La dénitrification : mécanisme microbien de transformation du nitrate en azote gazeux

Constitue une perte d’azote par les sols qui peut pénaliser le développement des plantes

Assure la protection des eaux contre la contamination par les nitrates

Mais aussi … produit et détruit N₂O, puissant gaz à effet de serre

Il apparaît nécessaire

d’en évaluer et prévoir le fonctionnement :

• Peut-on évaluer la dénitrification et les émissions d’oxydes d’azote (N₂O) pour mieux ajuster la fertilisation azotée?

- Importance dans les bilans d’azote et dans les prévisions de la fertilisation ?

• Peut-on prédire ces transformations et leur intensité ?

• Quels sont les facteurs de régulation ?

• Quel est le rôle spécifique des facteurs microbiens dans l’intensité de ces phénomènes ?

de tenter de gérer ces transformations

• Peut-on maîtriser la dénitrification et les émissions d’oxydes d’azote dans les sols

- En intervenant sur les facteurs de l’environnement ?

- En intervenant directement sur la microflore ?

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Notre contribution … à l’évaluation de la dénitrification

- La mise au point de méthodes de mesure

• Le caractère fortuit de la découverte des propriétés de l’acétylène

• L’apport déterminant des méthodes isotopiques (¹⁵N)

- Des évaluations dans des situations diversifiées

• Rôle déterminant du carbone et du taux de saturation en eau

- La mise au point d’un outils de prévision à l’échelle de la parcelle cultivée …

• Un potentiel important, qui s’exprime de façon sporadique, et dont on peut prévoir la manifestation et l’amplitude

- … intégré à un modèle général de fonctionnement d’une culture (STICS)

Nos difficultés et nos échecs dans cette approche

- L’importance de l’incertitude sur les mesures

- Hétérogénéité du milieu et très grande variabilité temporelle du phénomène : larges intervalles de confiance des mesures

- Le choix d’une démarche de modélisation permettant une évaluation à une échelle agronomiquement pertinente

• Inadéquation des modèles mécanistes à cette échelle

• Inadéquation de modèles de prévision à plus large échelle (bassins versants)

- Nécessité de paramétrer le modèle à partir de données locales

• Pas d’outil opérationnel sans un minimum de données locales (le potentiel de dénitrification qui varie en fonction des sols)

- Des estimations globalement satisfaisantes malgré des écarts

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Notre contribution … à l’évaluation des émissions d’oxydes d’azote gazeux

- Une méthode de mesure robuste mais sensible

• Des mesures de fuite en routine de 0,5 g N /ha /j

- Des évaluations dans des situations diversifiées et la fourniture de données quantitatives en réponse à une demande forte de nos tutelles : fuites sous culture de colza?

- La caractérisation de la diversité de la capacité d’émission des sols

- Une démarche d’intégration spatiale à grande échelle (Beauce)

- La mise en évidence d’autres mécanismes émetteurs ; la nitrification

Nos succès …

- La prise de conscience du poids de N₂O dans la contribution à l’accentuation de l’effet de serre

• 2e contributeur à l’accentuation de l’effet de serre au niveau de la France et principal contributeur pour l’agriculture

- Une reconnaissance dans les organisations impliquées dans l’évaluation de l’effet de serre (MIES, IPCC)

- Une collaboration inter-laboratoire efficace

… et nos difficultés dans cette approche

- L’insuffisance des moyens pour l’acquisition et le traitement des données ; caractère chronophage des mesures : 1 journée de travail = 1 point sur une courbe!

- Une approche trop restrictive : nécessité d’une approche plus globale de l’effet de serre au niveau de l’agriculture (CH₄, CO₂ lié à la consommation de carburants fossiles,…)

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Notre contribution à l’étude du rôle des facteurs microbiens dans l’intensité de la dénitrification et des émissions de N₂O

- Une microflore plus diversifiée que celle identifiée jusqu’alors

• de nouvelles espèces ; rôle des populations non cultivables

- Une activité essentiellement liée à la croissance des bactéries

• quasi absence de dénitrification sans production de biomasse microbienne

- Des fonctionnements spécifiques en fonction des milieux

• sols émetteurs de N2O : ceux dont la microflore ne peut transformer ce gaz

- Une microflore fortement influencée par la présence de la plante

• Émergence d’espèces dominantes dans l’environnement de la racine

Nos succès …

- Un renouvellement des connaissances sur la microflore dénitrifiante

- Les possibilités d’analyse fine de la mise en place des mécanismes impliqués

- La mise en évidence de situations particulières sources d’intérêt (les sols et les microflores qui ne réduisent pas N2O)

… et nos difficultés dans cette approche

- L’analyse du lien fonctionnel entre la microflore et la manifestation de son activité

- Le rôle contradictoire des apports organiques

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Notre contribution à l’étude de la gestion de la dénitrification dans les sols

- La dénitrification dans les sols : une importante activité potentielle qui peut s’exprimer si les conditions sont favorables

• Épandage d’eaux résiduaires chargées en matières organiques (IAA)

• Forte activité dénitrifiante en zones humides (zones de bas fond)

• La dénitrification sous les épandages d’effluents d’élevage

• La dénitrification fortement conditionnée par les battements de nappe

La dénitrification : une activité plus facile à gérer hors sol

• Existence de systèmes naturellement dénitrifiants ; les lagunes de traitement des effluents liquides

• L’application de cultures dénitrifiantes fixées pour le traitement de l’eau potable

Nos succès …

- La mise en évidence d’activités dénitrifiantes agronomiquement significatives dans des dispositifs d’épandage

- Des bilans précis dans une filière de traitement de lisier à la ferme

- Mise en évidence des capacités et limites des zones humides

- La caractérisation du fonctionnement de cultures bactéries dénitrifiantes

… et nos échecs dans cette approche

- Soutien dans des passages à l’application mais pas de mise en application directe et pérenne à notre niveau

• Des besoins d’ingéniérie que nous ne maîtrisons pas

• L’évolution des stratégies industrielles (choix entre épandage et traitement en station)

• Le manque d’incitation à conduire de tels projets (jardin secret…)

- La difficulté de faire prendre en compte des idées nouvelles…

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En guise de conclusion …

Le besoin de maîtriser la dénitrification et les émissions d’oxydes d’azote dans les sols demeure, avec des enjeux écologiques et économiques forts.

La dénitrification et les émissions d’oxyde d’azote constituent un terrain d’étude fertile et à fort caractère interdisciplinaire : agronomes, microbiologistes, physiciens, modélisateurs

Terrain d’étude où l’on peut allier le fondamental et l’appliqué : la recherche d’applications peut être génératrice d’idées nouvelles (ex : dénitrification aérobie, procédé de dénitrification Anamox, couplage dénitrification-méthanisation,…)

Les retombées des travaux sur la dénitrification sont souvent issues d’associations de chercheurs de différentes compétences (microbiologistes et génie des procédés)…

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