L’essentiel en un coup d’œil
Cet article expose des avancées scientifiques significatives, issues d’essais rigoureux menés en conditions réelles sur des fermes québécoises. Bien que la carboneutralité demeure un objectif complexe à concrétiser, l’ajustement du calendrier de destruction des prairies et la réduction des apports azotés au semis représentent des leviers d’action concrets pour réduire l’empreinte environnementale des grandes cultures tout en sécurisant la performance agronomique des fermes québécoises.
Premier constat
Les flux les plus élevé de protoxyde d’azote (N2O) et de nitrates (NO3–) sont observés en mai-juin, soit après le semis et avant l’application de fertilisants minéraux en post-levée.
Recommandation pour les producteurs :
Tester la possibilité de réduire les apports d’azote minéral au semis ou en pré semis à 20 kg N/ha, voire 0 kg N/ha et appliquer le reste des besoins de la culture tôt en post-levée. Cette approche permettrait d’atténuer potentiellement les émissions de protoxyde d’azote ainsi que le lessivage des nitrates tout en maintenant les rendements.
Deuxième constat
La période de destruction de la prairie (automne ou printemps) n’exerce aucune influence sur les rendements des cultures ni sur la dose d’azote optimale à appliquer. Cependant, l’ampleur des pertes de protoxyde d’azote (N2O) varie considérablement selon la saison (automne ou printemps) et la méthode de destruction (labour ou déchaumage) de la prairie.
Recommandation pour les producteurs :
Pour réduire les émissions de protoxyde d’azote (N2O) :
- Déchaumage : privilégier une destruction au printemps
- Labour : privilégier une destruction à l’automne.
Il est également recommandé d’éviter d’appliquer du glyphosate à l’automne si le travail du sol est prévu au printemps.
Enjeux de la gestion de l’azote : entre instabilité climatique et pertes environnementales
Dans les systèmes agricoles québécois, la gestion de l’azote représente un défi à la fois agronomique, économique et environnemental, et ce pour plusieurs raisons.
D’abord, il existe souvent un décalage entre le moment où le sol libère l’azote, par exemple après la destruction d’une prairie à l’automne ou au printemps, et le moment où la culture suivante (maïs ou canola) peut le prélever efficacement. Ce décalage entraîne des pertes d’azote avant même que la plante puisse l’absorber. Par ailleurs, la courte saison de croissance au Québec empêche souvent les cultures de couverture de produire suffisamment de biomasse pour « éponger » l’azote résiduel. Le recyclage de cet azote est alors moins efficace pour la culture suivante.
À cette contrainte climatique s’ajoute l’incertitude sur les quantités d’azote réellement fournies par le sol et les résidus de culture. En l’absence de données précises sur la minéralisation, les producteurs peuvent être portés à appliquer des doses d’engrais plus élevées pour sécuriser leurs rendements.
Dans ces conditions, l’azote (minéral ou organique) non utilisé par les plantes peut être perdu dans l’environnement, soit par le lessivage des nitrates (NO3–), soit par émission de protoxyde d’azote (N2O), un puissant gaz à effet de serre.
Figure 1. Dénitrification complète dans des conditions fortement anoxiques (NO3– -> N2) et incomplète dans des conditions partiellement anoxiques (NO3– -> N2O). Les deux gaz sont produits en simultané, c’est le niveau d’oxygène qui détermine la proportion de N2O et de N2.
La dynamique du protoxyde d’azote (N2O)
Cadre de l’étude et objectifs : concilier rendements et performance environnementale
Pour répondre aux enjeux de conciliation de rendements et de performance environnementale, et aider les producteurs à implanter des pratiques de gestion bénéfiques liées à la fertilisation azotée, différentes activités de recherche collaborative ont été menées dans le cadre du Laboratoire vivant — Lait carboneutre.
Les équipes de recherche de Gaétan Parent et de Normand Bertrand (Agriculture et Agroalimentaire Canada) ont mené 15 essais au cours des saisons 2024 et 2025 sur 10 fermes participantes réparties dans quatre régions du Québec : la Montérégie, l’Estrie, le Bas-Saint-Laurent et le Saguenay–Lac-Saint-Jean).
Les objectifs de ces activités étaient de :
- Minimiser l’utilisation d’engrais minéraux azotés tout en optimisant les rendements en production de grandes cultures;
- Évaluer les impacts de l’utilisation de ces engrais sur les émissions de protoxyde d’azote (N2O) et les flux des nitrates (NO3–) du sol.
Afin de répondre à ces objectifs dans différents contextes de cultures et de pratiques agricoles, les travaux de recherche se sont articulés autour de trois grands thèmes :
1. La destruction des prairies (automnale versus printanière) précédant les cultures de maïs, de blé de printemps ou de canola.
2. L’optimisation de la fertilisation azotée du maïs, selon que l’engrais est enfoui ou appliqué en surface.
3. L’évaluation des effets des cultures intercalaires et de couverture sur la réduction des besoins en engrais minéraux azotés.
Pour chaque essai, un dispositif expérimental a été créé chez les producteurs de façon à obtenir des résultats scientifiquement valables et robustes.
Analyse de la période de fertilisation critique post-semis : synchroniser l’apport azoté avec les besoins de la culture
Premier constat
La majorité des pertes d’azote surviennent après le semis, soit avant l’application des fertilisants azotés en post-levée, et ce malgré des quantités d’azote plus faibles appliquées en cette période.
La majorité des pertes d’azote surviennent après le semis, soit avant l’application des fertilisants azotés en post-levée, et ce malgré des quantités d’azote plus faible appliquées en cette période.
Sur 12 essais visant à évaluer l’effet du fractionnement de l’azote, la fertilisation a été appliquée en plusieurs apports. En moyenne, 58 % des pertes totales en protoxyde d’azote (N2O) ont été mesurées dans les semaines suivant le semis, alors qu’environ seulement le tiers de l’azote minéral annuel avait été appliqué à ce moment-là.
C’est également durant cette période que les flux de nitrates (NO3–) du sol, mesurés à l’aide de membranes d’échanges anioniques, étaient les plus importants pour 9 des 12 essais, ce qui signifie que la quantité de nitrates disponible et mobile dans le sol était particulièrement élevée à ce moment.
Pour les 8 essais qui portaient sur les destructions de prairies précédant une culture annuelle, les profils d’émission de protoxyde d’azote (N2O) et les flux de nitrates (NO3–) observés étaient similaires : environ 63% des pertes totales de protoxyde d’azote (N2O) ont été mesurées suivant le semis.
Pourquoi observe-t-on ces pertes précoces ?
Cette dynamique s’explique par une forte disponibilité de l’azote au printemps, notamment en mai et en juin. Cette disponibilité provient de plusieurs sources :
- Les lisiers appliqués avant le semis, pratique courante pour certaines fermes ;
- Les engrais minéraux appliqués au semis ;
- La minéralisation de la matière organique provenant des résidus de culture ou de la prairie détruite.
Au début de la saison, les cultures sont encore peu développées et leur système racinaire est insuffisant pour absorber les nitrates présents dans le sol. Lorsque cette situation est combinée à une humidité élevée des sols, fréquente au printemps au Québec, les conditions deviennent favorables aux processus microbiens de dénitrification, ce qui peut entraîner des émissions accrues de protoxyde d’azote (N₂O).
Stratégie de « dose réduite au démarreur » : évaluation des risques et bénéfices agronomiques
Plusieurs essais antérieurs des équipes de recherche ont comparé différentes doses d’azote au démarreur (de 20 à 75 kg N/ha), ainsi que différents types d’engrais comme le nitrate ammoniacal calcique (27-0-0) et l’engrais liquide (28-0-0).
Les résultats ont montré que la dose d’azote appliquée au semis n’est pas le facteur déterminant pour le rendement du maïs-grain. Le rendement dépend plutôt de la dose totale d’azote appliquée au cours de la saison et de la capacité à synchroniser l’apport d’azote avec les besoins réels de la plante. Chez le maïs, ces besoins atteignent leur maximum entre les stades V8 et V12, lorsque la croissance végétative est la plus rapide.
Sur la base de ces observations, les équipes de recherche recommandent une stratégie de « dose réduite au démarreur », limitée à environ 20 kg N/ha appliquée au semis. Pour sécuriser cet apport et limiter les pertes environnementales précoces, ils préconisent l’utilisation du mélange urée et nitrate d’ammonium (UAN) combiné à un inhibiteur double (uréase et nitrification). Cette approche permet de concentrer le reste de la fertilisation en post-levée. L’azote peut être injecté dans le sol ou déposé à la surface au moment où la capacité d’absorption de la plante est maximale. Cela permettrait en théorie de réduire les émissions de protoxyde d’azote (N2O) entre le semis et l’application des fertilisants en post-levée.
Peut-on éliminer complètement l’azote au semis ?
Une étude américaine menée en Illinois (Nafzigeret coll. 2021) démontre qu’il est théoriquement possible de ne pas appliquer d’azote au semis sans compromettre le rendement annuel, à condition que l’apport total d’azote soit effectué en post-levée. Comme l’illustre la Figure 3, les rendements obtenus avec une application unique (0 % au semis – 100 % en post-levée, cercles vides) sont comparables à ceux d’un système fractionné (50 %-50 %, points pleins), mais uniquement si l’intervention a lieu avant le stade V4. Cette stratégie repose toutefois sur une fenêtre d’intervention extrêmement précaire. La figure met en évidence un point de rupture critique : dès que l’apport unique est retardé au-delà des stades V3-V4, on observe une chute drastique et irrécupérable du rendement. À l’opposé, les parcelles ayant reçu une mise de fonds azotée au semis (stratégie 50-50) affichent une bien meilleure résilience, maintenant un potentiel de rendement élevé même si la seconde application est différée jusqu’au stade V15 ou plus tard.
Figure 3. Rendement du maïs-grains sur 2 sites en Illinois avec des répartitions 50 % de l’azote ajouté au semis et 50 % aux différents stades de croissance (V3-R3) ou 0 % au semis et 100 % aux mêmes différents stades (Nafzigeret coll. 2021 La zone encadrée en rouge (V3-V4) représente la limite critique où la stratégie sans azote au semis (0-100%) cesse d’être équivalente à la stratégie fractionnée. Passé ce stade, l’absence de démarreur entraîne une carence initiale que l’apport tardif ne peut plus compenser.
L’absence d’azote au semis élimine donc toute marge de manœuvre agronomique. Dans les conditions climatiques du Québec, les pluies printanières fréquentes retardent souvent l’accès aux champs, rendant l’intervention au stade optimal (V3-V4) très incertaine. Pour les producteurs laitiers, cette période coïncide également avec la première coupe des fourrages, créant un conflit d’horaire majeur qui augmente le risque de rater cette fenêtre critique.
Ainsi, bien que les résultats américains confirment une certaine flexibilité physiologique du maïs, le transfert de cette pratique au Québec demeure risqué. Tant que ces résultats n’auront pas été validés sous nos conditions locales, le maintien d’une dose minimale au semis (démarreur) demeure la stratégie la plus prudente pour sécuriser le début de croissance et protéger le rendement contre les imprévus climatiques ou opérationnels.
Régie de destruction des prairies : impacts croisés du calendrier et du travail du sol sur le bilan azoté
Deuxième constat
Le moment de destruction des prairies (automne ou printemps) et le type de destruction (labourée ou déchaumée) n’ont montré aucun impact significatif sur les rendements et sur la dose optimale d’azote mais ont un effet sur les émissions de protoxyde d’azote (N2O).
Le moment de destruction des prairies (automne ou printemps) et le type de destruction (labourée ou déchaumée) ont montré un effet sur les émissions de protoxyde d’azote (N2O).
Aucun impact sur le rendement, quelle que soit la stratégie
Les résultats des essais menés sur la destruction des prairies sur plusieurs sites sur deux années démontrent qu’il n’y a aucun impact significatif de la date de destruction, qu’elle soit effectuée à l’automne ou au printemps, sur le rendement des cultures de maïs-grain, de canola ou de blé de printemps.
De la même manière, la dose d’azote optimale nécessaire à ces cultures reste inchangée, peu importe le moment de la destruction de la prairie.
L’azote accumulé par les légumineuses et les graminées fourragères demeure donc disponible et efficace pour la culture suivante, sans perte de performance agronomique liée au moment de l’intervention. Cette flexibilité est un avantage important pour la gestion du calendrier de travail des producteurs.
Impact des stratégies de destruction sur les émissions de protoxyde d’azote (N2O)
Les pertes de protoxyde d’azote (N₂O) varient au contraire fortement selon la combinaison du travail du sol et du moment de destruction de la prairie. Ces effets ont été observés indépendamment de la culture suivante, du type de sol ou de la région.
Prairies déchaumées
Pour les prairies déchaumées (fertilisées ou non, 4 essais) la destruction à l’automne entraîne davantage de pertes de protoxyde d’azote (N₂O), soit environ 60 % de plus que lorsque la prairie était détruite au printemps. En moyenne, la destruction à l’automne représente des émissions plus élevées de 1,8 kg N-N₂O/ha (résultats obtenus entre 0,2 à 3,5 kg).
Prairies labourées
À l’inverse, pour les prairies labourées (fertilisées ou non, 3 essais), c’est la destruction au printemps qui entraine davantage de pertes de protoxyde d’azote (N₂O), soit environ 29 % de plus que lorsque la prairie était détruite à l’automne. En moyenne, la destruction au printemps représente des émissions plus élevées de 1,3 kg N-N₂O/ha (résultats obtenus entre 0 à 3,3 kg).
Pourquoi observe-t-on ces différences ?
Effet du travail du sol sur la dénitrification
Tel qu’établi précédemment, la disponibilité des nitrates (NO3–) ne constitue pas un facteur limitant dans la majorité des essais au printemps. Par conséquent, le principal déterminant des émissions de protoxyde d’azote (N₂O) serait le niveau d’aération du sol.
Prairies déchaumées
Dans le cas des prairies déchaumées, le travail du sol est superficiel (environ 10 à 12 cm de profondeur). Les résidus de culture se retrouvent dans des zones peu profondes. Lorsque la destruction est réalisée à l’automne, le sol peut devenir plus compact durant l’hiver, ce qui réduit la macroporosité et favorise des zones où l’oxygène est limité. Ces conditions favorisent au printemps une dénitrification incomplète des nitrates (NO3–), ce qui entraîne davantage d’émissions de protoxyde d’azote (N₂O).
À l’inverse, lorsque la prairie est détruite au printemps, le sol est fraîchement travaillé et plus aéré, ce qui limite la dénitrification.
Prairies labourées
Dans le cas des prairies labourées, les résidus végétaux sont enfouis plus profondément (15 à 20 cm) dans le sol. Cet enfouissement expose davantage les résidus à des zones plus pauvres en oxygène que dans le cas du déchaumage. Ainsi, lorsque la destruction est réalisée à l’automne, la dénitrification tend à être plus complète, produisant principalement du diazote (N₂) plutôt que du protoxyde d’azote (N₂O). Lorsque la destruction est réalisée au printemps, le sol en profondeur est en général plus poreux et mieux aéré (malgré la présence de sites anaérobies en profondeur), ce qui favoriserait la dénitrification incomplète des (NO3–) et donc l’émission de protoxyde d’azote (N₂O).
Importance des émissions hivernales et de l’effet du glyphosate
Dans le cadre du Laboratoire vivant – Lait carboneutre, les émissions de protoxyde d’azote (N2O) n’ont pas pu être mesurées entre l’automne et le dégel printanier. Or, cette phase de dormance végétale peut contribuer de manière significative à la production annuelle de ce gaz (Pelster et coll. 2023).
Pour combler ce manque d’information, les données provenant d’un dispositif de longue durée du Centre de recherche et de développement de Québec (CRDQ) d’Agriculture et Agroalimentaire Canada, dans le cadre du projet Permanence, peuvent être considérées. Ce dispositif expérimental, situé à la ferme expérimentale de Saint-Augustin-de-Desmaures, a permis de suivre les émissions de protoxyde d’azote (N₂O) de façon continue, été comme hiver, dans des parcelles de plantes pérennes depuis leur implantation jusqu’à leur destruction après 3 à 5 ans.
Les résultats indiquent que les parcelles de prairies pulvérisées au glyphosate à l’automne (sans travail de sol), avaient des pertes de 1,1 à 1,5 kg N-N2O/ha du 22 septembre 2020 (jour de l’arrosage), au 15 avril 2021. À titre comparatif, les mêmes parcelles en production de prairie au cours d’années précédentes émettaient en moyenne 0,4 kg N-N₂O/ha sur une période comparable.
En résumé, lorsque le glyphosate est appliqué à l’automne sans travail du sol, la destruction de la prairie au printemps suivant peut entraîner des émissions supplémentaires de protoxyde d’azote (N₂O), estimées entre 0,7 et 1,1 kg N-N₂O/ha, avant même la destruction printanière.
Bilan annuel des pertes de protoxyde d’azote (N2O) selon les stratégies de destruction
Prairies déchaumées
En combinant les données de l’étude Permanence avec celles du Laboratoire vivant – Lait carboneutre, il est possible de proposer que la destruction printanière d’une prairie déchaumée génère des émissions annuelles modérément inférieures à celles d’une destruction automnale. Sans glyphosate à l’automne, la destruction de printemps serait donc le meilleur choix pour minimiser les pertes de protoxyde d’azote (N2O).
Prairies labourées
Une autre expérimentation menée par le CRDQ de AAC au site de l’IRDA à Saint-Lambert-de-Lauzon, montre qu’après l’application de glyphosate sur une prairie à l’automne, les pertes de protoxyde d’azote (N2O) mesurées sont plus importantes si labourée au printemps 2010 qu’à l’automne 2009 et ce autant pour la période automnale qu’au cours de la saison suivante (voir Tableau 1). Ces résultats vont dans le même sens que les essais avec les prairies labourées du Laboratoire vivant – Lait carboneutre.
Tableau 1. Pertes cumulées de N-N2O d’une étude du CRDQ- AAC comparant un labour de prairie à l’automne et de printemps suivi d’une culture de maïs-grain (MacDonald et coll. 2011).
Ainsi le labour automnal constitue une stratégie efficace pour atténuer le bilan annuel des pertes protoxyde d’azote (N2O).
L’absence de glyphosate à l’automne ne modifie pas cette tendance, mais semble réduire l’écart des pertes de protoxyde d’azote (N2O) entre les deux moments de destruction.
Synthèse décisionnelle et recommandations pour des pratiques de gestion bénéfiques (PGB)
Si la prairie doit être déchaumée, il est mieux de le faire au printemps. Si elle doit être labourée, il est préférable de le faire à l’automne.
Si le sol est travaillé au printemps (labourée ou déchaumée), le fait de ne pas appliquer de glyphosate à l’automne sur la prairie est préférable pour diminuer les émissions de protoxyde d’azote (N2O).
À noter que le glyphosate appliqué quelques jours avant le travail du sol pourrait avoir le même impact que si la prairie n’a pas eu l’herbicide.
Le Laboratoire vivant – Lait carboneutre
Le Laboratoire vivant – Lait carboneutre est une grande démarche d’innovation portée par les Producteurs de lait du Québec (PLQ) et financée par le programme Solutions agricoles pour le climat – Laboratoires vivants d’Agriculture et Agroalimentaire Canada. Coordonné par Novalait, il rassemble producteur(trice)s, expert(e)s et scientifiques autour d’un objectif commun : réduire l’empreinte carbone des fermes laitières.
Références
MacDonald J. D., Rochette P., Chantigny M.H., Angers D. A., Royer I., Gasser M.O., 2011. Ploughing a poorly drained grassland reduced N2O emissions compared to chemical. fallow Soil & Tillage Research 111, 123–132
Nafziger, E.D., Yoder, B., Mathesius, J., Carter, P. 2021. Nitrogen deficiency and corn yield with delayed N application. Agronomy Journal, 113(4), pp. 3665–3674
Pelster D.E., Thiagarajan A. , Liang C. , Chantigny M.H. , Wagner-Riddle C., Congreves K., Lemke R., Glenn A., Tenuta M., Hernandez-Ramirez G., Bittman S., Hunt D., Owens J., MacDonald J.D., 2023. Ratio of non-growing season to growing season N2O emissions in Canadian croplands: an update to national inventory methodology. Can. J. Soil Sci., 103 (2), pp. 1-9
