Nutrition en minéraux - du sol à la santé humaine - 2009

Nutrition des plantes et nutrition

humaine, l’influence des minéraux

-1-Eléments

minéraux

et santé

humaine

-2-Eléments

minéraux

et nutrition

des plantes

-3-Eléments

minéraux :

du sol à

l’assiette ?

Introduction

1

Conclusion

K.EDWARD, BioGrafx

Introduction aux minéraux

Les minéraux sont classés, tant en nutrition humaine que végétale, suivant leurs quantités

nécessaires au métabolisme. Pour autant, certains minéraux présents en très faible quantité,

sont aussi essentiels que d’autres présents en plus grande proportion. (Fer et transport de

l’oxygène chez les animaux, Magnésium et chlorophylle chez les végétaux)

Molécule de

chlorophylle avec

au centre le

magnésium

Hème, avec au

centre le fer, sous-

unité

fondamentale de

l’hémoglobine

Minéraux majeurs (macronutriments) :

N, P, K, Mg, Ca, Mn

Minéraux mineurs (micronutriments, éléments traces, oligo-éléments) :

Cu, Si, Mo, S, Fe, Zn, I, B

l’hémoglobine

2

De la nutrition végétale ...

«l'augmentation du prix des engrais va nous obliger à repenser la fertilisation »

Michel Griffon, directeur de l’Agence Nationale pour la Recherche, avril 2009

« Il ne s’agit pas de remettre en cause les modèles de développement de la

production des dernières décennies, mais de se rendre bien compte qu’un modèle


production des dernières décennies, mais de se rendre bien compte qu’un modèle

s’appuyant sur une utilisation forte de ressources pétrolifère pour fournir les

engrais, les molécules phytosanitaires, … est un modèle qui touche à sa fin. »

Jean-Yves Carfantan, économiste, avril 2009

3

Repenser la fertilisation : un impératif économique.

Grenelle : de nouvelles contraintes environnementales pour

l’agriculture (nitrates, pesticides).

... à la santé humaine.

« Il apparaît que les taux de carences en minéraux sans symptômes cliniques, qu’on

croyait avant n’être que de moindre importance peuvent en fait détériorer le

développement intellectuel, être la cause d’une mauvaise santé et de morts

prématurés sur une échelle presque inconcevable, et condamne peut-être un tiers de


prématurés sur une échelle presque inconcevable, et condamne peut-être un tiers de

la population mondiale à vivre en dessous de son potentiel physique et mental. »

UNICEF & The Micronutrient Initiative. 2004. Carences en vitamines et minéraux.

4

Un axe majeur de prévention contre les maladies chroniques.

Les minéraux dans la chaîne alimentaire...


- Des carences pour les cultures : Sensibilité

accrue aux maladies et aux stress physiques.

- Une qualité nutritionnelle des récoltes qui

n’est pas optimale.

- Une surconsommation de « plats

transformés », pauvres en nutriments.

- Une sous-consommation de fruits et légumes,

vecteurs principaux des minéraux.

Problématique

nutrition

Problématique

agriculture +

5

... une répercussion sur la santé des populations

Introduction aux minéraux&

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« C’est sans aucun doute cet effet de facteur

à risque, lié au déficit très modéré, qui

constitue l’aspect le plus important de ces

micronutriments pour la santé publique,

beaucoup plus que les rares cas de carences

profondes. »

FAVIER.A. 1991. Les oligoéléments en médecine et

biologie. Lavoisier. Paris. p73.

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6

Faibles quantités mais grande nécessité :- L’importance physiologique d’un minéral est sans relation avec sa quantité totale présente dans l’organisme.

- Le plasma sanguin qui transporte les nutriments à l’ensemble des cellules comporte une fraction stabilisée de 50 minéraux qui assure la régulation de l’homéostasie du corps humain.

1 - Eléments minéraux et santé humaine

Des risques avérés de carences liés à l’alimentation- « Une évolution marqué des régimes alimentaires (plats préparés, diminution de la part des fruits et légumes, faible diversité de l’alimentation) ne permet plus toujours un apport suffisant de minéraux. »WELCH, R. 2004. Link between the application of micronutrients to crops and human

- « Les carences en vitamines et minéraux actuellement observées dans les populations les plus pauvres sont la conséquence de la consommation de régimes dont la monotonie est sans précédent dans l’histoire de l’espèce humaine. »(M.GOLDEN. 2006. Department of Medicine and Therapeutics, Aberdeen University)

7

Rôles physiologiques de quelques minéraux

Impact des nutriments minéraux sur la santé

Généraux

- Croissance et maturation

- Intégrité cellulaire

- Défenses immunitaires

Cuivre

Impliqué dans le métabolisme lipidique, le

développement osseux, la maturation des tissus

conjonctifs. Rôle préventif des maladies cardio-

vasculaires.

Fer

Impliqué dans le transport de l’oxygène par les

hématies, les carences conduisent à des anémies

sévères. Les mitochondries ont également besoin de


Spécifiques

-Maladies cardio-vasculaires

(pression sanguine,

thrombogenèse, rôle

antioxydant)

- Cancer (rôle antioxydant,

croissance et réplication

cellulaire)

- Ostéoporose (structure

osseuse, tissus connectifs)

SANDSTROM B. 1998. Role of trace elements for

health promotion and disease prevention. Bibl Nutr

Dieta. 54:1-7

sévères. Les mitochondries ont également besoin de

fer pour leur métabolisme énergétique.

Zinc

Intervient dans le fonctionnement de plus de 300

enzymes. Son rôle est crucial dans la régulation

génétique par l’intermédiaire de l’ARN et de l’ADN.

Iode

Composant principal des hormones thyroïdiennes qui

sont essentielles à la croissance et au développement

cérébral. Les carences en iode affecteraient 1,5

milliards d’individus à l’échelle mondiale.

Sélénium

Rôle d’antioxydant, il prévient des dystrophies

musculaires, et des problèmes d’insuffisances

cardiaques. Les populations carencées en sélénium

présentent des taux plus élevés de cancers.

TAKKAR P.N. 2004. Micronutrients and human health. IFA

international symposium on micronutriments, New Delhi, India. p4

8

Impacts sur la santé humaine

« Les résultats d'un certain nombre de travaux épidémiologiques, cliniques et expérimentauxsuggèrent que des apports faibles en certains minéraux et vitamines, ou des statuts biologiques

correspondant à des réserves faibles en certains minéraux et vitamines pourraient intervenir

comme facteurs de risque de certaines pathologies, perturber de grandes fonctions métaboliques

de l'organisme et ne pas permettre un niveau de santé optimal. »Serge Hercberg - Directeur de l'Institut scientifique et technique de la Nutrition et de l'Alimentation Conservatoire national des Arts


Maintenir un pool de minéraux suffisant pour éviter toute situation de carences

prolongées (même faibles).

Assurer ce pool par une consommation suffisante de légumes, fruits et produits

complets (références Plan Nutrition Santé).

Serge Hercberg - Directeur de l'Institut scientifique et technique de la Nutrition et de l'Alimentation Conservatoire national des Arts

et Métiers, Paris.

« Nous insistons sur la possibilité que l'effet anti-cancéreux des éléments traces pourrait dépendre

de leur rôle dans le maintien d'une réponse immunitaire "optimale". »UNESCO Institut Trace Elements. 2005

9

2 - Minéraux et nutrition végétale

- Les minéraux font partis des éléments fondamentaux du règne végétal au même titre que

l’énergie lumineuse ou que le dioxyde de carbone et

l’oxygène

-L’importance physiologique des minéraux pour les végétaux est le fruit d’un long processus évolutif végétaux est le fruit d’un long processus évolutif

depuis leurs ancêtres : les algues, ayant évolué dans

un milieu marin riche en minéraux.

- Tous les minéraux ont des fonctions spécifiques biens connues qui ne peuvent être remplies en cas

d’approvisionnement insuffisant.

- Les mécanismes d’absorption des minéraux sont

complexes et font intervenir les champignons et bactéries présents dans le sol, constituants de la

rhizosphère. 10

La fertilisation des sols est une des composantes principales des gains de

rendements observés depuis plus de 50 ans.

Les industries de la fertilisation se sont presque uniquement appuyées sur le trio

N,P,K pour leurs formules commercialisées.

Les minéraux font partis des éléments fondamentaux du règne végétal au

même titre que l’énergie lumineuse ou que le dioxyde de carbone et l’oxygène.


N,P,K pour leurs formules commercialisées.

11

• Appauvrissement des sols en minéraux non restitués par la fertilisation.

• Impact environnemental lié au lessivage et à une sur-fertilisation NPK.

• Problème économique lié à la hausse du prix des engrais NPK.

L’importance physiologique des minéraux pour les végétaux est le fruit d’un long processus évolutif

depuis leurs ancêtres : les algues, ayant évolué dans un milieu marin riche en minéraux.

Cuivre

Constituant de nombreuses enzymes, ayant des rôles

dans la photosynthèse, la respiration, le métabolisme

protéique et glucidique. Rôle dans la formation du

pollen et des composés ligneux.

Fer

Constituant des cytochromes et des plusieurs

métalloenzymes, rôle dans la photosynthèse, la

fixation symbiotique de l’azote et des métabolismes

azotés.

Constituant de nombreuses enzymes ayant des rôles


• «La photosynthèse à elle seule ne suffit pas à

créer la vie végétale. Il y faut d’autres matières

premières, avant tout des minéraux.»(p50)

• « La terre est la source des matières nutritives minérales. Les plantes se rapprochèrent de cette

source. L’eau ne constitue que le moyen de

transport. » (p65)

12

Zinc

Constituant de nombreuses enzymes ayant des rôles

dans la synthèse glucidique et protéique. Maintien de

l’intégrité des membranes, régulation de la synthèse

d’auxine et de la formation du pollen.

Bore

Métabolisme et transport des glucides, régulation des

méristèmes et de l’élongation racinaire. Métabolisme

des composés phénoliques, synthèse des membranes

cellulaires.

Manganèse

Photolyse de l’eau dans les chloroplastes, régulation

des activités enzymatiques. Protection contre les

oxydations des membranes.

Rappel des fonctions essentielles de certainsminéraux dans les plantes.

(ALLOWAY,B. 2008. Micronutrients deficiencies in global crop production.

Springer. p8)

transport. » (p65)

• « L’impulsion décisive fut ensuite donnée par

une innovation qui améliorait grandement

l’absorption des sels minéraux par les végétaux

terrestres, ce fut la formation à l’intérieur de la

plante de conduits acheminant l’eau. Ces canaux

permettent à la plante de former de véritables

racines, de les enfoncer dans le sol et de puiser

par l’intermédiaire de ces racines l’eau et les sels minéraux qui ne sont pas encore remontés en

surface. »(p69)

REICHHOLF J*. 1992. L’émancipation de la vie. Flammarion

*(professeur de biologie et d’écologie à l’université de Munich)

« 8 micronutriments (ou éléments traces) sont essentiels pour une croissance saine des plantes supérieures. Si un ou plusieurs des ces éléments viennent à manquer, les cultures ne pourront atteindre leurs rendements maximum, et la qualité de la production sera dégradée. »

« L’incidence générale, et notamment la sensibilité aux maladies, des déficiences en micronutriments est sur le point d’augmenter en raison de l’intensification de l’agriculture. Dans beaucoup de situations cela nécessitera des applications régulières de fertilisants à base de micronutriments. »

Tous les minéraux ont des fonctions spécifiques biens connues qui ne peuvent

être remplies en cas d’approvisionnement insuffisant.


« La composition de ces cultures en micronutriments est également importante afin de fournir les apports adéquats aux populations. »

Tendances futures dans les besoins des cultures en micronutriments. in ALLOWAY,B. 2008. Micronutrients deficiencies in

global crop production. Springer

13

• Sensibilité accrue des plantes aux maladies en raison des carences.

• Diminution de la teneur en minéraux des plantes, essentiels à la santé

des populations.

Tous les minéraux ont des fonctions spécifiques biens connues qui ne peuvent

être remplies en cas d’approvisionnement insuffisant.


Sensibilité des légumes aux carences en minéraux (H: élevée, M: moyenne, L: faible)in BELL & DELL. Micronutrients for sustainable food. IFA. 2008.

14

« Les végétaux appuient leur système racinaire

sur une symbiose avec les champignons (symbioses mycorhiziennes) présents dans le sol.

En échange de carbone et d’énergie, ils mettent

à disposition des racines une fraction importante des minéraux présents dans le sol. On peut dire que ces symbioses constituent un

Les mécanismes d’absorption des minéraux sont complexes et font intervenir les

champignons et bactéries présents dans le sol, constituants de la rhizosphère*.


On peut dire que ces symbioses constituent un phénomène fondamental et universel dans le

monde vivant. »FORTIN & al. Les mycorhizes, la nouvelle révolution verte.

Quae. 2008.

15

• Augmentation de la surface racinaire (Racines seules : 1m², avec réseau

mycélien : 11m²).

• Action biochimique sur les minéraux présent dans le sol (dissolution,

chélation) indispensable à leur absorption par les plantes.

Représentation schématique d’un apex racinaire mycorhizé par un

champignon

• Prix des engrais NPK

• Pertes de rendement liées aux carences


Facteur économique Facteur agronomique Facteur écologique

• Lessivage des engrais

• Utilisation nécessaires de pesticides

• Sensibilité aux maladies liées à des carences

• Prise en compte

16

carences

• Baisse de la qualité des récoltes

•Faible valeur nutritionnelle des récoltes

• Prise en compte limitée de la rhizosphère dans les transferts de minéraux

Quelles techniques de fertilisation et pratiques agronomiques pour répondre à ces problématiques ?

3 – Minéraux, du sol à l’assiette

17

“ Un apport adéquat et équilibré de minéraux à partir des produits

agricoles n’a jamais été un but explicite des entreprises agricoles ou

des politiques gouvernementales. ”

Ross WELCH, Laboratoire Plantes, sol et nutrition. Cornell University


L’exemple du sélénium en Finlande

Problème Niveau de sélénium trop bas dans l’alimentation de la population

en raison d’une faible teneur des sols et donc des récoltes.

Solution Dans le but d’améliorer les apports de Sélénium, le gouvernement

finlandais a lancé un programme d’enrichissement des fertilisants

18

finlandais a lancé un programme d’enrichissement des fertilisants

NPK. (16mg de Sélénium/kg)

Résultat De 1984 à 1985, après l’introduction du sélénium dans les

fertilisants, son apport pour les populations augmenta de

35mg/personne à 110mg/personne.

D’autres pays on suivant cette méthode comme la Turquie avec le Zinc et l’Inde avec

le Bore.


Transfert des minéraux du sol à la plante

Altérations chimiques et altérations mécaniques des roches sont les

moteurs de l’approvisionnement en minéraux des sols.

Les éléments minéraux sont prélevés

19

Le sol, interface fragile.Edition Inra. 1998

Les éléments minéraux sont prélevés par la plante dans la solution du sol

sous forme ionique.

Les rhizobactéries et les mycorhizes exercent une action très significative

sur la dissolution d’éléments minéraux et contribuent à la nutrition minérale

de la plante.


Transfert des minéraux dans la chaîne alimentaire

Fonction de constitution et entretien des tissus :

Fonction énergétique :

Glucides, lipides, protéines

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20

Fonction de constitution et entretien des tissus :

Protéines, lipides, minéraux (Ca et P)

Fonction de régulation du métabolisme :

Minéraux, Vitamines

Alim

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« Nous avons besoin d’énergie, sous forme de lipides et glucides, mais nous avons aussi

besoin de plus ou moins 50 minéraux, et tous les êtres vivants en ont besoin. Si vous ne

les avez pas, c’est comme ne pas mettre d’huile dans votre voiture, vous devez

consommer plus d’énergie et au final vous détruisez la mécanique. »

Bruce AMES, Université de Berkeley, spécialiste des micronutriments


Quels leviers d’action pour réduire les carences ?

Changement des habitudes

Compléments intégrés à la nourriture elle-même

Biofortification des cultures par approche génétique

Biofortification des récoltes

21

Changement des habitudes alimentaires

Biofortification des récoltes par fertilisation des cultures

FARDEAU & EVEILLARD, Quels liens entre fertilisation et alimentation, voire la santé humaine. UNIFA. 2009


Un lien entre apport de minéraux aux cultures et la santé humaine

En plus de s’intéresser à la question des rendements des cultures, il sera

nécessaire de s’interroger sur les bénéfices nutritionnels qui seront

apportés.

Welch et Graham (2005)* estiment que les systèmes de production

agricole doivent être plus que de simples producteurs de glucides, en

considérant les niveaux de disponibilités d’autres nutriments essentiels,

notamment les minéraux et les vitamines. (...)

22

notamment les minéraux et les vitamines. (...)

L’amélioration de la qualité nutritionnelle des cultures peuvent être

réalisées par des procédés agronomiques et des améliorations variétales.

Ces stratégies peuvent être utilisées pour améliorer la densité en

minéraux des récoltes, et par conséquent accroitre les apports de

l’alimentation.

Un intérêt marqué des producteurs pour des cultures enrichies en

minéraux pourrait se développer en parallèle de marchés demandeurs

d’aliments riches en nutriments. De tels marchés existent déjà en Europe

ou aux Etats-Unis.

P 102

*WELCH &GRAHAM.2005. Agriculture: the real nexus for enhancing bioavailable

micronutrients in food crops. Journal of Trace Elements in Medicineand Biology 18: 299-307.

Conclusion

Ce rapide aperçu démontre le rôle fondamental des minéraux à tous les niveaux du

monde vivant. Plantes, animaux et humains en sont dépendants.

Ils s’agit donc de limiter toute situation de carences aux cultures en apportant ces

minéraux qui manquent mais également de stimuler la vie bactérienne des sols afin

de recycler au mieux les éléments présents.

Enfin il importe de considérer la nutrition comme élément clé de la santé, et

s’assurer que l’organisme dispose de ce dont il a besoin pour un fonctionnement

« optimal » et notamment des minéraux.

« Confronté à des problèmes écologiques et placé devant ses responsabilités

nourricières, le secteur agricole pourrait évoluer profondément.

Il s’efforcerait ainsi de mieux équilibrer ses productions végétales et animales en

fonction des besoins nutritionnels de l’homme. Les critères de qualité nutritionnelle

pourraient devenir déterminants dans la sélection génétique ou pour déterminer les

meilleurs modes possibles d’agriculture et d’élevage. »Christian Rémésy, directeur de recherche INRA, APRIFEL 2007

23

« optimal » et notamment des minéraux.

Un sujet d’actualité ... et d’avenir

IFA International Symposium on Micronutrients

New Delhi, India, February 2004

3èmes journées de la fertilisation UNIFA

Reims, Février 2009

XVI International plant nutrition colloquium

Sacramento, USA, August 2009

General sessions :

-Nutrient Management for

Optimal Productivity and

Sustainability

- Plant Nutrition for Human

Health 24

L’exemple Terrena

Statut Coopératif

25000 adhérents

CA : 3,3 Md d’euros

Assemblée générale 2008 :

Nouveau modèle économique et évolution

culturelle vers la nutrition santé : Terrena

projette son avenir pour 2015.

À la question : « Pouvez-vous me dire quel est

selon vous le comportement le plus important pour

préserver votre santé ? »

76 % des personnes répondent « Une

Défis du XXIè siècle :•Nourrir une population mondiale en forte

croissance

•Le renchérissement du prix des intrants non

25

76 % des personnes répondent « Une

alimentation variée, saine et équilibrée. »

(TNS Sofres, février 2008)

•Le renchérissement du prix des intrants non

renouvelables

•Le réchauffement climatique

•Les limites du « tout chimique »

L’agriculture écologiquement intensive :

- Accroître les rendements en limitant les intrants non renouvelables et l’énergie- Améliorer les qualités nutritionnelles, sanitaires et gustatives des aliments

- S’adapter au changement climatique tout en contribuant à le limiter.

Nutrition des plantes et nutrition

humaine, l’influence des minéraux

26

Emmanuel Poisson-Quinton

Juin 2009

[email protected]

Documents

Nutrition en minéraux - du sol à la santé humaine - 2009