Changement climatique et risques 12 min

Prairies et changement climatique

DOSSIER - À Lusignan, un simulateur de climat extrême, Siclex, permet de mieux préparer nos prairies, et donc notre agriculture, au changement climatique. Un champ de recherche, un dispositif expérimental, des hommes et des femmes au plus près de la science que nous vous proposons de découvrir.

Publié le 06 décembre 2019

illustration Prairies et changement climatique
© Sebastien LAVAL

Introduction

En France comme en Europe, les prairies sont une composante essentielle des systèmes agricoles. Elles contribuent à la production animale, à la performance économique des exploitations et à la qualité environnementale. Elles pourraient permettre à l’agriculture de relever le défi du changement climatique.

Ce changement climatique modifie trois sources principales de variations des rendements prairiaux : les précipitations, la température et la teneur en CO2 de l’air. Demain, comment les prairies réagiront-elles au manque d’eau, à des températures et des teneurs en CO2 plus élevées ?

A l’Inra, les prairies sont au cœur des travaux de l’unité de recherche pluridisciplinaire Prairies et plantes fourragères – URP3F, du centre Inra Nouvelle-Aquitaine Poitiers qui s’intéresse au fonctionnement et à l’amélioration des prairies semées aux contraintes de milieu. Sur les terres de Lusignan, un simulateur de climats extrêmes (Siclex) permet depuis peu de mener des expérimentations sur l’adaptation des prairies au changement climatique.

 

Trois questions à Jean-Louis Durand, la recherche est dans le pré

Leviers de la transition agroécologique, les prairies, ce sont 70 % des surfaces cultivables sur la planète et 13 millions d’hectares en France. Comment la végétation survivra-t-elle aux températures et autres éléments du changement climatique dans les 10, 20 ou 50 prochaines années ? Un sujet qu’aborde Jean-Louis Durand, directeur de l’unité de recherche pluridisciplinaire Prairies et plantes fourragères.

Directeur de l’unité de recherche pluridisciplinaire Prairies et plantes fourragères – URP3F et responsable de l’Observatoire prairies, Jean-Louis Durand nous en dit plus sur le simulateur de climat extrême – Siclex, un dispositif expérimental innovant qui offre actuellement la possibilité de modifier le régime de pluies et la température de façon contrôlée.

 

Quels sont les intérêts de Siclex pour les recherches sur les prairies et les plantes fourragères ?

Siclex est un dispositif unique, techniquement très abouti, qui associe plusieurs équipements et innovations pour simuler des climats extrêmes.

Siclex permet de modifier trois paramètres qui sont affectés par le changement climatique - précipitations, température et, à termes, CO2 - et dont les variations sont susceptibles d’avoir des répercussions sur les performances productives mais également environnementales et sociales des prairies. Un abri mobile intercepte la pluie au-dessus des parcelles pour simuler une sécheresse, un système d’irrigation apporte de l’eau aux végétaux, un dispositif de chauffage crée des conditions de chaleur d’intensité variable et contrôlée - sous peu, un dispositif d’enrichissement de l’air en CO2 viendra compléter l’ensemble. A ceci s’ajoutent des capteurs d’humidité, de température de l’air et du sol ainsi que mesures automatisées qui permettent d’évaluer l’impact de ces conditions climatiques sur la croissance de la végétation, et tout cela durant plusieurs années.

Il permet un contrôle fin et précis de la quantité d’eau qui se déverse sur une prairie sans que le besoin en eau des plantes ou le rayonnement que celles-ci reçoivent, ne soit perturbé. Les temps d’action, notamment celui qui accompagne le déplacement de l’abri mobile, sont courts, afin d’éviter des effets secondaires susceptibles de perturber la consommation d’eau par les végétaux.

 

Quelle place occupe Siclex dans les recherches sur les prairies et le changement climatique ?

Siclex est d’abord un objet de connaissances. Il permet de prévoir les conditions d’évolution de la prairie et est susceptible de déboucher sur des préconisations.

Actuellement, on sait décrire les phénomènes individuels liés à la sécheresse, à l’élévation de la température ou à l’augmentation de la teneur en CO2 de l’air, en lien avec des codes informatiques qui enchainent ces fonctions. Par contre, on ne sait pas, voire on ne peut pas, décrire l’évolution d’une prairie d’une composition donnée sous certaines conditions - dont celles projetés par les climatologues du GIEC et avec lesquelles nous sommes susceptibles de devoir composer dans 30 ans. Nous avons besoin de ces connaissances pour être certains d’élaborer nos critères de sélection variétales et de gestion de prairie en connaissance de cause, ceci d’autant plus que les boucles de régulation sont complexes. Prenons l’augmentation de la teneur en CO2 de l’atmosphère. Elle stimule la photosynthèse, augmentant la productivité des plantes qui, si elles ne sont pas limitées par ailleurs, font alors preuve d’une croissance rapide. Elle réduit l’évapotranspiration, décalant l’impact de la sécheresse en induisant la fermeture des stomates…. par lesquels est absorbé ce même CO2 atmosphérique. Elle affecte l’association entre les bactéries du sol et les légumineuses, association qui permet à ces dernières de fixer l'azote de l'air et de s'en nourrir et de bénéficier de l’augmentation de la teneur en CO2 de l’atmosphère sans être limitées par l’apport d’azote. Elle est susceptible de modifier les équilibres entre les espèces végétales ou entre les plantes et le sol.

Est-ce qu’aujourd’hui, nous sommes en capacité de prévoir l’évolution à court terme d’une prairie constituées de 30 % de légumineuses et de 60 % de graminées avec un déficit hydrique de 50 %, une augmentation de température de 2°C ou encore une teneur en CO2 atmosphérique de 500 ppm ? Les choses sont bien loin d’être intuitives et très vite la nécessité de disposer de modèles précis s’est imposée.

Siclex permet également de valider des modèles alors que les conditions sont compliquées ou contrastées. Ces modèles dans lesquels chaque brin d’herbe est simulé –  surface de feuilles, orientation des feuilles, position dans l’espace, photosynthèse, besoin en eau… - sont dits « individus centrés ». Notre équipe de simulation s’est renforcée récemment, elle compte actuellement cinq chercheurs et entretient des relations fortes avec de nombreuses équipes Inra des centres de Dijon Bourgogne Franche Comté, Île de France Versailles-Grignon ou encore Occitanie Montpellier.

Enfin, Siclex permet d’évaluer des mélanges d’espèces et de variétés constitués expérimentalement. Cet objectif mélange est très intégré à l’objectif de simulation.

 

Quelles sont les perspectives qui s’offrent à Siclex ?

Siclex est encore en phase d’expérimentation. Du point de vue technique, il va progresser. L’essai en cours, semé en mars 2018, récolté pour la première fois en octobre 2019, va se poursuivre. Il a enduré cette année des déficits hydriques sublétaux et nous allons observer comment les végétaux s’en remettent. L’an prochain, il subira des déficits hydriques plus importants et donc létaux.

Siclex est d’ores et déjà ouvert sur l’extérieur : dans le cadre national avec l’Association des créateurs de variétés fourragères - ACVF, dans le contexte européen avec des projets de recherche comme celui consacré aux ressources génétiques des plantes légumineuses - Eucleg (EU 2017-20121), coordonné par l’URP3F. A ce titre, Siclex est aussi un dispositif de choix pour analyser des ressources génétiques végétales : il permet, en un temps court et sur un espace réduit, d’imposer à des plantes des conditions climatiques qui nécessiteraient plus classiquement de multiplier les lieux d’essai et d’allonger les durées d’observation.

 

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Portrait de Cédric Perrot

Siclex, un outil moderne au service de la sélection variétale

Chercheurs SICLEX
Marc Ghesquière, chercheur Inra et co-responsable de l’Observatoire des prairies et Thierry Bourgoin, ingénieur Agri-Obtentions

À l’Inra, étudier la production fourragère dans le contexte du changement climatique bénéficie désormais d’un dispositif expérimental idéalement conçu dans cette perspective, Siclex. Un programme scientifique consistant à évaluer la réponse au déficit hydrique de matériels génétiques innovants chez les espèces fourragères constitue la première expérimentation de l’équipement Siclex.

 

 

Permanentes ou temporaires, au cours de leur vie, les prairies traversent inévitablement des périodes de manque d’eau, plutôt durant l’été, auxquelles les espèces de graminées qui les composent, sont sensibles. Lorsque le niveau de sécheresse reste modéré, le peuplement végétal est généralement rétabli avec le retour des pluies d’automne. Cependant, ce rétablissement sera de plus en plus aléatoire dans la perspective du changement climatique, menaçant d’autant l’autonomie des systèmes fourragers à l’herbe.

Etudier la réponse de différentes espèces et variétés fourragères au déficit hydrique à des fins d’amélioration relève toutefois du défi expérimental. Parce que l’amélioration alterne des étapes de production de nouveau matériel végétal par croisement et des étapes d’évaluation de leurs performances dans la perspective de sélectionner la descendance et ou leurs parents les plus prometteurs. Parce qu’en plein champ, il est impossible de compenser le caractère aléatoire des précipitations, à moins de multiplier à grand frais le nombre et la localisation des essais.

Depuis 2018, le dispositif expérimental Siclex permet de conduire des expérimentations spécifiquement conçues pour des études de génétique et d’amélioration des plantes pour l’adaptation au changement climatique. Siclex offre la possibilité de contrôler les précipitations, aussi bien en intensité qu’en choisissant une période précise de l’année et ce sans que les conditions de rayonnement lumineux soient perturbées par rapport à celles du champ.

Sous les feux de la rampe

Dans le cadre de projets conduits par Marc Ghesquière, chercheur Inra et co-responsable de l’Observatoire des prairies et Thierry Bourgoin, ingénieur Agri-Obtentions, deux modèles génétiques de graminées fourragères sont actuellement étudiés sous Siclex :

  • Le dactyle, Dactylis glomerata L., une espèce de graminée à fort intérêt fourrager, douée d’une exceptionnelle diversité d’adaptation à des conditions pédoclimatiques très variées.
  • Forte d’une longue expérience sur la sélection de cette espèce, l’URP3F, en lien avec la filiale Inra Agri-Obtentions, a récemment élargi son approche de la tolérance à de forts déficits hydriques en été en créant des hybrides entre des variétés cultivées, bien adaptées à un climat océanique, et des populations d’origine méditerranéenne.
  • Le Festulolium, un hybride entre une espèce de fétuque spontanée, F. glaucescens, dont il exploite la capacité du système racinaire à extraire l’eau en profondeur, et une espèce de ray-grass, Lolium multiflorum Lam., dont il bénéficie de la vitesse de croissance des feuilles mais qui est sensible à la sécheresse et peu pérenne.

Reportage unité URP3F (Unité de Recherche Pluridisciplinaire Prairies et Plantes Fourragères), Lusignan.
Reportage unité URP3F (Unité de Recherche Pluridisciplinaire Prairies et Plantes Fourragères), Lusignan.

Parallèlement aux parcelles observées sous Siclex, les mêmes génotypes de Festulolium ont été dupliqués par repiquage de 30 individus par génotype en une pépinière de plantes isolées afin d’observer leur rythme de croissance et la précocité d’épiaison au printemps et de mettre en relation les caractéristiques observées sur des plantes individuelles avec la réponse à la sécheresse des mêmes génotypes en conditions de parcelles.

L’essai a été semé en août 2018 soit 154 parcelles de 1,5 m², dactyle et Festulolium se répartissant chacun la moitié des parcelles en 51 et 47 génotypes respectivement. De mai à août 2019, il a subi un déficit hydrique qui a consisté à écarter la totalité des précipitations. En septembre 2019, les parcelles ont été récoltées pour la première fois après ré-irrigation complète de l’essai par 60 mm d’eau.

L’essai fait l’objet d’un suivi conséquent.

Des prises de vue régulières des parcelles, réalisées et géolocalisées par drone, donnent accès à la cinétique de croissance des parcelles, par exemple au début du déficit hydrique, en entrée de sénescence, à la reprise de croissance après ré-irrigation de l’essai. Elles permettent d’estimer quantitativement le taux de mortalité/dégradation éventuelle des parcelles et d’identifier les génotypes dont le reverdissement plus ou moins rapide ou complet révèle une tolérance à la sécheresse susceptible d’être sélectionnée.

Au moment de la récolte, les quantités de biomasse sont évaluées. Les échantillons récoltés sont ensuite analysés afin de déterminer leur valeur protéique et leur digestibilité par les ruminants.

Parallèlement aux observations de parcelles, l’évaluation génomique des deux espèces de graminées permet de mettre en relation les caractères observés avec la variabilité phénotypique.

Une première coupe au carré

Mercredi 2 octobre 2019, un beau soleil d’automne était au rendez-vous et Siclex brillait de tous ses feux. L’heure était à la récolte des parcelles installées il y a un peu plus d’un an sous Siclex. Une première qui avait mobilisé, outre Marc Ghesquière et Thierry Bourgoin, façon efficacement votre, de nombreux collègues parmi lesquels Rodrigue Véron aux commandes de la récolteuse et Mallaury Delincourt à la pesée.

Quelques heures plus tard, les deux essais étaient récoltés non sans une certaine émotion.

Demain, les observations vont se poursuivre pour conduire, dans l’idéal, à une sélection d’individus et à un nouveau processus, soit de clonage à des fins de conservation, soit de croisements pour produire une nouvelle génération de semences.

Catherine Foucaud-Scheunemann Rédactrice

Contacts

Jean-Louis DurandINRAEUnité de Recherche Pluridisciplinaire Prairies et Plantes Fourragères

Cédric PerrotINRAEUnité de Recherche Pluridisciplinaire Prairies et Plantes Fourragères

Marc Ghesquière INRAEUnité de Recherche Pluridisciplinaire Prairies et Plantes Fourragères

Thierry Bourgoin Agri-Obtentions

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