Chapitre 4. Structure et fonctionnement des agrosystèmes

A la fin de cette séance, j’ai compris

• les notions suivantes : écosystème, agrosystème, intrants (dont engrais et produits phytosanitaires), exportation, biomasse, production, rendement écologique.
• que les agrosystèmes terrestres ou aquatiques sont gérés afin de produire la biomasse nécessaire à l’humanité pour ses différents besoins (alimentaires, textiles, agrocarburants, pharmaceutiques, etc.).

Il y a à peine 30 ans, la population du monde s’élevait à 3 milliards d’hommes; elle a atteint 5,5 milliards en 1992 et 8 milliard aujourd’hui. La population mondiale va continuer à augmenter pour atteindre environ 9 milliards d’habitants à l’horizon 2050. Dans certains pays, il est déjà difficile de se nourrir. L’augmentation de la production agricole pour satisfaire les besoins de chacun ne peut pas être sans conséquences sur l’environnement.

Introduction : Recenser, extraire et organiser des informations issues d’un reportage pour caractériser l’organisation d’un agrosystème.

Documentaire : LA RANÇON DE LA FRAISE

1ere partie – Regarder les documentaires et répondre aux questions suivantes :

• La rançon de la fraise part 1 (2009)

1. Quand est née l’idée de culture de fraise en Andalousie ?
2. A quel moment est vendue cette fraise ?
3. Quel est le surnom donné à cette production ?
4. Avec quel type d’agriculture cette fraise est-elle produite ? Vivrière, intensive, extensive ?
5. Quand on remet le sol en état en juillet, de quoi doit-on se débarrasser ? A quoi cela sert-il ?
6. Que deviennent ce plastique et les bandes d’irrigation ?
7. D’où provient cette fraise hors saison ?
8. Peut-on utiliser gratuitement ce plant de fraise ?
9. Quel est l’intérêt d’utiliser des plants de fraisiers hors sol sous serre ?
10. Qui apporte les besoins nutritifs dont le plant a besoin ?
11. Comment est dosé ce besoin ?
12. Où sont produits les plants ?
13. Où sont plantés les plants ?
14. Qui fait ce travail dans cet agrosystème ?
15. Est-il naturel d’avoir des fraises en hiver ? Que fait-on pour perturber leur calendrier ?

• La rançon de la fraise part 2

16. Pourquoi l’agriculteur est-il inquiet concernant le rendement économique ?
17. Qu’utilise-t-il pour avoir le meilleur rendement ?
18. Est-ce que les produits utilisés (bromure de methyl, chloropicrine ) sont autorisés ?
19. Quels sont leurs effets sur l’environnement ?
20. Pourquoi les écologistes sont-ils contre l’utilisation de ces produits ?
21. Comment sont apportés les besoins nutritifs du fraisier ?
22. Le Parc national de Doñana est-il en danger ?

2eme partie : La fraise, un parfum de business (2014)

• 2’57” : En culture extensive de fraisier, qu’utilise-t-il comme engrais ?
• Dans l’exemple en Belgique, comment est reconstitué le printemps artificiellement ?
• 13’40” : Y-a-t-il un lien entre engrais et goût des fraises ? Expliquer.
• 16’ : Est-il vrai que les pesticides disparaissent au bout de 3 jours ? Sont-ils photodégradables ?
• Est-il judicieux de laver les fraises avant de les manger ? Pourquoi ?
• Que provoquent ces pesticides ?
• Vous pouvez regarder la partie sociale si cela vous intéresse puis aller à 
• 36’ : Que doivent faire les agriculteurs pour récupérer de l’eau ?
• Combien de puits illégaux existe-t-il ?
• Pourquoi dit-on que la culture intensive est coûteuse ?
• 40’ : En culture extensive, comment fabrique-t-il l’engrais ?

Comment nourrir une population humaine toujours croissante en conciliant production alimentaire et préservation de l’environnement et de la santé ?

1. Produire en quantité – Livre p148-149

Après la guerre de 1939-45, il a fallu produire beaucoup de nourriture à bas prix pour nourrir en masse la population après plusieurs années de sous-nutrition.

Comme on venait de découvrir (5’18 ») les engrais de synthèse et de mettre au point des molécules toxiques, on disposait de tout l’arsenal pour pratiquer une agriculture intensive, c’est à dire pour augmenter la production sans augmenter la surface cultivée, car la même surface produit plus, elle est plus productive, les rendements augmentent.

Cela se voit très bien sur le graphique suivant : les rendements moyens en blé en France augmentent fortement à partir de 1950.

Comment une telle augmentation est-elle possible ?

2. Fonctionnement d’un agrosystème – livre p150-151

Un écosystème est défini par un milieu appelé biotope dont les caractéristiques physico-chimiques sont stables (luminosité, température, hygrométrie…) et par un ensemble d’êtres vivants appelés biocénose.

Au sein d’un écosystème, les êtres vivants sont diversifiés et établissent des relations entre eux au travers de chaînes alimentaires qui constituent un réseau trophique.
Les végétaux chlorophylliens sont des producteurs primaires à l’origine de la biomasse et sont donc à la base des chaînes alimentaires en y faisant entrer la matière minérale et l’énergie solaire.

L’Homme exploite le sol depuis qu’il s’est sédentarisé pour produire une grande part de ses ressources alimentaires. L’agriculture est née simultanément dans plusieurs régions du monde, il y a environ 10 000 ans et a constitué le point de départ de l’évolution des sociétés humaines actuelles, débutant une période appelée Néolithique.

L’étude des mécanismes contribuant à la fertilité du sol a amené l’agriculteur à perfectionner les techniques agricoles et à augmenter nettement la productivité.

Le maintien d’un rendement élevé d’un agrosystème nécessite l’utilisation d’intrants (eau d’irrigation, énergie des véhicules agricoles, amendement et engrais) et de produits phytosanitaires (pesticides, herbicides…).

Les herbicides servent à tuer les plantes adventices (les « mauvaises » herbes), les fongicides servent à tuer les maladies causées par des champignons (lire un article du CNRS sur les SDHI, très utilisés actuellement), les insecticides servent à tuer les insectes. Toutes ces substances terminant en -cide (qui signifie tuer) sont rassemblées sous le terme de pesticides (=qui tuent les « pestes » des végétaux), les substances de croissance sont des hormones végétales.

L’amendement est l’apport d’un produit destiné à améliorer la qualité des sols. Il est différent d’un engrais qui n’est destiné qu’à nourrir les plantes (voir exercice 10p179)

L’agrosystème permet à l’être humain de produire de la biomasse qu’il exporte ensuite (ex: maïs). Afin d’obtenir des rendements agricoles très élevés, l’humain intervient à tous les niveaux dans un agrosystème. Ainsi pour permettre une récolte optimale, il utilise des produits stimulant la croissance (ex: engrais) mais aussi de grandes quantités d’eau. La biomasse produite par un agrosystème est ensuite prélevée et exportée pour les besoins des Hommes. Le coût énergétique dans un agrosystème est très élevé, ce qui implique un investissement financier important et un impact écologique très fort.
Dans un agrosystème, la biodiversité est faible, représentée par une culture ou un élevage. Le réseau trophique, peu développé, repose sur l’existence de cette culture. Elle peut être attaquée par des ravageurs (pyrale, champignons). Pour stopper ces attaques, l’Homme utilise très souvent des pesticides qui sont notamment responsables de la perte de la biodiversité.

• Voir P-H Gouyon « Alerte sur les pesticides » (vidéo 25’40 » de Science & Vie)

Un agrosystème est donc un écosystème agricole comportant un nombre réduit d’êtres vivants et une composante minérale, en général un sol ou un milieu aquatique. Il diffère des écosystèmes naturels par les interventions humaines :

• Prélèvement de matières organiques lors des récoltes,
• Apport d’intrants (engrais)
• Apport d’eau,
• modification des êtres vivants pour augmenter leur productivité (taille, tallage),
• Élimination des concurrences (produits phytosanitaires)

L’exportation de la biomasse lors de la récolte enlève des matières organiques à l’agrosystème et limite le recyclage qui s’opère dans un écosystème naturel. Il est donc souvent nécessaire d’apporter des intrants pour fertiliser le sol.

Dans une exploitation agricole, l’agriculteur exporte de la matière en dehors de son champ. Cette exportation n’est pas un problème en ce qui concerne les éléments carbone, hydrogène ou oxygène car ceux-ci sont prélevés dans l’air et dans l’eau. En revanche, les pertes d’azote, de phosphore et de potassium doivent être compensées par un apport régulier d’engrais, dosé en fonction des besoins.

• Un article de Science & Vie Junior « Votre urine vaut de l’or » (mars 2020) sur l’exploitation agricole de l’azote contenu dans l’urine.

Pour maintenir la fertilité d’un agrosystème, il faut systématiquement compenser les pertes liées aux exportations, à la différence des écosystèmes où la matière n’est jamais exportée mais est recyclée sur place.

Remplir les différentes cases avec les phrases suivants :

Apport d’eau, Exposé aux facteurs climatiques (vent, pluie), Nombreuses espèces animales constituant un réseau trophique développé, Biomasse élevée et souvent exportée, Pédofaune appauvrie, Peuplement végétal limité à une espèce, Température stable, Fertilisation naturelle par décomposition de la matière organique, Écarts de température importants, Protégé des facteurs climatiques, écosystème transformé dans un but productif, peuplement végétal spontané, Milieu naturel constitué par un biotope et une biocénose, nombreuses espèces animales constituant un réseau trophique développé, Biomasse pérenne importante, peuplement animal limité, possibilités de pullulation d’espèces indésirables (ravageurs), Pédofaune abondante, Apport d’intrants (engrais, pesticides), Hygrométrie importante.

	Agrosystème conventionnel	Écosystème
Nature
Peuplements végétaux
Peuplements animaux spontanés
Milieu de Vie (= biotope)

• Statistiques de consommation d’intrants en temps réel sur Planetoscope

 

3. Devenir de la biomasse

L’objectif d’un agrosystème est de produire une biomasse à destination de l’être humain. 

Grâce à la culture de canne à sucre, le Brésil est le premier producteur mondial de sucre. La surface dédiée à la culture de canne à sucre occupe aujourd’hui 8,61 millions d’hectares.

• voir la Vidéo « Canne à sucre au Brésil » (4′) et cocher les bonnes réponses

Question 1 : Grâce à la mécanisation, la récolte de la canne à sucre :

1. est rapide
2. peut atteindre 25 tonnes/jour
3. peut atteindre 1500 tonnes/jours
4. dure deux jours

Question 2 : L’éthanol issu de la mélasse est :

1. un carburant pour les voitures brésiliennes
2. un déchet qui sera détruit
3. une boisson destinée aux brésiliens
4. issu de la mélasse

Question 3 : Les bagasses sont :

1. utilisées comme combustibles
2. un déchet issu de l’extraction du sucre de la canne à sucre
3. les restes de plantes
4. utilisées comme engrais

Question 4 : La meilleure variété de canne à sucre :

1. est sélectionnée en laboratoire
2. est la plus concentrée en sucre
3. très résistante à la sécheresse
4. est toujours la variété locale

Question 5 : Le Brésil

1. est le premier producteur mondial de betterave
2. a produit plus de 700 000 000 tonnes de canne à sucre en 2013
3. est le premier producteur mondial de sucre
4. est un pays qui pratique très peu l’agriculture

L’Homme cultive la canne à sucre pour répondre à ses besoins :

• alimentaires grâce au sucre extrait
• en agrocarburants grâce à l’éthanol extrait qui sert de carburant aux voitures
• en combustibles grâce au recyclage de ses bagasses (restes de plantes inutilisés) qui serviront au fonctionnement de l’usine
• Et même dans l’avenir en cosmétiques

L’objectif est la production de biomasse (matières organiques). Les produits récoltés servent à l’alimentation, mais aussi à la fabrication de textiles, d’agrocarburants, de médicaments, de produits industriels et d’autres choses encore.

Il existe donc maintenant une compétition entre l’alimentation et les agrocarburants (1’33 »). Il est impossible de nourrir toute la planète et en plus de produire des carburants à partir des cultures. Une seule planète ne suffirait pas.

Afin d’augmenter les surfaces de culture pour se nourrir et pour produire des agrocarburants, l’Homme intensifie la déforestation (70 % pour l’élevage et 30 % pour l’agriculture) et l’impact sur les écosystèmes est dramatique (par exemple 1’41 », la déforestation en Indonésie au profit de la culture des palmiers à huile entraîne la disparition des dernières populations d’Orang-Outan). Les agrocarburants ne sont pour l’instant pas une alternative écologique aux carburants fossiles.

exercice 9p163 l’efficacité des engrais

 

4. Comparaison des systèmes agricoles

Compléter le tableau ci-dessous en utilisant les termes suivants :

Peut présenter des risques sanitaires (cultures malades), Coûte cher en infrastructures logistique et produits vétérinaires. Risques sanitaires élevés, Économique en argent temps et énergie, Prix élevé, Autoconsommation, Écologique, Économique en argent, Production très faible à destination locale, Viande à bas prix, Production par unité de surface faible, Augmente la production par unité de surface, Viande à bas prix

	Avantages	Inconvénients
Agriculture intensive
Agriculture extensive
Agriculture vivrière

L’agriculture conventionnelle ou intensive est caractérisée par l’usage important d’intrants (engrais, pesticides, arrosage…) et cherche à maximiser la production par rapport aux facteurs de production, qu’il s’agisse de la main d’œuvre, du sol ou des autres moyens de production (matériel, intrants divers).

L’agriculture extensive ne maximise pas la productivité du sol et ne fait pas appel à des intrants chimiques, à l’arrosage ou au drainage, mais plutôt aux ressources naturellement présentes sur place. Pratiquée généralement sur de vastes étendues, elle se caractérise par des rendements à l’hectare relativement faibles.

Lorsque les exploitations agricoles sont à l’extérieur (plein champs, animaux en pâturage ou en parcours), plantes et animaux domestiques sont adaptés aux conditions locales. Les produits de la ferme sont alors fortement régionalisés :

• Production d’un fromage, le Comté 7’23 » en Franche-Comté. Traditionnellement, les zones montagneuses sont dévolues à l’élevage puisque les animaux peuvent exploiter des terrains pentus impropres à la culture du sol.
• Production d’artichauts 2′ en Bretagne.
• Production de poulets 3’51 » des Landes
• Production de moules 3’50 » du Mont St Michel. Évidemment, la mytiliculture nécessite d’être au bord de la mer…

exercice 6p162 décrire des agrosystèmes

L’agriculture vivrière ou de subsistance est une forme d’agriculture qui consiste à cultiver des produits essentiellement destinés à nourrir la population localement.

 

5. Impacts des agrosystèmes sur la santé et l’environnement

A/ Pollution de l’environnement

L’azote organique (lisier) est transformé en nitrates par les bactéries du sol. 

Les nitrates et les phosphates sont transportés par les eaux de ruissellement, ce qui est à l’origine de la contamination des nappes phréatiques et des cours d’eau. 

Il en découle une eutrophisation (vidéo 3′) des milieux aquatiques (c’est-à-dire le développement excessif de végétaux chlorophylliens aquatiques par excès de substances minérales dans l’eau). Une BD « Algues Vertes, l’histoire interdite », au CDI, permet de comprendre les enjeux et les conséquences de cette pollution par les nitrates.

Étude d’un exemple de développement excessif d’algues par l’utilisation d’intrants dans un champ de canne à sucre à la Réunion.

[figure canne à sucre La Réunion]

La surexploitation et le labour intensif conduisent à l’épuisement des ressources des sols, ce qui peut conduire à les rendre stériles (exemple des sols latéritiques qui ne se forment normalement qu’en milieu tropical mais qui donnent une bonne indication de ce que pourrait devenir un sol surexploité où ne subsistent que les éléments les moins lessivables comme le fer et l’aluminium). Le sol est un milieu fragile qui met des milliers d’années à se mettre en place (0,02 à 0,1 mm par an) et qu’on met parfois quelques minutes seulement à détruire.

B/ Polluants et santé

Le taux de nitrates réglementaire est de 50 mg par litre d’eau. Dans certaines régions, l’augmentation du taux de nitrates dans l’eau de consommation a des conséquences sur la santé de l’homme.

Les pesticides sont ingérés par les animaux, ce qui est à l’origine d’une contamination de la chaîne alimentaire du fait de la concentration du polluant dans les tissus adipeux. Cela provoque la contamination de tout l’écosystème.

Une molécule maintenant interdite, le chlordécone (voir vidéo 3’44), a été longtemps utilisée en Guadeloupe et Martinique où elle a durablement contaminé les sols, mais aussi les eaux marines par ruissellement. Des régions entières sont désormais impropres à l’agriculture et à la pêche pour longtemps. Lire l’enquête réalisée par J. Oublié sous forme de BD « Tropiques toxiques«  au CDI.

Après des décennies à présenter cette molécule comme indispensable à la filière banane, on « découvre » que la réorganisation de la filière sans chlordécone était tout à fait possible, sans les pertes de rendement invoquées : article du CIRAD sept 2021

Les agrosystèmes ont une incidence sur la qualité des sols et l’état général de l’environnement proche, de façon plus ou moins importante selon les modèles agricoles.

L’un des enjeux environnementaux majeurs est la limitation de ces impacts.

La recherche agronomique actuelle, qui s’appuie sur l’étude des processus biologiques et écologiques, apporte connaissances, technologies et pratiques pour le développement d’une agriculture durable permettant tout à la fois de couvrir les besoins de l’humanité et de limiter ou de compenser les impacts environnementaux.

exercice 5p161 le devenir des éléments nutritifs dans un champ

exercice 7p162 comparaison de deux élevages

exercice 8p163 crevettes et mangroves

Pour aller plus loin :

Réflexions autour des pesticides

Face aux inquiétudes des populations, des études épidémiologiques sont menées pour établir les liens entre pesticides et pathologies : les études de l’INSERM sont lourdes à mener, complexes, car il faut tester séparément chaque molécule (ce qui est fait par le fabricant avant la mise sur le marché) mais aussi les « cocktails » de molécules tels qu’ils sont rencontrés dans un contexte réel d’utilisation.

Ci contre un résumé des études

L’étude AgriCan montre un lien entre exposition aux produits phytosanitaires (dont le glyphosate) et certains cancers (article Ouest France Agriculture. Une étude confirme le lien entre cancer et pesticides)

 

 

Réflexions autour des insecticides

Les insecticides impactent fortement la biodiversité : Parmi eux, les insecticides néocotinoïdes tueurs d’abeilles avaient été interdits en 2018, mais ils viennent d’être réautorisés 2′ en 2020. Dans la zone agricole expérimentale mise en place par Vincent Bretagnolle (CNRS) pour mesurer (avec des parcelles test/témoin) les effets des intrants agricoles, une étude explique la diffusion des insecticides néocotinoïdes dans l’environnement (sous forme de bande-dessinée).

• Article de Pour la Science « Abeilles et bourdons : méfaits confirmés des insecticides » (30/12/2015)

Réflexions autour du labour

Son impact sur les sols (biomasse de lombrics, teneur en m.o, besoins en eau, érosion) est de mieux en mieux documenté.

Le labour des sols détruit la structure des premières couches du sol sur quelques dizaines de cm :

• les lombrics sont tués,
• la matière organique mise à l’air est trop rapidement minéralisée,
• la structure (qui dépend de l’activité de la faune, maintenant réduite) est désorganisée, ce qui rend la terre compacte et incapable de retenir l’eau
• l’absence de racines une partie de l’année, avec terre à nu exposée aux pluies d’hiver, conduit à une très forte érosion.

L’agriculture de conservation (vidéo 2’10 ») supprime le labour, en pratiquant le Semis sous Couvert Végétal. C’est un premier pas pour restaurer les sols, mais actuellement l’agriculture de conservation ne parvient pas à se passer de désherbants chimiques.

 

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Connaissances

Les agrosystèmes terrestres ou aquatiques sont gérés afin de produire la biomasse nécessaire à l’humanité pour ses différents besoins (alimentaires, textiles, agrocarburants, pharmaceutiques, etc.). Les caractéristiques des systèmes agricoles varient selon le modèle de culture (agriculture vivrière, extensive ou intensive). Dans plusieurs modèles agricoles, l’exportation d’une grande partie de la biomasse produite réclame l’apport d’intrants pour fertiliser les sols.

Notions fondamentales : système ; agrosystème ; intrants (dont engrais et produits phytosanitaires) ; exportation ; biomasse ; production ; rendement écologique.

Capacités

– Recenser, extraire et organiser des informations issues du terrain (visite d’une exploitation agricole, par exemple), pour caractériser l’organisation d’un agrosystème : éléments constitutifs (nature des cultures ou des élevages), interactions entre les éléments (interventions humaines, flux de matière (dont l’eau) et d’énergie dans l’agrosystème), entrées et sorties du système (lumière, récolte, etc.).

– Comprendre que l’organisation d’un agrosystème dépend des choix de l’exploitant et des contraintes du milieu, et que ces choix tendent à définir un terroir.

– Comprendre comment les intrants ont permis de gérer quantitativement les besoins nutritifs de la population, tout en entraînant des conséquences qualitatives sur l’environnement et la santé.

– Réaliser des mesures et/ou utiliser des bases de données de biomasse et de production agricole pour comprendre la différence entre la notion de rendement agricole (utilisée en agriculture en lieu et place de production) et la notion de rendement écologique.

Précisions : l’étude de tous les types d’agrosystème ainsi que des écosystèmes naturels n’est pas attendue.