Pour faciliter la discussion, on pourrait simplement les regrouper en deux grandes catégories (Tableau 1), selon leur mode d’action : les ralentisseurs (ralentissement de la libération de l’azote physiquement, ou chimiquement) et les inhibiteurs (de la transformation de l’urée en ammonium par hydrolyse, ou de l’ammonium en nitrates, la nitrification).
Tableau 1. Les engrais à efficacité améliorée, classés selon leur mode d’action.
| Mécanismes | Types de produits | Matières actives | Exemples de produits de commerce |
| Ralentisseurs de la libération N par barrière physique | Engrais à libération contrôlée (ELC) enrobage de granules d’urée | Polymère | ESN, FRN, Duration CR, Polyon |
| Polymère + soufre | XCU | ||
| Résine | Osmocote | ||
| Ralentisseurs de la libération N par limitation chimique | Engrais à libération lente (ELL) ajout de composés de faible solubilité | Composés de faible solubilité : urée formaldéhyde, isobutilène diurée (IBDU) | Nitamin, NFusion |
| Ajout d’inhibiteurs | Inhibiteurs d’uréase | Triamide thiophosphorique (NBPT) | Agrotain, Agrotain Ultra, N-Force |
| Lignosulfonate | |||
| Catéchol | |||
| Phénylphosphorodiamide (PPD) | |||
| SRL-14 | |||
| p-benzoquinone | |||
| Inhibiteurs de nitrification | Nitrapyrine | Instinct, N-Serve | |
| Dicyandiamide (DCD) | Guardian | ||
| 3,4-dimethylpyrasole phosphate (DMPP) | Entec | ||
| Inhibiteurs d’uréase et de nitrification | NBPT + DCD | AgrotainPlus, Super-U | |
| Thio sulfate d’ammonium (ATS) | |||
| Sel de calcium | Nutrisphere-N, Avail |
Les ralentisseurs
L’idée centrale étant qu’en offrant une barrière physique ou chimique à la solubilisation et transformation en nitrates, les ralentisseurs résistent mieux aux aléas climatiques et microbiens, libèrent leur azote disponible au moment où la plante en a besoin, et permettent de réduire les quantités d’azote perdues. Un producteur qui les choisirait verrait soit ses rendements augmenter avec les mêmes doses qu’il utilisait sous forme d’engrais conventionnels, ou soit pourrait réduire ces doses. Mais, comme vous l’aurez sans doute déjà deviné, les promesses ne se matérialisent pas toujours.
Tableau 2. Principales voies possibles de perte d’azote entre l’application au semis et la période active d’absorption par le maïs (à partir du stade V6), et importance relative.
| Voie de perte | Formes d’azote impliquées | Perte max.* (kg N/ha) |
Références | Remarques |
| Volatilisation | Ammonium (NH4+) en solution => ammoniac (NH3) dans l’atmosphère | 60 | 4, 22, 23, 37, 47 | L’incorporation rapide et peu profonde demeure la meilleure façon de réduire les risques |
| Lessivage | Nitrates (NO3-) dissout dans l’eau vers drains ou nappe phréatique | 20 | 13, 29, 30, 32, 47 | Max atteint sur sol sable ou sable loameux et pluies abondantes |
| Dénitrification | Transformation bactérienne de NO3- à protoxyde d’azote (N2O) ou azote élémentaire (N2) dans l’atmosphère | 2 | 10, 13, 14, 20, 22, 30, 36, 40, 47 | Sur sol argileux mal drainés; phénomène extrêmement difficile à prédire, ou atténuer |
Les producteurs qui appliquent leur azote en post-levée dans le maïs pourraient y voir une occasion de simplifier leur pratique : tout mettre au moment du semis ou juste avant. Cela éviterait un passage à un moment assez occupé et qui est davantage dépendant des conditions météo.
Une autre clientèle potentielle est les producteurs de céréales en semis direct, qui souhaiteraient appliquer tout leur engrais dans le sillon de la semence.
Un survol de travaux de recherche réalisés ces dernières années sur les EEF révèle qu’ils ne réussissent pas à atteindre leurs objectifs d’efficacité de façon régulière : les conditions climatiques après leur application, les conditions spécifiques du champ et les interactions entre climat et site sont autant de facteurs impondérables qui affectent la performance relative de ces engrais. Et bien sûr, ils coûtent plus cher que les engrais conventionnels, et à cet égard, il n’y a pas d’incertitude. Pour les rentabiliser, il faut soit qu’ils procurent une augmentation sensible du rendement, soit qu’ils permettent de réduire la dose d’azote en conservant le même rendement, au moins assez pour couvrir le 20 % à 40 % de coût supplémentaire qu’ils entraînent. Présentement au Québec, l’azote n’est certainement pas le facteur limitatif du rendement de maïs : dans la grande majorité des champs l’application réelle (kg N/ha) dépasse largement les besoins du maïs, même en tenant compte des pertes. Les parcelles d’essais, les mesures d’azote dans les tiges en fin de saison, les nitrates résiduels dans le sol, ainsi que les relevés des concentrations en azote des cours d’eau agricoles sont tous autant de rappels de la situation.
En réalité, une étude québécoise a même démontré que l’urée enrobée de polymère, si elle permettait des augmentations modestes de rendement de maïs les années à printemps très humide et frais, son usage accroissait le risque de lessivage en laissant plus de nitrates résiduels en postrécolte18. D’autres études ont carrément remis en doute la prétention d’augmentation de rendement de maïs6,11,14,31,32,38,40,46 et encore plus de céréales2,26 et de canola7, associées à tous ces produits, ralentisseurs ou inhibiteurs.
Les ralentisseurs ont produit des augmentations de protéines dans le grain de maïs25, de blé16 et d’orge8. Dans le cas de l’orge destiné au maltage, ils seraient même contre-indiqués compte tenu du maximum permis26. Dans le cas de la culture de la pomme de terre, à système racinaire plus superficielle, normalement cultivée sur des sols sableux faibles en matière organique, les ralentisseurs offrent de meilleurs possibilités pour réduire les pertes, augmenter les rendements et la qualité12,28,47,48.
Les inhibiteurs
De leur côté, les inhibiteurs sont constitués de substances qui bloquent, du moins temporairement, une ou l’autre, ou les deux réactions chimiques qui permettent la mise en disponibilité de l’azote provenant de l’urée ou autres engrais ammoniacaux (ammoniac anhydre, solutions 28 ou 32 % d’urée et nitrate d’ammonium).
uréase
Hydrolyse de l’urée CO(NH2)2 + 2H2O
CO2 + 2NH3Nitrification NH3 + O2
NO2- + 3H+NO2- + H2O
NO3- + 2H+La nitrapyrine a été la première matière active commercialisée dans les années 1970 pour inhiber la nitrification9. Encore présente dans plusieurs produits offerts de nos jours, elle s’est avérée souvent moins efficace que le DCD car trop volatile, et lorsqu’appliquée dans un sol riche en matière organique, elle est rapidement adsorbée et donc désactivée3. Le DCD est cependant chloré et présente un risque pour l’environnement40, ce qui n’est pas le cas du DMPP, le dernier inhibiteur de nitrification à faire son apparition sur le marché28. En retardant la transformation d’ammonium en nitrates, les inhibiteurs de nitrification peuvent augmenter le risque de volatilisation4 ou de toxicité ammoniacale pour les racines lorsque de l’urée est appliqué en bandes, ce qui fut observé dans une expérience sur les oignons au Québec1. À cet effet, les inhibiteurs d’uréase seraient plus indiqués : avec l’ajout de NBPT, on a réussi à augmenter sensiblement la dose d’engrais ammoniacal pouvant être appliqué avec la semence de céréales, ce qui simplifierait la tâche des producteurs en semis direct19. Dans le cas de l’orge et du blé, on a mis jusqu’à 67 kg N/ha d’urée + NBPT (25 kgN/ha sur le canola) avec la semence sans causer de dommages24.
L’ajout de l’inhibiteur d’uréase NBPT à de l’urée laissée en surface avait permis de réduire les pertes par volatilisation jusqu’à 85 % sur un loam sableux alcalins (pH 8.2) et humide lors d’un été chaud et asséchant dans une étude au Manitoba35, et une réduction de 60 % est souvent rapportée en conditions plus normales30,37.
Une autre possibilité envisagée par plusieurs auteurs a été d’ajouter un produit inhibiteur à un engrais azoté conventionnel appliqué en automne. Si on parvenait à fournir l’azote l’automne de manière aussi efficace qu’un apport au printemps, cela permettrait aux producteurs de bénéficier d’escomptes de coût et de désengorger la période printanière de préparation des semis. À cet effet on a testé la nitrapyrine27,33,34, le DCD45 ou un inhibiteur double (NBPT + DCD)41,42 sans résultat très concluant : dans tous les cas, le délai de transformation induit par les inhibiteurs ne parvenant pas à mieux synchroniser la fourniture d’azote que les traitements témoins, à l’automne tard sans inhibiteurs.
Dans les années 1985-1995, une série d’expériences dirigées par le professeur A.F. MacKenzie (Coll. Macdonald, U. McGill) avait évalué, en laboratoire surtout, plusieurs inhibiteurs d’uréase : l’ATS3,4, le catechol et le p-benzoquinone52, le SRL-1453, le PPD et NBPT5, et un sous-produit de l’industrie des pâtes et papiers, le lignosulfonate5,37,55. La plupart de ces produits ont significativement ralenti (et non pas inhibé complètement) l’activité d’uréase et la volatilisation de NH3 à des degrés divers, mais sans passer avec succès l’épreuve du champ, où des facteurs impondérables sont prédominants. Par exemple, les résidus de culture, lorsque présents en abondance comme en semis direct, vont favoriser l’hydrolyse de l’urée et la volatilisation par un effet beaucoup plus fort que la présence ou non d’un inhibiteur53. On a eu par la suite plus de succès à limiter l’hydrolyse de l’urée en bandes dans l’engrais de démarrage à maïs en y joignant du super-phosphate triple (TSP) ou du phosphate mono-ammoniacal (MAP), des engrais qui préviennent la montée de pH et qui font en sorte de réduire la volatilisation d’azote et la fixation du phosphore, maintenant les deux éléments nutritifs sous des formes disponibles plus longtemps19,20,21,22.
Sur le maïs, on a obtenu des augmentations de rendement avec les inhibiteurs doubles en retardant la sénescence et par le fait même en prolongeant la période de remplissage du grain21. Dans d’autres cas, sous des conditions d’expérimentation différentes les mêmes produits n’ont causé aucune différence de rendement de maïs38,39. Les effets très inconsistants des inhibiteurs sur les rendements bruts de céréales, canola et maïs s’expliquent en grande partie par les conditions climatiques variables et extrêmement imprévisibles, particulièrement la pluviométrie, dans les jours suivants leur application5,15,17,44.
Conclusion
En recherche, les produits ralentisseurs ont parfois mené à des augmentations de rendement, sans qu’ils aient pu réduire sensiblement les pertes mesurables. De leur côté, les inhibiteurs ont souvent démontré leur capacité à réduire les pertes par volatilisation, lessivage et, parfois même, mais dans une moindre mesure, dénitrification. L‘intensité de leur action, de même que sa durée, demeurent cependant très variables et trop dépendantes des conditions spécifiques au site (champ, saison, etc.) pour être prévisibles.
En fait, si l’on en croit les nombreux travaux de recherche publiés à ce jour, les avantages agronomiques (rendement, qualité des récoltes) découlant de l’usage d’engrais à efficacité améliorée ne se manifestent que trop peu fréquemment, et avec une amplitude trop modeste, pour que leur utilisation systématique ne se traduise en gain net pour le producteur.
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