Chapitre 11 : la production agricole végétale et animale L approvisionnement de l humanité en nourriture constitue un enjeu planétaire majeur pour le 21 ème siècle. Depuis les années 1950, la modernisation de l agriculture a permis d accroitre la production alimentaire, mais cela n est pas sans conséquence sur l environnement et la santé. Ce système d augmentation des rendements semble atteindre ses limites, de plus, il ne garantira pas la durabilité des ressources. Problèmes : Comment nourrir une population toujours plus importante? Quelles sont les conséquences sur l environnement d une production à haut rendement? Quelles solutions pour aboutir à une agriculture durable? L étude des caractéristiques des écosystèmes permet de mieux évaluer l impact sur l environnement des activités humaines comme, par exemple, les activités agricoles. 1. Comparaison écosystème agrosystème. A. Les flux de matière et d énergie dans un écosystème TP 1 : comparaison bilan de matière dans un écosystème et un agrosystème Conséquence environnementale : marée verte Un écosystème est l association d un milieu présentant des caractéristiques physico chimiques précises : le biotope et des êtres vivants qui le peuplent : la biocénose. Un écosystème se caractérise par une forte biodiversité et des interactions complexes entre les espèces ainsi qu entre les espèces et leur biotope. Dans quasiment tous les écosystèmes, les êtres vivants à la base de chaque chaîne alimentaire sont des végétaux chlorophylliens ; le premier niveau trophique est donc constitué d organismes autotrophes, c est à dire capables de produire leur matière organique à partir de matières exclusivement minérales en utilisant l énergie lumineuse grâce à la photosynthèse. On qualifie ces organismes de photo autotrophes. Dans un réseau trophique, ces organismes constituent les producteurs primaires. Les plantes vertes en milieu terrestre et le phytoplancton en milieu marin sont les principaux producteurs primaires. Les autres niveaux trophiques sont occupés par des êtres vivants consommant de la matière organique pour produire leur propre matière organique (ils transforment la matière organique synthétisée par les autotrophes) : ce sont des organismes hétérotrophes. Ils sont représentés par : les animaux consommant la matière organique produite par les producteurs primaires : ils sont phytophages (herbivores) et constituent les consommateurs primaires ; les organismes zoophages (carnivores) qui constituent les consommateurs secondaires (il peut y avoir plusieurs niveaux d animaux zoophages) ; les organismes consommant la matière organique morte : les décomposeurs. Ils assurent le recyclage de la matière organique en matière minérale ce qui permet de fournir aux autotrophes (végétaux) les éléments minéraux dont ils ont besoin. Il existe donc un cycle de la matière. La matière organique fabriquée contient de l énergie sous forme de molécules organiques (glucide, protide, lipide), or le passage de la matière organique d un niveau trophique à un autre se fait avec des pertes considérables d énergie. En effet, une partie de la matière organique ingérée n est pas assimilée et une partie est perdue par respiration. On estime que pour fabriquer 1 kg de carnivore de 1 er niveau, il faut environ 10 kg d herbivores qui eux mêmes ont nécessité 100 kg de végétaux pour se former. D un point de vue de l énergie, les interactions entre les êtres vivants de l écosystème sont décrites par une pyramide de productivité qui décroit au fur et à mesure que l on s élève dans les niveaux trophiques supérieurs. Document : pyramide des productivités d un écosystème. A projeter : Document : le devenir de l énergie dans une forêt
B. L agrosystème : un détournement d une partie de la production végétale pour l Homme Document : comparaison bilan agrosystème / écosystème Un agrosystème est un écosystème modifié par l homme pour subvenir à ses besoins. Il est artificiellement en équilibre. En effet, l installation d un agrosystème nécessite l intervention de l Homme aussi bien sur : Le biotope : modification du sol par labourage, apport d eau par irrigation. La biocénose : élimination de la végétation naturelle par déforestation ou désherbage mécanique ou chimique, élimination de la faune par l utilisation de produits phytosanitaires : pesticides, herbicides et fongicides. (intrants) L ensemble de ces pratiques vise à augmenter la production des organes végétaux que l on souhaite récolter. Les plantes sélectionnées ont une productivité remarquable (de plus en plus modifiées génétiquement). Celles ci nécessitent un prélèvement important de minéraux dans le sol. Or ceux ci, après être devenue des constituants de la plante, sont exportés en dehors du système pour fournir des produits, notamment alimentaires à l humanité. La restitution naturelle de ces éléments dans le sol est donc très faible ce qui entraîne son appauvrissement. Pour compenser ces pertes et pour éviter un épuisement du sol (entrainant un risque de diminution des rendements), l homme doit maintenir artificiellement la richesse du sol en éléments nutritifs par l apport d engrais (intrants). Ils peuvent être d origine organique (fumiers, lisiers) ou minérale (azote, phosphore et potasse) 2. Les conséquences de l utilisation des intrants sur l environnement et la santé. A. Les conséquences de l apport d engrais sur l environnement et la santé. Les engrais sont le plus souvent apportés sans chercher à adapter leur nature et leur dose aux besoins réels de la culture. Ainsi, le plus souvent, ils ne sont pas utilisés en totalité par les plantes en croissance. Les produits phytosanitaires ainsi que les nitrates issus des engrais peuvent alors être entraînés vers les eaux superficielles (rivières, lacs ) ou vers les nappes d eau souterraines. Les nitrates en excès, par exemple, entraîne la prolifération des végétaux aquatique qui en se décomposant utilise le dioxygène de l eau ce qui provoque la mort des animaux. C est le phénomène d eutrophisation. Ajuster les apports aux besoins, ne pas laisser le sol nu durant la période d interculture permet de limiter la perte d éléments minéraux par lessivage et ruissellement. B. Les conséquences de l utilisation des pesticides sur la santé Etude du document bioconcentration des pesticides le long d une chaine alimentaire L usage des pesticides s est considérablement accru au cours de la seconde partie du 20 ème siècle. La prise de conscience croissante des risques qu ils peuvent générer pour l environnement, voire pour la santé de l Homme conduit à l élaboration de nouvelles stratégies. Exemple : phénomène de bioaccumulation des pesticides le long de la chaine alimentaire. Les polluants se transmettent d un niveau à l autre dans les réseaux trophiques, or comme il faut en moyenne 10 kg de matière d un niveau trophique pour produire 1 kg du niveau suivant, le 1 kg fabriqué contient tous les résidus de pesticides présent dans 10 kg de sa nourriture. Il y a donc augmentation de la concentration en pesticides présents dans les tissus de l organisme, or ces derniers sont d une grande toxicité et provoquent des cancers, des dérèglements hormonaux, nerveux etc. Le plan Ecophyto 2018 qui a pour objectif de diminuer de 50 % l usage des pesticides d ici 2018 implique de raisonner l emploi des pesticides: réduction de la fréquence des traitements, réduction des doses appliquées, prévention des risques de résistance (exemple de résistance des moustiques en Languedoc Roussillon). Cette mise en œuvre suppose d être en mesure d évaluer de façon précise et objective les risques encourus par une culture donnée.
3. Des pratiques agricoles pour une agriculture durable Document pratique agricole pour une agriculture durable Pour l'afnor (Association française de normalisation) en 2012, un état est dit «durable» si «les composantes de l'écosystème (biotope et biocénose) et leurs fonctions sont préservées pour les générations présentes et futures». Il s agit donc d un principe de responsabilité vis à vis de l humanité de demain. Actuellement, l agriculture intensive ne répond pas aux critères du développement durable, pourtant des solutions existent pour assurer une gestion durable de l environnement sans renoncer aux rendements, ainsi, la suppression du labour et l utilisation d engrais verts permettent d améliorer à long terme la fertilité des sols. L agroforestie consiste à cultiver ensemble des arbres et des plantes annuelles comme les céréales. Le rendement global est souvent supérieur à celui d une monoculture et l usage d intrants chimique est limité D autres solutions permettent de réduire l impact des intrants sur l environnement et la santé : La rotation des cultures contribue à la lutte contre les adventices (diminution de l utilisation des herbicides), à la fixation de l azote atmosphérique et à l amélioration de l activité biologique du sol (diminution de l utilisation d engrais). La lutte biologique : utilisation des prédateurs naturels des ravageurs. L agriculture de précision : apport d azote «à la demande» La biodiversité naturelle : utilisation des haies et bandes enherbées qui abritent des prédateurs naturels des ravageurs tout en filtrant les nitrates et les produits phytosanitaires. 4. La production animale La consommation moyenne de viande par personne et par an en France est de 96,5 kg. A titre de comparaison, cette consommation atteint 4kg par personne et par an en Inde. Dans les pays d Europe du nord, sur les 3800 kilocalories consommés quotidiennement, 1200 sont d origine animale alors qu en Afrique subsaharienne, la contribution des calories animales à la ration alimentaire (2200 kilocalories) est de 135 kilocalories. Quels sont les impacts écologiques d une alimentation à base de viande? A. Les flux d énergie dans un agrosystème animale Document : pyramide des énergies alimentation en blé ou en bœuf 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 chaine est courte, moins il y a de pertes. En privilégiant une alimentation végétale, l Homme réduit les pertes de matière et d énergie et peut donc nourrir davantage d humains. B. L impact d une alimentation riche en viande à l échelle de la planète Livre page 214 documents 1 et 3 : questions sur doc 3 La production de viande par l élevage nécessite la production de végétaux pour nourrir les animaux. Cela a deux conséquences : Le rendement énergétique de l élevage est réduit. L élevage consomme une surface agricole très supérieure à celle de la production végétale. La production de viande par l élevage intensif a des impacts environnementaux qui se surajoutent à ceux de la production végétale : émissions de gaz à effet de serre, déforestation, problème de gestion des déjections, pollutions etc. Bilan : Le coût énergétique et les conséquences environnementales de l agriculture posent le problème des pratiques utilisées. Le choix des techniques culturales vise à concilier production et gestion durable de l environnement. Cette gestion est d autant plus importante dans le cas d une production animale car consommer de la viande n as pas le même impact écologique que consommer des végétaux. Visionnage du film : solutions locales pour désordre global
Au cours du 20 ème siècle, la population mondiale a été multipliée par 4. Elle devrait continuer à s accroitre pour atteindre les 9 milliards en 2050. Néanmoins cette croissance se produit surtout dans les pays pauvres et s accompagne d une sous nutrition et d une malnutrition. Problème : comment nourrir 9 milliards d humains en 2050 tout en préservant les ressources naturelles? 5. Nourrir l humanité de manière durable. A. Les limites physiques de la planète Ressources en eau et en sol TP 2 : Google Earth : eau, surface cultivable, dégradation sol et pratiques alimentaires Présentation orale 1. Les surfaces cultivables sont limitées. Toute la superficie émergée n est pas cultivable. En effet certains sols sont trop humides ou trop pauvres, d autres présentent une pente trop forte sans oublier les sols sous climat sec ou trop froid impropres à la culture. Cela constitue une véritable limite physique. Par ailleurs, la surface cultivable n est qu un indicateur car un hectare ne produit pas la même quantité de matière en France ou en Afrique subsaharienne. Aujourd hui, 1,5 milliard d hectares sont cultivés. Quelle quantité de terre peut être encore être mise en culture? La question fait débat et les scénarios esquissés varient avec les méthodes de calcul utilisés. Si l Amérique du sud et l Afrique possèdent un fort potentiel, il est également nécessaire de prendre en compte certains paramètres: fragilité écologique des terres considérées comme disponibles, impact écologique d une déforestation massive, faible fertilité de certains sols 2. Des sols dégradés. Les pratiques agricoles peuvent avoir des conséquences préjudiciables sur la qualité des sols, ainsi le surpâturage, la déforestation sont à l origine d une érosion importante. En effet, un sol nu ou possédant un couvert végétal faible sera fortement érodé par le ruissellement des eaux ou par le vent. Dans ce cas, il perd de nombreux éléments minéraux (humus cf. seconde). Il existe cependant des pratiques : semis sous couvert végétale, agroforestie qui se développent (particulièrement dans les pays du sud) et qui constitue une réponse efficace à la gestion durable des ressources en préservant les sols et en limitant l apport d intrants. 3. Les ressources en eau. L agriculture pluviale n est possible que dans les pays ou les précipitations sont suffisamment abondantes. Par ailleurs, l eau doit également être disponible au moment où le végétal en a besoin pour sa croissance. L irrigation s est développée au cours des 40 dernières années dans certains pays (en Asie particulièrement) ce qui a permis d accroitre de manière importante la production végétale et de sécuriser les rendements. Dans les pays en développement, les terres irriguées représentent 20% des terres cultivées ; ces 20 % de terres irrigués assurant cependant 60 % de la production totale de céréales. L irrigation pose cependant un certain nombre de problèmes (salinisation des sols, baisse des nappes phréatiques ) Dans les prochaines années, les besoins alimentaires augmenteront ce qui impliquera davantage de surface irriguées. B. L impact des pratiques alimentaires La répétition de choix alimentaires individuels à l échelle d une population peut avoir des conséquences environnementales globales, ainsi : Consommer des aliments cultivés localement limite la consommation d énergie fossile et la production de CO 2 liées au transport Une réduction de la consommation de viande permet de diminuer la surface de cultures végétales consacrées à l alimentation animale et d augmenter ainsi la production végétale destinée à l Homme.
Bilan : Après 50 ans d une logique intensive privilégiant des objectifs de production, on mesure aujourd hui l impact négatif sur l environnement voire sur la santé humaine posé par l utilisation massive d engrais et pesticides notamment. A cette agriculture intensive doit succéder une agriculture qui permette de concilier les logiques environnementales et les exigences de rendement afin de satisfaire les besoins alimentaires tout en étant viable d un point de vue économique. Un défi technique qui implique une modification des pratiques culturales et une volonté collective pour y parvenir. Les prévisions indiquent qu il semble possible de nourrir 9 milliards d humains en 2050. Cependant, l inégale répartition géographique de la production alimentaire et les conséquences de la dégradation de l environnement resteront des problèmes à résoudre.