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« Bug » de l’éco-industrie : bioéthanol versus tortillas ?

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D’après article source : Lester Brown, Earth Policy Institute , 21 mars 2007

     La réaffectation de la production céréalière américaine vers les biocarburants tire vers le haut les prix mondiaux de la nourriture. Les prix du maïs ont doublé l’an dernier. Les contrats à terme sur le blé sont échangés à leur cours le plus haut depuis dix ans. Le prix du riz est en hausse. La hausse du prix des céréales implique nécessairement un renchérissement de la nourriture (+60% sur les tortillas mexicaines). Un peu partout dans le monde, le prix de la nourriture est en croissance.

D’après le Département de l’agriculture américain, aux USA :

  • prix de gros du poulet en hausse de 10% sur 2007 par rapport à 2006 ;
  • prix de la douzaine d’œufs en hausse de 21%;
  • prix du litre de lait en hausse de 14%;

En Chine :

  • prix du porc en hausse de 20% sur 2007 par rapport à 2006 ;
  • prix de la douzaine d’œufs en hausse de 16%;

En Inde:

  • prix du blé en hausse de 11%;

     Dans le passé la hausse des prix agricoles était toujours temporaire, largement liée aux conditions climatiques affectant les cultures. Or cette situation est aujourd’hui différente comme de plus en plus de distilleries d’éthanol affectées à la production de biocarburant sont construites pour palier à la raréfaction de la ressource pétrolière.

Face à la flambée des prix du pétrole, les USA se sont lancés avec une certaine frénésie dans la production de biocarburant à base de maïs, céréale dont ils sont l’un des plus gros producteurs et exportateurs mondiaux. En conséquence, la spéculation sur la céréale s’intensifie dangereusement, les prix flambent et il est à craindre que, très vite, la quantité de maïs disponible pour l’alimentation humaine et animale ne diminue dramatiquement par rapport à celle consacrée à la production d’éthanol à des fins de carburant. En conséquence les prix mondiaux commencent à monter vers des valeurs équivalent-pétrole, dans ce qui nous apparaît comme le début d’une hausse structurelle des prix agricoles sur le long terme.

Un rapport officiel américain estime que la filière éthanol aura besoin d’environ 139 millions de tonnes de maïs d’ici à la récolte de 2008. Or le ministère de l’Agriculture ne prévoyant qu’une production de 60 millions de tonnes, il faudra donc trouver 79 millions de tonnes nécessaires ailleurs. Au moindre coût, donc en priorité au Mexique.

Corn Use for Ethanol 1980-2006 with Projection to 2008 by Earth Policy Institute

     Vers 2008, presque un tiers de la récolte de céréale américaine ira vers la filière de production d’éthanol. Réduisant ainsi les quantités disponibles en interne comme les surplus à l’export. Le grenier à céréale mondial deviendra ainsi assez rapidement la citerne d’essence américaine. A moins que Washington ne réduise les quantités de céréales utilisées comme biocarburant, celui-ci devra faire face, non seulement au mécontentement des consommateurs américains, et à une instabilité politique et économique dangereusement accrue dans les pays à faibles revenus (Mexique) et/ou largement dépendant de leurs importations agricoles (les pays à fort stress hydrique d’Afrique et du Moyen-Orient).

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     Or un chaos sur le marché mondial des céréales est tout à fait inutile quand on sait qu’augmenter l’efficacité de la consommation automobile de 20%  réduirait la consommation de carburant d’un montant identique à celui obtenu en convertissant l’intégralité de la récolte américaine en éthanol. De plus, d’après les journalistes du Chicago Sun-Times ayant mené une enquête sur la filière éthanol de maïs, celle-ci est en réalité, « très cher et inutile », et qu’en aucun cas il ne sera possible que ce biocarburant permette aux USA d’accéder à l’indépendance énergétique: « même si tout le maïs produit aux Etats-Unis en 2007 était réservé à la production d’éthanol, la consommation de pétrole ne baisserait que de 12 % ».

Voir l’article éthanol contre tortillas : les Mexicains crient famine

***

Complément et/ou correction d’information d’après topic du forum effets de terre, traduction d’un article de La Jornada de Mexico.

 » Mexico is the fourth largest corn producer in the world. Last hear, it harvested 22 million tons, mostly – although not exclusively – white conn. The volume is much lower than the United States: 280 million tons in 2005, though most is yellow corn. That county controls 70% of the world market. One difference between the other major producers and Mexico, which is important in Latin America, is that Mexican corn is grown for human consumption. We are a culture born from corn. 
The fall of Mexican corn
For decades Conasupo ( Compañía Nacional de Subsistencias Populares ) played a fundamental role in regulating the national market, stockpiling, importing and distributing grain. As a result of signing the North American Free Trade Agreement (NAFTA), the program was terminated.
Between 1994 and 1998, Conasupo was the seller of last resort. In 1998, Eresto Zedillo said that the major corporate sellers (Maseca, connected with ADM; MINSA, associated with Corn Products International, Arancia and Cargill, and merged with Continental) were in charge of the national market. The former state monopoly,which despite corruption functioned reasonably well, was transferred to private monopolies which had the objective of making rapid returns on their investments.
Dismantling Conasupo was an essential step in privatizing the corn and tortilla market. Other government measures were freeing the price of tortillas in 1999 and closing down Fidelist, a a subsidy program which provided food for 1.2 million families in poor urban areas. c
Another major change in production was to modify the form in which corn was processed. For many years, tortillas were made though a process of nixtamalization [mixing "cal" - limestone, which frees essential amino acids in the corn - in with the grain] which was an key process in milling producing tortillas. This started to change during Carlos Salinas de Gortari’s administration (1988-1994), when tortillas made with processed wheat flour were substituted for nixtamal.
Changing the method of production provoked a strong conflict between the economic actors involved, and was known as « the tortilla war. » Legal battles drastically reduced the importance of the mill and tortilleria owners. In 2003, 49% of tortillas were produced by the major industrial producer. Grupo Maseca had control of 70% of this market. An alliance of the major producers has, in the last five years, grown their market share significantly.
From a national to international price
Commercial producers in Mexico were simultaneously storing local grain and importing it. My controlling inventory, they could demand that prices be lowered or raised according to their needs. They acquired a substantial part of the spring and fall Sinaloa harvest (by far the most important in the Republic, accounting for almost 10 tons in the last spring and fall cycle) at a price of $350 pesos ($30 US Dollars) per ton per ton. They could already count on having nearly a million tons of corn, enough on hand to get into speculation, hold back supplies to articificially raise the prise. Those same ten tons from Sinaloa, sold for 3,500 pesos a ton (US$320) in Mexico City: 2,150 pesos (US$197) over what was paid.
True, the price of corn in the world market had risen in recent months, as a result of the use of corn for distillng ethanol But those increases had no relation to the price of corn in Mexico. On the Chicago Mercantile Exchange, bids reached almost US$ 144 a ton, but this is less than half the price corn was sold for in Mexcico City.
The costs of diesel, gasoline and electricity, the overhead costs for transport and processing, rose during the last months of the Vicente Fox administration. This affected the consumer price of tortillas, but overhead only accounts for 30% of the cost of production.
There was absolutely no justification for the jump in the price of tortillas. Neither rising energy costs, nor the jump in prices on the international market justified the consumer price. The central problem was speculation by the elevator owners.
Speculation is the favored market model of those that believe in fully bringing in the NAFTA regulations, dismantling the state development agencies and businesses though savage privatization. The result is a clearly inefficient market, for all intents and purposes, a speculative monopoly. Thanks to politicians like Luis Téllez y Santiago Levy, the Mexican government has cut off its hands when it comes to intervening to create order in the market.
Cargill can’t lose in México
When the price of tortillas goes sky-high, the multinational Carill wins. IF they import corn from the United States, they benefit. If, on the other hand, they export to other countries, they receive subsidies. When they seek approval for the use and explotation of grain terminals in ports, they maintain their profit margin.
Cargill, a 140 year old company, is the second largest privat ecompany in the world, and has 149,000 employees in 72 countries. Fortune magazine lists it as the 20th most important company on the planet. It buys, processes and distributes grain and other agricultural products, describing itself in its literature as: « the flour in your bread, the wheat in your noodles, the salt in your la harina en su pan, el trigo en sus tallarines, la flavor in your food. We are the corn in your tortillas, the chocolate in your dessert, the additives in your gasoline. We are the oil in your salad dressing, and the meat, pork or chicken you have at dinner. We are the cotton in your clothes, the stuffing in your sofa and the fertilizer in your field. »
The multinational has had a presence in Mexico for more than 80 years, beginning with forestry operations in the Northeast. In 1972 it opened it’s first office in the country with six employees. When NAFTA came in and after Conasupo ceased operations, there was a huge gap in the Mexican market, which the international giant was poised to fill. It’s presence in Mexican agriculture is overwhelming.
Under NAFTA, corn imports from the United States were subject to yearly caps, with imports over the yearly amount subject to tariffs. However, the Mexican government unilaterally eliminated this protection, permitting any amount of grain to come in without penalties. Between 1994 and 2001, the import quota rose to nearly 13 million tons. The two major agricultural corporations, Cargill and ADM sold most of the U.S. corn sold in Mexico, and benefited enormously from the end of tariffs. In addition, they also benefited from the indirect subsidy they received from Washington in the form of export credits.
Recources under the export credit program were for shareholder costs, storage, handling, transport and cabotage * for transporting Sinaloa grain, as permitted under the regulations of the time, were generous to Cargill. When, as it happened in 2006, the multinational exported hundreds of thousands of tons of grain to other countries, it received export subsidies from the government.
Commercial white corn producers in this country receive what is called an « objective price ». For most of the internatinonal market, the « indifferent price » is used, calculated on the international market by reference to the costs of storage and transport from grain elevators in New Orleans to the ultimate Mexican consumer. The difference between the « objective » and « indifferent » p[rice can fluctuate between 450 and 500 pesos (US$ 40-45) per ton, which is paid by the government, and not by the commercial enterprise, which only receives the « indifferent » price. Cargill, as one of the most important grain elevator operators, receives an important indirect subsidy this way.
En 2002 the Comisión Federal de Competencia [Mexican equivalent of the Federal Trade Commission] authorized Cargill to develop, use and exploit a private port in Guaymas, Sonora, together with Grupo Contri, whose main activity is buying, storing and selling other grains – mostly wheat, corn and sorghum. The giant company also controls the principal grain port in Veracruz.
Cargill was little known of in Mexico until in 2001 Congress approved a special tax on the production and importation of fructose, a corn-based sweetener. The multinational imports around 385,000 tons annually. The affair was a disaster in international commercial courts. Mexico lost their case for the tax.
Cargill is considered responsible for the rise in tortilla prices, having bought and stored 600,000 tones of Sinoloa corn for 650 pesos a ton (US$60) which it turned around months later at 3,500 pesos per ton (US$320). The response was to lift import caps on cereal grains, which is supposed to lower prices and bring benefits. Lorenzo Mejía, president of the Unión Nacional de Industriales de Molinos y Tortillerías (Milling and Tortilla Industrial Union) says, « the millers cannot import grain and use Cargill’s services:
The company has rejected the indignant wave of accusations it has faced. It denies being « the corn in your tortillas » – as it says in its consumer brochures – and, in a press release, claimed, like consumers, masa-produers and tortilla vendors, to be worried by the high price of corn. Cargill blames the price rise on the free market and tells the Mexican public that the rise is due to purchasing by pork producers.
La quiebra de un modelo
The rise in the price of tortillas has demonstrated the weakness of the Mexican state against the monopolies. They control the marketing and production of corn, and can set off a round of inflation without impunity. The Executive has no arms to fight this war.
The federal government’s response to the rise has been pathetic. It closed a few tortillerías, and made a media show of the offensive against abuse and blamed the vendors. It announced no measures to control the price of production, or to alter the basic rules. While the producers approve of the government’s response, claiming they are not responsible for the price jump.
The President has announced that it will allow white corn to be imported without tariffs. But those acquiring the cereal are the same ones responsible for the price increases, and who already control the inventory. And these imports are a blow to Mexican farmers, worried about the country being flooded with bad quality grain, likely to contaminate their seed with transgenetic varieties or seed infected with aflatoxina.
Of course, the Calderón administration has buried the information on the speculators. ASERCA 1 has a detailed report detailed. The present system, in which the federal government subsidizes commercial storage and sale of corn, requires accurate reporting and the ability to control reserves. In spite of this, we only hear of the governments inability to inject itself into the market. The President is not interested in the crisis, except that it gives his government a opening to project legitimacy to the poor. Or, to appear decisive if he steps in to control inflation.
Since the start of NAFTA in January 1994, tortilla prices have risen by 738%. The result has been less consumption, of worse quality.
Mexican food supply now depends much more on the United States. Native seeds have been infected with imported transgenetic varieties. Rural migration has left many rural communites deserted except for the old, woman and children. A substantial part of the cereal production region is at risk, or could be turned to other crops. These other crops will also face a price drop as corn fields are converted to more profitable harvests.
Today we are living through a new tortilla war, different than that in the 90s when different businesses faced off. Now, it is the big argo-businesses against the poor. In this war, the government of Felipe Calderón has clearly sided with the monopolies who helped him gain the Presidency
.  »

 

Notions de phytosociologie : la sociologie des plantes

Notions de phytosociologie : la sociologie des plantes dans -> NOTIONS D'ECOLOGIE image00120

     La phytosociologie est une branche de l’écologie et de la botanique qui étudie la manière dont les plantes s’associent dans l’espace et dans le temps pour composer différentes colonies de végétation. Autrement dit, c’est l’étude descriptive et causale des associations végétales. La notion d’association végétale ne doit pas être confondue avec celle de formation végétale (forêt, lande, prairie, etc.), qui ne tient pas compte de la composition et des associations spécifiques des groupements.

Sauf exceptions, les végétaux, organismes « individuellement » ouverts, sont toujours associées avec d’autres espèces végétales et animales, selon trois niveaux:

  • un niveau dit statique, réunissant les paramètres abiotiques du milieu (climat, sol).

  • un niveau d’interactions, qui tient compte des nombreuses relations interspécifiques (concurrence, symbiose, mutualisme entre différentes espèces..) et formant une association particulière: chaînes trophique, interactions biotiques ou abiotiques.

  • un niveau dit de succession, où les groupements passent par des stades différents pour tendre vers ce qu’on appellera un climax. Ce terme désignant l’ensemble sol-végétation caractérisant un milieu donné et parvenu, en l’absence de perturbations extérieures, à un état « stable » d’évolution.

C’est ce dernier niveau de succession qui nous intéressera dans la suite de cet article.

      Dans l’espace, la succession dynamique des différents stades de peuplement tend vers l’institution d’un équilibre populations-milieu qui modifie l’occupation de l’espace : densification des populations, structuration verticale et horizontal, augmentation des relations entre des espèces de plus en plus variées…

      Dans le temps, la succession végétale ou colonisation est le processus naturel par lequel un groupe de plantes d’une même station[1] y remplace progressivement un autre. Au début d’une succession végétale, les plantes sont en général des lichens et des mousses, suivis par des herbes, puis des arbustes et enfin des arbres. Une succession végétale est donc une séquence, une série dynamique de communautés qui sur un même complexe climat-sol, préparent le terrain à une autre communauté plus complexe, jusqu’au stade théorique ultime qu’est le climax.

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Processus de colonisation à petite échelle

D’après extraits et sources du centre de ressource pédagogiques en biologie végétale

       A partir d’eau, du carbone et de l’azote contenus dans l’air, la roche nue va donc être progressivement colonisée par différentes associations (séries dynamiques) de végétations.

     Le premier stade de la colonisation est effectué par les végétaux dits « pionniers ». Ainsi des lichens, puis mousses diverses viennent occuper les espaces libres (roche nues, flaque d’eau…). En l’absence de matière organique accessible dans le sol, ces végétaux sont les seuls capables de se développer dans un milieu strictement minéral (autotrophie). C’est notamment le cas des lichens à algues bleues, autotrophes pour le carbone et l’azote.

Comme ces végétaux de structure très simple ne sont pas capables d’une grande adaptation, leur « moment » sur la séquence correspond au temps de la faible compétition, soit à un espace caractérisé par des variations dures et brutales du milieu. C’est l’activité même de ces organismes qui en modifiant le biotope (humidité, brise-vent, création d’humus, compétition intraspécifique…) va alors favoriser l’arrivée de nouvelles espèces plus adaptées et compétitives. C’est donc en se développant que ces pionniers marquent la fin de leur « moment ». Cependant, leur destinée étant de disparaître de la station plus ou moins rapidement, ceux-ci sont programmés pour employer leur énergie à préparer ce départ : appareil végétatif très réduit, toute leur stratégie étant orientée vers la reproduction.

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     Le deuxième stade de colonisation est assuré par les végétaux dits « pionniers intermédiaires ». Tout comme les précédents, ils sont aussi destinés à disparaître une fois leur travail accompli. Celui-ci consiste en une densification et une meilleure structuration de l’occupation de l’espace  (structuration aérienne et terrestre). Apparaît alors à ce stade une plus grande diversité des espèces et donc des associations et interactions possibles (inter et intraspécifique).

Cette complexité croissante du milieu nécessite alors un peu plus d’énergie de l’appareil végétatif, lequel est à présent bien plus développé. Ainsi la vie est plus longue, la reproduction plus tardive et moins importante.Cependant il s’agit d’associations d’espèces encore instables, héliophiles (soleil) et sciaphiles (ombre). A ce stade la production brute est forte, la dépense d’énergie étant faible. La biomasse augmente rapidement, la productivité est importante.

     Le dernier satde, ou stade « climacique » est une association dense d’espèces qui toutes se maintiennent dans un milieu maintenant surpeuplé et donc soumis à une compétition très forte. En réponse, la végétation est très structurée, chaque espèce possède une niche écologique étroite. Les interrelations sont fondamentales et aboutissent à une coopération importante et des réseaux trophiques complexes. La biomasse individuelle est importante, la longévité aussi, la reproduction est faible et tardive. Les individus orientent donc leur métabolisme vers la survie et les populations fluctuent selon une stratégie de compétition.

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     Un exemple bien connu de série dynamique est celle menant au stade climacique de la forêt de chêne vert sur les sols calcaire de Provence. Dans le processus de colonisation il existe les différents stades d’espèces pionnières qui vont « préparer le terrain » pour l’arrivée de la forêt de chêne vert sur sa niche écologique. Les premières associations végétales vont construire le sol (travail de la roche, formation d’humus…), c’est le cas des diverses pelouses, des landes (garrigue ouvertes à ciste, romarin, ajonc). Les suivantes, comme le Pin d’Alep, permettrons de protéger la croissance (ombre, guide de croissance) des jeunes chênes vert. Voir plus

Conséquences en termes agricoles

     Les cultures de base choisies par l’homme sont majoritairement des végétaux appartenant à des stades pionniers intermédiaires. Ces espèces sont donc très productives à ce stade du fait de la rapidité de la croissance et du renouvellement des individus. Ainsi, afin de satisfaire à des besoins alimentaires importants et immédiats, l’agriculture requière des écosystèmes jeunes ou tout du moins continuellement rajeunis (déboisement, défrichement, pâturages, cultures sur brûlis, labourage…)

Or une caractéristique des écosystèmes jeunes réside dans leur recherche de stabilité, notamment par l’augmentation de la diversité et de la biomasse, d’où la production des « mauvaises » herbes. Parallèlement, leur forte production provoque le développement des consommateurs (parasites, rongeurs, insectes…)

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     Pour éviter que ces diverses compétitions ne grèvent les rendements, le travail agricole consiste précisément à s’opposer à cette « logique » naturelle, cela à travers des apports exogènes en eau, engrais minéraux ou organiques, pesticides, énergie…Cependant, dans les écosystèmes jeunes, les cycles sont encore ouverts et les végétaux ne retiennent pas l’ensemble de ces apports au milieu. Dès lors les surplus s’infiltrent dans les sols, l’eau ou passe dans l’atmosphère. Les intrants deviennent alors des polluants, à différent degré selon leur quantité ou leur qualité. L’agriculture moderne productive est donc excessive par essence. Il conviendrait donc de réduire les surplus tout en laissant une place plus importante aux mécanismes de régulation naturels (recyclage, diversité…)

Processus de colonisation à grande échelle

D’après extraits et sources Laboratoire de Chrono-Ecologie, Université de Franche-Comté, CNRS

     A grande échelle, on appelle écozone ou biome, l’ensemble des écosystèmes caractéristiques d’une aire biogéographique. Le biome est donc l’expression des conditions écologiques à une échelle régionale ou continentale. En d’autres termes, l’expression des conditions physiques (nature du sol, topographie…) et climatiques (température et précipitation moyenne), induisant les conditions écologiques auxquelles va répondre une biocénose adaptée : des producteurs primaires, les végétaux autotrophes capables de transformer l’énergie solaire en énergie chimique, des consommateurs que sont les animaux, des décomposeurs ou recycleurs, champignons et micro-organismes hétérotrophes.

Les grandes formations climaciques de ces biomes sont des forêts, sauf dans les régions désertiques, arctiques ou de hautes montagnes.

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Dans les régions tempérées et froides

  • les forêts de conifères des régions boréales : la taïga

Localisation : 31% des forêts du globe réparti entre le Canada et dans le nord de l’Eurasie.
Climat : 4 mois T°m > 10°C, 6 mois T°m < 0°C, enneigement de 160 à 200 jours par an.
Essences végétales : arbres adaptés au froid : conifères (pin, sapin, épicéa, mélèze) et quelques feuillus (aulne, bouleau et le saule).
Production végétale : décomposition lente, croissance et productivité primaire faible. Biomasse de 100 à 300 t/ha du nord au sud, productivité primaire en moyenne de 800 g/m2/an.

  • les forêts décidues des régions tempérées

Localisation : Europe tempérée, Chine septentrionale et centrale, continent nord américain jusqu’à la latitude du Saint Laurent.
Climat : Tempéré.
Essences végétales : arbres à feuilles caduques, chêne 34%, hêtre 15%, châtaignier, charme 8%, tilleul, érable et conifères tels que le pin maritime 12%, pin sylvestre 7%, sapin 7%, épicéa 3%.
Production végétale: la productivité primaire est d’environ 1200 g/m2/an et la biomasse de 240 à 320 t/ha.

  • les forêts sempervirentes des régions méditerranéennes

Localisation : bassin méditerranéen, régions de Californie, Afrique du sud et Australie.
Climat : T°m 15 à 20°C, étés secs et chauds, hivers doux et humides à gelées exceptionnelles.
Essences végétales : la végétation méditerranéenne primitive a été presque partout détruite par le feu particulièrement et remplacée par des stades de dégradation du maquis et de la garrigue (cistes, romarin, lavande, végétation sclérophylle et pyrophyte …) accompagnés de conifères (pin d’Alep et pin maritime).
Production végétale: Productivité primaire de 1300 g/m2/an et biomasse entre 250 et 350 t/ha.

  • les formations herbacées naturelles : prairies et steppes

Localisation : 24% de la surface de tous les continents : formations herbacées naturelles de la steppe russe, prairie nord-américaine et la pampa sud-américaine.
Climat : régions tempérées continentales, étés chauds et humides et hivers froids, pluviosité annuelle de 300 – 500 mm/an jusqu’à 1000 mm/an.
Essences végétales : diverses familles de graminées ou apparentées. Les arbres sont presque totalement absents.
Production végétale: productivité primaire 600 g/m2/an et biomasse 16 t/ha faibles (biomasse souterraine supérieure à la biomasse aérienne).

Dans les régions tropicales humides

  • les forêts équatoriales sempervirentes

Localisation : forêts denses et ombrophiles : Amazonie, Afrique occidentale et centrale, Indo-Malaisie.
Climat : régions chaudes à la pluviométrie élevée (2500 à 8000 mm/an), sans saison sèche ou de très courte durée.
Essences végétales : arbres sempervirents d’une grande diversité : palmiers, diptérocarpacées, orchidées, euphorbiacées, rubiacées, répartis par strates. La strate herbacée est clairsemée et formée d’espèces sciaphiles (fougères, sélaginelles).
Production végétale: productivité primaire et biomasse élevées : 2200 g/m2/an et 450 t/ha.

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  • les savanes

Localisation : formations végétales intertropicales couvrant de larges surfaces.
Climat : régions à climat ensoleillé, chaud en été (T°m 26°C) et pluviosité faible de 250 à 1000mm/an.
Essences végétales : Savanes herbeuses en Afrique, en Amérique du sud, végétation formée de poacées dures formant un tapis herbacé dense et difficilement pénétrable. Savanes arbustives Acacia, Baobab, en Afrique, Eucalyptus en Australie, Cactées en Amérique du sud).
Production végétale: productivité primaire et biomasse faibles : 900 g/m2/an et 40 t/ha.

La savane

Dans les régions arides et semi-arides

  • les déserts

Localisation : 34% de la surface des terres émergées sont des déserts ou des semi-déserts On estime que 810 millions d’ha ont été désertifiés depuis 50 ans.
Climat : pluviosité annuelle moyenne est inférieure à 100 mm et très irrégulière.
Essences végétales : végétation rare, localisée dans les dépressions ou les rares zones favorables. Arbustes, des plantes succulentes  sont caractérisés par une vie courte localisée à la période humide.
Production végétale: productivité primaire et biomasse très faibles : 90 g/m2/an et 7 t/ha.

  • la toundra

Localisation : zone située au delà de la limite naturelle des arbres.
Climat : période sans gelée < 3 mois,  T°m du mois le plus chaud < 10°C et précipitations < 250 mm/an.
Essences végétales : Au sud, arbrisseaux nains mêlés de tourbières à sphaignes. Au nord, pelouses et des tourbières, puis des tapis de lichens. Les conditions thermiques particulières expliquent que la croissance des plantes soit très lente et leur longévité très grande.
Production végétale: Productivité et biomasse très faibles : 140 g/m2/an et 6t/an.

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Pour une répartition géographique des différents biomes voir source Wikipédia



[1] Étendue de terrain de superficie variable (quelques m2 à plusieurs dizaines d’ha), homogène dans ses conditions physiques et biologiques.

Stress hydrique, production végétale et OGM

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Comme les ressources en eau sont limitées et géographiquement variables dans le temps, la recherche de plantes plus adaptées à la sécheresse est un enjeu fondamental pour la production agricole des prochaines décennies. L’objectif recherché est d’obtenir des plantes capables de produire dans des situations de manque d’eau modéré, la perspective de plantes poussant sans eau restant illusoire. Dans un contexte d’incertitude marqué par le changement des conditions climatiques, l’étude de l’adaptation des plantes à la sécheresse se situe au carrefour de la physiologie, de l’agronomie et de la génétique.

La notion de stress végétal

     Les stress environnementaux nés de la fluctutation des facteurs abiotiques (sécheresse, salinité, basses températures) affectent les conditions de croissance et le rendement végétal. Contrairement aux animaux qui peuvent se déplacer lorsque les conditions de vie deviennent défavorables, les plantes ont développé des stratégies d’adaptation fondées sur le contrôle et l’ajustement de leurs systèmes métaboliques.

Les végétaux perçoivent les signaux environnementaux et les transmettent à la machinerie cellulaire pour activer des mécanismes de réponses. La connaissance de ces réponses, basées sur la transduction[1] des signaux de stress, est donc la base des études visant à améliorer la réponse des plantes cultivées aux différents stress. La voie de transduction du signal commence par sa perception au niveau de la membrane végétale, suivie par la production de seconds messagers et de facteurs de transcription. Ces facteurs de transcription contrôlent alors l’expression des gènes impliqués dans la réponse au stress, incluant des changements morphologiques, biochimiques et physiologiques.

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Le stress hydrique

     Le stress hydrique peut se définir comme le rapport entre la quantité d’eau nécessaire à la croissance de la plante et la quantité d’eau disponible dans son environnement, sachant que la réserve d’eau utile pour la plante est la quantité d’eau du sol accessible par son système racinaire. La demande en eau de la plante est quant à elle déterminée par le niveau de transpiration ou évapotranspiration, ce qui inclut les pertes d’eau tant au niveau des feuilles qu’au niveau du sol.

Durant la journée, la plante est soumise à une charge énergétique importante qui correspond principalement à la captation de l’énergie lumineuse du soleil au niveau de ses feuilles. Une partie de cette énergie est utilisée pour réaliser la photosynthèse (voir le schéma suivant), l’autre partie de cette énergie devant être dissipée par la plante pour réguler sa température (homéostasie).

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La production végétale est assurée par le mécanisme de la photosynthèse, illustré ci-contre. Pour fonctionner ce cycle nécessite de la lumière et de l’eau (photolyse de la molécule d’eau), des sels minéraux (les fameux NKP des engrais) et enfin le CO2 nécessaire à la fabrication des molécules organiques.

Si une partie de ce « surplus » énergétique est directement rejetée sous forme de chaleur, la majorité doit être dissipée par le biais de la transpiration. Cette dernière correspond à la transformation de l’eau liquide en vapeur au niveau des feuilles, processus permettant le transfert d’une quantité importante d’énergie, des cellules de la plante vers les molécules d’eau expulsées. Cetet vapeur d’eau est rejetée dans l’atmosphère au niveau des stomates, la surface des feuilles étant percée de ces nombreux pores microscopiques (10.000 par cm2).

Or c’est également par ces orifices que le gaz carbonique (CO2) pénètre dans les feuilles où il est utilisé comme matière première pour la synthèse de sucres dans la photosynthèse. Or la plante pratique une transaction de type eau contre carbone : c’est lorsque le CO2 pénètre que l’eau de la plante s’échappe massivement par les stomates. Cette transpiration nécessaire explique donc pourquoi les plantes ont des besoins en eau si importants par rapport à leur taille. Si l’ordre de grandeur moyen est très variable d’une plante à l’autre, on estime globalement à 1 000 litres le volume d’eau transpirée pour produire un kilogramme de matière brute végétale. 

On comprend alors que lorsque la plante n’est pas bien alimentée en eau, la réponse immédiate consiste en la fermeture des stomates afin de ralentir la transpiration. Le CO2 pénètre alors plus lentement dans les feuilles et la photosynthèse ralentit, la croissance de la plante aussi. Cepenadant ce type de régulation du stress hydrique par la fermeture des stomates a égalment pour conséquence d’augmenter la température des feuilles. Cette augmentation de la température foliaire peut avoir pour effet une altération des tissus, la plante grille lorsque les températures extérieures sont particulièrement fortes.

L’état hydrique d’une plante est donc directement lié à la différence entre le flux d’eau entrant par les racines et celui qui s’échappe par les feuilles au même instant. La sécheresse ressentie par la plante se définit donc, à chaque instant, par les conditions hydriques aux bornes de la plante, dans le sol et dans l’air.

Le mécanisme de transpiration : osmose et turgescence

     Le rythme de transpiration est affecté par des facteurs extérieurs et peut être calculé à partir de données climatiques (rayonnement solaire, degré de saturation de l’air en vapeur d’eau et vitesse du vent), l’eau étant transpirée par la feuille d’autant plus que la demande climatique est élevée.

Comme la plante ne dispose d’aucune « pompe hydraulique », la circulation de l’eau s’effectue par les gradients physiques que sont les différences de potentiels hydriques entre ses divers organes. Un potentiel hydrique correspond à l’énergie qu’il faut apporter à une masse d’eau pour qu’elle passe à l’état d’eau libre. Ceci s’explique du fait que toute substance en solution aqueuse (ion, molécule) exerce sur les molécules d’eau une force d’attraction. On comprendra donc que plus la solution est concentrée et plus l’attraction est forteplus le potentiel hydrique est faible et moins l’eau est libre de quitter la solution .

Ainsi l’eau « coule » dans la plante depuis le sol où elle est peu liée (potentiel hydrique fort proche de 0) jusqu’aux feuilles où elle est très liée (potentiel hydrique fortement négatif). Le flux est donc d’autant plus fort que la différence de potentiel hydrique entre le sol et la feuille est forte et que la résistance au transfert est faible. Pour prendre une analogie électrique (U=R*I), le courant peut-être freiné par les résistances hydrauliques de la plante que sont le degré d’ouverture des stomates, la résistance des cellules racinaires au transfert de l’eau…

vegaet2 dans Monde végétal

     A mesure que la transpiration augmente au niveau des feuilles, le potentiel hydrique foliaire diminue. C’est à dire que l’eau restante devient de moins en moins libre à mesure que la concentration augmente, que le coût énergétique de son appropriation est élevé. Si de l’eau est disponible au niveau du sol (potentiel hydrique fort) alors le courant d’eau ainsi créé depuis le sol jusqu’aux feuilles compense les pertes en eau de la transpiration. Mais lorsque la quantité d’eau au niveau du sol diminue (potentiel hydrique faible), le potentiel hydrique foliaire nécessaire à provoquer le mouvement d’eau ascendant doit alors être d’autant plus faible. D’où la nécessaire augmentation des concentrations (ions, molécules) dans les cellules foliaires de sorte à maintenir la différence de potentiel entre le sol et les feuilles.

Les cellules des plantes stockent des matières dissoutes (des solutés tels que des ions minéraux, sucres, acides aminés…) en concentration très importante dans leur vacuole (vois le schéma suivant). Un tel stockage implique la formation d’un potentiel osmotique déterminant le niveau d’eau entrant dans la cellule afin de rétablir le nécessaire équilibre des concentrations.

On entend par osmose le mouvement d’eau qui s’institue entre deux milieux de potentiels hydriques différents séparés par une membrane ne laissant passer que les molécules d’eau. La règle est que ces dernières se déplacent passivement (coût énergétique nul) du milieu le plus concentré en matières dissoutes (hypertonique) vers le milieu le moins concentré (hypotonique). La force permettant d’exprimer ce déplacement d’eau est appelée pression osmotique. Plus la différence de concentration en soluté (donc inversement de concentration en eau) entre les deux compartiments est grande, plus la pression osmotique est importante.

osmose dans Ressource en eau

La cellule végétale étant fermée par une membrane rigide laissant circuler les molécules d’eau, dans une solution externe hypotonique, les cellules peuvent donc récupérer de l’eau jusqu’à égalisation des concentrations externe et interne (hypertonique).

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La paroi pectocellulosique rigide constitue une sorte de squelette externe. Cette paroi est spécifique de la cellule végétale. Elle la protège. Les plasmodesmes sont des points qui permettent les échanges entre les cellules. A l’intérieur de la cellule, se trouve le cytoplasme, entouré d’une membrane de phospholipides appelée membrane plasmique. Dans le cytoplasme, plusieurs éléments sont présents :

  • Le noyau entouré de la membrane nucléaire renferme l’information génétique.
  • Les chloroplastes sont les organites où se produit la photosynthèse. Ils sont présents dans les organes aériens de la plante, et sont eux aussi spécifiques du monde végétal. C’est le lieu où l’énergie lumineuse est transformée en énergie chimique, puis stockée dans des molécules organiques : les sucres.
  • Les mitochondries : elles transforment l’énergie contenue dans les molécules organiques en énergie utilisable par la cellule pour toutes ses fonctions. Cette forme d’énergie, l’adénosine triphosphate (ATP), est universelle au sein des organismes vivants.
  • Les ribosomes associés au réticulum endoplasmique sont le lieu de la synthèse des protéines.
  • Les vacuoles sont spécifiques de la cellule végétale et permettent le stockage de l’eau, d’ions, de sucres, de dérivés azotés et de produits de dégradation.

     Le potentiel osmotique cellulaire étant généralement plus faible (i.e. plus négatif) que le potentiel hydrique foliaire, on appellera potentiel de turgescence la différence entre les deux (préférence pour l’entrée d’eau dans les cellule ou l’évaporation). Autrement dit la pression de turgescence cellulaire est fonction de la différence entre les potentiels hydriques internes et externes de la cellule.

La turgescence est l’état cellulaire associé à l’élongation de la cellule végétale causée par l’entrée d’eau dans cette même cellule par osmose. L’eau devient alors abondante dans la vacuole, la pression exercée de l’intérieur de la cellule vers le milieu opère alors sur la paroi cellulaire et donnent ainsi de la rigidité aux parties souples de la plante  (tige, feuille…).

A contrario, lorsque les cellules se vident d’eau, la turgescence diminue, les vacuoles se rétractent, les membranes cytoplasmiques se décollent de la paroi, les parties de la plante s’amollissent et cette dernière se flétrie.

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a : Le milieu est moins concentré en eau que la vacuole de la cellule. L’eau a tendance à entrer dans la cellule. La cellule gonfle et exerce une pression sur la paroi (pression de turgescence). Si la paroi n’est pas plastique (cellule âgée), l’entrée d’eau s’arrête lorsque la contre pression exercée par la paroi est égal à la pression de turgescence. Si la paroi est plastique, elle se déforme sous l’effet de la pression de turgescence et la cellule grandit.

b : Le milieu a la même concentration que la vacuole. Il n’y a aucun échange d’eau. La cellule n’exerce aucune pression sur la paroi. La pression de turgescence est nulle. C’est la plasmolyse limite. La croissance n’est pas possible.

c : le milieu est plus concentré en que la vacuole. L’eau à tendance à sortir de la cellule. C’est la plasmolyse.

Turgescence et transpiration sont donc cruciales pour les plantes soumises à des stress hydriques. La turgescence de la plante peut être maintenue à un potentiel hydrique fort en extrayant une plus grande quantité d’eau du sol ou bien en augmentant la quantité de solutés accumulés dans les feuilles (ajustement osmotique), ou encore en fermant les stomates pour réduire la transpiration.

Régulation végétale

     Nous avons vu précédemment que l’une des principales résistance à la circulation de l’eau dans la plante se trouve au niveau des stomates. Chez une plante bien irriguée ceux-ci sont d’autant plus ouverts que la plante reçoit plus de lumière (échange d’eau interne contre du carbone externe). Les chercheurs ont donc porté leur attention sur le mécanisme physiologique de fermeture des stomates. Ils ont montré qu’en cas de déficit hydrique, les racines synthétisent une hormone (acide abscissique). Celle-ci est par suite véhiculée via les vaisseaux conducteurs, avec l’eau destinée à la transpiration, jusqu’aux feuilles où elle déclenche alors la fermeture des stomates.

Mais l’adaptation des plantes à la sécheresse repose tant sur leur capacité à adapter leur architecture pour limiter le stress, que sur leurs capacités de réactions immédiates. C’est-à-dire qu’en dehors des mécanismes permettant de maintenir la turgescence des plantes au niveau d’une feuille en cas d’assèchement du sol (fermeture des stomates, quantité de solutés dans les vacuoles), il existe des mécanismes permettant de limiter les pertes en eau par transpiration au niveau de la structure plante entière. Il s’agit principalement de la réduction de la surface foliaire. C’est pourquoi de nombreuse plantes adaptées à des conditions semi désertiques possèdent des feuilles de tailles réduites.

Classiquement, dans les études sur les effets de la sécheresse, la réduction de la croissance de la plante n’était envisagée que comme une conséquence du manque d’eau. Aujourd’hui on considère la régulation de la croissance de la surface foliaire et du système racinaire comme un moyen de s’adapter au déficit hydrique.

Ainsi, la croissance des feuilles est directement régulée par les conditions climatiques: plus la demande évaporative est importante (atmosphère sèche, vent), plus la croissance des feuilles est faible, même pour des plantes bien alimentées en eau. La réduction de la croissance des feuilles est généralement plus importante que la réduction de la photosynthèse. Il en résulte un excédent de sucres produits et donc une augmentation de leur teneur dans les feuilles. Les chercheurs étudient si un transport accru de sucres vers les racines ne contribue pas à un maintien, voire une augmentation de la croissance des racines.

Perspectives des OGM dans l’amélioration des réponses au stress hydrique

     Dans la recherche des gènes de résistance au stress hydrique, il est à priori impossible de découvrir un gène permettant aux plantes de pousser sans eau, l’absorption de CO2 et la transpiration de la plante étant les deux manifestations indissociables d’un même phénomène, l’ouverture des stomates.

Or à en croire les prévisions du modèle Météo France (hypothèse d’un doublement des émissions de gaz carbonique) concernant le niveau des précipitations et la quantité d’eau disponible pour les plantes dans les zones racinaires, les occasions de stress risquent être sévèrement accrues.

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Rappelons tout d’abord qu’un organisme génétiquement modifié est un organisme dont le génome a été modifié artificiellement par le transfert d’un organisme ou de plusieurs gènes dans son génome de manière à apporter une caractéristique nouvelle.Toute l’histoire de l’agriculture humaine a consisté à identifier et sélectionner les plantes présentant les qualités nécessaires à l’alimentation des populations tout en minimisant les coûts globaux de production. L’amélioration des plants étant assurée par un contrôle plus ou moins précis des croisements. Cette méthode sélective (sélection dirigée, croisements d’espèces éloignées, etc.) est encore la plus utilisée de nos jour, bien que celle-ci soit longue (de 8 à 12 ans) et limitée aux croisements entre plantes appartenant à des espèces proches.

Le génie génétique est quant à lui plus rapide et plus efficace s’il ne faut introduire qu’un seul gène (résistance à un herbicide) ou n’en modifier qu’un (contrôle du mûrissement). Cependant, ce gain de temps est annulé par la longueur de la procédure d’autorisation spécifique aux plantes OGM. Quelle que soit la technique utilisée, il faut toujours une dizaine d’années pour mettre un produit sur le marché.

A long terme, les objectifs du génie génétique sont d’obtenir des plantes résistantes aux conditions de culture difficiles (sécheresse, sols acides des zones tropicales, etc.), d’augmenter la production en rendant plus efficace la photosynthèse et de maîtriser le mûrissement.

Au niveau du stress hydrique, les recherches s’orientent aujourd’hui plutôt vers l’étude du déterminisme génétique de l’architecture des plantes et de sa régulation. Ces mécanismes impliquent probablement un grand nombre de gènes, qui s’expriment de façon différente dans les divers organes de la plante. Cependant les progrès de la génomique rendent aujourd’hui possible l’étude de l’expression des gènes et de leur variabilité au sein d’une espèce.

Ainsi lorsqu’une plante subit un stress, il y a une perte importante d’eau au niveau des cellules, provoquant une tension entre la membrane plasmique et la paroi végétale, un dysfonctionnement de la photosynthèse, et donc une baisse de rendement. Pour y remédier, la plante synthétise, entre autre :

  • des osmoprotectants qui permettent de maintenir l’équilibre en eau entre la cellule végétale et son environnement,

  • des protéines spécifiques,

  • des acides gras afin de modifier la perméabilité de la membrane cellulaire.

Actuellement, aucune variété transgénique tolérante à un stress n’est commercialisée. Les nouvelles variétés n’en sont encore qu’au stade expérimental. L’étape suivante consistera à vérifier si ces tolérances sont conservées au champ. Quoiqu’il arrive plusieurs années d’évaluation sont donc encore nécessaires.

Le cas du maïs transgénique

L’amélioration des rendements d’une plante comme le maïs est due à un grand nombre de facteurs, dont l’un des plus importants est la tolérance aux stress environnementaux, le maïs étant une plante exotique sur nos territoires. Ainsi, pour le maïs, les périodes de pollinisation et de début du remplissage des grains sont très sensibles au stress hydrique. Grâce à des études génétiques, plusieurs variétés de maïs transgéniques ont été créées par l’introduction de gènes impliqués dans la réponse à un déficit hydrique. Par exemple, un maïs plus tolérant à la sécheresse a été mis au point grâce à l’introduction par transgénèse[2] d’un gène de sorgho, céréale africaine particulièrement tolérante à la sécheresse. Ce gène code une protéine impliquée dans la photosynthèse de sorte que les plantes transgéniques obtenues surexpriment cette protéine. Les analyses du comportement photosynthétique de ces plantes en situation de contrainte hydrique en serre ont permis de montrer que l’efficacité d’utilisation de l’eau est significativement augmentée (+ 25 %).

Le cas du riz transgénique

Une réponse commune aux stress est l’accumulation de sucres et autres solutés au niveau des feuilles. Ces composants servent d’osmoprotectants et, dans certains cas, ils servent à stabiliser les biomolécules sous conditions de stress. L’un de ces composants est le tréhalose, un dissaccharide provenant du glucose.

Certaines espaces végétales accumulent du tréhalose, il s’agit des plantes dites « à résurrection », qui sont capables de résister à des sécheresses intenses et de renaître à la première pluie, alors même leur teneur en eau ne représente plus que 5 % de leur poids (80 à 95 % en temps normal).
Le riz est une plante de culture très importante puisque c’est l’aliment le plus consommé au monde. Une variété de riz transgénique de type indica (80 % de la production mondiale) a été créée et dans laquelle a été intégrée deux gènes d’origine bactérienne produisant les deux enzymes responsables de la synthèse du tréhalose. Les résultats ont montré que les plants transgéniques produisent trois à huit fois plus de tréhalose que les plants témoins, sans que leur croissance ou leur fertilité en soit affectée dans des conditions normales de culture.

En laboratoire, lorsque les plants transgéniques sont soumis à des stress importants, ils montrent tout leur potentiel de « résurrection », tandis que les plantes non transgéniques soumises à ce régime voient leur croissance « sévèrement inhibée ». Par ailleurs, les résultats ont également montrés que ces mêmes lignées de riz transgénique survivent aussi à des températures inférieures de dix degrés à la normale.

Sources

Université de Hambourg : botany online
Glossaire de la biotechnologie : FAO
GNIS : la cellule végétale
INRA : perception de la sécheresse par les plantes
Biotechnologie de l’académie de Bourgogne : l’osmose
Université de Lausanne : l’eau et les végétaux
Bulletins-electroniques.com : développer des plantes résistantes à la sécheresse
OGM.com : la tolérance à la sécheresse
Science et décision : l’industrie des biotechnologies



[1] La transduction de signaux désigne l’intégration d’un message d’origine extracellulaire par une cellule.[2] La transgénèse est une technique consistant à introduire un ou plusieurs gènes dans des cellules (par exemple végétales ou animales) menant à la transmission du gène introduit, ou transgène, aux générations successives.

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