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Biofertilisants : une véritable alternative aux engrais de synthèse ?

02 août 2018

L’essor de la biologie synthétique offre la possibilité de développer des micro-organismes qui permettront de cultiver la terre sans engrais de synthèse.

Chacun de nous est bien plus qu'un être unique. Notre organisme contient en réalité plus de bactéries que de cellules humaines. Une abondance d’organismes microscopiques vivent sur notre peau et à l’intérieur de notre corps, et jouent des rôles essentiels à notre survie.

Il ne s’agit pas d’une qualité réservée aux humains. Les animaux et les plantes partagent aussi leur existence avec une multitude de micro-organismes. Cette communauté écologique d’entités organiques interdépendantes est appelée microbiome.

Certaines plantes, telles que le soja ou les légumineuses, ont des microbiomes vivant généralement dans leurs racines et contenant des bactéries. Celles-ci peuvent transformer l’azote contenu dans l’air en nutriments essentiels à la croissance de leur hôte. Cependant, la plupart des organismes vivants ne disposent pas de cette capacité.

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Près de 80 % de l’atmosphère de la Terre se compose d’azote sous forme de gaz, mais pour la majorité des plantes et des animaux, l’azote est inutilisable dans sa forme gazeuse. La plupart des plantes tirent du sol l’azote nécessaire à leur croissance, et les animaux l’obtiennent en mangeant ces plantes (ou d’autres animaux).

Se pose alors une difficulté pour les agriculteurs du monde entier. Pour répondre à la demande croissante en nourriture, les agriculteurs doivent utiliser des engrais de synthèse afin de compléter l’apport en azote et en d’autres nutriments du sol, pour continuer à cultiver la terre, à récolter des denrées et à répondre aux besoins de la population mondiale.

« Les engrais azotés de synthèse sont absolument essentiels pour les agriculteurs, et sont sans doute utilisés pour 90 % de la production agricole, » explique Mike Miille, directeur général de Joyn Bio, nouvelle joint-venture entre Bayer et Gingko Bioworks. « Sans ces engrais, le rendement de ces cultures chuterait. Elles pourraient même disparaître entièrement en l’absence de cet apport nutritionnel nécessaire à leur croissance. »

Les engrais de synthèse sont très importants pour assurer la pérennité de l’agriculture mondiale. On estime que près de la moitié de la population humaine subsiste grâce à eux. Actuellement, 3,6 milliards de personnes se nourrissent grâce à l’action stimulante des engrais de synthèse sur les cultures.

Mais cela a un coût.

Le procédé de conversion de l’azote présent dans l’atmosphère en composés d’azote, appelé procédé Haber-Bosch, est coûteux et très gourmand en énergie. Il consomme 1 à 2 % de l’approvisionnement mondial énergétique et environ 3 % de la production mondiale de gaz naturel. Il est également à l’origine d’environ 3 % des émissions de CO2. L’engrais de synthèse est également difficile à doser avec précision, et tout excès de ruissellement peut être nocif pour l’environnement.

« Les engrais de synthèse offrent de nombreux avantages, mais leur utilisation a également certaines conséquences », explique Maya Almaraz, titulaire d’une bourse de recherche post-doctorale à l’Université de Californie-Davis. « Lorsqu’on applique des engrais azotés aux cultures, environ la moitié de l’azote utilisé a une action stimulante sur les plantes, et l’autre moitié se perd souvent dans la nature. »   

Existe-t-il un moyen de réduire l'utilisation de l’engrais azoté en imitant les micro-organismes qui contribuent à répondre aux besoins en azote de certaines plantes ?

« En utilisant ces micro-organismes bénéfiques, nous espérons réduire l’impact sur l’environnement et offrir à chaque exploitant la possibilité d’améliorer sa viabilité sur les plans économique et environnemental. »

– Mike Miille, directeur général de Joyn Bio

Créer des microbiomes

Au cours des dix dernières années, le coût et le temps consacrés à l’analyse, au séquençage et à l’édition de l’ADN ont fortement diminué. Cela a permis de développer un nouveau secteur industriel, dont l’objectif est de programmer les cellules comme un informaticien programmerait un ordinateur : la biologie synthétique.

« La biologie fonctionne avec un code sous forme d’ADN. Dans chaque organisme – vous, moi, les plantes – se trouve un code qui peut être lu et qui dicte à cet organisme ce qu’il peut faire. Le travail de Gingko consiste fondamentalement à faire évoluer ce code pour permettre aux cellules d’acquérir de nouvelles capacités », explique Jason Kelly, cofondateur et PDG de Gingko Bioworks.

Cette capacité à permettre aux organismes microscopiques d’accomplir de nouvelles tâches est au cœur de la mission de Joyn Bio, qui est de concevoir et fabriquer une alternative écologiquement viable aux engrais azotés de synthèse.

Cette nouvelle joint-venture cherche à analyser les micro-organismes bénéfiques qui fixent déjà l’azote présent dans l’air pour les plantes telles que le soja et les arachides, afin de comprendre les gènes et les voies impliquées. L’objectif est de trouver des méthodes pour développer des micro-organismes semblables afin d’aider le maïs, le blé et le riz, par exemple, à extraire l’azote de l’air, et réduire ainsi de manière drastique la nécessité d’utiliser de l’engrais de synthèse.

« Le cœur de notre métier consiste à utiliser les micro-organismes pour réduire de manière significative la quantité d’engrais que les agriculteurs doivent utiliser », précise Mike Miille. « En utilisant ces micro-organismes bénéfiques, nous espérons réduire l’impact sur l’environnement et offrir à chaque exploitant la possibilité d’améliorer sa viabilité sur les plans économique et environnemental. »

Si cette nouvelle entreprise est un succès, alors, tout comme certains prennent des probiotiques pour améliorer leur santé intestinale, nos principales cultures pourraient bientôt bénéficier de micro-organismes bénéfiques. Cela permettrait de répondre à la demande croissante en nourriture tout en limitant davantage l’impact sur l’environnement.

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