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photosynthèse

  • La sécurité nutritionnelle humaine menacée par l’augmentation du CO2 dans l’air

    culture,céréales,nutimentsDes chercheurs de l'Université israélienne de Ben Gourion ont montré que l'augmentation des taux de dioxyde de carbone (CO2) dans l'atmosphère fait diminuer de façon dramatique la quantité de zinc, de fer et de protéines dans les plantes, menaçant directement la sécurité nutritionnelle de nombreuses populations.

    Une analyse crédible à grande échelle

    Les plantes utilisent le CO2 lors de la photosynthèse. Elles le piègent, le fixent et l'utilisent pour fabriquer leurs propres nutriments. Il existe plusieurs mécanismes de fixation du CO2, parmi lesquels celui dit en "C3" (pour le blé, le riz, le soja, etc.) et le mécanisme de fixation "en C4" (mais, sorgho, etc.). Le premier est typique des régions à ensoleillement faible, eau abondante, faible taux de CO2 et températures moyennes. Le second, plus efficace, est typique des zones chaudes, sèches, très ensoleillées et où le taux de CO2 est plus élevé.

    Depuis le début des années 1990, les chercheurs ont constaté une diminution des quantités de zinc et de fer dans certaines plantes utilisées pour la nutrition humaine, comme le blé, l'orge et le riz. Cette baisse se produisait lorsque ces plantes étaient cultivées dans une atmosphère artificielle avec un taux élevé de CO2 imposé. Cependant les conditions de cultures et la petite taille des échantillons ne permettaient pas de tirer des conclusions significatives.

    Depuis, une nouvelle technologie de culture a été mise au point, le Free Air Concentration Enrichment (ou FACE). Cette technique permet de cultiver des plantes à l'air libre tout en modifiant la quantité de CO2 absorbée par les végétaux. Des tuyaux horizontaux ou verticaux sont placés autour des terrains expérimentaux et diffusent du CO2 jusqu'à atteindre le taux désiré. Celui-ci est dosé grâce à des capteurs eux-mêmes reliés à un ordinateur chargé de réguler les émissions.

    Le problème de la petite taille des échantillons a ainsi été résolu en regroupant des données venant de cultures utilisant le FACE au Japon, en Australie et aux Etats-Unis. L'équipe du docteur Kloog du Department of Geography and Environmental Developmentde l'Université Ben Gourion du Néguev a ensuite analysé ces données, effectuant des comparaisons entre 143 échantillons récoltés après 6 périodes de culture et regroupant 41 génotypes végétaux différents. Les analyses concernaient la partie comestible du riz, du blé, du soja, des petits pois, du mais et du sorgho. Les taux de CO2 administrés étaient de 546 à 586 parties par million, ce qui correspond aux taux atmosphériques moyens estimés pour 2050.

    Des résultats inquiétants et une piste d’espoir

    Grâce à cette méthode, les chercheurs israéliens ont montré que le zinc, le fer et les protéines diminuent de façon significative dans les plantes "C3", cultivées avec un haut taux de CO2.

    On note ainsi une baisse de 9,3%, 5,1% et 6,3% respectivement en zinc, fer et protéines dans le blé cultivé dans ces conditions. Pour les légumes (soja et petits pois), la baisse concernait uniquement les taux de zinc et de fer 

    De plus la biodisponibilité de ces nutriments peut être réduite. En effet, l'étude montre que le taux de phytate diminue de façon significative dans le blé cultivé dans les conditions "FACE". Or, le phytate est une molécule importante, qui conditionne l'absorption du zinc par l'intestin lors de la digestion.

    Etant donné que les taux de CO2 sont appelés à augmenter de manière significative (et ce, même si des changements réels sont opérés dans les prochaines années au niveau des politiques environnementales), les carences en fer, zinc et protéines risquent de causer un désastre humanitaire.

    Néanmoins, un espoir subsiste car les analyses concernant les champs de riz ont montré une grande variabilité entre les échantillons, suggérant qu'il existe certains génotypes moins sensibles à l'augmentation de CO2 que d'autres. Ces plants peuvent servir de base pour créer des cultures plus résistantes et tenter d'éviter ainsi les risques de malnutrition.

    Source : Nature, May 7, 2014

  • Des chercheurs espèrent fabriquer du carburant avec le CO2 atmosphérique

    PNAS,biocarburant,photosynthese
    Des chercheurs de l’Université de Géorgie viennent de publier dans une revue de l’Académie des Sciences un article très intéressant : ils auraient découvert un procédé biotechnologique pour transformer le CO² de l’atmosphère. De quoi faire rêver les écologistes… Plutôt que de stocker le CO² pour éviter son émanation et accroitre l’effet de serre, l’optimum serait en effet de le recycler.

    La photosynthèse par les plantes est le procédé le plus efficace pour recycler le carbone en utilisant l’énergie provenant du soleil. Mais la transformation des matières carbonées d’une plante est coûteuse en énergie. Les scientifiques recherchent dont des micro-organismes au rendement plus élevé.

    Inspirés par la photosynthèse et les potentialités des OGM, les scientifiques ont cherché un organisme capable de réaliser la photosynthèse. Ils ont identifié Pyrococcus furiosus, un micro-organisme qui survit dans des eaux à 100° que l’on trouve dans les fosses océaniques et se nourrit d'hydrates de carbone. En insérant dans son génome 5 gènes de Metallosphaera sedula qui vit à une température de 73°, les chercheurs ont créé un micro-organisme capable de se nourrir au dioxyde de carbone aux alentours de 70°.

    Pyrococcus furiosus ainsi modifié est capable d’utiliser l'hydrogène et d’incorporer le CO² dans l’acide 3-hydroxypropanoïque, l’un des 12 principaux produits chimiques utilisés par les industriels pour fabriquer par exemple de l'acrylique. Sur ce modèle, de nouvelles modifications génétiques pourraient être effectuées afin de produire d'autres produits industriels dont, peut-être, des carburants

    Lorsqu’on sait qu’à eux seuls, les USA émettent plus de 5,5 milliards de tonnes de CO², on imagine aisément le potentiel de matière première pour une production industrielle.

    De plus, cette découverte permettrait de développer un processus neutre en carbone - ce qui est déjà un progrès par rapport à l'utilisation de gaz naturel, de pétrole ou de charbon- mais ce ne sera pas neutre sur le plan énergétique.

    En effet, selon le second principe de la thermodynamique – appelé également principe de Carnot - les phénomènes physiques, en particulier lors des échanges thermiques, sont irréversibles du fait de l’hétérogénéité du système, des frottements, des réactions chimiques, etc. Lorsqu’on veut transformer le système, il y a création d’entropie. D’où les notions de rendement et de «dégradation de la qualité de l’énergie».

    Le recyclage du carbone entrainera inéluctablement une perte d’énergie sous une forme ou sous une autre. Le bilan environnemental global devra donc en tenir compte pour vérifier qu'il est durable.

    Source : Proceedings od the National Academy of Sciences of the USA

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