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L'Environnement

76. L'utilisation de la diversité microbienne pour éliminer biologiquement les composés aromatiques de l'environnement est abordée dans une revue de J Gibson et al.; Annual Review of Microbiology 56 (OCT02) 345-369.

Ces composés résultent à la fois de la décomposition des plantes vertes (acides humiques, par exemple, et ne pas oublier que 25% de la biomasse terrestre comporte un cycle benzènique, ne serait-ce que la lignine) et des déversements industriels humains. Il faut savoir que la biomasse aromatique est plus importante que les déversements industriels, mais que ces derniers sont beaucoup plus variés dans leur composition est posent probablement plus de problèmes aux microorganismes qui se régalent de la biomasse naturelle. La revue discute de la dégradation anaérobie de ces composés. C'est en effet dans ces conditions que se place l'essentiel de la biodégradation. Un tableau résume ce que l'on sait des microbes et de leurs substrats aromatiques connus, malheureusement dans les documents supplémentaires de la version on-line.

On trouve de tels microorganismes parmi beaucoup d'anaérobies hétérotrophes et des bactéries acétogènes. Ces microbes ont, chacun, une raison de les consommer. L'une d'elles est de trouver des accepteurs d'électrons utilisables.

Beaucoup de ces produits sont toxiques, mais on a inventé des techniques de relargage lent des produits à biodégrader dans des bioréacteurs en les immobilisant sur des supports inertes comme l'heptaméthylnonane ou l'Amberlite XAD7 qui permettent de les dégrader dans la fourchette étroite entre seuils d'utilisation et de toxicité.

Les consortiums, avec leurs échanges, non seulement de protons mais encore de métabolites intermédiaires comme acétate, formate et bien d'autres, sont abordés à propos de plusieurs systèmes où des cultures pures dégradant un aromatique ne sont pas connues.

La revue décrit comment les composés aromatiques peuvent jouer le rôle d'accepteurs et de navettes d'électrons. Elle envisage successivement le rôle des acides humiques et des composés halogénés.

Les microbes déhalorespirants utilisent les aromatiques chlorés pour se débarrasser des électrons engendrés par leur respiration. Les substances humiques servent de navettes à électrons permettant l'utilisation d'accepteurs d'électrons inorganiques comme les oxydes de fer insolubles très difficiles à attaquer. L'utilisation du chlorate, des agents de blanchiment ou des carburants pour fusées ou explosifs, etc… comme accepteur final d'électrons est maintenant mieux connue.

Par ailleurs, les substituants des cycles aromatiques comme les acyles ou méthyles peuvent être des sources de carbone et d'énergie. On commence, par ailleurs, à comprendre comment ces microbes déstabilisent le cycle aromatique. La déstabilisation du cycle aromatique et sa minéralisation sont abordées dans le cas des composés aminés, halogénés, hydroxylés, des phtalates et des hydrocarbures halogénés. La réduction du benzoate fait l'objet d'un chapitre spécial.

Un chapitre envisage ensuite l'utilisation des substituants avec les stratégies de prélèvement, puis d'utilisation. Elle traite des acides gras, des esters aromatiques, des composés méthoxylés et enfin des aromatiques comme sources d'azote.

La génétique traditionnelle est handicapée par le fait que peu de microorganismes intéressants sont cultivables sur milieu solide facilitant le clonage des microorganismes. Même quand on sait le faire, on ne dispose encore pas d'outils performants d'analyse moléculaire. Seule la bactérie phototrophe Rhodopseudomonas palustris a permis de caractériser des gènes régulateurs de ces dégradations. C'est le seul microorganisme intéressant de ce point de vue qui ait été complètement séquencé avec la bactérie déchlorante Desulfitobacterium hafniense. On a commencé des disruptions de gènes chez un Azoarcus.

Ceci n'a pas empêché de cloner par homologie des dizaines de gènes impliqués dans ces biodégradations. La comparaison des séquences a permis de détecter des particularités que l'on n'avait pu déduire de la structure des enzymes purifiées, puis de vérifier les suggestions des séquences, par complémentation par exemple.

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77. L'agriculture biologique est un filon que l'on développe en Europe pour assurer un revenu décent à certains agriculteurs. On peut cependant essayer de vérifier que la diversité génétique globale en sera améliorée ce qui est suggéré par une observation rapide d'un champ "biologique".

Des chercheurs finlandais s'en sont préoccupés. T  Hyvönen et al.; Agriculture, Ecosystems and Environment 97 (JUL03) 131–149.

Ces champs devraient, en principe, être plus riches en mauvaises herbes (esthétiques comme le coquelicot ou surtout le bleuet qui avait quasi-complètement disparu pendant l'ère des herbicides, par exemple). On devrait trouver plus de plantes sensibles aux herbicides et ne nécessitant pas autant d'azote que les monocultures. Il devrait, également, y avoir plus de plantes à cycles courts dans le cas d'un désherbage mécanique ou thermique. La biodiversité a été évaluée par le nombre d'espèces repérées et le nombre d'individus par espèces. Les champs biologiques cultivés en blé de printemps ont été suivis. Les rotations ne sont pas, a priori, susceptibles d'augmenter la diversité.

On constate que l'on y trouve deux espèces de plus. De plus l'enrichissement en plantes moins nitrophiles n'est pas évident. La fumure organique est de toute façon une façon de favoriser les espèces nitrophiles comme les chénopodes. Les auteurs reconnaissent que la période d'étude (trois ans) n'est peut-être pas suffisante. L'accroissement de la diversité en espèces est plutôt évident au début de la pratique "biologique", quand des espèces plus ou moins préexistantes se développent, mais que la diversité prend plus de temps.

Une dimension qui me semble manquer est celle de la diversité au sein des espèces. C'est plus difficile à analyser, car il faut utiliser des marqueurs moléculaires, mais c'est au moins aussi important que le nombre d'espèces.

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78.### La moitié du monde agricole repose sur la traction animale pour diverses utilisations. Au moins 300 millions d'animaux sont utilisés dans ce but. Les animaux de traction sont utilisés massivement pour la préparation des terres (labours et autres) ils sont ensuite utilisés sporadiquement pour le transport, par exemple, mais doivent être nourris (c'est vrai pour l'âne ou le cheval chez nous et le tracteur a bien des avantages de ce point de vue).

On a tendance à n'en voir que les aspects favorables, en oubliant que la production de lait (c'est pourquoi très peu de vaches sont utilisées pour le trait, ce qui entraîne un déséquilibre dans le cheptel) et la viande en souffrent. Les troupeaux sont inévitablement biaisés avec plus de bœufs que de vaches et des animaux plus âgés.

Les effets positifs sont liés à l'intégration de la production végétale et animale, un meilleur rendement du travail et une plus grande sécurité de l'alimentation, sans compter le placement financier "sur pied" valable pour un mariage, mais pas pour une pénurie où tout le monde vend. Les aspects négatifs résident dans la détérioration des animaux faute d'une alimentation adéquate, des sols par un pâturage excessif. Je n'évoque pas l'effet de serre qui est un aspect assez ridicule dans ce cas. On trouvera dans RT Wilson; Agriculture, Ecosystems and Environment 97 (JUL03) 21–37, une analyse bibliographique de ce qui a pu être fait dans ce domaine des effets de la traction animale sur les écosystèmes.

On s'est surtout intéressé à la nutrition des animaux et aux aspects mécaniques de leur utilisation. Dans beaucoup de régions, la disponibilité de bovins et de main d'œuvre durant la courte période de culture conditionne le succès d'une année. Il n'y a qu'à observer l'activité dans les champs juste avant la mousson en Inde pour s'en rendre compte.

Dans un pays comme l'Ethiopie, un pays de cultures de subsistance ou quasi-subsistance, cette utilisation est considérée comme un exemple classique d'une intégration entre élevage et cultures. On admettait en 1975 que la valeur de la traction animale et du fumier représentait 34% de la production animale en Afrique, ce qui n'est pas négligeable, mais a des contreparties.

L'augmentation de la production agricole est le principal bénéfice. Mais il faut distinguer, ce qui n'est pas facile, la contribution d'une plus grande aire cultivable, et la possibilité de mieux choisir le moment des semailles, qui est au moins aussi critique. On a souligné que la traction animale permet également de pratiquer des cultures impossibles autrement, notamment l'utilisation de sillon profonds de drainage espacés entre les lits de culture.

Dans d'autres cas cela correspond à un intensification qui nécessite de régler le problème du fourrage avec des cultures "riches " comme le maïs, l'arachide, mais surtout le coton.

Sur le plan économique, il faut se souvenir que la traction n'est possible que pour des animaux à maturité, et qu'il existe donc une assez longue période où l'animal doit être nourri sans bénéfice pour le propriétaire. Ce bénéfice correspond donc à une courte période de la vie de l'animal. Au Sierra Leone, la période d'utilité "mécanique" des bovins est de 4 ans en moyenne. Au Mali central, dans la région de riz irrigué, le bétail ne peut être utilisé que pendant quelques saisons et seulement à partir d'un âge de 4-5 ans. Tout ceci est lié à une malnutrition chronique et à la santé très précaire du troupeau. Il faut y ajouter des arguments politiques avec un crédit facile pour acheter de jeunes animaux. Dans un pays comme le Yémen la durée de vie utile est nettement plus longue, puisqu'elle serait de 12 ans. Cela dépend par ailleurs des pratiques d'élevage, sans compter les préceptes religieux qui, en Ethiopie, interdisent la culture pendant plus de 200 jours par an (probablement bon pour les bœufs, mais pas pour la rentabilité de l'investissement car les animaux mangent pendant ces congés). Ainsi utiliser prématurément des bovins raccourcit, certes, la période inactive initiale, mais handicape leur utilisation ultérieure du fait de la plus faible taille adulte de l'animal.

Le plus grand dommage à l'environnement est causé par le surpâturage. Les animaux n'ont pas assez de temps pour brouter au moment, où ils en ont le plus grand besoin, et faute de concentrés à un prix raisonnable ou de pâturages cultivés, ils souffrent alors de malnutrition. De plus, l'extension de l'aire cultivable grâce au trait entraîne des tentatives de cultiver des zones marginales pour accroître la rentabilité de l'investissement. On réduit, par ailleurs, les jachères, ce qui revient au même pour les conséquences désastreuses.

Enfin l'utilisation de la traction animale a été favorisée par la lutte réussie contre la mouche tsé-tsé, mais le maintien d'une protection contre cette peste a un coût écologique dû aux insecticides nécessaires, comme cela a été le cas en Ethiopie du Sud-Ouest. Enfin un labour plus efficace a favorisé, dans certaines régions, une germination plus facile de nombreuses mauvaises herbes comme les Digitaria et les carex (Cyperus). Cela a été le cas en Tanzanie, et cela crée un travail supplémentaire de désherbage (manuel).

Le trait a également des conséquences négatives sur la reproduction. D'abord on conserve peu de femelles. Les femelles à maturité représentent 25% des troupeaux bovins en Ethiopie, et en Inde on conserve 20 millions de vaches et de bufflesses pour fournir les remplaçants des 80 millions de mâles de trait.

Un élément positif souvent invoqué est celui du recyclage des débris végétaux dans les bouses et fumiers qui contribuent à l'enrichissement et à une meilleure structuration des sols. Mais il faut prendre en compte qu'une partie est déplacée, pas forcément au bon endroit. On peut diminuer les besoins d'engrais minéraux, mais pas les supprimer, car il est rare que tous les fumiers soient restitués aux sols, ne serait-ce que parce que les animaux retournent tous le soir au village.

Un des bénéfices pour la biodiversité est la dispersion des graines par les bouses. Cette dispersion est plus facilement assurée par les animaux de traits qui se déplacent, que par les vaches laitières ou les petits ruminants qui restent souvent dans un enclos.

Le bilan est certes relativement négatif, et l'auteur s'appuyant sur de nombreuses publications d'organismes spécialisés, soutient que de sérieuses améliorations sont nécessaires pour que l'on puisse parler d'agriculture soutenable dans ce cas.

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