Le problème du nitrate dans les eaux souterraines mondiales ne disparaîtra pas de sitôt, même si les agriculteurs cessaient d’utiliser des engrais azotés demain. Une nouvelle étude publiée dans Nature Communications par Wen Zhao, Xiaoxu Jia et leurs collègues de l’Académie chinoise des sciences et une équipe internationale de collaborateurs a produit la première estimation globale complète du réservoir d’« azote hérité » qui se cache dans la zone vadose, la couche de sol et de sédiments non saturée située entre la surface du sol et la nappe phréatique.
Le chiffre est stupéfiant : 4 037 téragrammes d’azote, soit approximativement l’équivalent de 4 milliards de tonnes métriques d’engrais azotés, déjà accumulés dans la zone vadose mondiale en 2020. Ce réservoir, constitué au fil de décennies d’agriculture intensive, migre lentement mais inexorablement vers les eaux souterraines. En 2020, 10 % de la surface terrestre mondiale dépassait déjà la limite de l’Organisation mondiale de la santé pour l’eau potable, fixée à 11,3 milligrammes de nitrate-azote par litre.
Et même dans le scénario le plus optimiste, réduire l’excédent d’azote à zéro immédiatement, 4 % des régions touchées devraient rester au-dessus de la limite de l’OMS au-delà de l’an 2100.
La batterie vadose
Le mécanisme est simple. Pendant des décennies, les agriculteurs ont appliqué bien plus d’engrais azoté que les cultures ne peuvent en absorber. L’excédent d’azote, sous forme de nitrate (NO3-), est hautement soluble dans l’eau et s’infiltre vers le bas à travers le profil du sol. Dans la zone vadose, la couche non saturée qui peut s’étendre sur des dizaines de mètres de profondeur dans des régions comme la plaine de Chine du Nord ou les Hautes Plaines des États-Unis, la dénitrification est très limitée. La zone est principalement aérobie (remplie d’oxygène), et le carbone organique dont les bactéries dénitrifiantes ont besoin diminue fortement avec la profondeur.
La zone vadose agit donc comme une batterie en charge. Chaque année de surutilisation d’engrais ajoute davantage de nitrate au réservoir. Mais contrairement à une batterie, elle ne se décharge pas rapidement. Les temps de traversée des épaisses zones vadoses peuvent être de plusieurs décennies à plusieurs siècles. Le nitrate que les agriculteurs ont appliqué dans les années 1990 pourrait ne pas atteindre la nappe phréatique avant les années 2030. Le nitrate appliqué aujourd’hui atteindra la nappe phréatique bien dans la seconde moitié de ce siècle.
Zhao et ses collègues ont utilisé un modèle global à résolution de 0,5 degré pour simuler la dynamique du nitrate de 1961 à 2100, en intégrant des données sur l’application d’engrais, l’absorption par les cultures, le climat, les propriétés du sol et l’hydrogéologie. L’estimation de 4 037 téragrammes pour le réservoir actuel de la zone vadose est considérablement plus élevée qu’une estimation précédente d’Ascott et al. (2017) de 605 à 1 814 téragrammes pour l’an 2000, reflétant à la fois une accumulation supplémentaire jusqu’en 2020 et une modélisation plus affinée des processus profonds de la zone vadose.
Un problème de gouvernance mesuré en siècles
La conclusion la plus importante de l’article est que les cadres actuels de gouvernance de la qualité de l’eau sont conçus pour la mauvaise échelle de temps. La politique agricole fonctionne sur des cycles de 5 à 10 ans. Le nitrate des eaux souterraines répond sur des échelles de temps de 30 à 100 ans ou plus.
« L’excédent annuel d’azote, la différence entre l’azote appliqué et l’azote absorbé par les cultures, est la mesure standard de l’impact environnemental », notent les auteurs. « Mais il ne vous dit rien sur le nitrate déjà en transit qui atteindra les eaux souterraines quoi que vous fassiez l’année prochaine. »
L’étude propose quatre archétypes de gestion, allant de « aucune action supplémentaire nécessaire » (régions où le réservoir de la zone vadose est petit et où un rinçage naturel suffira) à « remédiation multigénérationnelle » (régions si gravement touchées que seule une gestion soutenue sur des décennies pourra restaurer la sécurité des eaux souterraines). Le cadre des archétypes est conçu pour aider les décideurs politiques à adapter l’intensité des interventions à la gravité réelle et à l’échelle de temps du problème dans leur région.
Les interventions spécifiques proposées incluent la fertilisation de précision pour réduire l’excédent en cours, les cultures de couverture pour capturer l’azote résiduel entre les saisons de croissance, la recharge gérée des aquifères pour stimuler la dénitrification dans les sédiments profonds et, lorsque la remédiation est impossible à l’échelle humaine, le passage à des sources d’eau potable alternatives.
Points chauds dans le monde
Les régions les plus touchées partagent une combinaison d’épaisses zones vadoses, d’une charge historique élevée en azote et d’une recharge lente des eaux souterraines. La plaine de Chine du Nord se distingue comme l’une des zones les plus gravement impactées au niveau mondial, avec des décennies d’utilisation intensive d’engrais sur des sols profonds surmontant des nappes phréatiques profondes. La plaine indo-gangétique en Inde, où environ 500 millions de personnes dépendent des eaux souterraines et où les niveaux médians de nitrate augmentent, est une autre région prioritaire. En Amérique du Nord, les Hautes Plaines (région de l’aquifère d’Ogallala), la Vallée Centrale de Californie et la Vallée de Willamette en Oregon présentent toutes des problèmes documentés de nitrate hérité. Certaines parties de l’Europe centrale et orientale, en particulier la Baie du Bas-Rhin en Allemagne, sont confrontées à des défis similaires.
En Chine spécifiquement, une étude distincte de Zhou et al. (2024) a constaté que le nitrate médian des eaux souterraines est passé de 3,84 mg/L en 1990 à 6,94 mg/L en 2020, la Chine du Nord (8,54 mg/L) étant bien pire que le Sud (7,15 mg/L). Une fraction significative de cette augmentation provient du nitrate appliqué comme engrais des décennies plus tôt.
L’essentiel
L’article délivre un message inconfortable pour la politique agricole : le problème du nitrate ne sera pas résolu par les réglementations de l’année prochaine ou la prochaine loi agricole. Le nitrate qui contaminera les eaux souterraines entre 2050 et 2100 est en grande partie déjà dans le sol. La seule question est de savoir si les efforts actuels de réduction de l’excédent empêcheront la situation de devenir encore pire pour la génération suivante.
La surveillance proactive de la zone vadose, carottage et installation de capteurs pour suivre le mouvement du nitrate avant qu’il n’atteigne les puits, est la recommandation pratique. Au moment où le nitrate apparaît dans un puits d’eau potable, la contamination était déjà intégrée dans le système des décennies plus tôt. Le moment d’agir était alors. Le deuxième meilleur moment, c’est maintenant.
Source :
Zhao W, Jia X, Niu L, Hu W, Yang T, Turkeltaub T, Binley A, Xia Y, Wei X, Li Y, Shao M, Liao X. « The long tail of nitrate pollution in groundwater challenges governance of global water quality. » Nature Communications (2026). DOI : 10.1038/s41467-026-75014-8
Traduit par Lydie