Le Midwest américain produit au moins un tiers de l'offre mondiale de maïs et de soja chaque année. Nourrir le monde nécessite beaucoup d'engrais, principalement sous forme d'azote et de phosphore. Alors que l'azote peut littéralement être extrait de l'air, le phosphore doit être extrait des réserves finies de phosphate naturel et traité pour être mis à la disposition des plantes. La majeure partie de la roche phosphatée mondiale se trouve au Maroc, et à un moment donné, ces réserves s'épuiseront.

En outre, une partie du phosphore appliqué aux champs agricoles est perdue par l'érosion, emporté avec des particules de sol dans les cours d'eau, où il rejoint les produits phosphorés expulsés des stations d'épuration, exploitations d'élevage, et d'autres sources ponctuelles. Lorsqu'il s'accumule dans les cours d'eau récepteurs, le phosphore peut dégrader la qualité de l'eau et contribuer à des « zones mortes » qui ne soutiennent plus la vie aquatique.

Un nouveau Journal de la qualité environnementale rapport de l'Université de l'Illinois décrit la faisabilité du recyclage du phosphore à l'échelle régionale dans le Midwest, en résolvant simultanément le problème d'un approvisionnement mondial incertain et en minimisant les pertes des champs agricoles.

"Il y a beaucoup de phosphore qui est déplacé, de l'engrais jusqu'aux eaux usées. À l'heure actuelle, c'est surtout une rue à sens unique. Il finit par se retrouver dans les flux de déchets, comme les fosses septiques ou les effluents de sources ponctuelles comme les usines de traitement des eaux usées. Mais il y a beaucoup de valeur dans ce phosphore. On peut le capter et le réutiliser comme engrais, " dit André Margenot, professeur adjoint au Département des sciences des cultures de l'Illinois et auteur principal du rapport. "Nous essayons de faire quelque chose de circulaire qui est actuellement une trajectoire à sens unique."

Le concept de recyclage du phosphore dans le Midwest n'est pas entièrement nouveau. Une étude réalisée au Canada en 2016 a d'abord proposé l'idée que la ceinture de maïs américaine pourrait être entièrement autosuffisante pour ses besoins en phosphore agricole si tout le phosphore des déchets était recyclé. Mais le rapport U of I représente les premiers biogéochimistes, économistes, et les ingénieurs se sont réunis pour examiner la véritable faisabilité d'un système holistique de recyclage du phosphore dans le Midwest.

Les chercheurs ont considéré toutes les sources de déchets de phosphore aux États-Unis, et affiné sur plusieurs qui ont été négligés dans les expériences de pensée précédentes, y compris les usines de transformation d'éthanol de maïs et de soja. Ils se sont ensuite concentrés sur les formes de phosphore circulant dans le système, un autre aspect clé qui n'a pas été entièrement pris en compte dans les études précédentes.

Phosphate, une forme courante de phosphore dans les flux de déchets, est très soluble dans l'eau. Pour éviter de le perdre dans les flux de déchets, l'eau peut être traitée avec des agents pour faire décanter le phosphate. Cependant, ces agents rendent également le phosphate insoluble et donc moins disponible pour l'absorption par les plantes.

« Il existe une tension inhérente entre la capacité de récupérer le phosphore des eaux usées, qui le rend insoluble, et son utilité comme engrais. Les formes insolubles ne se dissolvent pas aussi facilement, ils sont donc moins immédiatement utiles. C'est une raison agronomique pour laquelle nous ne pouvons pas réutiliser 100 pour cent de ce qui circule dans les flux de déchets. Mais nous pouvons jouer avec la chimie de la récupération pour faire correspondre le bon type de sol et le bon type de culture, " dit Margenot. " Nous devons considérer le contexte dans lequel nous avons affaire. Nous pensons que nous pouvons surmonter ces défis en nous appuyant sur l'expertise de toutes les disciplines scientifiques. »

L'un des principaux obstacles à l'établissement d'une économie circulaire du phosphore dans le Midwest est le coût actuel des engrais. Livre pour livre, l'engrais phosphoré est plus cher que l'azote, mais en ce moment, c'est beaucoup moins cher que le coût actuel du phosphore recyclé.

Quelques installations de traitement des eaux usées du Midwest récupèrent déjà le phosphore, mais il faudra un investissement et un engagement majeurs pour mettre en place l'infrastructure nécessaire à la refonte de l'ensemble du système. Et cela n'inclut pas les coûts requis pour transporter le phosphore recyclé des sources ponctuelles aux champs, surtout en lourd, des formes humides comme la phytine, une boue riche en matière organique laissée par la transformation du soja.

Les chercheurs disent que les systèmes d'échange de phosphore, similaire aux crédits carbone, pourrait faire partie de la solution.

"Dans l'article, nous parlons de la possibilité que des sources ponctuelles paient les agriculteurs pour qu'ils leur retirent le phosphore récupéré. Notre travail en tant que chercheurs est de montrer aux agriculteurs que ces sources alternatives de phosphore ne compromettront pas les rendements des cultures et pourraient leur faire économiser de l'argent sur les intrants de phosphore », explique Margenot.

Il signale les expériences en cours sur le terrain menées par son laboratoire qui montrent que la struvite, une substance inorganique, granulaire, forme de phosphore à libération lente récupérable à partir de plusieurs flux de déchets - peut presque complètement remplacer les engrais phosphorés traditionnels sans perte de rendement pour plusieurs cultures. La faible solubilité de la struvite dans l'eau la rend moins susceptible de se déplacer du champ vers les cours d'eau environnants. Ces avantages potentiels pour la qualité de l'eau font l'objet d'une étude en cours dans le cadre du projet de recherche financé par le Conseil de recherche et d'éducation sur les éléments nutritifs de l'Illinois de Margenot.

Finalement, les chercheurs pensent qu'une économie circulaire du phosphore est réalisable pour le Midwest.

"Je pense que nous avons un peu négligé le phosphore dans les systèmes du Midwest, où il s'agit souvent d'azote. Mais à bien des égards, le phosphore est plus facile à traiter que l'azote. Nous pouvons le piéger et le forcer à traverser la chaîne de production agricole de manière bénéfique pour les agriculteurs et l'environnement. Le phosphore est un fruit à portée de main, " dit Margenot.

L'article, "Vers un (re)cycle régional du phosphore dans le Midwest américain, " est publié dans le Journal de la qualité environnementale .