enjeux majeurs de la nutrition azotée des cultures qui devra, plus que jamais, combiner haute performance technico-économique et contribution positive à la diminution des impacts environnementaux.

Cet article est la synthèse d’une présentation des auteurs et de Christine Le Souder, Grégory Véricel et François Laurent (Arvalis) au congrès Phloème - Premières biennales de l’innovation céréalière (24-25 janvier 2018-Paris). La plupart des études citées ont été réalisées dans le cadre de collaborations entre les ICTA (Arvalis, Terres Inovia, ITB) et leurs partenaires - Inra, GEVES, Biogemma, les coopératives, les Chambres d’Agriculture, Airbus, Yara, Aurea, UFS et les semenciers. Plusieurs projets ont été soutenus financièrement par les fonds CASDAR, FSOV, ADEME, ANR, PIA et CIFFRE.