Terra Teaching and Research Centre est à la fois une nouvelle unité de recherche interfacultaire de Gembloux Agro-Bio Tech et un tout nouveau complexe d’infrastructures de recherche. Il sera inauguré le 24 mai. Sa mission ? Développer la recherche en ingénierie biologique appliquée à l’agronomie, la biotechnologie, l’environnement et la foresterie à travers quatre cellules d’appui à la recherche et l’enseignement (Care) : Environnement Is Life, Food Is Life, Agriculture Is Life et Forest Is Life.
L’idée de réunir les laboratoires en un seul lieu avait déjà été évoquée par deux anciens recteurs de la Faculté des sciences agronomiques de Gembloux, Claude Deroanne et André Thewis. Un concept transformé en essai, en 2010, par Éric Haubruge, alors vice-recteur de Gembloux Agro-Bio Tech (Université de Liège). À l’instar du Giga de Liège (dans le secteur médical), le centre Terra rassemble maintenant tous les équipements de pointe et les met à disposition des équipes de recherche afin de favoriser des synergies nouvelles. Il a nécessité un financement de 21 millions d’euros sur fonds propres pour une part, avec l’aide du FNRS et de la Région wallonne pour l’autre.
Sous la direction du Pr Philippe Jacques, la structure – désormais bien visible à Gembloux – s’affirme comme un centre de recherche exceptionnel dans le domaine de l’ingénierie biologique en région wallonne. Un centre ouvert également aux entreprises.
Petit tour d’horizon scientifique.
C’est à Lonzée que, voici une douzaine d’années, les chercheurs gembloutois ont établi une de leurs stations d’observation des flux de gaz carbonique (CO2). « Il ne s’agit pas de champs expérimentaux, précise le Pr Bernard Heinesch, responsable des sites de tours à flux, l’un des composants de la Care “Environnement Is Life” [lire ci-dessous]. L’agriculteur cultive ses champs tout à fait normalement en fonction de ses objectifs. Mais il nous communique la liste de ses intrants (les fertilisants, les herbicides, etc.) et il nous donne des échantillons de ses récoltes à des fins d’analyse. » Sur la parcelle étudiée, l’agriculteur pratique une rotation sur quatre ans typique de la région : froment, pommes de terre, froment, betteraves. L’étude dont les résultats ont été publiés l’an dernier1, couvre trois rotations, donc 12 années, ce qui est exceptionnel. Les chercheurs y ont étudié non seulement le bilan des échanges du CO2 entre l’atmosphère et la végétation (et le sol) mais aussi le bilan net du carbone… avec des résultats quelque peu surprenants pour celui-ci.
Première partie, les échanges gazeux (pour l’essentiel, les échanges de gaz carbonique, même si d’autres gaz sont aussi pris en compte). En hiver, le sol est nu, c’est donc le phénomène de respiration qui l’emporte : les micro-organismes décomposent la matière organique présente dans le sol, d’où un dégagement de CO2 vers l’atmosphère. Pendant cette période, la parcelle est une source de CO2. Dès que les cultures se développent, les parties aériennes des plantes photosynthétisent, donc captent du CO2 qui va se transformer en glucides. Le phénomène de respiration est toujours présent, mais la photosynthèse l’emporte. La parcelle est devenue un puits de CO2.
Mais ce qui intéressait surtout les chercheurs, c’était de tirer un bilan complet du cycle du carbone. Pour y arriver, ils ont donc tenu compte de certains apports (certains fertilisants comme des écumes de sucrerie, par exemple) épandus sur le champ et qui constituent un puits (stockage) pour l’extérieur. À l’inverse, le carbone qui s’est accumulé sous forme de glucides dans les plantes et qui est exporté lors de la récolte est considéré comme une source puisque ces produits de la récolte sont consommés quasi instantanément (il n’en irait pas de même, par exemple, avec du bois dont on ferait un meuble où le carbone resterait emprisonné pendant un siècle !). En tenant compte de ces différentes données, les chercheurs obtiennent ainsi le “Net Biome Production” (NBP) ou bilan complet de CO2.
Résultat ? La parcelle étudiée est une source de carbone, environ une tonne par hectare et par an. Et c’est le cas pour les trois rotations étudiées, même si on note des différences en cours de rotation selon les cultures. « Ce rejet est équivalent à celui d’une petite voiture qui aurait parcouru 30 000 km, précise Bernard Heinesch. Cela peut paraître beaucoup mais il faut se rappeler que, sur ce temps, l’écosystème a rendu service puisqu’il a produit jusqu’à 9 tonnes de grain/ha pour du froment ! Ce qui n’empêche pas d’essayer d’améliorer les pratiques culturales. » Une précision qui paraît d’autant plus importante que ce bilan révèle un problème : « Le résultat présenté ici ne vaut évidemment que pour la parcelle étudiée, précise Bernard Heinesch, mais il est interpellant car il signifie que, chaque année, le sol perd 1/60e de son stock de carbone organique ! Si cette situation perdure, cela va évidemment finir par affecter sa fertilité. » Étrangement, ce n’est pas le cas puisque l’exploitant n’a pas changé ses pratiques depuis 1990, soit depuis près de 30 ans, et que ses rendements n’ont pas diminué alors que le sol est censé avoir perdu près de la moitié de son carbone organique sur cette période. Une contradiction qui intrigue beaucoup les chercheurs de Gembloux.
Une explication possible est que le sol de la parcelle a été perturbé dans le passé (ce qui induit son comportement de source de CO2 actuellement) et qu’il est en train de revenir à l’équilibre. Les pertes de carbone devraient alors progressivement diminuer. Quant à savoir de quelle perturbation il pourrait s’agir… Une erreur systématique sur ces résultats reste aussi toujours possible, même si la méthode de mesure et de calcul des flux est bien établie. Pour corroborer leurs chiffres, les chercheurs ont donc entrepris une étude de stock : un échantillonnage du contenu du sol en carbone organique a été réalisé en 2009 ; un nouvel échantillonnage est en cours afin de permettre une comparaison à dix ans d’intervalle. Les résultats sont attendus avec impatience.
« La Care Agriculture Is Life est quelque peu différente des deux autres puisqu’elle a d’abord été une plateforme multidisciplinaire d’une vingtaine de doctorants », explique Sarah Garré, chargée de cours, qui en a assuré la coordination depuis ses débuts. Un regroupement mul-tidisciplinaire de recherches qui a été initié dès 2013 et qui s’est fait autour de quatre axes [lire ci-dessous]. « L’agriculture d’aujourd’hui est confrontée à des défis très importants, précise-t-elle. Il faut donc imaginer de nouvelles approches et, pour cela, nous avons joué la carte de la multidisciplinarité. Chaque doctorant venait bien sûr avec sa recherche, ses techniques, ses acquis. Mais il était confronté à d’autres points de vue. » Une approche “ressources humaines” qui semble avoir porté ses fruits2 et qui est appelée à se poursuivre dans le nouveau projet Terra, même si, comme le reconnaît Sarah Garré, elle sera moins systématique, moins contraignante.
Un des axes déployés lors de cette première phase traite de l’évaluation de la performance de systèmes dits non conventionnels en agriculture comme, par exemple, l’agroforesterie, les bandes enherbées en champs, etc. Des thèmes qui restent d’actualité pour la future ferme 2.0 qui doit être développée dans le cadre de Terra. L’agroforesterie est sans doute la plus spectaculaire de ces nouvelles manières d’envisager l’agriculture, laquelle va bouleverser les pratiques des agriculteurs, que les paysages de nos campagnes. « Au sens large, précise Sarah Garré, l’agroforesterie est l’ensemble des pratiques agricoles qui réintroduisent l’arbre dans les champs et les prairies. » Cette pratique est de plus en plus courante dans le sud, en bordure de la Méditerranée, où les avantages semblent plus évidents à première vue : réduction de températures trop élevées et de l’évaporation. Les tenants de cette méthode estiment que les arbres sont complémentaires à la culture puisque leurs racines prennent des ressources plus profondément dans le sol que les cultures. Ils n’empêchent donc pas le développement de ces dernières, tout en leur procurant des avantages et en offrant aux agriculteurs des services sup-plémentaires. Une pratique presque invisible dans nos contrées où l’on préfère penser que les champs doivent rester vides pour pouvoir être travaillés facilement par de grosses machines et les cultures demeurer à l’abri de l’ombre des arbres.
Le dispositif d’étude mis en place par les chercheurs gembloutois dès 2013 – et qui sera conservé, voire étendu dans le projet de ferme 2.0 – s’étend sur 4,5 ha divisés en deux parcelles. Dans l’une, trois espèces d’arbres (merisier, noyer et platane) ont été plantées dans des cultures qui peuvent varier annuellement selon le principe de rotation. L’autre a été entourée de bandes boisées, c’est-à-dire de haies mixtes de buissons et d’arbres (châtaigner, érable, chêne rouge, etc.). L’étude réalisée lors de la première phase de la plateforme Agriculture Is Life a porté sur l’effet de l’ombre sur les cultures de betteraves et de blé. « Nous n’avons évidemment pas pu travailler avec les vrais arbres puisqu’ils sont encore trop petits, regrette Sarah Garré, mais avec de l’ombrage artificiel. » Avec quels résultats ? La pratique est possible avec le blé, même si cela entraîne une production un peu moindre qu’en l’absence d’arbres… mais elle se révèle plutôt catastrophique pour les betteraves. « Si l’on s’engage dans cette voie, conclut Sarah Garré, il faut donc tenir compte des rotations de cultures, imaginer d’autres rotations ou adapter les variétés car, pour l’instant, on ne sélectionne pas du tout les semences pour leur tolérance à l’ombre. » Une pratique qu’il faut pourtant continuer à étudier parce qu’elle pourrait nous apporter des services écosystémiques supplémentaires comme des habitats pour des animaux, l’exploitation du bois, des ressources en biomasse ou la production de fruits. Le tout sans entraver la production agricole.
Le Pr Christophe Blecker, président de la Care Food Is Life [lire ci-dessous] affiche d’emblée son ambition : « Nous voulons faire émerger une nouvelle discipline, l’approche physico-chimique de la formulation des probiotiques. » Lesquels sont, rappelons-le, des micro-organismes vivants qui, lorsqu’ils sont ingérés en quantité suffisante, peuvent exercer des effets positifs sur la santé, au-delà des effets nutritionnels traditionnels.
Divers micro-organismes (bactéries, levures, champignons, virus) sont présents en très grand nombre dans notre système digestif et sont indispensables à notre survie (leur ensemble constitue le microbiote). Ils sont de mieux en mieux connus grâce à la métagénomique (qui a notamment permis de découvrir la grande diversité de la composition du microbiote) et leurs effets sur notre santé sont également de mieux en mieux perçus. « À tel point, affirme Christophe Blecker, que je suis convaincu que nous nous dirigeons à moyen terme vers une alimentation de précision, personnalisée, en relation avec notre microbiote intestinal. Il semble de plus en plus établi que certaines maladies comme l’obésité, le diabète de type 2 ou la maladie coeliaque sont à mettre en rapport avec des déséquilibres de cette microflore. L’apport de probiotiques par le biais de l’alimentation doit permettre de rétablir un certain équilibre, en tenant compte des besoins de chacun en la matière. » Encore faut-il les apporter sous la bonne forme. Un domaine qui s’avère donc prometteur, tant pour la recherche que pour la formation de futurs professionnels appelés à travailler dans l’industrie.
Les recherches médicales ne sont évidemment pas du ressort des équipes de Terra. Mais celles-ci disposent d’outils qui permettent d’établir des cartes d’identité physico-chimiques des probiotiques. Le but ? En faciliter et affiner la production et, qui sait, arriver à expliquer des différences de résultats à des conditions biologiques et médicales identiques. « Des préparations qui utilisent les mêmes souches n’ont pas toutes la même efficacité. En les étudiant à l’état solide comme des poudres mais aussi à l’état dispersé dans un milieu aqueux comme des colloïdes, du point de vue de leurs propriétés physico-chimiques – hydrophobicité de surface, charges électriques, etc. –, nous commençons à pouvoir dire : il y a des différences dans l’organisation de la matière et ceci explique peut-être cela », développe Christophe Blecker.
Les chercheurs gembloutois apportent leur contribution aux deux manières d’améliorer le microbiote. Première approche : avoir une alimentation qui favorise le développement de certains micro-organismes par rapport à d’autres. C’est notamment le cas de l’inuline (prébiotique), un polymère de fructose qu’on retrouve dans la chicorée et qui favorise le développement des bifidobactéries connues comme jouant un rôle protecteur vis-à-vis des infections exogènes. En jouant sur les paramètres de séchage de la poudre d’inuline, les chercheurs sont parvenus à moduler ses propriétés et à produire soit de l’inuline amorphe soit de la cristalline. Dans le premier cas, elle est soluble et pourra être incorporée dans un jus de fruit ou un smoothie ; dans le second, elle forme un gel à froid dont la texture est comparable à celle de la matière grasse.
Deuxième approche : ingérer les micro-organismes eux-mêmes. Ce qui peut se faire via des aliments qui sont euxmêmes constitués de micro-organismes (comme l’Actimel ou le Yakult), mais, dans ce cas, on est trop souvent limité aux produits laitiers car le lait est un bon milieu pour leur développement, ce qui peut poser problème pour certains consommateurs. On peut aussi encapsuler les micro-organismes avant de les incorporer à des aliments non laitiers, tout en les gardant vivants lors du processus de fabrication de l’aliment, ce qui constitue le grand défi à relever. « Ils peuvent être intégrés à du chocolat ou des pâtes à tartiner, détaille Christophe Blecker. Pour notre part, nous travaillons pour l’instant avec nos étudiants sur une incorporation dans du pain, soit en sélectionnant des souches plus résistantes soit en testant des techniques d’encapsulation qui les protégeraient lors de la fabrication. »
Mais il est aussi possible d’ingérer directement les microorganismes sous forme de poudre. Il existe ainsi des formules à usage thérapeutique avec des souches combinées conduisant à des synergies entre micro-organismes différents et ayant un effet favorable à l’encontre de certaines pathologies. Cette possibilité est également étudiée à Gembloux Agro-Bio Tech qui teste la performance de ces poudres en fonction de leurs caractéristiques physico-chimiques.
ENVIRONNEMENT IS LIFELe but de cette cellule est de fournir une infrastructure de qualité pour étudier l’influence de facteurs tels que le climat ou la gestion sur des services écosystémiques, à savoir les services rendus par les écosystèmes comme les productions agricoles, la biodiversité, l’atténuation des changements climatiques ou la préservation de la qualité des eaux. Pour ce faire, la Care est composée de deux structures : l’écotron et les sites de tours à flux. |
AGRICULTURE IS LIFECette plateforme a été créée pour répondre à l’un des plus importants défis de notre temps : garantir une production agricole adéquate sans détruire les écosystèmes dont elle dépend. Les recherches ont donc été organisées autour de quatre axes envisagés de manière multidisciplinaire : les performances des agroécosystèmes non conventionnels de culture comme, par exemple, l’agroforesterie [lire l’article], l’optimisation des résidus de culture, la valorisation des produits agricoles et le développement de nouveaux outils pour accroître la durabilité de l’agroécosystème. |
FOOD IS LIFECette Care a pour objectif de renforcer l’expertise de Gembloux Agro-Bio Tech en valorisation des bioressources. Ses activités de recherche se déploient selon deux axes complémentaires : la technologie alimentaire et la microbiologie industrielle. |
FOREST IS LIFEDernière née récemment, cette quatrième Care a pour objet d’étude les écosystèmes forestiers et, d’une manière plus générale, les structures paysagères peu anthropisées en région tempérée ou tropicale. |
Ce cadre de travail, qui envisage les questions de santé à l’intersection du monde humain, du monde animal et des écosystèmes, prend en compte des interconnexions du vivant pour prendre soin de la planète et de tous ses habitants.
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