nutrition en minéraux - du sol à la santé humaine - 2009
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Nutrition des plantes et nutrition
humaine, l’influence des minéraux
-1-Eléments
minéraux
et santé
humaine
-2-Eléments
minéraux
et nutrition
des plantes
-3-Eléments
minéraux :
du sol à
l’assiette ?
Introduction
1
Conclusion
K.EDWARD, BioGrafx
Introduction aux minéraux
Les minéraux sont classés, tant en nutrition humaine que végétale, suivant leurs quantités
nécessaires au métabolisme. Pour autant, certains minéraux présents en très faible quantité,
sont aussi essentiels que d’autres présents en plus grande proportion. (Fer et transport de
l’oxygène chez les animaux, Magnésium et chlorophylle chez les végétaux)
Molécule de
chlorophylle avec
au centre le
magnésium
Hème, avec au
centre le fer, sous-
unité
fondamentale de
l’hémoglobine
Minéraux majeurs (macronutriments) :
N, P, K, Mg, Ca, Mn
Minéraux mineurs (micronutriments, éléments traces, oligo-éléments) :
Cu, Si, Mo, S, Fe, Zn, I, B
l’hémoglobine
2
De la nutrition végétale ...
«l'augmentation du prix des engrais va nous obliger à repenser la fertilisation »
Michel Griffon, directeur de l’Agence Nationale pour la Recherche, avril 2009
« Il ne s’agit pas de remettre en cause les modèles de développement de la
production des dernières décennies, mais de se rendre bien compte qu’un modèle
Introduction aux minéraux
production des dernières décennies, mais de se rendre bien compte qu’un modèle
s’appuyant sur une utilisation forte de ressources pétrolifère pour fournir les
engrais, les molécules phytosanitaires, … est un modèle qui touche à sa fin. »
Jean-Yves Carfantan, économiste, avril 2009
3
Repenser la fertilisation : un impératif économique.
Grenelle : de nouvelles contraintes environnementales pour
l’agriculture (nitrates, pesticides).
... à la santé humaine.
« Il apparaît que les taux de carences en minéraux sans symptômes cliniques, qu’on
croyait avant n’être que de moindre importance peuvent en fait détériorer le
développement intellectuel, être la cause d’une mauvaise santé et de morts
prématurés sur une échelle presque inconcevable, et condamne peut-être un tiers de
Introduction aux minéraux
prématurés sur une échelle presque inconcevable, et condamne peut-être un tiers de
la population mondiale à vivre en dessous de son potentiel physique et mental. »
UNICEF & The Micronutrient Initiative. 2004. Carences en vitamines et minéraux.
4
Un axe majeur de prévention contre les maladies chroniques.
Les minéraux dans la chaîne alimentaire...
Introduction aux minéraux
- Des carences pour les cultures : Sensibilité
accrue aux maladies et aux stress physiques.
- Une qualité nutritionnelle des récoltes qui
n’est pas optimale.
- Une surconsommation de « plats
transformés », pauvres en nutriments.
- Une sous-consommation de fruits et légumes,
vecteurs principaux des minéraux.
Problématique
nutrition
Problématique
agriculture +
5
... une répercussion sur la santé des populations
Introduction aux minéraux&
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« C’est sans aucun doute cet effet de facteur
à risque, lié au déficit très modéré, qui
constitue l’aspect le plus important de ces
micronutriments pour la santé publique,
beaucoup plus que les rares cas de carences
profondes. »
FAVIER.A. 1991. Les oligoéléments en médecine et
biologie. Lavoisier. Paris. p73.
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6
Faibles quantités mais grande nécessité :- L’importance physiologique d’un minéral est sans relation avec sa quantité totale présente dans l’organisme.
- Le plasma sanguin qui transporte les nutriments à l’ensemble des cellules comporte une fraction stabilisée de 50 minéraux qui assure la régulation de l’homéostasie du corps humain.
1 - Eléments minéraux et santé humaine
Des risques avérés de carences liés à l’alimentation- « Une évolution marqué des régimes alimentaires (plats préparés, diminution de la part des fruits et légumes, faible diversité de l’alimentation) ne permet plus toujours un apport suffisant de minéraux. »WELCH, R. 2004. Link between the application of micronutrients to crops and human
- « Les carences en vitamines et minéraux actuellement observées dans les populations les plus pauvres sont la conséquence de la consommation de régimes dont la monotonie est sans précédent dans l’histoire de l’espèce humaine. »(M.GOLDEN. 2006. Department of Medicine and Therapeutics, Aberdeen University)
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Rôles physiologiques de quelques minéraux
Impact des nutriments minéraux sur la santé
Généraux
- Croissance et maturation
- Intégrité cellulaire
- Défenses immunitaires
Cuivre
Impliqué dans le métabolisme lipidique, le
développement osseux, la maturation des tissus
conjonctifs. Rôle préventif des maladies cardio-
vasculaires.
Fer
Impliqué dans le transport de l’oxygène par les
hématies, les carences conduisent à des anémies
sévères. Les mitochondries ont également besoin de
1 - Eléments minéraux et santé humaine
Spécifiques
-Maladies cardio-vasculaires
(pression sanguine,
thrombogenèse, rôle
antioxydant)
- Cancer (rôle antioxydant,
croissance et réplication
cellulaire)
- Ostéoporose (structure
osseuse, tissus connectifs)
SANDSTROM B. 1998. Role of trace elements for
health promotion and disease prevention. Bibl Nutr
Dieta. 54:1-7
sévères. Les mitochondries ont également besoin de
fer pour leur métabolisme énergétique.
Zinc
Intervient dans le fonctionnement de plus de 300
enzymes. Son rôle est crucial dans la régulation
génétique par l’intermédiaire de l’ARN et de l’ADN.
Iode
Composant principal des hormones thyroïdiennes qui
sont essentielles à la croissance et au développement
cérébral. Les carences en iode affecteraient 1,5
milliards d’individus à l’échelle mondiale.
Sélénium
Rôle d’antioxydant, il prévient des dystrophies
musculaires, et des problèmes d’insuffisances
cardiaques. Les populations carencées en sélénium
présentent des taux plus élevés de cancers.
TAKKAR P.N. 2004. Micronutrients and human health. IFA
international symposium on micronutriments, New Delhi, India. p4
8
Impacts sur la santé humaine
« Les résultats d'un certain nombre de travaux épidémiologiques, cliniques et expérimentauxsuggèrent que des apports faibles en certains minéraux et vitamines, ou des statuts biologiques
correspondant à des réserves faibles en certains minéraux et vitamines pourraient intervenir
comme facteurs de risque de certaines pathologies, perturber de grandes fonctions métaboliques
de l'organisme et ne pas permettre un niveau de santé optimal. »Serge Hercberg - Directeur de l'Institut scientifique et technique de la Nutrition et de l'Alimentation Conservatoire national des Arts
1 - Eléments minéraux et santé humaine
Maintenir un pool de minéraux suffisant pour éviter toute situation de carences
prolongées (même faibles).
Assurer ce pool par une consommation suffisante de légumes, fruits et produits
complets (références Plan Nutrition Santé).
Serge Hercberg - Directeur de l'Institut scientifique et technique de la Nutrition et de l'Alimentation Conservatoire national des Arts
et Métiers, Paris.
« Nous insistons sur la possibilité que l'effet anti-cancéreux des éléments traces pourrait dépendre
de leur rôle dans le maintien d'une réponse immunitaire "optimale". »UNESCO Institut Trace Elements. 2005
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2 - Minéraux et nutrition végétale
- Les minéraux font partis des éléments fondamentaux du règne végétal au même titre que
l’énergie lumineuse ou que le dioxyde de carbone et
l’oxygène
-L’importance physiologique des minéraux pour les végétaux est le fruit d’un long processus évolutif végétaux est le fruit d’un long processus évolutif
depuis leurs ancêtres : les algues, ayant évolué dans
un milieu marin riche en minéraux.
- Tous les minéraux ont des fonctions spécifiques biens connues qui ne peuvent être remplies en cas
d’approvisionnement insuffisant.
- Les mécanismes d’absorption des minéraux sont
complexes et font intervenir les champignons et bactéries présents dans le sol, constituants de la
rhizosphère. 10
La fertilisation des sols est une des composantes principales des gains de
rendements observés depuis plus de 50 ans.
Les industries de la fertilisation se sont presque uniquement appuyées sur le trio
N,P,K pour leurs formules commercialisées.
Les minéraux font partis des éléments fondamentaux du règne végétal au
même titre que l’énergie lumineuse ou que le dioxyde de carbone et l’oxygène.
2 - Minéraux et nutrition végétale
N,P,K pour leurs formules commercialisées.
11
• Appauvrissement des sols en minéraux non restitués par la fertilisation.
• Impact environnemental lié au lessivage et à une sur-fertilisation NPK.
• Problème économique lié à la hausse du prix des engrais NPK.
L’importance physiologique des minéraux pour les végétaux est le fruit d’un long processus évolutif
depuis leurs ancêtres : les algues, ayant évolué dans un milieu marin riche en minéraux.
Cuivre
Constituant de nombreuses enzymes, ayant des rôles
dans la photosynthèse, la respiration, le métabolisme
protéique et glucidique. Rôle dans la formation du
pollen et des composés ligneux.
Fer
Constituant des cytochromes et des plusieurs
métalloenzymes, rôle dans la photosynthèse, la
fixation symbiotique de l’azote et des métabolismes
azotés.
Constituant de nombreuses enzymes ayant des rôles
2 - Minéraux et nutrition végétale
• «La photosynthèse à elle seule ne suffit pas à
créer la vie végétale. Il y faut d’autres matières
premières, avant tout des minéraux.»(p50)
• « La terre est la source des matières nutritives minérales. Les plantes se rapprochèrent de cette
source. L’eau ne constitue que le moyen de
transport. » (p65)
12
Zinc
Constituant de nombreuses enzymes ayant des rôles
dans la synthèse glucidique et protéique. Maintien de
l’intégrité des membranes, régulation de la synthèse
d’auxine et de la formation du pollen.
Bore
Métabolisme et transport des glucides, régulation des
méristèmes et de l’élongation racinaire. Métabolisme
des composés phénoliques, synthèse des membranes
cellulaires.
Manganèse
Photolyse de l’eau dans les chloroplastes, régulation
des activités enzymatiques. Protection contre les
oxydations des membranes.
Rappel des fonctions essentielles de certainsminéraux dans les plantes.
(ALLOWAY,B. 2008. Micronutrients deficiencies in global crop production.
Springer. p8)
transport. » (p65)
• « L’impulsion décisive fut ensuite donnée par
une innovation qui améliorait grandement
l’absorption des sels minéraux par les végétaux
terrestres, ce fut la formation à l’intérieur de la
plante de conduits acheminant l’eau. Ces canaux
permettent à la plante de former de véritables
racines, de les enfoncer dans le sol et de puiser
par l’intermédiaire de ces racines l’eau et les sels minéraux qui ne sont pas encore remontés en
surface. »(p69)
REICHHOLF J*. 1992. L’émancipation de la vie. Flammarion
*(professeur de biologie et d’écologie à l’université de Munich)
« 8 micronutriments (ou éléments traces) sont essentiels pour une croissance saine des plantes supérieures. Si un ou plusieurs des ces éléments viennent à manquer, les cultures ne pourront atteindre leurs rendements maximum, et la qualité de la production sera dégradée. »
« L’incidence générale, et notamment la sensibilité aux maladies, des déficiences en micronutriments est sur le point d’augmenter en raison de l’intensification de l’agriculture. Dans beaucoup de situations cela nécessitera des applications régulières de fertilisants à base de micronutriments. »
Tous les minéraux ont des fonctions spécifiques biens connues qui ne peuvent
être remplies en cas d’approvisionnement insuffisant.
2 - Minéraux et nutrition végétale
« La composition de ces cultures en micronutriments est également importante afin de fournir les apports adéquats aux populations. »
Tendances futures dans les besoins des cultures en micronutriments. in ALLOWAY,B. 2008. Micronutrients deficiencies in
global crop production. Springer
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• Sensibilité accrue des plantes aux maladies en raison des carences.
• Diminution de la teneur en minéraux des plantes, essentiels à la santé
des populations.
Tous les minéraux ont des fonctions spécifiques biens connues qui ne peuvent
être remplies en cas d’approvisionnement insuffisant.
2 - Minéraux et nutrition végétale
Sensibilité des légumes aux carences en minéraux (H: élevée, M: moyenne, L: faible)in BELL & DELL. Micronutrients for sustainable food. IFA. 2008.
14
« Les végétaux appuient leur système racinaire
sur une symbiose avec les champignons (symbioses mycorhiziennes) présents dans le sol.
En échange de carbone et d’énergie, ils mettent
à disposition des racines une fraction importante des minéraux présents dans le sol. On peut dire que ces symbioses constituent un
Les mécanismes d’absorption des minéraux sont complexes et font intervenir les
champignons et bactéries présents dans le sol, constituants de la rhizosphère*.
2 - Minéraux et nutrition végétale
On peut dire que ces symbioses constituent un phénomène fondamental et universel dans le
monde vivant. »FORTIN & al. Les mycorhizes, la nouvelle révolution verte.
Quae. 2008.
15
• Augmentation de la surface racinaire (Racines seules : 1m², avec réseau
mycélien : 11m²).
• Action biochimique sur les minéraux présent dans le sol (dissolution,
chélation) indispensable à leur absorption par les plantes.
Représentation schématique d’un apex racinaire mycorhizé par un
champignon
• Prix des engrais NPK
• Pertes de rendement liées aux carences
2 - Minéraux et nutrition végétale
Facteur économique Facteur agronomique Facteur écologique
• Lessivage des engrais
• Utilisation nécessaires de pesticides
• Sensibilité aux maladies liées à des carences
• Prise en compte
16
carences
• Baisse de la qualité des récoltes
•Faible valeur nutritionnelle des récoltes
• Prise en compte limitée de la rhizosphère dans les transferts de minéraux
Quelles techniques de fertilisation et pratiques agronomiques pour répondre à ces problématiques ?
3 – Minéraux, du sol à l’assiette
17
“ Un apport adéquat et équilibré de minéraux à partir des produits
agricoles n’a jamais été un but explicite des entreprises agricoles ou
des politiques gouvernementales. ”
Ross WELCH, Laboratoire Plantes, sol et nutrition. Cornell University
3 – Minéraux, du sol à l’assiette
L’exemple du sélénium en Finlande
Problème Niveau de sélénium trop bas dans l’alimentation de la population
en raison d’une faible teneur des sols et donc des récoltes.
Solution Dans le but d’améliorer les apports de Sélénium, le gouvernement
finlandais a lancé un programme d’enrichissement des fertilisants
18
finlandais a lancé un programme d’enrichissement des fertilisants
NPK. (16mg de Sélénium/kg)
Résultat De 1984 à 1985, après l’introduction du sélénium dans les
fertilisants, son apport pour les populations augmenta de
35mg/personne à 110mg/personne.
D’autres pays on suivant cette méthode comme la Turquie avec le Zinc et l’Inde avec
le Bore.
3 – Minéraux, du sol à l’assiette
Transfert des minéraux du sol à la plante
Altérations chimiques et altérations mécaniques des roches sont les
moteurs de l’approvisionnement en minéraux des sols.
Les éléments minéraux sont prélevés
19
Le sol, interface fragile.Edition Inra. 1998
Les éléments minéraux sont prélevés par la plante dans la solution du sol
sous forme ionique.
Les rhizobactéries et les mycorhizes exercent une action très significative
sur la dissolution d’éléments minéraux et contribuent à la nutrition minérale
de la plante.
3 – Minéraux, du sol à l’assiette
Transfert des minéraux dans la chaîne alimentaire
Fonction de constitution et entretien des tissus :
Fonction énergétique :
Glucides, lipides, protéines
Alim
en
tati
on
20
Fonction de constitution et entretien des tissus :
Protéines, lipides, minéraux (Ca et P)
Fonction de régulation du métabolisme :
Minéraux, Vitamines
Alim
en
tati
on
« Nous avons besoin d’énergie, sous forme de lipides et glucides, mais nous avons aussi
besoin de plus ou moins 50 minéraux, et tous les êtres vivants en ont besoin. Si vous ne
les avez pas, c’est comme ne pas mettre d’huile dans votre voiture, vous devez
consommer plus d’énergie et au final vous détruisez la mécanique. »
Bruce AMES, Université de Berkeley, spécialiste des micronutriments
3 - Minéraux et nutrition végétale
Quels leviers d’action pour réduire les carences ?
Changement des habitudes
Compléments intégrés à la nourriture elle-même
Biofortification des cultures par approche génétique
Biofortification des récoltes
21
Changement des habitudes alimentaires
Biofortification des récoltes par fertilisation des cultures
FARDEAU & EVEILLARD, Quels liens entre fertilisation et alimentation, voire la santé humaine. UNIFA. 2009
3 – Minéraux, du sol à l’assiette
Un lien entre apport de minéraux aux cultures et la santé humaine
En plus de s’intéresser à la question des rendements des cultures, il sera
nécessaire de s’interroger sur les bénéfices nutritionnels qui seront
apportés.
Welch et Graham (2005)* estiment que les systèmes de production
agricole doivent être plus que de simples producteurs de glucides, en
considérant les niveaux de disponibilités d’autres nutriments essentiels,
notamment les minéraux et les vitamines. (...)
22
notamment les minéraux et les vitamines. (...)
L’amélioration de la qualité nutritionnelle des cultures peuvent être
réalisées par des procédés agronomiques et des améliorations variétales.
Ces stratégies peuvent être utilisées pour améliorer la densité en
minéraux des récoltes, et par conséquent accroitre les apports de
l’alimentation.
Un intérêt marqué des producteurs pour des cultures enrichies en
minéraux pourrait se développer en parallèle de marchés demandeurs
d’aliments riches en nutriments. De tels marchés existent déjà en Europe
ou aux Etats-Unis.
P 102
*WELCH &GRAHAM.2005. Agriculture: the real nexus for enhancing bioavailable
micronutrients in food crops. Journal of Trace Elements in Medicineand Biology 18: 299-307.
Conclusion
Ce rapide aperçu démontre le rôle fondamental des minéraux à tous les niveaux du
monde vivant. Plantes, animaux et humains en sont dépendants.
Ils s’agit donc de limiter toute situation de carences aux cultures en apportant ces
minéraux qui manquent mais également de stimuler la vie bactérienne des sols afin
de recycler au mieux les éléments présents.
Enfin il importe de considérer la nutrition comme élément clé de la santé, et
s’assurer que l’organisme dispose de ce dont il a besoin pour un fonctionnement
« optimal » et notamment des minéraux.
« Confronté à des problèmes écologiques et placé devant ses responsabilités
nourricières, le secteur agricole pourrait évoluer profondément.
Il s’efforcerait ainsi de mieux équilibrer ses productions végétales et animales en
fonction des besoins nutritionnels de l’homme. Les critères de qualité nutritionnelle
pourraient devenir déterminants dans la sélection génétique ou pour déterminer les
meilleurs modes possibles d’agriculture et d’élevage. »Christian Rémésy, directeur de recherche INRA, APRIFEL 2007
23
« optimal » et notamment des minéraux.
Un sujet d’actualité ... et d’avenir
IFA International Symposium on Micronutrients
New Delhi, India, February 2004
3èmes journées de la fertilisation UNIFA
Reims, Février 2009
XVI International plant nutrition colloquium
Sacramento, USA, August 2009
General sessions :
-Nutrient Management for
Optimal Productivity and
Sustainability
- Plant Nutrition for Human
Health 24
L’exemple Terrena
Statut Coopératif
25000 adhérents
CA : 3,3 Md d’euros
Assemblée générale 2008 :
Nouveau modèle économique et évolution
culturelle vers la nutrition santé : Terrena
projette son avenir pour 2015.
À la question : « Pouvez-vous me dire quel est
selon vous le comportement le plus important pour
préserver votre santé ? »
76 % des personnes répondent « Une
Défis du XXIè siècle :•Nourrir une population mondiale en forte
croissance
•Le renchérissement du prix des intrants non
25
76 % des personnes répondent « Une
alimentation variée, saine et équilibrée. »
(TNS Sofres, février 2008)
•Le renchérissement du prix des intrants non
renouvelables
•Le réchauffement climatique
•Les limites du « tout chimique »
L’agriculture écologiquement intensive :
- Accroître les rendements en limitant les intrants non renouvelables et l’énergie- Améliorer les qualités nutritionnelles, sanitaires et gustatives des aliments
- S’adapter au changement climatique tout en contribuant à le limiter.
Nutrition des plantes et nutrition
humaine, l’influence des minéraux
26
Emmanuel Poisson-Quinton
Juin 2009