On ne pourra jamais produire sans eau

L'amélioration du comportement des plantes à la sécheresse est de plus en plus nécessaire et de nombreuses équipes scientifiques travaillent sur ce sujet dans le Monde.

Cependant il est certain que les plantes ne pourront jamais produire de la matière sèche sans eau. C'est ce qu'a expliqué François Tardieu, chercheur à l'INRA devant la commission technique du maïs de ARVALIS - Institut du végétal le 6 novembre dernier. François Tardieu est un spécialiste de la physiologie végétale et l'un des co-auteurs du récent rapport d'expertise collective scientifique " Sécheresse et agriculture ".

Cette nécessité de l'eau est expliquée par deux échanges: l'échange " eau contre carbone " et l'échange " eau contre chaleur ".

L'échange " Eau contre carbone "

La principale réaction de la plante soumise à un manque d'eau est de réduire de manière active sa transpiration. A l'apparition du déficit hydrique, la plante va fermer ses stomates et réduire la vitesse de croissance de ses feuilles.

Or le gaz carbonique nécessaire à la photosynthèse passe aussi par les stomates, comme l'eau (le CO2 entre dans la feuille, l'eau en sort). La fermeture de ces stomates réduit donc à la fois la transpiration, la photosynthèse et la production de biomasse. L'échange " eau contre carbone " constitue donc la principale limitation de la tolérance à la sécheresse. On ne pourra jamais obtenir des plantes qui maintiennent leur productivité sans un niveau élevé de transpiration. C'est ainsi que la production d'un kilogramme de matière sèche mobilise plusieurs centaines de litre d'eau (voir tableau au verso).

Les espèces disposant d'un métabolisme dit C4 (maïs, sorgho, canne à sucre) utilisent plus efficacement l'eau que les autres espèces dites C3 (voir au verso). Cette différence va être en jeu dans l'équilibre des cultures et des productions dans le siècle qui vient.

L'échange " Eau contre chaleur "

La transpiration, c'est-à-dire le passage de l'eau liquide à l'état de vapeur à la surface des feuilles absorbe une partie importante de l'énergie solaire incidente reçue par la plante. La réduction de la transpiration des plantes résultant de la fermeture des stomates provoque un échauffement des feuilles, souvent de plusieurs degrés, qui peut léser les tissus. Les plantes subissent souvent un stress thermique associé à un déficit hydrique parce que les périodes sèches sont souvent chaudes et parce qu'elles réduisent leur transpiration. L'échange " eau contre chaleur " est une seconde limitation de la tolérance à sécheresse.

Les protections contre le stress hydrique se payent en productivité. Les objectifs d'amélioration génétique visent donc une optimisation entre des processus partiellement contradictoires: réduire la transpiration, limiter la surface foliaire pour éviter le dessèchement des plantes et conserver une activité photosynthétique suffisante pour assurer un rendement correct.

La tolérance du maïs à la sécheresse a été bien améliorée par la sélection

Les voies de progrès génétique portant sur l'amélioration des capacités de survie des plantes au stress ne concernent pas les plantes de grandes cultures sous nos climats. En revanche l'amélioration de la production des plantes en déficit hydrique, et celle de leur aptitude à reprendre leur croissance et leur développement si le stress disparaît sont pertinentes. En effet, il est intéressant que la croissance et le nombre des jeunes organes reproducteurs (fleurs puis graines), ne soit pas trop limités par le déficit hydrique, afin que le rendement soit le moins affecté possible, surtout si la sécheresse disparaît ensuite. C'est le scénario qui s'est produit cet été sur les cultures de maïs. Les essais conduits par ARVALIS visent tous à partir du matériel génétique le plus récent à mettre en place des stratégies culturales qui dégagent une marge et un revenu stable avec la culture du maïs dans des contraintes hydriques variées.

Entre 1934 et 2001, la sélection a amélioré le rendement du maïs grain en France en culture pluviale, donc en l'absence d'irrigation, de 53 kg/ha/an. La sélection fournit maintenant des variétés de moins en moins sensibles au manque d'eau (et ce même pendant la période critique de la floraison) et il est nécessaire de bien évaluer ce progrès génétique

Grâce aux avancées des biotechnologies, des formes de gènes intéressants sont recherchées chez les plantes sauvages pour être transférées dans nos variétés. A ce jour aucune variété de maïs tolérante à la sécheresse obtenue de cette façon n'a encore été commercialisée bien que beaucoup (trop?) d'espoirs aient été placés dans cette voie. Pour François Tardieu, le transfert de gènes isolés ne produira pas de " miracle " et une tolérance à la sécheresse en général paraît inaccessible. En revanche une tolérance à des scénarios de sécheresse est possible et recherchée.

Besoins totaux en eau de quelques plantes (pluies plus irrigation) en litres par kilo de matière sèche Culture Litres d'eau Maïs fourrage* 238 Banane 346 Maïs grain* 454 Orge* 524 Pomme de terre* 590 Blé* 590 Soja 900 Riz pluvial 1600 Riz inondé 5000 *en zones tempérées/Source: CNRS