Vers des systèmes agricoles renouvelés et durables.


Mardi 5 Mars 2019


Il n’y avait pas jusqu’ici de vision globale sur ce que devrait être une agriculture qui « maintien ou accroît la production tout en améliorant les résultats environnementaux » ; un Chercheur* s’est attelé à ce sujet et nous présente un ensemble de préconisations qui valent de schéma général et qu’il appelle « intensification soutenable » (durable).

Pour cet auteur il s’agit de développer des synergies entre les systèmes agricoles et leurs composantes environnementales ; en fait l’agriculture ne doit pas détruire le système paysager qui l’entoure mais s’y insérer de manière à ce que les profits soient réciproques. Le concept est ouvert, il porte son effort sur les résultats plutôt que sur les moyens ; il peut être appliqué à une entreprise de taille quelconque et ne prédétermine ni les technologies, ni les types de productions, ni les modèles à appliquer.

Ce projet vers la durabilité comporte trois recommandations :

L’efficacité se propose une réduction des pertes sur les intrants (nécessaires à l’activité agricoles) et sur les produits (résultats de l’activité agricole).     
Les pratiques agricoles produisent beaucoup de déchets. Les pertes des produits agrochimiques affectent l’environnement, les pertes de récolte réduisent la quantité de nourriture qui sera utilisable. L’efficacité consistera à mieux utiliser les fournitures : engrais, pesticides, eau etc. c’est l’objet de l’agriculture de précision. Il faut remarquer que celle-ci suppose des moyens techniques importants (capteurs, drones, satellites météorologiques etc.) et de bonnes connaissances en biologie. L’agriculteur doit être un excellent technicien.

La substitution se propose de remplacer les technologies et les pratiques agricoles existantes. On substituera, aux cultures du sol, des techniques  plus économes et respectueuses de sa conservation, ainsi on aura recours aux cultures hydroponiques, on préférera les cultures sans labours, les semis directs. On substituera aux pesticides de synthèse des agents de contrôle biologique. On remplacera les producteurs actuels par d’autres plus efficaces issus de la sélection : variétés ou races animales qui convertissent mieux les intrants en biomasse, qui sont mieux adaptées au climat, aux sols, aux parasites.

Le remodelage des systèmes a pour but de maîtriser les processus écologiques que sont : la prédation, le parasitisme, l’herbivorie, la fixation de l’azote, la pollinisation, les dépendances alimentaires etc. Le premier souhait étant de moduler les émissions de gaz à effet de serre, de fournir de l’eau propre, de maximiser la séquestration du carbone, de promouvoir la biodiversité, de disperser et d’atténuer les effets des pestes, pathogènes et mauvaises herbes. Le remodelage doit être l’action la plus transformatrice du projet ; elle aura un effet multiplicatif sur les systèmes de production alors que les deux premières recommandations n’ont qu’un effet additif.

Peut-on à la fois accroître la production tout en protégeant l’environnement ? L’approche multiplicative améliore les rendements en combinant l’utilisation de nouvelles variétés et une direction agro-écologique de l’exploitation ; l’approche additive nécessite une diversification des fermes en un large assortiment de cultures à l’opposé de la monoculture actuelle.

Les traitements conventionnels des pestes et parasites posent problème car, bien souvent non spécifiques, ils détruisent de nombreuses espèces naturelles non parasites (la baisse du nombre d’insectes que nous observons témoigne de l’aberration de ces traitements) ; ils induisent aussi l’apparition de formes résistantes. Un traitement intégré des pestes et parasites est nécessaire ce doit être une boite à outils d’interventions qui combine l’utilisation de pesticides spécifiques avec des techniques agronomiques  et biologiques de contrôle des différentes classes de parasites des cultures.

La mise en place d’agrosystèmes ne peut se concevoir qu’à l’échelle du paysage car ils doivent fournir plusieurs services : production alimentaire, recyclage des aliments, lutte contre les parasites, conservation des sols, stockage du carbone, maintien de la diversité spécifique. Dès lors les actions individuelles libres sont insuffisantes la coopération est indispensable. Une nouvelle connaissance doit être créée collectivement.

Cette vision globale est intéressante ; ce n’est ni une agriculture biologique qui ne sera pas en mesure de nourrir les populations toujours croissantes, ni une agriculture raisonnée qui oublie un peu l’environnement naturel. L’auteur est conscient qu’elle nécessite des investissements importants notamment pour faire une agriculture de précision ; il faudra aussi former les futurs agriculteurs non seulement à la connaissance des techniques agricoles mais aussi à l’écologie. Conscient de ces difficultés il note modestement qu’il n’y a pas d’exigence de « point final parfait ».

* J. Pretty Science, 23 Novembre 2018, N°6417, pp.908-915     

L'effet de serre


Mardi 5 Février 2019


Par son rayonnement, le soleil nous éclaire et nous apporte aussi de la chaleur. Grâce à l’analyse du spectre lumineux, nous connaissons communément :
- les ultraviolets invisibles qui provoquent « les coups de soleil en été » ces rayonnements ont une longueur d’onde comprise entre 0,01 micromètres et 0,40 micromètres, ils sont actifs pour la photosynthèse.
- les rayonnements visibles auxquels notre rétine est sensible ; leur longueur d’onde s’étale de 0,40 micromètres à 0,60 micromètres (violet 0,44 ; bleu 0,47 ; vert 0,54 ; jaune 0,58 ; orange 0,60 ; et rouge 0,62). L’arc en ciel, produit par les gouttes d’eau de pluie qui se comportent comme des prismes, nous restitue cette gamme de couleurs.
- les infrarouges invisibles, de longueur d’onde comprise entre 0,76 micromètres et 5 micromètres, sont les ondes énergétiques elles transportent la chaleur.

L’énergie apportée par ces infrarouges est diluée : 1kw par mètre carré de la surface terrestre au maximum, 0,1 kw en moyenne ; elle est intermittente : absente de nuit, faible par temps couvert. Cependant, s’il n’y avait pas de pertes de chaleur, la surface de la terre s’échaufferait et la vie y deviendrait impossible ; en fait la terre qui s’échauffe émet à son tour des infrarouges qui évacuent la chaleur vers le ciel. Le rapport entre l’énergie reçue et celle émise est l’albédo si la terre absorbait tous le infrarouges l’albédo serait égal à 0 et si elle renvoyait toutes les radiations il serait égal à 1.

L’effet de serre tient à ce que la terre ne réfléchit que des infrarouges dont la longueur d’onde est supérieure à 3 micromètres et que ces longueurs d’ondes sont absorbées par le plastique, le verre et certains gaz. Ainsi, la chaleur qu’ils transportent, est piégée par la présence de ces obstacles.

On a utilisé en agriculture cette propriété du verre et du plastique pour faire des serres ; dès lors qu’elles reçoivent de la lumière solaire, leur sol renvoie des infrarouges qui vont être piégés par les parois en verre ou en plastique de la serre, la chaleur intérieure y est ainsi supérieure à l’extérieur et les plantes peuvent y maintenir une activité de croissance. La serre prolonge ainsi la saison favorable aux plantes  et peut empêcher les dégâts de gel.
Les infrarouges réfléchis par la terre sont aussi arrêtés par certains gaz présents dans les couches atmosphériques ce sont des gaz à effet de serre  il y en a cinq principaux : la vapeur d’eau H2O, le dioxyde de carbone CO2, le méthane CH4, le protoxyde d’azote N2O et l’Ozone O3 ; ils vont intervenir ainsi puissamment sur notre climat car ils modifient plus ou moins rapidement la température de l’atmosphère.

La vapeur d’eau est un gaz qui coexiste avec son état liquide : le brouillard, selon les températures et les pressions présentes dans le milieu atmosphérique. C’est ce mélange gaz-brouillard qui constitue l’obstacle le plus efficace au passage des infrarouges. Son effet de serre est cependant très variable et limité car la teneur en vapeur d’eau de l’atmosphère est fonction du va et vient entre l’évaporation des eaux des océans et leur restitution au sol par condensation sous forme de pluies.

Les autres gaz à effet de serre ne changent pas d’état aux températures et pressions qui sévissent à la surface de la terre, leur concentration ne variait que très lentement dans les temps géologiques. Cependant l’homme a modifié cette situation ; il utilise comme source d’énergie,  depuis la révolution industrielle, le carbone fossile ; l’oxydation de celui-ci dans les moteurs produit des quantités colossales de dioxyde de carbone : CO2. Sa concentration dans l’atmosphère terrestre augmente rapidement car la demande photosynthétique principale utilisatrice de ce gaz reste stable sinon diminue. L’effet de serre supplémentaire qui découle de cette émission anthropique du CO2 est déjà perceptible dans le réchauffement climatique de la planète.

Le mouvement de l'eau dans les arbres


Dimanche 6 Janvier 2019


L’eau, aspirée par les racines dans le sol, est transportée vers les branches et les feuilles par le bois du tronc de l’arbre. Ce bois est constitué de vaisseaux formés par la paroi squelettique d’anciennes cellules allongées en prolongation les unes des autres, qui une fois mortes se sont vidées de leur contenu. La jonction de deux cellules du tuyau est libre chez les angiospermes ou garde la membrane primaire de la paroi squelettique cellulaire chez les gymnospermes, la paroi secondaire étant partiellement évidée pour former des trous on parle de tubes criblés.

La montée de la sève brute (celle qui est puisée dans le sol par les racines) doit se faire à l’encontre de plusieurs obstacles physiques : la force de gravité, les forces de friction le long des parois des vaisseaux, enfin le franchissement de la membrane primaire des tubes criblés des gymnospermes. La force de gravité est contrebalancée dans les 10 premiers mètres par la pression atmosphérique, en effet la pression de 1 atmosphère permet de faire monter dans un tube très fin une colonne d’eau jusqu’à 10 mètres environ. Mais au-delà que va-t-il se passer pour un arbre qui peut atteindre ou dépasser 30 mètres ?

L’explication de ce processus n’est pas encore entièrement satisfaisante ; il intervient à la fois la cohésion de l’eau dans les vaisseaux du bois et la transpiration au niveau des stomates foliaires.

Au niveau de la plantule la montée de la sève jusqu’aux feuilles ne pose aucun problème d’interprétation car la prise d’eau au niveau des racines crée une pression osmotique très importante qui fera face, sans difficultés, à la force de gravité qui s’exerce sur la sève présente dans les vaisseaux ; cependant à mesure que l’arbuste croît, l’effet de la pression racinaire s’atténue dans la tige et doit être secondée par une force de succion au niveau des feuilles.

Le parenchyme foliaire est constitué de cellules laissant des espaces libres qui contiennent de l’air humide. Au niveau des stomates, lorsqu’ils s’ouvrent, va se produire une évaporation qui appauvrit en eau l’air humide des cavités du parenchyme foliaire ; les cellules compensent cette perte d’eau mais leur pression osmotique s’accroît et il s’établit un gradient qui va des cellules de la feuilles jusqu’au pétiole et donc jusqu’aux faisceaux du bois. Cette nouvelle force tire vers le haut la colonne de sève et contribue ainsi à son ascension. C’est comme si on aspirait une boisson à l’aide d’une paille.

Enfin ceci n’est possible que si les forces qui agissent en attraction n’entraînent une rupture de la colonne de sève, il faut donc qu’il existe une force qui unit entr’elles des molécules d’eau voisines. Ces forces dites de cohésion, sont des liaisons hydrogènes. La rupture de la colonne de sève entraîne l’incapacité définitive du vaisseau du bois qui la contient à retrouver son activité conductrice ; si de nombreux vaisseaux d’un arbre sont endommagés sa vitalité est fortement affectée une telle situation peut intervenir à la suite d’une longue période de sècheresse.       

Les déforestations où en sommes nous?


Mercredi 5 Décembre 2018


Les arbres jouent un rôle majeur dans la photosynthèse qui prélève le CO2 de l’air et le stocke dans le bois, fournit de l’oxygène nécessaire à la respiration, enfin fabrique des sucres sources d’énergie chimique dont a besoin tout le monde vivant. Ainsi lorsque la déforestation touche la forêt Amazonienne on parle de la destruction de notre « poumon vert ». En réalité on a peu de données sur ce sujet fondamental. Nous allons donc parler des différents types de déforestations, de leur part respective et de leur localisation à partir de données satellitaires (Sentinel 2 de l’ESA) analysées par des chercheurs*  de 2001 à 2015.

Cette étude s’est étalée sur 15 années ; elle a classifié près de 5000 échantillons d’images satellitaires. Grâce à sa durée elle a permis de prédire les causes  des perturbations de la forêt sur tout un réseau de cellules de 100 km2 autour de la terre depuis l’an 2000. Cinq catégories de perturbations dominantes ont été définies : 
1) déforestation par commodité : la forêt ou le couvert buissonnant sont affectés, sur le long terme, à une destination non forestière qui peut-être agricole (notamment des plantations de palmier à huile), minière ou à des infrastructures énergétiques ;
2) déforestation temporaire : une petite surface forestière est transformée temporairement pour la production vivrière ;
3) sylviculture : la forêt est traitée comme un moyen de production après une coupe on pourvoit à sa reconstitution;
4) incendie ;
5) urbanisation.

Durant cette période, la déforestation par commodité (celle qui élimine la forêt et la remplace par une activité utile à l’homme) représente 27 % de tout ce qui peut perturber le couvert forestier mondial. Elle correspond à 5 millions d’hectares de forêt par an et son niveau n’a que peu varié pendant les 15 années de l’étude. Les zones affectées par ces déforestations sont l’Amérique du sud (forêt Amazonienne), l’Asie du Sud Est (Indonésie, Thaïlande) où la forêt primitive est souvent remplacée par le palmier à huile.
La sylviculture représente 26 % des perturbations forestières ; les coupes d’arbres sont programmées et l’espace libéré sera, soit replanté en forêt, soit la forêt se reconstituera naturellement (cas notamment des taillis). La sylviculture concerne les forêts tempérées et boréales elle fournit le bois pour l’industrie et le chauffage.
La déforestation temporaire suivie d’une culture vivrière puis retour à la forêt, représente 24% des déforestations ; Elle se pratique en zone tropicale par des populations villageoises traditionnelles.
Les incendies sont importants en Amérique du Nord et en Russie ils représentent 23% des perturbations de la forêt.
0,6% des déboisements sont attribuables à l’urbanisation. On les trouve à l’est des Etats Unis, en Chine, au Brésil en Indonésie et en Australie. En Afrique sub-saharienne on constate l’expansion d’une urbanisation de faible densité qui contribue au déboisement.

Cette étude montre que la déforestation par commodité reste le moyen le plus répandu de perte de la forêt ; il dépasse en intensité les surfaces traitées en sylviculture ce qui en souligne l’importance. Nous sommes loin du zéro de déforestation que l’on aurait pu croire atteint ; les contraintes prises par les Etats pour protéger leurs forêts naturelles restent peu efficaces.

*P. G. Curtis et al. Science 14 septembre 2018, N° 6407, pp. 1108-1111.

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