Les années à beaucoup d'orages donnent-elles de bonnes récoltes de riz ?
― Le mot japonais « inazuma » (éclair) cache une chimie qui transforme l'air en engrais
Au Japon, on appelle depuis toujours « inazuma » — littéralement « l'époux du riz » — l'éclair qui brille à l'époque où le riz mûrit. Ce nom viendrait de l'idée que la foudre s'unit au riz pour le faire fructifier. Cela ressemble à une simple croyance populaire. Pourtant, la foudre fabrique bel et bien une forme d'engrais à partir de l'air. L'histoire des bonnes récoltes serait-elle donc vraie, elle aussi ? En comptant les quantités, la réponse est : « à moitié vraie seulement ».
Un soir de septembre. Dans les rizières, les épis de riz ploient sous leur poids, et au loin, le ciel s'illumine sans bruit d'une lueur diffuse.
Peu après, la pluie se met à tomber. Le lendemain, l'herbe au bord des champs semble avoir pris une teinte un peu plus verte.
En voyant cette lumière, les gens d'autrefois disaient : « Cette année, la récolte de riz sera bonne. » Jusqu'où cette parole est-elle juste ?
Pour aller droit au but, il y a deux raisons
L'air est composé d'environ 78 % d'azote. Mais sous cette forme, les plantes ne peuvent absolument pas s'en servir. La très haute température du passage de la foudre transforme cet azote en une forme que les plantes peuvent utiliser. Ce n'est pas une légende : c'est une réaction chimique bien réelle.
En calculant la quantité produite, on obtient environ un millième de l'azote dont un champ a besoin en une année. Ce n'est pas assez pour expliquer un scénario où la foudre « fertiliserait » les champs jusqu'à assurer une bonne récolte.
Autrement dit, le nom « inazuma » touche juste sur le plan chimique, mais se trompe largement sur le plan quantitatif. Voyons d'abord pourquoi l'azote de l'air, tel quel, ne sert à rien aux plantes.
L'air est plein d'azote, alors pourquoi les plantes en manquent-elles ?
L'azote est l'un des trois grands éléments de l'engrais. Il est indispensable pour fabriquer les feuilles et les protéines. Et l'azote est présent en abondance tout autour de nous. Puisque l'air en contient environ 78 %, il en flotte aussi en grande quantité au-dessus des rizières.
Pourtant, les plantes ne peuvent pas y toucher. Dans l'air, les atomes d'azote sont associés deux par deux, liés fermement par une triple liaison. Rompre cette liaison demande une énergie considérable. Les plantes ne peuvent absorber l'azote que sous forme d'ions nitrate ou d'ions ammonium dissous dans l'eau.
Or il existe une force capable de rompre cette liaison si tenace : la foudre. L'air, sur le passage d'un éclair, serait chauffé jusqu'à environ 30 000 °C — plusieurs fois la température de la surface du Soleil. À cette température, l'azote comme l'oxygène se dissocient en atomes isolés, puis se recombinent en refroidissant sous une autre forme : le monoxyde d'azote (figure 1).
Alors, quelle quantité cela représente-t-il ?
Voici le cœur du sujet. La foudre produit-elle assez d'azote pour vraiment aider les rizières ? On estime que la foudre, à l'échelle mondiale, produit chaque année quelques millions de tonnes d'azote. Un chiffre qui semble énorme.
Mais c'est la quantité totale reçue par toute la planète. Une fois divisée par la surface terrestre, cela ne représente plus qu'environ 10 kilogrammes par kilomètre carré. Ramené à un champ de 10 ares, cela ne fait plus qu'environ 10 grammes. Or le riz utilise en une année environ 9 kilogrammes d'azote pour 10 ares. L'écart est d'environ 1000 fois (figure 2).
D'où vient alors l'azote des rizières ? D'une part, des micro-organismes du sol : des bactéries capables de transformer l'azote de l'air en forme utilisable travaillent sans relâche autour des racines et dans l'eau. D'autre part, des engrais épandus par l'homme. Comparée à ces deux sources, la part de la foudre relève de la marge d'erreur.
Dans le japonais ancien, le mot « tsuma » (dans « inazuma ») désignait aussi bien l'épouse que l'époux. Ce nom viendrait de l'idée que la foudre s'unit au riz pour le faire fructifier. Les gens d'autrefois avaient bien observé que les orages étaient fréquents juste avant la moisson. L'observation était juste ; seule l'explication de la cause était erronée.
Si le vert semble plus intense après un orage, ce n'est pas tant à cause de l'azote apporté, mais parce que le sol s'est gorgé d'eau et que la poussière a été lavée. L'effet de la pluie elle-même est bien plus important.
La foudre atteint une température assez élevée pour rompre les liaisons de l'azote de l'air. Il ne faut surtout pas rester à proximité. Si vous entendez gronder le tonnerre, éloignez-vous immédiatement des champs ou des espaces dégagés, et réfugiez-vous à l'intérieur d'un bâtiment ou d'une voiture. Ne vous approchez pas des arbres ni des poteaux électriques. Si vous trouvez une personne à terre, appelez immédiatement les secours.
En résumé
La foudre rompt bel et bien la liaison de l'azote de l'air pour le transformer en une forme utilisable par les plantes. Mais cette quantité ne représente qu'environ un millième de ce dont un champ a besoin. Le nom « inazuma » condense en un seul mot à la fois la justesse d'une observation du phénomène et une erreur de raisonnement sur sa cause.
La foudre fabrique bien de l'engrais à partir de l'air.
Mais il en manquerait l'équivalent de 1000 ans pour combler les besoins d'un champ.
Pour la forme même de la foudre, voir Pourquoi l'éclair ne tombe-t-il pas en ligne droite, mais en zigzag ?, et pour savoir comment se protéger, Pourquoi ne faut-il pas s'abriter sous un arbre pendant un orage ?. Sur ce qui se passe dans le sol des rizières, voir aussi Pourquoi vide-t-on exprès l'eau des rizières en été ?.
- Depuis un endroit sûr, à l'intérieur, comptez les secondes entre l'éclair et le tonnerre. Multipliez ce nombre par 340 pour obtenir la distance approximative de l'orage, en mètres.
- Photographiez la couleur de l'herbe ou du potager au même endroit, avant la pluie puis deux jours après, et comparez. S'il y a un changement, demandez-vous s'il vient de l'eau ou de l'azote.
- Si vous avez du papier réactif aux nitrates pour le sol dans le commerce, mesurez l'eau du sol du jardin avant et après la pluie. Un seul orage ne devrait produire aucune différence mesurable.
Le troisième point est une observation qui vise à « vérifier qu'il n'y a pas de différence ». Constater que le résultat n'est pas celui attendu est aussi une belle expérience.
Pour aller plus loin ― vocabulaire, formules et liens avec les manuels scolairesDu collège aux matières universitaires spécialisées, le niveau de chaque partie est indiqué
- CollègeProgramme de sciences du collège
- LycéeProgramme de « chimie » du lycée
- Lycée+Approfondissement du lycée, ou contenu type encadré de manuel
- UniversitéNon vu au lycée : matière universitaire spécialisée (chimie atmosphérique, science du sol)
- RecherchePas encore enseigné comme « établi » même à l'université : sujet en cours d'étude par les chercheurs
CollègeVocabulaire : ce phénomène a un nom
- Fixation de l'azote : transformation de l'azote de l'air en une forme utilisable par les êtres vivants. Réalisée par la foudre, mais aussi par des bactéries comme les rhizobiums, et même en usine.
- Triple liaison : état où deux atomes sont liés avec une force équivalente à trois liaisons. La molécule d'azote a cette forme, ce qui la rend extrêmement difficile à rompre.
- Ion nitrate : forme prise par l'acide nitrique une fois dissous dans l'eau. Les racines des plantes absorbent l'azote sous cette forme.
CollègeLycéeVérification par le calcul : combien d'azote la foudre apporte-t-elle à un champ ?
Nous allons ramener, par divisions successives, la quantité mondiale à l'échelle d'un seul champ. Toutes les unités seront en kilogrammes. Pas de symboles : uniquement des chiffres.
| Azote produit par la foudre dans le monde en un an | environ 5 milliards de kilogrammes (5 millions de tonnes) |
| Surface de la Terre | environ 510 millions de kilomètres carrés |
| Azote utilisé par le riz en un an (pour 10 ares) | environ 9 kilogrammes |
| Ramener au kilomètre carré | 5000000000 ÷ 510000000 ≒ 9,8 |
| Ramener à 10 ares (0,001 kilomètre carré) | 9,8 × 0,001 ＝ 0,0098 |
| Comparer à la consommation du riz | 0,0098 ÷ 9 ≒ 0,0011 |
Ce dernier résultat, 0,0011, signifie environ un millième. 0,0098 kilogramme, soit environ 10 grammes, ne pèse guère plus que deux cuillères à café d'eau. Voilà, pour un champ, la contribution annuelle de la foudre.
LycéeLycée+Pourquoi faut-il une température aussi élevée ?
LycéeL'énergie nécessaire pour rompre la liaison de la molécule d'azote est estimée à environ 940 kilojoules par mole. Une valeur exceptionnellement élevée parmi les molécules qui nous entourent. À la température d'un feu ordinaire, presque rien ne se produit.
Lycée+La réaction qui forme du monoxyde d'azote à partir de l'azote et de l'oxygène absorbe de la chaleur. Elle progresse d'autant mieux que la température est élevée. Le monoxyde d'azote formé sur le trajet de la foudre, refroidi brutalement, ne se décompose pas et subsiste, avant de se transformer lentement en dioxyde d'azote, puis en acide nitrique.
UniversitéDu point de vue de la chimie atmosphérique, la foudre est « une source d'oxydes d'azote parmi d'autres »
En chimie atmosphérique, la foudre est considérée comme une source d'oxydes d'azote, au même titre que les automobiles ou les usines. Comme elle agit à haute altitude, loin du sol, elle influe aussi sur la formation de l'ozone. Vue du côté de la science du sol, en revanche, l'azote d'origine foudroyante n'est qu'une infime partie du « dépôt humide », cet azote dissous dans les précipitations qui atteint le sol. Une même substance change complètement de poids selon la discipline depuis laquelle on l'observe.
RechercheCe qui reste encore mal connu
- Les estimations de quantité varient La quantité d'azote produite par la foudre varie de plusieurs fois selon les études, car il est difficile de compter directement le nombre de molécules formées par une seule décharge.
- L'évolution future de la fréquence des orages On prévoit que la hausse des températures augmentera la fréquence des orages, mais les estimations de cette augmentation diffèrent selon les études.
- Peu d'études ont vérifié le lien avec les bonnes récoltes Il existe très peu d'études ayant examiné la relation entre les années à forte activité orageuse et le rendement, en isolant l'effet propre de la météo. La vérification même de cette croyance populaire reste à faire.
Autrement dit, le contenu de cet article aussi n'est qu'« une explication dans l'état actuel des connaissances ». La quantité mondiale, en particulier, pourrait être révisée par de futures recherches.
Liens avec les manuels scolaires (par niveau)
| Niveau | Matière / unité | Partie correspondante de l'article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences・météorologie ／ structure et fonctions des plantes | Composition de l'air et besoin en azote des plantes |
| Lycée | Chimie (liaisons et thermochimie) | Énergie nécessaire pour rompre la triple liaison |
| Lycée+ | Chimie (équilibre et température) | Formation du monoxyde d'azote à haute température et sa persistance au refroidissement brutal |
| Université | Chimie atmosphérique・science du sol et des engrais | Sources d'oxydes d'azote et rôle dans le dépôt humide |
| Recherche | Chimie atmosphérique・météorologie agricole | Marge d'incertitude des estimations et vérification du lien avec les bonnes récoltes |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Cesser toute activité extérieure et se mettre à l'abri dès qu'on entend le tonnerre |
- Schumann, U. et Huntrieser, H. « The global lightning-induced nitrogen oxides source », Atmospheric Chemistry and Physics, 2007
- Agence météorologique du Japon (気象庁), explications sur la foudre (formation de la foudre et mesures de sécurité)
- Ministère de l'Agriculture, des Forêts et de la Pêche (農林水産省) et référentiels de fertilisation des préfectures (repères de dose d'azote pour le riz irrigué)
- Manuel de science du sol et des engrais édité par la Société japonaise de science du sol et de nutrition des plantes (日本土壌肥料学会) (chapitre sur le cycle de l'azote et la fixation de l'azote)
※Cet article est une vulgarisation scientifique destinée au grand public. Les chiffres indiqués sont des ordres de grandeur destinés à faciliter la compréhension du mécanisme. En cas d'orage à proximité, suivez les annonces de l'Agence météorologique du Japon ainsi que les consignes des pompiers et des autorités locales.