AGRICULTURE, SANTE ET ENVIRONNEMENTelecoix.free.fr/classes/docs_1L-ES/Cours 2013/05 COURS Agric sante... · organique (MO) par les végétaux chlorophylliens (producteurs primaires)

AGRICULTURE, SANTE ET ENVIRONNEMENT

Des prévisions d’évolution démographique

La sous-alimentation est toujours d’actualité…

La sous-alimentation est toujours d’actualité…

INTRODUCTION

La Terre compte actuellement environ 7 milliards d'êtres humains, soit près du double qu'il y a 40 ans. La population mondiale devrait continuer d'augmenter dans les 40 prochaines années pour atteindre 9,3 milliards d'individus en 2050. Le problème de la faim dans le monde n’est toujours pas résolu… Plus de 13 % de la population mondiale souffre de sous-alimentation. À l’échelle globale, l’agriculture pourra-t-elle relever le défi de l’alimentation d’une population humaine toujours croissante ?

INTRODUCTION

I – UNE AGRICULTURE POUR NOURRIR LES HOMMES

Notre alimentation repose entièrement sur l’agriculture. Un agrosystème est un écosystème construit ou modifié par l’Homme. Quelles différences y-a-t-il entre un agrosystème et un écosystème naturel ?

INTRODUCTION


A – LE FONCTIONNEMENT D’UN ECOSYSTEME NATUREL


1 – Un flux de matière et d’énergie

Relations alimentaires dans un écosystème naturel

: est mangé par

buse

bactéries, champignons

microfaune

martre

campagnol

déjections, cadavres

litière

sels minéraux

sol

chenille

larve pic

Producteurs primaires (86985 kJ/m2/an)

C1: phytophages (14078 kJ/m2/an)

C2: zoophages (1600 kJ/m2/an)

C3: zoophages (88 kJ/m2/an)

Pyramide de l’énergie

I

II

III

IV

C3: zoophages (1,5 g/m2)

C2: zoophages (11 g/m2)

C1: phytophages (37 g/m2)

Pyramide des biomasses

Producteurs primaires (809 g/m2)

I

II

III

IV

D'un niveau trophique (= niveau alimentaire, ex. producteur primaire, consommateur de premier ordre...) au suivant, 90% en moyenne de la biomasse est perdue : - soit parce qu'elle est non consommée. - soit parce qu'elle est consommée mais non assimilée. - soit par la respiration qui assure les dépenses énergétiques des organismes. Ainsi seule une petite partie de la matière organique d'un niveau trophique est transmise au niveau suivant.

Pyramides des biomasses et de l’énergie, rendement énergétique

On peut calculer l’équivalent énergétique de la biomasse d’un niveau trophique. On obtient la pyramide de l’énergie.

Le rendement énergétique correspond au rapport de la biomasse (ou énergie) d’un niveau trophique / biomasse consommée. Exemple: rendement pour C1 = 14078 x 100/ 86985 = 16 %

INTRODUCTION




Un écosystème naturel est un ensemble d'êtres vivants qui interagissent entre eux par des relations de support et de nutrition. L'énergie d'un écosystème provient du soleil qui permet la création de matière organique (MO) par les végétaux chlorophylliens (producteurs primaires) à partir de matière minérale (H2O, CO2, sels minéraux) : c'est la photosynthèse. La quantité de matières vivants produite par l'écosystème est appelée la biomasse (= animaux, végétaux, bactéries,...).


INTRODUCTION



2 – Un recyclage de la matière


Décomposition de bois mort dans une forêt

Recyclage de la matière organique

INTRODUCTION



2 – Un recyclage de la matière

Dans un écosystème naturel, les décomposeurs présents dans le sol (microfaune, bactéries, champignons) transforment entièrement la matière organique non assimilée et celle des organismes morts en matière minérale à nouveau disponible pour les producteurs primaires. Ainsi la matière est recyclée.


Conclusion

Dans un écosystème naturel on observe : - un cycle de la matière, celle-ci passe alternativement de la forme organique à la forme minérale, elle est en permanence recyclée ; - un flux d'énergie, avec une énergie entrante (la lumière solaire) et une énergie sortante (dépenses des organismes et chaleur).

INTRODUCTION



1 – De la biomasse exportée sous forme de récolte

B – L’AGRICULTURE REPOSE SUR LA CREATION ET LA GESTION D’AGROSYSTEMES

Exemples de monocultures (Blé, Colza)

L’exportation de la biomasse sous forme de récolte

INTRODUCTION





- Un agrosystème est un écosystème, construit ou modifié par l'Homme, afin de privilégier le développement d'une seule plante, ou d'un seul animal ; il est monospécifique. Un agrosystème est destiné à fournir des produits nécessaires à l'humanité, en premier lieu des aliments mais aussi des matières premières (coton, bois...) ou des ressources énergétiques (agrocarburants). -Dans un agrosystème une partie importante de la production primaire constitue la récolte qui est exportée. La matière organique correspondante ne pourra donc pas être recyclée par les décomposeurs. Ainsi il y a une perte nette d'ions minéraux à chaque récolte.

INTRODUCTION





2 – Un agrosystème nécessite l’apport d’intrants

Arrosage du maïs

Irrigated crop fields stand out starkly against an expanse of Qatari desert. Such farms provide Qataris with some fruits and vegetables, but most of their food is imported. Government efforts to increase domestic agriculture are complicated by the paucity of fresh water in this parched desert nation

Des cultures irriguées dans le désert !!!

Epandage aérien de pesticides dans un champ

Pulvérisation de pesticides dans un champ de blé

Traitement phytosanitaire de la vigne

Epandage d’engrais chimiques

-32 traitements phytosanitaires dont 10 insecticides, 18 fongicides, 2 désherbages et 2 éclaircissages chimiques (Source: Solagro) -D'après l'enquête « structure des vergers » de SCESS parue en 1996, plus le verger est grand, plus le nombre de traitement s'accroît avec une augmentation de 71% quand le verger passe de 2 à 50 ha.

Pour produire une pomme…

INTRODUCTION






On appelle intrants agricoles les produits apportés aux cultures. Ce sont notamment les semences, les engrais, qui compensent les pertes d'ions minéraux du sol, et les produits phytosanitaires (ou pesticides), qui protègent les plantes. Par extension on peut y rajouter tout ce que l'agriculteur doit se procurer comme le carburant, l'eau d'irrigation, le matériel agricole, les compléments nutritifs des animaux d'élevage, etc.

Conclusion

Dans un agrosystème l'exportation de la récolte constitue un flux sortant de matière d'autant plus important que la productivité est importante. Il doit être compensé par un flux entrant d'eau et surtout d'ions minéraux car la matière n'est pas recyclée. Ce flux de matière vient s'ajouter au flux d'énergie qui est lui même augmenté par l'activité agricole (carburants et coût énergétique des intrants).

(*) Le phénomène de lixiviation désigne le processus au cours duquel l'eau s'infiltre et entraîne avec elle les ions minéraux et les polluants.

(*)

Comparaison entre un écosystème naturel et un agrosystème

Ecosystème naturel Agrosystème

INTRODUCTION






B – LA PRODUCTION ANIMALE, UNE RENTABILITE ENERGETIQUE REDUITE

Pour produire 1 kg de de viande de bœuf il faut 3 kg de céréales pour l'alimentation de l'animal qui nécessitent 40 000 litres d'eau pour leur culture.

Situation théorique d'adolescents dont la masse augmente de 5 kg en un an en se nourrissant soit uniquement d'aliments à base de blé (pain, semoule, pâtes...), soit uniquement de veau. NB: cette situation artificielle ne respecte aucun équilibre alimentaire.

A partir de la même quantité d’énergie initiale (énergie solaire), on produit beaucoup plus d’aliments végétaux (30 tonnes de blé) que l’aliments animaux (4,5 veaux) Ainsi, consommer de la viande (consommation secondaire) a un coût énergétique beaucoup plus élevé que de consommer un produit végétal (consommation primaire)

INTRODUCTION






B – LA PRODUCTION ANIMALE, UNE RENTABILITE ENERGETIQUE REDUITE

Consommer de la viande ou un aliment végétal n'a pas le même impact écologique. Pour élever un animal il faut tout d'abord produire sa nourriture, ce qui nécessite de l'eau et des intrants. De plus, le rendement énergétique entre la production primaire et la production secondaire (production animale) étant faible, il faut beaucoup plus d'énergie pour nourrir un être humain avec de la viande qu'avec des aliments végétaux.


A – LES PRATIQUES ALIMENTAIRES ET AGRICOLES ONT UN IMPACT SUR L’ENVIRONNEMENT

1 – La pollution par les nitrates

II – PRATIQUES ALIMENTAIRES COLLECTIVES ET PERSPECTIVES GLOBALES

Depuis un demi-siècle, la recherche d'une productivité toujours plus élevée et l'irruption de l'agrochimie ont conduit la plupart des agriculteurs à utiliser massivement des engrais et des produits phytosanitaires (ou pesticides) ainsi que d'avoir de plus en plus recours à l'irrigation et à la mécanisation. Quels sont les impacts de ces pratiques sur l’environnement ? Quelle attitude adopter pour une agriculture durable ?

Devenir des nitrates et phosphates provenant de la fertilisation

Marée verte en Bretagne





Avec les phosphates et le potassium, les nitrates sont l'un des principaux constituants des engrais. Les nitrates ont aussi pour origine les déjections d'animaux d'élevage (lisiers). Les ions nitrates non absorbés par les plantes sont entraînés par l'eau de pluie ou d'arrosage (lixiviation) vers les cours d'eau et les nappes d'eau souterraines. Au delà de 25 mg/L d'eau les nitrates posent problème pour la consommation humaine. Au delà de 50 mg/L ils sont dangereux. Les nitrates et les phosphates qui s'accumulent à l'embouchure des cours d'eau, entraînent, près des côtes, la prolifération d'algues vertes pour lesquelles ils constituent un nourriture idéale. On parle de marée verte. Lorsque les algues meurent, leur décomposition consomme tout le dioxygène disponible, entraînant la mort de la plupart des autres organismes aquatiques, c'est l'eutrophisation.





2 – L’accumulation des pesticides le long des chaînes alimentaires

Un épandage massif de pesticides

Bioaccumulation des pesticides le long des chaînes alimentaires

Pyramide des biomasses

Pesticide non biodégradable (sa quantité reste identique d’un niveau trophique au suivant)

Conséquence de la bioaccumulation d’un pesticide, le DDT






Les pesticides, souvent non-biodégradables, se concentrent dans les tissus adipeux (graisses) des animaux qui le consomment accidentellement et s’accumule à chaque maillon de la chaîne alimentaire. Il se concentre d'autant plus que les chaînes alimentaires sont longues, comme c'est le cas en milieu marin. On parle de bioaccumulation. A une certaine concentration, les pesticides peuvent avoir des répercussions sur la santé : intoxications aiguës ou effets chroniques, cancers ou pathologies diverses…






3 – Le coût en énergie et en eau des pratiques agricoles

Coût énergétiques des pratiques agricoles

L’agriculture avec labour présente un rendement plus élevé par rapport à un semis direct mais le coût énergétique est plus élevé (consommation de carburant par exemple)

Les culture sous serre représente un surcroit de dépense énergétique. Cette dépense varie aussi d’une espèce à l’autre.

L'eau douce liquide ne représente que 2,5 % du volume l’eau de la planète. La fraction d'eau douce utilisable représente moins de 1 % de l'eau douce et seulement 0,01 % de l'ensemble de l'eau présente sur la Terre. Une grande partie de l'eau disponible est éloignée des populations humaines, ce qui implique un transport et complique encore le problème de l'utilisation de l'eau.

L’agriculture intensive: une demande croissante en eau

L’agriculture intensive: une demande croissante en eau

Comparaison de la quantité d’eau qui a été nécessaire pour produire différents produits de consommation

* L'eau virtuelle est l'ensemble des consommations d'eau nécessaires à une production, agricole ou industrielle, ou à un service. En d’autres termes, cela correspond à la quantité totale d'eau nécessaire pour produire quelque chose. On parle d’eau virtuelle car l’eau consommée ne se retrouve généralement pas dans les produits finis.

Comparaison de la quantité d’eau qui a été nécessaire pour produire…







L'irrigation et l'utilisation de machines agricoles sont indispensables mais entraînent des coûts énergétiques élevés. De plus la ressource en eau est limitée à la surface de la planète et se pose le problème du partage de l'eau entre ses diverses utilisations (agricole, industrielle et domestique). Selon le type de production, constate une grande variabilité dans les besoins en eau nécessaire pour le produire (=eau virtuelle). La production animale consomme toujours beaucoup plus d'eau que la production végétale.







4 – Agriculture, alimentation et bilan carbone (gaz à effet de serre, CO2)

Emissions de CO2 liées aux activités humaines

Energie brute des produits

Claas

Engrais

Semences

Pesticides

Aliments

lait

Viande

Pain

Fioul

Energies directes

(Électricité, fioul, gaz, lubrifiants, ..)

Energies indirectes

Pour fabriquer les intrants

(Extraction, fabrication, transport)

Frais d’élevage, aliments Engrais, semences, phytosanitaires

Matériel Bâtiments

Gaz à effet de serre : CO2, CH4, N2O

Bilan énergétique de l’agriculture et de l’élevage








Les GES (Gaz à effet de serre) sont principalement de dioxyde de carbone (CO2), le méthane (CH4) et le protoxyde d'azote (N2O). L’élevage génère 9% du dioxyde de carbone rejeté dans l'atmosphère (déforestation pour l’extension des pâturages et des terres arables pour la culture fourragère, carburant, chauffage des bâtiments d’élevage...), 37% du méthane (fermentation liée à la digestion par les ruminants et fermentation de leurs déjections) et 65% du protoxyde d’azote (épandage d’engrais azotés).

Emissions de CO2 selon la nature de la production

Bilan carbone des pommes selon l’origine de la production

Répartition du bilan carbone pour la production d’une glace aux fruits








Le « bilan carbone » représente la quantité de CO2 libérée au cours de la production d’un produit de consommation. Un bon bilan correspond à une émission minimale de CO2. Toutes les productions végétales ont un bilan carbone très inférieur aux productions animales. Les aliments produits localement ont un bilan carbone meilleur que celui des denrées devant être transportées et longuement conservées par le froid, la déshydratation ou la stérilisation...(procédés qui demandent un surcroit de dépense énergétique) Dans le cas d'un aliment industriel, la transformation, l'emballage et la conservation du produit sont aussi source de dioxyde de carbone.



1 – La sélection des espèces cultivées depuis les débuts de l’agriculture

B – AUGMENTER LA PRODUCTIVITE PAR L’AMELIORATION DES ESPECES DOMESTIQUEES


Les épis de maïs domestique actuel (à droite) mesurent jusqu'à 30 cm de long et possèdent plus de 500 grains. L' ancêtre du maïs, la téosinte (à gauche), a des épis qui ne dépassent pas 5 cm de long et qui ne comptent que 5 à 12 grains.

L'auroch ancêtre des bovins actuels, a disparu il y a 400 ans. C'était un animal plus grand que les bovins que nous connaissons (taille moyenne au garrot supérieure de 20 à 40 cm).

Variations dans la composition du lait selon les races de bovins

Amélioration de la race de vache Prim'Holstein (évolution de la quantité de lait produit)






La sélection des espèces végétales a débuté avec les débuts de l'agriculture, il y a environ 10 000 ans, et se poursuit aujourd'hui. L’Homme choisit les plantes qui semblent les plus intéressantes dans une population et utilise leurs graines comme semences pour la culture suivante. Répétée de génération en génération, cette sélection permet d'améliorer progressivement mais lentement les performances de la culture. Ainsi en croisant entre eux les individus les plus performants pour les critères recherchés ils ont obtenu les variétés (plantes) et les races (animaux) domestiques que nous connaissons aujourd'hui et qui sont différentes de leurs ancêtres sauvages.






2 – L’hybridation permise par les connaissances en génétique (milieu XIXe siècle)

Après son introduction en Europe (XVI e siècle), la tomate est d’abord considérée comme ornementale.

Première représentation graphique de la tomate (Rembert Dodoens, 1557)

La tomate par Pietro Andrea Mattioli, Kreutterbuch de Johan Feyerabendt (1590)

Exemple de la tomate

http://fr.wikipedia.org/wiki/Rembert_Dodoens



http://fr.wikipedia.org/wiki/Pierandrea_Mattioli

http://fr.wikipedia.org/wiki/Pierandrea_Mattioli

Les premières variétés potagères apparaissent en 1785. Il existe actuellement de très nombreuses variétés cultivées de Solanum lycopersicum.

Exemple de la tomate

Technique d’obtention d’un maïs hybride

Les hybrides peuvent présenter des caractères avantageux inattendus (effet hétérosis)







À partir du milieu du XIXe siècle les découvertes de la biologie ont permis de mieux orienter les croisements avec l'hybridation: Celle-ci consiste à croiser entre elles deux lignées pures différentes et complémentaires pour les caractères recherchés. On obtient des hybrides de première génération, dits F1, qui présentent des caractéristiques homogènes (tous identiques). Non seulement ils peuvent cumuler les caractères recherchés des deux parents mais ils présentent parfois des qualités supplémentaires, on parle alors de vigueur hybride (ou hétérosis).







3 – Le recours aux biotechnologies à la fin du XXe siècle

Technique de microbouturage chez la pomme de terre

Cette technique présente l'avantage d'être rapide, peu encombrante et d'obtenir un grand nombre d'individus à partir d'un seul.

En 1954, une variété de de pomme de terre, la « Belle de Fontenay », contaminée par un virus, a bien failli disparaître. Elle a été sauvée grâce à une technique de microbouturage réalisée à partir de tissus sains.

Une technique de clonage chez la vache

Le clonage animal est actuellement encore très coûteux et délicat. Il n'est envisagé que pour des animaux reproducteurs

Technique de transgenèse chez le Maïs

Cette technique consiste à prélever chez une bactérie (organisme donneur) un gène de résistance à un insecte ravageur (gène d’intérêt) et à l’ajouter au génome du maïs (espèce receveuse) afin de le rendre résistant à ce ravageur. Le transfert de gène peut se faire directement par bombardement de microparticules sur lesquelles on a ajouté le gène ou bien en utilisant un vecteur (bactérie qui infecte la plante et qui transfère le gène au cours de cette infection)

Exemple de transgénèse chez la tomate

Exemple de transgenèse animale

Par transgénèse, on a introduit dans le génome du saumon d’Atlantique un gène de croissance existant chez le saumon chinhook, un poisson de la côte est du Canada Le saumon modifié génétiquement a une croissance accélérée.

Comment augmenter la production de maïs des petits paysans d'Afrique australe, sans l'engrais qui leur fait souvent défaut ? Des organisations de recherche agronomique internationale, mais aussi du Kenya et d'Afrique du Sud, viennent de nouer, à Nairobi, un partenariat avec la multinationale de la chimie DuPont pour développer de nouvelles variétés de maïs hybrides, voire génétiquement modifiées, qui seraient adaptées aux sols pauvres en azote, très répandus dans cette région d'Afrique. Le maïs est la première culture céréalière et la base de la nourriture en Afrique australe. Malheureusement sa productivité n'a pas beaucoup progressé en 30 ans : elle a augmenté de 25%, pendant qu'elle doublait en Asie et en Amérique latine. Mais dans ces deux régions du monde, on déverse 10 fois plus d'engrais par hectare qu'en Afrique australe où ces intrants sont hors de portée des petits paysans, la grande majorité des agriculteurs. Leur coût est quatre à six fois plus élevé qu'en Europe ou aux Etats-Unis, du fait des problèmes de transports. Résultat : 70% des 17 millions d'hectares de maïs semés en Afrique australe seraient cultivés sans les fertilisants azotés propres à doper les récoltes. Développer des variétés de maïs adaptées à la pauvreté des sols serait donc finalement plus urgent que lutter contre les mauvaises herbes et les insectes. En Afrique, les expérimentations devraient commencer par le Kenya. La sélection des variétés par hybridation, dans un premier temps, devrait aboutir d'ici quatre ou cinq ans à augmenter les récoltes de 20%, promet un représentant de DuPont ; l'élaboration de variétés transgéniques, c'est-à-dire OGM, ne viendrait que dans un second temps, d'ici dix ans, si besoin.

http://www.rfi.fr – Février 2010

Un nouveau maïs adapté aux sols pauvres ?

http://www.rfi.fr/

… vers un monde meilleur ???







3 – Le recours aux biotechnologies à la fin du XXe siècle

-Le clonage permet d'obtenir un ou plusieurs descendants génétiquement identiques à un parent unique. Cette technique est utilisée pour les végétaux (bouturage et marcottage) depuis l'antiquité. Elle a été améliorée à la fin du XXe siècle avec le microbouturage et le clonage animal.

-Depuis la fin du XXe siècle on est capable d'isoler des gènes d'intérêt et de les transférer d'un organisme à un autre de manière à obtenir un organisme génétiquement modifié (OGM). Cette transgénèse peut s'effectuer entre individus de la même espèce, mais aussi entre espèces différentes voire entre règnes différents.

CONCLUSION

Le choix des pratiques culturales doit permettre de concilier la nécessaire production agricole, la gestion durable de l’environnement et la santé des consommateurs. Cela passe par une gestion raisonnée des surfaces agricoles, de l'eau et des intrants.

Les clés d’une alimentation durable

Les clés d’une alimentation durable

Documents

AGRICULTURE, SANTE ET ENVIRONNEMENTelecoix.free.fr/classes/docs_1L-ES/Cours 2013/05 COURS Agric sante... · organique (MO) par les végétaux chlorophylliens (producteurs primaires)