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

200

300

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1000

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

Davis et al 2012 Plos One: durabilité et diversification

Réunion ECP, 09/02/12

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

0

10

20

30

40

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90Millions t protéines végétalesMillions t protéines végétalesMillions t protéines végétalesMillions t protéines végétales

0

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80

90

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)

Partie 2 :

Le levier des légumineuses à graines

pour davantage de durabilité

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

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

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

ins

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

Ouvrage Quae 2015

473 pp

ISBN 978-2-7592-2334-3

31 mai et 1er juin 2016 , INRA Dijon,

les 1ères Rencontres Francophones sur les

Légumineuses « RFL1 »

Merci de votre attention