Agrosystèmes et développement durable
Seconde · SVT · Les enjeux contemporains de la planète
Les enjeux contemporains de la planète
L'agrosystème : un écosystème piloté par l'humain, et ses impacts
Un champ de blé ressemble à une prairie, mais il fonctionne tout autrement. Dans une forêt, presque tout ce qui pousse retombe sur place et repart dans le cycle. Dans un champ, l'essentiel de ce qui pousse est emporté à la récolte. Cette simple différence explique presque tout le reste : les engrais, les rendements, les pollutions, et jusqu'aux débats sur notre alimentation.
| Écosystème naturel (forêt) | Agrosystème (champ cultivé) | |
|---|---|---|
| Devenir de la biomasse | Reste sur place, décomposée puis recyclée | Exportée à la récolte, hors du système |
| Cycle de la matière | Bouclé, ou presque | Ouvert : il faut compenser les sorties |
| Apports extérieurs | Quasi nuls (pluie, poussières, azote fixé par des bactéries) | Intrants : engrais, eau, produits phytosanitaires, semences, énergie |
| Biodiversité | Élevée, réseaux trophiques complexes | Faible, souvent une seule espèce dominante |
| Stabilité | Bonne : les régulations naturelles amortissent les perturbations | Fragile : sensible aux ravageurs et aux aléas, d'où la nécessité d'interventions |
Pourquoi faut-il des intrants ?
Quand on récolte du blé, on emporte avec lui l'azote, le phosphore et le potassium que la plante avait prélevés dans le sol. Sans restitution, le stock du sol s'épuise et le rendement chute. Les intrants — engrais organiques (fumier, compost) ou minéraux de synthèse — compensent ces sorties. S'y ajoutent l'eau d'irrigation, les produits phytosanitaires (herbicides, insecticides, fongicides) qui limitent la concurrence et les ravageurs, et l'énergie nécessaire aux machines.
Les impacts environnementaux d'une agriculture intensive
- Eutrophisation : les nitrates et phosphates entraînés vers les cours d'eau provoquent une prolifération d'algues ; leur décomposition consomme l'oxygène de l'eau et asphyxie les autres organismes.
- Pollution des nappes phréatiques par les nitrates et les résidus de pesticides.
- Apparition de résistances chez les ravageurs et les adventices, qui rend les traitements de moins en moins efficaces.
- Érosion et tassement des sols liés au travail intensif et aux sols laissés nus.
- Perte de biodiversité : disparition des haies, des insectes pollinisateurs et des auxiliaires de culture.
- Émissions de gaz à effet de serre : dioxyde de carbone des engins, protoxyde d'azote des sols fertilisés, méthane de l'élevage des ruminants.
Les enjeux contemporains de la planète
Rendements énergétiques et pratiques durables
Produire davantage sur une surface finie, sans dégrader ni les sols ni les milieux : c'est toute la question du développement durable appliqué à l'agriculture. Pour y répondre, il faut d'abord comprendre où part l'énergie.
Le rendement des chaînes alimentaires
Les végétaux chlorophylliens sont les producteurs primaires : ils convertissent une fraction de l'énergie solaire en biomasse. À chaque passage à un niveau trophique supérieur, une grande partie de l'énergie est perdue (respiration, chaleur, parties non consommées). En ordre de grandeur, seuls environ 10 % de l'énergie d'un niveau se retrouvent dans le suivant.
Des pratiques plus durables
- Rotation des cultures : alterner les espèces d'une année sur l'autre casse les cycles des ravageurs et équilibre les prélèvements dans le sol.
- Cultiver des légumineuses (luzerne, pois, trèfle) : associées à des bactéries fixatrices, elles enrichissent le sol en azote et réduisent le besoin d'engrais.
- Lutte biologique : utiliser un prédateur ou un parasite naturel du ravageur plutôt qu'un insecticide, comme la coccinelle contre les pucerons.
- Agroforesterie et haies : associer arbres et cultures pour limiter l'érosion, abriter les auxiliaires et diversifier la production.
- Couverts végétaux en interculture pour protéger le sol et limiter le lessivage des nitrates.
- Adapter la fertilisation aux besoins réels de la plante, mesurés par analyse de sol, plutôt que d'épandre systématiquement.
Exercices corrigés
Dans une chaîne alimentaire, quelle proportion de l'énergie passe environ d'un niveau trophique au suivant ?
- A.Environ 10 %Bonne réponse
- B.Environ 50 %
- C.Environ 90 %
- D.La totalité
Réponse : A — Environ 10 %
L'ordre de grandeur à retenir est de 10 %. Le reste est dissipé : une grande part de l'énergie assimilée sert à la respiration de l'organisme et se dégrade en chaleur, une autre part n'est jamais consommée (racines, os, parties non comestibles) ou est éliminée dans les excréments. C'est ce faible rendement qui explique que les chaînes alimentaires comportent rarement plus de quatre ou cinq maillons.
Qu'est-ce qui distingue fondamentalement un agrosystème d'un écosystème naturel ?
- A.L'agrosystème ne reçoit pas d'énergie solaire
- B.L'agrosystème exporte une grande partie de sa biomasse lors de la récolteBonne réponse
- C.L'agrosystème ne contient aucun organisme décomposeur
- D.L'agrosystème n'a besoin ni d'eau ni de sol
Réponse : B — L'agrosystème exporte une grande partie de sa biomasse lors de la récolte
Dans une forêt, feuilles et bois retombent sur place et sont recyclés : le cycle de la matière est quasiment bouclé. Dans un champ, les grains partent à la récolte, emportant avec eux les éléments minéraux prélevés dans le sol : le cycle est ouvert. C'est cette exportation qui rend les intrants nécessaires. Un agrosystème reçoit bien sûr de l'énergie solaire, contient des décomposeurs et dépend totalement de l'eau et du sol.
Parmi ces éléments, lequel N'EST PAS un intrant agricole ?
- A.Un engrais azoté
- B.De l'eau d'irrigation
- C.Un insecticide
- D.Le blé récolté et venduBonne réponse
Réponse : D — Le blé récolté et vendu
Un intrant est ce qui ENTRE dans l'agrosystème : engrais, eau d'irrigation, produits phytosanitaires, semences, carburant. Le blé récolté est au contraire une SORTIE du système : c'est précisément la biomasse exportée, celle pour laquelle l'agrosystème existe. Bien distinguer entrées et sorties est la clé pour dresser un bilan correct.
Pourquoi apporte-t-on des engrais dans un champ cultivé ?
- A.Pour augmenter l'ensoleillement reçu par les plantes
- B.Pour éliminer les insectes ravageurs
- C.Pour compenser les éléments minéraux exportés du sol lors des récoltesBonne réponse
- D.Pour empêcher l'eau de s'infiltrer dans le sol
Réponse : C — Pour compenser les éléments minéraux exportés du sol lors des récoltes
Chaque récolte emporte l'azote, le phosphore et le potassium que les plantes avaient prélevés dans le sol. Sans restitution, ce stock s'épuise et les rendements chutent : les engrais, organiques ou de synthèse, servent à combler ce déficit. Éliminer les ravageurs est le rôle des insecticides, pas des engrais, et un engrais n'a évidemment aucun effet sur l'ensoleillement ni sur l'infiltration de l'eau.
La rotation des cultures consiste à :
- A.faire tourner les engins agricoles dans le sens des courbes de niveau
- B.récolter deux fois la même culture dans l'année
- C.arroser les parcelles à tour de rôle
- D.alterner les espèces cultivées sur une même parcelle d'une année à l'autreBonne réponse
Réponse : D — alterner les espèces cultivées sur une même parcelle d'une année à l'autre
Alterner les espèces (par exemple blé, puis colza, puis légumineuse) présente deux avantages majeurs : cela casse le cycle de développement des ravageurs et des maladies spécifiques d'une culture, et cela équilibre les prélèvements dans le sol, chaque espèce puisant des éléments différents à des profondeurs différentes. Ce n'est ni une question de trajet des engins, ni de calendrier d'arrosage.
Dans un agrosystème, quels organismes occupent le niveau des producteurs primaires ?
- A.Les plantes cultivées, qui réalisent la photosynthèseBonne réponse
- B.Les bovins d'élevage
- C.Les bactéries du sol qui décomposent la matière organique
- D.Les agriculteurs qui produisent la récolte
Réponse : A — Les plantes cultivées, qui réalisent la photosynthèse
Les producteurs primaires sont les organismes capables de produire leur propre matière organique à partir de matière minérale et d'énergie lumineuse : ce sont les végétaux chlorophylliens, donc les plantes cultivées. Les bovins sont des consommateurs (ils mangent des végétaux) et les bactéries des décomposeurs. Attention à ne pas confondre la notion écologique de « producteur » avec son sens économique !
Une parcelle produit 10 000 kJ de biomasse végétale, utilisée pour nourrir des bovins avec un rendement de 10 %. Quelle énergie est finalement disponible pour l'humain sous forme de viande ?
- A.10 000 kJ
- B.100 kJ
- C.1 000 kJBonne réponse
- D.100 000 kJ
Réponse : C — 1 000 kJ
Il suffit d'appliquer le rendement une seule fois, car il n'y a qu'un seul passage de niveau trophique (végétaux vers bovins) : 10 000 × 0,10 = 1 000 kJ. Répondre 100 kJ reviendrait à appliquer le rendement deux fois, comme s'il y avait un maillon supplémentaire. Répondre 10 000 kJ, c'est oublier les pertes, et 100 000 kJ multiplierait l'énergie, ce qui est impossible : un transfert ne crée jamais d'énergie.
En quoi consiste l'eutrophisation d'un cours d'eau ?
- A.Un assèchement progressif du lit de la rivière
- B.Un enrichissement en nitrates et phosphates qui provoque une prolifération d'algues, puis une chute de l'oxygène dissousBonne réponse
- C.Une acidification de l'eau par les pluies
- D.Une accumulation de sable au fond du lit
Réponse : B — Un enrichissement en nitrates et phosphates qui provoque une prolifération d'algues, puis une chute de l'oxygène dissous
Le raisonnement se fait en trois temps. D'abord, les nitrates et phosphates lessivés depuis les parcelles enrichissent l'eau. Ensuite, ces nutriments déclenchent une prolifération explosive d'algues en surface. Enfin, quand ces algues meurent en masse, leur décomposition par les bactéries consomme l'oxygène dissous : les poissons et invertébrés s'asphyxient. Le point important est que ce n'est pas une toxicité directe des nitrates, mais un manque d'oxygène.
Pourquoi cultiver des légumineuses (pois, luzerne, trèfle) est-il intéressant dans une rotation ?
- A.Elles éliminent les nitrates du sol
- B.Elles poussent sans eau
- C.Elles n'ont pas besoin de lumière
- D.Associées à des bactéries fixatrices, elles enrichissent le sol en azoteBonne réponse
Réponse : D — Associées à des bactéries fixatrices, elles enrichissent le sol en azote
Les légumineuses hébergent dans leurs nodosités racinaires des bactéries capables de fixer le diazote de l'air et de le transformer en composés azotés assimilables. Le sol s'en trouve enrichi, ce qui réduit le besoin d'engrais azotés pour la culture suivante : c'est un levier majeur d'agriculture durable. Elles ne suppriment pas les nitrates, et comme tout végétal chlorophyllien, elles ont besoin d'eau et de lumière.
Introduire des coccinelles dans une culture pour éliminer les pucerons est un exemple de :
- A.lutte biologiqueBonne réponse
- B.fertilisation raisonnée
- C.rotation des cultures
- D.traitement phytosanitaire de synthèse
Réponse : A — lutte biologique
La lutte biologique consiste à mobiliser un ennemi naturel du ravageur — prédateur, parasite ou micro-organisme — plutôt qu'un produit chimique. La coccinelle, prédatrice de pucerons, en est l'exemple emblématique. L'intérêt : pas de résidus, pas de sélection de résistances chimiques, préservation des auxiliaires. La fertilisation concerne les apports nutritifs, la rotation l'alternance des espèces, et un produit de synthèse serait précisément ce que la lutte biologique cherche à éviter.
Pourquoi un agrosystème en monoculture est-il plus fragile qu'un écosystème naturel ?
- A.Parce qu'il reçoit moins d'énergie solaire
- B.Parce que sa faible biodiversité le prive des régulations naturelles et facilite la propagation des ravageursBonne réponse
- C.Parce que les plantes cultivées ne réalisent pas la photosynthèse
- D.Parce que le sol y est toujours de moins bonne qualité au départ
Réponse : B — Parce que sa faible biodiversité le prive des régulations naturelles et facilite la propagation des ravageurs
Dans un écosystème diversifié, prédateurs et parasites naturels maintiennent chaque population à un niveau modéré, et une maladie ne peut se propager que d'un hôte à l'autre, plus rares. En monoculture, l'agresseur trouve au contraire une ressource abondante et continue, et les auxiliaires manquent souvent d'abris. D'où la nécessité d'interventions humaines répétées. L'énergie solaire reçue est la même, et le sol de départ n'est pas en cause.
Quelle définition correspond au développement durable ?
- A.Produire le plus possible, quel que soit le coût environnemental
- B.Cesser toute activité agricole pour laisser la nature se régénérer
- C.Répondre aux besoins du présent sans compromettre la capacité des générations futures à répondre aux leursBonne réponse
- D.Remplacer tous les engrais de synthèse par des engrais organiques
Réponse : C — Répondre aux besoins du présent sans compromettre la capacité des générations futures à répondre aux leurs
Cette définition, issue du rapport Brundtland, articule le présent et l'avenir. Appliquée à l'agriculture, elle impose de croiser trois exigences : nourrir les populations, préserver sols, eaux et biodiversité, et permettre aux agriculteurs de vivre de leur travail. Maximiser la production sans limite ignore l'enjeu environnemental ; arrêter l'agriculture ignore l'enjeu alimentaire ; et changer d'engrais est un moyen possible, pas une définition.
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