MICHEL GRIFFON

ÉCOLOGIE INTENSIVE

La nature, un modèle
pour l’agriculture et la société

Préface d’ERIK ORSENNA

Réchauffement climatique, pollution, érosion de la biodiversité, épuisement des ressources, explosion des maladies liées à l’environnement… notre planète est aujourd’hui en danger. Et l’accroissement de la population mondiale n’arrange pas les choses !

Pourtant, la Terre pourra demain nourrir tous ses habitants sans poursuivre sa course folle aux engrais, aux pesticides, à la déforestation et au défrichement. Comment ? En s’inspirant du vivant, en intensifiant les processus naturels. Il s’agit, par exemple, de stimuler l’activité biologique du sol en associant des variétés complémentaires et en recyclant systématiquement les débris végétaux, de lutter contre les ravageurs en accentuant la lutte biologique et la lutte intégrée.

Il est possible de produire plus et mieux avec moins : un développement agricole plus productif tout en étant écologique et équitable peut voir le jour si l’on s’inspire de la nature et de son fonctionnement.

Au-delà des techniques, il s’agit finalement de promouvoir une agriculture durable, dans un cadre d’écosystèmes eux aussi durables, pour des sociétés économiquement et socialement viables.

Michel Griffon est à la fois un ingénieur agronome et un économiste. Chercheur reconnu sur le plan international, il défend l’idée qu’un développement agricole écologique et plus productif peut exister.

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ISBN : 978-2-283-03109-4

À Jacques Weber, anthropologue et économiste
qui dirigea l’Institut de la biodiversité,
avec qui les discussions, toujours passionnantes,
sur la matière de ce livre nourrissaient notre amitié,
dont je crois qu’elle dure au-delà de sa disparition.

Préface

Voici l’histoire d’une philosophie devenue réalité concrète.

Une histoire commencée il y a trois décennies en Amérique latine et aux États-Unis, portée alors par quelques universitaires.

Et défendue en France, dès le début, par un jeune agronome : Michel Griffon.

Une histoire de réconciliation entre l’agriculture et l’environnement.

Une histoire qui raconte une volonté de pouvoir, un fantasme de maîtrise peu à peu changés en proposition d’alliance.

Une histoire d’explorateurs qui donnent ses deux sens au formidable mot d’inventeur. L’inventeur n’est pas seulement celui qui imagine ce qui n’existait pas avant lui. Il est aussi celui qui découvre une richesse du Réel jusqu’alors inconnue ; ce faisant, il en accroît les possibilités.

Si l’on veut relever ce défi de résumer cette école de pensée, elle part de deux constations, toutes simples.

La première c’est la richesse de la vie, oui : LA VIE. Une vie qui nous a précédés et dont nous, animaux humains, sommes loin de détenir le monopole. Apprenez cette vérité que les plantes, aussi, sont vivantes. De même que les insectes. Avant de raconter l’histoire des moustiques, j’ai dû apprendre que ces petites bêtes piquantes existaient bien avant nous, 250 millions d’années, et en bien plus grand nombre : 3 564 espèces cataloguées à ce jour. Alors l’économiste que je suis a bien été forcé d’admettre, éberlué, que notre chère croissance n’est rien comparée à l’aventure de la vie, si diverse et si durable. S’il faut prendre le langage d’aujourd’hui, la vie est une start up vieille de quatre milliards d’années.

Alors surgit la deuxième constatation. Qui est en même temps stupéfaction. Pourquoi utilisons-nous si peu cette formidable richesse ? N’est-il pas temps d’admettre que la vie est une affaire qui a réussi ? N’est-il pas temps de demander des conseils à ce phénomène qu’est la vie ? N’est-il pas temps d’aller chercher chez elle, la vie, certaines recettes qui ont si bien, depuis si longtemps, fait leur preuve ? Ainsi l’économie circulaire. Figurez vous que dans la Nature, il n’y a pas de déchets. Tout est ressource car tout est recyclé. Intéressant, dans notre civilisation du jetable, non ? Griffon donne dix autres exemples de ces ressources disponibles et que pourtant nous dédaignons. Nous marchons sur des trésors. La biosphère, qui rassemble toutes les formes de la vie, est un catalogue infini de solutions à grand nombre de nos « problèmes ».

Et c’est ainsi que Griffon est devenu un incomparable inventeur de la Nature. Un explorateur d’un genre particulier. Ce savant là connait la biosphère comme personne mais ce savoir ne lui suffit pas. Il ressemble à ces professeurs jamais satisfaits de leurs élèves. « Allez, tu peux mieux faire. » C’est cette exigence agacée qui donne tout le sel de ce livre. « Allez, la Nature, arrête de bailler ! Pas possible d’être si douée et de gâcher tant de dispositions. » De page en page, on découvre ce que pourrait offrir la biosphère, si on la stimulait. Tant de partenariats sont possibles entre les agents du vivant, tant d’associations virtuellement si fertiles. Regardez nos alliées coccinelles : pas besoin d’insecticides, elles ne demandent pas mieux que de dévorer nos ennemis pucerons !

Tel est le pari de l’écologiquement intensif.

Ou de l’agroécologie.

C’est le pari du potentiel de la vie.

Non, l’agronomie n’est pas forcément un mal nécessaire qui détruit la planète pour alimenter ses habitants.

Oui, une nouvelle agriculture est possible, productrice à haut rendement, et pourtant saine et respectueuse de l’environnement.

Ce livre, magnifique, est le récit, et la preuve, de cette possibilité.

Chacun sait bien que les anciennes pratiques productivistes et dangereuses ont atteint leurs limites. Et, en même temps, une population sans cesse croissante doit être nourrie. Une seule solution : réveiller la Nature, au lieu de la polluer.

Voilà pourquoi Griffon me fait si souvent penser au grand Edgar Morin. Loin de s’effrayer de la complexité du social ou du vivant, les deux chercheurs la prennent à bras le corps. Car le complexe est signe de vie. Seule la mort est simple. Simple comme la paresse. Qui est une forme de mort.

ERIK ORSENNA

de l’Académie française

Introduction

Concilier biosphère et expansion humaine

La progression rapide de la population humaine et de ses besoins a conduit, longtemps aveuglément, à une utilisation sans précaution de nombreuses ressources de la planète. L’histoire de cette utilisation des écosystèmes 1 et de leurs ressources est celle d’une longue course à la possession, au contrôle de l’accès et à une exploitation sans retenue. Une surexploitation en a résulté, d’abord par la chasse et la pêche, puis par l’élevage, l’agriculture et la déforestation. Les conséquences sur la biosphère 2 – la sphère de la vie – sont d’une très grande importance, en particulier à cause de la perte brutale de diversité biologique. Avec la révolution industrielle et l’avènement d’une économie fondée sur l’exploitation du charbon et du pétrole, le recours au bois a diminué. Mais les sociétés humaines ont contribué, et contribuent encore, au réchauffement climatique qui bouleverse lui aussi les écosystèmes. Pour répondre à la progression démographique rapide de l’humanité, la nécessité de produire toujours plus d’aliments a transformé les pratiques agricoles de la seconde moitié du XXe siècle. Les agriculteurs ont accédé à cette demande pour être au rendez-vous des besoins de production du nouveau siècle. L’agriculture est notamment devenue intensive en intrants chimiques, en particulier en produits phytosanitaires, destinés à contrôler les ravageurs des cultures ainsi que les maladies et les « mauvaises herbes » en compétition avec les plantes cultivées. Cette agriculture est toutefois de plus en plus décriée en raison de ses effets négatifs sur l’environnement et sur la santé. Elle évolue dès lors sous la pression de la société et des pouvoirs publics qui procèdent par interdiction successive de techniques. Certes, elle présente des risques. Elle a pourtant connu un immense succès en termes de performances productives. Ainsi, l’agriculture asiatique a, par exemple, pu produire les quantités suffisantes pour nourrir sa population, en très forte croissance au sortir de la Seconde Guerre mondiale, et faire oublier les famines. Mais, pour répondre à la vague démographique africaine qui s’annonce plus grande encore, il faudra trouver un modèle différent, à la fois moins polluant et moins coûteux en énergie fossile. On ne peut plus, en effet, d’une part créer des techniques à grande efficacité productive mais à risques, d’autre part y mettre fin rapidement au nom de principes d’élimination de ces risques. Un chemin nouveau est à découvrir.

L’enjeu est considérable. Il faut accroître la production agricole dans des proportions inédites, et donc augmenter les rendements des plantes cultivées par unité de surface (car les surfaces cultivables sont limitées), tout en évitant de produire des nuisances environnementales. Après des tentatives aussi nombreuses que diverses, l’idée s’impose d’utiliser au maximum les mécanismes du vivant, en essayant de les « amplifier » tout en respectant les lois fondamentales qui garantissent la viabilité, écologique et environnementale, des systèmes de production. Il ne s’agit plus de promouvoir une agriculture intensive en intrants chimiques mais une agriculture intensive en intrants appropriés et en solutions écologiques. Il a donc été proposé d’intensifier les mécanismes productifs naturels dans une perspective écologique. De là est né le terme « écologie intensive » ou « agriculture intensive en écologie 3 ».

L’expérience montre que cette idée est féconde et l’on s’interroge alors sur son application dans d’autres domaines que l’agriculture. En élargissant le concept, il est possible de définir un modèle plus général inspiré par la nature, d’où le terme « bio-inspiration », c’est-à-dire « inspiré par les mécanismes du vivant », qui rejoint d’autres notions connues comme celles de l’économie circulaire, des processus de recyclage « en cascade » et du principe général de viabilité.

Précisément, ce principe oblige à respecter les multiples lois de la nature. Ne pas le faire engendrerait désordres et dégradations. Nos sociétés doivent donc, avant tout, obéir aux lois fondamentales de viabilité de la nature, ce qui ne signifie pas qu’elles ne doivent rien modifier. Ne pas accroître la production nous condamnerait à des pénuries et des famines. Vivre très nombreux, en utilisant obligatoirement la nature comme ressource, nous contraint également à la contrôler, à la transformer, à en utiliser les fonctionnalités, en un mot, à la commander au moins partiellement, c’est-à-dire à la gérer. « Lui obéir tout en la commandant 4 », voilà le paradoxe central de cet essai. Ou, en des termes moins brutalement contradictoires, utiliser la nature tout en respectant ses lois, ou encore, en termes scientifiques, faire produire à la nature autant qu’il nous est nécessaire (avec retenue) en restant dans son domaine de viabilité. Voilà qui méritait bien l’apparent oxymore : « agriculture écologiquement intensive ».

Nous sommes face à un enjeu capital dont dépend l’avenir des sociétés humaines : il s’agit en effet de les penser en interaction profonde avec la nature, donc de les considérer comme parties d’un ensemble qui unifie la nature et la culture et non comme un pouvoir externe à la nature, qui asservirait la culture.

Mais il est d’autres questions importantes. Outre la nourriture, l’agriculture est appelée à produire de l’énergie, notamment du carburant à substituer au pétrole dont les réserves diminuent. L’agriculture peut aussi fournir la base des plastiques qui remplaceront ceux issus de la pétrochimie, pour les mêmes raisons de raréfaction du pétrole. La biosphère ne doit pas être contrainte à produire une grande quantité de biomasse pour la bioénergie et les biomatériaux, en plus des ressources alimentaires. À trop la solliciter, on risquerait de la détruire. Il faudra donc identifier une énergie renouvelable suffisamment abondante et bon marché afin de ne pas surexploiter la biosphère.

Désormais, gérer la biosphère devrait donc être l’une des plus grandes préoccupations des sociétés, tout comme éliminer la pauvreté et assurer équitablement des moyens d’existence durables pour tous. Ce sont d’ailleurs des objectifs très liés car la pauvreté oblige les plus démunis, qui constituent une partie importante du monde, à exploiter les ressources de la biosphère au-delà de leur capacité de renouvellement. Plus largement, se posent des questions sur les sociétés elles-mêmes et leur emballement démographique, ainsi que leur course à la consommation. Pour penser un développement viable, respectueux de la biosphère, il est par conséquent indispensable de ne pas dissocier nature et société, ni les différents usages de la biosphère : l’alimentation, l’énergie et les biomatériaux. Avec ce raisonnement émerge une nouvelle façon de voir la nature et la société, établissant une continuité entre l’économie et le vivant.

L’OBLIGATION D’ASSURER
À TOUS UN MONDE VIABLE

Désormais, chacun peut savoir que les conditions de la vie future des sociétés sur la planète sont menacées par le réchauffement climatique, la montée des eaux des mers, la désertification de vastes territoires, la perte générale de diversité biologique, la déforestation, l’érosion et la déstructuration des sols, ainsi que par la libération dans l’environnement de molécules chimiques dangereuses pour la santé… La liste des désordres en cours alimente une sourde anxiété générale et nourrit la colère et la radicalité des plus impatients. Fort heureusement, elle détermine aussi ceux qui sont animés par la raison à chercher des solutions.

Il faut donc réagir, mais les sociétés sont lentes à se mettre en mouvement. Pendant presque toutes les générations antérieures, elles ont utilisé sans compter la biosphère pour se nourrir, se vêtir, se soigner, construire et s’abriter, produire de l’énergie… Au cours de l’histoire, l’accroissement de la population dans certaines parties du monde, comme en Chine ou en Europe, a abouti assez rapidement à la surexploitation du milieu physique et à des crises écologiques et environnementales. En Europe, ces crises ont été analysées par Malthus dès le XVIIIe siècle. Il concluait à un destin fatal, en raison des famines touchant les sociétés trop peuplées et installées sur des espaces trop étroits et sans possibilité de migration. En fait, beaucoup de sociétés ont échappé à ce destin funeste précisément grâce à la migration. Ou bien, les crises se sont résolues localement, dans la plupart des cas, avec l’avènement et la diffusion de technologies permettant d’augmenter à la fois la productivité du sol et la production. L’histoire a néanmoins été émaillée de crises malthusiennes d’importances diverses.

La fin de la grande vague démographique mondiale qui s’annonce au cours du présent siècle va-t-elle créer une ultime situation malthusienne générale que nous aurions des difficultés à éviter ? La réponse mérite un raisonnement prudent et non des partis pris d’optimisme fondé sur la technologie, ou de pessimisme défaitiste. Ce raisonnement fait appel à l’histoire. L’espèce humaine est restée longtemps marginale dans la biosphère et, à ses débuts, elle pouvait compter sur les ressources qui l’entouraient. Puis elle a colonisé une grande partie de la planète exploitable, vraisemblablement toujours à la recherche de ressources facilement accessibles. Cette errance a-t-elle été liée à l’espérance de trouver une terre plus féconde et des riches pâturages ? Reste-t-il, aujourd’hui, des sociétés et des populations dans cette situation ? Il est en effet possible que les besoins nés de la croissance démographique en cours augmentent plus vite que la capacité à produire dans certaines régions. Les pénuries récurrentes qui en résulteraient motiveraient à nouveau des mouvements de population. Certes, après une montée à caractère exponentiel, la vague démographique mondiale a commencé à s’atténuer au milieu du XXe siècle. L’humanité a donc amorcé une adaptation aux limites de la capacité d’accueil de la planète. Mais rien ne dit que ce processus « d’envahissement biologique » de la biosphère par notre espèce se déroulera sans drames. Il est inévitable que la pression des sociétés sur la biosphère devienne plus importante, mais elle ne doit pas la détruire. Pour comprendre ce qui est en jeu, les chapitres suivants s’articulent autour d’une argumentation en faveur de la nécessité d’une nouvelle réponse technologique. À chaque étape de la progression démographique, les sociétés ont migré ou inventé des techniques. Aujourd’hui, il est nécessaire d’en créer d’autres car les actuelles ne suffisent plus. Il est donc proposé ici un ensemble de technologies directement inspirées des mécanismes naturels mais les utilisant de manière plus intensive : l’« intensification écologique ».

Pour justifier ce choix, il faut d’abord définir la biosphère et, plus généralement, le théâtre de l’aventure humaine, le système « planète Terre » qui est de plus en plus menacé. La connaissance de la biosphère est un préalable au raisonnement qui propose de l’utiliser plus intensivement. Pour cela, l’histoire de la biosphère est un excellent moyen de classement des connaissances. Cette histoire est celle d’un extraordinaire déploiement de la vie débouchant sur un très grand nombre de processus fonctionnels biologiques (par exemple, la synthèse de la matière vivante, la digestion, la respiration…) que l’on qualifie ici de « fonctionnalités ». Ces fonctionnalités sont des structures animées dont la dynamique dépend en grande partie du génome des êtres vivants (l’ensemble des gènes). Elles sont autant de processus qui peuvent se révéler utiles pour des applications amplifiées et élargies répondant aux besoins des sociétés. Par exemple, la consommation de l’herbe par les bovins permet la production de lait ; les sociétés peuvent consommer ce lait, c’est-à-dire de l’herbe transformée, alors que l’herbe n’est pas digestible par l’homme. La succession des processus biologiques, qui va de l’herbe à l’alimentation en lait, correspond à des fonctionnalités utiles et amplifiables. L’élevage des bovins est l’une des manières par lesquelles les sociétés ont, très tôt dans l’histoire, su domestiquer des fonctionnalités naturelles.

Il faut ensuite préciser de quelle manière la biosphère est en danger. Comment et pourquoi notre espèce a-t-elle progressivement créé cette situation ? Jusqu’où ira cette dégradation ? Il en résulte une équation qu’il nous faut résoudre pour concilier la vie des sociétés et maintenir la viabilité de la biosphère. Ou, pour le dire autrement : pourra-t-on augmenter le rendement des écosystèmes tout en conservant leur intégrité ? Ou bien la capacité de charge maximale des écosystèmes suffira-t-elle à couvrir les besoins des sociétés ?

Dans cette perspective, nous serons amenés à constater que les sociétés n’ont pas cessé d’artificialiser la nature et les écosystèmes. Depuis l’invention de l’agriculture, il y a environ 12 000 ans, elles ont en réalité « hybridé » les processus naturels avec des inventions technologiques. Par exemple : associer dans un même espace diverses plantes cultivées complémentaires et utiles en espérant que la densité d’occupation de ces plantes associées empêche les plantes indésirables (autrement dit, les « mauvaises herbes ») de proliférer, ce qui est une utilisation technologique de la fonctionnalité naturelle « compétition-coopération ». Mais les inventions technologiques ont proliféré selon leur logique propre dans de nombreuses directions et ont quelquefois produit des solutions dangereuses. C’est le cas, par exemple, des molécules herbicides. Le nombre des impasses technologiques ne cesse d’augmenter. Alors, plutôt que de continuer à inventer des mécanismes susceptibles d’avoir des effets insoupçonnés, demandons-nous si les mécanismes existants de la vie eux-mêmes ne pourraient pas constituer une sorte de modèle et la base de nouvelles réponses technologiques par bio-inspiration ? Pourrait-on élargir le concept à une économie « bio-inspirée » qui serait un nouveau modèle pour les sociétés ? Les transformations qui s’annoncent vont-elles dans ce sens ?

Ces interrogations fondamentales s’inscrivent dans une éthique d’obligation de trouver des solutions pour équilibrer les besoins des sociétés avec les capacités productives durables de la biosphère, pour les générations actuelles et pour les générations futures. Bien sûr, il n’est pas interdit de limiter l’évolution de la population, ni d’inciter cette population à modérer sa consommation des ressources naturelles mais l’objet de cet essai se limite à la nécessité de garantir une production durable de biens issus de la biosphère.

1. Un écosystème est une communauté dynamique d’êtres vivants sur un substrat minéral, et qui échangent de la matière et de l’énergie.

2. La biosphère est, à la surface de la Terre et dans les océans, l’ensemble de toutes les formes organiques, c’est-à-dire l’ensemble total des écosystèmes.

3. Du même auteur : Qu’est-ce qu’une agriculture écologiquement intensive ?, Quae, 2014.

4. Voir paragraphe « Cette maxime, si on… » et suivants et paragraphe « Dans cette destinée… » et suivants cet emprunt à la pensée de Francis Bacon.

Chapitre I

La biosphère :
un immense stock potentiel
de technologie

Grâce à la biosphère, les sociétés pourraient disposer de nombreuses technologies pour résoudre les problèmes qu’elles devront affronter. La biosphère est, de fait, un ensemble immense de processus physiques et chimiques élaboré tout au long de l’histoire de la vie, et consigné dans le génome et les mécanismes métaboliques 1 des êtres vivants. Pour avoir une idée des technologies susceptibles de s’inspirer du fonctionnement du vivant, il faut comprendre le fonctionnement de la planète dans sa totalité. En effet, la biosphère n’est pas la seule sphère qui soit concernée par la vie et les processus vitaux. D’autres sphères du système général dénommé « planète Terre » interviennent dans son fonctionnement et font partie du substrat des sociétés, comme l’atmosphère ou la lithosphère (voir ci-après). L’intensification écologique a donc la possibilité de faire appel à des processus issus de ces différentes sphères. On les différencie de la biosphère car elles n’ont pas le caractère vivant de celle-ci mais y participent.

LES SPHÈRES QUI SONT LE SUPPORT
ET LES COMPOSANTES DE NOS VIES

Outre la biosphère, qui est le système vivant, la planète Terre comprend principalement la géosphère, c’est-à-dire l’ensemble du substrat minéral (non vivant) dont la partie externe appelée lithosphère est susceptible d’être exploitée par les sociétés. La géosphère inclut aussi l’atmosphère et l’hydrosphère (l’eau et ses mouvements), toutes deux indispensables à la vie. La géosphère, directement issue de la création du système solaire, est pour l’essentiel constituée par un magma central liquide à très haute température, dont l’activité est entretenue par des réactions nucléaires, ce qui représente des réserves d’énergie géothermique considérables.

La lithosphère 2 comprend les roches de l’enveloppe externe provenant de l’encroûtement du magma initial, auxquelles s’ajoutent les roches sédimentaires issues des processus vitaux : en majorité des roches calcaires résultant de l’accumulation d’organismes fabriquant principalement du carbonate de calcium. S’y ajoutent aussi les roches issues de la biomasse végétale d’ères géologiques antérieures, comme le charbon et le pétrole, ou les roches issues de la concentration de produits de décomposition, comme les phosphates, ou encore de résidus biologiques comme le guano 3. La lithosphère fournit les matériaux, roches et métaux, qui constituent l’essentiel de l’infrastructure urbaine ainsi qu’une grande partie des engrais minéraux (phosphate, potasse, azote) qui alimentent la fertilité des sols. Sous l’action du climat et des êtres vivants, la lithosphère crée les sols, qui sont à la fois des écosystèmes et des substrats. Les ressources du substrat sont quelquefois abondantes, quelquefois rares et, dans tous les cas, limitées, même si la majorité de l’humanité ne s’en est pas encore rendu compte. Leur utilisation aura donc une fin, sauf si nous apprenons à les recycler, c’est-à-dire les récupérer et les rendre réutilisables.

L’atmosphère et l’ionosphère sont des substrats gazeux, eux aussi nécessaires à la vie. Au-delà de ces sphères gazeuses se situent l’astre solaire et son rayonnement. Grâce à l’effet de serre, entretenu par les gaz de l’atmosphère, la vie est protégée contre une température qui, sans lui, serait sidérale la nuit et brûlante le jour. L’atmosphère n’est donc favorable aux formes de vie actuelles que dans une gamme limitée de températures déterminée par un vaste dôme gazeux.

À propos de l’atmosphère, on pourrait dire qu’il existe une sphère du climat où se réalisent des interactions entre les mouvements de l’atmosphère et les courants marins en relation avec la rotation de la Terre sur elle-même et autour du Soleil. La circulation atmosphérique est également influencée par les reliefs montagneux. La circulation des eaux océaniques est, quant à elle, liée à leur température mais aussi à leur degré de salinité ainsi qu’au relief des fonds marins. Les mouvements interactifs complexes, des océans et de l’atmosphère, qui en résultent, déterminent les profils temporels (calendriers) ainsi que les profils de températures et de pluies des grandes régions du monde. Il en découle une géographie des conditions des milieux qui donnent à la biosphère continentale et marine sa très grande diversité. Cette diversité est l’une des bases de la diversité des agricultures du monde.

L’hydrosphère est le système hydrique de la planète. Très liée au climat, l’hydrosphère est le circuit complet de l’eau planétaire : évaporation, nébulosité, précipitations, ruissellement et infiltration, stockage, écoulement dans le réseau hydrographique selon les reliefs, absorption par les plantes et les animaux, passage dans les circuits urbains et industriels… Ce circuit complexe est vital pour la biosphère. L’action maladroite des sociétés peut l’altérer très gravement et faire localement disparaître l’eau des écosystèmes, les condamnant à la désertification. Lorsque les sociétés savent gérer l’eau, celle-ci peut au contraire être retenue dans les écosystèmes et garantir une production abondante de biomasse.

Pour en terminer avec les sphères naturelles, la biosphère est l’ensemble des écosystèmes locaux. Elle résulte des différents substrats évoqués ci-dessus : la géosphère, source de minéraux, l’atmosphère, qui est le lieu de régulation du climat, c’est-à-dire la température, l’humidité et l’ensoleillement, et l’hydrosphère, qui apporte l’eau. La biosphère comprend la biosphère continentale et la biosphère marine. La biosphère continentale est la mince pellicule de vie végétale, animale et microbienne dont l’épaisseur va des racines des plantes au sommet des arbres. Son fonctionnement est d’une immense complexité. En simplifiant à l’extrême, on peut le résumer ainsi : les photons solaires, le dioxyde de carbone de l’atmosphère, l’eau et les minéraux des sols sont les ressources avec lesquelles les végétaux produisent de la biomasse grâce à la photosynthèse 4. Cette biomasse est consommée par des animaux dits « autotrophes » qui sont, à leur tour, consommés par d’autres organismes dits « hétérotrophes 5 ». Les relations de consommation entre animaux, végétaux et micro-organismes peuvent être vues comme des chaînes et des réseaux alimentaires, aussi appelés « réseaux trophiques », dans lesquels sont inclus les parasites, les maladies, les virus. Ces végétaux, animaux et micro-organismes une fois morts, leur décomposition est l’œuvre de cortèges d’êtres vivants, principalement des bactéries du sol. Au final, ne restent que des molécules organiques qui séjournent dans les sols et des ions qui sont absorbables par les racines des plantes. La biosphère est donc un système constitué de flux cycliques où interagissent des centaines de milliers d’espèces diverses et dont le sol est vraisemblablement le substrat central. Il est le lieu où se concentrent des centaines de milliards de micro-organismes par microvolume de terre. Le moteur de l’ensemble est le soleil qui, par son apport en énergie, induit la dynamique métabolique, c’est-à-dire la succession des processus, de la photosynthèse jusqu’à la décomposition. Par ailleurs, dans ce grand ensemble, chacun des êtres vivants de la biosphère a son rôle propre, contrôlé par un code génétique (les acides nucléiques) qui rassemble la mémoire informationnelle de son fonctionnement et qui est tributaire des conditions de l’environnement. Ce code est évolutif et accumule au fil du temps la mémoire de l’évolution des capacités de chaque espèce.

L’une d’entre elles, qui s’est elle-même baptisée « Homo sapiens » – l’homme qui sait –, est singulière, c’est la nôtre. Elle a acquis le langage, l’écriture et a créé l’information écrite qui est un ensemble de signes universels exprimant les connaissances acquises par apprentissage. Cette écriture a la vocation de décrire la totalité du monde et d’en être le miroir complet. Elle peut exprimer ce que nous comprenons de la biosphère et modifier cette représentation selon notre volonté. L’ensemble des connaissances acquises forme la « noosphère », terme créé par Vladimir Vernadski et Pierre Teilhard de Chardin. Cette noosphère est donc la traduction du monde réel en signaux d’information reconnaissables, elle permet aux sociétés humaines d’avancer sans cesse dans la compréhension de la planète et d’acquérir l’expérience de sa gestion. Cette sphère a été celle de la parole, puis du livre, et elle devient celle des réseaux physiques (le Web) et des réseaux d’organisation des connaissances (les réseaux scientifiques et les bases de données, les moteurs de recherche et les encyclopédies).

La planète tout entière, y compris la noosphère, contribue donc au fonctionnement de la biosphère. Comme siège des processus vitaux et, en particulier, de l’expansion explosive de l’espèce humaine, la biosphère est un lieu majeur d’évolution de l’ensemble du système Terre 6. La chasse et la pêche des hominidés, puis de l’homme de Neandertal et de Homo sapiens, ont constitué une première déformation d’origine humaine notable dans ce fonctionnement de la biosphère, d’abord faible, puis de plus en plus importante au fur et à mesure que disparaissaient les espèces chassées. Un peu plus tard, il y a 12 000 ans environ, l’agriculture et l’élevage ont transformé plus substantiellement encore la biosphère. Ce qui a été l’inclusion initiale discrète de l’espèce humaine dans la biosphère (des hominidés vivant dans les arbres) est aujourd’hui un bouleversement massif, notamment parce que l’agriculture modifie profondément les écosystèmes. Mais il n’est pas possible de comprendre et de résoudre les problèmes agricoles de la planète sans en avoir une vision globale, en termes d’histoire longue et de géographie complète de la transformation de la biosphère. Pour cela, il est nécessaire de savoir en décrire, d’une manière simplifiée, le fonctionnement.

COMMENT LE CŒUR DE LA « SPHÈRE VIVANTE »
FONCTIONNE-T-IL ?

Comprendre le fonctionnement de la sphère vivante nous permettra d’avoir une vision élargie de l’évolution de l’agriculture et des autres usages, condition nécessaire si nous voulons garantir la viabilité de ces activités à long terme. Pour appréhender les bases du fonctionnement de la biosphère et de sa transformation par les sociétés, le mieux est d’essayer d’en raconter l’histoire à très grands traits. Bien que ces connaissances soient encore très lacunaires, la science en a identifié les grandes lignes.

Tout a commencé, à l’échelle du système solaire, avec la baisse progressive de la température de la planète. Ce refroidissement a créé des conditions favorables à la constitution d’atomes légers, puis d’atomes lourds, puis d’ensembles plus complexes jusqu’à des « arrangements » moléculaires de base. Ces molécules et, plus généralement, les espèces chimiques résultent de la correspondance entre les pertes d’électrons de l’une (oxydation) et les gains équivalents d’électrons de l’autre (réduction). Ces potentiels de réactivité mutuelle sont appelés « potentiels redox ». La circulation électronique qui en résulte serait animée en amont par l’énergie du soleil. Si cette représentation est conforme à la réalité, ce mécanisme serait général. Des auto-assemblages d’objets moléculaires de plus en plus complexes se seraient ainsi constitués, parmi lesquels les plus stables auraient perduré puis occupé progressivement l’espace des possibles. Ainsi, les « préférences » d’assemblage structurel seraient devenues répétitives et invariantes, les mêmes états du milieu (ensembles locaux de molécules) engendrant les mêmes réactions. Selon cette conception, l’apport en énergie externe serait déterminant pour lier des molécules entre elles et former des macromolécules. Le milieu aquatique a pu faciliter ces interactions moléculaires. La vie serait donc un enchaînement, répété et permanent, de transformations et d’élaborations moléculaires résultant de complémentarités structurelles entre les objets moléculaires.

LE MÉTABOLISME : L’ÉLABORATION
DES PROCESSUS DU VIVANT

La logique de construction des mécanismes de la vie apparaît comme des suites d’opportunités d’agencement de molécules, qui se répètent et se stabilisent. Il en résulte des processus métaboliques enchaînés et répétitifs. C’est un mécanisme de sélection physico-chimique : la rencontre de molécules, dont les structures permettent des agencements, aboutit en quelque sorte à la « cristallisation » de molécules nouvelles et plus complexes, inaugurant de possibles nouvelles fonctions. Ces fonctions résulteraient donc d’un mécanisme évolutif tel que, à chaque stade de configuration moléculaire, se présenteraient des champs des possibles pour des agencements moléculaires nouveaux, et des situations préférentielles dans ces agencements. Il en résulterait des suites d’évènements intégrés et autoreproductibles. Ces suites métaboliques sont des processus physico-chimiques éventuellement utilisables par bio-imitation pour des applications bio-industrielles. Les situations de préférence structurelle, dans les agencements de molécules, constitueraient progressivement le « métabolome », c’est-à-dire l’ensemble des enchaînements de réactions physico-chimiques 7.

Toujours lors de l’évolution, l’intégration de ces suites d’évènements au sein des cellules, après l’apparition de parois, aurait aussi contribué à construire leur pérennité en les protégeant. C’est de cette manière que des ensembles complexes de fonctions – formant des fonctionnalités remarquables – seraient apparus dans certaines bactéries, par exemple la production de nitrate par décomposition de matière organique. Autre exemple, celui de bactéries photosynthétiques 8 devenues des organes de cellules végétales, les chloroplastes, capables de combiner les ressources en dioxyde de carbone, en eau et en minéraux pour produire, avec l’apport de l’énergie solaire, les sucres, des molécules complexes constituées de carbone, d’oxygène et d’hydrogène. Ces sucres peuvent se polymériser et former des structures de très grande dimension comme la cellulose. Ces structures moléculaires ont, par conséquent, transformé l’énergie en matière. Dit autrement, cette fonctionnalité a traduit l’énergie solaire intermittente en molécules de réserve métabolique stables et stockables. Elle a aussi, de façon massive, permis de séquestrer du carbone atmosphérique et de produire de l’oxygène. La réplication et l’extension du phénomène ont conduit à l’accumulation d’immenses quantités d’oxygène dans l’atmosphère terrestre, ce qui a induit « la grande oxygénation », un changement majeur dans la biosphère. Les cellules se sont alors développées jusqu’à l’avènement d’organismes pluricellulaires. Un nouveau mécanisme s’est institué : la respiration. Elle permet de transformer, grâce à l’oxygène, les sucres accumulés dans les êtres vivants en énergie (en restituant de l’oxyde de carbone). C’est l’inverse de la photosynthèse. En utilisant les sucres pour produire de l’énergie, cette fonctionnalité diffère l’utilisation de cette énergie et ouvre des possibilités nouvelles. Par ce moyen, les bactéries consommant l’oxygène abondant et l’énergie des sucres ont pu prospérer. Se sont ainsi constituées les bases d’un métabolisme complexe, c’est-à-dire un ensemble de biosynthèses et de dégradations moléculaires symétriques, de construction de structures et de déconstruction, des processus de vie combinés à des processus de mort. Ce métabolisme s’est réalisé dans des entités autonomes unicellulaires.

LA SPÉCIALISATION DES ORGANES DES PLANTES
PUIS LEUR SPÉCIATION

Sont ensuite apparus des mécanismes de coordination entre cellules, au sein d’êtres pluricellulaires organisés. Les cellules possédaient un noyau, ce noyau étant le siège des mécanismes de reproduction. Le métabolisme s’est complexifié. Des enchaînements variés ont créé des voies métaboliques stables que l’on retrouve chez de nombreuses espèces, en raison de leur ancienneté dans l’arbre de l’évolution, ce qui indique que la formule était robuste, efficace et adaptée à l’environnement. Avec la complexification, sont apparus des organes spécialisés, coordonnés par des messagers chimiques circulant dans les vaisseaux. Des mécanismes autonomes de régulation des voies métaboliques en fonction des états du milieu se sont également mis en place.

Au fur et à mesure de l’évolution, des espèces se sont distinguées et elles ont divergé en conservant les fonctionnalités communes et en en acquérant de nouvelles. Ainsi s’est développé l’arbre de l’évolution dont nous ne connaissons que les rameaux finaux actuels qui portent les gènes gouvernant ces phénomènes. L’ensemble de l’édifice des fonctionnalités est resté animé, comme aux premiers temps de l’émergence de ces mécanismes, par l’apport d’énergie solaire. Le soleil diffuse son énergie partout dans les processus vitaux.

Après les micro-organismes, les végétaux se sont multipliés et diversifiés en ramifications évolutives, et ont conquis des espaces nouveaux. Ils sont autotrophes, c’est-à-dire vivant des ressources minérales et de la photosynthèse. Parallèlement, sont apparus des animaux se nourrissant des végétaux. Eux aussi se sont multipliés et diversifiés en ramifications évolutives. Par extension, se sont créés des chaînes alimentaires puis des réseaux alimentaires complexes.

Les édifices écosystémiques, que sont les relations trophiques et métaboliques entre espèces, ont été violemment détruits dans l’histoire de l’évolution. Cinq catastrophes naturelles de très grande ampleur (vraisemblablement des impacts de météorites ou de très grandes éruptions volcaniques) ont éliminé une grande partie des espèces vivantes, notamment à la fin du permien où la vie a failli disparaître 9. Après chacune d’elles, les espèces qui persistaient ont continué des trajectoires d’évolution et se sont à nouveau diversifiées. La vie a recommencé, car l’énergie solaire est restée le moteur de la construction des enchaînements moléculaires biologiques, mais en créant de nouvelles voies. Au final, c’est un échafaudage complexe de voies métaboliques, cinq fois refondé, alimenté par le moteur solaire et la photosynthèse, qui a assuré la pérennité de la vie sur Terre. Le fonctionnement évolutif crée en permanence de la diversité biologique. Telle est la dynamique naturelle de la biosphère à laquelle va s’adjoindre la dynamique créée par les sociétés.

La diversité de la biosphère d’aujourd’hui est donc le résultat d’un très long foisonnement créatif. Après la cinquième extinction massive au crétacé, il y a 44 millions d’années, et la reconstitution d’une biodiversité, la destruction a repris 10. Sa nature est différente des précédentes. C’est l’espèce humaine qui transforme en profondeur et détruit les écosystèmes, d’une manière sans cesse accélérée, depuis plus de 13 000 ans au fur et à mesure qu’elle s’accroît et s’étend territorialement. Homo sapiens procède ainsi à une « sixième extinction 11 ». C’est un évènement tellement considérable qu’il revêt un sens très important à l’échelle des temps géologiques. Il atteint les bases de la vie. Nous en sommes très difficilement conscients car les conséquences ne nous touchent pas encore directement dans nos vies quotidiennes. Pourtant, avec les extinctions d’espèces, ce sont de nombreux processus métaboliques qui peuvent disparaître, alors qu’ils pourraient éventuellement constituer des sources d’imitation ou d’inspiration pour inventer des processus énergétiques, sanitaires, alimentaires, industriels futurs. En ce sens, la vie est un immense stock potentiel de technologies. Nous le dilapidons rapidement sans même savoir ce que nous perdons, peut-être à jamais.

Il est donc essentiel de comprendre le fonctionnement de la vie des écosystèmes, le plus rapidement possible. Pour cela, il existe bien des façons de voir et d’interpréter. Le réel ne se laisse comprendre qu’à travers des représentations diverses. Nous ne le connaissons que par l’intermédiaire de concepts opératoires permettant des analyses, au moyen de ce que l’on appelle des « disciplines ». Un des drames de la connaissance est le cloisonnement des disciplines. De surcroît, chacune est enseignée et, souvent, défendue comme un monopole non collaboratif. Il faut donc, au contraire, accepter (et même souhaiter) que chaque discipline apporte une vision particulière et soit susceptible de mener à des conclusions variées, qui sont toutes légitimes. Or il existe de nombreuses disciplines pour expliquer la biosphère. Citons-en quatre qui présentent un grand intérêt pour la compréhension : l’écologie fonctionnelle, la chimie, l’information génétique et la thermodynamique.

L’ÉCOLOGIE VOIT UN ÉCOSYSTÈME
COMME UN ENSEMBLE SYSTÉMIQUE FONCTIONNEL

On peut considérer les écosystèmes comme des entités physiques vivantes locales comprenant des substrats, des végétaux, des animaux et des interrelations. Une vision plus analytique permet de discerner un très grand nombre d’entités internes elles aussi liées par des interrelations. La plus connue est, comme on l’a vu, la photosynthèse ; dans les chloroplastes des cellules végétales, elle associe un ensemble de relations faisant intervenir l’énergie solaire, le dioxyde de carbone, des ressources en eau et en éléments minéraux, et des enzymes catalyseurs, l’ensemble produisant de la biomasse et de l’oxygène. Autre exemple très différent d’interaction : la prédation d’un pathogène par un auxiliaire des cultures, soit une larve de coléoptère qui consomme des pucerons porteurs de virus. Ou encore une bactérie, le Rhizobium, qui, en présence d’azote gazeux, produit du nitrate dans les nodules racinaires des légumineuses 12, créant une source importante de fertilité azotée. Dans ces trois cas, la description du processus nomme des entités (végétal, insecte, bactérie…) et définit des relations entre ces entités (processus d’oxydation ou de réduction, relation de prédation, symbiose entre deux espèces…). Ces relations peuvent être représentées sous forme de schémas liant les entités entre elles. Ces descriptions schématiques sont qualifiées de « fonctionnalités », en l’occurrence « la photosynthèse », « la prédation », ou « la fixation symbiotique de l’azote ». Cette représentation fonctionnelle apparaît comme relativement simple à visualiser et à manipuler intellectuellement.

Une fonctionnalité est donc un ensemble de fonctions, ou de processus, formant une unité dont on identifie clairement le début et la fin et qui correspond à un rôle dans un organisme ou un écosystème, que ce rôle soit considéré comme positif ou négatif pour la société. L’ensemble des fonctions qui caractérise une fonctionnalité est structuré par des relations de causalité.

Les évènements qui s’y succèdent respectent « un ordre causal aussi nécessaire qu’une inférence logique 13 ». Par exemple, la fonctionnalité « feu bactérien » (une maladie bactérienne foudroyante) est représentée par une variable – la présence d’un foyer bactérien – qui a une influence sur une autre – la destruction, de proche en proche, du feuillage d’un végétal. Autre exemple : la fonctionnalité « fragmentation de la biomasse » associe, dans un même ensemble, les variables exprimant les rôles des organismes concernés (insectes, champignons du sol…) qui font passer la biomasse tombée au sol d’un état physique complet à un état fragmenté. Mais il est clair que cette représentation ne qualifie que « l’enveloppe » des phénomènes et ne précise pas les informations qui permettraient de pénétrer plus profondément dans les mécanismes du vivant, ici le processus de nécrose induit par le feu bactérien, et là, les nombreux modes d’action des décomposeurs. Pour comprendre plus finement, il faut passer par la compréhension que permettent la physique et la chimie.

L’ÉCOLOGIE VOIT UN ÉCOSYSTÈME
COMME UN ENSEMBLE D’ÉQUATIONS CHIMIQUES

On peut voir ces fonctions et fonctionnalités comme un monde beaucoup plus complexe qui se représente à l’échelle moléculaire. La chimie, science nécessaire pour comprendre le vivant, traduit celui-ci en expressions chimiques et en successions d’équations. Ainsi, pour reprendre l’exemple de la photosynthèse, celle-ci peut se résumer par la formule : CO₂ + 2H₂O + énergie → [CH₂O] + O2 + H₂O qui évoque un bilan simplifié de la transformation de la matière initiale (gaz carbonique et eau) en d’autres matières (sucres, eau et oxygène), transformation induite par l’énergie reçue. Mais la réalité est beaucoup plus complexe. Dans les cellules des plantes, des lieux particuliers – les chloroplastes – contiennent de la chlorophylle qui est un pigment. Sans entrer dans le détail, on peut, à titre d’exemple, évoquer le fonctionnement de cette fonctionnalité dont dépend toute la vie sur Terre… L’énergie lumineuse reçue par la végétation excite les électrons de l’eau présente dans les cellules des feuilles et contribue à produire deux molécules (Nadph et ATP 14). Ces molécules interviennent dans le « cycle de Calvin » qui aboutit à produire la brique de base de la biomasse végétale, C₆H₁₂O₆. Tout cela se passe en présence de nombreux catalyseurs. Sous sa forme d’équations en cascade, cette représentation chimique évoque bien le niveau de complexité de cette fonctionnalité.