Protéines végétales. Impacts agronomiques et environnementaux de leur production dans les systèmes agricoles français

HAL Id: hal-02733509

https://hal.inrae.fr/hal-02733509

Submitted on 2 Jun 2020

HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.

L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.

Protéines végétales. Impacts agronomiques et

environnementaux de leur production dans les systèmes agricoles français

Anne-Sophie Voisin

To cite this version:

Anne-Sophie Voisin. Protéines végétales. Impacts agronomiques et environnementaux de leur produc- tion dans les systèmes agricoles français. Colloque INNO’FIL : Tendance de consommation – Moteur d’innovation des filières alimentaires, NOVALIM. FRA., Nov 2018, Bourg en Bresse, France. �hal- 02733509�

Protéines végétales

Impacts agronomiques et environnementaux de leur production

dans les systèmes agricoles français

Anne-Sophie Voisin

INRA Dijon, UMR Agroécologie

Anne-Sophie.Voisin@inra.fr

Production de protéines végétales / animales

Impacts environnementaux de la production de protéines animales >

protéines végétales

Production de protéines végétales / animales

Impacts environnementaux de la production de protéines animales >

protéines végétales

Un problème complexe : des besoins en protéines végétales accrus liés à

l’évolution des populations et des régimes alimentaires à l’échelle mondiale

Les légumineuses : source de protéines végétales

Plantes dicotylédones à fleurs papilionacées dont le fruit est une gousse,

– exploitées

• comme légume sec (pois, haricot),

• fourrage (trèfle, luzerne)

• pour l'ornement (acacia)

• pour le bois (palissandre)

Capacité exclusive de fixer l’azote de l’air (N

)

• en symbiose avec des bactéries du sol

• Dans des organes appelé nodosités

La Nutrition azotée spécifique des légumineuses

La fixation symbiotique de de N

– Varie selon la disponibilité en azote minéral du sol

N₂ NO₃-

Azote minéral dans la couche labourée au semis (kg N.ha^-1)

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Azote issu de la fixation symbiotique (%)

0 20 40 60 80

Y = - 0.23 X + 87 R² = 0.98 données Voisin et al (2002b) données Jensen (1987)

% f ix a ti o n s y m b io ti q u e

85 %

Azote minéral dans la couche labourée au semis (kg N/ ha)

Pois protéagineux

(Voisin et al, 2002)

Conditions agronomiques

70 %

NO₃-

N₂ Pois : 60 % en France en moy

Variation de la fixation symbiotique :

Une sensibilité aux stress environnementaux

Principaux facteurs limitants de la fixation symbiotique

pouvant induire une carence en N et limiter le rendement

– Facteurs abiotiques qui affectent le fonctionnement des nodosités

• Tassement du sol

– souvent lié à de mauvaises conditions d’implantation

• Stress hydrique

– dessèchement de la couche superficielle du sol

– Facteurs biotiques qui affectent l’intégrité du système racinaire

• Pourriture racinaire Aphanomycès (pas de moyen de lutte)

• Sitones (Insectes ont les larves se nourrissent des nodosités

– Facteurs qui affectent la croissance de la plante

• Compétition avec les Adventices (dû à croissance lente des légumineuses)

N₂ NO₃-

Variation de la fixation symbiotique :

entre espèces de légumineuses

Des différences marquées de % de fixation moyens entre espèces

Même si une variabilité importante selon le pédo-climats pour chaque espèce

- Trèfle, Luzerne et autres fourragères : - Féverole et lupin

- Soja et arachide : - Pois, pois-chiche, - lentille

- Haricot

80-90%

75 % 68%

63%

40 %

Des teneurs en protéines élevées

et variables entre espèces - Soja :

- Lupin : - Féverole : - Pois : - Céréales

Production de graines riches en protéines

10-15 % 23 % 40 % 37 % 30 %

La synthèse des protéines : un coût en énergie pour la plante

Plus de protéines produites à l’ha : pois (920 kg /ha) > blé (825 kg / ha) -

Pb de

rémunération de la

production ?

Mais une marge de progrès possible pour espèces à sélection récente

- avec augmentation conjointe du rendement en matière sèche et en protéines

Mais moins de rendement

- Potentiel rdt matière sèche : pois (40 q /ha) < blé (75 q / ha)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8

rendeement moyens max en France (t ha-1)

Cout en carbone de production de la graine (g glucose par g de graine)

maïs

Blé Orge

Sorgho Triticale

Seigle Avoiine

Blé dur pois

féverole

soja

Colza

Tournesol

Céréales

Protéagineux Oléagineux Rendements moyens

max en France

Coût en carbone de production de la graine

(g glucose par g de graine)

t. ha-1 Pois

Féverole

Soja Blé

Maïs

(amidon)

(protéines)

(huile)

Bilan azoté des légumineuses

Fixation Symbiotique N

Rendement N des graines

Fourniture de N Au sol

Tiges Racines

Rhizodépots

Impacts Agronomiques

des légumineuses

Bilan azoté des légumineuses

Fixation Symbiotique N

Rendement N des graines

Tiges Racines

Rhizodépots

Fourniture de N Au sol

Prélèvement de N Par la culture

suivante

« Effets Précédents » des légumineuses:

sur les performances de la culture suivante ^Exemples

Blé

Rendement

+ 7,4 q/ha

/ blé de céréale

(moy statistique pluriannuelle sur 36000 parcelles de blés,

7 PRA, 9-18 années)

Fertilisation azotée

-20 à -60 kg N /ha

Colza

Rendement

+0,5 à 3 q/ha

/ colza d’orge (essais sur 3 campagnes)

Fertilisation azotée : -30 à -60 kg N /ha

Source: Projet CASDAR 7175 PoisColzaBlé

Pois

Luzerne

Maïs

de luzerne de 2-3 ans

Fertilisation azotée :

après la destruction luzerne:

-100 à -150 kg N/ha

possible sur 2 ans

Les légumineuses : 2 économies d’azote

Fixation Symbiotique N

Rendement N

des graines

Prélèvement de N

Par la culture suivante

Fourniture de N Au sol

Absence de fertilisation N Réduction de fertilisation N

Limiter les pertes !!

Plaza-Bonilla et al., 2015 Sol nu

CIPAN

N minéral dans le sol : fin novembre (kg/ha)

Blé PH PP Soja Sor. Tourn.

POIS

Effets Précédents des légumineuses:

sur les performances de la culture suivante

- Apport de N organique au sol : via des résidus de culture riches en N - MAIS Risques de pertes par lixiviation du nitrate

- Des reliquats azotés plus élevés

après une culture de pois

mais risques maîtrisables

en couvrant le sol à l’automne: CIPAN en implantant un colza après le pois,

Effets des légumineuses à plus long terme :

Effets sur le sol et ses composantes

- Apport de N organique au sol : via des résidus de culture riches en N

- MAIS Risques de pertes par lixiviation du nitrate

- MAIS en quantité faible : faible restitution de matière organique au sol par les légumineuses à graines

Après 6 ans

Evolution du carbone organique

du sol (SOC)

kg/ha/an Plaza-Bonilla et al., 2015

Rotations de 3 ans avec :

0, 1, 2 lég. à graines

= GL0, GL1, GL2

et

Cult Int / sol nu en interculture

0 leg 1 leg 2 leg Cult. Int. Sol nu

L’introduction de cultures intermédiaires

permet de maintenir le niveau de matière organique du sol Syst avec 1 leg

Les légumineuses : 2 économies d’azote

Fixation Symbiotique N

Rendement N

des graines

Prélèvement de N

Par la culture suivante

Fourniture de N Au sol

Absence de fertilisation N Réduction de fertilisation N

Limiter les pertes !!

Interculture

Effets des légumineuses à plus long terme :

Effets sur le sol et ses composantes

- Apport de N organique au sol : via des résidus de culture riches en N

- Amélioration des composantes physiques et biologiques du sol

- Cultures économes en eau :

• pois H < blé d’hiver< pois P < soja < maïs

- Amélioration de l’état structural du sol

• Après une culture de légumineuse, sols moins tassés : grâce systèmes racinaires pivotants

- Modification de l’activité biologique des sols

• Effets a priori positifs mais peu caractérisés

Effets des légumineuses à plus long terme :

Effets sur la biodiversité

- Rupture des cycles des maladies et ravageurs des grandes cultures dominantes

- Pathogènes du sol : fusariose, piétin-verse, piétin-échaudage des céréales

Les légumineuses sont des cultures de diversification

= moins de 3 % des surfaces cultivées en Europe

Effets des légumineuses à plus long terme :

Effets sur la biodiversité

- Rupture des cycles des maladies et ravageurs des grandes cultures dominantes

- Pathogènes du sol

- Ravageurs à diffusion aérienne : ex : insectes du colza

les légumineuses : des cultures de diversification

% de colza dans les rotations Nb de traitements insecticides

Rotations plus diversifiées

(Source : enquête « Pratiques culturales sur grandes cultures »

2001 et RGA 2000) (Schott et al., 2010)

Effets des légumineuses à plus long terme :

Effets sur la biodiversité

- Rupture des cycles des maladies et ravageurs des grandes cultures dominantes

- Pathogènes du sol

- Ravageurs à diffusion aérienne - Meilleur contrôle des adventices

• alternance espèces

• décalage des semis

• diversité des herbicides

les légumineuses : des cultures de diversification

Densité d’adventices

(nb plantes/m²)

Rotations plus

diversifiées

Effets des légumineuses à plus long terme :

Effets sur la biodiversité

- Rupture des cycles des maladies et ravageurs des grandes cultures dominantes

- Pathogènes du sol

- Ravageurs à diffusion aérienne - Meilleur contrôle des adventices

MAIS Risque d’accroissement de certains bioagresseurs

(Aphanomycès du pois; bruches de la féverole)

En absence de moyen de lutte efficace

- Limitation de la fréquence de retour des légumineuses

- Alternances d’espèces de légumineuses +- sensibles

Impacts Environnementaux

des légumineuses

Impacts environnementaux:

directement ou indirectement liés à l’azote

Diminution des impacts négatifs associés à l’usage des engrais azotés -

= valoriser les impacts positifs à l’échelle du système de culture

& limiter les Impacts négatifs

Impacts environnementaux:

liés à la diversification

- Un position particulière dans la biodiversité des espèces cultivées

• Propriété unique de symbiose fixatrice de N

– Et rôle potentiel sur la microflore du sol

• Rôle dans la pollinisation

– pollinisateurs sur féveroles, luzerne, trèfles

- Effets liés à la diversification

• Dans les rotations et le paysage

– Réduction de populations de ravageurs – Réduction de l’usage des pesticides

Perspectives :

Comment valoriser la production de

protéines végétales ?

Perspectives

Les légumineuses produisent des services écosystémiques

– Contribuent à l’amélioration de la durabilité des systèmes agricoles et des systèmes alimentaires

• besoins en protéines forts pour nourrir une position croissante avec des ressources limitées

des enjeux forts pour mieux les valoriser

Ces services sont aujourd’hui mal valorisés

– Une place réduite dans l’agriculture européenne

• moins de 3% des surfaces ; lié à l’intensification de l’agriculture

– Des potentiels de rendements faibles et pas toujours atteints

• aléas climatiques, prix …

– Des services mal valorisés par les agriculteurs

• (effets à l’échelle du système de culture)

Un système socio-technique verrouillé

Alimentation humaine

Alimentation animale

Concurrence viande, féculents

Faibles volumes

Importations = 80 %

Concurrence du soja (OGM) Variabilité

rendements Faible rémunération

Peu de transformation

Pas de rémunération

qualité Pas de segmentation

-

Surface de légumineuses

À graines GRAINES ENTIERES

Faible Valeur Ajoutée

PRODUCTION

Des enjeux Forts pour le développement des filières : Comment apporter de la valeur ajoutée aux légumineuses ?

• Via amont : améliorer les performances des cultures (rdt et services)

• Via aval : donner de la valeurs ajoutée sur des segments spécifiques (qualité,

nutrition et santé, lien au territoire, service écosystémiques) : alimentation humaine

Intérêt de coupler les innovations de l’amont et de l’aval pour que chacune puisse se développer

Innovation agronomique:

association lentille-blé, pour augmenter la teneur en protéines du blé tout en respectant l’environnement

Innovation technologique:

acquisition d’un trieur optique et intégration

dans la chaine de collecte-stockage

Innovation

technologique: mise au point d’un outil pour la comptabilité analytique des exploitations, tenant

compte des résultats pluriannuels

Innovation organisationnelle :

organisation de l’ensachage et de la livraison des lentilles Exemple de la relance de la production et la consommation de

légumineuses par la coopérative Qualisol

Innovation dans le conseil: mise

en place d’une organisation du conseil adaptée

Innovation variétale:

stratégie d’alliance avec un sélectionneur

d’espèces de diversification

12 octobre 2018

Merci

pour votre attention !

AS Voisin, P Cellier, MH Jeuffoy, B Nicolardot