La hausse du CO2 soupçonnée de nuire à la composition des aliments

« Les concentrations accrues de CO2 menacent la valeur nutritive des récoltes clés », titrait en août le Courrier Picard, tandis qu’outre-Atlantique Politico publiait en septembre une vaste enquête sur le « Great nutrient collapse ». Tous deux réagissaient à des travaux récents qui s’intéressent aux effets d’une élévation de la teneur en CO2 de l’atmosphère sur la composition des céréales.

Depuis 250 ans, la concentration atmosphérique de CO2 est en effet passée de 280 ppm à presque 400 ppm et pourrait atteindre, selon les projections du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC), 550 ppm d’ici à 2050. Une étude publiée en août dernier (1) suggère que 18 pays pourraient ainsi perdre plus de 5% de leur apport en protéines d’ici le milieu du siècle. En cause, un régime orienté vers les apports végétaux et une valeur en protéines du riz, du blé, de l’orge et des pommes de terre qui diminuerait respectivement de 7,6%, 7,8%, 14,1% et 6,4% avec les taux de CO2 prévus en 2050.

D’autres études (2, 3, 4, 5, 6) montrent qu’à forts taux de CO2, non seulement les plantes accumulent moins de protéines et plus de sucres mais aussi qu’elles perdent des micro-nutriments comme le zinc ou le fer et assimilent moins bien l’azote.

CO2 et rendements : un effet positif, mais pas de miracle

Jusqu'ici, les scientifiques connaissaient bien l'effet positif du CO2 sur le rendement et la croissance des plantes (7). « Les effets du CO2 sur le rendement s’expliquent par deux phénomènes : l’augmentation de la photosynthèse – chez les plantes en C3 comme le blé mais pas chez les plantes en C4 comme le maïs – et la régulation de la transpiration par les feuilles », explique Jean-Louis Durand, chargé de recherche en bioclimatologie à l’INRA.

L’augmentation de la photosynthèse chez les plantes en C3 (les premières molécules synthétisées sont des acides organiques à 3 atomes de carbone) est cependant à relativiser puisqu’une augmentation de la capacité photosynthétique s’accompagne d’une plus forte demande en azote, non satisfaite actuellement. De même, on sait que l'augmentation du CO2 limite les échanges gazeux feuille-atmosphère, et permet à la plante de conserver davantage d’eau dans le sol, ce qui a pour effet de décaler les périodes sèches. Ce phénomène s’observe aussi bien avec les plantes en C3 qu’en C4. Mais ces effets mesurés en serres sont à vérifier en plein champ.

« Une étude en plein champ, avec un système FACE (Free-Air CO2 enrichment) où des tubes libèrent du CO2 dans un périmètre défini, a montré qu’avec un enrichissement à 550 ppm, le rendement du maïs augmente jusqu’à 40 % avec une économie d’eau pendant la floraison », illustre Jean-Louis Durand. « Cependant, les premières études sur l’effet du CO2 sur le rendement, réalisée en serres ou en chambre de culture, ont beaucoup surestimé les effets bénéfiques du CO2, tempère Vincent Allard, chargé de recherche dans l’unité Génétique, diversité, écophysiologie des céréales de l’INRA de Clermont-Ferrand. Les expériences FACE montrent que son effet fertilisant pourrait être de 10 à 20 % selon les variétés et les sols »

« Plus d’études en plein champ sont nécessaires mais elles se limitent à quelques dizaines de m2 et sont coûteuses et complexes, d’où le développement de simulations à fortes incertitudes, estime Jean-Louis Durand. Ce qui est sûr, c’est que les effets du CO2 n’effaceront pas totalement les effets négatifs du changement climatique sur le rendement dans les zones arides, y compris le long de la Méditerranée en France ou, pire, au Maghreb »

La qualité nutritive en question

L’appauvrissement observé en protéines à cause de l'augmentation du CO2 s'explique en partie par un effet de dilution, expliquent les scientifiques. « Avec plus de CO2, les plantes assimilent plus de carbone, produisent plus de sucres mais ne s’enrichissement pas en protéines », décrit Jean-Louis Durand. En fait, l’effet va même au-delà de la dilution. « Les plantes n’investissent plus dans les protéines de la photosynthèse par rétrocontrôle », ajoute Vincent Allard. Sur les micro-nutriments comme le fer ou le zinc, il est plus difficile de conclure. « Là aussi, nous sommes au-delà de l’effet dilution mais il existe des interactions complexes entre micro-nutriments, avec des processus pas encore bien décrits ».

L’enjeu de la sélection

Face à ces pressions, la sélection de génotypes favorables est plus que jamais d’actualité. « Nous allons d’ailleurs mener de grandes expérimentations en plein champ en faisant varier le CO2 et la pluviométrie pour étudier le rendement d’une centaine de génotypes de blé. L’idée est de voir l’effet de tout ceci sur la qualité boulangère, avec des rapports différents entre fractions protéiques dans le grain. La variabilité génétique va être décisive », annonce Vincent Allard.

Jusqu’ici, les sélections n’avaient justement porté que sur les qualités boulangères, en ce qui concerne le blé. « Dans le cas de la sélection du blé tendre, nous essayons de réduire les effets négatifs de la dilution des protéines sur la qualité boulangère, en arbitrant entre rendement et teneur en protéines. Pour les minéraux, il serait théoriquement possible de procéder de même. Cependant, la qualité nutritionnelle n’est pas un des critères pris en compte pour l’inscription des variétés de blé », détaille François-Xavier Oury, sélectionneur à l’unité Génétique, diversité, écophysiologie des céréales de l’INRA de Clermont-Ferrand.

Quelques recherches commencent à se pencher sur les rapports entre CO2 et génotypes de riz, de soja, en plus du blé. « Attention cependant, prévient Jean-Louis Durand, trouver des plantes qui poussent lentement et accumulent protéines et azote, c’est très simple. Or, cela va conduire à une baisse importante du rendement. Il faut un compromis ».

(1) Medek et al., Env Health Persp, 2017 - (2) Myers et al., Nature, 2014 - (3) Loladze, eLife, 2014 - (4) Myers et al., Lancet Glob Health, 2015 - (5) Myers et al., GeoHealth, 2017 - (6) Bloom et al., Science, 2010 - (7) Ainsworth et al., 2008

A forts taux de CO2, les plantes accumulent moins de protéines et plus de sucres, et perdent des micro-nutriments

« Dans le cas de la sélection du blé tendre, nous essayons de réduire les effets négatifs de la dilution des protéines sur la qualité boulangère »