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Seconde · SVT · Chapitre 5

Agrosystèmes et développement durable : produire, nourrir, préserver

Ce que tu sauras faire

  • Définir un agrosystème par l'exportation de biomasse, et en déduire par un enchaînement causal l'ouverture des cycles, la nécessité d'intrants et la simplification du peuplement
  • Distinguer rendement, production et surface, convertir entre quintal par hectare, tonne par hectare et kilogramme par mètre carré, et retrouver la troisième grandeur à partir des deux autres
  • Conduire un bilan minéral complet — besoin de la culture, fournitures du sol, coefficient d'utilisation de l'engrais — et interpréter la loi des rendements décroissants
  • Expliquer pourquoi le diazote atmosphérique est inutilisable par les plantes, et comparer la fixation symbiotique par les légumineuses au procédé Haber-Bosch, coût énergétique compris
  • Calculer l'efficience trophique d'une production animale et en déduire la surface nécessaire pour un même apport alimentaire, en précisant le domaine de validité du calcul
  • Décrire le sol comme un stock qui se constitue lentement et se perd vite, et exploiter des données chiffrées sur l'érosion et l'artificialisation
  • Conduire un bilan d'eau d'irrigation en millimètres, en mètres cubes par hectare et en volume total, et situer les prélèvements agricoles français et mondiaux
  • Exploiter un inventaire d'émissions de gaz à effet de serre en distinguant les gaz en jeu, et comparer les échelles nationale et mondiale

Au programme du chapitre

  1. Un agrosystème n'est pas un écosystème de plus : c'est un écosystème qu'on fait travailler
  2. Le rendement : une seule grandeur, trois pièges
  3. Le bilan de matière : rendre ce que la récolte emporte
  4. L'azote : deux façons de le faire entrer, deux coûts très différents
  5. Le flux d'énergie : pourquoi un kilogramme de viande coûte des hectares
  6. Le sol : le stock que l'agrosystème dépense
  7. L'eau : la ressource qui limite, et le bilan qui la mesure
  8. L'empreinte : ce que l'agriculture émet, et comment le lire
  9. Comparer trois systèmes de culture sans militer : la règle de l'unité fonctionnelle

Exercices corrigés

Exercice 1

Une forêt n'a jamais reçu d'engrais et pousse depuis des millénaires. Un champ de blé, lui, en réclame chaque année. Pourquoi ? Réponds par une chaîne de causes, sans invoquer la « fragilité » de l'agrosystème.
Un coup de pouce
Ne cherche pas une différence de nature entre les deux milieux. Cherche ce qui sort du second et ne sort pas du premier, puis écris le bilan.
Voir la correction pas à pas
Parce que la récolte quitte la parcelle, et que rien, dans l'agrosystème, ne la remplace.
Dans la forêt. Les feuilles, les branches et les cadavres tombent sur place. Les décomposeurs du sol les dégradent et libèrent les ions minéraux qu'ils contenaient — azote, phosphore, potassium — au pied même des arbres qui les avaient prélevés. Le cycle est fermé : les mêmes atomes repassent indéfiniment. Aucun apport extérieur n'est nécessaire, sinon la pluie et les poussières.
Dans le champ. Le grain contient des éléments minéraux que la plante a pris dans le sol, et il part en camion. Ces atomes ne reviendront pas. À chaque récolte, le stock du sol diminue d'une quantité égale à ce que la récolte contenait.
La conséquence est arithmétique. Écris le bilan : entrées − sorties = variation du stock. Si l'entrée est nulle et la sortie positive, le stock baisse, et le rendement suivra à la baisse d'année en année. Il faut donc faire entrer au moins ce qui sort.
Ce qu'il ne faut pas écrire. Que l'agrosystème est « fragile », « artificiel » ou « déséquilibré » : ce sont des jugements, pas des mécanismes. Le mécanisme, c'est l'exportation. Note aussi que la forêt n'est pas « plus performante » : elle ne produit rien pour nous, et c'est précisément pour cela qu'elle n'a besoin de rien.

Exercice 2

Puisque l'azote fait monter le rendement, pourquoi les agriculteurs n'en apportent-ils pas simplement deux fois plus ? Donne trois raisons distinctes, dont une au moins soit un calcul.
Un coup de pouce
Une raison sur la plante, une sur ce que devient l'azote perdu, une sur le coût de production de l'engrais. Pour le calcul, la conversion NH3 vers N est indispensable.
Voir la correction pas à pas
1. La plante ne répond pas indéfiniment : c'est la loi des rendements décroissants. Avec le modèle R(x)=35+0,30 x−0,000 6 x2R(x)=35+0{,}30\,x-0{,}000\,6\,x^{2}, chaque tranche de 50 kg/ha rapporte 3 quintaux de moins que la précédente : +13,5+13{,}5 q de 0 à 50, puis +10,5+10{,}5, +7,5+7{,}5, +4,5+4{,}5, et seulement +1,5+1{,}5 q de 200 à 250 kg/ha. Au-delà de 250 kg/ha le modèle redescend. Doubler la dose ne double donc rien : passer de 150 à 300 kg/ha ferait passer le rendement de 66,566{,}5 à 71 q/ha, soit +4,5+4{,}5 q pour 150 kg d'azote — quand les 50 premiers kilogrammes en rapportaient 13,513{,}5.
2. L'azote non prélevé va ailleurs, et nuit. Il reste dans le sol sous forme de nitrate, très soluble : la première pluie importante le lessive vers les nappes et les rivières, où l'excès de nutriments provoque l'eutrophisation. Une part est aussi perdue vers l'air, en ammoniac et en protoxyde d'azote, gaz à effet de serre puissant.
3. Chaque kilogramme d'azote coûte de l'énergie. L'AIE retient 41 GJ par tonne d'ammoniac en moyenne mondiale ; comme M(NH3)=17M(\mathrm{NH_3})=17 et M(N)=14M(N)=14, cela fait 41×1714≈5041\times\dfrac{17}{14}\approx 50 MJ par kilogramme d'azote. Cent kilogrammes d'azote inutiles par hectare représentent 5 0005\,000 MJ/ha gaspillés, soit l'équivalent d'environ 5 00036≈139\dfrac{5\,000}{36}\approx 139 litres de gazole par hectare.
Ce qui est remarquable, c'est que les trois raisons convergent. Le raisonnement agronomique — cesser de payer pour ce qui ne produit pas — et le raisonnement environnemental conduisent ici à la même décision. Ce n'est pas toujours le cas, et c'est pourquoi il faut le signaler quand ça l'est.

Les pièges à éviter

  • Confondre le besoin en azote de la culture et la dose d'engrais à apporter.
  • Écrire qu'une légumineuse « fabrique de l'engrais » ou « fixe l'azote ».
  • Conclure d'un rendement en hausse que la production a augmenté.
  • Oublier que 1 mm d'eau vaut 10 m3^3 par hectare.

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