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Les engrais ont sauvé des milliards de vies, mais ils ont aussi un côté sombre

2021

Ce qui suit est un extrait de "Pandora's Lab: Sept histoires de science qui ont mal tourné" de Paul A. Offit.

Nous ne sommes pas si compliqués. Même si nous avons différentes formes et tailles, hauteurs et poids, contextes et tempéraments, et bien que nous ayons différents gènes qui fabriquent différentes protéines et différentes enzymes, nous nous résumons tous à quatre éléments essentiels: hydrogène, oxygène, carbone et azote. Si l'un de ces éléments devient indisponible, notre temps sur terre se terminera. Trois des quatre éléments sont facilement obtenus.

L'hydrogène provient de l'eau que nous buvons, qui consiste en deux atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène (H 2 O). Sans surprise, l'oxygène provient de l'air que nous respirons (O 2). (Seuls les poissons, à travers leurs ouïes, peuvent extraire l'oxygène de l'eau.) Le carbone provient également de l'air. Les plantes vertes, en présence de la lumière du soleil, extraient le dioxyde de carbone (CO 2 ) de l'air et le capturent sous forme de sucres complexes contenant du carbone (c'est-à-dire la photosynthèse). Nous obtenons notre carbone en mangeant des plantes ou en mangeant des animaux qui mangeaient les plantes. Quoi qu'il en soit, comme l'air et l'eau sont abondants, l'hydrogène, l'oxygène et le carbone sont également abondants.

Le maillon le plus faible du cycle de la vie est l'azote, qui ne provient que du sol. Lorsque les agriculteurs cultivent du maïs, du blé, de l'orge, des pommes de terre ou du riz, ils épuisent l'azote du sol. S'ils ne le remplacent pas, le sol ne sera pas assez riche pour produire plus de cultures. Les agriculteurs reconstituent l'azote de trois manières. Ils utilisent des engrais naturels à base de plantes en décomposition ou de fumier animal. Ils alternent leurs cultures avec des légumineuses comme les pois chiches, la luzerne, les pois, le soja ou le trèfle, qui hébergent des bactéries dans leurs racines qui absorbent l'azote de l'air et le convertissent en une forme utilisable dans le sol - un processus appelé «fixation de l'azote». Ou ils attendent les orages; il se trouve que la foudre peut également fixer l'azote de l'air.

Si chaque agriculteur de tous les pays du monde utilisait chaque pouce de terre fertile, arrosait ses champs d'engrais naturels, effectuait une rotation minutieuse de ses cultures et persuadait tous les gens de suivre un régime végétarien, ils pourraient nourrir environ quatre milliards de personnes. Mais, en 2016, plus de sept milliards de personnes parcouraient la planète. Et bien que des groupes de personnes meurent de faim, le problème n’est pas qu’il n’ya pas assez de nourriture. Il y a beaucoup de nourriture. Le problème est que la nourriture n'est pas distribuée efficacement à ceux qui en ont besoin.

Alors, comment les agriculteurs sont-ils capables de faire cela? Comment peuvent-ils nourrir autant de gens? La réponse réside dans un événement survenu le 2 juillet 1909. À cause de ce moment singulier, 50% de l'azote de notre corps provient de sources naturelles et 50% du travail d'un homme - un homme qui a immédiatement sauvé notre vie. vit et a semé les graines de notre destruction. Fritz Haber est né le 9 décembre 1868 à Breslau, en Allemagne. À l'âge de vingt-six ans, Haber a fréquenté l'université de Karlsruhe, qui entretenait d'excellentes relations avec Badische Anilin & Soda-Fabik (BASF): une grande entreprise de produits chimiques à deux pas du Rhin.

Haber, extraire l'azote de l'air et créer un composé chimique capable de nourrir les cultures, n'a pas été une tâche facile. Bien que l'air soit composé à 79% d'azote, il n'existe pas sous forme d'atome unique (N). Il existe sous la forme de deux atomes couplés ensemble (N 2 ) dans une triple liaison essentiellement incassable: la liaison chimique la plus forte de la nature. Bien que l'azote présent dans l'air puisse être utilisé pour gonfler un million de ballons, il ne peut pas être utilisé pour faire pousser une seule tige de maïs.

Étant donné que le N 2 n'est pas généralement décomposé par nature, il a fallu un processus non naturel pour le faire: en un sens, un acte contre nature. La formule est simple:

N 2 + 3H 2 2NH 3

En lisant de gauche à droite, deux atomes d'azote appariés se combinent avec trois atomes d'hydrogène appariés pour former deux molécules d'ammoniac. Haber savait que l'ammoniac serait parfait comme engrais synthétique.

Une série d’événements fortuits ont permis à Fritz Haber de réussir là où beaucoup avant lui avaient échoué. Tout d'abord, un jeune physicien anglais, Robert Le Rossignol, s'est rendu dans son laboratoire. Le Rossignol était un expérimentateur expérimenté et inventif. Il a finalement conçu un petit appareil de table en quartz et en fer capable de résister à des températures pouvant atteindre 1 832 o F, suffisamment chaud pour faire fondre le cuivre; et des pressions aussi élevées que 3 000 livres par pouce carré, assez fortes pour écraser un sous-marin. Deuxièmement, Haber a trouvé un catalyseur pour accélérer la réaction: l'osmium, un métal rare utilisé comme filament dans les ampoules électriques. Troisièmement, Haber a trouvé un moyen de refroidir rapidement l’ammoniac afin qu’il ne brûle pas à haute température. Enfin et surtout, Carl Engler, mentor de Haber à Karlsruhe, a persuadé BASF de financer des expériences de Haber; s'ils travaillaient, BASF serait propriétaire des brevets et Haber aurait un partenaire commercial.

Haber et Le Rossignol ont bricolé les raccords et essayé différentes températures et pressions. Finalement, en mars 1909, ils eurent un aperçu du succès. Haber était extatique. «Descends, tu dois voir comment il y a un écoulement de l'ammoniac liquide!» Cria-t-il à un collègue qui s'en souvint: «Je peux encore le voir. Il y avait environ un centimètre cube d'ammoniac. C'était fantastique. Ce n'était pas beaucoup, environ un cinquième d'une cuillère à thé, mais c'était un début. En quelques mois, l’appareil de Haber et Le Rossignol produisait de l’ammoniac 24 heures sur 24.

Dix mois après la manifestation de Haber, les scientifiques de BASF ont construit une petite unité prototype à Ludwigshafen, un village situé non loin de Karlsruhe. L’usine a officiellement ouvert ses portes le 18 mai 1910. L’appareil de table de 2 mètres de haut de Haber était devenu une méga-machine de 26 pieds de hauteur. En deux mois, l’unité avait produit plus de 2 000 livres d’ammoniac. Au début de janvier 1911, il produisait plus de 8 000 livres par jour.

D'autres pays ont imité le processus de Haber. En 1963, environ 300 usines d'ammoniac étaient en exploitation et plus de 40 étaient en construction. Aujourd'hui, environ 130 millions de tonnes d'azote sont extraites de l'air et répandues sur la terre sous forme d'engrais. Plus de trois milliards de personnes en vie aujourd'hui, et des milliards d'autres dans le futur, doivent leur existence à Fritz Haber. Jamais auparavant autant de gens n’avaient autant mangé.

Mais il y a un côté sombre.

La plus grande usine productrice d’azote aux États-Unis est située à Donaldsonville, en Louisiane. Chaque jour, l'usine consomme un million de dollars de gaz naturel, transforme en vapeur 30 000 tonnes d'eau d'une rivière locale et produit 5 000 tonnes d'ammoniac (2 millions de tonnes par an). Chaque jour, ces 5 000 tonnes d'ammoniac sont chargées sur des wagons, placées sur des barges, flottant sur le fleuve Mississippi et dispersées sur les champs de maïs et de blé du pays. Tout l'azote contenu dans l'ammoniac ne se retrouve pas dans les cultures. Par exemple, environ un tiers seulement de l'azote déposé sur un champ de maïs se retrouve dans un grain de maïs. Le reste se déverse dans les cours d'eau et se déverse dans les eaux souterraines.

Le golfe du Mexique, situé à côté de l’usine d’ammoniac de la Louisiane, est un parfait exemple de ce qui peut arriver lorsque personne ne nous regarde. Chaque année, environ 1, 5 million de tonnes d'azote sont déversées dans le Golfe. Cet excès d'azote a provoqué une prolifération d'algues qui obscurcissent l'eau et étouffent l'oxygène et le soleil des autres espèces, comme les poissons et les mollusques. La prolifération d'algues a tué des ruisseaux, des lacs et des écosystèmes côtiers de l'hémisphère nord. Et ce n'est pas seulement le poisson qui meurt. Les oiseaux qui mangent le poisson meurent aussi. La pollution par l'azote synthétique ne se limite pas aux eaux; il est également entré dans l'air et est revenu sur terre sous forme de pluie acide, endommageant davantage les lacs, les cours d'eau et les forêts, ainsi que les animaux qui en dépendent. Ces problèmes ne feront que s'aggraver.

Au Deutsches Museum de Munich, séparé des visiteurs par une petite barrière, se trouve le dispositif de table construit par Fritz Haber et Robert Le Rossignol pour fixer l'azote de l'air. Les spectateurs s’arrêtent de temps en temps, regardent quelques secondes et passent, pensant peu à cette machine qui a lancé la fabrication mondiale d’engrais synthétiques, un processus qui a coûté la vie à de nombreuses personnes et qui, en raison de la contamination continue de l’environnement par un excès d’azote - un processus qui a probablement lancé le chronomètre sur leur destruction éventuelle.

Extrait de l'ouvrage Pandora's Lab de Paul Offit, publié par National Geographic Partners le 4 avril 2017.

Paul A. Offit, MD est professeur de pédiatrie et directeur du Vaccine Education Center de l’hôpital pour enfants de Philadelphie.

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