BIOTECHNOLOGIES VERTES (AGRICULTURE)

L’agriculture est une grosse consommatrice d’eau, d’engrais et de pesticides. En France, sa consommation énergétique atteint 9,2 millions de tonnes équivalent pétrole (TEP), dont 3,5 millions de TEP consommés directement et 5,7 millions de TEP sous forme d’engrais, d’aliments du bétail et de matériels (Académie d’agriculture, 2009). Elle est à l’origine de 20 à 30 % des émissions de gaz à effet de serre (dioxyde de carbone, méthane, protoxyde d’azote) (Annexe 12).

Protection des végétaux

Les objectifs du Grenelle de l’environnement ont mis en avant l’utilisation des biotechnologies pour réduire drastiquement l’utilisation des pesticides de synthèse, voire pour certains de les supprimer.

Il est important de rappeler qu’il n’existe pas de solutions miracles susceptibles d’éliminer totalement les pesticides utilisés pour protéger les plantes contre les parasites. En effet, les attaques des cultures par des agents pathogènes sont variées (bactéries, virus, champignons, insectes) et résultent d’un déséquilibre de l’écosystème. Pour maintenir une protection optimale (et pas forcément maximale), il faut assurer une situation de quasi-équilibre en maintenant une pression antiparasitaire sans pour autant envisager l’éradication des parasites en cause (Annexe 13).

État des lieux et perspectives

Pour répondre aux problématiques environnementales et réduire l'utilisation des pesticides de synthèse, on peut mettre en œuvre des méthodes de protection intégrée, incluant l’utilisation d’agents biologiques et la sélection génétique.

Méthodes culturales

Le labour est une pratique qui, en germant simultanément avec les plantes cultivées, stimule la levée des adventices. Les couverts végétaux peuvent être utilisés pour limiter ces adventices, mais ils sont également utiles pour la structure du sol. Le non-labour, ou techniques culturales simplifiées, est de plus en plus adopté. Il permet de réduire les émissions de gaz à effet de serre mais peut entraîner une plus grande utilisation d’herbicides.

Méthodes biologiques

La lutte biologique commerciale, qui consiste à introduire des auxiliaires (prédateurs ou parasitoïdes spécifiques des ravageurs), permet de réduire considérablement les quantités d’insecticides. Elle bloque les organes de reproduction des parasites et limite ainsi leur développement.

Méthodes génétiques

Les agriculteurs ont toujours cherché à sélectionner les plantes les plus performantes pour assurer des rendements optimaux, mais aussi des récoltes exemptes de parasites qui dégradent la quantité et la qualité sanitaire (mycotoxines) des produits agricoles.

Pour les espèces à multiplication végétative (pomme de terre, fraisier, etc.), on utilise la technique de la culture in vitro à partir de méristèmes (cellules des bourgeons végétatifs) qui sont généralement exempts de virus. Cette méthode permet d’obtenir des plants sains et homogènes.

Traditionnellement, la sélection végétale a permis, pour répondre aux besoins collectifs, de créer des hybrides ou des variétés par croisement avec des espèces sauvages, apportant notamment des résistances à des parasites.

Désormais, avec les technologies OGM, il est possible d'introduire des gènes d'intérêt de manière ciblée et avec des délais bien plus courts que par les méthodes classiques. Cependant, pour ne conserver que les caractères génétiques recherchés (gènes « qualitatifs »), il faut traditionnellement procéder à de nombreux rétrocroisements. (Voir le paragraphe suivant sur les plantes génétiquement modifiées).

Méthodes biologiques de lutte

La lutte biologique, utilisant des champignons microscopiques, des bactéries ou des insectes entomophages, est beaucoup plus spécifique que la lutte chimique. À ce titre, elle perturbe beaucoup moins l'équilibre de l'écosystème et n'a pas les mêmes effets négatifs que la lutte chimique, qui peut éliminer de larges populations de la microflore et de la microfaune bénéfiques.

L'identification d'espèces antagonistes suppose un long travail de recherche pour trouver les ennemis naturels des principaux parasites des cultures. Quelques exemples sont déjà utilisés avec succès :

• L'utilisation de la bactérie Bacillus thuringiensis (Bt) contre certains lépidoptères, en particulier la pyrale du maïs.
• Les trichogrammes (micro-hyménoptères) qui parasitent les œufs de papillons ravageurs.
• Des méthodes de confusion sexuelle, utilisant des phéromones pour désorienter les mâles et les empêcher de se reproduire.

Cependant, la lutte biologique a le défaut de rendre difficile une maîtrise parfaite de la distribution spatiale et temporelle des agents biologiques utilisés. Dans la pratique, on ne dispose encore que de très peu d'agents biologiques efficaces et disponibles. Les meilleurs résultats sont obtenus en milieu fermé, ce qui en fait un traitement de choix pour les productions maraîchères et florales sous serre.

Toutes les méthodes précédemment décrites ne peuvent prétendre résoudre seules les problèmes d'infestations massives, que seule la lutte chimique, d'action rapide, permet d'éradiquer. En combinant ces méthodes de lutte, les agriculteurs peuvent maintenir un quasi-équilibre de l'écosystème. C'est l'objectif de l'agriculture intégrée, qui vise à réduire les pressions parasitaires pour tendre vers un équilibre où tous les agents biologiques peuvent coexister sans se détruire et sans effet dommageable significatif pour les cultures.

Plantes génétiquement modifiées (PGM)

Les plantes génétiquement modifiées (PGM) dont il est question dans ce rapport sont les plantes obtenues par transgénèse.

Comme toute culture, les PGM ont un impact sur leur environnement, qui peut être direct ou indirect. Il faut notamment prendre en compte les surfaces économisées grâce à l'augmentation de production par hectare qu'elles peuvent permettre. Dans ce cas, l'impact des PGM est comparé à celui d'une agriculture conventionnelle optimisée, utilisant des intrants minéraux et des produits phytosanitaires de synthèse. Cet impact dépend des caractéristiques spécifiques de chaque PGM.

Les PGM actuellement cultivées dans le monde présentent des caractéristiques diverses :

• Tolérance à certains herbicides : soja, colza, maïs, coton, betterave et papayer.
• Résistance à certains insectes : coton, maïs.
• Résistance à certains virus : courgette, papaye, poivron.
• Amélioration de la qualité des produits : riz doré (enrichi en bêta-carotène).
• Caractères multiples (combinaison de tolérance à un herbicide et de résistance à un ou plusieurs insectes) : maïs, coton.

Récapitulatif des méthodes présentées (Tableau synthétique)

Type de Méthode	Principe/Exemple	Avantages	Limites / Inconvénients
Méthodes culturales	Faux semis, techniques sans labour, assolement.	Réduction de l'érosion, des gaz à effet de serre, stimulation de la vie du sol.	Peut augmenter l'usage d'herbicides (sans labour).
Méthodes génétiques	Sélection classique, hybridation, culture in vitro (micropropagation, éradication virale).	Plantes saines et performantes, meilleurs rendements et qualité sanitaire.	Processus long (sélection classique), nécessite une infrastructure spécialisée (in vitro).
Lutte biologique	Utilisation d'auxiliaires (Bacillus thuringiensis, trichogrammes, confusion sexuelle).	Haute spécificité, faible perturbation de l'écosystème, réduction des insecticides.	Peu d'agents disponibles, efficacité optimale en milieu fermé (serres), difficile à maîtriser en plein champ.
Plantes Génétiquement Modifiées (PGM)	Transgénèse pour introduire des caractères (résistance, tolérance).	Rendements potentiellement accrus, réduction ciblée des intrants (herbicides/insecticides).	Débats réglementaires et sociétaux, dépendance à certaines technologies, risques de développement de résistances.
Agriculture Intégrée	Combinaison raisonnée de toutes les méthodes ci-dessus.	Maintien d'un quasi-équilibre de l'écosystème, réduction globale de l'empreinte environnementale.	Approche complexe nécessitant une expertise et un suivi important.

Impact environnemental des PGM : Données et perspectives

Les études menées de 1996 à 2006 indiquent que les cultures de PGM ont permis une réduction significative de l'usage des pesticides. Le maïs résistant aux insectes (Bt) a provoqué une diminution d'utilisation de matières actives de 35%, soit environ 30 000 tonnes de moins. Le coton Bt a entraîné une baisse de 22,9%, soit 128 000 tonnes de matières actives économisées. Les résultats sont particulièrement nets pour le coton, avec une économie totale estimée à 37% des matières actives sur la période.

Cependant, l'impact des diverses matières actives sur l'environnement n'est pas uniforme. Pour mieux le cerner, des chercheurs de l'université Cornell ont établi un Environmental Impact Quotient (EIQ), un coefficient tenant compte de nombreux paramètres (toxicité, persistance, etc.). Les travaux de Brookes et Barfoot montrent que, dans tous les cas, même lorsque la quantité de matière active a augmenté (notamment avec les PGM tolérantes à un herbicide nécessitant son application), l'empreinte environnementale globale a diminué grâce à l'utilisation de produits moins nocifs. Les réductions mondiales estimées sont de :

• 20,4% pour le soja tolérant aux herbicides (TH)
• 4,6% pour le maïs TH
• 5% pour le maïs résistant aux insectes (RI)
• 24,6% pour le coton RI

Il faut également noter que la diminution des épandages d'insecticides a un impact positif sur la faune auxiliaire bénéfique.

Réduction des émissions de gaz à effet de serre

La culture des PGM contribue à réduire les émissions de gaz à effet de serre par deux voies principales :

1. Réduction des passages de tracteurs : Soit grâce à un nombre moindre de traitements (PGM résistantes aux insectes ou aux virus), soit grâce à une diminution du travail du sol (labour), très consommateur d'énergie.
2. Séquestration du carbone : Les pratiques de non-labour souvent associées aux PGM TH favorisent la rétention du carbone dans le sol.

Sur la période 1996-2006, Brookes et Barfoot estiment la réduction mondiale de la consommation de carburant à 2 millions de m³, équivalant à une économie de près de six millions de tonnes d'émissions de CO₂.

Perspectives futures des PGM

Les PGM de nouvelle génération, actuellement en développement, visent des objectifs plus diversifiés :

• Résistance à des stress abiotiques tels que la sécheresse, la chaleur ou la salinité des sols.
• Amélioration de la qualité nutritionnelle des produits (ex : riz doré enrichi en vitamine A).
• Production de molécules thérapeutiques (pharmaceutiques).
• Capacités dépolluantes (phytoremédiation).

1. PGM résistantes aux stress abiotiques

Face aux inquiétudes grandissantes sur la disponibilité en eau, les PGM résistantes à la sécheresse pourraient être commercialisées dans les cinq ans. Leur impact positif semble évident (économies d'eau, mise en culture de sols dégradés). Cependant, un risque paradoxal est soulevé : un flux de gènes vers des espèces sauvages apparentées pourrait leur conférer un avantage compétitif déstabilisant pour les écosystèmes. Cette problématique n'est pas propre aux OGM et se poserait aussi pour des plantes résistantes obtenues par sélection conventionnelle, nécessitant dans tous les cas une évaluation au cas par cas.

2. PGM dépolluantes (Phytoremédiation)

Des PGM sont développées pour dépolluer les sols contaminés par des métaux lourds ou des composés organiques. Leur impact environnemental spécifique est encore en cours d'évaluation. Leur utilisation devra être soigneusement encadrée pour éviter tout transfert de gènes ou devenir elles-mêmes des polluants.

En l'état, l'analyse des PGM en développement ne fait pas apparaître de risques environnementaux nouveaux majeurs, à l'exception potentiellement de celles modifiées pour résister à des stress extrêmes, qui pourraient devenir invasives. Une étude de risque au cas par cas reste impérative.

Focus : Les Microalgues

Les microalgues sont des micro-organismes aquatiques capables de photosynthèse, bien que certaines puissent se développer de manière hétérotrophe (sans lumière). Morphologiquement et génétiquement proches des algues, elles sont classées en deux grandes catégories :

1. Les cyanobactéries (algues bleues) : organismes photosynthétiques procaryotes.
2. Les microalgues eucaryotes : groupe hétérogène et polyphylétique d'organismes unicellulaires.

Leur potentiel en biotechnologie verte est immense (production de biocarburants, compléments alimentaires, cosmétiques, traitement des eaux usées) et fait l'objet de recherches active

Conclusion sur les Biotechnologies Vertes & Transition

Pour l'instant, l'amélioration des plantes et des animaux repose encore essentiellement sur la valorisation de la variabilité génétique naturelle. Grâce aux avancées des biotechnologies, cette variabilité est de mieux en mieux connue et caractérisée, tant au niveau phénotypique que moléculaire.

Pour ce qui concerne les applications de la transgénèse en élevage, encore très rares et visant presque exclusivement des objectifs médicaux (production de molécules thérapeutiques), il faut avancer avec prudence. Une attention particulière doit être portée aux risques de dissémination et aux impacts potentiels sur la diversité génétique au sein des espèces sauvages apparentées.

Impact de l'élevage et perspectives biotechnologiques

L'élevage des animaux domestiques entretient une relation complexe avec l'environnement, à la fois positive et négative.

Les défis environnementaux liés à l'élevage sont multiples :

• Il génère d'importants effluents – riches en azote, phosphore, matière organique, et parfois en résidus médicamenteux – qui peuvent polluer les sols et les eaux.
• L'élevage intensif occupe de vastes surfaces et contribue significativement aux émissions de gaz à effet deserre (méthane des ruminants, protoxyde d'azote).
• Il a été à l'origine de nombreuses zoonoses et représente toujours un risque sanitaire.
• À l'inverse, l'élevage extensif des ruminants contribue à l'entretien de paysages ouverts et à la biodiversité des prairies.

Les voies traditionnelles d'amélioration génétique et d'optimisation des pratiques d'élevage ont permis des progrès significatifs, par exemple en optimisant l'efficacité alimentaire et donc en réduisant l'impact environnemental par unité produite. Les biotechnologies animales modernes (génomique, sélection assistée par marqueurs) permettent d'aller plus loin en identifiant des animaux plus résistants aux maladies, avec un meilleur bilan environnemental.

La génomique est ainsi un outil puissant pour une agriculture plus précise et durable, permettant de mieux utiliser les ressources et de diversifier les productions, tout en répondant aux enjeux de santé et d'environnement.