Gains de productivité des cultures vivrières et malnutrition dans les pays en développement à l'horizon 2030

Un article, récemment publié dans la revue Plos One, montre que l'augmentation des gains de productivité des cultures vivrières ne suffirait pas à réduire la malnutrition dans les « pays en développement » en 2030. Ces résultats ont été obtenus par le service économique de l'USDA (ministère de l'agriculture américain) et l'IFPRI (International Food Policy Research Institute) en testant plusieurs scénarios à l'aide de deux modèles mondiaux combinés. Ces simulations ont été réalisées à la demande du Consultative group on international agricultural research (CGIAR), dans le cadre de l'initiative Crops to end hunger.

Une hausse annuelle plus rapide (+ 25 % par rapport au taux de croissance de référence) des rendements permettrait de diminuer le nombre de personnes souffrant de malnutrition : de 11 millions dans le cas de la production de riz, de 6 millions dans celui du blé et 2 millions pour la banane plantain ou le manioc. Les besoins glucidiques seraient certes mieux couverts, mais ce ne serait pas le cas pour toutes les vitamines ou sels minéraux (figure ci-dessous). Cependant, les résultats varient sensiblement selon les pays et les productions. Les auteurs recommandent de tenir compte de cette hétérogénéité pour cibler les politiques de soutien à l'innovation et au développement.

Taux de couverture pour différents nutriments en 2030

Source : Plos One

Lecture : le taux de couverture est égal à 1 lorsque les disponibilités journalières moyennes sont égales aux apports nutritionnels recommandés.

Source : Plos One

Agriculture de conservation et rendements dans les régions sèches

Publié en février dans Scientific Reports, un article de chercheurs d'Inrae et du Cirad traite de l'agriculture de conservation, qui recouvre un ensemble de pratiques fondées sur trois piliers : couverture végétale permanente, minimisation du travail du sol (jusqu'au non-labour), diversification des espèces cultivées. Si ces pratiques sont reconnues pour leurs bénéfices environnementaux (stockage de carbone, protection de la biodiversité, etc.) dans certaines conditions, leurs impacts sur les rendements restent l'objet de controverses scientifiques. Une des difficultés soulevées dans le débat réside dans la large gamme des pratiques et des conditions pédoclimatiques de leur mise en œuvre, limitant la possibilité de généraliser les résultats.

Pour apporter des éléments de réponse, les auteurs ont analysé des études expérimentales comparant les rendements de l'agriculture de conservation (dont le sans labour) et de l'agriculture conventionnelle. Leur étude porte sur huit cultures (orge de printemps, coton, maïs, riz, sorgho, soja, tournesol et blé d'hiver) et 50 pays. Les données sont issues de 413 articles ayant permis d'extraire 4 403 comparaisons de rendements appariées, et de sources complémentaires pour le climat. Grâce à des modèles de machine learning, la probabilité que l'agriculture de conservation ait un rendement supérieur à celui de l'agriculture conventionnelle est estimée, en fonction des pratiques agricoles, des sols et des conditions climatiques.

Les résultats montrent que l'agriculture de conservation a de fortes chances d'augmenter les rendements dans de nombreuses régions (carte ci-dessous pour le blé d'hiver) : nord-est de l'Amérique, ouest de l'Inde, nord de la Chine, etc. Ces gains concerneraient surtout les zones sèches (jusqu'à près de 60 % de probabilité d'augmentation des rendements), résultat cohérent avec les bénéfices agronomiques de telles pratiques en matière de réserve utile en eau du sol. Soulignons aussi que l’analyse des données permet de décomposer les effets de chaque pratique (couverture des sols, rotations, etc.) sur les gains de rendement, enrichissant la compréhension des mécanismes agronomiques à l’œuvre. Enfin, une autre originalité de l'article réside dans la projection cartographique des résultats au niveau mondial. Pour les auteurs, l'agriculture de conservation est prometteuse à la fois pour les rendements et l'environnement, et devrait être « encouragée pour assurer la production alimentaire à long terme ».

Probabilité de gains de rendement de l'agriculture de conservation et du sans labour par rapport à l'agriculture conventionnelle pour le blé d'hiver

Source : Scientific Reports

Lecture : le gradient de couleurs correspond à différentes probabilités, avec en vert les probabilités les plus élevées et en rouge les moins élevées.

Julien Hardelin, Centre d'études et de prospective

Source : Scientific Reports

Le coton OGM Bt a-t-il vraiment permis d'augmenter les rendements en Inde ?

De nombreux chercheurs ayant travaillé sur l'impact du coton Bt sur la production, en Inde, ont conclu que son introduction avait permis d'augmenter les rendements. Cependant, leurs analyses ignorent les effets de long terme et les autres facteurs pouvant influencer ces tendances. Les auteurs d'un article publié en février dans la revue Nature Plants se sont penchés sur cette question. Pour y répondre, ils ont utilisé des séries de données sur les rendements, l'adoption du coton Bt et d'autres facteurs ayant pu jouer sur ces rendements, sur vingt ans (1999-2018), au niveau de l'Inde et de chacun de ses États fédérés. Leurs résultats suggèrent que l'augmentation des rendements observée dans les années 2000 n'est pas liée à l'adoption du coton Bt mais plutôt à un usage croissant d'engrais de synthèse. De plus, les semences Bt étant moins résistantes aux insectes suceurs de sève, leur utilisation a entraîné une augmentation du recours aux insecticides, et des dépenses associées, par les producteurs de coton indiens.

Dépenses nationales en insecticides pour la production de coton

Source : Nature Plants

Lecture : la courbe bleue représente les dépenses en insecticides visant les Lepidoptères, c'est-à-dire les insectes vulnérables au coton Bt (en dollars par hectare). La courbe orange représente les dépenses en produits phytosanitaires visant les insectes suceurs de sève.

Source : Nature Plants

Les effets positifs de l'agriculture de conservation sur les rendements dans la Corn Belt

Un article récent, publié dans la revue Environmental Research Letters par des chercheurs de l'université de Stanford, s'intéresse aux effets des pratiques d'agriculture de conservation sur les rendements du maïs et du soja dans la Corn Belt des États-Unis. Selon les auteurs, la littérature sur le sujet, bien que riche, ne permet pas toujours de conclure en raison de la variété des conditions de culture, des pratiques, des profils pédoclimatiques, etc. Ils proposent ici une approche originale, en utilisant des bases de données issues d'observations satellitaires et en analysant les données avec des algorithmes de machine learning. Les résultats montrent que les pratiques d'agriculture de conservation permettent d'augmenter le rendement de 3,3 % en moyenne pour le maïs et de 0,74 % pour le soja. Cet effet positif est en revanche plus limité pour les parcelles venant de passer récemment en agriculture de conservation, probablement en raison du temps nécessaire pour que la qualité des sols évolue et que les agriculteurs utilisent de façon optimisée ces pratiques (cf. figure).

Résumé des impacts moyens de l'agriculture de conservation sur les rendements en fonction de la durée de mise en œuvre

Source : Environmental Research Letters

Source : Environmental Research Letters

Effet de la simplification des paysages agricoles sur la pollinisation, le biocontrôle et les rendements

Plus de cent chercheurs ont participé à une méta-analyse, publiée en octobre dans la revue Science Advances, étudiant le lien entre la biodiversité présente dans les agrosystèmes et la provision des services de pollinisation et de biocontrôle. Ils ont également analysé les effets induits par la simplification des paysages agricoles sur la biodiversité, ces services et les rendements agricoles. Pour ce faire, ils ont utilisé des données de 89 études, regroupant 1 475 cas de terrain et portant sur : i) la diversité des pollinisateurs et des auxiliaires de cultures (richesse des espèces, abondance et régularité) ; ii) la production des services qui en découle ; iii) la part de la surface en cultures dans un rayon d'1 km autour du centre de chaque parcelle (indicateur de simplification des paysages) ; iv) les rendements.

Ils montrent que la richesse des espèces et l'abondance de pollinisateurs et d'auxiliaires des cultures sont corrélées à une production de services écosystémiques supérieure. De plus, la simplification des paysages (telle que mesurée par l'indicateur utilisé), aurait un impact négatif sur la richesse de ces espèces, entraînant des effets en cascade sur la pollinisation, le biocontrôle et, en conséquence, sur les rendements agricoles.

Effets de la simplification des paysages sur la biodiversité, les services de pollinisation (A) et de biocontrôle (B), et les rendements agricoles

Source : Science Advances

Lecture : les coefficients représentent la taille de l'effet observé. Un coefficient positif (respectivement négatif) représente une corrélation positive (resp. négative). Les flèches noires (resp. rouges) représentent les effets significatifs et positifs (resp. négatifs). Les flèches grises représentent les effets non significatifs.

Source : Science Advances

Réduire les écarts de rendement pour assurer l'autosuffisance chinoise en riz : perspectives à l'horizon 2030

Réalisée par une équipe de chercheurs chinois (Huazhong Agricultural University) et américains (University of Nebraska-Lincoln), une étude publiée dans la revue Nature Communications fournit une estimation spatialisée du potentiel de production du riz en Chine. Le « rendement potentiel » correspond à celui qui serait obtenu en l'absence de facteurs limitant la production (eau, éléments fertilisants) et d'ennemis des cultures (maladies, ravageurs, etc.). L'écart de rendement (yield gap) est égal à la différence entre ce rendement potentiel et le rendement actuel.

Les chercheurs ont suivi, à cette fin, le protocole ascendant GYGA (Global Yield Gap Analysis), qui consiste à partir des données les plus fines, au niveau local, et à les agréger à une échelle spatiale régionale, puis nationale. Ils ont mobilisé une grande variété de sources de données (administration météorologique chinoise, NASA, etc.). Les rendements potentiels ont été simulés avec le modèle de culture du riz ORYZA, spécialement calibré pour la Chine pour les besoins de l'analyse. Enfin, une autre particularité de l'étude est de distinguer les systèmes de riziculture simple (une récolte annuelle) et double (deux récoltes annuelles).

Rendements actuels et écarts de rendement du riz en Chine, pour les systèmes de riziculture en simple (a et c) et double (b et d) récolte

Source : Nature Communications

À l'échelle nationale, le rendement potentiel du riz est estimé à 9,8 t/ha, à comparer à un rendement actuel de 6,8 t/ha, soit un yield gap de 3 t/ha (ou 69 % du rendement potentiel). Cet écart est plus important en double récolte qu'en simple, et il présente des variations géographiques notables. Des scénarios d'évolution des rendements à l'horizon 2030 sont calculés : stagnation au niveau actuel (scénario 1) ; augmentation au rythme actuel jusqu'à un plafond égal à 80 % (scénario 2) ou 75 % (scénario 3) du rendement potentiel ; augmentation en double récolte plus rapide qu'aujourd'hui, jusqu'au plafond de 75 % du rendement potentiel. L'autosuffisance n'est assurée en 2030 que dans les scénarios 2 et 4 (cf. tableau ci-dessous). Selon les auteurs, ces résultats suggèrent un ciblage des efforts de R&D sur les systèmes à double récolte et sur certaines provinces, en raison de leur écart de rendement plus important.

Rendements et production des systèmes rizicoles en simple et double récolte en Chine et production nationale totale pour 4 scénarios à l'horizon 2030

Source : Nature Communications

Julien Hardelin, Centre d'études et de prospective

Source : Nature Communications

Le déclin de la résilience climatique du blé en Europe

Dans un article de la revue PNAS de janvier 2019, une équipe de chercheurs européens étudie l'évolution de la résilience climatique du blé en Europe, depuis les années 1990, et plus particulièrement le rôle joué en la matière par la diversité des variétés cultivées. L'analyse est menée sur des données d'essais au champ incluant 991 cultivars et 636 localisations, dans neuf pays (Allemagne, Belgique, Danemark, Espagne, Finlande, France, Italie, République tchèque et Slovaquie), sur la période 1991-2014 (soit au total plus de 100 000 observations).

Dans un premier temps, un modèle statistique permet d'estimer l'influence, sur les rendements, de 43 variables agroclimatiques, regroupées en neuf catégories (précipitations, températures minimales automnales, etc.) et discrétisées en trois niveaux (bas, moyen, haut) sur la base des 40e et 60e centiles. Les nombreux cultivars sont quant à eux rassemblés en neuf groupes à l'aide d'une analyse par grappes. Les réponses aux aléas climatiques sont établies par l'écart relatif de rendement (en %) entre valeurs haute et basse des variables climatiques. La résilience est définie comme la diversité des réponses des variétés de blé aux aléas climatiques, et calculée avec un indice annuel de Shannon : plus la diversité est élevée, plus le blé sera capable de résister à une large gamme d'aléas climatiques.

Les résultats montrent un déclin de cette diversité depuis le début des années 2000, dans plusieurs pays, notamment en Allemagne, République tchèque et Slovaquie, avec dans certaines localisations de véritables « déserts de diversité ». Une légère augmentation est constatée en France, mais la valeur de la diversité y reste cependant moyenne (cf. figure). Selon les auteurs, les causes de ce déclin de la résilience climatique du blé sont à chercher dans les incitations économiques des sélectionneurs, qui favorisent la maximisation du rendement potentiel au détriment de la robustesse aux aléas. Loin de s'opposer, ces deux dimensions devraient, pour eux, être complémentaires, et la politique agricole ainsi que les réglementations relatives aux semences ont un rôle à jouer pour assurer les incitations nécessaires en la matière.

Points chauds et déserts de résilience climatique du blé européen

Source : PNAS

Lecture : Les graphiques par pays montrent les pourcentages de clusters de cultivars avec des réponses différentes aux conditions météorologiques critiques pour le rendement. Les zones colorées (de vert à orange) sur la carte illustrent les classes de diversité de réponses basées sur la proportion du groupe dominant (> 90 à <50 %), le nombre de groupes simultanément importants (0 à 4) et les tendances. Toutes les données de rendement des cultivars ont été utilisées (n = 100 985).

Julien Hardelin, Centre d'études et de prospective

Source : PNAS

Stagnation des rendements de plusieurs céréales et de la vigne, en France, depuis la fin des années 1990

Dans les Scientific Reports de Nature de novembre 2018, une équipe internationale analyse sur le long terme les rendements des principales cultures en France, mettant en évidence une stagnation depuis la fin de la décennie 1990.

De précédents travaux avaient fait ressortir une stagnation des rendements de blé depuis 1996. Ici, les chercheurs se sont intéressés à la fois aux céréales (blé, maïs, orge, avoine), aux oléagineux (tournesol, colza), aux betteraves sucrières, aux pommes de terre et à la vigne. Pour chacune des cultures étudiées, ils ont eu recours aux données de la Statistique agricole annuelle, au niveau départemental, sur plus d'un siècle (1900 à 2016). Pour suivre les rendements de ces cultures, sur chaque département et au niveau national, les chercheurs ont développé un modèle linéaire dynamique (DLM), qui permet d'estimer la tendance d'évolution des rendements sans avoir à établir d'hypothèses fortes au préalable. À l'échelle de la France, les évolutions ainsi identifiées sont illustrées ci-dessous.

Tendance des rendements moyens nationaux des principales cultures en France

Source : Nature Scientific Reports

Si les rendements ont partout connu une forte croissance entre 1950 et 1990, ces travaux, déclinés localement, confirment la stagnation (voire le recul) des rendements du blé d'hiver, de l'orge, de l'avoine, du blé dur et de la vigne, depuis les années 1990, sur au moins 25 % de leurs surfaces. Pour le maïs, la stagnation ne concerne que 3 % des surfaces. L'analyse de la variabilité des rendements, ainsi que de l'évolution des rendements minimaux et maximaux, permet d'interpréter ces évolutions. Ainsi, le fait que les rendements minimums observés continuent à progresser suggère que ces plafonnements ne sont pas liés au changement climatique. En revanche, la stagnation pour les grandes cultures, sur des zones à haut rendement, laisserait penser qu'on se rapproche d'un potentiel physiologique maximal. Les choix politiques et stratégiques (limitation qualitative des rendements viticoles) et les facteurs économiques (coûts marginaux croissants) sont sans doute majeurs dans ces stagnations, mais faute de données sur une aussi longue période, ils n'ont pu être étudiés directement.

Jean-Noël Depeyrot, Centre d'études et de prospective

Source : Nature Scientific Reports

Réchauffement climatique et pertes de récolte dues aux insectes ravageurs

Dans une étude publiée en août dans la revue Science, des chercheurs américains mettent en garde sur la possible baisse des rendements agricoles, induite par une prolifération des insectes nuisibles aux cultures, suite au réchauffement climatique.

Les auteurs ont analysé des données d’expériences en laboratoire, collectées depuis les années 1980, et ont considéré 38 espèces d'insectes ravageurs. Ils ont projeté l'impact de leur prolifération, à l'horizon 2050 et aux échelles mondiale et régionale, sur la production des principales cultures céréalières : maïs, riz et blé. Celles-ci représentent à elles seules 42 % de la consommation humaine mondiale de calories directes. Au fur et à mesure de l'accroissement des températures, ces insectes seraient non seulement plus prolifiques, mais aussi plus voraces, avec néanmoins un palier d'ores et déjà atteint dans les zones tropicales mais pas encore dans les zones tempérées.

Prévisions régionales de l'augmentation des pertes de récoltes due aux insectes ravageurs dans le cas d'un réchauffement climatique de 2°C

Source : Science

Lecture : la dimension des disques dans les graphiques est proportionnelle au volume de production actuel de chaque pays. Les cinq plus gros producteurs sont cerclés de noir. La répartition géographique des futures pertes de production supplémentaires est indiquée dans les diagrammes circulaires.

Dans l'hypothèse d'un réchauffement global de 2°C, la Chine, les États-Unis et la France, tous grands producteurs de ces trois céréales, figurent parmi les pays qui devraient connaître les plus fortes pertes. Celles de la Chine et des États-Unis augmenteraient de 35 %, soit un gonflement des pertes de 20 millions de tonnes. Pour la France, elles seraient de 42 % pour le maïs et de 60 % pour le blé : ces deux céréales subiraient au total 1,4 million de tonnes de pertes supplémentaires. Ces pertes pèseraient sur les disponibilités mondiales en céréales et renchériraient les prix des aliments de base, au détriment des populations pauvres, qui représentent la majeure partie des plus de 800 millions de personnes souffrant de faim.

Ces évaluations ne prennent pas en compte la piste d'une utilisation accrue de pesticides, avec leurs effets délétères potentiels sur la santé et l'environnement. Les auteurs prônent plutôt des solutions comme la rotation plus large des cultures, la production de céréales plus résistantes aux ravageurs ou l'adoption de stratégies de lutte anti-parasitaire plus durables.

José Ramanantsoa, Centre d'études et de prospective

Source : Science

Variabilité des rendements et circulation atmosphérique à grande échelle en Europe

Afin de mieux évaluer la résilience des systèmes agricoles face aux changements climatiques, un groupe de chercheurs italiens et espagnols a testé un modèle de prévision des rendements européens du blé d'hiver et du maïs, en fonction des quatre mouvements de circulation atmosphérique européens dominants : ceux de l'Atlantique Nord, de l'Atlantique Est, de la Scandinavie et de l'est de l'Atlantique-Russie occidentale (article publié en mars dans Agricultural and Forest Meteorology). Ceux-ci expliqueraient, suivant les pays, entre 20 et 70 % de la variabilité inter-annuelle du rendement pour le blé tendre d'hiver et entre 20 et 58 % pour le maïs.

Ce niveau d'explication reste généralement inférieur à celui des modèles classiques exploitant les variables agro-climatiques au sol (ex. pluviométrie). Cette faiblesse provient, entre autres, du fait que la variabilité atmosphérique à grande échelle ne peut expliquer qu'une partie de la variabilité locale des variables agro-climatiques, en particulier lors des étapes de floraison et de remplissage du grain, les plus sensibles pour l'élaboration du rendement de la culture. Néanmoins, la prévisibilité saisonnière des mouvements atmosphériques à grande échelle est, en Europe, supérieure à celle des variables météorologiques de surface. Selon les auteurs, un couplage de ces deux types de modèles améliorerait donc leur précision et allongerait leurs horizons de prédiction.

Sources : Agricultural and Forest Meteorology, Commission européenne

Rendements agricoles et indépendance alimentaire : un exercice prospectif à l'horizon 2050 pour l'Afrique subsaharienne

Publié dans la revue PNAS, cet article présente un exercice prospectif à 2050, portant sur les évolutions de la capacité de production agricole (céréales) des pays sud-sahéliens, en lien avec leurs démographies. Entre 2010 et 2050, la population d'Afrique subsaharienne devrait être multipliée par 2,5 et la demande en céréales par 3 (également portée par l'évolution des régimes alimentaires). Les dix pays analysés présentent en moyenne un ratio d'indépendance alimentaire (production domestique sur consommation totale) pour les céréales de 0,8. Ceci peut être source d'insécurité alimentaire car de nombreux États n'ont pas suffisamment de ressources en devises étrangères pour importer massivement des denrées. Les chercheurs ont utilisé le modèle d'équilibre partiel IMPACT, pour tester trois scénarios d'évolution de la production de céréales en fonction de l'accroissement du rendement, prenant en compte des changements de politiques stratégiques (augmentation des surfaces agricoles, des surfaces irriguées, promotion de l'agriculture intensive). Deux hypothèses importantes sont faites : le commerce intra-régional se développe sans entrave et le rendement des surfaces nouvellement agricoles est identique à celui des anciennes.

Parmi les résultats obtenus, les auteurs soulignent que le maïs dispose du plus grand potentiel dans la région et pourrait donc constituer une culture intéressante pour les producteurs comme pour la sécurité alimentaire. Dans le scénario qui s'appuie sur une augmentation des rendements à 2050 identique à celle entre 1991 et 2014, le besoin de surfaces céréalières serait de 97 millions d'ha (+185 %). Avec le scénario qui permet aux cultures non irriguées d'atteindre 50 % de leur optimum, les pays analysés amélioreraient leur indépendance alimentaire à 0,6. Cette cible paraît toutefois difficilement atteignable aux auteurs, au vu du besoin d'intensification, du difficile accès aux intrants et des faibles infrastructures de la région. Dans ce cas, 44 millions d'ha (+ 84 %) supplémentaires de surface céréalière seraient nécessaires pour atteindre l'auto-suffisance. Enfin, dans le cas où les surfaces agricoles atteignent 80 % de leur rendement optimal, la région resterait très dépendante des importations extra-régionales, avec une forte disparité entre les pays.

Les auteurs précisent que leur étude se limite aux déterminants agronomiques du défi alimentaire. Or, promouvoir la production agricole et atteindre une balance commerciale positive relèvent également de politiques ciblées (droit foncier, accès au crédit) et d'investissements (R&D).

Barthélemy Lanos, Centre d'études et de prospective

Source : PNAS