Élevages porcins : l’ammoniac accroît les émissions de protoxyde d’azote

Les grands élevages porcins rejettent de l’ammoniac dans l’air au fur et à mesure que les déjections animales se décomposent. Une partie importante de ce gaz s’échappe des bâtiments d’élevage, puis se dépose sur les terrains voisins, où il peut modifier la chimie des sols alentour.

Des chercheurs viennent désormais de montrer que ce mécanisme, souvent négligé, pourrait déclencher des rejets de protoxyde d’azote - un gaz à effet de serre très puissant qui contribue aussi à la dégradation de la couche d’ozone.

Cette mise en évidence laisse entendre que la pollution transportée par l’air depuis les fermes pourrait, sans bruit, renforcer l’empreinte climatique des écosystèmes situés juste au-delà des clôtures.

Pollution à l’ammoniac provenant des élevages porcins

C’est autour d’un grand élevage porcin de la province du Hubei, dans le centre de la Chine, que le phénomène est apparu le plus nettement dans les sols situés sous le vent.

Jianlin Shen et ses collègues de l’Institut d’agriculture subtropicale (ISA) ont suivi les émissions gazeuses à l’échelle du paysage autour du site.

Leur suivi indique que les zones recevant davantage d’ammoniac - un gaz riche en azote issu des déjections et du lisier - émettaient sensiblement plus de protoxyde d’azote.

Les mesures montraient une baisse progressive des émissions à mesure que l’on s’éloignait des bâtiments, dessinant un gradient régulier qui reflétait la dispersion de l’ammoniac dans l’atmosphère.

Cette organisation liée à la proximité suggérait un lien environnemental direct. Il restait à examiner de près la façon dont l’ammoniac d’origine agricole transforme la chimie et la vie microbienne des sols voisins.

L’ammoniac transforme les sols à proximité

Après avoir quitté les bâtiments d’un élevage porcin et les amas de fumier, l’ammoniac est entraîné par le vent sous le vent, puis retombe sur les terrains environnants.

Les scientifiques parlent de dépôt d’ammoniac : un processus où l’ammoniac présent dans l’air se fixe sur le sol après un transport sur une distance relativement courte.

Une fois dans le sol, l’ammoniac se transforme rapidement en ammonium, une forme d’azote dissoute facilement utilisable par les microbes. À proximité des grandes exploitations, cet apport continu d’azote peut, avec le temps, modifier la chimie du sol - y compris dans des zones voisines non cultivées.

Lorsque les microbes traitent cet azote supplémentaire, ils peuvent produire du protoxyde d’azote, un gaz à effet de serre puissant. Sur 100 ans, les Nations unies estiment que le protoxyde d’azote retient environ 298 fois plus de chaleur que le dioxyde de carbone, à masse égale.

Une étude de 2009 a également identifié le protoxyde d’azote comme la plus importante émission destructrice de la couche d’ozone encore libérée au cours de ce siècle. Pris ensemble, ces effets signifient que de faibles variations d’azote dans les sols autour des fermes peuvent entraîner des conséquences inattendues pour le climat et la chimie de l’atmosphère.

Les microbes du sol libèrent du protoxyde d’azote

Face à l’excès d’ammonium, les microbes du sol ont réagi rapidement en accélérant des réactions qui relâchent du protoxyde d’azote pendant le traitement de l’azote. Une étape centrale est la nitrification : dans un sol riche en oxygène, des microbes convertissent l’ammonium en nitrate afin d’en tirer de l’énergie.

« Nos résultats montrent que le dépôt d’ammoniac issu des élevages peut stimuler l’activité microbienne des sols et conduire à une hausse des émissions de protoxyde d’azote », a déclaré Shen.

Des indices génétiques présents dans le sol ont aidé à identifier les microbes impliqués. Les dénombrements de gènes augmentaient ou diminuaient avec les niveaux d’ammoniac, orientant vers des organismes qui se nourrissent d’ammoniac et déclenchent les réactions chimiques menant, in fine, à la libération de protoxyde d’azote.

« À mesure que l’ammoniac s’accumule dans le sol, il fournit davantage de substrat aux microbes nitrifiants », a expliqué Shen.

Les chercheurs ont aussi constaté, près de l’élevage porcin, une augmentation du nombre d’archées oxydant l’ammoniac dans les zones où les émissions étaient les plus élevées.

Cette correspondance étroite entre l’abondance microbienne et les rejets de protoxyde d’azote a renforcé l’hypothèse selon laquelle une nitrification alimentée par l’ammoniac pilotait le gradient observé.

Des tests en laboratoire confirment la cause

Pour vérifier que l’ammoniac était bien le moteur de l’excédent de protoxyde d’azote, l’équipe de l’ISA a prélevé des échantillons de sol et les a testés en laboratoire dans des conditions contrôlées.

Les chercheurs ont ajouté différentes formes d’azote dans des bocaux de sol. Lorsque l’azote était apporté sous des formes liées à l’ammoniac, les sols relâchaient nettement plus de protoxyde d’azote que lorsque les scientifiques ajoutaient un azote déjà transformé en nitrate.

Avec une humidité modérée, les sols conservaient suffisamment d’oxygène pour que les microbes nitrifiants restent actifs. Dans ce contexte, ils continuaient à convertir l’ammonium en d’autres composés azotés - en émettant du protoxyde d’azote au passage.

Les résultats en laboratoire reproduisaient de près les motifs mesurés autour de l’élevage porcin. Les auteurs soulignent toutefois que d’autres types de sols, climats ou conditions météorologiques peuvent modifier l’intensité avec laquelle l’ammoniac stimule les émissions de protoxyde d’azote ailleurs.

Des émissions plus élevées que prévu

Pour estimer la pollution au protoxyde d’azote, les scientifiques s’appuient souvent sur les lignes directrices du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (IPCC).

Ces lignes directrices utilisent un facteur d’émission : un pourcentage standard censé représenter la quantité de pollution produite après l’entrée de l’azote dans un écosystème. Pour le dépôt d’ammoniac, l’IPCC suppose généralement qu’environ 1 % de l’azote déposé finit par être émis sous forme de protoxyde d’azote.

Or, près de l’élevage porcin, les chercheurs ont estimé qu’environ 1.3 % de l’ammoniac-azote déposé retournait dans l’air sous forme de protoxyde d’azote.

L’écart paraît modeste, mais il indique que les écosystèmes entourant les grandes exploitations d’élevage pourraient produire davantage de gaz à effet de serre que ce que les modèles climatiques prennent actuellement en compte - même en l’absence d’apports d’engrais.

Réduire l’ammoniac dans les élevages porcins

Il est possible que les exploitants diminuent ces émissions en limitant d’abord la quantité d’ammoniac qui s’échappe.

Des ajustements de l’alimentation animale, un stockage du lisier mieux conçu et des systèmes de ventilation plus performants peuvent réduire les rejets d’ammoniac depuis les bâtiments et les tas de déchets. Des actions comme la couverture des stockages de lisier, l’évacuation plus fréquente des déjections et le traitement de l’air extrait peuvent diminuer la quantité d’ammoniac qui dérive vers les sols voisins.

« Réduire les émissions d’ammoniac des systèmes d’élevage pourrait donc aider à atténuer à la fois la pollution de l’air et le changement climatique », a déclaré Shen.

Nombre de ces améliorations demandent des investissements et un entretien régulier : leur efficacité dépendra donc de l’ampleur de leur adoption par les éleveurs et de leur maintien dans la durée.

Un lien azoté caché se révèle

L’ammoniac qui s’échappe des élevages porcins peut ainsi augmenter le protoxyde d’azote juste à côté, reliant une pollution locale de l’air à des totaux plus larges de gaz à effet de serre.

De futurs travaux pourraient aider les modèles de l’IPCC à intégrer ces pics proches des fermes, tandis que les agriculteurs évalueraient les solutions les plus abordables pour réduire l’ammoniac.

Dans le même temps, les chercheurs rappellent les limites de leurs conclusions : une seule exploitation porcine ne peut représenter toutes les zones climatiques, tous les types de sols ni toutes les configurations de ventilation utilisées en élevage.

Les pluies saisonnières, l’acidité des sols et la végétation influencent la quantité d’ammoniac qui se fixe au sol, et ces mêmes facteurs peuvent aussi orienter la libération de protoxyde d’azote.

Par ailleurs, comme l’équipe de l’ISA n’a testé que certains sols dans des bocaux en laboratoire, les réponses les plus fortes observées en conditions contrôlées ne se manifesteront pas forcément partout sur le terrain.

Des campagnes plus larges, couvrant différents animaux, régions et systèmes agricoles, seront nécessaires pour déterminer si cette voie liée à l’ammoniac est répandue ou si elle ne correspond qu’à un point chaud rare.

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