Les coûts environnementaux et sociétaux de la production de maïs diminuent en prenant en compte l'incertitude des recommandations d’apport en azote

Pourquoi l’excès d’engrais nous concerne tous

L’agriculture moderne du maïs dépend fortement des engrais azotés pour produire les grains qui nourrissent les humains et le bétail et alimentent les biocarburants. Mais une grande partie de cet azote ne pénètre jamais dans la plante. Il s’échappe dans l’air et l’eau, alimentant le changement climatique, contaminant l’eau potable et perturbant les écosystèmes. Cette étude pose une question apparemment simple mais aux conséquences considérables : combien d’azote les producteurs de maïs américains pourraient-ils réduire en toute sécurité, si l’on tenait honnêtement compte de l’incertitude des recommandations d’apport ?

Le problème de l’azote gaspillé

Le maïs est étonnamment mauvais pour utiliser l’azote de façon efficace. Dans la Ceinture du maïs des États‑Unis, les agriculteurs appliquent de grandes quantités d’engrais, et pourtant 50 à 70 % de cet azote est perdu du champ. Une partie est lessivée sous forme de nitrate vers les rivières et les nappes phréatiques, favorisant les proliférations d’algues, les zones mortes et la contamination de l’eau potable associée à des cancers et des malformations congénitales. Une autre partie s’échappe sous forme de protoxyde d’azote, un puissant gaz à effet de serre qui endommage aussi la couche d’ozone, ou sous d’autres formes gazeuses d’azote aggravant le smog et la pollution particulaire fine. La fabrication même des engrais consomme beaucoup d’énergie et repose généralement sur des combustibles fossiles. Parallèlement, de nombreux champs ne reçoivent pas exactement la bonne quantité d’azote au bon moment, si bien que les cultures peuvent être à la fois sur‑fertilisées et carencées.

Repenser le conseil « optimal » en engrais

Les directives d’apport proposent généralement un taux unique « optimal » d’azote qui maximise soit le rendement (optimum agronomique), soit le profit (optimum économique). En réalité, ces valeurs sont incertaines parce que le sol, le climat et la croissance des cultures varient d’une année à l’autre et d’un lieu à l’autre. Les agriculteurs le savent et ajoutent souvent de l’azote supplémentaire comme assurance contre les mauvaises années, dépassant ainsi les recommandations officielles. Les auteurs ont utilisé des essais de parcelles détaillés sur 49 sites répartis dans huit États de la Ceinture du maïs pour construire des modèles statistiques de la réponse du maïs à des doses croissantes d’azote. Plutôt que de considérer le taux optimal comme une valeur fixe, ils l’ont traité comme une distribution de probabilité, capturant la probabilité des différents taux « optimaux » pour chaque site.

Deux étapes vers un usage plus sûr de l’azote

Avec ces distributions de probabilité en main, l’équipe a exploré ce qui se passerait si les agriculteurs réduisaient les apports en deux phases. Dans la Phase I, les taux d’azote diminuent du niveau moyen maximisant le rendement jusqu’au niveau moyen maximisant le profit. Ce seul changement permet aux agriculteurs d’économiser de l’argent et réduit l’utilisation d’engrais d’environ 8 %, tandis que la perte de rendement attendue est inférieure à un demi‑pourcent — trop faible pour être économiquement significative. Dans la Phase II, ils vont un peu plus loin, réduisant les taux jusqu’à un point conservateur de la courbe de profit où la probabilité de perte de rendement reste faible et où l’ampleur de toute perte reste inférieure à environ 1 %. Sur l’ensemble des sites, la combinaison des deux phases conduit à une réduction totale d’engrais d’environ 12–16 %, avec seulement une baisse de rendement de 0,48–1,43 %, et même cette petite perte n’est pas garantie chaque année.

Air plus propre, eau plus sûre, bénéfices concrets

Pour relier ces réductions modestes d’apports à des effets concrets, les auteurs ont traduit la diminution d’utilisation d’azote en changements de lessivage de nitrate, d’émissions de protoxyde d’azote et de dioxyde de carbone lié à la fabrication et au transport des engrais. En moyenne, une réduction d’engrais de 12–16 % a diminué les émissions de protoxyde d’azote d’environ 10 %, les pertes de nitrate d’environ 13 % et le CO2 lié aux engrais jusqu’à 16 % dans les scénarios étudiés. En multipliant ces changements à l’échelle de la Ceinture du maïs, et en utilisant des estimations publiées des coûts sociaux de la pollution, ils estiment des bénéfices sociétaux d’environ 230 à 530 millions de dollars par an issus uniquement d’un air et d’une eau plus propres. Ces chiffres sous‑estiment probablement les bénéfices réels car ils n’incluent pas tous les polluants liés à l’azote ni tous les impacts sur les écosystèmes.

Partager risques et bénéfices le long de la chaîne alimentaire

Si des réductions d’azote plus importantes que 12–16 % offriraient des gains environnementaux supérieurs, le risque d’une perte de rendement notable augmente fortement, rendant ces réductions peu attrayantes pour des agriculteurs qui supportent déjà la majeure partie du risque de production. Les auteurs soutiennent que des politiques réalistes sur le climat et la qualité de l’eau doivent reconnaître ce déséquilibre. Des outils tels que des marchés de crédits azote, des incitations collectives ou des assurances contre l’azote pourraient utiliser une partie des importants bénéfices publics pour indemniser les agriculteurs en cas de pertes de rendement rares. En traitant les recommandations d’engrais comme des plages incertaines plutôt que comme des nombres magiques, et en partageant à la fois les risques et les bénéfices dans le système alimentaire, la société peut réduire substantiellement la pollution azotée sans compromettre la sécurité alimentaire.

Citation: Palmero, F., Davidson, E.A., Guan, K. et al. Environmental and societal costs of maize production decrease by addressing the uncertainty in nitrogen rate recommendations. Nat Commun 17, 2375 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68988-y

Mots-clés: engrais azotés, production de maïs, Ceinture du maïs, qualité de l'eau, gaz à effet de serre