Remplacer tous les pesticides chimiques par des produits biologiques ? Ce ne sera sans doute pas pour demain. Mais l’ambitieux programme européen Biocontrol 4.0, coordonné par Gembloux Agro-Bio Tech, y aidera très certainement.
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iocontrol 4.0 n’a pas surgi de nulle part sur la scène de la lutte contre les ravageurs des cultures. Depuis des décennies, on sait que les produits chimiques de synthèse destinés à protéger les cultures sont en général nocifs pour l’environnement et la santé animale et humaine (notamment pour les agriculteurs qui les manipulent en grande quantité). Problème : ils sont nécessaires si l’on veut atteindre des rendements suffisants et rentables. Depuis de nombreuses années, chercheurs et entreprises s’efforcent donc de les remplacer par des produits naturels non (ou peu) nocifs pour l’environnement.
Professeur de microbiologie appliquée à Gembloux Agro-Bio Tech et coordinateur du projet Biocontrol 4.0, Philippe Jacques se souvient du programme Interreg Phytobio lancé en 2009, auquel participait déjà la Faculté : « L’objectif de ce programme était de sélectionner des micro-organismes producteurs de molécules capables d’entraver l’action de différents pathogènes et d’étudier leur mode de fonctionnement. » Différentes bactéries ont alors été étudiées ; les bactéries du genre Bacillus ont notamment été retenues, car elles synthétisent des molécules appelées lipopeptides. Phytobio a permis d’étudier ces molécules et d’en découvrir de nouvelles, capables de lutter contre certains pathogènes. Des essais concluants avaient été réalisés sur quatre maladies : le mildiou de la laitue, la fusariose du poireau, la septoriose du blé et le botrytis de la vigne. Un procédé de production et purification en continu de ces lipopeptides a également été mis au point afin de disposer de quantités suffisantes pour faire des premiers tests. Une start-up, nommée Lipofabrik, aujourd’hui filiale du groupe Éléphant Vert, avait été créée en décembre 2012 dans le nord de la France pour développer la production et la vente de ces molécules.
Prenant la suite de ce programme, Smartbiocontrol, lancé en 2016, a cette fois réuni 24 partenaires issus d’entités diverses (universités, dont bien sûr Gembloux, entreprises, fédérations...). Ce projet a amplifié les résultats précédents quant au nombre de molécules actives, tout en les faisant passer du laboratoire aux champs. Le programme actuel [lire l’encadré] a pour but d’élargir la palette de molécules utilisables, notamment pour lutter contre les insectes, mais aussi de faire entrer le biocontrôle dans l’ère du numérique.
Directeur de recherches FNRS, Marc Ongena est actif dans le projet Trans-Lipo au côté du Pr Jacques. « Notre objectif est de comprendre comment ces molécules agissent contre des organismes pathogènes au niveau moléculaire », s’interroge Marc Ongena. La protection s’opère selon deux mécanismes distincts. Le premier, le plus connu, est la destruction des bactéries ou champignons pathogènes. Le second est le renforcement de l’immunité des plantes. « Les plantes développent elles aussi des mécanismes d’immunité en cas d’attaque par des pathogènes, poursuit-il. Jusqu’à présent, ces mécanismes ont surtout été étudiés sur des plantes malades. Mais on s’est rendu compte que les lipopeptides ont le pouvoir de renforcer l’immunité, même s’il n’y a pas de maladie déclarée. Par quel mécanisme moléculaire cela se produit-il ? »
Une autre question préoccupe également les chercheurs qui participent à Trans-Lipo : l’action des bactéries de biocontrôle n’est pas toujours à la hauteur des espoirs mis en elles. « C’est normal, explique Marc Ongena. Ce sont des êtres vivants ; elles sont donc sensibles à leur environnement. Pour connaître leur manière d’agir, il faut tenir compte d’une série de paramètres biotiques (présence d’autres micro-organismes par exemple) ou abiotiques (acidité, structure et oxygénation du sol, conditions climatiques, etc.) qui impactent le développement de nos bactéries. » Comprendre comment les lipopeptides interagissent avec les autres micro-organismes présents dans le sol est une des tâches dévolues à l’équipe gembloutoise. « Nous étudions ses mécanismes d’interaction avec d’autres bactéries et des champignons, pathogènes ou non, notamment les mycorhizes. » Ces dernières sont des champignons qui vivent en symbiose avec les racines des plantes, symbiose bénéfique puisqu’ils pompent l’azote dans le sol pour l’amener aux racines.
Autre axe de recherches : la communication des bactéries avec la plante elle-même. Celle-ci est basée sur de petites molécules appelées métabolites secondaires. « On aimerait comprendre comment la plante perçoit ces métabolites et, dans l’autre sens, comment les bactéries perçoivent les métabolites largués par la plante via ses racines », poursuit-il. Une recherche qui s’étend d’ailleurs à d’autres molécules que les lipopeptides, notamment aux glycolipides. Comprendre les mécanismes d’interaction entre plantes et métabolites permettrait d’adapter les produits en fonction de l’environnement et des cultures. Bref, de les rendre plus efficaces qu’aujourd’hui.
Avec le projet Trans-Pest, Biocontrol 4.0 veut également s’attaquer aux insectes qui causent d’importants ravages aux cultures. Chargé de cours, expert en gestion durable des bioagresseurs, François Verheggen étudie particulièrement les champignons et les nématodes (vers microscopiques) qui sont naturellement présents dans nos sols. Après un important screening, les chercheurs ont sélectionné certains d’entre eux, spécialisés dans le parasitisme des insectes. La cible ? Le taupin, petit insecte coléoptère d’environ 2 cm. Les adultes sont inoffensifs mais pas les larves, qui ressemblent à des vers (elles sont d’ailleurs appelées “vers fil de fer”) dotés d’une carapace et vivent plusieurs années dans le sol avant d’émerger à l’âge adulte. C’est lors de cette phase larvaire que les taupins s’attaquent aux racines, notamment des céréales, du maïs et des pommes de terre.
« Si leurs ravages sont encore relativement discrets, c’est parce que les agriculteurs les détruisaient par des produits phytosanitaires dont les fameux néonicotinoïdes, aujourd’hui interdits. Comme les taupins ont un cycle de vie de quatre ans et qu’il reste encore des néonicotinoïdes présents dans le sol, le problème n’est pas encore apparu au grand jour, mais il va devenir de plus en plus présent », résume François Verheggen. Lui et son équipe ont donc repéré les champignons et les nématodes les plus efficaces pour détruire ces larves. Leur méthode ? Ils pénètrent dans le corps des larves et s’y multiplient en les tuant. La larve morte, ils la quittent et en attaquent d’autres, ce qui s’apparente à une véritable réaction en chaîne. Les chercheurs sont parvenus à enfermer les micro-organismes dans de petites billes qui contiennent aussi de l’eau et des nutriments pour leur permettre de survivre. Ces billes biopesticides sont ensuite épandues dans les champs.
Deux problèmes se posent cependant aux scientifiques qui espèrent bien les résoudre dans le cadre du projet Trans-Pest. Tout d’abord, les biopesticides mis au point sont répandus sur le sol… alors que les larves de taupin par exemple peuvent vivre jusqu’à 60 cm sous la surface. Et puisque le sol est rempli de bonnes racines dont elles se délectent, pourquoi seraient-elles attirées par les biopesticides ? Ensuite, il faudrait permettre aux micro-organismes de vivre plus longtemps, notamment en l’absence d’eau, lors de sécheresse qui ne manqueront pas d’être plus fréquentes à l’avenir. « Pour le premier problème, explique François Verheggen, nous avons constaté que les larves sont attirées vers les racines par des odeurs. Nous avons donc prélevé les odeurs émises par les racines de différentes plantes pour les enfermer dans d’autres billes. Notre défi dans le projet est de réconcilier les deux au sein d’une même petite bille, l’attractant et le micro-organisme. On espère ainsi que les larves, percevant une odeur de racine, vont aller vers les billes, les mâchouiller… et en mourir. On a même amélioré le goût des billes comme on le fait avec des médicaments pour enfants ! » Il reste maintenant à adapter ce produit aux champs (notamment les rendre compatibles avec les machines agricoles existantes) et surtout à l’optimiser pour faire face aux sécheresses, par exemple en imaginant une formule qui demanderait à être humidifiée juste avant l’épandage.
« Mieux vaut prévenir que guérir », dit l’adage. C’est ce à quoi s’emploie Benoît Mercatoris, ingénieur civil mécanicien, chargé de cours en sciences et technologies de l’environnement. Son rôle au sein du projet Trans-e-Bio ? Développer des systèmes d’alerte d’émergence de stress. Stress abiotiques (liés à l’environnement comme un excès ou déficit en eau) et biotiques (attaques par des ravageurs de tous types). « Nous voulons détecter, résume-t-il, de la manière la plus précoce possible, l’émergence de pathogènes pour éviter qu’ils se propagent et donc de devoir traiter de grandes surfaces. » Pour cela, il faut acquérir tout au long de la saison un grand nombre de données. Comment ? Grâce à des robots équipés de caméras permettant des mesures non destructives. Ces plateformes robotisées parcourent les champs et prennent des images du couvert végétal. Grâce à des modèles, on peut en déduire l’état des cultures et leur dynamique de croissance jusqu’au rendement probable.
« Un autre axe de nos recherches est la mesure du spectre lumineux, c’est-à-dire la quantité de chaque couleur – vert, rouge, bleu – présente dans la lumière réfléchie par la plante. La chlorophylle s’est nourrie du rouge et du bleu pour faire fonctionner sa photosynthèse, raison pour laquelle les plantes sont vertes. Si la plante jaunit, c’est qu’elle rejette plus de lumière rouge et que la photosynthèse ne fonctionne pas bien. La lumière renvoyée par la plante nous fournit ainsi de précieuses indications sur sa santé. » Mais la lumière visible n’est pas la seule prise en compte : l’infrarouge communique aussi des informations pour évaluer par exemple l’état de stress thermique de la plante, lié au contenu en eau par évaporation.
Que faire de toutes les données récoltées ? Tout d’abord, établir le phénotype des plantes (ensemble des caractéristiques visibles, résultats des interactions de la plante avec son environnement) afin de comparer des variétés entre elles : « Il existe une centaine de variétés de froment qui sont testées annuellement pour déterminer lesquelles répondent le mieux à nos sols et à l’évolution du climat. Aujourd’hui, cela se fait à l’œil nu par des agronomes. Les données que nous leur fournissons n’ont pas pour objectif de les remplacer mais de les aider à faire des diagnostics plus fins. » Une autre application visera les agriculteurs eux-mêmes. Les appareils embarqués sur les tracteurs permettront des mesures qui seront confrontées en temps réel aux modèles agronomiques. Ce qui déclenchera ou non l’épandage du biopesticide par exemple. « On se dirige vers une agriculture de précision : la bonne dose au bon endroit et au bon moment. »
Professeur de phytotechnie en milieux tempérés et directeur de la CARE AgricultureIsLife, Benjamin Dumont œuvre à la fois dans les projets Trans-e-Bio et Trans-Control. « Les projets précédents l’ont montré : les déploiements de méthodes et de produits de biocontrôle ont des efficacités moindres lorsqu’ils sont transposés aux conditions du champ. Il faut donc développer une approche de lutte intégrée. » En parallèle des travaux du Pr Benoît Mercatoris sur les détections optiques, Benjamin Dumont travaillera quant à lui dans Trans-e-Bio sur le couplage entre modèles maladie et modèles de culture, qui prennent explicitement en compte l’effet des conditions environnementales, pour faire de la détection présymptomatique. Grâce aux flux d’informations généré soit par les modèles soit par les capteurs mis au point dans le projet Trans-e-Bio, il s’efforcera de démontrer au sein de Trans-control l’efficacité dans les champs, en situation de culture, des produits mis au point dans Trans-Lipo et Trans-Pest.
Mais pour y arriver, c’est sans doute tout le système de gestion culturale qui devra changer, car n’appliquer que ces produits ne suffira pas. « Il faut tout d’abord prendre des mesures prophylactiques en amont, pour éviter que les pathogènes n’arrivent dans le champ, explique-t-il. Comme sélectionner des variétés plus résistantes mais qui sont généralement un peu moins productives, repenser le travail du sol, réduire la fertilisation, etc. Ensuite, si le pathogène est présent sur la parcelle, grâce aux outils développés dans Trans-e-Bio, il devrait être possible d’anticiper sa propagation avant que trop de dégâts ne soient observés. L’objectif est d’améliorer le processus de prise de décision, afin d’appliquer aux moments les plus opportuns les produits de biocontrôle. C’est cette combinaison d’actions qui rendra l’efficacité du système de lutte biologique meilleure, même si le produit est potentiellement moins efficace. » Reste à peaufiner les conditions d’utilisation aux champs, très différentes des conditions de laboratoire ou même de serre où tout est contrôlé. Les champs, eux, sont soumis à des conditions climatiques très variables. C’est le grand défi à relever par les chercheurs de Trans-Control qui vient à peine de démarrer.
Bien des problèmes restent donc à résoudre. Malgré cela, Philippe Jacques et ses collaborateurs sont optimistes : « La pratique du biocontrôle commence à se répandre, particulièrement dans les cultures en serre, les cultures maraîchères ou fruitières par exemple. Beaucoup moins dans les grandes cultures, car la valeur ajoutée y est trop faible. Mais plus de 50% des demandes d’homologation de pesticides concernent aujourd’hui des biopesticides ! » Mais il n’y a pas que la recherche qui prend du temps, la règlementation européenne a sa part de responsabilité. « Entre la découverte en laboratoire d’une molécule utile et sa mise à disposition des agriculteurs, il faut compter 20 ans. » Pour accélérer la transition vers le bio, Philippe Jacques compte aussi sur le numérique. « Il nous faut appliquer ce qui se passe dans le secteur pharmaceutique, à savoir le screening in silico de molécules actives, automatiser les procédés, connecter ensemble toutes les données provenant des différents capteurs, y compris les résultats négatifs car il est aussi intéressant de savoir que tel produit n’a pas fonctionné dans telles circonstances. » Rendez-vous dans quatre ans pour connaître les avancées réalisées grâce au programme Biocontrol 4.0.
Le biocontrôle vise à réguler naturellement les agresseurs des cultures. C’est donc un ensemble de méthodes de protection qui ambitionne de limiter (ou remplacer) les pesticides chimiques qui ont, au fil du temps, causés des dommages à l’environnement et à la santé humaine (pollutions diverses, atteintes à la biodiversité, certains cancers).
On s’accorde en général à ranger les produits de biocontrôle en quatre catégories :
Le programme Biocontrol 4.0 est un portefeuille franco-belge de six projets de recherche dont le but est de développer des alternatives bio aux pesticides chimiques. Programme Interreg de 14 millions d’euros, il est coordonné par Philippe Jacques, professeur de microbiologie appliquée à Gembloux Agro-Bio Tech (ULiège), et Marc Ongena, directeur de recherche FNRS dans la même Faculté. Il rassemble 43 partenaires du nord et de l’est de la France, de la Wallonie et de la Flandre. Son principal objectif est “de développer de nouveaux biostimulants, biofongicides et biopesticides et d’exploiter le potentiel du numérique pour optimiser l’utilisation de ces produits”.
Les projets de recherche sont les suivants :
Dans ces quatre projets de recherche, les chercheurs de Gembloux Agro-Bio Tech sont particulièrement actifs. Deux autres projets complètent le programme, où Gembloux a une moindre participation : Trans-Pathoflax 2.0, particulièrement dévolu aux problèmes de la culture du lin, pris en charge par des collègues flamands. Quant à Trans-Training, assuré surtout par l’université de Lille, il proposera ultérieurement des formations, notamment pour les agriculteurs.
Projet transfrontalier régional, Biocontrol 4.0 s’intéresse particulièrement à des cultures locales : blé, maïs, pommes de terre, pommes, lin mais aussi des cultures maraîchères en serre comme les tomates ou les poireaux.
Un septième “projet” (on quitte ici les recherches agronomiques), Trans-Manage, comme son nom l’indique, a la lourde tâche de faire le lien entre ces 43 institutions frontalières et les dizaines de chercheurs qui prennent part aux différents projets et d’assurer leur coordination. Un rôle, et sans doute pas le plus simple, dévolu à Philippe Jacques et Marc Ongena.
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