Il existe depuis un certain nombre d'années, une volonté accrue de réduire la dépendance de l'agriculture aux pesticides de synthèse par la mutation profonde des systèmes de production et des filières. L'un des objectifs du plan Ecophyto II+ qui vise à réduire les usages de produits phytopharmaceutiques de 50% d'ici 2025, passe par une amplification des efforts de recherche, développement et innovation.

On assiste ainsi au développement de nouvelles approches en protection des plantes vis‐à‐vis des maladies fongiques, que l'on regroupe sous le terme de méthodes alternatives, dans la mesure où elles se différencient des solutions considérées comme plus conventionnelles comme l'utilisation de fongicides. Nous décrirons ici l'intégration de connaissances fondamentales autour d'une finalité pratique, à travers deux exemples particuliers de recherche et développement : la lutte contre les Oomycètes par le phosphite (Phi) et l'induction de la résistance des plantes par le silicium (Si). Phi et Si sont tous les deux considérés comme des agents de potentialisation (priming), Stimulateurs de Défense des Plantes (SDP).

On s'intéressera ensuite aux limites posées par ces deux méthodes alternatives et aux obstacles à franchir lors du passage au champ, des connaissances acquises au laboratoire.

L’agroécologie vise à valoriser les processus biologiques pour couvrir à la fois les attentes de production et l’ensemble des autres services écosystémiques fournis par les agroécosystèmes. À travers les pratiques, il s’agit de favoriser les fonctionnalités écologiques qui garantissent la pérennité des systèmes, notamment en termes de reconstitution de stocks de nutriments et de maintien du potentiel productif. Une des motivations est de renforcer la résilience des agroécosystèmes face à un contexte changeant. La réduction de la vulnérabilité des agrosystèmes, autrefois permise par un recours de court terme aux intrants, peut désormais être pensée au travers d’une plus grande stabilité des productions dont la diversité serait un facteur essentiel. La transition agroécologique va donc notamment viser la substitution des intrants par des processus biologique pour aboutir à des systèmes plus divers et résilients, mieux adaptés aux évolutions de
l’environnement et aux attentes sociétales.

Un premier enjeu de la transition est de passer d’un paradigme fondé sur « l’individu idéal », qui vise à obtenir l’individu, animal ou végétal, le plus performant dans un environnement rendu optimal et qui a forgé les systèmes agricoles actuels, à un nouveau paradigme fondé sur les interactions entre individus et leur intégration dans des écosystèmes, qu’il s’agisse du champ ou du paysage. La recherche s’intéresse alors aux fonctions et services écosystémiques, en s’inspirant des recherches en écologie fonctionnelle, qu’il s’agit d’adapter et de mettre à profit.

Un second enjeu est de passer d’un paradigme basé sur des normes et des référentiels, qui permet leur utilisation partout et en toutes circonstances (pour le conseil, la vente, etc.), et qui était devenu l’objectif de l’accompagnement de la production agricole, à un paradigme de diversification sociotechnique, spécifique d’un milieu et aboutissant à des trajectoires des filières avec des transitions voire des ruptures. Les systèmes correspondants sont alors caractérisés par des valeurs, des dimensions humaines, économiques et sociologiques, assumées, reconnues voire aidées, dans les territoires.

Trois domaines prioritaires pour la recherche agronomique en appui à la transition agroécologique ont été identifiés : (i) placer le vivant au cœur de la conception des agroécosystèmes, et ceci à toutes les échelles ; (ii) considérer la diversité des agroécosystèmes et l’hétérogénéité des produits ; et (iii) favoriser le changement d’échelle de l’agroécologie en prenant en compte des étendues spatiales supérieures à celles de la parcelle ou de l’exploitation. La transition agroécologique implique un processus adaptatif qui se construit en avançant, dans une trajectoire qui n’est pas totalement définie au préalable : la phase de transition apparaît donc aussi comme un objet de recherche en tant que tel.

La biologie de synthèse est l'ingénierie rationnelle de la biologie et le fer de lance des biotechnologies. Plus précisément, elle a été définie par le réseau de l'espace européen de recherche en biologie de synthèse (ERASynBio) comme le design délibéré́ et la construction de systèmes, basés sur ou inspirés par la biologie, pour mettre en place de nouvelles fonctions à des fins utiles, en s'appuyant sur des principes élucidés en biologie et en sciences de l'ingénieur

Or les biotechnologies entretiennent depuis longtemps de fructueuses interactions avec les travaux d'amélioration et adaptation dans l'agriculture. Notre propos est ici plus étroit et embrasse préférentiellement les apports de la biologie de synthèse. De nombreuses modifications pourraient en principe être apportées aux plantes dans le but d'améliorer leur photosynthèse et leur croissance, de recourir à moins de produits phytosanitaires, ou d'altérer leur composition pour faciliter leur usage. Nous distinguons ci-dessous six cibles d'action :

1. choix et amélioration des plantes pour une croissance maximisant la biomasse ;
2. amélioration de la saccharification ;
3. amélioration du processus de photosynthèse par le photosystème de type II ;
4. modification du riz pour produire des composés photosynthétiques à 4 carbones ;
5. résistance des plantes aux parasites et à la sécheresse ;
6. fixation de carbone par une voie optimisée totalement synthétique.

Cependant, il est trop tôt pour savoir quelles seront les avancées qui mèneront à des innovations à grande échelle, parmi celles qui viennent d'être discutées ou d'autres qui n'ont pas encore percé. Mais il est déjà̀ certain, par analogie avec le passé récent, et au vu de la situation planétaire évoquée en introduction, que les adaptations variétales des plantes, les modifications plus complexes des plantes, et l'usage raisonné de la biomasse, vont occuper dorénavant une place croissante dans les préoccupations techniques, scientifiques, énergétiques, économiques, politiques, et éthiques de l'humanité́. La pression démographique rendra de plus en plus intenables les positions de principe visant à interdire les méthodes les plus efficaces pouvant être utilisées pour réaliser ces adaptations. Alors les gains en efficacité́ et rapidité́ que permet le domaine mouvant de la biologie de synthèse et ses futurs épigones ne constitueront plus un atout pour certains, mais une nécessité́ pour tous.

L’agriculture constitue un domaine d’application privilégié pour les technologies du numérique. Ces innovations numériques doivent contribuer à la multi-performance des fermes (performances : technique, économique, environnementale, sociale).

Le pilotage tactique des fermes s’est, depuis plusieurs années, amélioré grâce aux outils d’aide à la décision. Ces solutions numériques, qui reposent très souvent sur l’utilisation de données météo locales et fiables, permettent d’aider les agriculteurs à prendre les bonnes décisions au quotidien : contrôle des bioagresseurs, gestion de la nutrition des plantes, de l’irrigation, mais aussi du stockage des grains. Par ailleurs, la multiplicité des capteurs (embarqués, satellites, IoT, etc.) couplés à ces outils permet d’envisager la fourniture de conseils plus précis et spatialisés. Autrement dit le numérique contribue particulièrement à l’adage suivant : « la bonne dose, au bon endroit, au bon moment ». De nouveaux modèles, capteurs et des stations météo dites « connectées » sont actuellement testés sur la Digiferme® de Boigneville. Maillon essentiel de la chaîne de traitement, la qualité et la fiabilité des données météo sont étudiées à travers la comparaison de sorties d’outils d’aide à la décision utilisant données de référence vs données de la station « connectée ». Connectivité, transmission en temps réel, continuité des données sont autant d’aspects également regardés. À terme, ces stations connectées, plus abordables économiquement, permettront de démocratiser l’accès et l’utilisation des modèles agronomiques, et favoriser une agriculture plus responsable et plus résiliente. Par ailleurs, la digitalisation de l’agroéquipement fait l’objet de nombreux essais dans les Digifermes® d’ARVALIS. Technologies de guidage ou de localisation des intrants via des machines agricoles ou des robots sont testées, ce qui permet d’estimer leur maturité et donc leur date probable d’arrivée dans les fermes.

Dans un environnement de plus en plus instable (climat, disponibilité en intrants, prix), le développement de technologies permettant d’aider le producteur dans sa prise de décisions stratégiques devient indispensable.

La réussite du pilotage tactique et stratégique des exploitations agricoles passera par la valorisation en temps réel des données produites sur les fermes. La circulation, la maitrise, la valorisation des Data agricoles est aujourd’hui un enjeu majeur.

Initié en 2016 par ARVALIS, le label Digifermes® regroupe aujourd’hui un réseau de 13 fermes expérimentales partenaires (www.digifermes.com) qui ont pour objectif la mise au point, l’évaluation et le déploiement d’innovations numériques au service de tous les agriculteurs. Chaque ferme est appuyée par une structure de Recherche, Développement et Innovation, ce qui lui permet de s’appuyer sur une excellence méthodologique pour mener des évaluations objectives avec rigueur des nouveautés technologiques.

Longtemps oublié ou considéré comme simple substrat, le compartiment sol apparait aujourd’hui comme élément essentiel de l’agriculture et de son impact environnemental. Or, l’appauvrissement des sols agricoles en matières organiques conduit à des sols improductifs, plus sensibles aux aléas climatiques et aux stress biotiques. Ainsi, la restauration des sols par la réintroduction d’un stock de carbone (humus) et l’apport d’éléments organiques favorisant la vie apparait désormais un levier majeur pour une production agroécologique.

En production végétale, les interactions biochimiques qui composent les organismes vivants sont soumises à des contraintes biotiques à l’échelle de l’agrosystème et plus localement aux spécificités pédologiques faisant intervenir la physico-chimie des sols. De plus en plus, les recherches en agronomie se focalisent sur la rhizosphère et son rôle écosystémique. En effet, les échanges moléculaires de ce compartiment apparaissent cruciaux tant pour les échanges nutritionnels (chaine trophique) que pour le dialogue entre les organismes qui le compose (antibiose, symbiose...). Au niveau de la plante, ces interactions, positives ou négatives, font appel à des composés chimiques que sont des métabolites secondaires (flavonoïdes, acides phénoliques...).

Au niveau des organismes symbiotiques, la famille chimique des lipo-chitooligosaccharides (LCO) a été identifiée comme source de signaux (facteurs Nod / Myc) permettant l’établissement de symbioses avec la racine. Les acides organiques excrétées par les racines sont également des molécules jouant un rôle dans la solubilisation des éléments de la rhizosphère, de même que certains métabolites issus des exsudats racinaires façonnent le microbiote de la rhizosphère. La réintroduction de microorganismes bénéfiques dans les sols agricoles, pratique développée ces dernières décennies, présentent un certain nombre de limites en termes d’efficacité. Le développement de biostimulants ciblant la rhizosphère
est donc un enjeu majeur pour l’agriculture. À titre d’exemple, la molécule OSYR® (Frayssinet), de par son effet de stimulation de la croissance racinaire, promeut l’établissement ou l’implantation des cultures, limitant les effets négatifs des stress environnementaux sur les rendements. Ainsi, des produits de stimulation visant chacun de ces organismes et/ou de leurs interactions apparaissent des outils moléculaires prometteurs permettant une meilleure adaptation / productivité de la plante cultivée.

Le brouhaha médiatique qui entoure aujourd’hui l’agriculture ne doit pas masquer que, dans l’état actuel des techniques de protection des plantes, 25 à 50% des récoltes sont perdues en moyenne dans le monde du fait des maladies, des animaux ravageurs ou des adventices. Dans les pays développés, toutes les formes d’agriculture s’efforcent donc de minimiser ces pertes par des moyens variés.

Pour cela, les agriculteurs utilisent tout d’abord des mesures agronomiques (ex : rotations, dates de semis...) puis font appel à des moyens d’intervention directe lorsque les mesures précédentes n’ont pas été suffisantes pour prévenir les pertes économiques. Ces moyens sont de type mécanique (labour, sarclage...), biologique (bactéries, auxiliaires...) ou chimique (herbicides, fongicides...). Ils sont employés en fonction de leur disponibilité et de leur efficacité. Or, il est courant de les voir opposés dans les médias, les cahiers des charges, voire dans les textes réglementaires selon des critères discutables et discutés.

Le Code Rural (art. L-253-6) reconnait quatre catégories de solutions de biocontrôle : les macroorganismes, les microorganismes, les médiateurs chimiques et les substances naturelles d’origine végétale, animale ou minérale. Sur le plan national ou international, il existe d’autres définitions du biocontrôle pouvant exclure les substances minérales ou inclure les variétés résistantes (voire PGM), les substances élicitrices ou la lutte autocide.

Les atouts du biocontrôle dépendent de la nature des moyens utilisés. Bon nombre possèdent des impacts environnementaux modérés, bénéficient d’investissements croissants et d’une opinion publique porteuse mais peu rationnelle. Cette dynamique est contrebalancée par la prudence des utilisateurs qui demandent des preuves de la valeur de ces solutions, s’interrogent sur leur coût ou les surcoûts correspondants et expriment leurs attentes en matière de formation et de conseil.

En dépit de sa croissance, le biocontrôle ne propose encore qu’une petite partie des réponses au parasitisme. Sur la plupart des cultures en plein air et sauf à accepter de forts écarts de rendement, il ne peut répondre à l’ensemble des besoins. La plupart de ses solutions visent des ravageurs et les propositions pour le désherbage sont très rares. Mises ensemble, les solutions de biocontrôle des quatre groupes majeurs représentent environ 6% du marché mondial en valeur.

Afin de protéger les cultures par des moyens efficaces et économiques en évitant les positions idéologiques, il conviendrait d’évaluer l’ensemble des solutions existantes avec les mêmes critères agronomiques, toxicologiques et environnementaux pour en cerner objectivement les avantages et les limites. Pour l’heure, nous devons assurer une cohabitation harmonieuse entre des solutions de biocontrôle en nombre croissant et celles issues d’une chimie de synthèse qui s’est largement renouvelée depuis vingt ans. C’est l’objectif de la protection intégrée des cultures dont la mise en œuvre s’étend avec régularité à défaut d’être partout le socle des pratiques agricoles.

Le développement de technologies de biocontrole implique de nombreuses compétences techniques pour concevoir, industrialiser, homologuer des solutions efficaces pour substituer tout ou partie des insecticides chimiques. Ces compétences vont de la chimie organique à l’agronomie en passant par la physico chimie, l’analyse chimique et la modélisation.

Le travail réalisé par les équipes de M2i venant de tous ces horizons, a consisté à développer une solution de lutte par confusion sexuelle contre l’eudémis (ver de la grappe) adaptée aux usages traditionnels des viticulteurs. La première étape du travail a permis d’assurer un accès industriel à une nouvelle qualité ultra pure du composant de la phéromone sexuelle. La technologie offre en plus une simplification drastique du procédé de fabrication.

Dans un second temps, la phéromone a été microencapsulée par une méthode douce permettant de préserver la qualité initiale de l’actif phéromonal. La microencapsulation conduit à des suspensions de capsules aux caractéristiques modulables en fonction du mode d’application choisi. Des études de microscopie électroniques ont permis de caractériser ces microcapsules et de démontrer leur stabilité depuis leur fabrication jusqu’à leur action de relargage dans les vignes.

À ce point, il a été nécessaire de mettre au point des nouvelles méthodes d’évaluation de manière à démontrer le caractère passif de l’action des microcapsules. Un système d’analyse dynamique a été développé au sein du laboratoire commun entre l’université de Pau Pays de l’Adour et le centre de recherche de M2i. Cette méthode d’étude nouvelle est une innovation majeure dans le domaine de l’étude environnementale des phéromones.

Enfin des séries d’essais en conditions réelles ont permis d’ajuster les protocoles d’utilisation des microcapsules dans les champs. La comparaison systématique des effets de protection des microcapsules a été réalisée vis-à-vis de systèmes alternatifs (diffuseurs passifs en plastiques ou vaporisateurs de phéromone et insecticides conventionnels). L’ensemble de ces résultats démontre l’efficacité de protection à un coût pour la première fois abordable par l’ensemble de la profession viticole.

Les éléments minéraux des fertilisants, comme ceux du sol, aident les cultures à convertir l’énergie solaire et le CO₂ captés par les feuilles, en une biomasse verte qui nourrit les Hommes. Au-delà de la sécurisation des besoins alimentaires, et contrairement à une idée reçue, ils améliorent aussi le bilan carbone des cultures en développant la biomasse totale qui fixe davantage de CO₂. Une nutrition équilibrée est essentielle car toute déficience en nutriments réduit la quantité et la qualité des cultures produites.

Les nutriments azotés, éléments majeurs de la croissance des plantes, aident les cultures à produire mieux. Cependant, un surplus d’azote ne signifie pas nécessairement, un surplus de rendement car de nombreux autres facteurs interviennent, définissant la dose optimum au-delà de laquelle, tout apport devient inutile et donc nuisible pour l’environnement. Les éléments minéraux du sol sont la source naturelle des minéraux qu’on retrouve dans la chaîne alimentaire mais ils doivent-être renforcés de manière raisonnée pour répondre à la demande d’une population mondiale en pleine expansion. Aujourd’hui, près de 50% de la population mondiale est nourrie grâce aux engrais minéraux. Cette part n’a d’ailleurs jamais cessé de progresser, contribuant à réduire drastiquement le spectre de la famine. L’agriculture, la foresterie et le changement d’utilisation des terres contribuent à environ 20% des émissions mondiales de gaz à effet de serre, et l’empreinte carbone des cultures dépend essentiellement des émissions de GES à la production et à l’utilisation des engrais azotés. Toutefois, si les rendements des cultures étaient aussi bas aujourd’hui qu'en 1961, les émissions de GES de l'agriculture seraient 4,5 fois plus élevées car il aurait fallu compenser cette moindre productivité par l’utilisation de nouvelles terres (Burney et al. 2010, Stanford University).

Au niveau de la production, la technologie Yara de réduction du protoxyde d’azote (N₂O), puissant gaz à effet de serre, réduit les émissions des usines d'acide nitrique, précurseur des engrais à base de nitrate, de plus de 90%. Les émissions de GES d'une tonne de blé fertilisé avec un engrais azoté utilisant les meilleures technologies disponibles (MTD) sont ainsi réduites de 30 % par rapport à un engrais azoté standard. La mise en place de ce procédé étendue aux producteurs européens fait que les émissions de GES de la production d’engrais à base de nitrate sont beaucoup plus faibles en Europe que dans les autres régions du monde. La technologie avancée de la production européenne a ainsi réduit l'empreinte carbone par tonne de blé de 36% depuis le début du siècle. L’amélioration du bilan carbone des cultures est un véritable atout dont profitera toute la chaîne de valeur agroalimentaire. A ce titre, la perspective d’utiliser l’hydrogène pour la fabrication de l’ammoniac « vert » du futur proviendra de l’électrolyse de l'eau, qui ne produit par ailleurs pas de CO₂ ce qui devrait entraîner à terme, une utilisation plus large des fertilisants à base de nitrate.

Les attentes des consommateurs concernant leur alimentation et l’agriculture nourricière sont fortes et ont évolué très significativement ces dernières années. Les enjeux environnementaux sont de plus en plus présents, mais les Français sont-ils prêts à mettre en phase leurs convictions et leurs habitudes de consommation ?

Pour Bayer, il n’existe pas une mais DES agricultures qui peuvent tout à fait coexister. Quel que soit le type d’agriculture, Bayer cherche à accompagner les agriculteurs dans leurs missions au quotidien. Apporter des solutions aux agriculteurs, tout en répondant aux attentes des consommateurs, est possible. Ainsi, les piliers fondamentaux de nos activités (produits phytosanitaires, produits de biocontrôle, semences, agriculture digitale) nous permettront de répondre à l’attente écologique par l’innovation.

Tout comme la coexistence des agricultures que nous appelons de nos vœux, nous n’opposons pas la chimie et les substances naturelles, qui sont des solutions que l’on peut utiliser selon une approche combinatoire, particulièrement intéressante pour nombre de type de cultures. On oublie un peu trop vite que la chimie peut apporter de réels bénéfices sur le plan environnemental, et il ne faut pas penser que la nature est sans danger. Bien sûr, la nature regorge de ressources, qu’il convient d’exploiter avec responsabilité. C’est cette complexité qu’il nous faut embrasser pour apporter les solutions dont les agriculteurs ont besoin. Une grande partie de la R&D de Bayer est aujourd’hui consacrée au développement de solutions
d’agriculture raisonnée, solutions d’avenir par excellence. Mais il est indispensable d’intégrer le pas de temps de l’innovation : les attentes sociétales exigent une réponse immédiate alors que l’on a besoin de 10 ans pour développer une innovation !