Grandes cultures : optimiser la photosynthèse pour économiser 20% d’azote

Le projet de recherche Greenscale 2 vise l’amélioration de l’efficience des engrais azotés, en orientant la sélection variétale sur la photosynthèse et le fonctionnement chlorophyllien. Une piste prometteuse, si l’on en croit les premiers résultats.

Réduire la dépendance aux engrais azotés en réduisant la teneur en chlorophylle des plantes, tout en maintenant leur capacité à effectuer une photosynthèse efficace : c'est l'approche actuellement explorée dans le projet Greenscale. Il y aurait 20 % d’économie d’azote à la clé, selon les premières estimations. De fait, les variétés d’orge de printemps dotées d’une teneur en chlorophylle optimisée auraient des besoins azotés inférieurs de 20% à leurs contemporaines. Le projet Greenscale doit permettre d’orienter la sélection variétale en ce sens.

Un enjeu économique et environnemental

Réduire l’utilisation des engrais azotés constitue un défi majeur pour diminuer les émissions de gaz à effet de serre (GES) de l’agriculture et préserver la qualité des eaux. Jusqu’ici, la recherche s’est essentiellement concentrée sur l’ajustement des apports au plus près des besoins en azote des plantes (pilotage de la fertilisation, fractionnement des apports…). Et si, par le biais du levier génétique, il était possible de réduire directement ces besoins ? Cette approche innovante est actuellement explorée par divers instituts de recherche appliquée et fondamentale, dont le CEA, ARVALIS, l’Inrae, le CNRS et diverses universités1 rassemblées au sein du projet Greenscale2.

Leur hypothèse : en modulant la répartition de la chlorophylle dans les plantes - ce pigment nécessaire à la photosynthèse - il est possible de réduire leurs besoins azotés. Mais attention, cet ajustement ne doit pas se faire au détriment de l’efficience de la photosynthèse, responsable de la séquestration d’un GES important : le dioxyde de carbone (CO₂).

Autre hypothèse portée par Greenscale, la régulation de la chlorophylle et des complexes protéiques associés pourrait contribuer à l’adaptation des plantes au changement climatique. En effet, elle favoriserait la diminution de la température du couvert végétal et l'évapotranspiration, améliorant ainsi leur résistance aux sécheresses sans sacrifier les rendements en CO₂ (figure 1).

Les plantes dont le contenu en chlorophylle est optimisé (low [Chl]) ont des besoins en azote réduits, et perdent moins d’eau par évapotranspiration que les plantes normales (Normal [Chl]). L’enjeu est de maintenir leur capacité à fixer du CO₂ au même niveau.

Une meilleure résistance aux sécheresses

Les chercheurs du projet Greenscale vont s’appuyer sur des variétés d’orges de printemps choisies pour leur faible teneur en chlorophylle. Ces variétés seront testées en laboratoire et en conditions réelles de culture pour observer comment elles réagissent aux faibles niveaux d’azote du sol et au stress hydrique en termes de teneurs en protéines et en amidon.

L'objectif est de développer des modèles prédictifs de la productivité des cultures et de leur qualité. Ces modèles permettront d'évaluer l'impact de la réduction de la chlorophylle sur les flux de carbone et d'azote entre le sol, les plantes et l'atmosphère, jusqu'à leur impact global dans les rétroactions climatiques.

D’après les estimations des partenaires, le développement de ces variétés à teneur en chlorophylle ajustée pourrait permettre de réduire jusqu'à 20 % l’apport d’azote, diminuant ainsi l’empreinte carbone et les coûts de fertilisation, tout en favorisant la tolérance à la sécheresse. Les résultats, attendus pour 2029, orienteront les futurs programmes de sélection variétale, ouvrant la voie à des pratiques agricoles encore plus durables et résilientes.

Figure 1 : Impact de la teneur en chlorophylle des plantes sur les flux de carbone et d’azote entre le sol, la plante et l'atmosphère

(1) Aix-Marseille, Paris Saclay, Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines et AgroParisTech.

(2) Financé par France 2030.