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La place des grains et graines
pour des systèmes alimentaires
plus durables
Gérard Duc, UMR Agroécologie Dijon
Marie-Hélène Jeuffroy, UMR Agronomie Thiverval-Grignon
Marie-Benoît Magrini, UMR AGIR Toulouse
Plan Plan Plan Plan de la de la de la de la présentationprésentationprésentationprésentation
• 1- Les enjeux de la durabilité : reconnecter les systèmes agricoles et agro-alimentaires
• 2- Le levier des légumineuses à graines pour davantage de durabilité
Définition FAO : “Sustainable Diets are those diets with low
environmental impacts which contribute to food and nutrition security and
to healthy life for present and future generations. Sustainable diets are
protective and respectful of biodiversity and ecosystems, culturally
acceptable, accessible, economically fair and affordable; nutritionally
adequate, safe and healthy; while optimizing natural and human
resources.” (FAO 2010, p. 8)
un sujet large! de nombreux leviers !
Définition FAO : “Sustainable Diets are those diets with low
environmental impacts which contribute to food and nutrition security and
to healthy life for present and future generations. Sustainable diets are
protective and respectful of biodiversity and ecosystems, culturally
acceptable, accessible, economically fair and affordable; nutritionally
adequate, safe and healthy; while optimizing natural and human
resources.” (FAO 2010, p. 8)
un sujet large! de nombreux leviers !
• Le changement climatique
• Préservation biodiversité
• Ressources (eau, terres, énergies, travail ..) / émissions de polluants
• Sécurité alimentaire : quelle autonomie des territoires ?
• Pertes et gaspillages
Partie 1 :
Les enjeux de la durabilité : reconnecter les
systèmes agricoles et agro-alimentaires
Problématiques à l’échelle mondiale et locale
Une co-existence et divers choix
de modèles de production et consommation
• Production intensive/agriculture raisonnée à faibles intrants, vision systémique, environnementale et écologique
• Agriculture industrielle / agriculture familialeCircuits courts/longs
+/- de procédés de transformation
• Des choix alimentaires +/- carnés
• Alimentation animale, humaine, usages non-alimentaires, pertes et gaspillages : logiques de co-produits, filières couplées
Calories produites en grandes cultures: 9% biocarburants, 36% Alim Anim., 55% alim. Hum., 1/3 PEG (Gliessman)
• Monde ONU (GIEC, FAO, ..), protocole de Kyoto 1997, COP21 2015
• UE PAC 2015-2020 & appels d’offre Recherche H2020,
loi Cadre sur l’eau, Quotas C
• France• Grenelle de l’environnement, Plan Ecophyto, Plan protéines
• VATE au CTPS et Plan Semences et Agriculture Durable
• Projet de Loi sur la Biodiversité 2015
• Expertises INRA : duALIne 2011; Agricultures à Hautes performances 2013; Freins et leviers à la diversification 2013
• Prospectives AgriMonde, (INRA-CIRAD, 2009) remise en cause des régimes alimentaires très carnés
Politiques publiques en évolution
De nouveaux intérêts du consommateur• Etiquetage Carbone et environnemental
• Allégation santé
• Développement du BIO
• Des produits alimentaires enrichis en protéines végétales
Source FAO STAT 2012 et Projection FAO du secteur viande (Millions de t)
0
100
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1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Mh
a
Pro
du
ctio
n M
t
Production blé
Production maïs
Production riz
Production soja
Production leg
sec/protsurfaces millions
ha
Besoins en terres (limitation et déforestation)
Progrès de productivité
Besoins en eau & énergies fossiles
Besoins en intrants fertilisants. Mais pas d’N engrais sur les légumineuses !
Activités sources d’émissions polluantes : quel équilibre des proteines animales
/végétales ?
Quelle évolution des productions mondiales?
7
L'intensification récente de l'agriculture …
Consommations mondiales
a) d'azote, phosphore et eau
b) de pesticides
de 1960 à 2000
(Tilman et al., 2001)
a)
b)
« blé sur blé » : 17% sole
+ monoculture : 8% sole
+ rotations courtes (2ans) :
15% sole
% surface en blé tendre (2009) avec unprécédent blé tendre
La spécialisation des grandes cultures : illustration
Fuzeau et al. 2012
Près de
40%
Conséquences sur
- emplois, + intrants,
+émissions polluantes,
+ transport, - autonomie
10
Première transition alimentairePremière étape : croissance de la demande en protéines totales, d’abord portée par les sources végétales, puis croissance relayée par les sources animales. Deuxième étape : stabilisation de la demande totale et substitution des protéines végétales par les protéines animales.
Deuxièmes transitions alimentaires
Augmentation de la demande en protéines végétales. Deux modèles de secondes transitions : « américaine » (déjà observée aux Etats Unis, Royaume Uni, Allemagne, Finlande, Suède) et « européenne » (Norvège, Danemark, Autriche, France).
Quantité de PROTEINES par habitant
Tempsvégétalesanimales
totales
Source : BIPE d’après FAO
2010
2030
1
Vers une nouvelle transition alimentaire mondiale ?
Une diversité de situations : en volumes et proportions végét./anim.
Raisons économiques, de ressources et culturelles
Fortes évolutions actuelles en Inde et en Chine
Quelle disponibilité pour l’alimentation humaine?
seuil de sous –alimentation 60 g /jour un adulte de 60 kg selon ANSESseuil de sous –alimentation 60 g /jour un adulte de 60 kg selon ANSES
FAO 1990
Disponibilité en proteines par région du monde (1986-1988)
g/personne/jour (FAO 1990)
• Prévision FAO de production de viande
Prévision FAO de besoin d’alimentscomplémentaires pour animaux
-Taux faibles de conversion des protéines du végétal vers l’animal
Poulet 2:1
Oeufs 2:1
Porc 3:1
-Concurrence alimentation humaine et animale (volumes et prix)
Quels besoins d’aliments pour l’alimentation animale ?
Prévision FAO de de productions carnées
Productions 2012
calcul selon FAO stat 2012
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90Millions t protéines végétalesMillions t protéines végétalesMillions t protéines végétalesMillions t protéines végétales
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viandevolaille
viandeporcins
viandebovine
viandeovins
œufspoule
laitvache
Millions t protéines animalesMillions t protéines animalesMillions t protéines animalesMillions t protéines animales
La production mondiale de protéines en quantité
Principales graines de
grandes
340 Mt de protéines
Principaux
élevages
68 Mt de protéines
� Transports d’aliments ou matières (exp soja) ou de produits animaux
� Autonomie de MRP pour les élevages en l’UE < 40% (50% en France sous effet des
oléagineux-biocarburants)
� % d’utilisation des protéines en alimentation animale en France : 90% des
oléagineux, 60% de protéagineux et 20 % des céréales
Importance du facteur composition et digestibilité
Des composition s complémentaires
Source
D. Remond &
C. Duchène ,
CIV, 2014
% de protéines 17% 3,5% 12% 22% 33%
� Des matières premières aux compositions variées (amidons, fibres, lipides,
protéines, composés bioactifs)
� Des complémentarités dans le régime (cas des acides aminés essentiels)
La question majeure du changement climatique :
Bilans des gaz à effets de serre en productions agricoles
Importance des activités agricoles d’où un levier d’atténuation par une meilleure
gestion de cultures, fertilisation, élevages , localisation, réduction des pertes et
gaspillages (étude INRA en cours)
GIEC 3ème groupe de
travail, 2007
- Mixte: moyen
actuel en
Allemagne
- Intégral:
alimentation
variée
réduisant le %
de viande
- Sans viande
La question majeure du changement climatique :
Bilan des gaz à effets de serre en alimentation
Importance des choix alimentaires, d’où un levier d’atténuation par une réduction de produits
animaux dans l’alimentation des pays à fort PIB (Etude Agrimonde 2009)
2011 FAOSTAT MONDE UE 27
production
(1000 t)
production
(1000 t)
Oléagineux
Soja 262038 1094
Arachide 40017 9
Legumes secs/ Protéagineux
Haricot 23062 142
Pois Chiche 11610 45
Cowpea (Vigna unguiculata) 4952 0
Pois 9730 1614
Pigeonpea (Cajanus cajan) 4444 0
Lentille 4404 51
Fèves/féveroles 4216 694
Lupins 1107 131
Quelles espèces LAG dans le monde et dans l’UE?
� Le soja surtout orienté vers l’alimentation animale
� Dans le monde, dominante alimentation humaine pour les autres espèces
Poland: 1.2%BeNeLux:0.7%
Denmark: 2%
Hungary: 1.5%
Germany:2%
Switzerland:4%
France: 4.5%
Italy:5.5%
Austria:4.5%
UK: 6%
Spain: 6.5%
Ireland : 0.6%
Malta: 16.8%
2.5%
Portugal: 2.5%
Greece: 1.4%
Cyprus: 1%
Finland,Latvia, Estonia: <1%
Lithuania: 3%
Czech R.: 2%
Slovakia: 2.3%
Slovenia: 1%
Sweden:
Canada: 12.5%
USA: 20%
China : 25%
Moins de 2,5 % de légumineuses à graines
dans les terres arables en Europe et France (source GL-PRO)
Faiblesvolumes
Variabilitérendements
FaibleRémunération
(PAC, prix)
Un verrouillage du régime agricole conventionnel
peu favorable aux légumineuses
Peu de transformation
Faible Valeur Ajoutée
Faiblesegmentation
• Alimentation animale(débouché principal)
Concurrence du soja, céréales
et autres co-produits
• Alimentation humaineMarché confidentiel des
légumes secs
Des
clivages
Des leviers biotechniques, politiques, organisationnels
Un rôle du politique majeur
� Pour un monétarisation des services
� Pour construire des filières d’usage humaines ou animales
� Pour soutenir les progrès R&D
Différentes exigences et des adaptations complémentaires
Une spécialisation par bassins de production avec des formes hiver et printemps
Les légumes secs lentilles, pois chiche, pois cassés , haricots encore peu développés (importations)
Différentes exigences et des adaptations complémentaires
Une spécialisation par bassins de production avec des formes hiver et printemps
Les légumes secs lentilles, pois chiche, pois cassés , haricots encore peu développés (importations)
Quelles espèces en France?
• Le développement d’un marché salmonidés pour la féverole décortiquées
• De l’exportation
• Une activité de fractionnement en développement (Ets Roquette, Cosucra, Valorex, Terrena,..)
Débouchés: une production de pois centrée sur
l’alimentation animale qui a diminué
Faible progrès de rendement
• Malgré un progrès génétique au CTPS, faible progrès de rendement chez les producteurs
(Sensibilité aux stress de chaleur-sécheresse et aphanomycès)
• Coût physiologique de la fixation symbiotique et de la synthèse protéique chez les lég.
• Instabilités des rendements : davantage pénalisantes sur des valeurs moyennes faibles
Un atout majeur :
La fixation symbiotique de l’azote de l’air
Impacts >0 sur les bilans énergétiques� La fixation de N2 : coût en carbone pour la plante
� Engrais azotés : coût en énergie fossile
1,8 tep pétrole de gaz naturel / t d’engrais N
Impacts >0 sur les bilans de gaz à effet de serre (Jeuffroy et al 2013. Biogeoscience)
� Réduction de la production de CO2 par l’économie d’engrais azotés
� Réduction des risques d‘émission de N2O induites par la fertilisation azotée
� N2O issu des résidus après culture ? émissions peu différentes entre sols après céréales ou après pois
Le passage de 4 à 7% des terres arables en légumineuses cultivées en France
économiserait 216 000 t d’azote engrais (environ – 10%)
réduirait de 1.8 Mteq CO2 les émissions de GES (CGDD, 2009)
La diversification des SdC avec les légumineuses
atouts environnementaux et agroécologiques
- Diversité d’insertions possibles dans les systèmes de culture
(rotations, deuxième culture, culture associée, couvert non
récolté)
- Certaines réduction des intrants pesticides
- Ressources pour insectes pollinisateurs
- Attention aux risques résultant d’une amplification des
légumineuses (bruches, sitones, maladies)!
-Besoin d’évaluer la performance économique-environnementale-sociale sur
l’ensemble du systèmes de culture, de l’exploitation, des territoires , des filières
Besoin d’évaluer la performance économique-environnementale-sociale sur
l’ensemble du systèmes de culture, de l’exploitation, des territoires , des filières
Bénéfices environnementaux et économiques:
évaluation de SdC optimisés sans/avec pois
en Bourgogne
2 avril 2015 « Innover avec les protéines Végétales »
Aliments pour animaux à faibles émissions de GES 60 % de l’impact carbone d’un produit animal (lait, viande, œuf) provient de l’alimentation concentrée dont 85 % à la production de matières premières
+ Pellerin et
al. 2013
(expertise
GES INRA)
La substitution de viande par légumineuse dans un
burger permet de réduire les émissions de CO2
réchauffement climatiquepotentiel (100 ans)
(g CO2-eq/repas)
Cas d’ACV en Suède J. Davis et al. 2009
.030
Scénario Scénario Scénario Scénario : remplacement de 25 % de la viande par la consommation d’une
légumineuse à graines produite en Suède � Féverole pour la fourniture d’une quantité équivalente de protéines : 33.3 g graines
sèches de féverole/personne/jour ; Rendement moyen de la féverole: 3 t.ha-1
Konfor P (2013). MSc thesis, Swedish University of Agricultural Sciences
La substitution partielle de viande par légumineuse
dans le régime permet de réduire les besoins de
terres
Réduction des risques de dégâts sur graines ou plantes par les
variétés , conduites et les systèmes de culture
Exemples:
-Parasites : bruches, sitones, pucerons,...
-Maladies racinaires et aériennes : en raisonnant le contrôle, en
introgressant des résistances , ou construisant des possibilités
d’échappement par les dates de semis , précocités,
architectures
-Adventices : en améliorant le pouvoir couvrant ou les
possibilités de désherbage mécanique par les architectures de
couvert
Bruchus rufimanus Boh.
Enjeu de réduction des insecticides, fongicides,
herbicides
par les variétés , conduites et les systèmes de
culture
• Exploiter des interactions plante x souche de
rhizobium ou endomycorhizes positives pour
l’acquisition des ressources
• Construire des architectures racinaires et
nodulaires adaptées
Types nod
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Athos Austin Frisson P118 P121
% d
'iso
lats
à 8
50 d
egés
-jo
urs
S
R
G
C
B
A
PCR-RFLP of nod D gene% d’occupation des nodules par différentes souches de Rhizobium selon les génotypes [Bourion et al., 2007, Laguerre et al. 2007].
Enjeu d’optimisation du fonctionnement des symbioses
(efficience et tolérance aux stress)
-Certaines combinaisons pois + blé à rendement supérieur à la meilleures culture pure
-Besoin de progrès par les variétés , conduites et les systèmes de culture
-Des teneurs en protéines de la céréale associée supérieures à la culture pure en
situation de faible intrant N
C. Lecomte
Pea-WheatIntercrop
INRA Dijon, 2010
Enjeu d’adaptation pour acquérir les ressources dans
les systèmes de culture en association
Wheatpure
ISA
RD
Yie
ldq/
ha
R78
R78 sym
29+ w
heat
Exemple du pois d’hiver et de la
féverole d’hiver en France
Pour de nouveaux systèmes de culture
Besoins de résistance au gel et aux maladies
Exploitation des ressources génétiques naturelles
Outils de criblage et développement de marqueurs
pour aider la sélection multi-caractères:
vers la sélection génomique du pois
dans le projet IA Peamust(Lejeune-Hénaut et al., 2008 ; Vocanson et Jeuffroy, 2008
Pilet-Nayel et al., 2002, 2005 ; Prioul et al., 2004;
Giorgetti)
Enjeu d’adaptation des espèces pour élargir la zone
cultivée
Réduire les variations de teneur en protéines pour
fiabiliser les usages
� De 2004 à 2012, des valeurs comprises entre 22,5 et 24,5 % de la MS sauf en
2011 (année chaude en France) et des effets d’interaction GxE
� Action par les SdC , les conduites et la sélection
R² = 0,0253
9092949698
100102104106108110
94 98 102 106 110 114
Chez le pois de printemps, faible
correlation génétique
rendement – teneur en
protéines (Burstin et al. 2007)
Situation des pois au CTPS
(1993-2008)(JM Retailleau pers. com. 2011)
Pro
tein
e(%
) d
es
té
mo
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rendement (% des témoins)
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
8 10 12 14 16 18 20 22 24 26arbi
trar
y un
it
retention time
caméor 2 0
finette 2 0
E344 2 0
D265 2 0
china 2 0
ballet 2 0
préclamex 2 0
sommette 2 0
PA2 PA1 VIC LEG
Chez le pois, des protéines de
réserve complexes avec des
différences variétales
(Gabriel et al. 2008)
21 mars 2013, « origine et qualité ds produits végétaux »
Variabilité génétique et environnementale pour la
composition protéiqueProfil FPLC (Fast Protein Liquid
Chromatography)
Quelle diversité de propriétés nutritionnelles et fonctionnelles ?Quels impacts sur la germination ? (Gabriel et al. 2008) vers quels nouveaux idéotypes pour les sélectionneurs?
Quelle diversité de propriétés nutritionnelles et fonctionnelles ?Quels impacts sur la germination ? (Gabriel et al. 2008) vers quels nouveaux idéotypes pour les sélectionneurs?
Des variations génétques et environnementales sur composition en acides
aminés soufrés
Cf presentation K . Gallardo
Exemples :
- Tanins et antitrypsiques pois-féverole
- Vicine et convicine de la févererole
- Alcaloïdes des lupins
- Autres cibles à considérer ? : Substances allergènes , fibres, facteurs de goûts ,
alpha-galactosides, structures, couleurs…
Des facteurs réduisant la digestibilité chez l’animal-Quelles convergence d’intérêt avec alimentation humaine?
-Elimination par voie génétique ou par procédé de transformation?
-Bilan environnemental du procédé ?
-Corrélation rendement/germination-composition ?
En alimentation humaine
-Une valeur santé à consolider par des références(prise de poids, diabète, maladies cardiovasculaires)
-des mélanges favorables à la valeur nutritionnelle-Pour réduire le problème des acide aminés limitants
-Mélanges dans des matrices céréales-lait-viandeExp: résultats du projet Pastaleg (V. Micard et al., 2010) pâtes au blé dur-pois
- Quelle valorisation des produits en mélange issus d’associations?
-Des présentations attractives
• Développer une vision mondiale des enjeux de sécurité et de la durabilité alimentaire
• Quantifier les impacts de l’agriculture et des sols (agroécologie) sur climat et biodiversité
• Maîtriser et caractériser la qualité des produits récoltés
• Connaître de la valeur nutritionnelle et santé et l’adapter au type de consommateur
• Réduire les pertes et gaspillages de la production à la digestion
• Donner de la valeur ajoutée / contractualiser pour sécuriser vol.-prix
• Reconnecter les systèmes agricoles et agro-alimentaires
• Organiser les territoires et les relations entre acteurs de filières
• Communiquer, éduquer et innover sur produits
• Promouvoir accords mondiaux sur échanges de ressources, les critères de qualité, la biodiversité et les émissions polluantes
Orientations proposées
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