Efficience d’utilisation de l’azote pour concilier capacité nourricière de la planète et soutenabilité

La capacité nourricière de l'agriculture mondiale dépend de la superficie agricole totale disponible et de la quantité d’aliments consommables par l’Homme produits par hectare, déterminant ce que l'on appelle le "rendement alimentaire". Aujourd'hui, l'agriculture occupe près de 40 % des terres libres de glace : une multiplication par dix en vingt siècles. Cependant, les surfaces en terres agricoles et le niveau des rendements ne sont pas illimités face à l’augmentation de la population mondiale.

L'expansion des terres agricoles sur la Terre n’est pas considérée comme une option soutenable. L’augmentation des rendements alimentaires, exprimés par hectare, est limitée par les contraintes physiologiques des plantes et des animaux d’élevage et par la disponibilité de nutriments, en particulier de l’azote.  
La disponibilité mondiale en azote et la productivité des cultures ont augmenté de façon spectaculaire depuis le développement des engrais azotés chimiques à base d’énergie fossile au début du XXe siècle. Cela a permis de dissocier les dynamiques de croissance de la population mondiale et d'expansion des terres agricoles (augmentation de la productivité par hectare). Ce découplage, combiné à une mauvaise efficacité de l'utilisation de l'azote en agriculture, a eu pour effet secondaire de déclencher une pollution massive à l'échelle mondiale, avec des effets environnementaux néfastes pour le climat, les ressources en eau, la qualité de l'air, la biodiversité, les services écosystémiques ainsi que la santé humaine.

Les auteurs de cette étude ont développé un modèle qui intègre les principaux facteurs qui favorisent ou limitent la capacité nourricière de la planète et la pollution azotée associée. Ce modèle permet de simuler les limites alimentaires mondiales (selon le régime de fertilisation :  organique ou industrielle.

Les résultats des simulations indiquent que la surface agricole actuelle pourrait nourrir entre 8 et 20 milliards de personnes dans le cas d'une fertilisation industrielle et entre 3 et 14 milliards dans le cas d'une fertilisation organique. Ces amplitudes très élevées s’expliquent avant tout par le niveau de compétition entre alimentation humaine et animale (feed/food) – fonction de la composition des régimes alimentaires humains – la part des prairies ou des surfaces cultivées et, dans le cas de la fertilisation organique, par l'efficacité d'utilisation de l'azote. Dans ce cadre, la capacité nourricière est une propriété globale, indépendante de la distribution spatiale des spécialisations agricoles, dont l’hétérogénéité (surplus et déficits locaux) est gommée par le commerce mondial.

Les résultats mettent en exergue le rôle clé que joue l’élevage dans le cycle de production. En particulier, la capacité nourricière de la planète est maximisée quand il n’y a pas de compétition feed/food. Les simulations indiquent que cela conduit à une réduction importante de la part des protéines animales dans les régimes (entre 20 à 43 % de réduction). Cependant, cela n’implique pas nécessairement d’adopter des régimes végan (absence totale des protéines animales dans les régimes alimentaires), dans la mesure où l’élevage peut se baser sur l’utilisation des prairies et des coproduits de culture. Par ailleurs, les systèmes de production animale jouent un rôle majeur dans l’adéquation entre la disponibilité totale de l’azote et celle nécessaire aux systèmes de cultures, en assurant une production de fertilisants précieuse pour les terres arables, notamment conduites en agriculture biologique. Dans tous les cas, à superficie totale constante, l’augmentation de la productivité des terres peut se partager entre élévation de la capacité nourricière et réduction de la part de terres cultivées au profit des prairies avec des effets bénéfiques associés sur la séquestration du carbone et les services écosystémiques.

L'amélioration des rendements alimentaires en synergie avec celle de l'efficacité d'utilisation de l'azote sont nécessaires mais restent un grand défi pour le 21^ème siècle. Cela suppose de considérer simultanément les dynamiques d’augmentation de la population, les changements dans l’utilisation des terres arables et le cycle de l’azote pour réduire le niveau de pollution dans les limites de soutenabilité à l’échelle planétaire. L’efficience d’utilisation de l’azote est également essentielle pour réduire les écarts de productivité entre agriculture organique et industrielle. L’élevage joue un rôle majeur pour relever ces défis,  à condition qu’il utilise préférentiellement les prairies et les coproduits pour l’alimentation des animaux.