Optimisation de l'utilisation de l'azote dans le blé dur grâce à des stratégies cartographiques basées sur l'indice NNI et l'indice NDVI

Le blé dur, pierre angulaire de l'agriculture méditerranéenne et culture essentielle à l'échelle mondiale pour la production de pâtes, est confronté à un défi urgent : l'utilisation non durable des engrais azotés (N).

Si l'azote est indispensable pour maximiser les rendements, son utilisation excessive a des conséquences environnementales désastreuses, notamment la contamination des eaux souterraines, les émissions de gaz à effet de serre et la dégradation des sols.

Une étude novatrice de quatre ans (2018-2022) menée à Asciano, en Italie, et publiée dans l'European Journal of Agronomy, a cherché à remédier à cette crise en comparant rigoureusement la gestion conventionnelle de l'azote avec des techniques agricoles de précision avancées.

Cette recherche a porté sur trois stratégies guidées par satellite – l’indice de nutrition azotée (NNI), l’indice NDVI proportionnel (NDVIH) et l’indice NDVI compensatoire (NDVIL) – comparées à l’application uniforme d’azote traditionnelle. Les résultats ouvrent la voie à une culture durable du blé dur et quantifient avec une remarquable précision les compromis économiques et écologiques de chaque méthode.

Méthodologie : L'agriculture de précision rencontre la technologie satellitaire

L'expérience s'est déroulée sur quatre saisons de croissance consécutives dans les collines toscanes, une région emblématique de la culture du blé méditerranéen. Les chercheurs ont divisé les parcelles expérimentales en parcelles soumises à quatre stratégies de gestion de l'azote distinctes.

L’approche classique à taux fixe suivait les recommandations agronomiques régionales, prévoyant l’application de 150 kg d’azote par hectare et par an. À l’inverse, les méthodes de précision exploitaient l’imagerie satellitaire Sentinel-2 – une mission de l’Agence spatiale européenne fournissant des données multispectrales à haute résolution (10 mètres) – afin d’adapter l’application d’azote dans l’espace et dans le temps.

La stratégie NNI se distinguait par le calcul en temps réel de l'état azoté des cultures grâce à un algorithme validé intégrant l'indice de surface foliaire et les estimations de biomasse. NDVIH répartissait l'azote proportionnellement à la densité de végétation (indice de végétation par différence normalisée), tandis que NDVIL adoptait une approche compensatoire, en allouant un surplus d'azote aux zones à faible végétation.

L'indice NNI surpasse les stratégies conventionnelles et celles basées sur l'indice NDVI.

Durant la période d'étude, la méthode NNI a démontré une efficacité sans précédent. Elle a permis de réduire l'utilisation d'azote de 201 tonnes par hectare, en appliquant seulement 120 kg par hectare au lieu des 150 kg conventionnels, tout en maintenant des rendements céréaliers statistiquement équivalents de 4,8 tonnes par hectare contre 4,7 tonnes en agriculture à taux fixe.

La teneur en protéines, un indicateur de qualité critique pour l'utilisation finale du blé dur dans les pâtes, a atteint 13,2% avec NNI, surpassant légèrement les 12,5% de la méthode conventionnelle.

Ce gain marginal en protéines s'est traduit par des avantages industriels significatifs : la pâte produite à partir de blé optimisé NNI a présenté un indice W (une mesure de la force du gluten) de 280, dépassant largement les 240 observés dans le blé conventionnel.

Ces améliorations découlent de la capacité de NNI à synchroniser la disponibilité de l'azote avec les stades de développement des cultures, assurant ainsi une répartition optimale des nutriments pendant le remplissage des grains.

Les coûts cachés des approches basées sur l'indice NDVI

Les stratégies basées sur l'indice NDVI, bien qu'innovantes, ont révélé des limites importantes. L'approche NDVIH proportionnelle, qui répartit l'azote en fonction de la verdure du couvert végétal, a augmenté la teneur en protéines à 13,81 TP3T mais a réduit les rendements à 4,5 tonnes par hectare, soit une baisse de 61 TP3T par rapport à l'indice NNI.

Ce paradoxe est apparu suite à une surfertilisation dans des zones déjà riches en azote, où la croissance végétative excessive a détourné l'énergie de la production de grains.

La méthode compensatoire NDVIL, conçue pour stimuler les zones de culture en difficulté, a atteint le rendement le plus élevé (5,1 tonnes/ha) mais à un coût environnemental élevé : elle nécessitait 160 kg N par hectare, ce qui a entraîné une augmentation de 331 TP3T des émissions d'oxyde nitreux (1,4 kg d'équivalent CO2 par kg de grain) par rapport aux 0,8 kg de NNI.

Ces émissions ont des conséquences extrêmement importantes : l'oxyde nitreux a un potentiel de réchauffement climatique 265 fois supérieur à celui du dioxyde de carbone sur un siècle.

Sur le plan économique, la méthode NNI s'est clairement imposée comme la plus avantageuse. Les agriculteurs ayant adopté cette stratégie ont réalisé un bénéfice net de 220 € par hectare, soit 121 000 € de plus que la méthode conventionnelle (196 €). Cet avantage s'explique par deux facteurs : la réduction des coûts des engrais (98 €/ha contre 123 €/ha) et la prime accordée aux céréales à haute teneur en protéines.

L'étude a introduit un nouvel indicateur de “ coût social ”, une mesure globale des dommages environnementaux, des impacts sur la santé publique liés à la pollution de l'eau et de la dégradation des sols à long terme. Le coût social de l'agriculture non conventionnelle (NNI) s'élevait à 42 € par hectare, un montant bien inférieur aux 60 € de l'agriculture conventionnelle. Les systèmes NDVIH et NDVIL affichaient des coûts intermédiaires de 58 € et 55 € respectivement, reflétant leur répartition inégale de l'azote.

En analysant plus en détail les indicateurs environnementaux, l'efficacité d'utilisation des engrais azotés (EUA) – soit le pourcentage d'azote appliqué converti en grains récoltables – a atteint 651 TP3T avec l'azote nitrique (NNI), une nette amélioration par rapport à l'efficacité de 521 TP3T des méthodes conventionnelles. Ce progrès s'est traduit par une réduction de 181 TP3T du lessivage des nitrates, protégeant ainsi les nappes phréatiques locales de toute contamination.

Au cours de cette étude de quatre ans, les parcelles cultivées selon la méthode NNI ont perdu seulement 12 kg d'azote par hectare et par an par lessivage, contre 22 kg pour les parcelles conventionnelles. À titre de comparaison, la directive européenne sur les nitrates impose des concentrations de nitrates dans les eaux souterraines inférieures à 50 mg/L – un seuil dépassé dans 301 TP3T de parcelles conventionnelles, mais seulement dans 81 TP3T de zones gérées selon la méthode NNI.

Mise à l'échelle des NNI : défis et interventions politiques

La recherche a également mis en lumière des avantages climatiques insoupçonnés. En utilisant la méthodologie d'analyse du cycle de vie (ACV), l'équipe a calculé que l'empreinte carbone de NNI s'élevait à 0,8 kg d'équivalent CO2 par kg de grain, soit 331 tonnes de moins que les 1,2 kg de l'agriculture conventionnelle.

Cette réduction est principalement due à la diminution des émissions liées à la production d'engrais (1,2 kg CO₂-eq/kg N évité) et à la réduction des émissions d'oxyde nitreux provenant des sols. Si elle était généralisée à l'ensemble des 2,4 millions d'hectares de terres cultivées en blé dur de l'UE, l'adoption à grande échelle de l'azote nitreux (NNI) pourrait réduire les émissions annuelles de 960 000 tonnes d'équivalent CO₂, soit l'équivalent de 208 000 voitures retirées de la circulation.

L’étude met toutefois en garde contre l’idée que l’agriculture de précision soit une solution miracle. Le succès de la méthode NNI repose sur un accès continu à des données satellitaires de haute qualité et à des machines performantes capables d’une application à dose variable – des infrastructures qui font défaut dans les régions en développement.

Par exemple, les satellites Sentinel-2 revisitent chaque site tous les cinq jours, mais la couverture nuageuse durant les phases de croissance critiques peut perturber la collecte de données. De plus, les algorithmes nécessitent un étalonnage en fonction des conditions locales ; dans cette étude, les seuils NNI ont été ajustés aux climats méditerranéens, atteignant une précision de 92% dans la prédiction du statut azoté.

L'application du modèle à des régions arides ou à des sols argileux lourds sans recalibrage pourrait réduire la précision à 70–75%.

Le facteur humain s'avère tout aussi crucial. Les agriculteurs qui passent à l'azote naturel ont besoin d'une formation pour interpréter les indices spectraux, par exemple, comprendre que les valeurs NDVI supérieures à 0,7 signalent souvent une sur-végétation et justifient une réduction de l'azote.

L'équipe de recherche estime qu'une augmentation de 101 % des connaissances des agriculteurs sur les outils de précision pourrait accroître l'efficacité d'utilisation des ressources (EUR) de 4 à 6 points de pourcentage. Des interventions politiques seront probablement essentielles : subventionner les capteurs de sol, financer des ateliers animés par des agronomes et inciter les coopératives à partager le matériel pourraient démocratiser l'accès à ces outils.

À plus long terme, les implications de cette étude dépassent largement le cadre du blé dur. Le cadre NNI, une fois adapté à des cultures comme le maïs ou le riz, pourrait permettre de réduire les 60 millions de tonnes d'azote excédentaires utilisées chaque année dans le monde, un objectif clé des Objectifs de développement durable des Nations Unies.

Des essais préliminaires menés dans des champs d'orge espagnols montrent une stabilité de rendement similaire avec 181 TP3T d'azote en moins, ce qui suggère une application interculturelle. Pour les chercheurs, l'intégration de l'apprentissage automatique aux données satellitaires représente une perspective prometteuse : les premiers modèles permettent désormais de prédire les besoins en azote avec une précision de 951 TP3T 30 jours avant l'application, ce qui favorise une gestion proactive plutôt que réactive.

Conclusion

En conclusion, cette recherche dépasse le cadre des cercles universitaires, offrant un modèle pour concilier productivité agricole et santé planétaire.

En réduisant l'utilisation d'azote de 201 TP3T, en augmentant les revenus des agriculteurs de 121 TP3T et en diminuant d'un tiers les émissions de gaz à effet de serre, la méthode NNI démontre que durabilité et rentabilité ne sont pas incompatibles. Face à l'intensification des sécheresses et à la déstabilisation des saisons de croissance induites par le changement climatique, de telles stratégies de précision s'avéreront indispensables.

Le défi consiste désormais à transformer cette validation scientifique en actions concrètes sur le terrain, par le biais de réformes politiques, de la démocratisation technologique et d'un changement de paradigme dans notre façon de considérer les engrais : non pas comme des outils grossiers, mais comme des instruments de précision dans la quête de la sécurité alimentaire.

RéférenceFabbri, C., Delgado, A., Guerrini, L. et Napoli, M. (2025). Stratégies de fertilisation azotée de précision pour le blé dur : une évaluation de la durabilité des approches basées sur les cartes NNI et NDVI. European Journal of Agronomy, 164, 127502.