Cerfrance Energie, filiale du réseau Cerfrance, a pour objectifs de vulgariser les énergies renouvelables et d’accompagner les entreprises vers la décarbonation.

En France et dans le domaine de l’agriculture, la décarbonatation est portée par le label bas carbone. Dans le cadre du 3ème appel à projet France Carbone Agri, 228 exploitations se sont engagées dans une démarche de décarbonation avec Cerfrance Énergie. Ce qui représente alors un peu plus de 20 % des entreprises engagées. Ce chiffre est non négligeable sachant qu’il existe, à ce jour, 53 autres porteurs de projets. Comme Cerfrance Énergie, ils accompagnent des entreprises dans une démarche de décarbonation.

A noter, sur ce 3ème appel à projet, la moyenne nationale de gain carbone pour une entreprise se situe à 714 tonnes équivalent CO₂. Alors qu’avec notre accompagnement par Cerfrance Energie, il dépasse les 1 000 tonnes, par entreprise.

L’accompagnement Cerfrance Énergie vers la décarbonation se fait, par étape, sur 5 ans :

1. Définition des objectifs ;
2. Elaboration de la stratégie ;
3. Co-construction avec le client-adhérent d’un plan d’action ;
4. Montage administratif pour la vente des crédits carbone ;
5. Audit final pour vérifier de la bonne mise en pratique du plan d’action définit.

Nous vous proposons de découvrir en vidéo l’accompagnement de décarbonation des exploitations agricoles. Audrey Ouin, chargée des méthodes conseil technique et carbone, présente l’accompagnement réalisé chez un client-adhérent de Cerfrance Seine Normandie, Denis Galland, éleveur laitier.

S’il n’y avait pas eu Cerfrance pour nous accompagner, on serait resté dans nos convictions sans aller chercher plus loin.

Denis Galland, éleveur laitier

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Découvrez comment les plantes compagnes pourraient contribuer à une gestion durable de la jaunisse de la betterave.

Depuis 2018, l’interdiction des néonicotinoïdes en traitement de semences a placé un certain nombre de filières en difficulté pour la gestion des insectes ravageurs. En 2020, la filière de la betterave sucrière a vu ses rendements chuter. Cela s’explique en partie par la jaunisse, une maladie virale dont le vecteur principal est le puceron vert du pêcher, Myzus persicae. En réponse à cette situation, le Ministère a déployé un Plan National de Recherche et d’Innovation pour identifier des solutions opérationnelles pour gérer durablement la jaunisse. 

Les solutions testées

Parmi les solutions testées, l’implantation de plantes compagnes pendant les stades sensibles de la culture figurait parmi les plus prometteuses. Plusieurs essais en parcelles agriculteurs ont été mis en place au nord de la France afin d’évaluer leur intérêt. Le choix s’est ainsi porté sur trois espèces : avoine de printemps, orge de printemps et féverole de printemps. Cette expérimentation a inclus une évaluation des populations de pucerons Myzus persicae, des symptômes de jaunisse et des pertes de rendement liées à la compétition entre les plantes compagnes et les betteraves. 

Résumé des résultats des essais

Les plantes compagnes permettent de réduire les populations de pucerons sur betterave, mais elles sont moins efficaces qu’un traitement aphicide. Ces essais n’ont pas démontré d’intérêt des plantes compagnes en combinaison d’un traitement aphicide. Mais cela n’exclut pas qu’elles pourraient en avoir un dans les cas où la protection aphicide ne serait pas suffisante. Par ailleurs, les trois espèces ont permis une réduction des symptômes de jaunisse. Les résultats sont toutefois très variables entre les essais. Enfin, on a observé une perte de rendement. Et elle était d’autant plus importante que la destruction des plantes compagnes était tardive. La réussite de ce levier repose donc sur une réduction du nombre de pucerons verts, des symptômes de jaunisse et une absence de concurrence avec les betteraves notamment en jouant sur la date de destruction des plantes compagnes. 

Une expérimentation pour tester l’effet des plantes compagnes sur la jaunisse de la betterave

Deux objectifs

Le premier objectif de cette étude est d’évaluer l’effet de plantes compagnes sur :

• les populations de Myzus persicae
• et les symptômes de jaunisse dans la culture de betterave sucrière

L’efficacité du levier est évaluée seul et en combinaison avec une protection aphicide. Cela a permis de déterminer l’intérêt des plantes compagnes par rapport aux stratégies de protection déjà existantes et utilisées par les agriculteurs. 

Le second objectif est d’identifier un itinéraire technique cultural limitant les pertes de rendement dues à la compétition. Pour cela, trois espèces de plantes compagnes sont testées : l’avoine rude (Avena strigosa), l’orge de printemps et la féverole de printemps et ce avec des dates de destruction différentes.

Un réseau de parcelles agriculteurs pour tester l’effet des plantes compagnes sur la jaunisse de la betterave

Le dispositif choisi est un dispositif en bandes de betteraves alternées avec et sans plante compagne. Par ailleurs, sur certaines parcelles, on a mis en place un dédoublement des bandes pour évaluer l’effet des plantes compagnes en combinaison avec une protection aphicide (Teppeki®). L’objectif est d’évaluer l’intérêt du levier dans une stratégie de protection classiquement utilisée par les agriculteurs. Au total, on a 54 essais mis en place et exploités en 2021 et 2022. 

L’itinéraire technique des plantes compagnes testées pour réduire les symptômes de la jaunisse de la betterave

Les plantes compagnes ont été semées en plein, au moment du semis des betteraves ou deux à trois semaines avant, pour favoriser leur développement à l’arrivée des pucerons. La densité de semis visée des graminées est de 100 grains/m² en 2021 et de 75 grains/m² en 2022. La densité pour la féverole est de 20 grains/m² en 2021 et 2022. Les graminées ont été détruites à partir du stade six feuilles des betteraves. Et les légumineuses au stade huit à dix feuilles des betteraves.

Les observations réalisées dans le cadre de l’expérimentation plantes compagnes pour réduire les symptômes de la jaunisse de la betterave

Caractérisation des populations de betteraves et de plantes compagnes 

Au stade deux à quatre feuilles des betteraves, on a compté le nombre de betteraves sur quatre rangs de dix mètres pour décrire la population de betteraves et noter une éventuelle hétérogénéité de levée sur l’essai. Puis, on a mesuré le nombre de plantes compagnes par mètre carré avec des quadrats. Enfin, à chaque date d’observation, on a noté le stade des betteraves et des plantes compagnes pour chaque objet (une valeur par objet). Un objet correspond au croisement de deux modalités (ex : Avoine rude X Sans protection aphicide, Sans plante compagne X Avec protection aphicide…).

Suivi des populations de pucerons

Dans chaque unité expérimentale, on a réalisé un comptage des pucerons verts (Myzus persicae), noirs (Aphis fabae), aptères et ailés sur deux rangs de cinq betteraves. Les comptages débutent à l’observation du premier puceron vert dans la parcelle, puis tous les 15 jours, et jusqu’à 15 jours après la destruction des plantes compagnes (stade 8 à 12 feuilles des betteraves selon les sites).

Suivi des symptômes de jaunisse

Avant la récolte, une échelle de notation de gravité visuelle permet de mesurer les symptômes de jaunisse. Une photographie par drone la complète en cas de difficulté : 

• 0 : 0 % de la surface touchée ; 
• 1 : 1 à 10% de la surface touchée ; 
• 2 : environ 20 % de la surface touchée ; 
• … ; 
• 10 : 100 % de la surface touchée. 

A chaque date d’observation, on donne une note de gravité jaunisse pour chaque objet (une valeur par objet). 

Impact de la compétition sur le rendement des betteraves

Trois à quatre prélèvements de betteraves ne présentant pas de symptômes de jaunisse visibles ont été réalisés dans des zones avec et sans plante compagne pour chaque espèce de plante compagne testée sur chaque essai. Un prélèvement correspond à quatre rangs de betteraves sur 4 m. Cela a ainsi permis de mesurer la productivité (t/ha) et la richesse en sucre (%).

Les principaux résultats sur l’effet des plantes compagnes pour réduire les symptômes de la jaunisse de la betterave

Efficacité des plantes compagnes sur la dynamique des pucerons vecteurs de la jaunisse de la betterave

52 essais avec des suivis de pucerons verts aptères (sur les 54 essais) ont servi à l’analyse statistique.

A 14 jours après l’application, le traitement aphicide seul a une efficacité de 80,5 %. L’avoine en plante compagne sans protection aphicide permet de réduire de 45,5 % le nombre de pucerons verts aptères sur les betteraves.

La féverole et l’orge sont des plantes compagnes légèrement moins efficaces que l’avoine, avec 43,2 et 39,4 % d’efficacité respectivement.

Enfin, en associant un aphicide et l’avoine en plante compagne, le niveau de contrôle est légèrement plus fort. Cette combinaison conduit à une efficacité de 82,5 % à 14 jours.

Ainsi, dans les situations sans protection aphicide, les résultats montrent une réduction intéressante des populations de pucerons verts aptères sur betterave en présence des trois espèces de plantes compagnes. L’avoine rude semble ainsi être la plante compagne qui permet la meilleure efficacité. Il semble donc plausible que la présence des plantes compagnes puisse altérer la reconnaissance des betteraves sucrières par M. persicae par un mécanisme visuel et/ou olfactif.

En conclusion, dans les situations où la protection aphicide permet de contenir les pucerons, il n’y a pas un intérêt majeur à mettre en place des plantes compagnes. Toutefois, les plantes compagnes pourraient permettre une réduction du nombre de traitements aphicides. 

Efficacité des plantes compagnes sur les symptômes de la jaunisse de la betterave

A 14 jours après l’application, le traitement aphicide seul a une efficacité de 80,5 %. L’avoine en plante compagne sans protection aphicide permet de réduire de 45,5 % le nombre de pucerons verts aptères sur les betteraves.

La féverole et l’orge sont des plantes compagnes légèrement moins efficaces que l’avoine, avec 43,2 et 39,4 % d’efficacité respectivement. Enfin, en associant un aphicide et l’avoine en plante compagne, le niveau de contrôle est légèrement plus fort.

Cette combinaison conduit à une efficacité de 82,5 % à 14 jours.

Impact de la compétition sur le rendement des betteraves

Une compétition peut s’établir entre les plantes compagnes et les betteraves sucrières. L’intitulé « graminées » regroupe l’avoine et l’orge de printemps car les résultats sont similaires pour les deux espèces. Les pertes de rendement les plus importantes observées avec des graminées, 19 % en moyenne, s’explique par une destruction plus tardive des plantes compagnes, lorsque les betteraves ont 8 feuilles ou plus.

Par ailleurs, des pertes de rendement plus faibles, d’en moyenne 3 %, sont observées pour une destruction au stade 6 feuilles des betteraves. La féverole a été détruite au stade 12 feuilles des betteraves. Cela a entrainé une perte de rendement d’en moyenne 15 %. 

Si vous êtes intéressés par d’autres publications sur ce thème, n’hésitez pas à consulter notre rubrique Protéger les cultures.

Source

Audrey Fabarez, Armand Favrot, Paul Tauvel, David Makowski, Fabienne Maupas. Reducing sugar beet yellows symptoms with companion species. Innovations Agronomiques, 2023, 89, pp.28-38. ⟨10.17180/ciag-2023-vol89-art03⟩. ⟨hal-04338345⟩

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Découvrez comment les indicateurs de fertilité chimique des sols (pH, P, K et Mg) ont évolué entre 2003 et 2020.

Les statistiques départementales des ventes, produites par l’UNIFA (Union des Industries de la Fertilisation), mettent en évidence une réduction importante de la fertilisation phospho-potassique des parcelles agricoles au niveau national depuis 2010. Cette tendance peut s’expliquer en partie par l’amélioration du conseil agronomique. Mais aussi par les contraintes économiques et notamment l’augmentation des prix de l’énergie qui affectent durablement ceux des fertilisants. Parallèlement, on constate un fort recul des systèmes de polyculture-élevage dans plusieurs régions françaises. Ces évolutions marquées pourraient a priori avoir des répercussions sur la disponibilité des éléments nutritifs dans le sol, et affecter la fertilité des sols.

L’analyse de la Base de Données des Analyses de Terre montre une tendance pour les sols français à :

• une augmentation du pH et des teneurs en magnésium (Mg)
• une diminution des teneurs en potassium (K), mais surtout en phosphore (P). 

Les teneurs en P équivalent Olsen, K et Mg échangeables dans les sols semblent dépendre principalement des caractéristiques des sols : texture, nature minéralogique des matériaux parentaux. Les évolutions temporelles observées pour le P équivalent Olsen et le K échangeable semblent, quant à elles, dépendre :

• de facteurs économiques (prix de l’énergie et des engrais en augmentation),
• de la présence plus ou moins importante d’élevage
• et de recommandations à la baisse pour les calculs de dose dans une démarche de fertilisation raisonnée. 

Les diagnostics agronomiques mettent en évidence une variation des effectifs des trois classes de fertilité mais qui reste limitée. Autrement dit, les évolutions constatées en éléments n’impactent pas fortement les préconisations de fertilisation. Cependant, les évolutions de la fertilité chimique mises en évidence sur les trente dernières années vont dans le même sens que les tendances observées sur les teneurs en éléments : diminution pour le P et le K, augmentation pour le Mg. Elles incitent donc à la vigilance pour P et K. Et elles justifient le suivi des bilans minéraux à la parcelle agricole et une politique de suivi analytique régulier et raisonné des terres.

Une analyse de l’évolution de la fertilité chimique des sols grâce à la Base de Données des Analyses de Terre

Des données de fertilité chimique des sols accessibles depuis 1990

En France, la Base de Données des Analyses de Terre (BDAT Info&Sols, INRAE Orléans) regroupe depuis 1990 les résultats d’analyses agronomiques d’horizons de surface de sols cultivés. Ces analyses sont effectuées à la demande d’agriculteurs par des laboratoires agréés par le Ministère en charge de l’agriculture. Cette base de données rassemble sur la période 1990–2020 :

• plus de 3,6 millions de déterminations de pH (eau),
• 3,5 millions de déterminations de phosphore (P) extractible issues des trois méthodes d’analyses pratiquées en France (Joret-Hébert, Dyer et Olsen)
• et un nombre équivalent de déterminations de potassium (K) et magnésium (Mg) échangeables.

Un diagnostic spatio-temporel des indicateurs de fertilité chimique des sols

Le diagnostic spatio-temporel s’appuie sur l’analyse des valeurs brutes du pH et des teneurs en P, K et Mg. Il évalue également la disponibilité des éléments pour les cultures. Le logiciel RegiFert® permet de réaliser ce diagnostic agronomique de la fertilité chimique des sols en P, K et Mg. Pour cela, il affecte une classe de fertilité à chaque analyse en fonction de la position de sa valeur par rapport à deux seuils de référence nommés L1 et L2.

Ces 2 seuils permettent de définir 3 classes de diagnostic : 

• « fertilité faible » pour les valeurs d’analyse du sol inférieures à L1, 
• « fertilité moyenne » pour les valeurs d’analyse du sol comprises entre L1 et L2
• « fertilité forte » pour les valeurs d’analyse du sol supérieures à L2.

Les données de la BDAT ont été agrégées en deux périodes d’une durée de 9 ans : de 2003 à 2011 et de 2012 à 2020. Au niveau spatial, les traitements ont été menés à l’échelle des 714 Petites Régions Agricoles (PRA) de France hexagonale.

Des évolutions différentes en fonction des indicateurs de fertilité chimique des sols

Des pH qui augmentent dans quasiment tous les sols français

Les valeurs des médianes du pH eau des sols non calcaires sont les plus élevées entre 2003 et 2020 dans le centre nord de la France (Figures 2a et 2b). Par opposition, les plus faibles se trouvent au niveau des massifs cristallins et des Landes.

Enfin, les médianes du pH eau ont augmenté entre les périodes de 2003–2011 et 2012–2020 pour la quasi-totalité de la France (Figure 2c).

Ces évolutions du pH eau des sols non calcaires sont significatives pour 54 % de la SAU. Elles mettent ainsi en évidence quasiment exclusivement des augmentations (Figure 3). 

Une teneur en phosphore qui diminue pour 68 % des sols français

Les médianes des teneurs en P équivalent Olsen sont plus élevées en Bretagne et dans les Hauts-de-France. On observe les valeurs les plus faibles principalement sur la côte méditerranéenne. Par ailleurs, entre les périodes 2003–2011 et 2012–2020, ces teneurs ont eu tendance à diminuer dans la majorité des PRA. La baisse des médianes des teneurs en P équivalent Olsen est significative pour 68 % de la SAU. Et l’augmentation est significative pour 3 % de la SAU. Enfin, l’évolution est non significative pour 21 % de la SAU (Figure 5).

Les évolutions constatées des teneurs en P ont une conséquence sur la répartition des classes dominantes de fertilité pour 28 % de la SAU (Figure 6b). Ainsi, près d’un quart (24 %) de la SAU se trouve en classe faible sur la dernière période 2012–2020. Ce chiffre s’élevait à 13 % sur la période 2003–2011. À l’inverse, le pourcentage de la SAU avec une classe de fertilité forte est de 22 % sur la période la plus récente. Alors qu’il était de 36% sur la première période (Figure 6c). Ces changements de classe correspondent à une baisse significative de classe de fertilité dans une grande partie de la France. 

Une teneur en potassium qui diminue pour 46 % de la SAU française mais des sols qui restent fertiles

Les médianes des teneurs en K2O observées en France sur la période 2012–2020 varient majoritairement de 150 à 300 mg/kg (Figure 8a). Les valeurs les plus faibles sont observées dans les sols sableux des Landes de Gascogne (Figure 8a). Et on observe les valeurs les plus élevées dans les sols argileux développés sur l’arc des calcaires du Jurassique de la Lorraine à la Bourgogne et des Charentes et en Limagne dans le Massif Central (Figure 8a). Des évolutions significatives des teneurs en K concernent 52 % de la SAU. Ce sont essentiellement des diminutions pour 46 % de la SAU.

Presque toutes les PRA ont une classe dominante forte ou moyenne pour K sur la période 2012–2020. En comparaison avec celles de la période précédente 2003–2011, on observe une diminution de la classe forte au profit de la classe moyenne, sans impact visible sur la classe faible (Figure 9 a et b).

Une teneur en magnésium qui augmente pour la quasi totalité des sols français

Les médianes des teneurs en MgO par PRA sur la période 2012–2020 varient majoritairement entre 100 et 300 mg/kg avec des valeurs plus fortes dans les sols développés dans les matériaux issus d’alluvions marines ou fluvio-marines (Camargue, marais Poitevin), le long de la Garonne, dans les sols issus de roches dolomitiques (Moselle, causses du Massif Central, sud-est) et de matériaux volcaniques (Figure 10a). Ces teneurs sont très faibles pour les sols sableux et acides des Landes de Gascogne et de la Sologne. Par rapport à la période 2003–2011, on observe une augmentation significative des teneurs dans la quasi-totalité de la France. Les diminutions significatives des teneurs en MgO sont toutefois observées dans des PRA où les teneurs sont les plus faibles de France comme dans les Landes de Gascogne (Figure 10).

La grande majorité des PRA a la classe de fertilité moyenne ou forte comme dominante (Figure 11a).

On observe principalement une augmentation de classe de fertilité. Cela correspond à un transfert de 3 % de la SAU d’une classe dominante moyenne à une classe forte (Figure 11b).

Il ne semble donc pas y avoir d’enjeu particulier sur le magnésium en termes de fertilité.

Ces premiers résultats nécessiteraient d’être complétés par une étude des équilibres entre les éléments. Cela permettrait ainsi de fournir un état complet de la fertilité des sols agricoles en France hexagonale. En effet, au-delà des teneurs, l’absorption des éléments minéraux par les plantes dépend largement des équilibres cationiques. Ainsi, le fait que les teneurs en K et en Mg évoluent en sens inverse peut avoir des implications sur la stœchiométrie de ces éléments. 

Si vous êtes intéressés par d’autres publications sur la fertilité des sols, n’hésitez pas à consulter notre rubrique Gestion des sols.

Source

Blandine Lemercier, Manon Caubet, Nolwenn Le Pioufle, Eva Rabot, Catherine Pasquier, et al. 2023. Évolutions du pH et des teneurs en P K Mg dans les sols de France hexagonale entre 2003 et 2020 à partir de la Base de Données des Analyses de Terre. 16e Rencontres Comifer-Gemas, Nov 2023, Tours, France. ⟨hal-04320423⟩

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Découvrez ce que sont les métabolites spécialisés chez les plantes et comment ils peuvent être utilisés en agriculture, notamment pour la protection des cultures.

Les plantes produisent de nombreux métabolites dits « spécialisés » généralement regroupés en trois grandes catégories :

• les terpénoïdes,
• les alcaloïdes,
• les composés phénoliques.

Certains de ces composés jouent des rôles physiologiques et écologiques majeurs tout au long du cycle de vie des plantes. Ils peuvent les protéger contre des maladies, des ravageurs et des stress abiotiques ou, au contraire, faciliter leurs interactions avec des organismes bénéfiques ou symbiotiques.

Compte tenu de ces fonctions, les métabolites spécialisés suscitent un intérêt croissant pour des applications agroécologiques allant de la protection à la nutrition des plantes, en particulier dans le contexte de changement climatique et de développement d’une agriculture plus durable utilisant moins d’intrants de synthèse. De plus, certains de ces métabolites présentent des effets positifs sur la nutrition et la santé animales et humaines, et constituent des sources de médicaments, de colorants, d’arômes ou de parfums pour l’industrie alimentaire, cosmétique ou de la santé.

Malgré leur importance, ces composés ont été caractérisés chez un nombre limité d’espèces. Leur biosynthèse, le transport ou la régulation, ainsi que les fonctions biologiques de la plupart d’entre eux restent mal connus, en particulier pour des raisons techniques (exemple : quantités faibles, structures chimiques complexes). Les progrès récents des connaissances de ces métabolites et le développement des nouvelles techniques d’amélioration des plantes permettent d’envisager de réintroduire ou d’optimiser les quantités de certains de ces composés de façon raisonnée dans les plantes cultivées. Ainsi, il doit être possible de bénéficier de leurs impacts positifs en agriculture et sur la qualité des produits végétaux pour des usages alimentaires ou industriels.

Métabolites spécialisés des plantes

Quatre grandes classes de métabolites spécialisés des plantes

Les plantes produisent un très grand nombre de métabolites spécialisés (MS). On en recense actuellement 200 000, même si on estime qu’on est plutôt de l’ordre d’un million de MS synthétisés. 

Les métabolites spécialisés, anciennement appelés « métabolites secondaires », sont des composés organiques de faible poids moléculaire se caractérisant par une très grande diversité dans le règne végétal. Les MS s’accumulent et ont des fonctions spécifiques dans certaines espèces ou tissus végétaux, et pas dans d’autres. Les MS des plantes sont divisés en quatre classes principales : les terpènes, les acides gras, les composés azotés et les composés phénoliques. 

Les métabolites spécialisés sont toxiques pour les plantes. Une fois fabriqués, ils sont stockés notamment dans les trichomes glandulaires. Ces derniers sont présents chez plus d’un tiers des plantes supérieures. C’est la première ligne de défense pour la plante car ils sont très sensibles au contact et explosent en libérant les MS.

De nombreuses fonctions des métabolites spécialisés des plantes

Chaque classe de métabolites comprend une grande diversité structurelle et, par conséquent, un large éventail de fonctions physiologiques et biologiques jouant un rôle clé dans l’interaction des plantes avec l’environnement : 

• Protection vis à vis des stress biotiques et abiotiques. Ils ont notamment permis aux plantes de s’adapter à la vie terrestre et aux conditions d’environnement fluctuantes 
• Capacités de signalisation pour attirer ou repousser d’autres organismes.

Les limites actuelles de l’utilisation des métabolites secondaires des plantes dans une stratégie de protection agroécologique

Les limites sont de deux ordres : 

1. La sélection génétique a entraîné une réduction volontaire ou non de la diversité et des teneurs de MS dans les plantes cultivées. L’objectif était de limiter la toxicité, les activités anti nutritives, certaines odeurs, ou de faciliter la transformation et augmenter le rendement des produits végétaux.
2. On connait plutôt bien les grandes voies de biosynthèse des métabolites primaires mais assez peu celles des MS. Cela s’explique par une grande diversité de MS, par leurs faibles quantités et par leur stockage dans des compartiments intracellulaires de cellules spécifiques. 

Des spécificités des métabolites spécialisés dans les graines liés majoritairement à l’environnement

Les graines ont un profil de métabolites secondaires très différent des autres stades de la plante. Par ailleurs, 70 % des calories consommées par les humains dérivent des graines. Il est donc important d’avoir un équilibre entre les métabolites bénéfiques (exemple : flavonols) et les métabolites antinutritionnels (exemple : saponins). Mais ces métabolites antinutritionnels jouent souvent un rôle important pour la plante (glucosinolates, tannins…). 

Des analyses métabolomiques ont montré que l’environnement avait un fort impact sur la diversité des MS de la graine. Par ailleurs, les MS présentent une plasticité liée à l’environnement plus élevée que les métabolites primaires. Des stress abiotiques, en particulier le stress thermique régulent les MS.  Ainsi, la production de glucosinolates augmente en cas de fortes températures à la floraison. A l’inverse, des températures plus basses vont favoriser les flavonoïdes. 

Métabolites spécialisés des plantes et insectes : vers de nouvelles stratégies de contrôle des ravageurs

Le rôle des métabolites spécialisés dans la reconnaissance des plantes

En plus d’indices physiques (forme, couleur…), les métabolites spécialisés jouent un rôle essentiel dans la reconnaissance de la plante hôte par les insectes phytophages. Ils peuvent être émis. C’est le cas des composés organiques volatils. Les COV interviennent au moment de la localisation de la plante mais également pour l’acceptation par l’insecte. Il peut aussi avoir des composés de surface qui peuvent agir sur l’acceptation. 

Recherche de métabolites spécialisés des plantes pour la gestion agroécologique de la mouche du chou

Une fois la plante hôte trouvée, la mouche du chou pond au collet des plantes et les larves creusent des galeries dans les racines et s’y développent en causant des dégâts pouvant être importants. Puis la nymphose a lieu dans le sol. Des chercheurs de l’IGEPP ont travaillé sur la recherche de COV dissuasifs. En effet, il est possible de moduler les niveaux d’infestation avec des odeurs. Grâce à un screening de composés, ils ont identifié le disulfure de diméthyle (DMDS). 

Ainsi, le DMDS diminue durablement l’infestation initiale de la culture qui, excepté pour une date, passe en dessous du seuil critique de déclenchement d’un insecticide. Toutefois, il ne réduit pas l’infestation finale des plantes.

En réalisant un second screening, ils ont identifié l’eucalyptol qui présente l’intérêt de réduire également le nombre de pupes par plante (infestation finale).

L’objectif in fine est d’intégrer ces composés dans des stratégies push pull. Il s’agit d’associer ces produits répulsifs avec l’implantation de plantes plus attractives pour la mouche du chou comme le chou chinois. 

Recherche de métabolites secondaires des plantes pour la gestion agroécologique de la grosse altise du colza

Le retrait de substances actives (phosmet) a entraîné une impasse technique pour la gestion de la grosse altise du colza et une chute des surfaces de colza en France. Une thèse a été menée pour trouver des composés permettant de gérer ce ravageur.  En effet, les isothiocyanates et les glucosinolates sont impliqués dans la reconnaissance de la plante hôte. Ce sont toutefois des composés attractifs ne pouvant être utilisés en biocontrôle car toxiques. D’autres COV attractifs ont été identifiés en analysant la notion de gradient de préférence chez les adultes des Brassicacées. Mais leur effet dépend de la dose sans que cet effet soit linéaire. Des travaux au champ sont en cours avec l’entreprise Agriodor. 

Pour trouver des odeurs pour manipuler le comportement des insectes, il y a beaucoup d’éléments à prendre en compte : concentration, proportion des composés dans les mélanges et qui varient avec la distance de la source et le contexte odorant sur le terrain.

Vous pouvez consulter d’autres publications sur les composés volatils dans la rubrique Protéger les cultures.

Sources :

BOUALEM A., 2024. Les trichomes glandulaires, des usines à Métabolites spécialisés. Séance de l’Académie d’Agriculture de France du 24 avril 2024

CORTESERO AM., 2024. Métabolites spécialisés et manipulation comportementale des insectes : vers de nouvelles stratégies de contrôle des ravageurs ? Séance de l’Académie d’Agriculture de France du 24 avril 2024

CORSO M. , 2024. Diversité, plasticité et rôle des Métabolites spécialisés chez les graines Séance de l’Académie d’Agriculture de France du 24 avril 2024

L’article Métabolites spécialisés des plantes est apparu en premier sur L'ARAD2.

Découvrez comment le changement climatique, couplé à des changements de pratiques, peut favoriser le développement des mycotoxines.

Les mycotoxines sont des métabolites secondaires des champignons qui offrent un large spectre d’effets toxiques. Elles sont produites par des moisissures appartenant notamment aux genres Aspergillus, Penicillium et Fusarium. Ces toxines sont les contaminants naturels les plus présents dans notre alimentation. Elles se retrouvent dans de nombreuses denrées d’origine végétale. En particulier dans les céréales mais aussi les fruits, les noix, les amandes, les grains, les fourrages, ainsi que dans les aliments composés et manufacturés issus de ces filières. 

Le climat et son impact sur la température, l’hygrométrie et la pluviométrie, notamment pendant les cycles de culture, représentent le facteur agroécosystémique le plus important pour expliquer le risque de colonisation de la plante et la production de toxines. Il existe en parallèle, des facteurs agronomiques susceptibles de modifier, d’atténuer ou d’amplifier l’effet d’un changement de climat. La capacité des moisissures mycotoxinogènes à répondre au changement climatique peut induire une modification de leur distribution géographique, du schéma d’apparition des mycotoxines et des mélanges présents. Ces changements peuvent avoir des conséquences significatives sur la santé humaine et animale qu’il est important de mieux comprendre. Enfin, ce changement climatique interagit avec l’évolution des pratiques culturales nécessaires pour s’adapter aux contraintes réglementaires, climatiques et sanitaires.

Changement climatique et mycotoxines : caractéristiques et risques mycotoxines

Caractéristiques des mycotoxines

Les mycotoxines sont des métabolites secondaires sécrétés par des champignons. Ces champignons appartiennent principalement aux genres Aspergillus, Penicillium et Fusarium. La présence de mycotoxines dans les aliments destinés à la consommation humaine ou animale est potentiellement dangereuse. Notamment en raison de leurs effets toxiques (cancérigène, perturbateur endocrinien et de leur bonne stabilité thermique (résistant à la cuisson).

Un même champignon peut produire différentes mycotoxines. Mais différents champignons peuvent produire la même mycotoxine. Par ailleurs, le champignon peut être présent sans produire de mycotoxine. Et le champignon peut disparaître mais la mycotoxine reste.  Par ailleurs, la production de mycotoxines ne se fait que sous certaines conditions de température et d’humidité. 

Evaluation du risque mycotoxines

Le risque est la probabilité d’être exposé au danger. Pour caractériser le danger, on établit la dose journalière tolérable (DJT). Quand la mycotoxine est considérée comme cancérigène, on parle de marge d’exposition (MOE).

Changement climatique et mycotoxines : situation actuelle et évolutions prévisibles

Un risque mycotoxine dans la majorité des cas lié aux conditions climatiques

Le climat – température, eau disponible, lumière et fluctuations des cycles humides/secs – représente le facteur agroécosystémique le plus important qui influence les étapes du cycle de vie des champignons, leur capacité à coloniser les cultures, et la production de mycotoxines. D’après des travaux d’Arvalis, les risques DON pour le blé et DON pour maïs sont liés respectivement à 55 % et à 85 % au climat. Pour les fumonisines, c’est de l’ordre de 74 % et pour les aflatoxines, de l’ordre de 68 %. A l’inverse, pour l’ergot du blé, le climat joue un rôle minoritaire (1%). En effet, le problème de l’ergot est d’abord une question d’agronomie (qualité des semences et la gestion des adventices).

Un impact du climat des 20 dernières années variable selon les mycotoxines

En France, la température moyenne rencontrée sur l’ensemble du cycle du maïs a un impact significatif sur l’augmentation du dénombrement d’Aspergillus Flavi retrouvé dans les grains. Des travaux récents conduits par ARVALIS et non publiés démontrent une augmentation du risque fumonisine sur maïs. A l’inverse, les prévisions météorologiques basées sur les scénarios du GIEC corroborent les observations enregistrées ces 20 dernières années quant à une limitation possible du risque déoxynivalénol sur maïs comme sur blé.

Des changements de répartition géographique des mycotoxines liées au changement climatique

Dans l’hypothèse de poursuite du réchauffement climatique selon le scénario RCP4.5 ou RCP8.5, l’augmentation des températures à venir, entraînera une augmentation des risques aflatoxines et fumonisines sur maïs. Et une diminution du risque déoxynivalenol sur blé et maïs avec des variabilités annuelles et territoriales. Toutefois, dans ce contexte de changement climatique, la variabilité naturelle du climat perdure. Cela peut annuellement sur certains territoires permettre une installation significative d’un ou plusieurs de ces pathogènes en culture, induisant la présence des mycotoxines associées. 

La capacité des moisissures mycotoxinogènes à répondre au changement climatique peut induire une modification de leur distribution géographique. Ainsi, l’Europe a longtemps été considérée comme indemne d’aflatoxine notamment en raison de son climat tempéré. La gestion du risque reposait sur l’application de contrôles stricts des produits importés en provenance des zones à risque. Cependant, depuis quelques années, des alertes signalent la contamination de productions par les aflatoxines en Roumanie, Italie, Espagne, Portugal, Grèce…

Changement climatique, mycotoxines et changement de pratiques

Facteurs agronomiques augmentant le risque mycotoxines

Les principaux facteurs agronomiques qui augmentent le risque mycotoxines sont : 

• La rotation des cultures. La succession maïs/ blé est un facteur de risque pour le déoxynivalenol. La succession culture d’hiver/blé et autres céréales à paille est un facteur de risque pour les alcaloïdes de l’ergot. 
• Les dates de semis et de récolte. En effet, le risque pour les fumonisines, deoxynivalenol et les aflatoxines sur maïs est amplifiée avec des dates retardées. 
• Les densités de semis. En effet, si elles sont trop élevées par rapport à l’eau disponible, le risque pour les fumonisines et les aflatoxines sur maïs est augmenté.
• Le non travail du sol et principalement l’absence de labour, facteur de risque pour le déoxynivalenol sur maïs et sur blé et les alcaloïdes de l’ergot sur blé et autres céréales à paille. 
• L’absence de gestion de certains insectes ravageurs, facteur de risque pour les fumonisines, le déoxynivalenol, les aflatoxines sur maïs et parfois les alcaloïdes de l’ergot sur blé. Sur maïs, les sésamies et les pyrales causent des dommages sur épi qui augmentent le risque mycotoxines. Du fait du climat plus chaud en été, on observe une progression de la sésamie vers le nord. On observe également une 2ème génération de pyrale plus fréquente au nord de la Loire
• Une moindre gestion suffisante des graminées adventices, facteur de risque pour les alcaloïdes de l’ergot sur blé et autres céréales à paille. Cela s’explique par une forte régression de l’efficacité des principales substances actives herbicides et par l’apparition de populations de RG et de vulpin résistantes. 
• Une fertilisation déséquilibrée et surtout le non recours à l’irrigation sous condition de stress hydrique, facteurs de risque pour les fumonisines et les aflatoxines sur maïs. Ainsi, dans les sols à faible réserve en eau et dans les régions à la pluviométrie incertaine en période estivale et sans irrigation, on observe une remise en cause de la diversification des cultures avec une tendance à implanter davantage de culture d’hiver avec un risque d’ergot du seigle majoré. 
• Le choix de génétiques les plus sensibles à ces champignons toxinogènes, facteur de risque générique. 

Des évolutions de pratiques impactant d’ors et déjà le risque mycotoxines

Ces pratiques subissent déjà des modifications permanentes. C’est notamment le cas du labour qui a fortement régressé depuis le début des années 2000 sur cultures d’hiver. Avec comme objectif de préserver les sols et économiser du carburant. Il existe aussi les variétés de blé et de maïs actuellement cultivées, sélectionnées moins sensibles aux fusarioses. 

La gestion directe de ces champignons avec un fongicide reste peu performante. Il faut donc faire appel en priorité au choix judicieux de ces pratiques pour limiter l’impact du changement climatique lorsqu’il est défavorable ou accentuer son effet dans le cas contraire. Dans tous les cas, l’objectif est bien d’assurer le respect des seuils imposés pour l’ensemble de ces contaminants. Ces seuils sont désormais tous réglementés dans l’alimentation humaine sur le territoire de l’UE.

Pour en savoir plus, n’hésitez pas à consulter nos autres publications liées au changement climatique.

Source :

AAF, 2024. Changement climatique et mycotoxines. Séance de l’Académie d’Agriculture de France du 27 mars 2024.

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Découvrez comment les enjeux pour le secteur de la cosmétique peuvent impacter l’agriculture et orienter les modes de production.

Les produits végétaux sont les principales sources de nombreux produits cosmétiques. Ils sont présents à des états plus ou moins transformés, comme des ingrédients, des huiles essentielles, des molécules aromatiques, les fibres…, seules ou en combinaison. Les plantes à l’origine de ces produits sont cultivées depuis la nuit des temps, certaines à petite échelle telles certaines plantes à parfum, d’autres à de nettement plus grandes échelles, telles les plantes utilisées pour les huiles ou les alcools utilisés.

La recherche de naturalité demandée par les consommateurs oblige le secteur cosmétique à prendre en compte davantage l’impact environnemental de toute leur chaîne de valeurs et donc modifier leur sourcing d’ingrédients impactant de fait la production agricole. Les entreprises de la cosmétique mettent ainsi en place des cadres contractuels avec les productions pour produire de manière durable, comme par exemple le groupe LVMH pour leur approvisionnement d’alcool de betterave ou encore la provenance des huiles nécessaires à la fabrication des acides gras.

La filière cosmétique française : enjeux et défis de demain

Un marché cosmétique en plein expansion

Le marché des cosmétiques est un marché en pleine expansion avec de plus en plus d’usages et d’utilisateurs (enfants, hommes). Cela représente plus de 460 milliards de chiffre d’affaires en 2023. La filière industrielle cosmétique française est, en 2024, le second contributeur de la balance commerciale du pays après l’aéronautique. La France est leader sur les marchés internationaux et porteuse de plus de 250 000 emplois dans 6 300 entreprises en France. Le secteur cosmétique regroupe une pluralité de marchés :

• soin de la peau (31,8 %),
• produit de toilette (25,9 %),
• parfum (20,2 %),
• capillaire (13,1 %),
• maquillage (9 %).

Des enjeux porteurs d’innovation pour la cosmétique

L’industrie française traverse une période de transition et de rupture importante provoquée par de nombreux bouleversements environnementaux, géopolitiques, économiques et sociaux qui provoque des changements à différents niveaux : conscience environnementale, nouvelles technologies digitales, besoin de plus en plus présent de bien-être et de sérénité dans un environnement toujours plus stressant.

L’innovation doit ainsi permettre de répondre aux enjeux prioritaires de cette industrie : 

• Garantir la sécurité des consommateurs ;
• Développer la performance des produits ;
• Répondre aux nouvelles attentes des consommateurs ;
• Contribuer à la qualité de vie de la société ;
• Agir positivement pour l’environnement ;
• Moderniser l’industrie.

Des axes de recherche et développement en cosmétique impactant l’agriculture

Sur plusieurs de ces sujets, le sourcing biologique et l’optimisation de l’impact environnemental ont un rôle important et sont moteurs dans le développement de projets de recherche collaborative :

• utilisation de ressources biologiques renouvelables ;
• développement de circuits courts ;
• levier de développement économique territorial ;
• agriculture régénérative, sans intrant ;
• pas de compétition avec l’alimentation ;
• pas de déforestation.

Une recherche de naturalité en cosmétique pouvant impacter l’agriculture

Une dépendance envers les ressources naturelles supérieure à 70 %

Pour créer un produit cosmétique, beaucoup d’ingrédients sont nécessaires avec des natures chimiques très différentes. Une formule cosmétique peut ainsi contenir en 30 et 70 ingrédients. L’industrie cosmétique a entamé une mutation vers plus de naturalité depuis 15 ans à la fois pour accompagner une demande des consommateurs mais aussi pour préparer l’ère post pétrole. Par exemple, dans les produits du groupe LVMH, les indices d’origine naturelle sont le plus souvent supérieurs à 90 % pour la catégorie du Soin de la Peau et le Parfum et supérieurs à 70 % d’origine naturelle dans la catégorie du Maquillage. Leur dépendance envers les ressources naturelles est donc d’environ 75 %.

Toutefois, la pression que l’industrie cosmétique exerce sur les ressources renouvelables reste modérée car les tonnages sont relativement faibles comparés au secteur alimentaire. Par exemple, si tous les ingrédients des produits LVMH étaient biosourcés, cela nécessiterait 10 000 à 30 000 ha. Et si tous leurs packaging l’étaient également, il faudrait ajouter environ 2000 ha. Cela reste encore modeste par rapport aux surfaces allouées à l’alimentation.

Des scores de soutenabilité des ingrédients liés au mode de production

Depuis 6 ans, le groupe LVMH évalue progressivement l’intégralité de son portefeuille d’ingrédients, de façon de plus en plus fine. Ils ont constaté que certains de leurs ingrédients issus de ressources agricoles avaient des scores de soutenabilité médiocres. L’investigation des résultats montre que la pratique agricole impacte de façon importante le score de soutenabilité. 

L’analyse de cycle de vie de la betterave réalisée par LVMH montre que la betterave reste la plante la plus soutenable pour produire l’éthanol. Toutefois, l’amont agricole représente 72 % des impacts. 

Une orientation vers l’agriculture agroécologique régénérative

Le groupe LVMH a ainsi évalué l’impact d’itinéraires de production conventionnelle, biologique ou régénérative. L’agriculture conventionnelle a un fort impact environnemental sur les émissions de gaz à effet de serre et en particulier le CO₂, une réduction importante de la biodiversité, une consommation d’eau parfois importante et une pression sur l’épuisement de ressources non renouvelables (phosphate). Cultiver selon les labels « biologiques » n’apportent aucune amélioration des scores notamment du fait d’une réduction du niveau de production entraînant un besoin en terres plus élevé. Dans leur analyse, seule l’agriculture agroécologique ou régénérative permet de réduire les impacts de façon importante.

Oléochimie pour la cosmétique et impact sur l’agriculture

Des enjeux techniques et médiatiques pour la production de corps gras

Les corps gras en cosmétique ont quatre rôles : agent de texture, agent sensoriel, émollient et solvant. 

La fabrication de corps gras à destination de l’industrie cosmétique doit répondre aux mêmes enjeux que le reste des fournisseurs d’ingrédients sur le plan environnemental comme sur le plan social.

Mais les défis posés par ces filières sont d’autant plus importants qu’ils travaillent majoritairement avec des huiles d’origine tropicale (huile de palme ou de palmiste, de ricin…). Et des enjeux médiatiques viennent s’ajouter aux enjeux purement techniques et agronomiques.

En effet, si chaque huile a une signature spécifique en termes d’acides gras, l’huile de palme reste une des meilleures huiles pour la cosmétique. 

La nécessité de mettre en place une filière huile de palme durable

35 % de la production d’huile végétale mondiale concernent de l’huile de palme et ce, en occupant seulement 7 % des surfaces en oléagineux. En 2023, 80 millions de tonnes dont 60 % sont produits en Indonésie et 25 % en Malaisie.

Le marché mondial est à 80 % agroalimentaire notamment pour l’Asie et l’Inde, 19 % pour l’oléochimie et 1 % pour le biodiesel.

Toutefois, la production d’huile de palme a été une importante source de déforestation même si aujourd’hui, ce n’est plus le cas.

Un arrêt de la production d’huile de palme entraînerait une augmentation de la demande d’huile de soja. La filière cosmétique s’organise donc aujourd’hui pour encadrer la production d’huile de palme. Cela nécessite d’agir collectivement (clients et fournisseurs) et de monter des projets d’aide aux petits planteurs.

Pour en savoir plus sur l’agroécologie et l’agriculture régénérative, n’hésitez pas à consulter les publications de la rubrique Agroécologie.

Sources :

CHOISY Patrick, 2024. Les enjeux agricoles pour une cosmétique respectueuse des limites planétaires. Séance Académie d’Agriculture de France « Les enjeux agricoles pour une cosmétique respectueuse des limites planétaires du 20 mars 2024

GOUBERT Amandine, 2024. La filière cosmétique française : enjeux et défis de demain. Séance Académie d’Agriculture de France « Les enjeux agricoles pour une cosmétique respectueuse des limites planétaires du 20 mars 2024

PLESSIX Hervé, 2023. Filières responsables dans le domaine de l’oléochimie : défis, perspectives et solutions pour l’industrie cosmétique. Séance Académie d’Agriculture de France « Les enjeux agricoles pour une cosmétique respectueuse des limites planétaires du 20 mars 2024

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Renouveler les références techniques agronomiques pour accompagner la transition agroécologique

Découvrez comment le conseil agricole s’appuie sur des références techniques agronomiques qu’il faut renouveler pour accompagner les transitions agricoles en particulier la transition agroécologique.

13 mars 2024

La modernisation de l’agriculture, et les multiples transitions qui en ont pris la suite, se sont accompagnées d’un considérable élargissement des sources d’information à partir desquelles l’agriculteur fait ses choix et prépare ses interventions techniques. L’élaboration des références techniques, l’établissement et l’actualisation des référentiels et leur valorisation constituent depuis longtemps une activité majeure du système de recherche-développement agronomique.

Aujourd’hui, la transition agroécologique fait apparaître des enjeux qui dépassent de loin l’actualisation et l’extension des références techniques et référentiels existants. Il faut ainsi les adapter à de nouveaux contextes climatiques, écologiques et socio-économiques. Le défi est à la fois quantitatif et qualitatif avec l’élaboration de nouveaux types de références, portant sur des sujets et niveaux d’organisation inédits, et utilisables de façon beaucoup plus flexible.

Les références techniques agronomiques à la base du conseil agricole

Définition des références techniques agronomiques

Une référence technique agronomique (RTA) est une information qui permet de prendre une décision technique dans un contexte donné, en choisissant une modalité opérationnelle adaptée à la situation et aux objectifs de l’agriculteur (et plus largement du ou des acteurs concernés), ou de formuler un diagnostic sur une action passée.

Le référentiel est la base de données qui résulte de la collecte et du regroupement de RTA relatives à un ou plusieurs domaines techniques. L’objectif est alors de les rendre accessibles à, et utilisables par, différents types d’acteurs, au premier rang desquels les agriculteurs.

Caractéristiques des références techniques agronomiques

Une RTA n’est pas une donnée naturellement préexistante et qu’il suffit de « collecter » ou « acquérir ». C’est l’expression de la relation établie entre trois éléments constitutifs :

• aux modalités de l’action engagée,
• au contexte dans lequel elle a lieu,
• aux performances escomptées suite à sa mise en œuvre.

Cette relation tripartite repose elle même sur une représentation plus ou moins détaillée du fonctionnement de l’agroécosystème et de sa réponse aux actions techniques concernées.

Les modalités d’élaboration des référentiels dépendent du caractère plus ou moins explicatif et formalisé des modèles de connaissance sous-jacents. La dimension et la complexité apparentes du référentiel mis à disposition des utilisateurs ne reflètent pas l’importance de l’investissement requis. Des référentiels en apparence simples et succincts peuvent résulter de combinaisons de démarches très sophistiquées, et d’un effort considérable d’acquisition de données.

Exemples de références techniques agronomiques actuellement utilisées

Des conseils de densité de semis pour le tournesol

Le tableau 1 présente un référentiel récent, particulièrement concis. En effet, il ne contient que huit références élémentaires, qui sont les valeurs de densité de semis recommandées en fonction de la situation où a lieu le semis en fonction :

• du degré de contrainte hydrique prévisible (colonne 1)
• de l’objectif de densité de levée correspondant (colonne 2)
• des conditions de germination-levée plus ou moins favorables (colonnes 3 & 4).

D’une apparence simple, ce tableau est en fait l’expression d’une relation complexe entre rendement et densité de semis, modulée par les conditions d’implantation de la culture ainsi que par l’intensité et la durée du déficit hydrique subi au cours du cycle cultural. Il a été obtenu à l’issue d’une démarche de grande ampleur. Elle a combiné l’analyse de données réelles issues de 38 expérimentations menées par l’institut technique Terres Inovia, et l’analyse de données virtuelles issues de simulations avec le modèle de culture SUNFLO.

Références techniques agronomique pour le chaulage en Bresse

Dans cette région caractérisée par une prédominance de limons battants hydromorphes, la valorisation de l’investissement très coûteux que constitue le drainage est apparue variable selon le degré d’acidification des sols. Ce constat a conduit la chambre d’agriculture de Saône et Loire à entreprendre une démarche de diagnostic sur les interactions entre chaulage, drainage et travail du sol. Cette démarche a débouché sur un schéma de préconisation du chaulage qui met en œuvre une grappe de référentiels (figure 2).

Renouveler les références techniques agronomiques pour accompagner la transition agroécologique

L’absence de références techniques agronomiques comme frein à l’extension d’innovations

La transition débute par une phase initiale d’exploration, ce qui veut dire en l’absence de références. Inversement, les références ne peuvent émerger qu’à partir d’un certain degré de stabilisation des pratiques, autrement dit, à la limite, à partir du moment où la transition n’a plus cours. En fait, dès le début des transitions, émergent des formes embryonnaires de références, et dès lors que certaines transitions sont engagées à grande échelle, le travail de référencement se met en route.

Même si les innovations de rupture se font en l’absence, au moins partielle, de références préalables puisqu’elles correspondent à des leviers techniques non ou peu utilisés en situation conventionnelle, s’il persiste, ce déficit peut à terme compromettre la consolidation des innovations et ralentir leur extension. Par ailleurs, l’adoption d’une innovation non référencée implique pour l’agriculteur une prise de risque, qui peut être dissuasive même si l’innovation est pertinente dans son cas.

Un élargissement des enjeux à assumer qui complexifie les besoins en références techniques agronomiques

Les transitions entraînent un considérable élargissement des enjeux à assumer, et donc des thématiques à référencer. De plus, elles entraînent une modification plus ou moins forte de chacun des trois éléments constitutifs de la RTA : contexte (notamment climatique, et plus globalement écologique) dans lequel sont prises les décisions techniques ; critères et échelles d’évaluation des objectifs ou résultats ; modalités techniques à mettre en œuvre.

La transition agroécologique, qui implique un moindre recours aux intrants industriels, a pour corollaire une montée en complexité des leviers et procédures de raisonnement technique, et par suite des références et référentiels associés. Un des aspects les plus notables de cette montée en complexité est le fait que les actions à référencer s’appliquent à des niveaux d’organisation et/ou à des échelles spatiales de plus en plus englobants.

Cette complexité va de pair avec un degré de sophistication des référentiels qui peut alors les rendre très difficilement appréhendables par les non-spécialistes. Cela va à l’encontre de l’autonomisation des agriculteurs, en les rendant dépendants d’« accompagnateurs » seuls capables de « faire tourner » les modèles et de les alimenter en références adéquates.

Différents niveaux pour renouveler les références techniques agronomiques

On peut schématiquement distinguer plusieurs cas de figure, correspondant à des niveaux d’investissement plus ou moins importants, et surtout à des démarches d’élaboration différentes :

• Adaptation modérée ou re-paramétrage : la structure du référentiel n’a pas à être modifiée mais il faut réactualiser les valeurs fournies dans le référentiel.
• Révision structurelle : un nouveau modèle de connaissance est, à terme plus ou moins proche, substituable à l’ancien. À la suite de cette substitution, le référentiel est à reconstruire plus ou moins complètement, avec là encore un investissement nécessaire qui peut être important. Ce cas de figure pourrait correspondre à la remise en cause du bilan prévisionnel comme fondement prescriptif de la fertilisation azotée des cultures, au profit d’un suivi de la nutrition azotée
• Invention d’un référentiel sur un sujet inédit : ce pourrait être le cas d’une gestion de la fertilité biologique du sol reposant sur les récentes avancées de l’écologie du sol.

Renouvellement des références techniques agronomiques : ex avec l’agriculture régénératrice

Rappel sur l’agriculture régénératrice

L’agriculture régénératrice (AR), née elle aussi aux Etats Unis, met tout particulièrement en avant la protection du sol (sols toujours couverts par des plantes vivantes ou leurs résidus) pour « réparer ou agrader la terre ». L’argument central porte sur la santé biologique des sols considérée comme menacée et se voyant attribuer des propriétés parfois mythiques. Elle repose beaucoup sur les principes de l’agriculture de conservation des sols (ACS), en mettant en avant la protection agroécologique des cultures, la gestion intégrée des nutriments, ainsi que l’agroforesterie, l’utilisation de biochar, l’association d’espèces et l’intégration culture élevage. L’AR met plus en avant que l’ACS des promesses en termes de quantité de carbone séquestrable, d’amélioration des communs (eau et biodiversité), voire en termes de densité nutritionnelle des produits.

Des références techniques agronomiques centrées sur la santé des sols

La santé d’un sol est définie comme « sa capacité à fonctionner comme un système vivant clef pour soutenir la productivité biologique, promouvoir la qualité de l’environnement et maintenir la santé des plantes et des animaux ».

La variabilité dans les relations entre les diverses dimensions de la biodiversité et les services écosystémiques recherchés en AR, n’autorise pas de recommandations normalisées, mais simplement l’édition de principes. Ainsi, des systèmes de culture ou des itinéraires techniques à mettre en œuvre vont dépendre très largement de l’état de santé des sols et des conditions climatiques locales. C’est pourquoi, il importe de pouvoir situer l’état de fertilité endogène des sols sur des trajectoires, et pour cela, de savoir comment maintenir ou le plus souvent restaurer cette fertilité suite à une agriculture minière ayant conduit à une perte de carbone et d’activité biologique.

L’indicateur VESS et le rapport MO/argile comme références techniques agronomiques pour piloter la transition vers l’agriculture régénératrice

L’état de santé des sols peut être évalué par divers indicateurs liés à leur activité biologique ou à leurs caractéristiques physico-chimiques, et aussi plus simplement par des indicateurs intégratifs issus d’une évaluation visuelle de leur structure notamment l’indicateur VESS ou correspondant au ratio MO%/argiles%, deux proxys qui fonctionnent bien pour les sols contenant de 10 à 40% d’argiles.

Indicateur VESS

Le test VESS (Evaluation Visuelle de la qualité de la Structure du Sol) est une méthode de test bêche servant à déterminer la qualité des sols (SQ) en se basant sur les agrégats et la porosité observables le plus longtemps possible après tout travail du sol. En attribuant une note de 1 (SQ1 : friable) à 5 (SQ5 : très compact), ce test permet de comparer la structure des sols de différentes parcelles et exploitations. Un VESS SQ1, correspondant à un ratio MO%/argiles% supérieur à 24 %, caractérise un sol régénéré, très bien structuré, à l’activité biologique riche et diversifiée, capable d’assurer un grand nombre de services écosystémiques. Ce ratio de 24% correspond à un premier seuil dans une dynamique de dégradation, et inversement à un seuil « ultime » de régénération des sols grâce à un gain de porosité biologique via un gain de MO.

A l’opposé, un VESS SQ5 (ratio MO%/argiles% inférieur à 12% – fig. 4) caractérise un sol très compact suite à un effondrement de la structure, et siège de très peu de services écosystémiques. La valeur de 12% correspondant à un seuil ultime dans une dynamique de dégradation du fait d’une perte continue de MO entrainant celle de la porosité biologique.

Ratio % matières organiques / % argile

Le ratio MO%/argiles% de 17 % correspond à un seuil critique intermédiaire, point d’inflexion de la courbe (fig. 4). Au-delà, divers processus écologiques se mettent progressivement en place (régénération), en-deçà, ils sont au contraire progressivement désactivés (dégradation). Dans une dynamique de régénération des sols (progression de 17 % vers 24 %), les notes décroissantes traduisent une restauration de la structure via un gain de MO, ce qui permet de remobiliser des services écosystémiques pour la production et l’entretien de l’écosystème, et ainsi de limiter les besoins en intrants exogènes grâce à une fertilité endogène restaurée.

Des trajectoires de restauration non linéaires pilotable par les indicateurs

Cette capacité à se positionner sur ces trajectoires devrait permettre de donner de la généricité aux résultats de recherche et aux recommandations techniques.

Si vous êtes intéressés par d’autres publications sur la transition agroécologique, n’hésitez pas à consulter notre rubrique Agroécologie.

Sources

BOIFFIN J. et al, 2023. Références et référentiels techniques en agronomie : de quoi s’agit-il, que faut-il faire ? Revue AE&S 13-2. https://doi.org/10.54800/jbf589

HUSSON O. et al, 2023. Référentiels et nouveaux indicateurs pour fonder une agriculture régénératrice. Revue AE&S 13-2. https://doi.org/10.54800/ohj587

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Découvrez ce qu’est la rhizodéposition et quels sont les facteurs qui la modulent.

Date de publication : 7 février 2024

La rhizodéposition au sens large se définit comme « la libération de toutes sortes de composés par les racines d’une plante vivante, y compris les ions et les composés volatiles ». En moyenne, 17 % du carbone fixé par la plante sont rhizodéposés dans le sol. Mais on peut monter à 50 % chez les plantes prairiales. La rhizodéposition de l’azote est quant à elle estimée entre 4 et 71 % du N total assimilé par la plante. Avec une médiane de 16 % chez les Fabacées et 14 % chez les céréales. L’étude de la rhizodéposition montre toute la complexité de la compréhension de ce processus et des facteurs qui peuvent la moduler avec en premier lieu l’espèce.

L’exsudation dans la rhizosphère est fortement liée :

• à la photosynthèse,
• à l’allocation de ressources dans les différents compartiments
• et aux traits morphologiques notamment racinaires des plantes.

Par exemple, les racines les plus fines et longues semblent exsuder plus de carbone que les racines présentant des diamètres plus élevés. Enfin, les espèces de prairie présentent une plus grande allocation de C au compartiment souterrain (33 % du C total net fixé) par rapport aux espèces de grandes cultures (21 % du C total net fixé). Ce qui peut expliquer une rhizodéposition plus importante.

La rhizodéposition de l’azote et du carbone par les plantes est reconnue comme l’un des facteurs du déterminisme des communautés microbiennes du sol. Ces microorganismes, acteurs essentiels des processus et cycles biogéochimiques dans le sol, vont en effet transformer ces rhizodépôts. Et moduler la disponibilité des nutriments dans le sol via leurs activités enzymatiques. La meilleure compréhension de ce déterminisme est une voie de recherche importante dans la mise au point de systèmes de production agroécologiques.

Processus de rhizodéposition du carbone et de l’azote

La rhizosphère, lieu de la rhizodéposition

Les systèmes racinaires des plantes jouent un rôle essentiel dans la croissance et la nutrition des plantes. Via leur fonction de prélèvement de minéraux à partir du sol. En plus de leur capacité à absorber des minéraux et de stocker des composés chimiques biologiquement actifs, les racines libèrent également différents types de composés dans la rhizosphère.

La rhizosphère se définit comme le volume de sol sous l’influence et en contact direct avec les racines d’une plante en croissance. Elle constitue ainsi une zone d’interaction entre la plante et les microorganismes du sol. La rhizosphère est une zone de sol particulièrement importante. C’est un hotspot où l’activité microbienne est de 2 à 20 fois supérieure à celle d’un sol non influencé par l’activité racinaire.

Définition de la rhizodéposition

La rhizodéposition se définit d’abord comme l’émission de carbone (C) organique par les racines. Cela inclut l’exsudation, les lysats cellulaires, les débris racinaires et les cellules de bordure. Mais les racines libèrent en plus du C des composés minéraux et en particulier des composés azotés. Ainsi, la rhizodéposition au sens large se définit comme « la libération de toutes sortes de composés par les racines d’une plante vivante, y compris les ions et les composés volatiles ».

On peut subdiviser ce processus en deux parties :

• Les composés provenant de racines vivantes (tissus et cellules). On a notamment l’exsudation racinaire avec sécrétion d’ions, d’enzymes, de mucilage et une large gamme de métabolites primaires et secondaires.
• Les composés provenant des résidus des tissus racinaires. On retrouve des fragments racinaires avec notamment la sénescence des tissus racinaires et des cellules de bordure.

Rhizodéposition du carbone

Par fixation et transformation du CO₂ atmosphérique en composés organiques, les plantes contribuent à l’augmentation du stock de C organique du sol. Cet apport résulte de la décomposition des résidus de tissus végétaux et de la rhizodéposition. En moyenne, 17 % du C fixé par la plante sont rhizodéposés dans le sol . Mais on peut monter à 50 % chez les plantes prairiales.

Le C issu de l’exsudation serait 10 à 100 fois plus important par rapport au C provenant des cellules bordantes et des mucilages. Les composés solubles exsudés (majoritairement des sucres, des acides organiques et des acides aminés) contribueraient quant à eux de 1 à 10 % au flux total de C. Cette source de C est rapidement consommée par les microorganismes et environ un tiers du C rhizodéposé contribue à la biomasse microbienne.

Rhizodéposition de l’azote

La rhizodéposition de l’azote suit les mêmes voies que le C. Cela inclue ainsi la senescence racinaire et l’exsudation de composés solubles. L’exsudation de composés N solubles est constituée de 6 à 31 % d’éléments comme le NO_3^–, le NH_4⁺ et les acides aminés.

La quantité d’N rhizodéposé et la composition des exsudats en N varient également en fonction des espèces. Ainsi, les espèces de Fabacées présentent des exsudats racinaires plus riches en NH_4⁺ et en acides aminés par rapport aux exsudats des autres espèces.

Alors que les flux de C se font presque exclusivement de la plante vers le sol, les échanges d’azote entre le sol et les plantes se font dans les deux sens. Mais surtout du sol vers la plante via l’absorption de l’N. La rhizodéposition de l’N est estimée entre 4 et 71 % du N total assimilé par la plante. Avec une médiane de 16 % chez les Fabacées et 14 % chez les céréales.

Facteurs de variation de la rhizodéposition

Effets des facteurs biotiques sur la rhizodéposition

Différents facteurs et en premier lieu l’espèce influence la rhizodéposition. De nombreux travaux ont étudié l’effet du stade de développement sur la rhizodéposition. Mais les résultats obtenus sont contradictoires. Ainsi, pour certains, plus la plante est âgée, moins il y aurait de carbone alloué au compartiment souterrain. D’autres études montrent une augmentation de la rhizodéposition avec l’âge. Dans tous les cas, la composante d’exsudation est particulièrement importante chez les plantes jeunes.

Effets des facteurs abiotiques sur la rhizodéposition

La disponibilité en nutriments impacte également la rhizodéposition. Des études démontrent une augmentation du C issu de la rhizodéposition avec une augmentation de la fertilisation N. Cette augmentation serait liée à une plus forte production de biomasse racinaire et à une plus forte exsudation.

La concentration en CO₂ peut également impacter la rhizodéposition. En effet, certaines études montrent une augmentation de la rhizodéposition du C et de l’N pour des plantes soumises à des concentrations élevées de CO₂. D’autres facteurs importants entrent également en jeu, notamment la texture du sol, le pH, la salinité et l’humidité.

Relations entre traits morphologiques et rhizodéposition chez les fabacées

Des différences de rhizodéposition de carbone entre espèces de fabacées

Une étude a montré que la quantité de ¹³C assimilée par le trèfle blanc est supérieure à celle assimilée par la féverole. Mais elle ne diffère pas significativement du résultat du pois et du trèfle incarnat (Figure 3A). On observe la même chose dans le sol. Concernant la répartition du ¹³C entre les différents compartiments (Figure 3B), la féverole présente une répartition plus équilibrée entre les tissus végétaux et le sol avec une proportion plus importante de ¹³C dans les racines que les autres espèces. Enfin, pour s’affranchir du poids de la photosynthèse sur l’exsudation et se concentrer sur les relations possibles entre les traits racinaires et l’exsudation, on exprime l’exsudation du C en fonction du C total fixé (exsudation spécifique (Figure 3 C)). Le trèfle blanc a exsudé plus de C récent par unité de C fixé comparativement aux deux espèces protéagineuses.

Une rhizodéposition plus forte pour les fabacées prairiales

La corrélation positive entre la longueur spécifique racinaire et l’exsudation spécifique, ainsi que la corrélation négative entre le diamètre et cette exsudation, expliquent que les plantes qui forment des racines longues et fines, tels que les deux trèfles, sont celles qui exsudent le plus. Les espèces de prairie présentent une plus grande allocation de C au compartiment souterrain (33 % du C total net fixé) par rapport aux espèces de grandes cultures (21 % du C total net fixé), ce qui peut expliquer une rhizodéposition plus importante.

Une relation linéaire entre rhizodéposition de C et de N

Les plantes présentant une forte capacité de rhizodéposition carbonée ont également une forte capacité de rhizodéposition azotée (illustration ci dessus).

Pour en savoir plus sur les interactions entre plantes et sol, n’hésitez pas à consulter nos publications dans la rubrique Gestion des sols.

Source :

KANTE M., 2022. Rhizodéposition du carbone et de l’azote chez quatre espèces de Fabacées, conséquences sur la structure et l’activité du microbiote du sol.

L’article Rhizodéposition, plante, sol est apparu en premier sur L'ARAD2.

Découvrez comment le potentiel redox-pH régit le fonctionnement du sol et des plantes et quelles sont les pratiques agricoles qui l’impactent.

Date de publication : 13 décembre 2023

L’agroécologie s’appuie sur des processus et mécanismes naturels pour favoriser la disponibilité des éléments nutritifs pour les plantes dans le but de diminuer la dépendance aux intrants agricoles de synthèse. De nombreux facteurs interviennent dans la mise à disposition des nutriments présents dans le sol pour les cultures. C’est notamment le cas du pH et du potentiel d’oxydo-réduction (Eh). Ainsi, plusieurs auteurs ont montré que les plantes fonctionnaient au sein d’une gamme interne de redox Eh/pH bien spécifique. Et qu’elles ont la capacité de modifier ces paramètres dans la rhizosphère pour assurer l’homéostasie intracellulaire.

Le potentiel redox

Des déséquilibres de ce potentiel redox peuvent également causer des dommages sévères voire la mort des cellules. Le fonctionnement physiologique de la plante dépend donc d’une gamme Eh/pH donnée. Et celle-ci doit assurer le maintien de ces paramètres, quel que soit le milieu. Les microorganismes interviennent également dans la régulation de ce potentiel en modifiant le Eh et le pH de leur environnement, selon leurs besoins. Ils contribuent ainsi indirectement, via leur sélection, à améliorer les conditions Eh/pH du milieu dans lequel se trouve la plante.

Quatre grands types de pratiques impactent les conditions Eh-pH des sols :

• l’apport d’amendements
• l’irrigation ou le drainage,
• le travail du sol
• le type de plantes cultivées.

Par ailleurs, l’agriculture conventionnelle repose sur des pratiques oxydantes (engrais minéraux et pesticides) qui permettent certes une croissance rapide des plantes. Mais cela se fait au détriment de leur état sanitaire. Et les pratiques actuelles de lutte contre les bioagresseurs consistent à accompagner les plantes dans sa réaction de lutte par suroxydation. A l’inverse, une protection agroécologique basée sur le redox reposerait sur un maintien dynamique de l’homéostasie Eh-pH. Cela correspondrait à la recherche d’un maintien des équilibres des électrons et des protons dans les différentes parties de la plante.

Le couple redox-pH comme indicateur d’une bonne activité électronique

Les réactions d’oxydo-réduction ou réactions rédox constituent une grande classe de réactions chimiques. Elles sont à la base de la conversion de l’énergie chimique en énergie électrique et vice versa. Ce sont des réactions pour lesquelles un ou plusieurs électrons sont globalement échangés entre les réactifs. En fonction de sa capacité à gagner ou perdre des électrons, le réactif est appelé « Oxydant » s’il est susceptible de gagner un ou plusieurs électrons. Et « Réducteur » s’il est susceptible de perdre un ou plusieurs électrons. Les propriétés oxydantes et réductrices sont en lien avec l’électronégativité. Les atomes qui sont fortement électronégatifs sont de bons oxydants (fluor, oxygène…). Les atomes métalliques, plus particulièrement les alcalins, quant à eux sont des réducteurs efficaces par leur potentiel d’ionisation faible (sodium…).

Dans une grande partie des réactions d’oxydoréduction mises en jeu dans le sol (nitrification, dénitrification…) le transfert d’électron s’accompagne le plus souvent d’un transfert de protons. Des travaux ont montré que le potentiel Redox Eh seul ne pouvait pas être utilisé en tant que bon indicateur de l’activité électronique. Ainsi, pour qu’une valeur de Eh puisse être interprétée, cette dernière doit obligatoirement être accompagnée de la valeur du pH correspondant.

Le couple redox-pH des sols

Des sols cultivés avec un redox entre 300 et 500 mV/ENH

Dans les sols, le potentiel redox (Eh) fluctue entre -300 et +900 mV/ENH. En fonction des potentiels redox mesurés dans les sols, quatre classes principales de sol ont été définies.

Les sols cultivés se situent le plus souvent entre 300 et 500 mV/ENH en conditions aérobies. Leur pH est compris entre 4 et 9. Aujourd’hui, la littérature considère qu’il existe une corrélation négative entre pH et Eh dans les sols. Une augmentation du pH est souvent accompagnée d’une diminution du Eh. Les valeurs du Eh du sol dépendent aussi fortement du taux d’humidité du sol. Ainsi les sols secs (conditions aérobies) ont un Eh généralement supérieur à 400 mV/ENH, les sols humides un Eh compris entre 200 et 400 mV/ENH et les sols inondés (conditions anaérobies) un Eh inférieur à 200 mV/ENH.

La structure du sol, paramètre clé de régulation des conditions redox-pH des sols

Le paramètre clef de régulation des conditions Eh-pH est la structure du sol (liée à la matière organique, à l’activité biologique et aux argiles). En effet, c’est elle qui permet, ou non, la circulation d’air et donc d’oxygène, alors que ce dernier diffuse très lentement dans l’eau. Ainsi, cette capacité à permettre la circulation d’air par les macropores, tout en retenant l’eau dans les micropores, joue un rôle fondamental dans la régulation des fluctuations dans le temps. Une bonne structure confère donc au sol une capacité à tamponner ces fluctuations redox.

Ainsi, sur un sol compacté, les plantes rencontrent des successions de conditions asphyxiantes (après saturation en eau) puis très oxydantes (après période sèche). Finalement, elles se trouvent donc très rarement dans des conditions favorables à leur développement. A l’inverse, un sol bien structuré (grâce à une activité biologique élevée, un taux de carbone élevé et à un taux d’argile équilibré), fournit aux plantes des conditions redox équilibrées la majeure partie du temps.

Conditions redox-pH et biodisponibilité des nutriments

Le redox et le pH du sol ont un effet très fort sur la disponibilité des nutriments du sol et leur assimilabilité par les plantes.

La figure ci-dessous représente l’effet du pH sans la disponibilité des éléments.

Le potentiel d’oxydoréduction aura quant à lui un impact lorsque des changements de conditions hydriques ou de tassement de sol seront observées. L’azote, le manganèse, le fer et le soufre sont directement impactés par le Eh du sol. Alors que N et S sont sous forme fortement mobile dans le sol dans des conditions oxydées (respectivement sous forme NO_3- et SO₄ ^2- ), la mise en place de conditions anaérobies engendre un changement de la forme prédominante de N (qui devient NH₄⁺ ) et de S (qui devient S₂ ^–) dans les sols. Cela engendre alors une plus forte adsorption de N et une perte de S pour la plante.

A contrario, la réduction de Fe et Mn, présents en milieu aérobie sous forme d’oxydes insolubles, améliore la disponibilité des deux éléments. Ces dernières passent alors sous la forme soluble Fe²⁺ et Mn²⁺. Dans certaines situations, la trop forte libération de Fe et Mn dans la solution du sol peut même engendrer des cas de toxicité chez les plantes.

Le couple redox-pH des plantes

La photosynthèse, réaction de réduction primaire

La réaction de la photosynthèse sous sa forme classique correspond à une réduction du carbone du CO₂ en glucose. Dans cette réaction, les plantes relâchent l’oxygène et conservent l’hydrogène riche en énergie, en « l’accrochant » à du carbone. L’hydrogène étant composé d’un proton et d’un électron, la photosynthèse correspond donc à une réduction (« gain » d’électrons) et une acidification (« gain » de protons). Cela donne bien tout son sens à mettre en avant l’importance des équilibres Eh (électrons) et pH (protons) dans les plantes.

Un rôle important dans la croissance des plantes

Les réactions d’oxydoréduction sont essentielles au métabolisme des plantes : régulation des enzymes, pompage de protons, régulation des canaux ioniques, régulation de la croissance. Par ailleurs, le Eh régule les interactions protéine-ADN. Il joue un rôle clé dans l’expression des gènes, la réplication de l’ADN et la stabilité du génome. Il contribue également à la bonne perception par la plante de son environnement (température, intensité lumineuse, etc.) et du stress abiotique. Enfin la phénologie des plantes est également étroitement liée au potentiel redox : dormance, germination, croissance des racines.

Les conditions réduites (< +350 mV/ENH) sont particulièrement contraignantes pour de nombreuses plantes. Lorsque le Eh passe en dessous de 350 mV/ENH, la croissance s’atténue fortement. Cela s’explique notamment par une baisse des activités de photosynthèse et des activités enzymatiques. Les valeurs de Eh permettant une croissance optimale sont quant à elles comprises entre 400 et 450 mV/ENH.

Trois mécanismes de régulations redox-pH chez les plantes

L’état redox est un déterminant critique du fonctionnement de la cellule. Tout déséquilibre majeur peut causer des dommages ou la mort. La régulation redox est ainsi un élément central de l’ajustement du métabolisme et du développement de la plante aux conditions environnementales. Afin de maintenir l’homéostasie Eh-pH nécessaire à son fonctionnement, la cellule a mis en place trois grands mécanismes de régulation interne.

La compartimentation qui permet d’assurer l’homéostasie des organites à leurs niveaux de fonctionnement spécifiques. Dans une cellule végétale, la situation est compliquée du fait de son métabolisme photosynthétique très réactif. En effet, les chloroplastes générant des intermédiaires redox avec des potentiels redox très fortement négatifs.

La régulation des niveaux redox passe alors par un réseau très complexe de tampons chimiques qui permet, en cascade, de maintenir l’homéostasie à court terme. Quand ces tampons sont dépassés, les modifications de l’état redox induisent une réponse au niveau de la transcription. Avec en particulier la formation de protéines ayant des acides aminés facilement oxydables (cystéine, tyrosine ou tryptophane). Ces acides jouent un rôle de leurre. Ou ils seront « sacrifiés » pour éviter ou retarder l’oxydation de parties plus importantes pour le fonctionnement de la protéine.

Une régulation aussi dans la rhizosphère

Au-delà de la régulation interne de cette homéostasie, un mécanisme fondamental est la régulation de son milieu extérieur, en particulier au niveau de la rhizosphère. Cette régulation se fait via les exsudations racinaires et la mobilisation de microorganismes spécifiques.

Dans tous les cas, le maintien dynamique de l’homéostasie Eh-pH (et de l’homéostasie en général) est un processus consommateur d’énergie. Que ce soit à l’échelle intracellulaire (fabrication de protéines, mise en œuvre de pompes, en particulier à protons qui consomment de l’ATP) ou à l’échelle de la plante (exsudation racinaire en particulier). Ainsi, tout déséquilibre des conditions extérieures entraîne une oxydation des différents compartiments des plantes.

Stress et déséquilibres redox-pH des plantes

Niveaux de stress et états des plantes

Un stress d’intensité modérée conduit à l’oxydation de la plante. Elle entre alors dans un état d’alarme, de prédisposition aux maladies. En réponse, elle modifie son métabolisme et produit des antioxydants. L’objectif est de se maintenir à un niveau d’oxydation plus bas et dans un état d’acclimatation, de tolérance/résistance aux maladies. Si le stress se prolonge, la capacité de production d’antioxydants par la plante en réponse au stress finit par baisser. Cela conduit à une phase d’épuisement et à une remontée du niveau d’oxydation. A ce stade, les processus sont encore réversibles. L’oxydation ne conduit « qu’à » l’oxydation de certaines molécules et en conséquence à une forte sensibilité des plantes aux maladies. Au-delà d’un certain niveau d’oxydation, les processus deviennent irréversibles, conduisant à l’effondrement et la mort.

L’énergie consacrée par la plante à la régulation de l’homéostasie Eh-pH n’est plus disponible pour la croissance, qui est ralentie. La baisse de la production de feuilles, capables de photosynthèse, correspond à une baisse de sa capacité de réduction et donc de production d’antioxydants.

Stress abiotiques et redox-pH

Les conditions climatiques impactent fortement les équilibres Eh-pH des plantes. Les faibles ou les très fortes intensités lumineuses conduisent à une élévation du Eh des plantes, avec une alcalinisation de l’apoplaste, du xylème et des vacuoles, mais une baisse du pH dans le cytosol. De manière similaire, les températures extrêmes conduisent à une élévation du Eh et une augmentation du pH.

Les conditions hydriques ont également un impact très marqué. La sécheresse conduit à une forte oxydation et de manière générale à une augmentation du pH. L’engorgement ou la submersion conduisent à une très forte réduction des racines (asphyxie) mais à l’inverse, à une oxydation des parties aériennes (liée à une baisse de la photosynthèse) et une augmentation du pH dans l’apoplaste (mais une baisse du pH dans le cytoplasme).

Les conditions liées au sol impactent également les conditions Eh-pH des plantes. Le pH des plantes est très spécifique et remarquablement constant pour une espèce donnée. Cependant, cette régulation du pH se fait au prix d’une importante dépense énergétique qui conduit à une oxydation des plantes. Et d’autant plus marquée que le pH de la rhizosphère est déséquilibré, les pH alcalins conduisant à une oxydation plus marquée que les pH acides. La salinité est également un stress majeur pour les plantes, conduisant à leur oxydation et alcalinisation. De faibles concentrations de différents éléments toxiques (Al, Cd, Hg, As, Pb etc.) ou des fortes concentrations d’ions métalliques (Co, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni, Zn) conduisent à une oxydation des plantes. 

Enfin, il ne faut pas oublier le stress oxydatif causé par les traitements phytosanitaires. En particulier les traitements herbicides, qui conduisent pour la plupart à une oxydation des plantes.

Stress biotiques et redox-pH

Comme pour les stress abiotiques, les stress biotiques conduisent de manière générale à une oxydation et une alcalinisation de l’apoplaste. Virus, bactéries et champignons pathogènes impactent la photosynthèse de différentes manières. Les bioagresseurs sont aussi régis par leur propre valeur de couple redox-pH. Les champignons pathogènes se développent dans des conditions très acides et oxydées (champignons nécrotrophes, souvent telluriques), acides et oxydées (champignons biotrophes, souvent aériens).

Les bactéries se développent dans des conditions aérobies et :

• à pH légèrement acide pour celles se développant dans l’apoplaste (Pseudomonas spp. etc.),
• neutre à légèrement alcalines pour celles se développant dans le xylème (Xylella spp. etc.)
• alcalines pour celles se développant dans le phloème.

Les virus eux se développent dans des conditions alcalines (dans le phloème), à Eh relativement bas, mais qui correspond à des conditions de phloème oxydées.

Conditions Eh-pH optimales pour le développement/attaques des différents types de bioagresseurs.

Nutrition des plantes et redox-pH

Des carences en N, P ou K conduisent à l’oxydation. Avec cependant une alcalinisation pour l’azote mais une acidification pour la potasse ou le phosphore. Des carences en oligo-éléments essentiels à la photosynthèse, comme le Fe ou le Mn, font baisser celle-ci. Cela conduit ainsi à une oxydation et alcalinisation de la plante.

La forme d’azote minéral absorbé impacte très fortement le pH de la plante. Avec une forte acidification suivant l’absorption d’ammonium et une forte alcalinisation pour les nitrates. L’absorption de nitrate conduit à une forte oxydation des plantes mais à une baisse du Eh dans la rhizosphère. C’est liée à la consommation d’oxygène pour l’absorption active de NO₃^– par les racines.

Effets des pratiques agricole sur le redox-pH

Effets des pratiques sur le redox-pH du sol

4 types de pratiques impactantes

Quatre grands types de pratiques agricoles impactent les conditions Eh-pH des sols, que ce soit temporairement ou plus durablement :

• Des amendements peuvent être apportés pour augmenter durablement le pH des sols acides comme le chaulage. Les amendements organiques ont un impact plus durable de régulation du Eh et du pH, en jouant également sur la structuration du sol.
• L’irrigation ou le drainage impactent fortement, mais à court terme, les conditions Eh. En effet, la diffusion de l’oxygène dans l’eau est 10 000 fois plus lente que dans l’air. Une hausse du pH est généralement observée après submersion.
• Le travail du sol impacte Eh et pH du sol, principalement du fait de l’altération de la structure. La densité apparente et la taille des agrégats influencent fortement la profondeur à laquelle l’oxygène diffuse.
• Le type de plantes cultivées et leur séquence dans les rotations ont une forte influence sur Eh et pH du sol. D’une part, les plantes et les microorganismes associés jouent un rôle fondamental dans la formation et l’altération des sols. D’autre part, la production de biomasse et les apports au sol impactent fortement la matière organique des sols qui constitue le réservoir d’électrons et tamponne les fluctuations Eh et pH.

Comparatif systèmes conventionnels et systèmes en agriculture de conservation

Une comparaison de systèmes conventionnels avec travail du sol, faible diversité des espèces cultivées et faible intensité de culture, avec des systèmes en agriculture de conservation (AC) sans travail du sol mais avec introduction dans les rotations de couverts végétaux tout au long de l’année a été réalisée. Elle a montré que les sols en AC étaient plus réduits et plus proches de la neutralité que ceux en systèmes conventionnel. Le travail du sol, avec retournement, conduit à une inversion des gradients Eh. Les sols en AC sont plus réduits dans l’horizon de surface (0-5cm) que dans l’horizon inférieur (15-25 cm).

Effets des pratiques sur le redox-pH des plantes

La capacité à tamponner les fluctuations Eh-pH du sol conduisant à limiter les stress subis par les plantes, l’ensemble des pratiques qui permettent de développer cette capacité tampon dans les sols contribuent à l’équilibre des plantes. Cette capacité tampon repose essentiellement sur la structure du sol. Comme la majeure partie de l’énergie nécessaire à cette construction et à l’entretien de la structure est fournie par les plantes, toutes les pratiques qui permettent d’augmenter la photosynthèse/production de biomasse ont à moyen terme un effet favorable sur l’homéostasie Eh-pH des plantes. Parmi ces pratiques, l’insertion de couverts végétaux/plantes de services joue un rôle prépondérant. A l’inverse, le travail du sol qui conduit à moyen terme à la déstructuration des sols et limite les périodes de production végétale (du fait des périodes de sol nu), contribue à accroître les stress subis par les plantes.

Les applications d’intrants chimiques ou de produits organiques impactent rapidement et plus ou moins durablement les conditions Eh-pH des plantes. Même si les informations concernant ces impacts sur les niveaux d’oxydation des plantes sont rares, on peut aisément distinguer :

• les produits conduisant à l’oxydation de la plante, parmi lesquels la plupart des herbicides, de nombreux engrais minéraux (formes oxydées en « -ate » ; formes chlorées etc.) et la plupart des pesticides curatifs (qui accompagnent la plante dans la destruction des pathogènes par suroxydation)
• les produits conduisant à une réduction des plantes, parmi lesquels l’urée, certains pesticides préventifs (comme les dithiocarbamates, extrêmement réduits, qui se déposent sur les feuilles et empêchent le développement des pathogènes par réduction forte) et de nombreux produits alternatifs comme les macérations, extraits fermentés, ou microorganismes.

Pour approfondir le sujet, vous pouvez consulter nos publications en lien avec les sols.

Sources

HUSSON Olivier, 2022. Re-conception des systèmes de culture et pilotage des pratiques pour une protection agroécologique des culture par maintien dynamique des équilibres Eh (potentiel redox)-pH dans les systèmes sols-plantes-microorganismes. Vers une approche systémique et holistique de la « santé unique ».

Jeremy Jean-Guy Cottes. Le couple Eh/pH du sol : sa mesure, son impact sur la mobilité des nutriments et la croissance du tournesol. Sciences de la Terre. Institut National Polytechnique de Toulouse – INPT, 2019. Français. ffNNT : 2019INPT0079ff. fftel-04168569f

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Découvrez comment les microorganismes présents sur les feuilles des plantes contribuent à la formation de la pluie.

Date de publication : 22 novembre 2023

Pendant longtemps, les microorganismes présents dans l’atmosphère n’ont été considérés qu’en tant que particules inertes subissant les conditions hostiles de cet environnement. Cependant, de récentes études mettant en évidence la présence de microorganismes métaboliquement actifs dans la phase aqueuse des nuages incitent à s’interroger sur le rôle que ces organismes pourraient avoir sur les processus physiques et chimiques des nuages et donc la pluie. En effet, la formation de gouttelettes de nuage ou de cristaux de glace à des températures supérieures à -36 °C nécessite la présence de particules dites « noyaux de condensation » ou « noyaux glaçogènes ». Ces particules peuvent être minérales mais également biologiques.

La végétation influe sur l’eau et le climat à travers sept phénomènes :

1. recyclage de précipitation,
2. catalyseur de condensation et de pluie,
3. transport d’humidité atmosphérique,
4. chauffage et refroidissement,
5. interception de pluie et de brouillard,
6. infiltration et recharge des eaux souterraines,
7. modération des inondations.

La vapeur d’eau présente dans l’atmosphère au-dessus des continents vient essentiellement de l’évapotranspiration des plantes. Mais les plantes jouent un second rôle moins connu dans le cycle de l’eau. En effet, elles hébergent à la surface de leurs feuilles des bactéries ou champignons qui agissent comme des catalyseurs des processus physiques conduisant à la pluie. Ces microorganismes sont principalement des pathogènes des cultures comme Pseudomonas ou Puccinia (rouille). Pour autant, ce sont des catalyseurs bien plus puissants que les particules minérales. Avec le changement climatique, se posera peut-être demain la question d’un compromis à trouver entre protection des cultures et fonction de ces microorganismes comme catalyseur de pluie.

Comment se forme la pluie ?

Rôle des aérosols dans la formation de la pluie

La circulation atmosphérique à grande échelle est le principal facteur à l’origine de la pluie. Les nuages sont constitués, non pas de vapeur d’eau, mais d’un ensemble de microgouttelettes d’eau liquide et/ou solide en suspension dans l’atmosphère. Ces gouttelettes sont toutefois trop légères pour tomber sous forme de pluie.

Les aérosols jouent un rôle primordial dans la formation de la pluie. En effet, ils agissent comme des catalyseurs des processus physiques qui impliquent des changements de phase de l’eau présente dans les nuages. On dénombre deux types d’aérosols impliqués :

• Les CCN ou « Cloud Condensation Nuclei » : ces particules permettent la formation des nuages et donc le passage du gaz au liquide.
• Les INP « Ice Nucleation active Particles » ou noyaux glaçogènes : ces particules catalysent la congélation.

Congélation, l’étape indispensable pour avoir de la pluie

La congélation dans les nuages peut s’effectuer selon deux processus. Le premier, appelé « congélation homogène », correspond au gel spontané de l’eau surfondue (i.e. eau liquide malgré une température inférieure à 0 °C) et intervient à partir de températures voisines de – 36 °C. En effet, l’eau pure ne gèle pas à 0 °C mais plutôt à – 40 °C. Or, la température des nuages avoisine les – 5 °C. Pour que la congélation ait lieu à cette température, il faut nécessairement un catalyseur. Ce sont les INP. En effet, le second processus, appelé « congélation hétérogène », fait intervenir des particules solides qui déclenchent le réarrangement des molécules d’eau surfondue et catalysent ainsi la formation de cristaux de glace. Ces derniers peuvent alors retourner à l’état liquide ou se maintenir dans un état solide. Leur masse peut s’accroître à mesure que le temps passe, jusqu’à atteindre une masse critique à partir de laquelle ces cristaux deviennent trop lourds pour rester en suspension.

Plantes, microorganismes et pluie

Le rôle des plantes dans le cycle de l’eau

La végétation, notamment les forêts, influe le cycle de l’eau à l’échelle locale, régionale et continentale par sept phénomènes.

Ces effets sont le fruit des interactions entre la végétation et l’air par échanges de masse (gaz, particules biologiques primaires, eau) et d’énergie.

Les microorganismes glaçogènes émis par les plantes

Environ 10 à 40 % de la totalité des aérosols présents dans l’atmosphère appartiennent à la classe des aérosols biologiques. On trouve par exemple entre 10²² et 10²³ de bactéries dans la troposphère (zone située à 8 à 15 km d’altitude). Il existe différentes sources de microorganismes actifs en tant qu’INP pouvant être émis dans l’atmosphère par la végétation et le sol.

Le principal facteur responsable de leur émission depuis ces deux compartiments est la vitesse du vent qui permet de soulever directement les microorganismes ou les poussières sur lesquelles ils vivent. Ainsi, chaque année, 7,6*10¹³ à 3,5*10²⁴ bactéries sont émises par la végétation.

Les microorganismes glaçogènes font partie de la microflore épiphyte naturelle des plantes saines, tout en restant toutefois minoritaires. Pseudomonas syringea est le principale composant glaçogène de cette microflore.

Les bactéries parmi les plus puissantes INP

Les bactéries ont un pouvoir glaçogène plus puissant que les INP minérales ou inorganiques. En effet, elles permettent une congélation à des températures plus faibles (entre – 10 °C et 0 °C).

Par exemple, à – 7 °C, il faut seulement 1 000 bactéries Pseudomonas pour congeler de l’eau.

Avec le changement climatique, les nuages vont avoir plus souvent une température proche de 0 °C. Le type d’INP présent dans l’atmosphère deviendra donc primordial pour la formation de la pluie.

Lien entre microorganismes glaçogènes, agriculture et pluie

Effet du changement d’affectation des sols sur les pluies

Dans le Sud Ouest de l’Australie, 13 millions d’hectares de terre ont été convertis à l’agriculture. Ces terres ont ainsi été séparées des prairies indigènes par une clôture de 750 km pour empêcher lapins et herbivores d’y pénétrer.

Une étude de l’impact de ce changement d’affectation des sols sur la couverture nuageuse et les précipitations a été réalisée. Elle a montré que la couverture nuageuse suivait la clôture. Cela entraînait une baisse des précipitations à l’ouest de la barrière.

Des bactéries glaçogènes souvent pathogènes pour les cultures

Pseudomonas syringae provoque le chancre bactérien des arbres et Puccinia triticania la rouille du blé.

Pour 1 ml de pluie, il faut 1 INP. Le blé a besoin de 30 cm de pluie par saison soit 3*10⁹ ml/ha. Pour avoir une cellule active à – 8°C, il en faut 10 pour Pseudomonas et 10 000 pour Puccinia . Ainsi, pour faire 30 cm de pluie, il faut 3*10¹⁰ bactéries Pseudomonas et 3*10¹³ pour Puccinia. Pour Pseudomonas, on a 10⁸ bactéries par feuille malade. Donc pour atteindre 3*10¹⁰, il faut la présence de 300 feuilles malades par hectare sur 700 000 plantes/ha ce qui reste acceptable. Par ailleurs, Pseudomonas est également présente sur les feuilles saines et dans ce cas, il faut 300 000 feuilles saines. Par contre, pour la rouille, cela n’est pas acceptable car il faut que le champ soit complètement malade (3*10⁶ feuilles malades par ha).

Ces travaux ont été menés à partir d’observations de terrain couplées à une modélisation. Il reste toutefois des inconnus comme le taux de flux des microorganismes ou encore la fraction des cellules présentes sur les plantes qui atteignent la bonne hauteur. Pour autant, pour atteindre des niveaux équivalents d’INP à – 8 °C avec de la poussière inorganique, il faudrait plus de 100 µg/m³. Or, les recommandations de l’OMS pour les particules est au maximum de quelques dizaines de g/m³. Cela posera peut-être demain la question d’un arbitrage entre protection des cultures et conditions de formation de la pluie.

N’hésitez pas à consulter nos autres articles sur le changement climatique.

Sources :

JOLY Muriel. Interactions microorganismes-nuage : activité glacogène et survie. Autre. Université Blaise Pascal – Clermont-Ferrand II, 2013. Francais. <NNT : 2013CLF22424>. <tel01136212>

MORRIS Cindy, 2023. Les déclencheurs biologiques de la pluie. Vidéo youtube.

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