La bioénergie peut-elle être la solution dans la lutte contre le réchauffement climatique?


Mardi 5 Novembre 2019


Remplacer les énergies fossiles stockées au carbonifère par celles obtenues aujourd’hui à partir de la photosynthèse tel est le projet des partisans de la bioénergie. On va cultiver des plantes destinées à donner des carburants : alcools, huiles végétales, granulés de bois, etc. ces carburants seront utilisés dans les centrales pour produire de l’énergie électrique. Deux cas sont alors possibles ou bien le CO2 créé par leur combustion est rejeté dans l’atmosphère ou bien il est capté et stocké dans des réservoirs naturels sous terre ; cette dernière méthode est appelée B.E.C.C.S. (Bioénergie avec Capture du Carbone et Stockage). Dans le premier cas le bilan est neutre ; on a pris, grâce à la photosynthèse des plantes utilisées pour l’obtention des biocarburants, du CO2 dans l’air mais on en remet tout autant ensuite, celui de leur combustion. Dans le second, le bilan est avantageux car on a prélevé du CO2 dans l’air par la photosynthèse sans y remettre celui de la combustion.

L’I.P.C.C. (Intergouvernemental Panel sur le Changement Climatique) qui conseille les gouvernements sur l’évolution et les risques liés au réchauffement climatique a fait, dans un rapport récent, une mise en garde sur les aberrations que pourrait provoquer un développement inconsidéré de la séduisante B.E.C.C.S. Je reprends ce rapport à partir d’une synthèse faite dans la revue Science*.

L’arrêt des émissions par les techniques dites B.E.C.C.S. ne sera pas suffisant pour éviter que les températures n’augmentent au-delà de 1,5°C du fait des émissions de carbone issue des énergies fossiles. Il faudrait utiliser la surface de l’Inde pour atteindre cet objectif, la demande en terres agricoles serait telle qu’elle affecterait la production alimentaire. On a vu en 2007, quand les Etats Unis ont augmenté leur production d’éthanol, une augmentation brutale du prix des céréales.

Par ailleurs, les plantations destinées à produire de la bioénergie diminueraient la biodiversité (c’est le cas des plantations de palmiers à huile en Indonésie), elles utiliseraient les rares ressources en eau des zones sèches. Ces cultures intensives entraînent, comme pour la production alimentaire, des contaminations de l’eau par les engrais et le développement du parasitisme lié aux cultures mono spécifiques. Enfin elles peuvent être la source de problèmes sociaux : pertes de terres pour les petits fermiers.

Le rapport note aussi que la production de bioénergie par les méthodes actuelles est critiquable par exemple la transformation du bois des arbres en granulés est contre productif, les arbres ont une croissance trop lente pour éviter un réchauffement dangereux. Il vaudrait mieux cultiver, dans des terres marginales, des herbes à croissance rapide pouvant être fermentées pour donner de l’alcool que d’obtenir celui-ci à partir de plantes agricoles importantes comme le maïs.

En définitive l’I.P.C.C. met en garde contre l’affectation de grandes surfaces de terres agricoles pour la production de bioénergie car elles ne peuvent que concurrencer la production alimentaire, réduire les disponibilités en eau et limiter les droits à la terre des petits paysans.

*E. Stokstard, Science 9 août 2019, N° 6453, pp.527-528.          

L'écologie du paysage


Samedi 5 Octobre 2019


Rappelons d’abord qu’un écosystème est une communauté d’espèces qui dépend du milieu physique sur lequel elle vit ; en outre les espèces qui la constituent sont liées directement ou indirectement par des relations alimentaires.

Les écosystèmes se côtoient n’y-a-t-il pas entre eux des interactions ? D’autre part l’action de l’homme modifie continuellement ces positions de voisinage ne serait-il donc pas utile d’avoir une vision plus large qui englobe plusieurs écosystèmes ? L’écologie des paysages se propose d’appréhender la structure et le mode de fonctionnement de plusieurs écosystèmes qui se côtoient afin de voir les changements globaux qui les affectent. Imaginez trois écosystèmes qui sont juxtaposés : une forêt, une prairie, un lac ; si leurs limites sont bien individualisées, les espèces qu’ils renferment ne sont pas emprisonnées dans les limites de l’écosystème, elles peuvent avoir des échanges avec l’écosystème voisin. Les échanges peuvent être de nature biologique : les insectes de la prairie peuvent participer à la nourriture des poissons du lac, ou de nature physique : l’évapotranspiration de la forêt va modifier l’atmosphère de la prairie. L’écologie des paysages est une prise de conscience de la dimension spatiale de l’écologie, le changement dans un paysage entraîne aussi un changement des écosystèmes qui y sont inclus et qu’il faut bien analyser notamment quand il est le fait de l’activité humaine.

Le fonctionnement d’un écosystème dépend de sa taille, de sa forme et de sa position dans le paysage. Un bosquet ne fonctionne pas de la même manière qu’une forêt, une prairie de plaine ne fonctionnera pas de la même manière qu’une prairie le long d’un cours d’eau, enfin un écosystème de forêt sur une pente ouest n’aura pas les mêmes caractéristiques que s’il était sur une pente orientée vers l’est.

Des écosystèmes voisins, dans le paysage, échangent, peuvent s’enrichir ou s’appauvrir l’un l’autre. Connaître la nature de ces échanges permet de mieux comprendre leur fonctionnement. En définitive l’élargissement des études écologiques au niveau du paysage enrichit celles-ci.

L’écologie des paysages devrait être une aide précieuse lorsque l’homme intervient sur un territoire pour le modifier à son propre intérêt. Quel va être l’effet négatif de son intervention sur le monde vivant qui y séjourne, peut-il en atténuer les méfaits ?

Notons au passage que l’analyse d’un terroir relève de l’écologie du paysage.            

En légalisant la P.M.A. et la G.P.A. ne ferait-on pas de l'eugénisme sans le savoir?


Vendredi 2 Août 2019


L’homosexualité, lorsqu’elle se manifeste dès l’enfance, est « héritable »*. Ce qui signifie que ce comportement provient à la fois de l’interaction de plusieurs gènes et de l’environnement. De tels caractères ont une hérédité non mendélienne ; ils relèvent de la génétique quantitative utilisée notamment en amélioration des espèces animales et végétales. Mais les caractères humains ne pouvant se plier à l’expérimentation,  il est difficile de les intégrer à une science. 

L’homosexuel à fait  et fait encore l’objet, dans de nombreux pays et dans certaines religions, d’interdits, de brimades, de persécutions et même de condamnations pouvant aller jusqu’à la peine de mort : étant donné qu’il a hérité au moins partiellement de son comportement, il n’en est donc pas responsable et tous les mauvais traitements qu’on lui inflige relèvent d’une sottise impardonnable.

Normalement un caractère qui s’oppose à la reproduction sexuée devrait être éliminé par la sélection naturelle or il n’en est rien, l’homosexualité se maintien dans les populations humaines. Pourquoi ? Probablement parce que l’exclusivité du comportement n’est pas totale, certain homosexuels ont des descendants avec les hétérosexuels ; le caractère est aussi porteur de talent notamment dans les carrières artistiques ce qui pourrait être un avantage pour le groupe.

Après avoir légalisé le mariage entre homosexuels, la loi française en légalisant la P.M.A. (Procréation Médicalement Assistée) aux couples d’homosexuelles pourrait leur permettre d’avoir des descendants,  et sans doute plus tard, aux couples d’homosexuels en légalisant la G.P.A. (Gestation Pour Autrui). Ceci mérite attention car on va introduire, dans la population Française, de manière artificielle, des génomes dont la moitié provient chaque fois d’un parent qui est nécessairement homosexuel. Etant donné que P.M.A. et G.P.A. devenues légales seront gratuites (c’était un obstacle à leur utilisation) et que leur application sera indéfiniment prolongée dans le temps, le nombre de descendants de chaque catégorie ne sera plus négligeable, on favorise donc le génome homosexuel alors qu’il ne l’était pas par la sélection naturelle. Favoriser un génome dans une population humaine (ou le défavoriser) par des méthodes artificielles  c’est accroître (ou décroître) sa présence dans cette population,  c’est faire de l’eugénisme.

*"Héritable" cet adjectif anglais, moins fort que l’adjectif : héréditaire, signifie en génétique quantitative « qui a une héritabilité ». L’héritabilité est le rapport entre la variance génotypique et la variance phénotypique. Plus ce rapport est élevé plus le caractère est déterminé génétiquement, plus il est faible et plus c’est l’environnement qui le détermine.

Il n’y aura pas de billet en septembre. Bonnes vacances.  

Une espèce menacée par la pollution peut-elle s'adapter à son nouveau milieu?


Mardi 2 Juillet 2019


Avec les modifications apportées au milieu terrestre par l’être humain, beaucoup d’espèces disparaissent ou sont en voie d’extinction ; y a-t-il des cas où l’espèce réussit à s’adapter au nouveau milieu ?

L’adaptation est un processus très lent qui correspond à une modification  du milieu elle-même très lente. Les changements produits par l’homme sont au contraire très rapides si on les compare aux temps géologiques au cours desquels s’est faite l’évolution. A priori donc, les espèces dont le milieu de vie est brutalement modifié par l’homme, soit qu’il devienne toxique soit que ses caractéristiques physico-chimiques changent, doit aboutir à leur élimination. Or on a observé que certaines espèces échappent à cette règle et s’adaptent au nouveau milieu, comment s’explique cette situation heureuse ? Un groupe de chercheurs* a étudié une espèce de poissons « killi » (Fundulus grandis) qui a pu survivre dans certaines zones fortement polluées du golfe du Mexique (pollution qui provoque chez l’espèce autochtone des déformations cardiaques létales) afin de rechercher l’origine de cette réadaptation.

La survie dans un milieu défavorable n’est possible pour une espèce que :
- si elle possède dans sa diversité génétique des individus ayant un ou des gènes de résistance à la toxicité du milieu,
- si une mutation nouvelle, apparu chez un individu de la population menacée, apporte cette résistance,
- enfin si cette résistance provient d’une autre espèce.
Le premier cas est généralement le plus fréquent, on y a d’ailleurs recours, en amélioration des espèces domestiques, pour lutter contre un parasite par exemple ; le sélectionneur recherche dans la diversité génétique de l’espèce s’il n’existe pas des individus résistants au parasite à partir desquels il créera les nouvelles variétés résistantes.
Les mutations nouvelles étant rares et, qui plus est, non nécessairement orientées vers un problème particulier de résistance à la toxicité d’un milieu, elles ne peuvent résoudre rapidement le problème d’adaptation à ce nouveau milieu.
Trouver chez une autre espèce les gènes de résistance à une toxicité est une alternative intéressante mais elle pose un nouveau problème : les hybrides interspécifiques sont en général stériles et n’assurent pas la descendance, des fertilités partielles existent cependant si les deux espèces sont génétiquement très proches.

Les auteurs de l’étude sur la résistance du poisson « killi » à la toxicité des eaux polluées, ont fait des analyses génomiques sur ces poissons; ils ont pu constater que le génome de ceux devenus résistants possédait une variabilité moindre que les poissons sensibles en voie de déclin. Par ailleurs la partie de leur génome expliquant la résistance provenait d’une autre espèce de poisson « killi » (Fundulus heteroclitus) inféodée aux côtes Atlantiques. Il y a donc eu, à un moment donné, hybridation entre ces deux espèces, mais comme elles ne partagent pas le même milieu comment ont-elles pu se retrouver ensemble ? Les auteurs de l’étude pensent que ce sont les pêcheurs eux-mêmes qui, vidant les ballasts de leurs bateaux auraient, introduit les poissons « killi » d’Atlantique dans le golfe du Mexique.

Ce sauvetage exceptionnel d’une espèce menacée par la pollution ne doit pas nous faire oublier que les dégradations d’un milieu, occasionnées par l’homme, aboutissent le plus souvent à la disparition des espèces qui y vivent ; ce serait faire preuve d’un optimisme béat que de croire qu’elles ont toujours des ressources pour survivre.

* K.S. Pfennig Science 2 Mai 2019, N°6439, pp. 433-433   

Risques biologiques des vols spatiaux


Mercredi 5 Juin 2019


Les vols spatiaux soumettent les spationautes à des contraintes qui n’existent pas sur terre : bruits, isolation, hypoxie, absence de rythmes circadiens mais, surtout, l’exposition aux radiations ionisantes et à la microgravité qui peuvent affecter  sérieusement leur santé. Pour des vols de courte durée ces effets se corrigent rapidement dès le retour sur terre de l’astronaute ; qu’en est-il pour des voyages de longue durée tel un voyage vers la planète Mars ? Des données précises manquaient jusqu’ici, une étude importante vient d’être publiée*, elle a été réalisée en comparant les caractéristiques biologiques de vrais jumeaux,  l’un ayant fait un séjour de longue durée (340 jours) dans la Station Spatiale Internationale l’autre restant à terre.

Les résultats de l’étude révèlent plusieurs changements moléculaires physiologiques et comportementaux induits par le séjour spatial de l’astronaute. Les effets les moins graves concernent les changements du micro biome intestinal et de la diminution de la masse corporelle ; viennent ensuite les altérations du collagène et la régulation des fluides intravasculaires; enfin, les plus graves, car susceptibles d’induire des cancers, concernent une instabilité génomique mesurée par des aberrations chromosomiques fréquentes.

Les anomalies structurales observées sur les chromosomes du jumeau spationaute sont caractéristiques des effets des radiations ionisantes. Le cosmonaute est soumis dès qu’il n’est plus protégé par le champ magnétique et l’atmosphère terrestre aux rayonnements cosmiques qui sont très pénétrants et très énergétiques. On observe chez le jumeau spationaute plusieurs modifications chromosomiques caractéristiques des ruptures du chromosome : inversions (un fragment de chromosome s’est recollé de manière inversée), translocations (un fragment de chromosome s’est inséré à un emplacement qui n’est pas le sien), délétions (un chromosome a perdu un de ses fragments). De telles anomalies sont généralement létales pour la cellule qui les porte ou susceptibles d’être à l’origine de cancers. L’observation de l’ADN lui-même montre que les télomères, séquences répétitives de l’ADN à l’extrémité des chromosomes jouant un rôle dans le vieillissement, peuvent être allongés ou raccourcis au cours du séjour spatial de longue durée. Cette anomalie se corrige pour les télomères allongés elle ne se répare pas pour les télomères raccourcis.

D’autres anomalies induites par la microgravité ont aussi des effets graves. Celle-ci entraîne un déplacement des fluides vers la tête et entraîne d’importantes modifications de la physiologie vasculaire avec distension des veines et artères du haut du corps : modifications précoces associés aux maladies cardiovasculaires et cérébrovasculaires. Au niveau des yeux on observe des anomalies vasculaires de la rétine, un épaississement de la choroïde qui peut présenter aussi des plissements. Ces modifications peuvent affecter la vision. Bien que les capacités cognitives ne soient pas modifiées au cours du vol, elles se révèlent diminuées après celui-ci.

Les altérations liées à la microgravité sur le système neuro-oculaire  s’ajoutent  celles connues des rayonnements ionisants sur la formation de la cataracte et les maladies cardiovasculaires. Ces maladies apparaissent quand des individus ont été exposés à des doses supérieures à 500 mSv (le milliSievert mesure la quantité d’énergie reçue par unité de masse du corps corrigée par des facteurs tenant compte de la sensibilité de l’organe touché). Des doses nettement supérieures pourraient être reçues par des astronautes allant vers la planète Mars et bien que les dégâts causés par les rayonnements ionisants sur l’ADN soient graves les effets sur la vue pourraient être un obstacle bien plus grave encore pour ce voyage interplanétaire.

Alors que d’un point de vue technologique un voyage vers Mars ne pose pas de problèmes insurmontables, d’un point de vue biologique les risques sont certains. Ceci montre bien que nous avons été construits dans un milieu particulier : le milieu terrestre et notre adaptation à ce milieu est très stricte.

* M. Lobrich et P.A. Jeggo. Science, 12 Avril 2019, N°6436, pp.127-128




Fitness


Dimanche 5 Mai 2019


On utilise fréquemment le terme anglais « fitness » pour qualifier  des activités susceptibles d’améliorer la condition physique des pratiquants; il est construit à partir de l’adjectif « fit » qui signifie « capable » et du suffixe « ness » qui traduit, en anglais, un état. La meilleure traduction pourrait donc être « capacité » mais ce nom ne correspond pas au projet que l'on  associe au terme anglais fitness. Il n’est donc pas traduit, ce qui lui garde son aura commerciale.

En génétique des populations ou en écologie adaptative, il a une signification très précise : c’est la contribution génétique de la descendance d’un individu aux futures générations ou encore le nombre de descendants d’un individu qui auront eux-mêmes des descendants participants à la génération suivante. Il ne faut pas confondre ce terme avec fertilité, un géniteur qui a une nombreuse descendance peut avoir une « fitness » nulle si ses descendants n’ont aucun descendant eux-mêmes. La fitness (traduite quelquefois en français par l’expression « valeur sélective ») n’est intéressante que si nous la comparons à celle de la moyenne de la population à laquelle appartient l’individu. Un individu qui a 2 descendants utiles (c’est-à-dire qui participent à la génération suivante)  dans une population dont le nombre moyen de descendants utiles est de 4 contribuera moins à la génération suivante que l’individu qui a une fitness de 8.

La loi de Hardy Weinberg montre que  les fréquences p et q de deux allèles d’un même gène : A1 et A2 restent invariables d’une génération à l’autre si la fitness moyenne f (nous ne parlons plus ici d’un individu mais d’une population d’individus, il faut donc raisonner avec des moyennes) est la  même pour chaque génotype : A1A1, A1A2 et A2A2.

Si les fitness moyennes de A1A1, A1A2 et A2A2 soit  f1, f2, et f3  sont de valeur décroissante (f1< f2 < f3), on démontre que la fréquence de l’allèle A2 va décroître d’abord rapidement, puis plus lentement, jusqu’à disparaître de la population. Si les fitness moyennes sont de valeur croissante (f1> f2 > f3) alors la fréquence de l’allèle A2 va croître jusqu’à devenir unique dans la population. On retrouve donc ce qu’avait prévu Darwin : les individus d’une population qui portent un caractère défavorable seront peu à peu éliminés de celle-ci.

On doit à R.A. Fisher (1930) les démonstrations expliquant l’élimination d’un gène dans une population en fonction des valeurs différentielles de sa fitness. Pour ce chercheur seule une théorie particulaire de l’hérédité et non une dilution des caractères d’une génération à l’autre, comme on le pensait au temps de Darwin, peut rendre compte, de façon autonome, des mécanismes du changement évolutif. Il liait ainsi la génétique mendélienne à la théorie de l’évolution et consolidait puissamment la force explicative de cette dernière.

Progrès dans les prévisions météorologiques.


Vendredi 5 Avril 2019


On a longtemps cru que les variations du climat étaient imprévisibles et l’espèce humaine a continuellement souffert d’accidents météorologiques qui n’avaient pas été prévus. Les choses ont peu à peu évolué au point que l’on incrimine maintenant les services météorologiques lorsqu’un accident climatique n’a pas été annoncé avec suffisamment de précision.

Le centième anniversaire de la société Américaine de météorologie a été l’occasion pour que des chercheurs* fassent une mise au point sur ce qu’ont été ces progrès.

En 1938, un ouragan a frappé la côte de la Nouvelle Angleterre aux Etats Unis, sans aucune alerte météorologique, il y eut 600 morts. Aujourd’hui grâce aux alertes et bien que les populations côtières soient plus importantes, le nombre de décès est généralement très faible. Les prévisions des ouragans à 72 heures sont plus fiables maintenant qu’elles ne l’étaient à 24 heures il y a  40 ans ; elles permettent de mettre les populations à l’abri et de préserver ce qui peut l’être. Les prévisions numériques du temps à 5 jours, données par les centres météorologiques, sont plus précises que celles à 1 jour données en 1980 ! Des prévisions utiles à 9 ou 10 jours sont déjà émises.

Ces progrès sont dus à l’amélioration des méthodes d’observation, à la modélisation et au stockage de données. L’observation a fait des progrès gigantesques grâce aux satellites météorologiques qui photographient plusieurs fois par jour la couverture atmosphérique. L’utilisation d’ordinateurs plus rapides et plus puissants a permis d’établir des modèles à partir d’une quantité énorme de données ; enfin une meilleure connaissance de la physique atmosphérique et de sa dynamique ont contribué aussi à conforter la véracité des modèles.

Le problème de l’établissement de prévisions fiables tient au fait que les données concernant l’état de l’atmosphère à un moment donné sont incomplètes ou incertaines ; les modèles que l’on bâtit sont dépendants de données initiales imparfaites, il faut donc les corriger au fur et à mesure que de nouvelles données sont recueillies. C’est ainsi que l’on améliore fortement sa capacité prédictive.  On peut aussi établir plusieurs modèles numériques à partir de données initiales légèrement différentes mais toutes également possibles.

Certaines caractéristiques annuelles du système climatique telles que la survenue des moussons sont plus persistantes que la variation du temps au jour le jour, on devrait pouvoir, sur ces systèmes, faire des prévisions saisonnières, annuelles et même pluriannuelles.

Il faut aller vers l’amélioration des prévisions d’autres phénomènes environnementaux liés au climat. La survenue d’inondations provoquées par les tempêtes affectent gravement les zones côtières ; celles consécutives à des pluies orageuses intenses font déborder brutalement les eaux des rivières et provoquent de graves dégâts aux habitations riveraines.  Les incendies émettent des microparticules qui polluent l’atmosphère et peuvent affecter la santé des personnes vulnérables. L’installation d’éoliennes ou de fermes photovoltaïques nécessite une bonne connaissance des conditions locales de la fréquence des vents et de la durée de l’ensoleillement etc.

Comment améliorer encore les prévisions météorologiques ? Il faudra maintenir et améliorer la collecte des données en visant des régions et des périodes d’intérêt spécial, en utilisant de plus en plus des sondes automatiques. Ces nouvelles données ne seront utiles que si elles sont assimilées dans les modèles prévisionnels. L’amélioration des modèles eux-mêmes nécessite une meilleure connaissance des phénomènes physiques : interactions mer-air, nuages–aérosols. Le calcul est essentiel, l’utilisation d’ordinateurs puissants et rapides est indispensable pour traiter simultanément des ensembles de modèles prévisionnels.

Les investissements nécessaires aux prévisions météorologiques sont importants mais, selon les auteurs, les retours sont de 3 à 10 fois supérieurs. Ils notent que les pays en voie de développement devraient, eux aussi, bénéficier de systèmes prévisionnels de qualité.

* R.B. Alley et al. Science, 25 janvier 2019, N°6425, pp. 342-344.     

Vers des systèmes agricoles renouvelés et durables.


Mardi 5 Mars 2019


Il n’y avait pas jusqu’ici de vision globale sur ce que devrait être une agriculture qui « maintien ou accroît la production tout en améliorant les résultats environnementaux » ; un Chercheur* s’est attelé à ce sujet et nous présente un ensemble de préconisations qui valent de schéma général et qu’il appelle « intensification soutenable » (durable).

Pour cet auteur il s’agit de développer des synergies entre les systèmes agricoles et leurs composantes environnementales ; en fait l’agriculture ne doit pas détruire le système paysager qui l’entoure mais s’y insérer de manière à ce que les profits soient réciproques. Le concept est ouvert, il porte son effort sur les résultats plutôt que sur les moyens ; il peut être appliqué à une entreprise de taille quelconque et ne prédétermine ni les technologies, ni les types de productions, ni les modèles à appliquer.

Ce projet vers la durabilité comporte trois recommandations :

L’efficacité se propose une réduction des pertes sur les intrants (nécessaires à l’activité agricoles) et sur les produits (résultats de l’activité agricole).     
Les pratiques agricoles produisent beaucoup de déchets. Les pertes des produits agrochimiques affectent l’environnement, les pertes de récolte réduisent la quantité de nourriture qui sera utilisable. L’efficacité consistera à mieux utiliser les fournitures : engrais, pesticides, eau etc. c’est l’objet de l’agriculture de précision. Il faut remarquer que celle-ci suppose des moyens techniques importants (capteurs, drones, satellites météorologiques etc.) et de bonnes connaissances en biologie. L’agriculteur doit être un excellent technicien.

La substitution se propose de remplacer les technologies et les pratiques agricoles existantes. On substituera, aux cultures du sol, des techniques  plus économes et respectueuses de sa conservation, ainsi on aura recours aux cultures hydroponiques, on préférera les cultures sans labours, les semis directs. On substituera aux pesticides de synthèse des agents de contrôle biologique. On remplacera les producteurs actuels par d’autres plus efficaces issus de la sélection : variétés ou races animales qui convertissent mieux les intrants en biomasse, qui sont mieux adaptées au climat, aux sols, aux parasites.

Le remodelage des systèmes a pour but de maîtriser les processus écologiques que sont : la prédation, le parasitisme, l’herbivorie, la fixation de l’azote, la pollinisation, les dépendances alimentaires etc. Le premier souhait étant de moduler les émissions de gaz à effet de serre, de fournir de l’eau propre, de maximiser la séquestration du carbone, de promouvoir la biodiversité, de disperser et d’atténuer les effets des pestes, pathogènes et mauvaises herbes. Le remodelage doit être l’action la plus transformatrice du projet ; elle aura un effet multiplicatif sur les systèmes de production alors que les deux premières recommandations n’ont qu’un effet additif.

Peut-on à la fois accroître la production tout en protégeant l’environnement ? L’approche multiplicative améliore les rendements en combinant l’utilisation de nouvelles variétés et une direction agro-écologique de l’exploitation ; l’approche additive nécessite une diversification des fermes en un large assortiment de cultures à l’opposé de la monoculture actuelle.

Les traitements conventionnels des pestes et parasites posent problème car, bien souvent non spécifiques, ils détruisent de nombreuses espèces naturelles non parasites (la baisse du nombre d’insectes que nous observons témoigne de l’aberration de ces traitements) ; ils induisent aussi l’apparition de formes résistantes. Un traitement intégré des pestes et parasites est nécessaire ce doit être une boite à outils d’interventions qui combine l’utilisation de pesticides spécifiques avec des techniques agronomiques  et biologiques de contrôle des différentes classes de parasites des cultures.

La mise en place d’agrosystèmes ne peut se concevoir qu’à l’échelle du paysage car ils doivent fournir plusieurs services : production alimentaire, recyclage des aliments, lutte contre les parasites, conservation des sols, stockage du carbone, maintien de la diversité spécifique. Dès lors les actions individuelles libres sont insuffisantes la coopération est indispensable. Une nouvelle connaissance doit être créée collectivement.

Cette vision globale est intéressante ; ce n’est ni une agriculture biologique qui ne sera pas en mesure de nourrir les populations toujours croissantes, ni une agriculture raisonnée qui oublie un peu l’environnement naturel. L’auteur est conscient qu’elle nécessite des investissements importants notamment pour faire une agriculture de précision ; il faudra aussi former les futurs agriculteurs non seulement à la connaissance des techniques agricoles mais aussi à l’écologie. Conscient de ces difficultés il note modestement qu’il n’y a pas d’exigence de « point final parfait ».

* J. Pretty Science, 23 Novembre 2018, N°6417, pp.908-915     

Vers des systèmes agricoles renouvelés et durablesVers des systèmes agricoles renouvelés et durables

L'effet de serre


Mardi 5 Février 2019


Par son rayonnement, le soleil nous éclaire et nous apporte aussi de la chaleur. Grâce à l’analyse du spectre lumineux, nous connaissons communément :
- les ultraviolets invisibles qui provoquent « les coups de soleil en été » ces rayonnements ont une longueur d’onde comprise entre 0,01 micromètres et 0,40 micromètres, ils sont actifs pour la photosynthèse.
- les rayonnements visibles auxquels notre rétine est sensible ; leur longueur d’onde s’étale de 0,40 micromètres à 0,60 micromètres (violet 0,44 ; bleu 0,47 ; vert 0,54 ; jaune 0,58 ; orange 0,60 ; et rouge 0,62). L’arc en ciel, produit par les gouttes d’eau de pluie qui se comportent comme des prismes, nous restitue cette gamme de couleurs.
- les infrarouges invisibles, de longueur d’onde comprise entre 0,76 micromètres et 5 micromètres, sont les ondes énergétiques elles transportent la chaleur.

L’énergie apportée par ces infrarouges est diluée : 1kw par mètre carré de la surface terrestre au maximum, 0,1 kw en moyenne ; elle est intermittente : absente de nuit, faible par temps couvert. Cependant, s’il n’y avait pas de pertes de chaleur, la surface de la terre s’échaufferait et la vie y deviendrait impossible ; en fait la terre qui s’échauffe émet à son tour des infrarouges qui évacuent la chaleur vers le ciel. Le rapport entre l’énergie reçue et celle émise est l’albédo si la terre absorbait tous le infrarouges l’albédo serait égal à 0 et si elle renvoyait toutes les radiations il serait égal à 1.

L’effet de serre tient à ce que la terre ne réfléchit que des infrarouges dont la longueur d’onde est supérieure à 3 micromètres et que ces longueurs d’ondes sont absorbées par le plastique, le verre et certains gaz. Ainsi, la chaleur qu’ils transportent, est piégée par la présence de ces obstacles.

On a utilisé en agriculture cette propriété du verre et du plastique pour faire des serres ; dès lors qu’elles reçoivent de la lumière solaire, leur sol renvoie des infrarouges qui vont être piégés par les parois en verre ou en plastique de la serre, la chaleur intérieure y est ainsi supérieure à l’extérieur et les plantes peuvent y maintenir une activité de croissance. La serre prolonge ainsi la saison favorable aux plantes  et peut empêcher les dégâts de gel.
Les infrarouges réfléchis par la terre sont aussi arrêtés par certains gaz présents dans les couches atmosphériques ce sont des gaz à effet de serre  il y en a cinq principaux : la vapeur d’eau H2O, le dioxyde de carbone CO2, le méthane CH4, le protoxyde d’azote N2O et l’Ozone O3 ; ils vont intervenir ainsi puissamment sur notre climat car ils modifient plus ou moins rapidement la température de l’atmosphère.

La vapeur d’eau est un gaz qui coexiste avec son état liquide : le brouillard, selon les températures et les pressions présentes dans le milieu atmosphérique. C’est ce mélange gaz-brouillard qui constitue l’obstacle le plus efficace au passage des infrarouges. Son effet de serre est cependant très variable et limité car la teneur en vapeur d’eau de l’atmosphère est fonction du va et vient entre l’évaporation des eaux des océans et leur restitution au sol par condensation sous forme de pluies.

Les autres gaz à effet de serre ne changent pas d’état aux températures et pressions qui sévissent à la surface de la terre, leur concentration ne variait que très lentement dans les temps géologiques. Cependant l’homme a modifié cette situation ; il utilise comme source d’énergie,  depuis la révolution industrielle, le carbone fossile ; l’oxydation de celui-ci dans les moteurs produit des quantités colossales de dioxyde de carbone : CO2. Sa concentration dans l’atmosphère terrestre augmente rapidement car la demande photosynthétique principale utilisatrice de ce gaz reste stable sinon diminue. L’effet de serre supplémentaire qui découle de cette émission anthropique du CO2 est déjà perceptible dans le réchauffement climatique de la planète.

Le mouvement de l'eau dans les arbres


Dimanche 6 Janvier 2019


L’eau, aspirée par les racines dans le sol, est transportée vers les branches et les feuilles par le bois du tronc de l’arbre. Ce bois est constitué de vaisseaux formés par la paroi squelettique d’anciennes cellules allongées en prolongation les unes des autres, qui une fois mortes se sont vidées de leur contenu. La jonction de deux cellules du tuyau est libre chez les angiospermes ou garde la membrane primaire de la paroi squelettique cellulaire chez les gymnospermes, la paroi secondaire étant partiellement évidée pour former des trous on parle de tubes criblés.

La montée de la sève brute (celle qui est puisée dans le sol par les racines) doit se faire à l’encontre de plusieurs obstacles physiques : la force de gravité, les forces de friction le long des parois des vaisseaux, enfin le franchissement de la membrane primaire des tubes criblés des gymnospermes. La force de gravité est contrebalancée dans les 10 premiers mètres par la pression atmosphérique, en effet la pression de 1 atmosphère permet de faire monter dans un tube très fin une colonne d’eau jusqu’à 10 mètres environ. Mais au-delà que va-t-il se passer pour un arbre qui peut atteindre ou dépasser 30 mètres ?

L’explication de ce processus n’est pas encore entièrement satisfaisante ; il intervient à la fois la cohésion de l’eau dans les vaisseaux du bois et la transpiration au niveau des stomates foliaires.

Au niveau de la plantule la montée de la sève jusqu’aux feuilles ne pose aucun problème d’interprétation car la prise d’eau au niveau des racines crée une pression osmotique très importante qui fera face, sans difficultés, à la force de gravité qui s’exerce sur la sève présente dans les vaisseaux ; cependant à mesure que l’arbuste croît, l’effet de la pression racinaire s’atténue dans la tige et doit être secondée par une force de succion au niveau des feuilles.

Le parenchyme foliaire est constitué de cellules laissant des espaces libres qui contiennent de l’air humide. Au niveau des stomates, lorsqu’ils s’ouvrent, va se produire une évaporation qui appauvrit en eau l’air humide des cavités du parenchyme foliaire ; les cellules compensent cette perte d’eau mais leur pression osmotique s’accroît et il s’établit un gradient qui va des cellules de la feuilles jusqu’au pétiole et donc jusqu’aux faisceaux du bois. Cette nouvelle force tire vers le haut la colonne de sève et contribue ainsi à son ascension. C’est comme si on aspirait une boisson à l’aide d’une paille.

Enfin ceci n’est possible que si les forces qui agissent en attraction n’entraînent une rupture de la colonne de sève, il faut donc qu’il existe une force qui unit entr’elles des molécules d’eau voisines. Ces forces dites de cohésion, sont des liaisons hydrogènes. La rupture de la colonne de sève entraîne l’incapacité définitive du vaisseau du bois qui la contient à retrouver son activité conductrice ; si de nombreux vaisseaux d’un arbre sont endommagés sa vitalité est fortement affectée une telle situation peut intervenir à la suite d’une longue période de sècheresse.       

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