Sécurité alimentaire et changement climatique : la fertilisation principal levier d action

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1 D O S S I E R T E C H N I Q U E Sécurité alimentaire et changement climatique : la fertilisation principal levier d action JUIN 2014

2 Acronymes ACV ADEME AEE BAT BPA Analyse du cycle de vie Agence de l environnement et de la maîtrise de l énergie Agence européenne de l environnement Best available technology Bonnes pratiques agricoles SSP UE UNIFA UTCF Service de la statistique et de la prospective du Ministère de l agriculture Union européenne Union des industries de la fertilisation Utilisation des terres, leurs changements et la forêt CE Commission européenne CITEPA Centre interprofessionnel technique d études de la pollution atmosphérique COMIFER FAO Comité français d étude et de développement de la fertilisation raisonnée Organisation des nations unies pour l alimentation et l agriculture CH 4 CO 2 H 2 K 2 O Mg Méthane Dioxyde de carbone Hydrogène Elément Potassium Magnésium GES GIEC IFA MTD Gaz à effet de serre Groupe d experts intergouvernemental sur l évolution du climat International fertilizer industry association Meilleures technologies disponibles MgO N N 2 N 2 O NH 3 NH 4 NO Oxyde de magnésium Elément Azote Azote de l air Protoxyde d azote Ammoniac Ammonium Monoxyde d azote ONU PAC Organisation des nations unies Politique agricole commune NO 3 P 2 O 5 S Nitrate Élément phosphore Soufre Remerciements Fertilizers Europe, éditeur de la brochure «Energy efficiency and greenhouse gas emissions in European nitrogen fertilizer production and use» (2014).

3 Sécurité alimentaire et changement climatique : la fertilisation, principal levier d action Résumé Les engrais minéraux sont un composant essentiel de l agriculture durable. Ils sont utilisés pour ajuster l apport d éléments nutritifs nécessaires à la croissance optimale des plantes, une fois prises en compte les quantités minéralisées à partir de la matière organique du sol. Cependant, l industrie des engrais consomme de l énergie et émet du dioxyde de carbone (CO 2 ) et d autres gaz à effet de serre (GES). Les émissions de GES lors de la production et de l utilisation des engrais ne doivent pas être évaluées indépendamment des bénéfices apportés à la production agricole. Ce dossier étudie l impact des engrais en termes de GES émis ou fixés, aussi bien lors de leur production et transport que de leur utilisation et valorisation par les cultures. Le bilan énergétique des grandes cultures est positif, car c est dans la nature même de la production végétale de convertir l énergie solaire en énergie contenue dans la biomasse des cultures. Une utilisation appropriée d engrais minéraux améliore nettement ce bilan énergétique. Selon les cultures, l utilisation d engrais permet de fixer 10 à 15 fois plus d énergie que celle mobilisée pour la production, le transport et l application de ces engrais. Si l énergie contenue dans la biomasse produite est utilisée sous forme de biocarburant, elle se substitue à une partie du carburant fossile et limite ainsi les émissions de CO 2. La production et l utilisation responsable d engrais minéraux dans l agriculture est un élément essentiel dans la sécurité alimentaire mondiale, ils apportent aussi une partie de la solution au changement climatique. Ce dossier s intéresse donc à l impact des engrais sur les gaz à effet de serre mis en cause dans le changement climatique et à la réduction des émissions grâce aux nouvelles technologies de l industrie et aux progrès du raisonnement et des pratiques de fertilisation en agriculture. Abstract The use of mineral fertilizer is an essential component of sustainable agriculture. Mineral fertilizers are applied in order to balance the gap between the nutrients required for optimal crop development and the nutrients supplied by the soil and by available organic sources. On the other hand, the fertilizer industry is a consumer of energy and an emitter of carbon dioxide (CO 2 ) and other greenhouse gases (GHG). However, the GHG emissions during the production and use of the fertilizers should not be evaluated without considering the benefits from fertilizers in agricultural production. This paper therefore investigates the climate change impacts of fertilizers including their production, transportation and use. The energy balance of crop production is positive, because it is the nature of crop production to convert solar energy into crop biomass. Appropriate use of mineral fertilizer further improves this positive energy balance. Depending on the crop, fertilizer application helps to fix 10 to 15 times more energy than the production, transportation and application of the fertilizer consumes. If the energy contained in the biomass produced is used as bio-fuel, it replaces fossil fuels and thereby mitigates CO 2 emissions. The responsible production and use of mineral fertilizers in agriculture should be considered not only as an essential part of the global production of food, but also as part of the solution for climate change problems. The paper will address the impact of fertilizers on climate change and how new production technology and optimum fertilizer application lead to significant improvements in the GHG balance of crop production

4 Sommaire I Introduction... page 03 II Fertilisation, photosynthèse et productivité des surfaces cultivées... page 04 III L UE de plus en plus dépendante pour son alimentation... page 06 IV L agriculture à la fois puits et source de gaz à effet de serre (GES)... page 08 V La fertilisation dans le total des émissions de GES des productions végétales... page VI Réduire les émissions de GES au stade de la production industrielle... page 14 VII Améliorer l activité biologique des sols et réduire leur émission en N page 16 VIII Réduire les émissions de GES à la suite de l apport d azote... page 17 IX La politique européenne : le paquet Énergie-Climat page 18 X Bilan Carbone Unifa et leviers d action... page 20 XI Conclusion... page 22 XII ANNEXE Références européennes sur les GES et l énergie consommée pour la production et l utilisation des principaux engrais... page 24 Cette brochure est téléchargeable sur

5 I. Introduction «La sécurité alimentaire existe lorsque tous les êtres humains ont, à tout moment, un accès physique et économique à une nourriture suffisante, saine et nutritive leur permettant de satisfaire leurs besoins énergétiques et leurs préférences alimentaires pour mener une vie saine et active» FAO, L agriculture française et européenne contribue très largement à assurer la sécurité alimentaire de l humanité. Les besoins continuent de croître fortement avec la démographie et l enjeu reste prioritaire selon la FAO qui évalue le nombre de personnes mal nourries à 870 millions sur la planète. Les cultures ont besoin d eau et d éléments nutritifs pour leur développement et leur croissance. Elles les prélèvent dans le sol par leurs racines et les exportent dans les récoltes. La fertilisation nait du besoin de rendre au sol les éléments nutritifs qui lui sont retirés pour continuer à bien nourrir les plantes et entretenir sa fertilité Selon les estimations d une étude récente réalisée par Erisman et al. (2008), la moitié environ des besoins alimentaires de la population mondiale est produite grâce à l utilisation des engrais minéraux azotés en particulier. Les plantes transforment l azote minéral en protéines végétales à la base de toute la chaine alimentaire. L agriculture n est pas seulement une activité humaine fondamentale courant des risques du fait du changement climatique, elle est aussi l un des principaux émetteurs de gaz à effet de serre. En revanche, elle présente un très grand potentiel de réduction de ses émissions et une formidable opportunité comme puits de stockage de carbone. La ressource en surfaces agricoles est limitée à l échelle de la planète et la productivité des cultures devra être améliorée grâce à une utilisation optimale de l eau et des éléments nutritifs fournis aux plantes. La fertilisation mobilise des ressources naturelles et nécessite de l énergie à l origine d émissions de gaz à effet de serre. Ce dossier porte sur l impact de la production et de l utilisation d engrais minéraux sur le changement climatique et sur les moyens d actions possibles pour réduire les émissions de gaz à effet de serre. Le raisonnement plus précis de la fertilisation constitue un levier central de progrès pour répondre à cet enjeu tout en contribuant à la sécurité alimentaire mondiale.

6 II. Fertilisation, photosynthèse et productivité des surfaces cultivées La nutrition des plantes est le premier facteur de productivité des cultures. L efficacité de la photosynthèse est optimisée sur les surfaces actuellement cultivées ce qui préserve les espaces naturels, forêts et prairies. La disponibilité des éléments nutritifs en quantité suffisante dans le sol est une condition préalable à la croissance des végétaux et par conséquent à la productivité des surfaces de cultures et de prairies. L utilisation d engrais minéraux comme source d éléments nutritifs en complément des apports organiques est un maillon essentiel de l agriculture durable. Les engrais minéraux sont utilisés pour ajuster l apport d éléments nutritifs nécessaire à la croissance optimale des plantes une fois prises en compte les quantités minéralisées à partir de la matière organique du sol, des résidus de culture et d autres sources organiques. Les récoltes exportent des éléments nutritifs contenus dans les grains, les tiges ou les racines qui ont été prélevés dans le sol par les plantes. Sans apport, le sol s appauvrit. Il est donc indispensable de réintroduire des éléments nutritifs pour que le sol puisse continuer de produire à long terme. La fertilisation regroupe l ensemble des pratiques qui contribue au maintien de la fertilité des sols et à la nutrition des plantes. Apport des déchets des cultures et des engrais organiques Substances organiques, terreau Minéralisation N NPK P Sol K S... Mg Les déchets des cultures sont décomposés en minéraux Pour 1 ha, 8 tonnes de blé tendre récoltées à 11,5% de protéines exportent par les grains (COMIFER 2007): 137kg d'azote (N) 52kg de phosphore (P ) ou 23kg (P) 40kg de potassium (K 2 0) ou 33kg (K) 10kg de magnésium (MgO) ou 6kg (Mg) Sans compter les pertes d'éléments nutritifs au cours du cycle naturel de ces éléments dans la nature En , l agriculture mondiale a utilisé 176 millions de tonnes d éléments nutritifs apportés par les engrais minéraux, comprenant de l azote (N), du phosphate (P ) et du potassium (K 2 0) (source IFA, 2013). La France utilise seulement 1.8 % de ce tonnage soit 3.2 millions de tonnes représentant 121 kg par hectare de surface agricole fertilisable (sources SSP et UNIFA). L utilisation d engrais a diminué de 48 % en France depuis vingt ans mais la baisse est plus forte pour les phosphates et le potassium que pour l azote (schéma 1). schéma 1. Livraisons d engrais en France, en milliers de tonnes d éléments nutritifs 3000 Milliers de tonnes d'éléments Source : UNIFA Azote Potassium Phosphore

7 Disponibilité des éléments nutritifs et besoins des plantes Le sol peut naturellement fournir des éléments minéraux nécessaires aux végétaux mais la quantité va dépendre du type de sol, de la roche mère et de l histoire de la fertilisation sur chaque parcelle. Ceci implique que la disponibilité en éléments ne soit pas toujours équilibrée. De plus, le manque d un seul nutriment peut limiter sévèrement la croissance des plantes. Les engrais minéraux permettent une application ciblée de chaque élément nutritif à des doses précises car ils combinent un ou plusieurs éléments dans leurs formules à des teneurs garanties. Ils contribuent ainsi à fournir une nutrition équilibrée aux cultures tout en améliorant la fertilité du sol. Le schéma 2 illustre les tendances mondiales de croissance de la production de céréales, de la population mondiale, de l utilisation d engrais et des terres arables selon les projections de l Organisation des Nations Unies pour l Alimentation et l Agriculture (FAO). La population mondiale devrait atteindre plus de 8 milliards d habitants d ici 2030, ce qui représente une augmentation de 40 % comparé au milieu des années 90 (FAO 2003). Durant le même laps de temps, il est prévu que la production de céréales augmente de 50 % afin d améliorer la sécurité alimentaire mondiale. Cette augmentation suit aussi l amélioration du niveau de vie en moyenne, qui entraîne une demande alimentaire plus diversifiée comportant plus de produits et de protéines d origine animale. Comme l augmentation de la surface des terres arables disponibles ne pourrait dépasser 7 % selon la FAO, l amélioration de la productivité des terres agricoles est essentielle pour satisfaire la demande croissante en nourriture et en aliments pour animaux. Augmenter la productivité des cultures par unité de surface Erisman et al. (2008) estiment qu à l heure actuelle la moitié des besoins alimentaires (48 %) de la population mondiale est produite grâce à l utilisation des engrais minéraux azotés. Si l on prend en compte les tendances historiques et les projections pour les années à venir publiées par Smil (2001), la FAO (2003, 2006a) et Erisman et al. (2008), la contribution des engrais minéraux à la production alimentaire mondiale devrait même augmenter. Des apports appropriés en fertilisants d origine organique et minérale sont nécessaires pour maintenir un approvisionnement suffisant en nourriture, schéma 2. Prévisions de croissance de la production de céréales, de la population mondiale, de l utilisation d engrais et des terres arables (Fao, 2003) Augmentation relative (%) Production de céréales (+50%) Population (+40%) Utilisation d'engrais (+37%) Terres cultivables (+7%) aliments pour animaux, énergie renouvelable et biomatériaux dans le monde. Les progrès de la productivité visant à augmenter la production par unité de surface permettent de limiter le changement d affectation des terres, comme la conversion de forêts en espaces agricoles. Ces changements d affectation sont considérés comme une menace d ampleur mondiale qui amplifie le changement climatique (relarguage du stock en carbone des sols) et menace la biodiversité qui souffre de la disparition d habitats naturels pour la faune et la flore (Bellarby et al., 2008). Comme toutes les activités humaines, la production agricole dans son ensemble et l utilisation des fertilisants en particulier ont une empreinte environnementale. L empreinte des engrais azotés est principalement due à l émission de gaz à effet de serre au stade de la production industrielle et aussi de l utilisation dans les champs ainsi qu à l eutrophisation et à l acidification des écosystèmes naturels et seminaturels. Dans les chapitres suivants, nous mettrons l accent sur les émissions de GES de l agriculture et de la production végétale plus précisément (empreinte carbone) et sur le rôle des engrais azotés en particulier

8 III. L UE de plus en plus dépendante pour son alimentation L amélioration de la productivité de l agriculture européenne permettrait de limiter la dépendance de l UE pour son alimentation. Dans les années 2000 cette dépendance s est aggravée et l Union Européenne utilise l équivalent de 34 millions d ha de terres agricoles sur d autres continents pour se nourrir. Dans un contexte de ressources rares (terres, eau, énergie) au plan mondial, l Europe doit préserver sa sécurité alimentaire basée sur une agriculture compétitive (Von Witzke, 2010) La demande globale de nourriture est susceptible de doubler durant la première moitié du 21 e siècle (VON WITZKE et autres, 2008). Cette demande croissante peut être satisfaite en augmentant la surface cultivée ou en produisant davantage sur les terres déjà cultivées. Des années 60 aux années 80, environ 80 % de l accroissement de l offre de produits alimentaires ont été obtenus par l augmentation de la productivité et seulement 20 % par l accroissement des surfaces cultivées. Comme les terres disponibles pour la production alimentaire sont limitées à l échelle mondiale, la croissance de la production nécessaire pour satisfaire des besoins alimentaires plus importants reposera davantage sur l augmentation de la productivité que sur celle des surfaces. L Union européenne est un importateur net de nourriture. Ses importations nettes ont augmentées sensiblement durant la dernière décennie. En fait, l Union européenne est le premier importateur mondial - en valeur - de produits alimentaires devant la Chine. Par conséquent, l Union européenne est aussi un grand consommateur de schéma 3. Quantités agricoles d exportation et d importation, EU-27, (en millions de tonnes) Source : Eurostat Exports Imports terres agricoles cultivées sur d autres continents pour satisfaire ses besoins. Cette utilisation des terres outre le problème éthique qu il pose, entraine des impacts environnementaux liés à l expansion des surfaces cultivées au détriment d espaces naturels prairiaux ou forestiers : perte d habitats et de biodiversité, relarguage de CO 2 à partir du stock de carbone organique des sols Si la productivité agricole en Europe progressait de 0,3 % par an en grandes cultures, cela améliorerait la sécurité alimentaire. L importation nette de l Union européenne pourrait diminuer de - 15 % en 10 ans soit une diminution de l utilisation des terres de 5,3 millions d hectares sur les autres continents. L UE est le premier importateur mondial de produits alimentaires Le solde commercial en termes de quantité est présenté sur le schéma 3. Depuis dix ans, les importations ont tendance à augmenter alors que les exportations sont stables. L UE exporte surtout du blé et de l orge mais elle est structurellement importatrice de maïs, d huiles ou de graines oléagineuses, de tourteaux ou de grains protéagineux, de sucre et de produits tropicaux. Les quantités de produits agricoles et de produits alimentaires échangées ont été traduites par VON WITZKE en surfaces équivalentes de terres arables pour les exportations comme pour les importations. Les résultats de ce calcul apparaissent sur le schéma 4. Le solde du commerce européen équivaut à un besoin de 35 millions d hectares de cultures sur d autres continents. Les exportations européennes représentent l équivalent de 14 millions d hectares en , ce chiffre a baissé de 17 % au cours de la période de temps considérée. Les importations ont progressé

9 schéma 4. Quantités de produits échangées traduites en terres cultivées (en millions d hectares) Terres cultivées exportées Terres cultivées importées 1999 / / / / 2008 Blé Maïs Autres céréales Riz Huile de palme Autres oléagineux Canne à sucre Café, Cacao, Thé Fruits Soja Légumes Autres de 15 % et représentent l équivalent de presque 49 millions d hectares. En 2007/08, le solde des échanges européens traduit en surface s est élevé à presque 35 millions d hectares. C est une augmentation de presque 10 millions d hectares (ce qui équivaut presque à la surface du Portugal) soit 40 % en comparaison à 1999/2000. Ainsi, l Union Européenne consomme sur d autres continents une surface correspondant à environ un tiers de son propre espace agricole cultivé. Cette surface correspond à peu près au territoire de l Allemagne (35,7 millions d ha). La croissance des importations s explique par une plus grande utilisation du soja et des produits annexes (3,7 millions d hectares supplémentaires), des céréales secondaires (+2,7 millions d hectares), du blé (+1,6 million d hectares) et du maïs (+1,5 million d hectares). L huile de palme (+1,0 million d hectares) a aussi contribué à l augmentation des importations nettes traduites en surfaces agricoles. L augmentation de la productivité est un facteur clé pour relever les défis globaux L augmentation de la productivité de l agriculture dans l Union européenne comme sur les autres continents est la clef pour faire face à trois défis à l échelle mondiale : Le premier défi est la lutte contre l extrême pauvreté et la faim (1er objectif du millénaire pour le développement, ONU 2000). Les analyses économiques prévoient une hausse des prix agricoles d environ 15 à 30 % à moyen terme. Cependant, la hausse des prix des énergies pourrait entrainer une augmentation encore plus forte du prix des produits. Même s il est souhaitable que les pays pauvres contribuent davantage à satisfaire d abord par eux-mêmes à leurs besoins en nourriture, il est devenu évident que certains de ces pays - même dans le meilleur scénario - ne seront pas prêts à devenir autosuffisants durant les prochaines décennies. En fait, on s attend à ce que l importation de nourriture par les pays en voie de développement quintuple entre 2000 et 2030 (BRUINSMA, 2003). Par conséquent, les pays développés ont le devoir d améliorer leur productivité pour réduire leur dépendance et pour permettre à tous les pays d accéder aux ressources pour se nourrir. Le deuxième défi est celui de l utilisation des terres. Le cours plus élevé des matières premières agricoles incite à augmenter la surface agricole cultivée. Mais déjà aujourd hui la déforestation et d autres formes de changement d utilisation des terres contribuent plus au réchauffement global que l agriculture au plan mondial. Enfin, le troisième défi est celui de la biodiversité. L augmentation de la productivité sur les terres actuellement cultivées est également un moyen pour la conservation des habitats naturels. Elle permet aux agriculteurs de fournir des biens publics environnementaux et des services tels que le maintien d espaces de protection de la nature, des eaux et de la biodiversité tout en assurant un approvisionnement nécessaire à la sécurité alimentaire (DE L ESCAILLE et CAPRI, 2010). Ceci est valable pour l Union européenne et pour le monde entier

10 IV. L agriculture à la fois puits et source de gaz à effet de serre Seul secteur à pouvoir réduire ses émissions, stocker du carbone dans les sols et produire des bioressources et des énergies renouvelables, l agriculture française a réduit ses émissions de 7 % de 1990 à Dans l UE, l agriculture représente 9.6 % des émissions. L amélioration de la productivité des terres agricoles a permis depuis 50 ans une augmentation des surfaces en forêt réalisant un puits de 50 Mt eq CO 2 en Les émissions de gaz à effet de serre de l UE ont diminué de % entre 1990 et L UE est en voie de respecter son engagement de 8 % de réduction inscrit dans le protocole de Kyoto mesuré sur par rapport à la référence de Tous les secteurs ont réduit leurs émissions sauf les transports et le bâtiment. 1. Depuis 2003, les émissions diminuent régulièrement dans l UE D après le rapport 2010 de l Agence Européenne de l Environnement, les émissions diminuent sous l effet des politiques énergétique et industrielle engagées depuis une dizaine d années. Le système des quotas d émission mis en place dans l industrie a accompagné les efforts de réduction d émissions dans ce secteur. La production et l utilisation d énergie (électricité, chauffage ) et les transports sont de très loin les secteurs les plus émetteurs. L agriculture européenne ne représente directement que 9.6 % des émissions des gaz à effet de serre en Les émissions diffuses de ce secteur sont principalement liées au méthane CH 4 et au protoxyde d azote N 2 O en provenance des élevages et des sols agricoles. Ces deux gaz représentent respectivement 8.3 % et 7.3 % du total des émissions loin derrière le dioxyde de carbone CO 2 émis par les autres secteurs. 2. L agriculture participe à la réduction des émissions L agriculture dans l UE a réduit ses émissions de % entre 1990 et 2011 mais une partie de cette baisse provient de la grave récession qui a affecté les pays de l ancien bloc de l Est avant qu ils ne rejoignent l Union Européenne dans les années L agriculture française a réduit ses émissions de -7 % et contribue pour 22 % aux émissions de ce secteur dans l UE en La France dispose du plus grand territoire cultivé et élève un des plus grands cheptels. La valeur de sa production en 2011 à 72 milliards d représente 18 % du total de la production européenne soit le même ordre de grandeur que sa part dans les émissions du secteur. schéma 5. répartition des émissions de GES par sources principales et par gaz en 2008 dans l UE 8,3 % 9,6 % 2,8% 0,2 % 32,6 % Fourniture d'énergie Utilisation d'énergie (hors transport) 8,3 % 7,3% 1,7% CO 2 Transport CH 4 Industrie N 2 O 19,5 % Agriculture Gaz fluorés 27,0 % Déchets Autres 82,8 % Source : Agence Européenne de l Environnement

11 schéma 6. évolution des émissions par secteur, depuis 1990 Dans l UE Mt eq CO Fourniture d'énergie par les ruminants. Cette émission diffuse est très variable et difficile à mesurer en station expérimentale. C est pourquoi on utilise un facteur de 1.25 % appliqué à toutes les tonnes d azote apporté aux sols pour calculer les émissions directes des sols (GIEC 1995). Ce calcul est assorti d une grande incertitude. Par ordre d importance, l azote apporté est celui des engrais, des effluents d élevage et des résidus de culture y compris ceux des légumineuses qui fixent de l azote de l air. La meilleure efficacité de la fertilisation azotée d origine minérale et organique a permis de diminuer les quantités apportées aux cultures et aux prairies ce qui entraine une réduction de l émission calculée de N 2 O. Utilisation d'énergie (hors transport) Aviation Internationale et Transport maritime Transport Industrie Agriculture Déchets Source : Agence Européenne de l Environnement La réduction d émission de méthane a été obtenue grâce à une amélioration de la productivité par animal qui limite l émission moyenne par litre de lait ou kilo de viande produite. L émission de N 2 O des sols est liée à l activité microbiologique comme l éructation de méthane 3. Sources et puits pour les gaz à effet de serre L émission moyenne par habitant est de 7.5 t eq CO 2 /an en France contre 9.0 t/an dans l UE en La France vient au 4ème rang européen à 474 Mt eq CO 2 derrière l Allemagne, la Grande Bretagne et l Italie. L ensemble des secteurs à l exception des transports contribue à la réduction des émissions depuis Avec 36 % de réduction l industrie apporte la plus forte contribution à la réduction des émissions nationales schéma 7. evolution des émissions de GES en France par secteur entre 1990 et 2011 Énergie (production transformation) 53Mt Industrie 102Mt (-27%) (-36%) Transports 132Mt Bâtiment 86Mt (-4%) Agriculture/ Sylviculture 100Mt (-7%) (+11%) Source : CITEPA

12 Ensemble, la sylviculture et l agriculture gèrent 82 % du territoire de la métropole. Depuis 1950, la forêt française qui stocke du carbone a gagné près de 5 millions d ha. L agriculture est le seul secteur qui peut à la fois réduire ses émissions de GES, stocker du carbone directement ou indirectement en laissant la place à la forêt et produire des énergies renouvelables. En 2011, 50 Mt eq CO 2 sont comptabilisées en puits selon la méthodologie dite de l UTCF (Utilisation des Terres, leurs Changements et la Forêt). Cet effet puits compense 11 % du total des émissions françaises. Il est possible de réserver une place plus grande à la forêt et aux espaces naturels si dans le même temps la productivité des terres cultivées continue de progresser. L occupation des territoires doit intelligemment combiner les fonctions de production agricole, de stockage de carbone et de protection des ressources et de la biodiversité. De plus la biomasse utilisée pour la production d énergies renouvelables est évaluée en 2011 à 53 Mt eq CO 2 représentée par le bois, les biocarburants et les déchets organiques. Cet usage évite d émettre du carbone fossile contenu dans le pétrole ou le gaz mais le bilan doit aussi tenir compte d éventuels changements d utilisation des terres. La photosynthèse fixe du CO 2 qui est ensuite relâché dans l air au moment de la combustion dans un cycle court sans effet sur l augmentation de la concentration atmosphérique de ce gaz schéma 8. émissions atmosphériques par secteur en France (en Mt eq CO 2 ) * Transformation énergie Industrie manufacturière Résidentiel / tertiaire Agriculture / sylviculture Transport routier Autres transports Utilisation des Terres et Forêts Source : CITEPA * Estimation préliminaire

13 V. La fertilisation dans le total des émissions de GES des productions végétales La fertilisation raisonnée a pour objectif d optimiser la nutrition des plantes et d entretenir la fertilité des terres. La production et l utilisation de fertilisants est à l origine d une part importante des émissions liées aux productions végétales. Il est possible de réduire ces émissions particulièrement pour les engrais azotés au stade de la production industrielle et au champ. De nombreux essais au champ ont été mis en place afin d étudier l impact des différents niveaux d apport d engrais azotés sur la productivité. Outre la réponse en termes de rendement, les impacts environnementaux tels que les pertes de composés azotés vers l air et l eau, la consommation d énergie fossile ou les émissions de GES ont également été analysés en relation avec la dose d azote. Les résultats présentés dans ce dossier sont basés sur une étude Analyse du Cycle de Vie (ACV) (Brentrup et al., 2004). Cette étude est basée sur les données provenant de la comparaison, à long terme, des doses croissantes d application d ammonitrate sur blé d hiver ( Broadbalk Experiment à Rothamsted Research, RU, cf. schéma 9). Le rendement du grain est passé de 2,1 tonnes/ hectare sans apport d azote à 9,3 tonnes/hectare avec une application de 240 kg d azote par hectare. La dose économique optimale d azote est d environ 195 kg d azote par hectare (aux prix actuels du blé et des engrais azotés). L analyse suivante compare trois intensités de production, à savoir : «zéro azote» (0 kg d azote par hectare avec une productivité de 2,07 tonnes de grain par hectare), «50 % de la dose à l optimum» (96 kg d azote par hectare donnant 7,11 tonnes de grain par hectare), «dose à l optimum économique» (192 kg d azote par hectare donnant 9,25 tonnes de grain par hectare). L engrais azoté utilisé pour cet essai au champ est l ammonitrate schéma 9. La réponse du blé tendre d hiver à l application croissante d azote dans un essai à long terme 10 Rendement du blé (t/ha) 100 % de la dose optimum % de la dose optimum 4 Dose à l'optimum économique 2 Témoin O azote Dose d'apport d'azote (kg N/ha) Source : Broadbalk Experiment, rendements moyens entre , Rothamsted, RU, Brentrup et al., 2004

14 Le schéma 10 indique l empreinte carbone par hectare lorsqu on applique une approche ACV prenant en compte toutes les émissions de GES, à savoir les GES émis par l approvisionnement des matières premières (gaz naturel, autres énergies), la production et le transport des moyens de production (engrais, pesticides, machines, semences), et les interventions de l agriculteur (semis, récolte, etc.). Des valeurs moyennes correspondant aux technologies de production en Europe ont été utilisées d après Jenssen et Kongshaug (2003), pour la production d engrais. Les empreintes carbone (émission de GES en tonne de CO 2 ) pour la dose à l optimum économique, à 50 % de cette dose et sans aucun apport d azote sont respectivement de 2 516, et 295 kg de CO 2 eq/hectare soit 272, 221 et 143 g de CO 2 eq/kg de grain de blé. Les cultures fixent environ 1,6 tonne de dioxyde de carbone par tonne de biomasse via la photosynthèse (Greef et al., 1993). A la dose de l optimum économique on estime la biomasse totale du blé à 18,5 tonnes/hectare (grain, paille et chaume) soit 29,6 tonnes de CO 2 par hectare fixées dans la biomasse, c est-à-dire presque 12 fois la quantité de GES émise pour produire du blé sur un hectare. Si la paille est utilisée comme source d énergie renouvelable (par ex. pour produire de la chaleur), elle se substitue à la combustion de carburants fossiles. Il en résulte une économie substantielle d émissions de CO 2. Cependant, la plupart des céréales sont, jusqu à présent, toujours consommées sous la forme de nourriture pour les humains ou d aliments pour animaux. Dans ce cas, la fixation du CO 2 n est que de courte durée et n est donc normalement pas considérée comme devant être prise en compte. La demande en céréales va continuer de progresser dans le monde. Si l on prend pour hypothèse les émissions de gaz à effet de serre liées à la production de blé (en kilo CO 2 eq par hectare) schéma 10. à gauche Émissions liées à la production et au transport des moyens de production à différentes intensités de fertilisation azotée kg eq CO 2 /ha schéma 11. à droite Émissions liées à la production et au transport des moyens de production et au changement d affectation des terres, à différentes intensités de fertilisation azotée CO 2 eq émis par l'utilisation de terres supplémentaires pour compenser les faibles rendements 4000 kg eq CO 2 /ha sans azote 50% de la dose optimum dose à l'optimum économique 0 sans azote 50% de la dose optimum dose à l'optimum économique

15 actuelle que, dans les pays développés, les agriculteurs utilisent une dose d azote moyenne proche de l optimum économique, respectant ainsi les «bonnes pratiques agricoles» recommandées, toute réduction de l intensité de production doit être compensée par une production sur une surface complémentaire. Dans de nombreux cas, il en résulte des changements d affectation des terres, avec la conversion de forêts ou d espaces naturels en terres agricoles. Le schéma 11 indique les émissions de CO 2 supplémentaires liées à la transformation de forêts tempérées en terres cultivées, afin de compenser la perte de productivité par hectare dus aux traitements «zéro azote»et «50 % de la dose optimum» (selon les données de Bellarby et al., 2008). Les émissions CO 2 eq supplémentaires dues au changement d affectation des terres ont été envisagées sur une période de 100 ans (soit l émission de 2,6 tonnes de CO 2 /hectare/an à partir du stock carbone du sol forestier). Cependant, pour prévenir le changement climatique, il est important de continuer à réduire l empreinte carbone y compris à la dose d azote de l optimum économique qui utilise les ressources de façon plus efficace. Pour cela, des leviers d action existent tant au niveau de la production industrielle des engrais azotés que de leur utilisation au champ Sans apport d azote, le rendement du blé est fortement diminué (2,07 t/hectare) ce qui entraine l obligation d avoir recours à d autres surfaces pour compenser cette perte de rendement et maintenir la production à l échelle de la France ou de l Europe. Ceci conduirait à des émissions de CO 2 quatre fois plus élevées que celles attribuées à un système intensif à l optimum économique. Si l on considère que la ressource en terres cultivées de bonne qualité est limitée, il est évident que le système «zéro azote» n est pas une option viable. Même l option «50 % de la dose optimum» présente une empreinte carbone supérieure si l on prend en compte le recours à des terres supplémentaires pour compenser le rendement plus faible. On peut ainsi en conclure que la production intensive en grandes cultures, qui vise à une utilisation plus efficace des ressources, y compris en terres agricoles, permet d éviter des émissions de GES en empêchant le changement d affectation de forêts ou de prairies en terres agricoles.

16 VI. réduire les émissions de GES au stade de la production industrielle La production des engrais azotés suit actuellement deux voies de progrès : l efficacité énergétique au stade de la synthèse de l ammoniac pour limiter le CO 2 émis lié à l utilisation du gaz naturel, la catalyse dans la production d acide nitrique qui réduit de 70 à 80 % l émission parasite de N 2 O Il est indispensable de bien identifier les sources d émission qui pèsent le plus dans le bilan GES lié à la production d un hectare de blé. L approche de ces émissions par le cycle de vie ACV «du berceau à la tombe» permet de tracer les émissions de GES à leurs sources. Le schéma 12 révèle que les émissions de CO 2 et de N 2 O de la production d engrais azotés ainsi que le N 2 O émis par les sols sont les principales sources de GES. Les émissions de GES lors de la production d engrais azotés proviennent de deux sources : le N 2 O émis par la production d acide nitrique schéma 12. empreinte carbone de la production de blé en kg CO 2 eq par hectare répartie entre les différents gaz à effet de serre et leurs sources le CO 2 émis par l utilisation d énergies fossiles (principalement le gaz naturel CH 4 ) à la fois matière première fournissant de l hydrogène et source énergétique pour provoquer la synthèse de l ammoniac NH 3. Près de 70 % du gaz naturel est utilisé comme matière première pour fournir 60 % de l hydrogène (H 2 ) nécessaire à la réaction avec l azote (N 2 ) de l air, pour synthétiser l ammoniac, les 40 % restant du H 2 proviennent de l eau dans les procédés modernes de reformage à la vapeur. Ces réactions sont presque à leur efficacité théorique maximale. Les 30 autres % du méthane sont utilisés comme source d énergie pour monter la température et la pression dans le tube servant à la synthèse de l ammoniac. schéma 13. émissions de gaz à effet de serre LIÉES À la production d ammonitrate à différents niveaux de technologie de production t eq CO 2 /t de N kg eq CO 2 /ha Principaux leviers d'action pour réduire les émissions N 2 O émis par les sols CO 2 émis par les sols 6 5 4, CO 2 émis par les transports 4 3, Apport d'azote à l'optimum économique N 2 O émis par la production de fertilisants CO 2 émis par la production de fertilisants ,4 Années 70 2,3 Moyenne Europe ,8 1,8 Meilleure technologie disponible aujourd'hui autres GES N 2 O CO 2

17 Le schéma 13 indique les niveaux d émissions de GES de la production d ammonitrate pour différents niveaux de technologie. Améliorer l efficacité énergétique est le principal objectif des nouvelles technologies introduites depuis trente ans dans la production d ammoniac et des engrais azotés. Grâce à l amélioration de la performance énergétique, les émissions de CO 2 ont déjà baissé de 3,4 à 2,3 tonnes de CO 2 par tonne d azote produite. Dans les années 2000, des technologies de catalyse ont permis de réduire de 70 à 80 % les émissions de N 2 O dues à la production d acide nitrique grâce à des systèmes catalytiques qui décomposent à haute température le N 2 O en azote (N 2 ) et en oxygène (O 2 ) inoffensifs. Le recours aux systèmes catalytiques de réduction des émissions de N 2 O fait passer l empreinte carbone de la production d ammonitrate sous la barre des 3 tonnes d équivalent CO 2 par tonne d azote produite sous forme d ammonitrate. schéma 14. empreinte carbone de la production de blé à la dose d azote optimum en kg CO 2 eq par hectare avec et sans l installation d une catalyse pour réduire les émissions de N 2 O au stade de la production d ammonitrate kg eq CO 2 /ha Sans catalyse Avec catalyse N 2 O émis par les sols CO 2 émis par les sols CO 2 émis par les transports N 2 O émis par la production de fertilisants CO 2 émis par la production de fertilisants Ces systèmes de réduction catalytique des émissions de N 2 O sont appliqués à de nombreux ateliers de production d acide nitrique et presque toutes les installations en Europe seront équipées de systèmes de réduction d ici Les producteurs français ont réalisé ces investissements avant Le schéma 14 représente l impact de la technologie de réduction des émissions de N 2 O sur l empreinte carbone de la production de blé si on utilise la dose d azote à l optimum économique. Dans cet exemple précis où l ammonitrate est la seule source d apport d azote, les émissions de CO 2 eq sont réduites d environ 40 % grâce à l investissement des industriels dans les systèmes de catalyse du N 2 O

18 VII. améliorer l activité biologique des sols et réduire leur émission en N 2 O L activité des micro-organismes du sol est à l origine de l émission de N 2 O dans les sols. Cette émission est très variable et encore mal connue, c est pourquoi des recherches approfondies sont en cours pour mesurer cette émission dans les conditions françaises de grandes cultures (céréales, oléagineux) et pour identifier les pratiques qui pourraient la réduire L azote, qu il soit de source organique ou minérale, subit de nombreuses transformations dans les sols liées à leur activité microbienne. Au cours de certains de ces processus, du N 2 O peut être émis et libéré dans l atmosphère mais d autres gaz azotés sont aussi à prendre en considération (ammoniac NH 3, oxyde d azote NO et azote N 2 ). Les principales formes de l azote minéral dans le sol sont l ammonium (NH 4+ ) et le nitrate (NO 3- ): L ammonium provient de la minéralisation de la matière organique. Il est aussi apporté par certains fertilisants organiques (lisiers, fientes, digestats) et par les engrais minéraux contenant des formes d azote uréique et ammoniacal. Le nitrate est issu de la transformation de l ammonium dans le sol sous l action des bactéries nitrificatrices (nitrification). Il est aussi apporté directement au sol par des engrais minéraux contenant de l azote nitrique (par ex. l ammonitrate ou le nitrate de calcium). Le schéma 15 illustre les deux procédés de conversion microbienne de l azote dans le sol, qui conduisent à la production d émissions de N 2 O : la nitrification et la dénitrification. La nitrification est l oxydation de l ammonium en nitrate. La dénitrification transforme le nitrate en gaz diazote (N 2 ). En cas de conditions anaérobiques (absence d oxygène due à l excès d eau dans un sol), les bactéries dénitrifiantes utilisent le nitrate au lieu de l oxygène pour dégrader la matière organique. La quantité de N 2 O émise par la dénitrification dépend des conditions de sol. Plus les conditions sont favorables à la dénitrification (par ex un sol totalement saturé en eau), plus la production de N 2 est importante et celle de N 2 O limitée. Les changements de conditions, par exemple le passage d un sol mouillé à un sol sec, favorisent le rejet de N 2 O (Granli et Bockman, 1994). Bouwman et al. (2002) ont analysé environ 900 mesures d émissions de N 2 O au champ, provenant de 139 études publiées. Les auteurs ont mis en place un modèle empirique afin d estimer les taux d émissions de N 2 O des champs ayant reçu de l engrais azoté, en se basant sur les paramètres suivants : le type de culture, le type d engrais, la texture du sol, la teneur en carbone organique du sol, le ph du sol, l infiltration de l eau dans le sol, le climat, et la dose d apport d azote. En complément à ce modèle, Bouwman et al. (2002) ont mis en place des facteurs d émission génériques pour différents types d engrais azotés. schéma 15. Le protoxyde d azote est rejeté naturellement durant la nitrification de l ammonium (NH 4 ) en nitrate (NO 3 ) et durant la dénitrification du nitrate en gaz diazote (N 2 ) schéma 16. Facteurs d émissions de protoxyde d azote pour différents engrais azotés Ammonitrate 27 Ammonitrate 33,5 N 2 O N 2 O Sulfate d'ammonium Solution azotée Urée NH 4 + Ammonium NO 2 - Nitrite NITRIFICATION NO 3 - Nitrate NO 2 - Nitrite DENITRIFICATION N 2 Gaz Facteur d'émission utilisé par défaut (GIEC 2006) 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 Émissions de N 2 O en fonction de la forme d'azote Source : Bouwman et al., 2002

19 viii. réduire les émissions de GES à la suite de l apport d azote Plus l engrais contient de l azote sous forme de nitrate, moins il y a d émission de N 2 O. un risque d excès d eau et choisir l engrais azoté qui minimise le risque de pertes gazeuses d azote sous forme de NH 3 et de N 2 O. Des méthodes efficaces sont utilisées pour améliorer l efficience de l azote. Vous les trouverez détaillées dans le Dossier technique UNIFA «Gagner en efficacité avec l azote minéral pour protéger l environnement». Tunnel de ventilation mesurant la volatilisation de l azote Plus généralement, tous les moyens qui permettent d augmenter l efficacité d utilisation de l azote (mesurée par la part de l azote apporté utilisé par les plantes) sont utiles pour réduire les émissions de N 2 O. Cela semble logique puisque l utilisation d un engrais à base d urée ou d ammonium implique la nitrification de l ammonium en nitrate, suivie d une dénitrification potentielle. Apporter la forme nitrate contourne l étape de la nitrification et laisse seulement le risque de la dénitrification. schéma 17. Impact du sol et du climat sur l empreinte carbone de la production d une culture Comme indiqué précédemment, en complément du type d engrais, d autres paramètres déterminent aussi le niveau d émissions de N 2 O dans le sol. Le schéma 17 décrit l impact potentiel du ressuyage (infiltration et circulation de l eau), de la texture du sol et du climat, sur le taux d émission de N 2 O, lors d une analyse de sensibilité utilisant un modèle mis en place par Bouwman et al. (2002). Dans le schéma 17, la colonne de gauche correspond aux conditions du test au champ à Broadbalk (UK) utilisé pour cette étude. Le changement des conditions climatiques tempérées en conditions tropicales notamment multiplie par plus de 5 le risque d émission de N 2 O. Cela est principalement dû à l effet combiné de conditions plus humides et plus chaudes qui stimule l activité des bactéries dénitrifiantes. Les agriculteurs ne peuvent pas agir sur le climat mais ils peuvent favoriser une bonne structure du sol afin de permettre l infiltration de l eau et le ressuyage des terres. Ils peuvent aussi éviter d apporter l azote dans les périodes présentant kg CO 2eq/ha 0,84% Ressuyage : bon faible faible faible Texture : limoneuse limoneuse argileuse argileuse Climat : tempéré tempéré tempéré tropical N 2 O provenant du sol N 2 O émis par la production de fertilisants % de l'apport total d'azote émis au champ sous la forme de N 2 O 1,28% 2,05% CO 2 provenant du sol CO 2 émis par la production de fertilisants 4,67%

20 IX. La politique européenne : le paquet Énergie-Climat 2020 L industrie des engrais est un contributeur important à la croissance verte mise en avant dans les politiques économiques. L industrie est à la pointe de la technologie pour la performance énergétique et la réduction de GES. Les objectifs de réduction des émissions très ambitieux augmentent les coûts des entreprises, accentuent la distorsion de concurrence dans la compétition internationale et n éviteront pas «les fuites de carbone» On fait souvent référence aux objectifs de l UE sur les énergies renouvelables et le changement climatique en parlant du «paquet Énergie-Climat 2020». Ce paquet comprend les objectifs chiffrés qui doivent être respectés d ici 2020 : 20 % d augmentation de la performance énergétique 20 % de réduction des émissions de GES (comparé à 1990) : > Mais le secteur industriel contraint par des quotas d émission doit réduire de 28 % ses émissions en 2020 (comparé à 2005). > L agriculture non soumise à des quotas doit réduire de 10 % en 2020 (comparé à 2005) ses émissions. Cette réduction de 10 % est également obligatoire pour les secteurs du transport et du résidentiel. 20 % d énergies renouvelables dans la consommation énergétique totale de l UE mais les biocarburants ont des contraintes spécifiques qui ne pèsent pas sur l ensemble des énergies renouvelables. L introduction de critères de durabilité dans la directive CE/2009/28 pour évaluer l impact de la production des biocarburants est une étape importante pour la prise en compte des émissions de GES de l agriculture. Ces critères impliquent des contraintes environnementales plus strictes pour les biocarburants européens et extra européens. Les producteurs de biocarburants devront démontrer que la réduction de GES en comparaison avec l utilisation d un carburant fossile équivalent dépasse 50 % de réduction de GES à partir de Les autres critères de durabilité concernent les restrictions sur les changements d affectation des terres. Ces restrictions visent à protéger les espaces naturels, les prairies permanentes et les forêts non cultivées ainsi que les zones humides les tourbières et les forêts primaires en raison de leur rôle comme stock de carbone important au niveau mondial. De plus, la production de biocarburants devra évidemment respecter les bonnes pratiques agricoles (BPA) telles que définies dans la Politique Agricole Commune de l UE (principe de conditionnalité). L application du paquet énergie climat 2020 à notre industrie pèse sur notre compétitivité. Notre industrie est considérée par la Commission Européenne comme le secteur stratégique le plus exposé aux fuites de carbone, sur les critères de perte de valeur ajoutée par l achat de tonnes de CO 2 et de part de marché des produits importés. Il est utile de rappeler que depuis 1990, année schéma 18. réduction des émissions proposée par l industrie européenne des fertilisants Mt eq CO 2 européenne des fertilisants -20% -30% -75% Objectif Kyoto 2020

21 de référence du protocole de Kyoto, et 2020, nos entreprises auront réduit de 75 % leurs émissions totales de gaz à effet de serre, alors que l objectif général de la directive est une réduction de 20 %, et que plusieurs secteurs n abaisseront pas leurs émissions entre 1990 et Pour atteindre ces valeurs impressionnantes, nos entreprises ont investi en recherche et développement afin de poursuivre l amélioration de leurs procédés de fabrication pour l efficacité énergétique et pour la réduction des émissions de gaz à effet de serre. En France, les investissements des dernières années dans ce domaine se sont élevés à plus de 150 millions d Euros, financés à 100 % par les entreprises sans aide publique, et ont permis de maintenir la capacité de production, tout en contribuant à réduire les émissions. Jusqu à ce jour, les entreprises françaises ont su conserver leur place sur le marché face à des concurrents extra européens bénéficiant d une fourniture en gaz naturel à des prix très attractifs déconnectés des prix mondiaux, souvent inférieurs de 3 à 4 fois aux prix européens, et qui utilisent très souvent des technologies anciennes schéma 19. efficacité énergétique des usines d ammoniac GJ / t NH 3 34,7 36,9 peu performantes dans un contexte réglementaire beaucoup moins exigeant que celui que nous connaissons en Europe. Leurs contraintes environnementales sont très réduites et leurs émissions de gaz à effet de serre ne sont pas maitrisées. Cependant, la Commission Européenne a proposé pour l industrie des engrais des objectifs de réduction nettement supérieurs aux possibilités des producteurs européens, voire des contraintes de la thermodynamique, ce qui remet en cause la pérennité de la production Européenne et en particulier de sa composante française. En exigeant 90 % de réduction au lieu des 75 % déjà acceptés par les industriels, la Commission Européenne a fixé un objectif irréaliste au plan économique qui les oblige à payer des quantités importantes de quotas de CO 2. Conduire une politique de lutte contre le changement climatique impliquant des fuites de carbone ne ferait qu apporter un coup d arrêt à la croissance verte. Avec le plan climat 2020, et des mesures équilibrées en faveur des industries les plus performantes pour la réduction des gaz à effet de serre, nous pourrions rester une industrie à la pointe technologiquement et continuer d approvisionner une agriculture écointensive qui contribue elle aussi à la lutte contre le changement climatique , MTD* Moyenne des usines UE 15 Moyenne de 66 usines UE 27 * Meilleures techniques disponibles pour les usines d ammoniac fonctionnant au gaz naturel

22 x. bilan Carbone Unifa et leviers d action : les engagements pris par les industriels français et européens En réponse aux engagements de l UE sur le «paquet énergie-climat 2020», l association européenne de l industrie des engrais Fertilizers Europe a défini sa position et résume sa stratégie par les engagements suivants : Les engrais minéraux auront un rôle de plus en plus important pour relever le défi de la sécurité alimentaire mondiale dans les années à venir. Les engrais minéraux ont un impact significatif sur les émissions de GES. Cependant ils contribuent à une meilleure productivité des surfaces cultivées actuelles et diminuent l ampleur du changement d utilisation des terres. Ce changement à l échelle mondiale est à l origine d émissions de CO 2 très importantes aux dépens du stock de carbone organique conservé sous les prairies et les forêts. En améliorant l efficacité d utilisation des éléments nutritifs, les systèmes intensifs de production agricole contribuent à atténuer l émission de GES. Toute évaluation doit être basée sur les principes de l ACV (analyse du cycle de vie). La production et l utilisation d engrais sont fortement liées et ne peuvent être dissociées. Les émissions diffuses de N 2 O dans les sols sont calculées avec une marge considérable d incertitude. La recherche doit améliorer l état de nos connaissances pour permettre un débat constructif. Ce n est pas seulement un débat technique ; il faut se pencher attentivement sur la sensibilisation et l information du public. Afin de mettre ces engagements en pratique, Fertilizers Europe a mis en place un plan d action qui vise à partager les connaissances et à promouvoir les «bonnes pratiques agricoles» afin d atténuer les impacts négatifs sur le changement climatique. En parallèle, Fertilizers Europe a constitué une base de données exhaustive sur les émissions de GES de la production à l utilisation d engrais. Cette base de données est utile pour fournir des références récentes sur la production des engrais, y compris en rapport avec leur utilisation dans une approche du cycle de vie. Ces références sont publiques et utilisables pour différentes évaluations ou expertises environnementales. Compte tenu des évolutions technologiques en cours dans l industrie (catalyse des émissions de N 2 O) ces références ont été actualisées et figurent en annexe. schéma 20. évolution des émissions de l industrie française de l azote (productions d ammoniac et d acide nitrique) Mt eq CO 2 9,00 8,00 7,00 Émissions de CO 2 en Mt Émissions de N 2 O en Mt eq CO 2 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0, Source : CITEPA

23 L industrie française produit des quantités importantes d engrais azotés à base de nitrate. Elle émet du CO 2 au stade de la synthèse de l ammoniac et du N 2 O (protoxyde d azote) au stade de la fabrication d acide nitrique. Au total en France, l industrie des engrais azotés a émis 1,76 Mt eq CO 2 en 2011 soit moins de 0,4% des émissions nationales comptabilisées à 474 Mt par le CITEPA en L UNIFA engage ses adhérents dans le Bilan Carbone avec le soutien de l ADEME Au delà de ce simple constat, l UNIFA et ses adhérents industriels veulent évaluer plus précisément leurs émissions pour tous les types de production d engrais (engrais simples et composés PK, NP, NK et NPK) et pour les amendements minéraux basiques afin de dresser des plans d action pour réduire leurs émissions. Dès 2005, l UNIFA a travaillé avec le ministère de l écologie pour mettre en place des projets domestiques accompagnant la réduction des émissions de N 2 O dans la fabrication d acide nitrique. Puis, en 2009, l idée a germé d un Bilan Carbone collectif qui permette à la fois à chaque entreprise d évaluer ses émissions dans un périmètre plus ou moins élargi mais aussi d avoir un benchmark qui permette à chacun de réaliser des progrès en se comparant aux entreprises les plus performantes. Les objectifs de ce Bilan Carbone sont d évaluer les émissions du secteur, de mettre en place des actions de réduction d émissions au plan collectif et par site de production et enfin de montrer les progrès enregistrés en renouvelant ce suivi tous les 4-5 ans. reprise dans ses grandes lignes dans le projet de norme environnementale ISO 14069, qui deviendra en 2012 la norme internationale. Le Bilan Carbone n est pas spécifique au secteur industriel, il peut être appliqué aussi aux activités de service et aux collectivités. L évaluation des émissions est réalisée sur trois périmètres emboités : Le strict périmètre de l activité, c est-à-dire de la porte (d entrée) à la porte (de sortie) de l usine, appelé scope 1. Le périmètre élargi aux émissions des activités en amont et en aval du site qui sont indispensables à son activité (extraction des matières premières, production d énergie, logistique ) ou scope 2 inclut les émissions indirectes de GES. Le périmètre qui comptabilise, en plus des deux précédents les émissions induites par l utilisation des produits, dans le cas des fertilisants, les émissions liées à l épandage des engrais. Cette évaluation prend en compte le service apporté par les engrais et va jusqu à la valorisation des éléments nutritifs par la plante. C est le scope 3 qui se rapproche du concept d analyse de cycle de vie des produits. Cette évaluation prend en compte le service apporté par les engrais et va jusqu à la mise à disposition dans le sol des éléments nutritifs pour la plante. Ce périmètre d étude se rapproche du concept d analyse de cycle de vie des produits mais il est appliqué aux activités et aux fertilisants produits par un site de production En quoi consiste le Bilan Carbone? C est une méthode d évaluation des émissions des Gaz à effet de serre mise au point par l ADEME, agence publique de défense de l environnement et de maitrise de l énergie. Elle permet à tout acteur public ou privé, entreprises, associations et collectivité locales, de faire le bilan de ses émissions de GES et d établir un plan pour les réduire. Cette méthode est

24 XI. Conclusion Les engrais minéraux et les amendements minéraux basiques sont essentiels pour maintenir la fertilité des sols et améliorer la productivité des cultures. L agriculture doit répondre au défi de la sécurité alimentaire et satisfaire simultanément la demande mondiale croissante en nourriture, en fourrages et aliments pour les animaux, en énergie renouvelable issue de la biomasse et en bioressources pour le bâtiment, la chimie du végétal, le textile La contribution de l agriculture au changement climatique est significative, notamment à cause des changements d affectation des terres (CO 2 issu de la déforestation), de l élevage des ruminants (CH 4 de la fermentation entérique) et de la production de cultures (émissions de N 2 O dans les sols ). L optimisation de la productivité sur les surfaces cultivées actuelles aide à préserver des espaces pour les écosystèmes naturels. Les services rendus par ces écosystèmes sont d une très grande valeur : fort potentiel de séquestration du carbone, maintien de la biodiversité, protection de l eau, espaces de loisirs... L amélioration des technologies de production d engrais (haute performance énergétique, catalyse et réduction du N 2 O) combinée à de meilleures pratiques de gestion agricoles permettent une réduction significative de l empreinte carbone de la production des cultures. Les futures réglementations de l UE sur le changement climatique comprendront très probablement des mesures concernant l agriculture. L UNIFA et Fertilizers Europe soutiennent toutes les actions visant à améliorer l efficacité de l utilisation de l azote et à réduire les émissions au stade de la production. Ils sont ouverts au dialogue pour échanger des informations sur les bilans énergétiques et les émissions de GES liées à la production et à l utilisation des engrais.

25 Pour en savoir plus [1] Agripol [2] CITEPA [3] COMIFER [4] European Environment Agency [5] Fertilizers Europe [6] FAO [7] International Fertiliser Society [8] OPERA [9] UNIFA [10] Université Humboldt de Berlin Bibliographie Bellarby, J., Foereid, B., Hastings, A. and Smith, P. (2008). Cool Farming: Climate impacts of agriculture and mitigation potential. Greenpeace International, Amsterdam, NL. Bouwman, A.F., Boumans, L.J.M. and Batjes, N.H. (2002). Modeling global annual N 2 O and NO emissions from fertilized fields. Global Biochemical Cycles 16(4), 1080, 1-9. Brentrup, F., Küsters, J., Lammel, J., Barraclough, P. and Kuhlmann, H. (2004). Investigation of the Environmental Impact of Agricultural Crop Production using the Life Cycle Assessment (LCA) Methodology. Europ. J. Agronomy 20, CITEPA (2013). Centre Interprofessionnel Technique d Etudes de la Pollution Atmosphérique Données d inventaire d émissions de gaz à effet de serre, EC, (2008a). Climate change: the challenges for agriculture. European Commission, DG Agriculture and Rural Development, Brussels climate_change/2008_en.pdf - Also: themes/agriculture/indicators Erisman, J.W., Sutton, M.A., Galloway, J. Klimont, Z. and Winiwarter, W. (2008). How a century of ammonia synthesis has changed the world. Nature Geoscience 1, FAO, (2003). Organisation des Nations Unies pour l alimentation et l agriculture: l agriculture mondiale: vers 2015/2030. IFA, (2012). International Fertilizer Industry Association: Statistics - Total fertilizer consumption by region (N + P 2 O 5 + K 2 O). IPCC, (2006). Intergovernmental Panel on Climate Change: 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories. IGES, Hayama, Japan. IPCC, (2007). Intergovernmental Panel on Climate Change: Technical Summary. In: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change KTBL, (2005). Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft: Faustzahlen für die Landwirtschaft. Landwirtschaftsverlag, Münster, Germany. Smil, V. (2001). Feeding the World. A Challenge for the Twenty-First Century. MIT press, London, UK. UNECE/EMEP, (2007). EMEP/CORINAIR Emission Inventory Guidebook Technical report No 16/2007. EEA (European Environment Agency), Copenhagen, Denmark.

26 XII. annexe Références énergie-gaz à effet de serre pour les principaux engrais produits en Europe Production d engrais La consommation d énergie sur site et les émissions de gaz à effet de serre au stade de la production sont fournis par Fertilizers Europe en 2014 (calcul réalisé par le logiciel FertEU Carbon Footprint calculator V1.0). Ces références représentent la production européenne moyenne en 2011 selon les règles suivantes : Transport et manutention Ils sont pris en compte pour les matières premières mais pas pour les engrais produits. Le transport entre le site de l usine et le lieu d utilisation peut combiner plusieurs modes de transport (fluvial, ferré, routier). Néanmoins il faut tenir compte que ces engrais sont produits et utilisés en Europe si on doit les comparer à des engrais importés depuis d autres continents. Le gaz naturel est la seule matière première utilisée pour la production de l ammoniac, précurseur des principaux engrais azotés Les références d énergie consommée et de gaz à effet de serre émis sont obtenues par une moyenne arithmétique des données fournies par les producteurs. Les valeurs ne sont pas pondérées par la production propre de chaque site. Les émissions de gaz à effet de serre induites par la production et le transport du gaz naturel (utilisé à la fois comme matière première et comme source d énergie) et des autres sources d énergie sont incluses en respectant les règles de l analyse de cycle de vie (Moyenne UE, Ecoinvent 2.0). Les émissions induites par le transport des autres matières premières sont incluses (détail dans le FertEU Carbon Footprint calculator V1.0). La vapeur produite dans la production d ammoniac, d acide nitrique et d acide sulfurique est entièrement réutilisée sur site pour les besoins de la production. Utilisation des engrais et émission des sols CO 2 émis par l hydrolyse de l urée Cette émission concerne tous les engrais qui contiennent de l azote uréique. L urée CO(NH 2 ) 2 est hydrolysée rapidement après son épandage au champ. Ce processus relâche une molécule de CO 2. La quantité émise correspond à celle qui a pu être fixée au cours de la production d urée soit 733 kg CO 2 /t d urée. N 2 O émis par les sols après un apport d azote Aussi désignée par le GIEC comme une émission directe des sols correspondant aux processus biologiques de nitrification et de dénitrification. Cette émission est liée à la transformation des formes d azote par les populations bactériennes dans le sol. Les facteurs d émission sont établis d après Bouwman et al. (2002), ils sont différents selon les engrais azotés utilisés.

27 N 2 O lié à la volatilisation d ammoniac Désignée par le GIEC comme une émission indirecte liée à la volatilisation d ammoniac au détriment de l engrais puis à sa redéposition. Le calcul des pertes d ammoniac utilise les facteurs d émission du Guidebook EMEP/UNECE (2009). L émission de N 2 O liée à la redéposition de l ammoniac est de 1% en N- N 2 O de l azote apporté (GIEC 2006). N 2 O lié à la lixiviation de nitrate Une autre émission indirecte d après le GIEC liée à la perte par lixiviation de nitrate dans l eau. Le nitrate entrainé par l eau peut être plus tard dénitrifié entrainant une émission de N 2 O et de N 2. Par défaut, la quantité de nitrate lixivié est de 30% en N-NO 3 - de l azote apporté et le facteur d émission est de 0.75% en N-N 2 O de cette quantité de nitrate lixivié (GIEC 2006). CO 2 lié à l utilisation d amendements minéraux basiques pour neutraliser l acidité produite L utilisation de certains engrais azotés entraine une acidification correspondant à une production de protons H + dans les sols. La transformation de l ammonium en nitrate ou nitrification en particulier est un processus acidifiant. Pour neutraliser cette acidité produite, il est nécessaire dans certains sols d apporter une certaine quantité d amendements minéraux basiques de type carbonates. Cette quantité a été calculée en kg de CaCO 3 / kg de N par type d engrais azoté (KTBL 2005). L utilisation de carbonate de calcium CaCO 3 entraine une émission de CO 2 calculé de la façon suivante : kg de CaCO 3 x 0.44 = kg de CO 2. Dans le cas de l ammonitrate calcaire, on tient aussi compte dans le calcul de la quantité de carbonate de calcium ou de dolomie incorporée à cet engrais. Références énergie-gaz à effet de serre pour les principaux engrais produits en Europe Valeurs moyennes de la production européenne pour l année 2011 Engrais Production Utilisation Production + utilisation Energie GES GES GES % élément nutritif poids/poids MJ/kg de produit sur site MJ/kg d élément nutritif* Analyse Cycle de vie kg CO 2 eq/kg de produit CO 2 par hydrolyse de l urée N 2 O par émission directe N 2 O par émission indirecte via NH 3 kg CO 2 eq/kg de produit N 2 O par émission indirecte via NO 3- CO 2 pour neutralisation de l acidité produite TOTAL GES, analyse cycle de vie kg CO 2 eq/kg de produit Ammonitrate AN 33,5% N 14,02 41,85 1,18 0,00 1,23 0,01 0,35 0,27 3,06 9,14 Ammonitrate calcaire Sulfonitrate d ammonium CAN ANS kg CO 2 eq/kg d élément nutritif* 27,0% N 11,78 43,63 1,00 0,00 0,89 0,01 0,28 0,20 2,40 8,88 26% N, 14% S 10,61 0,83 0,00 1,10 0,02 0,27 0,40 2,62 Nitrate de calcium CN 15,5% N 7,23 46,65 0,68 0,00 0,65 0,00 0,16 0,00 1,50 9,67 Sulfate d ammoniaque Phosphate diammonique AS DAP 21% N, 24% S 8,07 0,58 0,00 0,98 0,02 0,22 0,50 2,30 18% N, 46% P 2 O 5 6,76 0,73 0,00 0,76 0,01 0,19 0,34 2,03 Urée Urée 46% N 23,45 50,98 0,91 0,73 2,37 0,28 0,48 0,36 5,15 11,19 Solution azotée std UAN 30% N 13,84 46,13 0,82 0,25 1,40 0,10 0,32 0,24 3,13 10,43 Composé NPK 15% N, 15% P 2 O 5, 15% K 2 O 7,59 0,76 0,00 0,56 0,01 0,16 0,12 1,61 Superphosphate triple TSP 48% P 2 O 5 0,18 0,38 0,26 0,00 0,00 0,00 0,00 0,01 0,27 0,56 Chlorure de potassium KCl 60% K 2 O 3,00 5,00 0,25 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,25 0,43 - III - * calculé pour les engrais simples ne contenant qu un élément nutritif Source Fertilizers Europe kg N 2 O = 298 kg CO 2 eq pour un pouvoir réchauffant global à 100 ans (GIEC 2007). Groupe d experts intergouvernemental sur l évolution du climat

28 Les fiches FERTI-pratiques remettent l agronomie et l économie au centre du raisonnement de la fertilisation. Elles proposent des réponses pratiques aux questions des agriculteurs sur la nutrition des plantes et la fertilité des sols pour une agriculture productive et durable. Un site internet de référence sur la fertilisation : Sa nouvelle arborescence et une ligne graphique plus légère traduit plus fidèlement notre base line «Bien nourrir les plantes pour mieux nourrir les hommes». Destiné au secteur agricole français mais aussi à un public d étudiants, d enseignants, d institutionnels et d ONG, il permet de fournir un flux d informations précises sur l actualité de l UNIFA. Outre la présentation de notre filière, le site souhaite apporter des réponses aux nombreuses questions qui se posent concernant la fertilisation : De quoi se nourrit une plante? Calculer les apports? Comprendre une étiquette? Protéger l environnement? Préserver les sols Nitrates & santé? Changement climatique D O S S I E R T E C H N I Q U E Une médiathèque en ligne reprend toutes les publications de l Unifa (abonnement gratuit et documents téléchargeables) et complète ainsi les informations du site. UNIFA Le Diamant A PARIS LA DÉFENSE CEDEX Tél : Fax : contact@unifa.fr Site : Blog : Crédits photos : DEFRA. GPN. K+S Kali. SULKY. UNIFA. YARA. Thinkstock (Sergey Lavrentev) Fotolia (Elena Elisseeva - Liv Friis-larsen - Chris Gaillard - Tomo Jesenicnik - Joss - Uolir) Conception