L’augmentation du CO2 atmosphérique : impact sur l’alimentation humaine

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Une étude d’envergure menée par plusieurs institutions de renom, issues de 4 pays différents (Etats-Unis, Australie, Israël et Japon) vient de confirmer une conséquence pressentie de l’augmentation de la concentration de dioxyde de carbone (CO2) dans l’atmosphère : la baisse des qualités nutritionnelles de certaines céréales et légumineuses. Les résultats sont présentés dans la revue Nature.


Crédits : drizzd


L’expérimentation en plein air confirme les résultats antérieurs obtenus en milieux confinés

Mauvaise nouvelle pour les générations futures : au vu de l’augmentation prévisible des niveaux de CO2 au cours du siècle à venir, certaines céréales et légumineuses deviendront beaucoup moins nutritives qu’elles ne le sont aujourd’hui. L’Université d’Harvard, l’UC Davis, l’Université d’Illinois à Urbana Champaign, l’Université de Pennsylvanie l’Université d’Arizona, l’USDA et le Nature Conservancy ont contribué à l’analyse pour les Etats-Unis.

Les chercheurs ont examiné plusieurs variétés de blé, de soja, de petits pois, de riz, de maïs et de sorgho en plein air, dans les conditions de culture de 2050, telles qu’elles sont anticipées concernant les niveaux de CO2 dans l’atmosphère (les concentrations actuelles sont proches de 400 parties par million, et devraient s’élever à 550 ppm en 2050). Les équipes ont pu simuler des niveaux de CO2 élevés dans des champs en plein air, à l’aide d’un système appelé Free Air Concentration Enrichment (FACE [1]), qui diffuse du CO2 autour de l’essai, en surveille la concentration à l’aide de capteurs au niveau des plantes et ajuste ainsi le débit de diffusion pour simuler une concentration de CO2 atmosphérique semblable aux conditions futures. Dans cette étude, l’ensemble des autres conditions de croissance (lumière, sol, eau, température) sont les mêmes pour les plantes cultivées sous atmosphère enrichie en CO2 et celles utilisés comme témoins.

La présente étude, par son envergure, a permis de décupler la quantité de données auparavant existantes, concernant la teneur en zinc et en fer des parties comestibles des plantes cultivées dans des conditions de FACE. Le zinc et le fer ont diminué de manière significative dans le blé, le riz, les pois et le soja étudiés. Le blé et le riz subissent également des baisses notables de leur teneur en protéines en présence de concentrations élevées en CO2. Les mécanismes responsables des variations de concentrations en éléments minéraux dans les grains en fonction de la teneur en CO2 dans l’atmosphère sont peu connus, et les expériences entreprises jusqu’ici semblent indiquer que les paramètres impliqués sont multifactoriels et propres à chaque espèce. Le type de photosynthèse, processus bioénergétique à l’aide duquel les plantes, les algues et certaines bactéries produisent l’énergie nécessaire à la synthèse des éléments organiques grâce à la lumière du soleil et à des composés minéraux (en particulier CO2 et H2O), semble néanmoins impliqué.

Réactions différentes en fonction du type de photosynthèse

En effet, seules les plantes en C3 étudiées sont sensiblement affectées par l’augmentation du CO2 atmosphérique, par opposition aux plantes en C4. Le maïs et le sorgho, qui font partie de cette dernière catégorie, n’ont pas réagi de la même façon, conformément à ce qui était attendu : la photosynthèse réalisée par les plantes en C4 ne fait pas appel aux mêmes mécanismes cellulaires. Ces deux types de photosynthèse sont majoritairement présents dans le monde végétal : le mode de fixation du dioxyde de carbone diffère et est plus efficace pour les plantes en C4 dans les bonnes conditions. Le nom des processus provient des molécules impliquées : dans le premier cas, la molécule à l’origine des réactions de fixation du carbone contient 3 atomes de carbones (3-phosphoglycérate), contre 4 (oxaloacétate) dans le second.

Largement sous-représentées (environ 5% du règne végétal), les plantes en C4 réagissent différemment à l’augmentation du CO2 atmosphérique : des travaux antérieurs réalisés à l’Université de l’Illinois à Urbana Champaign [2] ont démontré que la photosynthèse de type C4 n’est pas affectée par la présence d’une atmosphère à haute concentration de CO2. Ces plantes concentrant en effet naturellement le dioxyde de carbone dans leurs feuilles, la photosynthèse est déjà saturée en CO2 dans les conditions actuelles. Une augmentation du CO2 atmosphérique n’a donc pas d’effet sur le processus photosynthétique.

L’hypothèse de base était donc que la concentration en éléments nutritifs dans les grains des plantes en C4 demeure relativement stable, ce qu’a confirmé l’étude. Cela représente un intérêt particulier pour le sorgho, le maïs et la canne à sucre, par exemple. Ces plantes sont majoritairement cultivées dans les pays en développement et plus de recherche est nécessaire pour déterminer comment les cultures des régions chaudes répondront à un taux de CO2 atmosphérique élevé, au vu des conséquences que cela pourrait avoir.

Les carences en fer et en zinc constituent déjà un problème global à résoudre

Ces résultats alertent les organisations internationales : les carences en fer et en zinc sont déjà actuellement un problème majeur de santé publique, concernant près de 2 milliards de personnes, et ce jusque dans les pays développés. L’Organisation Mondiale de la Santé estime que les carences en fer représentent le problème nutritionnel le plus répandu dans le monde [3], alors que les carences en zinc, très répandues également, impliquent des conséquences lourdes sur la croissance et le développement des enfants et la santé des adultes. Et si les effets de l’anémie sont connus, une alimentation carencée en zinc a également un impact important sur la santé, en induisant un risque accru d’infections gastro-intestinales, en provoquant des troubles gastro-intestinaux et en perturbant le système immunitaire et la fertilité [4].

Une diminution de la qualité nutritionnelle des aliments disponibles aujourd’hui, déjà souvent en quantité insuffisante dans leur état actuel, pourrait donc avoir des conséquences importantes sur l’alimentation des populations des pays en voie de développement.

Les projecteurs s’orientent vers les régions chaudes grâce à la meilleure adaptation des plantes en C4 à ces climats. Il est probable que les recherches se concentreront dans ce sens dans les années à venir : collecter des données relatives aux climats tropicaux avec les sols tropicaux, qui manquent aujourd’hui, constitue une priorité, pour tenter de compenser le phénomène d’appauvrissement de la qualité nutritionnelle des plantes et légumes en C3, étant donné que c’est dans ces régions que la sécurité alimentaire représente encore le plus gros défi.

Sources :


- [1] Article - Free Air Concentration Enrichment - Wikipedia - http://en.wikipedia.org/wiki/Free-air_concentration_enrichment
- [2] Publication - Photosynthesis, productivity, and yield of maize are not affected by open-air elevation of CO2 concentration in the absence of drought - Andrew D.B. Leakey, Martin Uribelarrea, Elizabeth A. Ainsworth, Shawna L. Naidu, Alistair Rogers, Donald R. Ort, and Stephen P. Long - Various institions - 2006 - http://www.plantphysiology.org/content/140/2/779.full.pdf
- [3] Article - Supplémentation en fer pour les enfants des régions d’endémie palustre - Bibliothèque électronique de données factuelles pour les interventions nutritionnelles (eLENA) - OMS - 2012 - http://www.who.int/elena/titles/iron_infants_malaria/fr/
- [4] Article - Supplémentation en zinc dans la prise en charge de la diarrhée - Bibliothèque électronique de données factuelles pour les interventions nutritionnelles (eLENA) - OMS - 2012 - http://www.who.int/elena/titles/zinc_diarrhoea/fr/

Pour en savoir plus, contacts :

Publication - Increasing CO2 threatens human nutrition - Samuel S. Myers, Antonella Zanobetti, Itai Kloog, Peter Huybers, Andrew D. B. Leakey, Arnold J. Bloom, Eli Carlisle, Lee H. Dietterich, Glenn Fitzgerald, Toshihiro Hasegawa, N. Michele Holbrook, Randall L. Nelson, Michael J. Ottman, Victor Raboy, Hidemitsu Sakai, Karla A. Sartor, Joel Schwartz, Saman Seneweera, Michael Tausz & Yasuhiro Usui - Nature - May 2014 - http://www.nature.com/nature/journal/v510/n7503/full/nature13179.html
Code brève
ADIT : 76122

Rédacteurs :


- Simon RITZ, deputy-agro@ambascience-usa.fr ;
- Retrouvez toutes nos activités sur http://france-science.org.

Voir en ligne : http://www.bulletins-electroniques….