La nutrition chez les végétaux
4. Le cycle de l'azote

4. Le cycle de l'azote

L'atmosphère terrestre est composée à près de 80% de N₂ . L'azote est un élément important dans la constitution de nombreuses molécules organiques. Que l'on pense, par exemple, aux acides aminés des protéines (chaque acide aminé contient un groupement NH₂).

Par contre, les plantes ne peuvent pas utiliser l'azote atmosphérique. L'azote est assimilé par les racines sous forme de nitrates ( NO₃^- ) ou, parfois, d'ions ammonium ( NH₄⁺). Ces ions proviennent de la décomposition de la matière organique azotée dans le sol.

L'azote se déplace sans cesse entre sa forme minérale et sa forme organique. Les molécules organiques contenant de l'azote se décomposent dans le sol sous l'action des décomposeurs (des bactéries du sol). Cette décomposition produit de l'azote sous forme minérale (des nitrates). Les plantes utilisent les nitrates puisés par leurs racines pour fabriquer de la matière organique azotée. Et le cycle recommence.

Le cycle de l'azote

4. D’autres bactéries du sol, les bactéries nitrifiantes, transforment le NH₄⁺ en nitrate (NO₃^- ) qui peut être assimilé par les plantes. Certaines plantes peuvent assimiler l’ion NH₄⁺qui se forme directement à partir d’ammoniac.

1. Les plantes produisent de la matière organique azotée (acides aminés et autres molécules organiques azotées) à partir des sucres fabriqués par photosynthèse et d’ions NO₃^- puisés dans le sol.

2. Les animaux utilisent la matière organique azotée des plantes pour fabriquer leur propre matière organique azotée. Les protéines de la viande, par exemple, sont produites à partir des acides aminés fabriqués par les plantes et mangés, sous forme de protéines végétales, par l’animal.

3. Les décomposeurs du sol (bactéries, mycètes) transforment la matière organique azotée provenant des plantes ou des animaux morts en CO₂, H₂O et ammoniac (NH₃). Au contact de l'eau, l'ammoniac se transforme en ions NH₄⁺

• Bactéries dénitrifiantes ( 1 )
  Certaines bactéries du sol, dans certaines conditions, peuvent transformer l'azote minéral des sols ( NO₃^- ) en azote atmosphérique ( N₂ ) inutilisable par les plantes. Ces bactéries sont généralement à anaérobie facultative. Leur activité dénitrifiante est inhibée par l'oxygène. Tant que le sol est bien aéré, elles ont peu de chances de se développer. Mais si le sol est inondé (donc privé d'oxygène) il peut alors rapidement perdre ses engrais azotés.

• Lessivage de l'azote minéral ( 2 )
  Si le sol retient mal l'eau, l'azote minéral peut être entraîné en profondeur vers les nappes d'eau souterraines ou vers les cours d'eau avoisinants.

• Matière végétale ou animale
  exportée ( 3 )
  Toute matière vivante qui est enlevée du milieu ne sera pas recyclée en engrais azoté. C'est le cas en agriculture ou lorsqu'on déboise une forêt.

La fixation de l'azote

L'azote gazeux (N₂ ) peut se transformer en azote assimilable par les plantes (c'est ce qu'on appelle la fixation de l'azote) par trois processus naturels différents :

Les bactéries associées aux légumineuses produisent plus d'azote assimilable par les plantes que ce que la plante n'en utilise. Les légumineuses sécrètent donc de l'azote dans le sol! La culture de légumineuses enrichit le sol en azote (surtout si on enfouit, à la fin de la saison, une partie de la récolte dans le sol).

Il y a toujours un avantage en agriculture à procéder à la rotation des cultures, c’est à dire faire alterner la culture d’une légumineuse avec celle d’une autre plante qui, elle, nécessite beaucoup d’azote pour croître.
ex. alternance maïs – luzerne

La luzerne est une légumineuse et le maïs une céréale. La culture de la luzerne enrichit le sol en azote ce qui permet ensuite de cultiver le maïs. La culture de la luzerne peut apporter au sol plus de 300 Kg d'azote par hectare (45 fois ce qui est produit par les bactéries fixatrices d'azote).

• Les orages
  Au voisinage des éclairs, les hautes températures et pressions engendrées permettent la formation d'oxydes d'azote qui retombent au sol avec la pluie. Il y a 45 000 orages par jour sur notre planète.
  
• Les bactéries et cyanobactéries fixatrices d'azote du sol
  Le sol contient de nombreuses espèces de bactéries et de cyanobactéries (appelées aussi algues bleues) pouvant transformer l'azote atmosphérique en ammoniac. Plusieurs de ces microorganismes vivent à la surface des racines des plantes (un environnement appelé la rhizosphère) ou même dans les tissus de certains végétaux. L'ammoniac est rapidement transformé en nitrates par les bactéries du sol.
  
• Les bactéries des nodules de légumineuses
  Les plantes de la famille des légumineuses vivent en association étroite avec des bactéries fixatrices d'azote appartenant au genre Rhizobium.
  Les légumineuses constituent l'une des familles les plus abondantes et diversifiées des plantes supérieures (plus de 17 000 espèces). Les Rhizobium peuvent fixer l'azote grâce à une enzyme qui ne fonctionne qu'en absence d'oxygène, la nitrogénase.

Cellules des nodules de la racine d'une légumineuse contenant des bactéries du genre Rhizobium (les petits points noirs visibles dans les cellules). Les bactéries envahissent les cellules des nodules des racines.

Des tentatives sont faites depuis des années pour réussir à produire par génie génétique des plantes qui accepteraient de s'associer avec des Rhizobium (sauf rares exceptions, les Rhizobium ne s'associent qu'aux légumineuses). Il serait intéressant, par exemple, d'obtenir des céréales qui pourraient s'associer avec Rhizobium comme le font les légumineuses.

Il serait peut-être même possible d'introduire dans une plante l'ensemble des gènes qui permettent à Rhizobium de fixer l'azote (en premier lieu, le gène de la nitrogénase). On pourrait ainsi obtenir des plantes qui fabriqueraient leur propre engrais azoté.

La fixation industrielle de l'azote

On peut produire de l'engrais azoté à partir de l'azote de l'air par la réaction de Haber-Bosh.

Le dihydrogène est produit à partir de gaz naturel (CH₄). Le processus nécessite de l'énergie et libère du gaz carbonique.

L'ammoniac produit peut être utilisé directement ou converti en nitrates (ex. nitrate de sodium NaNO₃ ou nitrate d'ammonium NH₄NO₃ ).

Lire: La fabrication du nitrate d'ammonium