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Structure et fonctionnement des agrosystèmes, vers une gestion durable
Agrosystème et écosystème, flux de matière et d'énergie, intrants et exportations, rendement, impacts environnementaux, pratiques durables (agroécologie, rotation, lutte biologique) (programme de 2nde SVT)
À propos de cette page
Ce cours d' en seconde sur « Structure et fonctionnement des agrosystèmes, vers une gestion durable » suit le programme officiel d' de seconde. Il présente les définitions, les propriétés et les méthodes essentielles, accompagnées d'exemples résolus pour bien comprendre. Au programme : L'essentiel, Structure d'un agrosystème : un écosystème simplifié, Fonctionnement : flux de matière et d'énergie, Productions végétales et productions animales. Chaque notion est expliquée pas à pas, puis mise en pratique grâce à des exercices interactifs, un QCM et une évaluation corrigée. Idéal pour réviser à son rythme, combler ses lacunes et progresser, en autonomie ou avec un professeur. Cours rédigé par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de seconde à réussir en .
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L'essentiel
Agrosystème : écosystème aménagé et géré par l'humain pour produire de la biomasse (végétale ou animale) qui sera récoltée : champ, verger, vigne, prairie pâturée, élevage. Comme tout écosystème, il comprend un biotope (sol, climat) et une biocénose (êtres vivants).
Production primaire : biomasse fabriquée par les végétaux chlorophylliens grâce à la photosynthèse, à partir de lumière, de CO₂, d'eau et d'ions minéraux du sol. Les animaux d'élevage sont des consommateurs : ils produisent leur biomasse à partir de celle qu'ils mangent.
Intrants : tout ce que l'humain apporte pour augmenter ou sécuriser la production : engrais (minéraux ou organiques), eau d'irrigation, produits phytosanitaires (pesticides), semences sélectionnées, aliments du bétail, énergie fossile (carburant, fabrication des engrais).
Exportation : sortie de la biomasse récoltée hors de la parcelle, avec les éléments chimiques qu'elle contient (azote N, phosphore P, potassium K…), qui ne retournent donc pas au sol.
Rendement = masse récoltée ÷ surface cultivée, en t/ha ou en q/ha (1 quintal = 100 kg ; 1 ha = 10 000 m²).
Efficacité de conversion d'un élevage = biomasse produite par l'animal ÷ biomasse d'aliments consommée × 100, en %.
Efficacité de conversion d'un élevage = biomasse produite par l'animal ÷ biomasse d'aliments consommée × 100, en %.
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Structure d'un agrosystème : un écosystème simplifié
Un agrosystème fonctionne comme un écosystème (producteurs, consommateurs, décomposeurs, cycles de la matière), mais sa structure est simplifiée et pilotée par l'humain.
| Critère | Écosystème naturel (forêt) | Agrosystème (champ de blé) |
|---|---|---|
| Biodiversité | Nombreuses espèces, plusieurs strates de végétation | Une espèce cultivée dominante, souvent une seule variété ; adventices et ravageurs combattus |
| Réseau trophique | Complexe, nombreux consommateurs | Simplifié : l'humain (ou son bétail) est le principal consommateur |
| Devenir de la biomasse | Retourne au sol (litière, bois mort), recyclée par les décomposeurs | En grande partie récoltée et exportée |
| Cycle de la matière | Presque fermé | Ouvert : entrées (intrants) et sorties (récolte, pertes) |
| Régulation | Autorégulation (prédation, compétition) | Contrôle humain : travail du sol, semis, fertilisation, traitements |
Les composantes d'un agrosystème
• Biotope modifié : sol labouré ou non, drainé, irrigué ; climat parfois contrôlé (serre).
• Biocénose : plante cultivée ou animaux élevés, mais aussi adventices (plantes sauvages concurrentes), ravageurs, auxiliaires (êtres vivants utiles à l'agriculteur : pollinisateurs, prédateurs de ravageurs) et micro-organismes du sol.
• Biotope modifié : sol labouré ou non, drainé, irrigué ; climat parfois contrôlé (serre).
• Biocénose : plante cultivée ou animaux élevés, mais aussi adventices (plantes sauvages concurrentes), ravageurs, auxiliaires (êtres vivants utiles à l'agriculteur : pollinisateurs, prédateurs de ravageurs) et micro-organismes du sol.
Exemple. Une prairie permanente pâturée, riche de dizaines d'espèces d'herbes et de fleurs, est un agrosystème peu artificialisé ; une serre de tomates hors-sol, chauffée et irriguée au goutte-à-goutte, est un agrosystème très artificialisé.
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Fonctionnement : flux de matière et d'énergie
L'énergie. La source principale reste la lumière solaire, convertie en énergie chimique par la photosynthèse. L'humain y ajoute de l'énergie fossile : carburant des machines, pompage de l'irrigation, transport et surtout fabrication industrielle des engrais azotés, très consommatrice de gaz naturel.
La matière. La plante cultivée prélève le CO₂ de l'air, l'eau et les ions minéraux du sol : nitrates (NO₃⁻), phosphates, ions potassium. La récolte emporte ces éléments hors de la parcelle : sans compensation, le sol s'appauvrit et les rendements baissent.
Deux familles d'engrais
• Engrais minéraux (de synthèse) : ions directement absorbables (ammonitrate, superphosphate…).
• Engrais organiques (fumier, lisier, compost) : ils doivent d'abord être décomposés puis minéralisés par les micro-organismes du sol avant d'être absorbés.
• Engrais minéraux (de synthèse) : ions directement absorbables (ammonitrate, superphosphate…).
• Engrais organiques (fumier, lisier, compost) : ils doivent d'abord être décomposés puis minéralisés par les micro-organismes du sol avant d'être absorbés.
L'azote, élément clé
Le diazote N₂ de l'air n'est pas utilisable par la plupart des plantes. Seules les légumineuses (pois, luzerne, féverole, soja, trèfle) en profitent, grâce à une symbiose avec des bactéries de leurs nodosités racinaires qui fixent N₂. Les autres cultures dépendent des nitrates du sol, d'où l'importance des apports d'engrais azotés.
Le diazote N₂ de l'air n'est pas utilisable par la plupart des plantes. Seules les légumineuses (pois, luzerne, féverole, soja, trèfle) en profitent, grâce à une symbiose avec des bactéries de leurs nodosités racinaires qui fixent N₂. Les autres cultures dépendent des nitrates du sol, d'où l'importance des apports d'engrais azotés.
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Productions végétales et productions animales
Un animal d'élevage est un consommateur : il ne transforme qu'une partie, souvent faible, de ce qu'il mange en biomasse (viande, lait, œufs). Le reste est rejeté dans les excréments et l'urine, ou utilisé par la respiration cellulaire pour fournir l'énergie du maintien de la température, des mouvements et du fonctionnement des organes, énergie finalement dissipée en chaleur.
Conséquence : pour une même quantité de protéines, un aliment d'origine animale mobilise beaucoup plus de surface cultivée, d'eau et d'énergie qu'un aliment végétal. Une grande partie des surfaces agricoles mondiales sert d'ailleurs à nourrir le bétail. Les ruminants émettent en outre du méthane (CH₄), puissant gaz à effet de serre.
Nuance. Les ruminants valorisent l'herbe de prairies souvent impossibles à labourer (montagne, zones humides), que l'humain ne peut pas digérer ; leurs déjections fournissent un engrais organique.
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Impacts environnementaux des agrosystèmes
Nitrates et eutrophisation
Les nitrates non absorbés par les cultures sont très solubles : les pluies les entraînent vers les nappes et les rivières (lessivage). Au-delà de 50 mg/L de nitrates, une eau n'est plus potable. Dans les rivières, lacs et baies, l'excès de nitrates et de phosphates provoque l'eutrophisation : prolifération d'algues → mort des algues → décomposition par des bactéries qui consomment le dioxygène → asphyxie des poissons. Les marées vertes des côtes bretonnes en sont un exemple.
Les nitrates non absorbés par les cultures sont très solubles : les pluies les entraînent vers les nappes et les rivières (lessivage). Au-delà de 50 mg/L de nitrates, une eau n'est plus potable. Dans les rivières, lacs et baies, l'excès de nitrates et de phosphates provoque l'eutrophisation : prolifération d'algues → mort des algues → décomposition par des bactéries qui consomment le dioxygène → asphyxie des poissons. Les marées vertes des côtes bretonnes en sont un exemple.
Pesticides : ils peuvent atteindre des espèces non visées (pollinisateurs, auxiliaires, faune aquatique), contaminer les eaux et sélectionner des ravageurs ou des adventices résistants.
Autres impacts
• Biodiversité : monoculture, arrachage des haies, disparition des habitats.
• Climat : protoxyde d'azote N₂O issu des engrais azotés, méthane des ruminants et des rizières, CO₂ des carburants.
• Eau : prélèvements d'irrigation en période sèche.
• Sol : érosion, tassement, perte de matière organique ; ces questions sont traitées dans le chapitre suivant, « Les sols et la production de biomasse ».
• Biodiversité : monoculture, arrachage des haies, disparition des habitats.
• Climat : protoxyde d'azote N₂O issu des engrais azotés, méthane des ruminants et des rizières, CO₂ des carburants.
• Eau : prélèvements d'irrigation en période sèche.
• Sol : érosion, tassement, perte de matière organique ; ces questions sont traitées dans le chapitre suivant, « Les sols et la production de biomasse ».
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Vers une gestion durable des agrosystèmes
Gestion durable : produire assez de nourriture aujourd'hui sans compromettre la capacité de produire demain, en limitant les atteintes à l'environnement et en restant viable pour l'agriculteur.
| Pratique | Principe | Bénéfice principal |
|---|---|---|
| Rotation des cultures | Alterner des espèces différentes sur une même parcelle au fil des années | Rompt le cycle des ravageurs et des maladies ; une légumineuse dans la rotation réduit les engrais azotés |
| Couverts végétaux (CIPAN) | Semer une culture intermédiaire entre deux récoltes | Piège les nitrates en automne-hiver, protège le sol |
| Fertilisation raisonnée | Calculer la dose d'engrais d'après un bilan, fractionner les apports | Moins d'excédent d'azote, moins de lessivage |
| Lutte biologique | Utiliser un auxiliaire (prédateur, parasitoïde) contre un ravageur | Moins de pesticides, auxiliaires préservés |
| Haies, bandes enherbées, agroforesterie | Réintroduire des éléments « naturels » dans ou autour des parcelles | Abris pour les auxiliaires, ruissellement freiné |
Agroécologie : ensemble de pratiques qui s'appuient sur le fonctionnement de l'écosystème (diversité des espèces, auxiliaires, fixation naturelle de l'azote) plutôt que sur des intrants de synthèse. L'agriculture biologique en est une forme réglementée : ni engrais ni pesticides de synthèse, mais elle utilise d'autres intrants (fumier, semences, carburant…).
Côté consommateur. Réduire le gaspillage alimentaire et diversifier ses sources de protéines (lentilles, pois chiches) diminue la surface et les intrants nécessaires pour nourrir la population.
Pas de solution parfaite. Une pratique plus économe en intrants a souvent un rendement plus faible par hectare : il faut alors plus de surface pour la même production. La durabilité se juge sur plusieurs critères à la fois.
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Méthodes
Méthode 1 — Calculer un rendement ou une efficacité de conversion
- Relever les grandeurs et leurs unités.
- Convertir dans des unités cohérentes (t ↔ kg, q ↔ t, m² ↔ ha).
- Rendement : masse récoltée ÷ surface ; efficacité : biomasse produite ÷ biomasse consommée × 100.
- Conclure par une phrase avec l'unité et, si possible, une comparaison.
Exemple rédigé. Un porc à l'engrais consomme 285 kg d'aliment et gagne 96 kg. Efficacité = 96 ÷ 285 × 100 ≈ 33,7 %. Un tiers seulement de la masse d'aliments se retrouve dans la masse gagnée ; il faut 285 ÷ 96 ≈ 3,0 kg d'aliment par kg de gain.
Méthode 2 — Établir un bilan d'azote d'une parcelle
- Lister les entrées : engrais minéraux, engrais organiques, fixation par une légumineuse.
- Lister les sorties : azote contenu dans la récolte exportée (ce qui reste au champ n'est pas une sortie).
- Calculer : bilan = entrées − sorties.
- Interpréter : bilan positif = excédent, risque de lessivage ; bilan négatif = le sol s'appauvrit.
Exemple rédigé. Apports : 165 kg N/ha ; exportation par la récolte : 132 kg N/ha. Bilan = 165 − 132 = +33 kg N/ha : excédent. Cet azote non utilisé risque d'être lessivé vers la nappe pendant l'hiver ; la dose d'engrais pourrait être réduite.
Méthode 3 — Exploiter un document comparant deux pratiques
- Je lis : ce qui est mesuré, dans quelle unité, dans quelles conditions (un seul facteur doit varier).
- Je compare : variation relative = (valeur de référence − nouvelle valeur) ÷ valeur de référence × 100.
- J'explique avec une notion du cours.
- Je nuance : limites de l'expérience, inconvénients de la pratique.
Exemple rédigé. Au bas d'une parcelle, l'herbicide entraîné par le ruissellement passe de 1,8 g/ha sans bande enherbée à 0,4 g/ha avec bande enherbée. Baisse relative = (1,8 − 0,4) ÷ 1,8 × 100 ≈ 78 %. L'herbe ralentit l'eau, qui s'infiltre, et retient une partie de l'herbicide : la bande enherbée protège le cours d'eau voisin. Limite : elle occupe une surface qui n'est plus cultivée.
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Pièges et erreurs classiques
Rendement ≠ efficacité de conversion. Le rendement d'une culture est une masse par surface (t/ha) ; l'efficacité d'un élevage est un pourcentage, sans unité.
« Les nitrates tuent les poissons. » Faux dans l'eutrophisation : c'est le manque de dioxygène, consommé par les bactéries qui décomposent les algues mortes.
« Plus d'engrais, plus de rendement. » Au-delà des besoins de la plante, le rendement plafonne et l'excès est perdu : lessivage, émissions de N₂O, dépense inutile.
Les plantes n'absorbent pas le N₂ de l'air. Seules les légumineuses en bénéficient, et c'est grâce à leurs bactéries symbiotiques.
Ce qui reste au champ n'est pas exporté. Pailles enfouies, racines et résidus sont recyclés par les décomposeurs ; seule la biomasse qui quitte la parcelle est une exportation.
Pourcentage de variation. On divise l'écart par la valeur de référence (témoin, situation initiale), pas par la nouvelle valeur.
En bref
- Un agrosystème est un écosystème simplifié, géré par l'humain, dont la biomasse est en grande partie exportée.
- L'exportation appauvrit le sol : elle est compensée par des intrants (engrais), auxquels s'ajoutent eau, pesticides et énergie fossile.
- Rendement = masse récoltée ÷ surface (t/ha) ; efficacité de conversion d'un élevage = biomasse produite ÷ biomasse consommée × 100.
- Produire des aliments d'origine animale mobilise plus de surface et d'intrants que produire des végétaux.
- Excès d'azote → lessivage des nitrates → eau non potable, eutrophisation ; pesticides → atteintes à la biodiversité.
- Gestion durable : rotations avec légumineuses, couverts végétaux, fertilisation raisonnée, lutte biologique, haies, agroécologie.
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Moi c'est Ben, j'ai créé ce site pour aider le plus d'élèves possible, partout en France. Je peux aussi reprendre avec toi ce qui coince en cours particulier : en visio, ou à domicile si tu es à Marseille.
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