Séquence 2. Nourrir l humanité. Sommaire

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1 Séquence 2 Nourrir l humanité Sommaire 1. La place de l Homme dans les écosystèmes : vers une perspective durable 2. Nourrir neuf milliards d Hommes : un défi technique et scientifique 3. Une alimentation sous haute surveillance : les risques alimentaires Exercices de la séquence 2 Lexique 1

2 1 La place de l Homme dans les écosystèmes : vers une perspective durable Pour s interrroger La population humaine ne cesse de croître (7 milliards d Hommes fin 2011 et une perspective de 9 milliards en 2050) et une grande partie de cette population est d ors et déjà en état de malnutrition chronique. La consommation mondiale de céréales est passée de 21 millions de tonnes par an en moyenne entre 1990 et 2005 à 41 millions entre 2005 et Cette boulimie s explique en fait principalement par la hausse spectaculaire de la production d éthanol aux états-unis. Les surfaces cultivables régressent, converties en usages non agricoles. Par ailleurs, on estime que 10 % seulement des surfaces continentales sont cultivées, mais afin d être cultivable, une surface nécessite un sol de qualité. Enfin, l accroissement des rendements stagne ; au Japon par exemple, la productivité du riz n a pas été augmentée depuis quatorze ans. Un problème semblable va-t-il se poser pour le blé en Europe? E Comment nourrir cette population toujours plus importante? E Comment améliore-t-on la production alimentaire? E Quelles sont les conséquences de ces pratiques alimentaires sur l environnement? Des pistes pour avancer et trouver des solutions : Il est nécessaire de comprendre la nature des relations alimentaires qui lient les êtres vivants dans les écosystèmes et les agrosystèmes. Il faudra également apprécier et évaluer la production des végétaux et des animaux à l échelle des écosystèmes. 3

3 A Les écosystèmes permettent la productivité végétale et entretiennent les chaînes alimentaires E Quelles sont les relations alimentaires dans un écosystème? Activité 1 Les relations alimentaires des écosystèmes : Capacités : Traiter des données et construire graphiquement. Document 1 Les régimes alimentaires dans l écosystème forestier Êtres vivants Campagnol Champignon Chevreuil Chouette Écureuil Epervier Epicéa (arbre du groupe des conifères) Aliments Racines, bulbes, tiges souterraines. Matière organique morte contenue dans la litière Herbe, feuilles d arbustes, jeunes rameaux de conifères. Campagnols, mulots, petits oiseaux, insectes Graines diverses, bourgeons d arbres. Petits oiseaux, petits rongeurs. Eau, sels minéraux, CO 2. Herbe Eau, sels minéraux, CO 2 Hérisson Lombrics, insectes, baies, insectes. Hêtre Eau, sels minéraux, CO 2. Homme Myrtille, chevreuil Lombric (ver de terre) Feuilles mortes, débris végétaux. Martre Écureuil, petits oiseaux, œufs, mulots, baies. Mésange noire Insectes, graines de hêtre et de conifères. Beaucoup de graines d arbres, de jeunes Mulot plantes, des champignons, de petits fruits, des vers de terre. Myrtille Eau, sels minéraux, CO 2. Pic noir Insectes, baies, graines de conifères. Puce Sang Renard Petits rongeurs, oiseaux, baies. Scolyte (insecte) Bois des troncs d arbres. 4

4 Questions 1 Fabriquer des vignettes pour chaque être vivant du tableau du document 1. À partir des renseignements fournis sur son régime alimentaire, relier les vignettes par une flèche qui signifie «est mangé par» et qui indique pour nous le sens de transfert de la matière organique. On obtient alors une représentation graphique des relations alimentaires entre quelques êtres vivants de l écosystème «hêtraie sapinière» ou réseau trophique. Ce réseau correspond aux interconnexions entre plusieurs chaînes alimentaires, suites d êtres vivants dans lequel chaque individu mange celui qui les précède. 2 Expliquer, en utilisant en particulier les acquis de Seconde, la place des végétaux chlorophylliens dans les chaînes alimentaires et le niveau des producteurs primaires qu on leur attribue. à retenir À partir de nos connaissances des régimes alimentaires des êtres vivants, on établit le réseau des relations alimentaires existant entre eux. Un tel réseau trophique correspond à l interconnexion de nombreuses chaînes alimentaires, séquences ordonnées d êtres vivants, dans lesquelles un végétal chlorophyllien est consommé par un phytophage, lui-même consommé par un zoophage. Les végétaux chlorophylliens occupent une place particulière dans les réseaux trophiques : Les végétaux chlorophylliens sont autotrophes au carbone, il n est donc pas nécessaire d apporter une source de carbone minéral supplémentaire. En ce qui concerne l azote (N), les plantes le prélèvent dans le sol sous forme de nitrates ou de nitrites. Mais les plantes, tout comme les animaux, ont des besoins très variés en différents éléments. Les autres éléments importants sont le potassium (K), l oxygène (O) et le phosphore (P) ainsi que de très nombreux oligo-éléments. Les producteurs primaires représentent le premier niveau trophique. Tous les autres êtres vivants sont des consommateurs, qui, selon la nature de ce qu ils consomment sont classés dans des niveaux trophiques de plus en plus élevés. Les niveaux trophiques I, II, III, IV sont donc ceux des consommateurs qui doivent obligatoirement trouver de la matière organique dans leurs aliments afin de se construire. E Que devient la matière le long des chaînes alimentaires? Activité 2 Les transferts de matière dans les écosystèmes : Capacité : Saisir des informations et représenter graphiquement. En milieu marin, les chaînes alimentaires ont généralement pour origine le phytoplancton, algues microscopiques autotrophes car chlorophylliennes. Le réseau trophique peut, comme dans les écosystèmes terrestres, être déterminé directement par observation ou indirectement. Pour chaque niveau du réseau, il est possible d évaluer la biomasse. Si l on travaille avec les mêmes données qu un écosystème terrestre, on constate qu à un instant donné, la biomasse des producteurs primaires 5

5 est inférieure à celle des producteurs secondaires, ce qui semble paradoxal (la pyramide des biomasses est «inversée»). Cela s explique par le renouvellement plus ou moins rapide des espèces considérées. De ce fait, dans les écosystèmes marins, on préférera prendre en compte la productivité, c est-à-dire, la production par unité de temps. Document 2 La productivité des différents niveaux trophiques dans l écosystème marin Être vivant Aliments Biomasse (relative) en grammes/ temps : Niveau trophique productivité Phytoplancton Eau, sels minéraux, CO g/unité de temps I Zooplancton herbivore Phytoplancton 250 g/unité de temps II Zooplancton carnivore Petits poissons et alevins Zooplancton herbivore Zooplancton herbivore 24 g/unité de temps III 20 g/unité de temps III Poissons Gros poissons prédateurs Zooplancton carnivore et petits poissons et alevins 20 g/unité de temps IV Poissons 2,5 g/unité de temps V Questions On peut représenter le transfert de matière dans l écosystème par un graphique pyramidal : chaque niveau se trouve figuré par un rectangle dont la surface est proportionnelle à la biomasse. Pour l écosystème considéré, on prend en compte la production au cours du temps, on obtient une pyramide de productivité. 1 Construire la pyramide des productivités en prenant en compte chaque niveau trophique. 2 Proposer une explication à la perte de biomasse lorsqu on passe d un niveau à l autre. 6

6 à retenir Des producteurs aux divers niveaux de consommateurs, un transfert de matière se réalise au sein des chaînes alimentaires. L évaluation de la biomasse de chaque niveau montre des pertes de matière importantes lorsqu on passe d un niveau au suivant. Une pyramide de biomasse est construite à partir de la superposition de rectangles représentant les biomasses ou les énergies de chaque niveau (producteurs en dessous et consommateurs d ordre successif au-dessus). NIVEAU TROPHIQUE 4 Puce NIVEAU TROPHIQUE 3 Martre Homme Puce Pic Hérisson NIVEAU TROPHIQUE 2 Écureuil Chevreuil Mésange... NIVEAU TROPHIQUE 1 Épicia Racines Myrtilles Herbe Hêtre Feuilles Ces pertes ont une double origine : E Pertes sous forme d excréments et d urine, pertes sous forme de matière non utilisée pour les consommateurs animaux (un consommateur ne se nourrit en général que d une partie de l être vivant qui le précède) E Pertes respiratoires pour tous les êtres vivants, c est-à-dire production d énergie à partir de matière organique qui se trouve alors dégradée. Excréments, urine, matière non utilisée ne sont pas des pertes pour les écosystèmes, car ils représentent des sources d aliments pour d autres consommateurs : les décomposeurs du sol par exemple. En revanche, la matière organique dégradée au cours de la respiration correspond à une perte de matière et donc d énergie, irréversible pour l écosystème. 7

7 B Les agrosystèmes détournent une grande partie de la productivité végétale pour l Homme ou les animaux d élevage E Comment expliquer qu un agrosystème nécessite l intervention de l Homme et des investissements importants? E Quel est le coût de la productivité de ces agrosystèmes? Activité 3 Les pyramides des énergies et l alimentation humaine Capacité : Saisir des informations dans un document. On peut calculer des flux d énergies (voir définition de kj dans le lexique) dans les écosystèmes. Ces valeurs sont plus utiles que les pyramides de biomasse, car elles permettent de comparer des écosystèmes et d avoir une idée de l impact écologique de son alimentation. Document 3 Flux d énergie (en kj/ha/an) dans deux écosystèmes Ecosystème Producteurs primaires (P1) Energie solaire incidente Consommateurs de premier ordre (C1) Consommateurs de second ordre (C2) Champ de blé en Hollande 5, , (grain de blé) 32, (tissu humain) aucun Prairie en France 41, , (herbe) 11,10. 6 (tissu de bœuf) 8, (tissu humain) Document 4 Pyramide des énergies pour le champ hollandais qui produit de la farine de blé consommée par l Homme (valeurs en kj/ha/an). C 1 32, P 1 47, ,006% 0,9% 5, ÉNERGIE SOLAIRE 0,9% Part de l énergie incidente que récupère chaque niveau en %. 8

8 Document 5 Pyramide des énergies pour la prairie qui produit des vaches, qui sont ensuite consommées par l Homme (valeurs en kj/ha/an). C 2 8, C 11, P 1 163, ,006% 0,02% 0,3% 41, ÉNERGIE SOLAIRE Document 6 Questions Pour le champ de blé : La productivité en grains utilisables par l Homme est de 47,9 millions de KJ/ha/an. Les grains sont digestibles à 80 %. Pour la prairie pâturée : La productivité secondaire (viande + lait) est de 21,7 millions de KJ/Ha/an. Après nourrissage des veaux avec le lait, il reste 11,1 millions de KJ/ha/an, digestibles à 90 %. 1 Construire les deux chaînes alimentaires évoquées dans les documents, et justifiez les niveaux trophiques différents occupés par l Homme. 2 Rappeler quelles sont les causes des pertes énergétiques constatées entre chaque niveau. 3 Calculer pour chaque production ce qui reste pour l alimentation humaine. 4 En considérant qu il faut 4,1 millions de KJ pour nourrir un Homme pendant un an, calculer le nombre d humains qui pourront être nourris par les deux surfaces cultivables. Que peut-on en déduire sur l impact écologique d une alimentation carnée? à retenir Les réseaux trophiques montrent qu il existe toujours des pertes de biomasse et d énergie lorsqu on passe d un niveau trophique à l autre. Plus la chaîne est courte, moins il y a de pertes. En privilégiant une alimentation végétale, l Homme réduit les pertes de matière et d énergie. Activité 4 Document 7 Les conséquences du développement des pays émergeants : Capacité : Saisir des informations dans un texte. «Dans les populations qui s enrichissent (les pays émergeants), la consommation de calories d origine animale se fait essentiellement à partir de viandes de porc ou de volailles. Ces animaux, contrairement aux bœufs et vaches, ne peuvent pas être nourris exclusivement à partir d herbes (prairies) mais à partir de céréales ou d oléagineux (cultures). Il faut en effet environ 2kg de graines pour produire un kg de poulet et 4kg de graines pour produire 1kg de porc. 9

9 Sur les marchés internationaux, le développement considérable des élevages industriels a eu des conséquences sur la demande en grains. Une grande partie de la production mondiale des grains est ainsi détournée vers les élevages, ce qui est une situation dangereuse, puisqu elle participe à la flambée des cours de ces denrées». Question 1 En utilisant les données du texte et les connaissances acquises sur les chaînes alimentaires, expliquer pourquoi l accroissement de la consommation mondiale de viande porc et de volailles posent des problèmes économiques inquiétants. à retenir On estime qu actuellement 2 milliards de personnes, soit un individu sur trois, souffrent à des degrés divers de malnutrition. Cette situation correspond à des carences en vitamines, en oligoéléments mais aussi en protéines d origine animale. Afin de lutter contre ce fléau, il faut envisager de mieux répartir l accès aux protéines animales dans le monde. Même si la consommation de viande baissait dans les pays riches, la situation mondiale devrait inexorablement se tendre. En effet, en admettant qu une baisse de consommation survienne dans les pays développés, elle concernera essentiellement la viande rouge, produite à partir d herbes, en faveur d une consommation plus importante de viandes blanches, moins chères et moins grasses. De plus les pays émergeants accèdent aux protéines animales par ce même type d aliments. Or, les volailles et les porcs sont nourris à partir de céréales, le prix de ces denrées devrait donc continuer d augmenter. Activité 5 La production de tomates toute l année Capacité : Mettre en relation des documents, raisonner Document 8 Optimisation de la production de la tomate La température est le facteur le plus déterminant dans la production de la tomate. Celle-ci réagit énormément aux variations thermiques. Les basses températures (<10 C) ralentissent la croissance et le développement des plantes, le feuillage se développe au détriment des fruits. Une température basse peut entraîner aussi des malformations des fleurs, qui menacent l aspect des fruits. Au-dessous de 17 C, le pollen germe mal, surtout si l humidité est faible. Par contre, les températures trop élevées favorisent la croissance de la plante au détriment de l inflorescence qui peut avorter. Les températures optimales sont : Températures diurnes : C Températures nocturnes : C Température du sol : C 10

10 Document 9 Rendements de cultures de Tomates, selon le système de culture utilisé : Types de culture semis repiquage Période de récolte Durée de récolte (semaines) Rendements (kg/m2) Plein champ 15/02 01/04 15/06 au 25/07 6 3,5 Sous abri froid 20/01 15/03 25/05 au 25/07 8 8,5 Serre chauffée, culture sur sol 01/12 15/01 01/04 au 15/ ,5 Serre chauffée, culture hors sol 01/11 15/12 01/03 au 15/ Document 10 Question Le prix du pétrole Le prix du baril de pétrole n en finit plus de monter et ce phénomène ne semble pas prêt de s arrêter. La hausse résulte de l écart entre l offre et la demande. En effet, les besoins en pétrole continuent de s accroître à un rythme élevé, à travers le monde, tirés par la forte croissance économique des pays émergents comme la Chine et l Inde. L approvisionnement en pétrole a du mal à suivre la cadence, le rééquilibrage s opère donc en augmentant le prix du baril. 1 Expliquer comment on peut produire des tomates toute l année, même dans les régions du nord de la France. 2 En mettant en relation les documents et les connaissances de seconde sur l impact écologique de l utilisation des combustibles fossiles, expliquer pourquoi ce type de production a un fort coût écologique et économique. à retenir L amélioration considérable de la productivité végétale date de l après guerre. C est d abord la mécanisation qui a permis de rapides progrès, puis le recours quasi systématique aux engrais chimiques (N, P, K) et aux produits phytosanitaires (herbicides, fongicides, insecticides). On peut également pallier aux aléas du climat par l irrigation. La culture hors sol correspond à une culture menée sans la terre, le plus souvent sous serre, grâce à une nutrition «goutte à goutte» dite hydroponique. Cela est particulièrement répandu pour la production de tomates et de concombres. On peut alors s affranchir de toutes les données climatiques et obtenir des légumes toute l année, mais pour un coût important et pour une qualité souvent médiocre. 11

11 C Des pratiques culturales raisonnées permettent de respecter au mieux l environnement Quatre enjeux principaux ressortent plus particulièrement dans le domaine de l agriculture et de l alimentation : E La «durabilité» des activités de production agricole, c est-à-dire principalement la prise en compte des aspects écologiques et environnementaux. E La sécurité alimentaire. E La souveraineté alimentaire. E L organisation des échanges internationaux. En ce qui concerne l agriculture durable, elle doit répondre aux besoins actuels, sans compromettre le développement des générations futures, en leur garantissant les mêmes chances de progrès. Activité 6 Document 11 Des exemples d actions menées par des professionnels : Capacité : Extraire des informations d un texte De nouvelles pratiques culturales. Plusieurs techniques culturales permettent de réduire l utilisation d intrants. Un peu partout en France, des agriculteurs se sont lancés dans des conduites de cultures limitées en engrais et en produits phytosanitaires et ont démontré que la réduction des intrants ne pénalisait pas la rentabilité de l exploitation, L Inra a montré au travers d une expérimentation conduite sur trois ans, que la culture du blé en systèmes moins intensifs pouvait maintenir une bonne rentabilité économique. Les chercheurs ont comparé deux modes de conduite du blé : un système intensif avec un objectif de rendement de 90 q/ha, des variétés productives et des traitements phytosanitaires systématiques ; un système extensif avec un objectif de rendement de 75 q/ha et des traitements phytosanitaires raisonnés sur des variétés conventionnelles. Résultat, c est la conduite extensive des variétés conventionnelles qui permet d obtenir la meilleure marge brute. Les marges brutes des cultures en mode moins intensif sont supérieures quelque soit la variété. Depuis une décennie, certains producteurs ont tenté de réduire le travail du sol, voir de semer directement, sans labour. Ces techniques donnent elles aussi d excellents résultats. Elles présentent l avantage de respecter l équilibre écologique du sol, de permettre durablement la réduction des intrants et de favoriser le piégeage du CO 2. 12

12 Question Après avoir recherché la signification des termes «agriculture intensive» et «agriculture extensive», identifier les variables étudiées par les chercheurs de l INRA et quelles ont été leurs conclusions. E Que peut-on faire à notre niveau? Manger moins de viande? Depuis quelques temps, des voix s élèvent pour affirmer qu il faudra que les consommateurs des pays développés réduisent de manière drastique leur consommation de viande, si l on veut répartir les ressources. Alors, que mettre demain dans nos assiettes? Activité 7 Document 12 Des pistes pour les protéines du futur : Demain, manger autre chose? Capacité : Extraire des informations pertinentes et élaborer un tableau comparatif à partir d un texte Que mettre demain dans nos assiettes? Le kangourou : La viande de kangourou présente des intérêts importants : c est une viande maigre, davantage que les blancs de poulet (1,3g de lipides pour 100g de viande, 1,6g dans le poulet et 6,3g dans le bœuf), elle est très économe en CO 2 avec seulement 0,003 tonnes émises par an, contre 0,14t pour les moutons et 1,67t pour les bovins. De plus, le kangourou pullule dans le bush australien, alors que les australiens n en mangent pratiquement pas (une étude récente montre qu à peine 15 % des australiens consomment de la viande de kangourou au moins quatre fois/an). Alors, pourquoi ne pas se lancer dans l élevage des kangourous? Cela est en réalité très difficile, ces animaux ne supportent pas bien le stress lié à la captivité et le manque d espace. Sous l effet de l adrénaline qu ils sécrètent en cas de stress, ils développent une myopathie de capture, un syndrome qui dégrade les muscles et certains organes, et au final rend la viande inconsommable Les insectes : Ils ont beau ne pas encore faire partie du panier de la ménagère française, les insectes tiennent encore une place de choix dans l alimentation de certains peuples. Au Mexique par exemple, les insectes sont appréciés pour leur richesse en protéines, en minéraux, en acides gras saturés, en acides aminés essentiels, en vitamines, et tout cela pour un apport calorique limité! D autant qu ils cumulent les avantages écologiques et économiques. Les espèces comestibles sont présentes sur toute la planète, leur élevage peut facilement être industrialisé, ils n ont pas besoin de compléments alimentaires, leur viande ne demande pas de réfrigération.et ils se reproduisent encore plus vite que les lapins : une femelle criquet pond 1500 œufs par mois, une termitière produit œufs par jour et certaines fourmilières jusqu à œufs quotidiens. Alors, les insectes sont-ils la viande de l avenir? Pas sûr. Les insectes, qui arrivent souvent en bout de chaîne alimentaire et subissent de plein 13

13 fouet la diffusion des intrants agricoles dans l environnement, accumulent dans leur organisme des métaux lourds et des molécules neurotoxiques. C est déjà le cas au Mexique où les niveaux de plomb détectés dans la chair de certaines sauterelles étaient 100 fois supérieurs à la dose maximale recommandée pour les jeunes enfants et les femmes enceintes. Si l on veut pouvoir demain se régaler d insectes, il va falloir s attaquer aujourd hui au problème, et adopter pour leur élevage des normes environnementales strictes qui garantissent une viande saine. La viande synthétique : Produire de la viande dans des boîtes de Pétri, c est déjà possible. La viande de laboratoire, ce sont des cellules animales cultivées in vitro, en tube. Une technologie développée en autres par la NASA, qui y a vu moyen de fournir de la viande à ses astronautes partis pour de longues missions. A priori, on peut cultiver n importe quelle viande en laboratoire, à condition de disposer d un échantillon de tissu musculaire et d un système de perfusion qui apporte les nutriments nécessaires à la croissance cellulaire (oxygène, acides aminés ) et qui évacue les déchets produits par les cellules. Pour avoir une bonne texture et ressembler à de la viande, le muscle doit aussi être entraîné régulièrement, c est-à-dire contracté. Cette viande, élaborée loin des prés et des étables, ne demande pas d antibiotiques ni de terrain, n émet quasiment pas de CO 2, ne produit pas d effluents, ne pollue pas les nappes phréatiques et évite l abattage. Mais par ailleurs, certains s opposent fermement à ces steaks in vitro, qui voient dans ces solutions une nouvelle menace pour les petits éleveurs familiaux. D aucuns avancent aussi que cette viande «désincarnée» mettrait une distance plus grande encore entre le consommateur et le produit qu il consomme. Reste le principal obstacle : le prix. Pour l heure, cette viande est encore extrêmement chère : un million de dollars les 250g! Le passage à l industrialisation n est pas encore pour demain! Question Compléter un tableau sur le modèle suivant : Viande de Kangourou Viande d insectes Viande synthétique Avantages Inconvénients Pour aller plus loin Adhérer à une AMAP : L objectif d une AMAP, Association pour le Maintien d une Agriculture Paysanne est de monter un partenariat entre un groupe de consommateurs et un groupe de producteurs locaux. Ce partenariat est basé sur la livraison de produits définis, frais et de bonne qualité moyennant un abonnement payable à l avance. 14

14 Le principe fondamental est de favoriser une agriculture durable, socialement équitable et écologiquement saine. Ensemble, consommateurs et producteurs locaux définissent l ensemble des productions nécessaires, en général sur deux saisons. Ensuite, une fois par semaine le producteur met à disposition des consommateurs un «panier», dont le contenu varie en fonction des produits arrivés à maturité. Les consommateurs n accordent pas autant d importance que dans les supermarchés à la standardisation des produits : tout ce qui est produit est consommé (en produisant pour les grands distributeurs, les agriculteurs sont parfois contraints de laisser 60 % de leur production au champ). Il est également important d être d accord sur les méthodes de culture employées. Toutes les AMAP ne correspondent pas strictement aux critères de l agriculture biologique, mais de nombreuses obtiennent la certification. Le prix du panier est fixé de manière équitable : le producteur doit couvrir ses frais et dégager un bénéfice, le consommateur doit pouvoir trouver des produits de qualité pour un budget comparable à celui qu il aurait en grande surface. De tels prix sont possibles car les produits ne sont pratiquement pas transportés, pas emballés, les intermédiaires ont été supprimés. à retenir Dans les pays développés dont nous faisons partie, les choix alimentaires sont possibles. Ils sont dictés par nos goûts, par notre culture, par l influence qu exercent sur nous le marketing et la publicité et de plus en plus par des choix financiers ou politiques. Chaque consommateur a la possibilité de faire des choix raisonnés, qui permettraient à terme une meilleure répartition des ressources mondiales. Bilan du chapitre Il existe un réseau trophique dans tout écosystème : L observation directe ou indirecte des régimes alimentaires des êtres vivants d un milieu permet de reconstituer le réseau des chaînes alimentaires de l écosystème. Plusieurs niveaux trophiques se distinguent dans une chaîne alimentaire : Le niveau trophique I est celui des producteurs primaires, occupé par les végétaux chlorophylliens capables de produire leur propre matière organique à partir de substances minérales et de lumière. Les niveaux trophiques I, II, III, IV etc. ou niveaux des consommateurs sont occupés par des êtres vivants qui doivent trouver de la matière organique pour se nourrir. Des producteurs aux divers niveaux de consommations, un transfert de matière se réalise au sein des chaînes alimentaires. L évaluation de la biomasse de chaque niveau montre des pertes importantes lorsqu on 15

15 passe d un niveau au suivant. Ces pertes ont une double origine : pertes sous forme de déchets de consommation ou de restes non consommés et pertes respiratoires pour tous les êtres vivants. L Homme crée des agrosystèmes dans lequel il privilégie le développement d un seul producteur nécessaire à son économie. En revanche, il tend à y éliminer les mauvaises herbes qu il considère comme concurrentes et les ravageurs dont la présence réduit la productivité. Les agrosystèmes sont donc caractérisés par une réduction du nombre des espèces : un producteur (la plante cultivée) et un nombre réduit de consommateurs (l Homme, les animaux d élevage). Dans tout agrosystème qu il crée, l Homme s efforce d obtenir la production la plus rentable ou la productivité maximale. Par le travail, l agriculteur maintient des conditions de rentabilité maximale : l agrosystème est entretenu, subventionné par l Homme. On peut agir sur tous les paramètres de la production : une action au niveau du sol, sur les facteurs climatiques, sur le choix des variétés Chacune de ses interventions a un coût à la fois économique et écologique. Chaque consommateur est responsable de ses actes : il peut agir pour favoriser le maintien d une agriculture locale qui garantit à chaque pays une sécurité alimentaire. Un bilan en schéma 16

16 2 Nourrir neuf milliards d Hommes : un défi technique et scientifique Pour s interrroger En réponse aux inquiétudes concernant notre capacité à nourrir tous les Hommes, les scientifiques explorent plusieurs pistes. Bien entendu, ces recherches ne sont pas uniquement conduites dans un esprit humaniste, mais elles dépendent également de la réalité d un marché qui s est globalisé. Par ailleurs, nous avons de plus en plus conscience des enjeux environnementaux liés à la production alimentaire et chaque citoyen se sent responsable de ses actes de consommation. E Comment est-il possible de concilier gain de productivité et respect de l environnement? E Comment les scientifiques améliorent-ils les variétés animales ou végétales? E Quelles limites existent-ils à ces modifications du vivant? Des pistes pour avancer et trouver des solutions : Il faudra pour cela, sans porter de jugement trop hâtif ou partisan, comprendre comment on améliore la productivité des végétaux ou des élevages. On verra ensuite que depuis que l Homme pratique l élevage et l agriculture, il a toujours cherché à améliorer les espèces à des fins productivistes. Ce sont les très anciennes, et pourtant encore actuelles, méthodes de la sélection génétique. Des méthodes plus récentes de modification des génomes ont conduit à la production d organismes génétiquement modifiés, dont l utilisation est plus ou moins réglementée selon les pays. 17

17 A Produire sans polluer E Comment concilier productivité et respect de l environnement : un exemple pour comprendre les enjeux. Activité 1 Document 1 Avantages et inconvénients de l usage des fertilisants azotés Capacité : Construire un graphe. Mettre en relation des documents Des essais ont été menés par l INRA (Institut National de la Recherche Agronomique) sur du blé d hiver. Apport d azote (N) par hectare, en Kg Rendements en grains, en quintaux par hectare , ,1 54,2 55, Document 2 Questions L origine des «marées vertes». Les nitrates assurent la nutrition minérale en azote des végétaux, élément indispensable à leur croissance. Depuis plusieurs années, on assiste à une prolifération d algues dans les rivières de Bretagne et dans les baies où la configuration ne permet pas un effet de brassage suffisant : l eau verdit et sa transparence diminue, c est l eutrophisation. Ces végétaux, en mourant, vont constituer un apport nutritif pour les bactéries qui se multiplient et consomment le dioxygène dissous dans l eau, conduisant à l asphyxie de nombreux animaux aquatiques qui finissent par disparaître. En outre, les eaux de surface, rivières et lacs, fournissent au moins 80 % de l eau potable pour les Bretons. À la suite de ces modifications des eaux de surface, des séries de mesures préventives ont été réalisées : installation d un périmètre de sécurité autour des captages d eau potable, mise en place à Saint Brieuc d un centre de valorisation des algues, informations auprès des agriculteurs. 1 Tracer la courbe des rendements du blé en fonction de la dose d engrais. En déduire, en argumentant, la dose optimale d engrais que l agriculteur peut utiliser (discuter la notion de maximum et d optimum). 2 Mettre en relation les deux documents proposés afin d expliquer la prolifération des algues vertes dans les baies proches des parcelles agricoles enrichies. 18

18 à retenir L agriculture exploite la propriété qu ont les végétaux chlorophylliens de produire de la matière organique à partir de CO 2, à la lumière. Un important facteur limitant de la production primaire est la quantité de sels minéraux présents dans le sol. En effet, les végétaux pompent les sels minéraux (surtout N, P et K) avec l eau. Dans les écosystèmes naturels, les ions sont rendus au sol par la dégradation des restes animaux et végétaux dans la litière. Mais dans un agrosystème, ce phénomène a souvent totalement disparu, les sols sont exploités au maximum et peu de temps leur est laissé pour régénérer les ions. Les agriculteurs sont tentés de rendre rapidement au sol ces sels minéraux : ce sont les apports d engrais ou de fumure. Grâce à cela, la productivité est importante et l on peut enchaîner les périodes de culture sans laisser le sol se régénérer. Plusieurs inconvénients existent cependant. Si la productivité est effectivement améliorée avec les engrais, il existe une dose optimale pour chaque substance et chaque culture. Ces études menées par l INRA sont les «courbes de réponse». Au-delà de l optimum, l engrais n est plus efficace sur la productivité, il existe même des doses toxiques. L agriculteur paie donc inutilement de coûteux intrants. De plus, les engrais non absorbés restent dans le sol, puis sont lessivés par les eaux de ruissellement : on les retrouve dans les nappes phréatiques ou dans les baies comme en Bretagne. Ces substances y stimulent la productivité des algues vertes, qui finissent par envahir le milieu, se déposer et pourrir sur place. C est ce que l on appelle les «marées vertes». Activité 2 Agriculture et impact sur l environnement Capacité: Mettre en relation des informations afin de calculer. Document 3 Document 4 Coût en CO 2 de l agriculture biologique américaine. Le Rodale Research Center (USA) a mis en place en 1981 une expérimentation portant sur le niveau de captage en CO 2 de l agriculture biologique. Il est apparu, après 23 années d étude, que l agriculture biologique avait la capacité de fixer, par année et par hectare, 3,7 tonnes de CO 2. Selon ces calculs, si la totalité des terres arables des États Unis, (à savoir 200 millions d hectares) était reconvertie à l agriculture biologique, cela annulerait les émissions de CO 2 de 158 millions d automobiles chaque année. L eau et l agriculture en région parisienne Dans le département rural et verdoyant de Seine-et-Marne, la crise de l eau ne se voit pas. Pourtant, les habitants de ce département en pleine explosion démographique ont dû s habituer aux économies. Non seulement la quantité d eau est insuffisante, mais sa qualité est très dégradée. Peu profonde, la nappe est particulièrement vulnérable aux pollutions d origine agricole. Dans ce département céréalier, les résidus de pesticides et de nitrates présents dans l eau souterraine crèvent les plafonds réglementaires. Depuis dix ans, 15 % des habitants du département sont alimentés en permanence par une eau dépassant ces seuils et 80 % connaissent régulièrement des interdictions de consommation pour les femmes enceintes et les nourrissons. Les collectivités locales 19

19 doivent donc aujourd hui se battre en même temps sur deux fronts, pour préserver à la fois la quantité et la qualité de l eau. La solution la plus efficace pour préserver la nappe consiste à diversifier l approvisionnement. Déjà, m 3 d eau sont prélevés chaque jour dans la Seine. Cette quantité passera à m 3 quand l état de crise renforcé sera déclaré. Cependant, la potabilisation de l eau de la Seine revient plus chère. Le prix à la production passe de 0,25 à 0,50 par m 3. Autant dire que les collectivités de Seine-et-Marne voient d un œil de plus en plus critique l exportation de l eau de Champigny hors du département. Questions 1 Exploitation du document 3 : Sachant que la surface agricole française s étend sur 33 millions d hectares (à savoir 60 % du territoire), dont 62 % sont occupés par des terres arables et plus du tiers par des prairies permanentes, calculer le nombre d ha de terres arables en France. Puis évaluer le nombre de tonnes de CO 2 qui seraient fixées si l ensemble des terres arables (arrondi à 20 millions d ha) était converti à l agriculture biologique. De combien d automobiles cela annulerait-il les effets? 2 Exploitation du document 4 : Identifier les causes de la dégradation de la qualité de l eau. Calculer le surcoût pour le département du prélèvement de l eau de la Seine. à retenir L agriculture biologique constitue un mode de production qui trouve son originalité dans le recours à des pratiques culturales et d élevage respectueuses des équilibres naturels. Ainsi, elle exclut l usage des produits chimiques de synthèse, des OGM et limite l emploi d intrants. Elle s attache au recyclage des matières organiques, à la rotation des cultures et à la lutte biologique. L élevage, de type extensif, fait appel aux médecines douces et respecte le bienêtre des animaux. Tout au long de la filière, les opérateurs de l agriculture biologique respectent un cahier des charges rigoureux qui privilégie les procédés respectueux des écosystèmes et non polluants. B Améliorer sans dénaturer Lorsque vous achetez des tomates, quels sont vos critères de choix? Chaque variété des plantes cultivées possède des caractéristiques agronomiques que l Homme peut répertorier. Ces caractères sont l expression d un programme génétique propre à la variété, qui s exprime dans un environnement donné. Une plante possède rarement tous les critères attendus par l Homme. Celui-ci a alors conçu l idée d améliorer les plantes qu il cultive par une méthode dite de «sélection», mise au point vers

20 Activité 3 Document 5 La sélection génétique : l obtention d hybrides de première génération performants Capacité : Raisonner, communiquer Sélection de variétés de tomates Dans une région au climat propice, on cultive deux variétés de tomates : l une «A», à gros fruits ; l autre «B», à petits fruits. Les plants de la catégorie «A» se sont révélés sensibles à un champignon parasite : le Fusarium, qui entraîne une baisse importante de production. En revanche, les plants de la variété «B» sont résistants à ce champignon. On demande à des agronomes de créer une nouvelle variété de plants de tomate donnant de gros fruits et résistants au Fusarium. Ils réalisent une série de croisements entre les deux variétés de plants de tomates «A» et «B». Ces «parents» sont de lignées pures. À la première génération (F1), ils obtiennent des plants de tomates résistants au Fusarium et qui produisent des gros fruits. Questions 1 Faire des recherches pour comprendre ce que signifie «être de lignée pure» ou «homozygote» en génétique? 2 On précise que les deux caractères étudiés sont sous la dépendance d un seul gène chacun. On étudie donc la transmission de deux gènes. Quelles ont les informations génétiques que possèdent les «parents», concernant ces deux gènes? 2 En utilisant vos connaissances de collège en génétique, dites quels sont les types de gamètes différents que produiront les parents. Construire un tableau de rencontre des gamètes sur le modèle suivant, puis en déduire quelle information génétique les hybrides de première génération possèdent. Gamète parents Parent B : Parent A : Hybride F1 : à retenir On sélectionne les variétés animales et végétales avec les méthodes d hybridation. Pour cela, il faut connaître l information génétique des parents dont les caractéristiques sont intéressantes pour le consommateur. On effectue ensuite des croisements. Les hybrides de première génération obtenus à partir de parents de lignée pure bénéficient parfois des caractères héréditaires intéressants des deux parents (il existe des cas beaucoup plus complexes). De plus, ces hybrides de F1 présentent un gain supplémentaire de vigueur et de résistance, c est ce que l on appelle l hétérosis ou «vigueur hybride». 21