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Atelier co-disciplinaire (AC4) SVT / H-G

L’aide de l’imagerie spatiale dans la gestion de la canne à sucre à La Réunion

Bertrand Pajot (SVT / Education Nationale) Pierre Ferrand (SVT / Education Nationale) Philippe Sierra (H-G / Education Nationale)

Yves Guiet (H-G / Education Nationale)

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De juillet à décembre des cachalots encombrent les routes de La Réunion ! Surprenant, inattendu ? Encore un effet du changement climatique ? Non…

« Cachalot » est le terme familier qui désigne sur l’île les énormes poids lourds qui acheminent,

dans une remorque surchargée, la canne à sucre coupée vers les usines de broyage.

Figure 1 : « Cachalot » (Source www.mi-aime-a-ou.com)

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De juillet à décembre, la « campagne de coupe » bat son plein à La Réunion, où la canne n’est pas seulement une filière économique majeure (après le tourisme) mais aussi un élément identitaire.

Figure 2 : Affiche pour la campagne "La canne, nout péi" en 2007

Dernière « île à sucre » après la perte de St-Domingue, c’est au XIXème siècle que la canne

devient « l’or vert » de l’île Bourbon. Avec l’arrivée massive de travailleurs immigrés, la culture cannière assure au milieu du XIX une des périodes les plus fastes de son histoire.

Aujourd’hui la canne n’est pas seulement une forme de l’identité mémorielle pour l’île. La filière

agro-alimentaire sucrière, des champs aux usines, marque les paysages, conditionne des aménagements territoriaux, pèse sur l’activité économique et l’emploi, alimente les revenus de nombreuses familles.

Il s’agit ici de voir comment les ressources de l’imagerie spatiale permettent d’aborder avec des

élèves de lycée, en Sciences et Vie de la Terre et en Histoire-Géographie, la gestion des ressources agricoles d’un territoire ultramarin tropical et ses problématiques de développement en s’appuyant sur le cas de la culture de la canne à sucre.

Le sucre : du blé pour La Réunion ?

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1. La Réunion, une « île à sucre » : un contexte climatique favorable ? 11. Météorologie et climatologie de la Réunion.

Par sa position (21°Sud) l’ile de la Réunion est située en zone tropicale avec les incidences suivantes sur son climat :

un ensoleillement important, comparable au sud de l'Algérie, au Mexique ou au Viêt Nam., avec un effet du à l’alternance des saisons.

des températures relativement élevées (cf. carte ci-dessous)

Répartition des précipitations et températures annuelles. Source Meteofrance

des précipitations qui se concentrent autour d'une saison humide qui s'étend de janvier à mars, tandis que la saison sèche s'étale de mai à novembre, laissant un mois transitoire entre saison sèche et humide

sa présence dans la zone d’influence des alizés d’est-sud-est (oscillant entre le sud-est et le nord-est). La moitié nord est de l'île est donc principalement touchée par les Alizés, tandis que l'autre moitié de l'île ne l'est pas, ce qui détermine la côte au vent et la côte sous le vent, la limite entre les deux étant grossièrement NW-SE.

Organisation climatique de la Réunion ; source : Wikipedia

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Mais son climat et sa météorologie sont aussi déterminés par sa topographie avec des altitudes importantes (Piton des neiges : 3071m, et Piton de la Fournaise : 2632m).

L’ensoleillement, la température et la répartition des pluies sont donc fortement influencés par le régime des vents et le relief qui concentrent les pluies dans le NE de l’île avec des cumuls de précipitations qui atteignent des records mondiaux, notamment dans les cas de précipitations liées aux cyclones (6 m ( !) de précipitations en 15 jours, lors du cyclone Hyacinthe en 1980). Inversement, la SW de l’île connaît un climat sec, la pointe des trois bassins ne recevant que 426 mm d’eau en moyenne annuelle, avec une période de sécheresse qui peut attendre 329 jours.

Moyenne des températures décadaires minimum sur 10 ans

pour les stations météorologiques des Colimaçons (800 m) et La Mare (10 m). Source : CIRAD. L’ensemble de ces caractéristiques de l’environnement physique a contraint les surfaces cultivables

de la canne à sucre, plante qui par son origine (cf. présentation de la canne à sucre) a besoin d’une température et d’une hydrométrie élevée pour sa culture.

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12 : Un territoire exposé aux cyclones ? Etude du cyclone Bejisa : (décembre 2013/ janvier 2014)

La Réunion se situe aussi dans la zone cyclonique de l’océan indien avec une moyenne, pour la saison cyclonique, d’une douzaine de système dépressionnaire, dont neuf atteignent le stade de tempête tropicale, qui, pour la moitié d'entre elle devient des cyclones. Description du cyclone Bejisa :

Le cyclone Bejisa est un cyclone formé le 29 décembre 2013 des restes d'énergie du cyclone Amara. Issu d’une faible perturbation, le cyclone s'est développé à partir d’une dépression le 28 décembre 2013 qui a continué à se développer et s'est transformée en cyclone tropical intense nommé Bejisa le 29 décembre. Il a atteint son pic d'intensité le 30 décembre 2013 puis a été affaibli le lendemain avant d'atteindre une fois de plus son pic d'intensité le 1er janvier 2014. Impact du cyclone sur l’île de la Réunion :

Avant d’atteindre le statut de dépression tropicale, Bejisa avait déjà donné de la pluie abondante aux Seychelles (164 mm en 24 heures à Mahé).

Ce cyclone est passé près de La Réunion le 2 janvier, entraînant le décès d'une personne ainsi que de nombreux dégâts (réseau électrique et voies de communication) sur l'île. Cependant, Bejisa n'a pas rivalisé avec les plus intenses cyclones ayant frappé l'île selon Météo-France. Les vents ont atteint 178 km/h au Piton de la Fournaise, bien moins que lors de Dina en 2002. Il est tombé 1 000 mm de pluie à Cilaos, dans le sud, et l'onde de tempête a atteint 11 mètres.

Le Sertit (service régional de traitement d’images et de télédétection de Strasbourg, dans le cadre de la Charte (Call 471) a travaillé sur les effets du cyclone Bejisa en janvier 2014 et a produit une cartographie des dégâts à partir d’images satellitaires haute-résolution. Etude du cyclone Bejisa par imagerie satellitaire :

Pour la veille météorologique mondiale, l’OMM dispose d’un satellite géostationnaire au dessus de l’océan indien : Météosat 7 MFG, situé à 57°E sur l’équateur. L’instrument de Météosat permet d’observer la Terre dans trois domaines de longueur d’onde :

Nom du canal

Domaines de longueur d’onde

Caractéristiques du canal

Panchromatique visible

0,45-1,00μm Mesures de réflectance de la surface terrestre dans le visible. Affichage « direct »

Infrarouge thermique 10,5-12,5μm Mesures de l’émission dans le domaine thermique des surfaces émissives en regard de l’instrument du satellite (surface continentales et/ou océaniques, sommets des nuages,..). Affichage « inversé ».

Infrarouge moyen-vapeur d’eau (WV)

5,7-7,1μm Mesures de l’émission dans le domaine infrarouge moyen des surfaces émissives en regard de l’instrument du satellite, émission plus ou moins absorbée par la vapeur d’eau de l’atmosphère terrestre (essentiellement en moyenne et haute troposphère), en fonction de son abondance en vapeur d’eau. Affichage « inversé ».

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Exercice : Ouvrir le projet qgis : Bejisa.qgs

Vous avez à votre disposition pour cette étude, des images de Météosat 7 acquises le 31 décembre 2013 et le 2 janvier 2014 à 6h UTC dans les 3 domaines de longueur d’onde, rassemblé dans projets QGis. Ces images peuvent être visualisées dans QGis sous la forme de couches raster. Jouez sur la superposition des couches ou sur les coches d’affichage pour les comparer. A partir de ces images :

identifier les avantages de chacun des canaux pour le suivi et l’étude d’un cyclone (et plus largement de l’étude de l’atmosphère)

que permettent ces images, et les documents ci-dessous dans la connaissance du cyclone Bejisa, de son évolution, et de son impact sur l’île ?

Structure dynamique d’un cyclone (source Météo-France)

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Trajet des cyclones de la saison 2013-2014 ; source Météo France

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14. La canne à sucre, un atout pour le développement durable de la Réunion ?

Organisation d’un plan de canne à sucre ; source Agronews 2009

Les cannes à sucre cultivées sont des graminées (famille des Poaceae, genre Saccharum), originaires de Nouvelle-Guinée, ce qui explique leur exigence en matière de température et de besoins hydrophysiologiques.

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Parmi les différentes espèces présentes dans ces régions, Saccharum officinarum est celle qui a été domestiquée. Elle a ensuite été croisée avec les espèces sauvages (Saccharum robustum, Saccharum barberi, Saccharum spontaneum et Saccharum sinense) pour améliorer son rendement en sucre et son adaptation aux différents climats.

Le genre Saccharum comprend uniquement des espèces polyploïdes (2n=40 à 140). Les variétés

cultivées actuelles sont hybrides avec une centaine de chromosomes issus de officinarum (nombre de chromosomes de base x=10 comme robustum) et quelques-uns de spontaneum (nombre de chromosomes de base x=8).

Du point de vue cultural, la canne est une plante vivace qui repousse après chaque récolte à partir du reste de tige laissé après la coupe. Après cinq ou six repousses, les vieux plants sont arrachés et un nouveau plant de canne est replanté à partir de tronçons de tiges enfouis dans le sol : c’est donc un bouturage (multiplication végétative), qui offre l’avantage de permettre une multiplication rapide des cultivars, mais rend les cultures fragiles par rapport aux maladies ou aux ravageurs (homogénéité génétique). À la Réunion, le centre d’essai, de recherche et de formation (eRcane) porte à son actif la mise au point de nombreuses variétés de canne à sucre au sein de ses stations d’essais, dont la R570 qui est aujourd’hui une variété exportée dans plusieurs pays sucriers.

Les variétés de canne à sucre cultivées à la Réunion et leur zone d’implantation (Source : Le catalogue eRcane, cahier technique Carocanne n°22 décembre 2010)

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15. Étudier la photosynthèse à l’échelle d’un agrosystème avec la télédétection. L’imagerie spatiale permet d’étudier les agrosystèmes dans leur globalité y compris au niveau des

mécanismes physiologiques qui peuvent faire par ailleurs l’objet d’une étude au niveau de l’organisme, de la cellule ou des molécules. C’est le cas pour la photosynthèse, qui peur être étudié en déterminant les signatures spectrales des champs de canne à différent moment de leur cycle de culture (de la plantation à la récolte).

La photosynthèse est un mécanisme de conversion de l’énergie lumineuse en énergie chimique, avec la fabrication de composés organiques qui sont à la base de (presque) toute la matière organiques sur Terre. L’équation bilan (et très réductrice…) de la photosynthèse peut s’écrire :

2n CO2 + 2n H2O + photons → 2(CH2O)n + 2n O2. mais les mécanismes sont beaucoup plus complexes dans la cellule végétale, même si un schéma global peut être donné ci-dessous :

Les réactions de la photosynthèse dans le chloroplaste d’une plante en C3 ;

modifié d’après site de l‘université de Berkeley.

La photosynthèse dépendant de la lumière et donc de photons, on peut utiliser la télédétection pour analyser quelques éléments de cette photosynthèse à l’aide d’imagerie spatiale, à l’échelle d’un agrosystème, et en complément d’étude qui pourrait ce faire au niveau de la cellule végétale ou des pigments.

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La fixation du C02 : les plantes, puits de carbone L’équation bilan de la photosynthèse montre que les végétaux sont des fixateurs de carbone et que

les grands ensembles végétaux (forêts, océans avec les algues photosynthétiques, agrosystèmes) sont des « puits » de carbone, si la matière organique ainsi synthétisée, n’est pas dégradée libérant alors le C02 fixé, ce qui est le cas des productions agricoles et en l’espèce de la canne à sucre dont la matière organique (sucres, fibres (bagasse), etc..) est utilisée dans différentes filières (alimentaires, énergétiques) avec production de C02. Dans une logique de développement durable, la canne à sucre peut être un atout pour l’île de la Réunion, notamment en termes de bilan carbone, qui peut être équilibré si on optimise la filière, en limitant les intrants.

Différences entre les plantes dîtes en C3 et en C4

Les végétaux peuvent avoir des types de photosynthèse différents qui sont sous-tendus par une

organisation différente de la structure foliaire.

Organisation des structures foliaires chez les plantes en C3 et C4 (source site SNV-Jussieu).

Chez les plantes en C3, l’ensemble des mécanismes de la photosynthèse s’effectue dans le parenchyme palissadique et aboutit à la formation d’un sucre à 3 atomes de carbone d’où le terme de plante en C3.

Chez les plantes en C4, la fixation finale du C02 est un processus différencié spatialement de l’utilisation de l’énergie solaire, avec la formation d’un composé organique intermédiaire à 4 carbones, d’où le nom de plante en C4.

La canne à sucre est l’une des plantes en C4, métabolisme apparu récemment dans l’histoire de la Terre et qui est souvent décrit comme une adaptation au climat chaud et sec.

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Schéma simplifié de la photosynthèse en C4

source site SNV-Jussieu

Intérêt et limites de la photosynthèse en C4

La photosynthèse en C4 présente un certain nombre d’avantages par rapport à celle en C3 en termes d’efficacité du mécanisme, mais son efficacité globale doit être vue en prenant en compte tous les éléments physiologiques et écologiques des plantes concernées.

C’est le cas pour la canne à sucre dont les optimaux de températures sont contraints à la Réunion par l’altitude et l’ensoleillement notamment sur la côte ouest.

C3 C4 CAM Exemples Soja, pomme de terre, blé,

riz, chêne, etc. (96% des espèces connues),

maïs, canne à sucre, sorgho, plantain, etc..(3% des

espèces connues)

Ananas, crassulacées, (moins de 1 % des espèces connues)

Type de port Herbes, buissons, arbres. Herbes dominantes, buissons, 1 seul arbre !

Herbes, buissons.

Anatomie Parenchymes palissadiques et lacuneux

Mésophylle et faisceaux périvasculaires

Parenchymes palissadiques et

lacuneux

Taux de croissance (en g.dm-2.j-1)

1 4 0,02

Comportement des stomates

Ouverts le jour, fermés la nuit

Ouverts le jour, fermés la nuit Fermés le jour, ouvert la nuit.

Efficience de l’utilisation de l’eau (en gCO2.kg-1H2O)

1-3 2-5 10-40

Taux de photosynthèse maximum (+/-5mgC02.dm-2.h-1)

30 60 3

Température optimale 20-30°C 30-45°C 30-45°C

Point de compensation 50ppm 5ppm 2ppm

Photorespiration forte faible faible

Nombre d’ATP nécessaire pour produire un glucose

18 30 ?

Enzyme clefs Rubisco Rubisco + PEP carboxylase Rubisco+ PEP carboxylase

L’intérêt de la photosynthèse en C4 peut être aussi envisagé dans le cadre de l’évolution de l’environnement terrestre au 21éme siècle, à la fois pour le taux de C02 et pour les températures.

Quels sont alors les avantages et les inconvénients des plantes en C3 et C4 par rapport aux évolutions prévues de ces paramètres environnementaux.

Quels effets envisageables sur la culture de la canne à sucre à la Réunion ?

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Partie 2 : La canne à sucre, une activité majeure pour La Réunion

Introduction : D'un point de vue environnemental, la canne à sucre semble être une culture tout à fait intéressante :

à la différence de la plupart des autres monocultures tropicales, elle « tient » les sols et limite leur érosion (culture couvrante, système racinaire) ;

bonne résistance aux aléas climatiques de type cyclone,

bonne adaptation climatique. Cependant, dans une logique « développement durable », il faut aussi s'intéresser aux deux autres « piliers », celui du développement économique et du développement social. Pour cela, il convient de changer d'échelle et de réfléchir en incluant l'ensemble « canne à sucre à La Réunion » à différents niveaux d'analyse.

Un contexte très particulier, celui d'un « DROM »

La Réunion avec 2500 kilomètres carrés est la plus grande île des DROM « département et région d'outre mer », ces confettis du vieil Empire colonial français. L’ancienne île Bourbon a pris son nom actuel sous la Révolution, en 1793. Île volcanique et montagneuse, à la topographie contrastée, elle présente les caractéristiques du modèle des îles tropicales de l’outre-mer français et répond au modèle classique du DROM tropical, schématisé

dans les manuels scolaires :

Source : Manuel Hatier, Première, édition 2011 Cependant, le tourisme occupe une place moindre dans l’économie que les Antilles. D'ailleurs, la Réunion a mis en

avant le caractère « paradis perdu » de l’île forestière et volcanique, misant moins sur le tourisme balnéaire que les Antilles (le tourisme réunionais est d'abord « affinitaire » : visite de proches, les ¾ des 400000 touristes viennent de

métropole).

On doit la considérer dans le cadre de l'Union Européenne car il s'agit d'une « RUP » Région ultrapériphérique ( comme les Açores, les Canaries, la Guadeloupe, La Guyane, Madère, La Martinique, Mayotte et Saint Martin), c'est à dire qu'administrativement La Réunion appartient au territoire communautaire.

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L’organisation de l’espace est alors globalement simple : - Le nord et l’ouest de l’île sont polarisés par la Réunion, - Saint-Paul-Le –Tampon a conservé une certaine autonomie, constituant un petit pôle sur la côte

ouest dans lequel est inclus Saint-Gilles, principale station balnéaire, - Le reste de la côte est assez marginalisé, ponctuellement organisé autour de quelques pôles urbains.

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Croquis extrait Magnard, Première, Géographie, 2011 2, Des activités agricoles « contraintes » par le milieu :

La surface agricole utile (SAU) est estimée à 18 % de la superficie totale de l’île (soit 45 085 ha en 2012). Cette faiblesse s’explique par les conditions topographiques et est accentuée par la pression foncière qui touche particulièrement les terrains plans (selon la DAAF la SAU a diminué de près d’1/5 depuis 30 ans).

Données INSEE- surfaces en ha 1989 2000 2010 2012p

Surface agricole utile1 (SAU) dont : 54 035 47 792 45 313 45 085

Terres arables 43 230 36 258 33 172 32 998

Cultures fruitières permanentes 1 442 2 066 1 916 1 846

Surfaces toujours en herbe 9 296 9 374 10 146 10 168

Vignes, cultures florales et végétaux divers 67 94 79 73

Territoire agricole non cultivé /// 54 200 47 579 44 419

Superficie boisée /// 87 021 90 000 92 045

Territoire non agricole /// 62 987 69 108 70 451

Superficie totale de La Réunion 252 000 252 000 252 000 252000

Comme vu ci-avant (Partie 1) il y a une grande diversité climatique en raison des jeux de l’altitude et de l’exposition ce qui permet une exceptionnelle diversité de cultures (tropicales comme tempérées) pour une

si faible SAU. Cependant, la canne à sucre domine très largement, représentant 55 % de la SAU.

3. La canne à sucre réunionnaise : une activité qui se maintient

- rappel historique : - La canne à sucre s'est développée à La Réunion au XIXème siècle (à un moment où

la France a perdu Saint Domingue) en s'appuyant sur l'esclavage (achetés à Madagascar, Zanzibar ou côte

Est de l'Afrique) puis ensuite après l'abolition de lesclavage (1848) sur le système de l'engagisme, main

d’œuvre peu chère engagée pour une durée minimale, en particulier en Inde. Cela donne une identité

particulière à la canne à sucre.

- La canne à sucre est devenue une activité déterminante pour la Réunion lorsqu'après

l'ouverture du canal de Suez (1859) elle a cessé d'être une escale sur la route des Indes.

- Au niveau mondial, la production de canne à sucre est dominée par quelques grands producteurs (les 2/3 de

la production sont assurés par le Brésil, l'Inde et la Chine). Elle est soutenue par une demande forte (

démographie+niveau de vie+agrocarburants).

- Le maintien de l'activité « canne à sucre » dans les DROM doit cependant être considéré au niveau

européen. L'UE est un important producteur de sucre, mais essentiellement à partir de betteraves sucrières

qui ne permettent pas de couvrir la totalité de la consommation. Dans le cadre de la PAC, la production

sucrière des « régions ultra-périphériques » (RUP) a été soutenue, alors que son coût n'est pas concurrentiel à

l'échelle mondiale. Pour cela, des aides compensatoires ont été fournies aux DROM dans le cadre d'un quota

de production qui n'a pas été atteint (quand un producteur touche 80 euros la tonne de canne à sucre, 60

euros proviennent de « subventions »).

- Au niveau des DROM, la production de La Réunion demeure la plus importante, elle y est d'ailleurs plus

présente. Si les années 1990 avaient été une période de repli, on constate que les politiques mises en place

ont permis un maintien relatifs des surfaces qui y sont consacrées, qui est passé par une modernisation des

usines et un processus de concentration des exploitations (7,6 ha en moyenne pour les 3500 exploitations en

2012, soit une surface deux fois plus grande des exploitations qu'en 1980):

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Surfaces cultivées, INSEE, en ha Aussi, la canne à sucre représentait en 2012 le tiers de la valeur de la production agricole réunionnaise avec environ 134 millions d'euros pour une valeur totale de 404 millions d'euros. Avec les produits de la pêche, le sucre est l'une des rares productions exportées.

4, Les enjeux de l'activité sucrière à La Réunion Une filière qui structure une partie conséquente de l'économie de l'île :

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Comme l'illustre ce document, qui avait été réalisé à partir des données de l'année 2000 par l'université de La Réunion (ceresur), la filière canne à sucre est au cœur d'un système agro-industriel avec 3 débouchés principaux :

le sucre la production d'électricité (valorisation de la bagasse) la production d'alcool (rhum). Il n'y a plus que deux usines de raffinage, qui ont concentré d'importants investissements : Le Gol (Sud de l'île) et Bois Rouge (Nord-Est) . Elles ont chacune une capacité de traitement d'un million de tonnes de canne à sucre et appartiennent au groupe TEREOS, un groupe industriel coopératif 4ème producteur mondial de sucre (5 milliards d'euros de chiffres d'affaires).

Un enjeu social fondamental

Aussi, la canne à sucre joue un rôle fondamental dans l'emploi, dans le contexte d'un territoire marqué par un très fort chômage. Ainsi, en 2013, on estime à un peu plus de 11000 emplois directs à la canne à sucre

(mais beaucoup saisonniers) et 2000 emplois indirects. Cela représente 8 % des emplois du secteur privé à la

Réunion, ce qui est très important dans le contexte réunionnais (29 % de chômeurs, 59% parmi les jeunes

selon l'enquête emploi 2013).L'industrie sucrière utilise cet argument pour peser dans les renégociations de

la PAC, comme le montre cette extrait de la lettre de l'industrie du sucre (avril 2014)

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En effet, les accords actuels (la convention canne) prennent fin en 2015, un nouveau cycle s'ouvre dans un

contexte difficile :

au niveau local, difficultés de l'emploi, la canne à sucre étant l'un des rares secteurs stables,

au niveau européen, l'élargissement à l'Est affaiblit le poids des pays producteurs de sucre (France,

Allemagne, Belgique) et ayant des RUP,

au niveau mondial, les pays du Sud en premier lieu le Brésil ont engagé un combat contre les

subventions agricoles, en particulier dans le cadre de l'OMC, organisation mondiale du commerce.

Un enjeu d'aménagement du territoire avec le gigantesque projet en voie d'achèvement de basculement des

eaux (creusement de tunnels dans des conditions géotechniques très difficiles -perte d'un tunnelier!- pour

amener de l'eau de l'Est à l'Ouest à partir du cirque de Salazie).

Pour conclure...

Au final, l'approche de l'industrie canne à sucre à la Réunion doit donc se faire à plusieurs niveaux :

le système d'information géographique (ici Qgis) permet la mise en relation de la localisation de la

canne à sucre avec de nombreux facteurs,

l'analyse par photo interprétation des images satellitaires permet de mesurer les processus à l’œuvre

(notamment la pression de l'urbanisation/culture de la canne à sucre),

le traitement d'image permet de cartographier précisément les espaces cultivés en canne à sucre

(notamment de réaliser des classifications que l'on peut grâce au sig confronter à la répartition de

2006 (base Land and cover). Il permet également de mesurer la productivité végétale.

Cependant, la compréhension du « terrain » doit aussi faire appel à des acteurs qui jouent à plusieurs

échelles : la dimension socio-économique à l'échelle de l'île, les décideurs nationaux et européens, les

groupes de pression internationaux. Ce « jeu d'acteurs » pèse lourdement sur l'avenir de la filière

sucre à La Réunion.

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3. Pistes pour des usages pédagogiques… 31. Place dans les programmes

En SVT Collège Troisième :

Responsabilité humaine santé et environnement : « l’homme pour les besoins de production nécessaires à son alimentation » ; les énergies fossiles sont comparées aux énergies renouvelables. »

Lycée Seconde : Enjeux planétaires contemporains : énergie, sol : « La lumière solaire permet, dans les parties chlorophylliennes des végétaux, la synthèse de matière organique à partir d'eau, de sels minéraux et de dioxyde de carbone » Pour satisfaire les besoins alimentaires de l’humanité, l’Homme utilise à son profit la photosynthèse. L’agriculture a besoin pour cela de sols cultivables et d’eau : deux ressources très inégalement réparties à la surface de la planète, fragiles et disponibles en quantités limitées. Elle entre en concurrence avec la biodiversité naturelle. La biomasse végétale produite par l’agriculture est une source de nourriture mais aussi une source de combustibles ou d’agrocarburants. Ces deux productions entrent en concurrence. » Première ES/L : Nourrir l'humanité « Le choix des techniques culturales doit concilier la production, la gestion durable de l’environnement et la santé. »

Première S : Nourrir l'humanité : La production végétale : utilisation de la productivité primaire.

« L’agriculture repose sur la constitution d’agrosystèmes gérés dans le but de fournir des produits (dont les aliments) nécessaires à l’humanité. Un agrosystème implique des flux de matières (dont l’eau) et d’énergie qui conditionnent sa productivité et son impact environnemental. Le coût énergétique et les conséquences environnementales posent le problème des pratiques utilisées. Le choix des techniques culturales vise à concilier la nécessaire production et la gestion durable de l’environnement »

Terminale S : Tronc commun : La plante domestiquée « Les plantes (on se limite aux angiospermes), directement ou indirectement (par l'alimentation des animaux d'élevage) sont à la base de l'alimentation humaine. Elles constituent aussi des ressources dans différents domaines : énergie, habillement, construction, médecine, arts, pratiques socioculturelles, etc. La culture des plantes constitue donc un enjeu majeur pour l'humanité. » Spécialité : Énergie et cellule vivante « La cellule chlorophyllienne des végétaux verts effectue la photosynthèse grâce à l'énergie lumineuse. Le chloroplaste est l'organite clé de cette fonction. La phase photochimique produit des composés réduits RH2 et de l'ATP. La phase chimique produit du glucose à partir de CO2 en utilisant les produits de la phase photochimique. » Atmosphère, hydrosphère, climats : du passé à l'avenir « Les enveloppes fluides de la Terre (atmosphère et hydrosphère) sont le siège d'une dynamique liée notamment à l'énergie reçue du Soleil. Elles sont en interaction permanente avec la biosphère et la géosphère. Le climat, à l'échelle globale ou locale, est à la fois le résultat de ces interactions et la condition de leur déroulement. La compréhension, au moins partielle, de cette complexité permet d'envisager une gestion raisonnée de l'influence de l'Homme. »

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En géographie

Collège

Troisième II - Aménagement et développement du territoire français III - Le rôle mondial de la France et de l'Union européenne

Lycée

Seconde : Sociétés et développement durable Thème 2 : Gérer les ressources terrestres

Nourrir les hommes La canne à sucre peut permettre d'illustrer la réflexion sur les agricultures durables.

L’eau, une ressource essentielle Thème 4 : Gérer les espaces terrestres

Les espaces exposées aux risques majeurs

Première séries générales : France et Europe : dynamiques des territoires dans la mondialisation Thème 2 - Aménager et développer le territoire français Thème 3 - L'Union européenne : dynamiques de développement des territoires

Les territoires ultramarins de l'UE et leur développement. Une étude de cas consacrée à La Réunion peut consacrer une partie aux enjeux de la canne à sucre.

Thème 4 - France et Europe dans le monde

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32. Des activités possibles Par ordre croissant de complexité…

Exo 1 : Elaborer un projet initial pour des élèves, sans données locales. o Objectif : Constituer un projet QGIS initial, sans ressources locales, que vos élèves n’auront

qu’à ouvrir pour travailler…

o Trois impératifs ! Que les machines soient connectées, que QGIS soit installé et que l’accès aux sites distants soit paramétré sur ces machines (voir Fiches méthodologiques).

o Lancer Qgis et ouvrir l’extension OpenLayers plugin. Si elle n’apparaît pas, la faire afficher.

Choisir la couche Google Physical Layer. Zoomer sur La Réunion. o Ajouter deux autres couches distantes, vectorielles cette fois. Utiliser un accès WFS. Les

paramètres sont les suivants :

Nature Origine Url Les cours d’eau (seulement) BD Carthage Réunion http://clc.developpement-durable.gouv.fr/geoserver/wfs

Le zonage de la canne à sucre (en 2007). Ancien mais pratique.

Base Corine Land Cover http://clc.developpement-durable.gouv.fr/geoserver/wfs

o Mettre en forme ces couches.

o Mettre en bleu le tracé des cours d’eau

o Changez les propriétés du zonage Corine Land Cover, en prenant un symbole catégorisé pour ne représenter que les surfaces consacrées à la canne par le champ Code_00 et limité par la requête Code_00=’224’. Ce code désigne dans la nomenclature CLC les parcelles consacrées à la canne à sucre.

o Ces deux couches étant vectorielles, vous pouvez les sauvegarder localement pour un emploi ultérieur.

.

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o Obtenir ceci :

o Sauvegarder votre projet et le distribuer comme document de travail pour les élèves. Ils n’auront qu’à l’ouvrir pour reconstituer cette carte.

o Leur travail peut commencer : utilisation des outils de mesure pour évaluer la superficie de l’île, ses dimensions. Réflexion basique sur la localisation de la culture de la canne, usage du module d’impression, etc…

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Exo 2 : Introduire deux images dans le projet.

o Une image Spot 5 du 30 mai 2011 avec trois canaux (R,V, PIR) de 10 m de résolution o Un extrait d’une Pléiades du 11 avril 2013.

o Amorcer dans cet exercice la compréhension de la nature d’une image satellite.

o Multiples questionnements possibles…

Introduire la notion de canaux (band) rassemblés ans un même fichier. La composition en ligne et colonne et le calcul de la surface au sol de l’image par la

résolution du pixel. (nb lignes x résolution pour la hauteur) Quelle est la plus « précise » et pourquoi (en faisant relever les propriétés des

images) ? Pourquoi l’une est-elle « rouge » et l’autre pas ? Les parcelles au sol sont-elles les mêmes ? Comment interpréter certains détails de l’image Pléiades ? Ici par exemple…

o On constate vite que d’autres outils d’analyse sont nécessaires...

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Exo 4 : Étude de la signature spectrale (profil spectral) dans l’agrosystème canne à sucre.

o Lancer le plugin TerreImage. Choisir un affichage en fausses couleurs puis activer l’outil Profil spectral

o On remobilise ici la compétence 10 des ateliers méthodologiques

o Mesurer les variations de la réponse spectrale selon la surface du sol (sols nus, champs de canne, zone anthropisée, zone de végétation sauvage (ravine, forêt).

o Comparer les signatures spectrales entre elles ; quelles informations nous apportent-elles concernant la réflectance des différentes surfaces ? Quel enseignement en tirer ?

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Complément scientifique : la comparaison avec le spectre d’absorption Vous avez ci-dessous un spectre d’absorption (défini par la quantité de lumière absorbée par un composé) des chlorophylles a et b, obtenus expérimentalement à partir d’extraits purifiés de ces molécules.

Comparer la signature spectrale de l’agrosystème canne à sucre ou celle d’une zone de végétation sauvage à ce spectre d’absorption.

Comme pourrait-on définir la signature spectrale par rapport à ce spectre d’absorption ?

Comment expliquer la signature spectrale de la végétation active ?

Spectres d’absorption des chlorophylles a et b ; source : Wikipedia.

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Exo 5 : L’intérêt du calcul d’un indice de végétation o Définition :

L'indice de végétation normalisé (NDVI pour Normalized Difference Vegetation Index) consiste à

soustraire au canal infrarouge (où la couverture végétale a de fortes réflectances) le canal rouge (où les surfaces minéralisées ont de fortes réflectances).

Le néocanal résultant présente un gradient croissant d'activité végétale allant du noir signifiant absence de couverture, au blanc qui rend compte d'une activité chlorophyllienne très élevée.

Sa formule est : (PIR - R) / (PIR + R) Les valeurs du NDVI s'étendent de –1 à +1. Fortes valeurs : couvert végétal dense. Faibles valeurs : couvert très clairsemé avec influence des minéraux.

Source : Olivier de Joinville, cours télédétection, ENSG

o Pour l’image Pléiades précédente ici on obtient le résultat suivant :

o Ces types de traitements (et d’autres plus sophistiqués) sont utilisés pour surveiller l’évolution de la croissance de la canne à l’échelle de l’île (estimation du volume attendu de la production) mais aussi à l’échelle des parcelles (pour évaluer d’éventuels déficits de croissance et tenter d’y palier). On parle alors d’agriculture de précision.

Sols nus

Parcelles de canne à maturité (coupe commencée)

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Exo 6 : une classification non-supervisée pour obtenir une cartographie différente de l’occupation des sols.

Cet exercice s’appuie sur la fiche méthodologique 13 Rappel : Une classification opère un regroupement de pixels en classes individuelles ou catégories de données, basées sur les valeurs radiométriques des différents canaux qui constituent une image satellite multibande. Ce calcul aboutit à la création d’un néo-canal et donc d’une image (monocanale) indépendante qui fournit des informations que « l’œil nu » de voit pas.

Dans la classification de type non-supervisée, l’utilisateur fixe seulement le nombre de classes (par défaut souvent 5), puis le traitement applique un algorithme ( Kmeans pour TerrImage ) qui examine l'ensemble des signatures spectrales de tous les pixels de l'image et détermine des groupements par pixels ayant une signature spectrale similaire.

Pour l’image Pléiades on obtient le résultat suivant :

Pour obtenir une classification supervisée voir la fiche méthodologique 14.

Classification non-supervisée

Sols nus bien identifiés

Mise en évidence de nuances intra-parcellaires dans la croissance de la canne, peu évidentes

dans le « visible ».

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Bibliographie / Sitographie :

SIG et télédétection

o Les cours en ligne de l’ENSG sur les SIG et la télédétection http://fad.ensg.eu/moodle/

o Le site académique SVT de Nantes (Travaux de F. Cordelier sur Qgis).

Agriculture et développement

Bibliographie : LECAILLE M. La canne à sucre dans les Hauts de l’île de la Réunion : étude de l’implantation des variétés et projection géographiques des résultats de recherche agronomique. Mémoire de master 2 CIRAD, Université de Montpellier. 2012. AGRONEWS Canne à sucre, la recherche relève de nouveau défis. Cerf. 2009. SAGE R.F. The evolution of C4 photosynthesis. Newphytologist (2004) 161: 341–370

HOPKINS W.G. Physiologie végétale. De Boeck Ed. 2003. 514p. Sitographie : Site du Sertit sur le cyclone Bejisa http://sertit.u-strasbg.fr/RMS/action.php?id=7250639101 Site du Centre des cyclones tropicaux de la réunion http://www.meteo.fr/temps/domtom/La_Reunion/webcmrs9.0/# Site Vie (DGESCO/ENS/UPMC) http://http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/ Site du Cirad

http://www.cirad.fr/publications-ressources/science-pour-tous/dossiers/canne-a-sucre/ce-qu-il-faut-savoir Le Cirad est un centre de recherche français qui répond, avec les pays du Sud, aux enjeux internationaux de l’agriculture et du développement.

http://www.cirad.fr/ Site le sucre http://www.lesucre.com/fr/article/de-la-plante-au-sucre/la-culture-de-la-canne-a-sucre Site de la DAF de la Réunion http://www.daf974.agriculture.gouv.fr/Canne-a-sucre