Remerciements. EFMA European Fertilizer Manufacturers Association Av E. Van Nieuwenhuyse, 4 B-1160 Brussels-Belgium

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2 Remerciements Ce dossier technique est pour une grande part la traduction de la brochure EFMA publiée en anglais Producing bioenergy and making the best of european land sous la direction de Christian Pallière, responsable Agriculture & Environnement à l EFMA. EFMA European Fertilizer Manufacturers Association Av E. Van Nieuwenhuyse, 4 B-1160 Brussels-Belgium

3 Biomasse, énergie et fertilisation. Bilan énergétique et environnemental. Résumé L Union Européenne considère la biomasse comme une source majeure de production d énergies renouvelables. Les 4 millions d hectares de jachère peuvent être consacrés aux cultures destinées à la production de bioénergie. La fertilisation accroît la quantité de biomasse récoltée, ce qui améliore le bilan énergétique et environnemental de cette production. Les engrais minéraux permettent de fixer 4 à 6 fois plus d énergie sous forme de biomasse qu ils n en consomment aux stades de la production, du transport et de l épandage. Cette productivité est nécessaire afin d atteindre les objectifs ambitieux de l UE en énergie verte. - - Abstract The European Union considers biomass as a major future source for the production of renewable energy. Energy crops can be grown on the 4 mio. ha of set-aside land. Mineral fertilizers are very important for the production of bioenergy, as their use enables farmers to produce high biomass yields. These high yields help meet the ambitious targets for bio-energy set by the EU. Mineral fertilizers help produce 4 to 6 times more energy in the form of biomass compared to what is consumed while producing, transporting and applying the fertilizer. Mots clés : biomasse, bioénergie, écobilan, énergie verte, fertilisation raisonnée, gaz à effet de serre

4 Sommaire La biomasse productrice d énergie verte... page 03 Développement et avenir de la bioénergie... page 04 L UE affiche des objectifs ambitieux... page 04 La biomasse, quelles utilisations?... page 05 Les différentes formes de la bioénergie... page 06 Produire de la chaleur... page 06 Fournir de l électricité avec le biogaz... page 06 Produire des biocarburants liquides... page 07 Les bilans de la production de biomasse... page 08 Le bilan énergétique... page 08 Consommation d énergie pour produire du blé... page 08 La fertilisation améliore le rendement de la photosynthèse... page 10 Les biocarburants économisent l énergie fossile... page Le bilan gaz à effet de serre... page 12 Emissions de GES liées à la production de blé... page 13 La fertilisation permet de fixer davantage de CO 2... page 14 Les biocarburants réduisent l accumulation de GES... page 14 Conclusion : la fertilisation améliore les bilans... page 15 Bibliographie... page 16 Acronymes ADEME : Agence de l Environnement et de la Maîtrise de l Energie BTL : Biogaz To Liquid carburant de 2 ème génération EFMA : European Fertilizer Manufacturers Association GES : Gaz à Effet de Serre IFA : International Fertilizer Industry Association IFS : International Fertiliser Society IFP : Institut Français du Pétrole PAC : Politique Agricole Commune tep : tonne équivalent pétrole UE : Union Européenne UNEP : Programme des Nations Unies pour l environnement USA : Etats-Unis d Amérique Symboles chimiques C : Carbone C 6 H 12 O 6 : Glucose CH 4 : Gaz naturel CO 2 : Gaz carbonique CO(NH 2 ) 2 : Urée Ethyl tertio butyl ETBE : éther H : Hydrogène H 2 O : Eau H 2 SO 4 : Acide sulfurique HNO 3 : Acide nitrique K : Potassium O 2 : Oxygène N 2 : Diazote NH 3 : Ammoniac N 2 O : Protoxyde d azote P : Phosphore

5 La biomasse productrice d énergie verte La biomasse désigne d une façon très large toutes les matières premières organiques venant des plantes, des animaux et des humains. Les sources de biomasse qui produisent la bioénergie sont extrêmement diverses : déchets organiques, résidus de cultures et d exploitation forestière, cultures énergétiques pour produire de la chaleur, du biogaz, de l électricité ou des biocarburants. La biomasse tient une place majeure dans la production d énergies renouvelables. Contrairement à d autres sources d énergies renouvelables naturelles (éolien, solaire), la biomasse permet une production mieux maîtrisée d énergie car elle est moins dépendante de facteurs climatiques comme l intensité du vent ou les heures d ensoleillement et peut être facilement stockée. La fertilisation a un rôle capital à jouer pour la production de biomasse. Elle permet d accroître la productivité des cultures sur les surfaces agricoles limitées qui existent en Europe pour atteindre les objectifs ambitieux de production de bioénergie fixés par l UE. Le secteur de la bioénergie se développe très rapidement, à la fois au plan technique, industriel et commercial. Ainsi les estimations reprises dans ce dossier n ont qu une validité limitée dans le temps et pourront être revues à l avenir. la photosynthèse à l origine de la bioénergie La photosynthèse représente la principale source d énergie pour l homme. Elle permet aux plantes de transformer l énergie lumineuse en énergie chimique en consommant le gaz carbonique de l air. L énergie fossile (charbon, pétrole, gaz) est le résultat d une activité photosynthétique intense datant de plusieurs centaines de millions d années. La bioénergie consiste à produire cette énergie de façon renouvelable directement à partir des productions agricoles et forestières. En brûlant de la biomasse (par exemple bois, pailles ), on restitue de l énergie sous forme de chaleur. Au cours de cette réaction de combustion, le carbone organique C redevient du gaz carbonique CO 2. Le cycle est bouclé et, contrairement aux autres réactions de combustion, celle-ci n entraîne aucune accumulation supplémentaire de gaz à effet de serre dans l atmosphère. - - PHOTOSYNTHÈSE 6 CO H 2 O C 6 H 12 O 6 (glucose) + 6 O 2 6 CO H 2 O (C 6 H 12 O 6 ) X (cellulose) + 6 O 2 COMBUSTION

6 - - Développement et avenir de la bioénergie L UE affiche des objectifs ambitieux Plus personne ne met en doute aujourd hui le fait que les ressources d énergie fossile deviendront rares au cours du siècle présent. Le charbon est la seule ressource qui pourrait durer encore très longtemps. Pour le gaz, on parle couramment de 100 années de réserves, y compris au rythme actuel d augmentation de la consommation. Pour le pétrole, les instituts spécialisés s accordent à dire que le pic de production interviendra vers les années , pour décroître progressivement jusqu à un arrêt en En conséquence, pour faire face aux futurs besoins en énergie de la population mondiale, d autres ressources renouvelables et durables (éolien, hydraulique, solaire, biomasse) doivent être développées pour produire chaleur, électricité et carburants. Pour accélérer et soutenir les progrès nécessaires à court terme, l UE s est déjà fixée des objectifs de développement des énergies renouvelables pour 2010 : 12% d énergies renouvelables dans le total de l énergie primaire consommée. Trois quarts de cette énergie renouvelable devront venir de la biomasse, 5,75% d incorporation de biocarburants dans le total des carburants liquides consommés. En accord avec cette politique, plusieurs états membres dont la France, ont élaboré des programmes pour soutenir le développement, la production et l utilisation de la bioénergie par le biais d incitations (taxation réduite ou nulle sur les biocarburants, tarif de rachat de la bioélectricité ). Objectifs de production d énergies renouvelables de l UE. Livre Blanc de l UE, 1997 (En Millions de tonnes équivalent pétrole, Mtep) Types d énergies renouvelables Part en 1995 Objectif 2010 Part supplémentaire Biomasse (+201%) Hydroélectricité (+15.7%) Eolien (+1871%) Solaire thermique (+1438%) Solaire voltaïque (+13000%) Géothermie (+108%) TOTAL Des surfaces agricoles restreintes et les aléas de la ressource en eau dans certaines régions de l UE sont les principaux facteurs limitants de la production de cultures énergétiques. Sans compromettre la satisfaction des besoins alimentaires, 4 millions d hectares de jachère en Europe, peuvent être remis en culture. A l avenir, les négociations internationales sur le commerce et leur probable impact sur la Politique Agricole Commune (PAC) pourraient conduire à une diminution de certaines exportations européennes. Une surface supplémentaire pourrait devenir disponible pour la production de cultures énergétiques.

7 La biomasse, quelles utilisations? La biomasse peut être aisément stockée et transportée. Elle est disponible tout au long de l année et peut fournir de l énergie en fonction des besoins locaux. De plus, la biomasse est capable de fournir les trois types d énergie dont notre société a besoin : la chaleur, l électricité et le carburant pour le transport. La chaleur et l électricité peuvent aussi être produites par d autres énergies renouvelables (éolien, hydroélectricité, solaire et géothermie), alors que seule la biomasse offre une alternative à la production de carburants d origine fossile. Part de la biomasse dans la production de chaleur, d électricité et de carburants dans l UE ( ) Production de chaleur Gaz 47% Autres 15% Énergies renouvelables 9% Pétrole 29% Biomasse... 9% Solaire...0,07% Géothermie...0,09% Production d électricité Production de carburants pour le transport Énergies fossiles 52% Diesel 40% Énergies renouvelables 15% Nucléaire 33% Autres 5% Kérosène 14% Biocarburants 0,6% Essence 40% Hydroélectricité...13% Biomasse... 1% Eolien... 1% Géothermie... 0,2% Photovoltaïque...0,01% Biodiesel... 0,5% Bioéthanol... 0,1% Source : Jahrbuch - Erneuerbare Energien 02/ Plan biocarburants, la France rattrape son retard Depuis 1990, les émissions de gaz à effet de serre sont en forte augmentation dans les secteurs des transports et du bâtiment alors qu elles diminuent dans tous les autres secteurs. La France a décidé d aller au-delà de la directive européenne de 2003 en fixant des objectifs ambitieux d incorporation des biocarburants : 5,75% en valeur énergétique dès 2008, 7% en 2010 et 10% à l horizon L Etat a octroyé près de 4 millions de tonnes d agréments nouveaux dont 2.8 Mt pour le biodiesel et 1.0 Mt pour Émissions de GES en France en 2004, par secteur (entre parenthèses, l évolution depuis 1990). Énergie (production transformation) 13 % (-9%) Transports 26 % (+23%) Industrie 20 % (-22%) Bâtiment 19 % (+22%) Agriculture/ Sylviculture 19 % (-10%) Source : CITEPA Traitement des déchets 3 % (-8%) l ETBE et le bioéthanol. 21 usines nouvelles,dont 6 produisant du bioéthanol et 15 du biodiesel, seront construites dans 14 régions. En 2010 la France devrait consacrer 2 millions d hectares à la production de biocarburants ce qui réduirait ses émissions de 8 millions de tonnes équivalent CO 2 dans le secteur des transports.

8 Les différentes formes de la bioénergie L énergie fixée dans la biomasse peut, selon différents procédés, être transformée dans une forme utilisable, telle que de la chaleur, de l électricité ou des carburants liquides. Transformations de la biomasse en énergie Biomasse Résidus de cultures Bois et copeaux Biomasse sèche Chaudière Chaleur Effluents d élevage Déchets organiques Biogaz Cogénération Chaleur & Electricité Cultures énergétiques Bioéthanol Biodiesel Moteurs Transport Huile végétale - - Produire de la chaleur La biomasse sèche peut être brûlée dans des chaudières pour produire directement de la chaleur ou une combinaison de chaleur et d électricité par la cogénération. Selon le procédé retenu, l efficacité énergétique de la transformation peut être différente. Quand la chaleur est produite directement par incinération de biomasse, l efficacité énergétique est élevée (entre 80 et 90%). Efficacité de la transformation de la biomasse en énergie 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 15 % 15 % 60 % 60 % 85 % 40 % 25 % Électricité seule Chaleur seule Co-génération Pertes Chaleur Électricité L incinération de biomasse pour produire de la chaleur seule ou de la chaleur et de l électricité, est couramment utilisée. Le bois, la paille mais aussi certains déchets urbains sont les principaux types de biomasse aujourd hui brûlés. L incinération des céréales peut être une alternative attractive pour un agriculteur car la matière première est directement disponible sur la ferme. Fournir de l électricité avec le biogaz Le biogaz fournit de l énergie pour la production de chaleur et d électricité. On peut aussi l utiliser comme carburant dans les bus ou les voitures équipées de moteurs adaptés. Le biogaz est couramment produit et utilisé dans plusieurs pays européens. Il peut alimenter le réseau de distribution public de gaz ou être brûlé sur place pour produire de la chaleur et de l électricité. Le biogaz est une option intéressante pour le traitement des déchets urbains, des déchets végétaux et de certains effluents d élevage dans les régions avec de fortes densités animales.

9 Produire des biocarburants liquides Tous les types de biocarburants liquides (bioéthanol, biodiesel, huile végétale) peuvent être utilisés pour le transport routier. Les prix élevés de l essence et du diesel renforcent l attrait économique pour les biocarburants. Les filières de biocarburants Huile de colza Huile de tournesol Transestérification Ester d'huiles végétales ou biodiesel Mélange au gazole Betterave Canne à sucre Blé, maïs pomme de terre Amidon Sucres Fermentation Ethanol Mélange à l'essence Source IFP Le biodiesel et l huile végétale Ils sont produits à partir de l huile extraite des graines oléagineuses (colza, tournesol). Le développe ment rapide de la production de biodiesel est du à : des cultures de colza et de tournesol déjà bien maîtrisées par les agriculteurs, une incorporation du biodiesel dans le carburant actuellement distribué sans aucune modification des moteurs diesel. Le développement de la production de biodiesel à partir de colza (ou de tournesol) devrait atteindre un maximum dans les prochaines années du fait de contraintes agronomiques (nécessité de la rotation des cultures, adaptation limitée dans certaines régions). L extraction de l huile fournit des tourteaux riches en protéines qui sont valorisés pour l alimentation des animaux. La production de bioéthanol fournit des drèches de céréales riches en protéines. Le bioéthanol est autorisé jusqu à 5% en mélange dans les essences. Il peut aussi être utilisé en carburant de substitution (E85) dans des moteurs spécialement adaptés (voitures flex-fuel ). Le carburant de 2 ème génération ou BTL Il est en cours de développement. Presque tous les types de biomasse sont susceptibles d être utilisés comme source de BTL (utilisation des lignocelluloses par voies thermochimique et biotechnologique, transformation de plantes entières comme le maïs ou le miscanthus). Ce carburant est considéré par l industrie automobile comme la meilleure option à l horizon 2020, avec le moteur à hydrogène, car il fournit un carburant de haute qualité bien adapté aux exigences actuelles et futures de performance des moteurs. - - Le bioéthanol Le type de culture détermine pour une grande part l efficacité énergétique du processus de production et de transformation en bioéthanol. La meilleure efficacité est obtenue pour des cultures qui ont un rendement élevé en biomasse et qui sont riches en sucre comme la canne à sucre et la betterave. D autres cultures comme les céréales (blé, maïs ) contiennent principalement de l amidon qui doit d abord être converti en sucre avant de pouvoir produire le bioéthanol.

10 Les bilans de la production de biomasse Deux types de bilans sont présentés : à l échelle du champ en considérant le rendement de la culture, au niveau de la filière complète de production des biocarburants. Le bilan énergétique compare l énergie dépensée à l énergie fixée dans la biomasse puis à l énergie disponible dans les biocarburants. Le bilan gaz à effet de serre établit les mêmes comparaisons pour les émissions et la fixation des gaz à effet de serre. Bilan énergétique de la production de biomasse Le bilan énergétique de la production de biomasse est très positif. La fixation d énergie dans la biomasse récoltée est toujours beaucoup plus importante que l énergie mobilisée pour produire cette biomasse. tep/ha tep/ha tep/ha +1.9 tep/ha Énergie fixée La fixation d énergie dans la biomasse dépend de la culture, de la partie récoltée (graine ou racine) et de son rendement De l énergie est dépensée à toutes les étapes de la production agricole, pour l utilisation des tracteurs, la production des intrants tels que les semences et les engrais. -1 Blé (8.2 t/ha) Colza (4.0 t/ha) Betterave à sucre (57 t/ha) Énergie dépensée Source : essais plein champs Yara, Allemagne consommation d énergie pour produire du blé Environ 50% de l énergie dépensée pour produire du blé est utilisée pour fabriquer, transporter et épandre les engrais azotés. 52 % 8 % Fertilisant Azoté Production, transport et application de l azote Autres fertilisants P, K Production, transport et application Source : IFA Statistics UNEP, World Bank (World Ressources ) 40 % Autres intrants agricoles & travaux des champs Production* = 0.95 tep /t de N Transport** = 0.02 tep / t de N Epandage = 0.07 tep / t de N * Inclus l énergie dépensée pour l extraction et le transport de gaz naturel jusqu à l usine d engrais azotés ** Transport d engrais azotés depuis l usine sur une distance moyenne de 400km par bateau et par camion

11 L industrie des engrais économise l énergie La production d engrais azotés consomme de l énergie sous forme de gaz naturel. C est pourquoi la fertilisation représente souvent pour les cultures annuelles le premier poste de dépense énergétique devant le carburant pour les tracteurs. Cependant la tonne d azote (N) coûte moins d une tonne d équivalent pétrole à produire dans les usines les plus performantes. Les autres éléments fertilisants, phosphore et potassium issus d une activité extractive, ont un coût énergétique beaucoup plus modeste. L industrie européenne confrontée à un prix élevé de sa matière première, le gaz naturel importé, a réussi à améliorer sa compétitivité en optimisant l utilisation et la récupération de l énergie dans ses usines. Principe de fabrication des fertilisants azotés à partir de l ammoniac - - Les engrais azotés sont fabriqués à partir de l ammoniac NH 3, obtenu par la combinaison de l azote de l air N 2 et de l hydrogène H provenant du gaz naturel CH 4. Le gaz est à la fois une matière première et la source d énergie nécessaire pour obtenir la réaction de synthèse (procédé Haber-Bosch, prix Nobel 1918 et 1931). Les principaux engrais azotés sont tous obtenus à partir de l ammoniac. Les ammonitrates combinent 50% d azote venant de l ammoniac et 50% venant de l acide nitrique HNO 3. Cette forme est obtenue en brûlant l ammoniac avec récupération de la chaleur pour fournir une partie des besoins en énergie de l usine. C est pourquoi le coût énergétique de production des ammonitrates est plus faible que celui de l urée ou de la solution azotée. Énergie consommée pour produire des engrais 1,20 tep/t d'élément fertilisant 1,00 0,80 0,60 N 0,73 N 0,75 N 0,99 N 0,87 1 tonne équivalent pétrole = 1 tonne de gazole 0,40 0,20 0,00 Ammonitrate 33.5 Ammonitrate 27 Urée Solution azotée P2O5 0,10 TSP superphosphate K20 0,06 KCI chlorure de potasse Source : IFS, n

12 la fertilisation améliore le rendement de la photosynthèse Blé d hiver l efficacité énergétique dans la production du blé pour le bioéthanol La fertilisation permet aux cultures de réaliser leur potentiel maximum de croissance et de fixer ainsi davantage d énergie solaire en consommant du CO2 de l atmosphère. L efficacité énergétique due à la fertilisation azotée est démontrée dans une synthèse d essais au champ en Allemagne sur blé d hiver. Avec 170 kg d azote (N) apportés par hectare, le rendement du blé d hiver est de 8,2 tonnes comparé à 4,7 tonnes sans utilisation d engrais azoté. Ces 8,2 tonnes de grains correspondent à 3 tep (tonne équivalent pétrole) d énergie solaire capturée et fixée sous forme de biomasse avec l apport d azote, à comparer à 1.7 tep sans cet apport. Le supplément de 1.3 tep capturé et fixé, obtenu avec l apport d azote représente plus de 6 fois les 0.19 tep consommés pour produire, transporter et épandre l engrais azoté ,5 tep / ha Sans apport N kg N/ha 8.2 Synthèse d'essais, Yara Allemagne Énergie fixée dans le grain : 0.37 tep/t Énergie solaire supplémentaire fixée dans le grain Énergie solaire fixée dans le grain sans apport d'azote Carburant, autres intrants Engrais azoté (170 kg N/ ha) Rendement grain (t/ha) Colza d hiver a s apport N 4.7 l efficacité énergétique dans la production du colza pour le biodiesel. L apport d engrais azotés améliore également le +1.3 bilan énergétique pour la production de colza d hiver kg N/ha 8.2 Énergie solaire supplémentaire fixée dans le grain Pour un apport optimum d environ 220 kg d azote N/ha dans cette synthèse d essais, le rendement du colza d hiver est de 5,4 tonnes comparé à 2,2 tonnes sans utilisation d engrais azoté. Énergie solaire fixée dans le grain sans apport d'azote Le supplément de 1,8 tep capturé et fixé, obtenu avec l apport d azote représente plus de 7 fois les 0.24 tep dépensées pour les engrais azotés. Carburant, autres intrants Engrais azoté (170 kg N/ ha) Rendement grain (t/ha) ,5 tep / ha Sans apport N kg N/ha 5.4 Énergie solaire supplémentaire fixée dans la graine Énergie solaire fixée dans la graine sans apport d'azote Carburant, autres intrants Engrais azoté (220 kg N/ ha) Rendement grain (t/ha) èse d'essais, Yara Allemagne gie fixée dans le grain : 0.37 tep/t Synthèse d'essais, Yara Allemagne Énergie fixée dans la graine : 0.57 tep/t

13 les biocarburants économisent l énergie fossile Le rendement énergétique de la transformation du blé ou du colza en biocarburants n est pas de 100%. Une part de la récolte fournit aussi des tourteaux et des drèches destinés à l alimentation animale. Enfin, la transformation industrielle consomme aussi de l énergie pour produire les biocarburants. L écobilan complet réalisé en 2002 par Price WaterhouseCoopers à la demande du Ministère français de l Industrie et de l ADEME conclut qu on consomme deux fois moins d énergie fossile pour produire du bioéthanol que pour produire la même quantité, en valeur énergétique, d essence. Pour le biodiesel, il faut consommer trois fois moins d énergie fossile que pour produire l équivalent en gazole. L étude souligne que ces bilans pourront encore être améliorés tant au stade de la production agricole dans les prochaines années qu à celui de la transformation industrielle dans les nouvelles usines en cours de construction Énergie fossile consommée pour produire l énergie d une tonne équivalent pétrole (1 tep) sous forme de carburant en tep consommée pour 1 tep produite 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Essence Bioéthanol Gazole Biodiesel Source : PriceWaterhouse Coopers 2002

14 Le bilan gaz à effet de serre (GES) de la production de biomasse Le bilan environnemental de la production agricole est aussi très positif. En captant l énergie solaire pour produire la biomasse grâce à la photosynthèse, les cultures fixent du gaz carbonique CO 2 pris dans l atmosphère pour fabriquer de la matière organique. La fixation de CO 2 est beaucoup plus importante que l émission de gaz à effet de serre liée à la production de la culture et aux intrants utilisés (en tonnes d équivalent CO 2 incluant l émission du sol en N 2 O). La transformation de la biomasse en énergie est pratiquement neutre pour l émission de gaz à effet de serre. Le gaz carbonique fixé par la photosynthèse pour produire de la biomasse est simplement relâché dans l atmosphère lors de la combustion (1 tonne de biomasse fixe 1.6 tonne de CO 2 ). Bilan gaz à effet de serre (GES) de quelques grandes cultures 25 t CO 2 /ha t éq. CO 2 /ha t éq. CO 2 /ha La fixation de CO 2 dépend de la culture, de la partie récoltée (graine ou racine) et de son rendement. CO 2 fixé t éq. CO 2 /ha L'émission de GES est liée à toutes les étapes de la production agricole, pour l utilisation des tracteurs, la production des intrants tels que les semences et les engrais. -5 Blé (8.2 t/ha) Colza (4.0 t/ha) Betterave à sucre (57.0 t/ha) Équivalent CO 2 émis (incl. N 2 O) Source : essais plein champs Yara, Allemagne Comptabilité des gaz à effet de serre en France Le protocole de Kyoto identifie six gaz à effet de serre (GES) : CO 2, CH 4, N 2 O, HFC, PFC, SF 6 Le CO 2 est le principal GES (74%), suivi du N 2 O (13%) et du CH 4 (11%). Les émissions totales de la France en 2004 s élevaient à 563 millions de tonnes eq CO 2 contre 567 millions de tonnes eq CO 2 en 1990 (soit 0.8%). Le pouvoir réchauffant global du N 2 O est 310 fois plus élevé que celui du CO 2. Inventaire des émissions de polluants atmosphériques en 2004 en eq. CO % CO 2 Source : CITEPA 10.5 % CH % N 2 O 2.7 % PFC + HFC + SF 6

15 émissions de gaz à effet de serre liées à la production du blé Une grande partie des émissions de GES (CO 2 et N 2 O) liées à la production de blé est due à la fertilisation azotée. C est pourquoi la fertilisation raisonnée de l azote est primordiale pour améliorer le bilan environnemental. Les autres émissions de GES sont dues au carburant consommé par les travaux des champs et la fabrication des autres intrants. Autres intrants & travaux des champs Autres fertilisants P, K Fertilisant azoté 2 % 24 % 74 % Le CO 2 et le protoxyde d azote N 2 O, des gaz à effet de serre à prendre en compte La production d ammoniac utilise du gaz naturel et entraîne une émission de CO 2. La fabrication d urée fixe du CO 2 pour former la molécule d urée CO(NH 2 ) 2 à partir de l ammoniac NH 3. Cependant après épandage, cette molécule est rapidement hydrolysée et relâche le CO 2 fixé (soit 1,6t CO 2 libérée par t de N d urée ; 0,8t CO 2 libérée par t de N de solution azotée). La production de l acide nitrique à partir de l ammoniac entraîne une émission de faibles quantités de N 2 O. Cependant ce gaz à effet de serre avec un pouvoir réchauffant équivalent à 310 kg de CO 2 par kg de N 2 O émis est très pénalisant. L industrie française des engrais a annoncé son engagement de poursuivre la réduction de ses émissions de N 2 O de 61% d ici 2012 dans le cadre des quotas d émission par rapport à la référence de 1990 (protocole de Kyoto). Dans les ammonitrates et les solutions azotées respectivement 50% et 25% de l azote provient de l acide nitrique. Les sols émettent du N 2 O au cours des processus biologiques de dénitrification/nitrification dans les mois qui suivent l apport d azote d origine minérale et organique. Faute de mesures précises un coefficient moyen d émission est généralement appliqué à la quantité d azote total apportée. Cependant l ajustement de la dose, son fractionnement ainsi que la forme de l azote choisie sont autant de facteurs qui permettent de réduire les émissions de ce gaz à effet de serre Émission de gaz à effet de serre liée à la production et à l utilisation d engrais (incluant N 2 O pour les azotés) t équivalent CO2/ t d'élément fertilisant N 6,9 N 6,4 N 7,9 N 7,7 Sources : IFS - N et Bouwman, Boumans 2002 éq. CO 2 à la production CO 2 relâché après épandage éq. CO 2 lié à l'émission des sols en N 2 O Ammonitrate 33,5 Ammonitrate 27 Urée Solution azotée P2O5 0,4 TSP superphosphate K20 0,3 KCI chlorure de potasse

16 la fertilisation permet de fixer davantage de CO 2 En prenant l exemple de la production de blé, on constate que le supplément de rendement obtenu avec un fertilisant azoté signifie une augmentation de la fixation de gaz carbonique. L utilisation d engrais azoté augmente aussi la quantité de résidus de récolte enfouis (racines, chaumes, paille). La formation d humus à partir de ces résidus permet la séquestration à plus long terme de carbone dans les sols. CO 2 fixé par 1 hectare de blé 30 t éq. CO2/ha t éq. CO t éq. CO CO 2 supplémentaire fixé dans la plante CO 2 fixé dans la plante sans apport d'azote Sans apport d'azote 9.4 t/ha kg N/ha 16.4 t/ha CO 2 émis par le carburant et autres intrants... éq. CO 2 incluant N 2 O émis par l'engrais azoté Rendement en biomasse (plante entière) Synthèse d'essais plein champs - YARA ; Allemagne les biocarburants réduisent l accumulation de gaz à effet de serre L utilisation de carburant d origine fossile rejette de grandes quantités de CO 2 qui vont s accumuler dans l atmosphère en aggravant l effet de serre (1 tonne de gazole rejette 3.4 tonnes de CO 2 ). L écobilan réalisé par Price Waterhouse Coopers prend en compte l ensemble des émissions de CO 2 et de N 2 O à l origine d une augmentation de l effet de serre, depuis la production jusqu à l utilisation des carburants. Contrairement aux carburants fossiles, le CO 2 issu de la combustion des biocarburants n est pas comptabilisé puisqu il a été auparavant fixé par la photosynthèse à partir de l atmosphère. Ainsi les carburants verts réduisent l accumulation de gaz à effet de serre par rapport aux carburants fossiles, respectivement de 75% et de 74% pour le bioéthanol et le biodiesel. Écobilan gaz à effet de serre des fillières de biocarburants 4,0 t éq. CO /t de carburant 2 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Essence Bioéthanol Gazole Biodiesel Source : PriceWaterhouse Coopers 2002

17 CONCLUSION : la fertilisation améliore les bilans L utilisation de la biomasse pour produire de l énergie renouvelable économise des ressources fossiles et réduit l accumulation de gaz carbonique dans l atmosphère. En particulier, le bilan tant énergétique qu environnemental de la production de cultures dédiées aux biocarburants est positif. La fertilisation améliore la performance des bilans en permettant aux cultures de réaliser leur potentiel de croissance et d accroître leur rendement photosynthétique. Grâce à une fertilisation raisonnée, le gain d énergie fixée dans la récolte est six à sept fois plus élevé que la dépense consentie pour produire, transporter et épandre les engrais. Semées entre fin août et fin octobre, elles ont un cycle long de 9 à 10 mois et ne nécessitent pas d irrigation. Elles protègent les sols de l érosion en hiver et piègent le nitrate présent dans le sol. Alternées avec d autres cultures (tournesol, légumineuses, betterave ) elles contribuent à préserver la diversité des rotations et restituent de la matière organique aux sols grâce à l enfouissement des résidus de culture. Le recours à la biomasse et aux biocarburants trouve cependant ses limites dans la disponibilité des surfaces agricoles et de la ressource en eau. Sans concurrencer les débouchés alimentaires, la surface agricole actuellement en jachère pourra être remise en culture (en 2005, 4 millions d hectares sont en jachère dans l UE dont 1.3 million en France). Cette surface consacrée aux biocarburants permettrait de réduire de 18 millions de tonnes de CO 2 les émisions du secteur des transports dans l EU. L adoption par les agriculteurs des pratiques de raisonnement : plans de fertilisation, fractionnement des apports d azote, choix des formes, ajustement grâce aux outils de pilotage, permet de gagner en efficacité tout en préservant l environnement*. Les cultures énergétiques comme le colza et le blé d hiver sont bien adaptées aux climats tempérés et présentent des atouts pour l environnement. Pour atteindre l objectif d incorporation de 10% de carburants verts dans les carburants en 2015 fixé par le gouvernement français, il faut améliorer les rendements de la production de biomasse et de sa transformation en biocarburants. La généralisation des pratiques agricoles respectueuses de l environnement et le développement de l Agriculture Raisonnée en France devront y contribuer * Gagner en efficacité avec l azote minéral pour protéger l environnement - Dossier technique UNIFA

18 Bibliographie EFMA 2006 Producing bioenergy and making the best of european land UNIFA 2004 Dossier technique : Gagner en efficacité avec l azote minéral pour protéger l environnement IFS 2003 N 509 Energy consumption and greenhouse gas emissions in fertiliser production Bouwman, A.F., Boumans and Batjes 2002 Modeling global annual N 2 O and NO emissions from fertilized fields, Global Biogeochem. Cycles FAO - IFA 2003 Estimations des émissions gazeuses de NH 3, NO et N 2 O par les terres agricoles à l échelle mondiale Price Waterhouse Coopers 2002 Bilans énergétiques et gaz à effet de serre des filières de production de biocarburants en France Sites consultés : pour les inventaires d émission de GES pour le plan de réduction des GES en pour le dossier biocarburants Crédits photos : AGPM, K+S, Novamont, Proléa, Unifa, Yara Cette brochure est téléchargeable sur

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20 DOSSIER TECHNIQUE Gagner en efficacité avec l azote minéral pour protéger l environnement Les plantes s alimentent dans le sol en azote minéral et le transforment en protéines, composants essentiels de la vie pour l homme et les animaux. Le cycle de l azote est complexe. L azote minéral destiné à la plante peut aussi être perdu sous certaines formes dans l air ou dans l eau. La fertilisation raisonnée consiste à maîtriser les quantités d azote fournies pour satisfaire au plus juste les besoins des cultures. Ce document montre l ensemble des progrès réalisés par les fabricants, les chercheurs, les prescripteurs et les agriculteurs dans les cinq étapes de la mise en oeuvre de la fertilisation afin de rendre l apport d azote minéral plus efficace pour protéger l environnement. 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. N hésitez pas à envoyer vos questions à agronomie@unifa.fr Toutes les fiches sont téléchargeables sur FERTI-pratiques n 01 : Colza et céréales ; de vrais besoins en P et K FERTI-pratiques n 02 : Analyse de terre ; la comprendre et l utiliser Prochaine parution cet hiver : FERTI-pratiques n 03 : Soufre ; intérêt et synergie avec l azote Pour être certain de recevoir les prochaines fiches, inscrivez-vous sur UNIFA Le Diamant A Paris La Défense cedex Tél : Fax : contact@unifa.fr Site Web : conception - réalisation :