Des scientifiques italiens ont étudié les avantages du topinambour sans prétention. Il s'avère qu'il s'agit d'une sorte de culture indispensable à la production d'énergie renouvelable.
Dans son travail scientifique, une équipe de scientifiques italiens de la Faculté des sciences agricoles et forestières (DAFNE), Université de Tushia, explique pourquoi l'artichaut de Jérusalem est si bon et si important.
Récemment, les biocarburants sont devenus une orientation stratégique pour réduire les émissions des véhicules. Mais en même temps, la production de biocarburants est de plus en plus mentionnée dans le contexte de ses conséquences négatives, car les principales cultures à ces fins, comme par exemple le colza, le blé ou le soja, nécessitent des pratiques agricoles de haute intensité et des sols fertiles, notent les auteurs. (Les biocarburants sont des sources d'énergie à base de carbone dérivées de matières biologiques).
Alors que la Commission européenne a récemment classé les biocarburants comme un produit avec un faible niveau de changements indirects dans l'utilisation des terres, obtenu à partir de cultures cultivées sur des terres marginales avec peu d'utilisation des ressources.
Pour cette raison, seules quelques cultures en Europe peuvent atteindre des rendements élevés avec ces exigences.
L'artichaut de Jérusalem est un aliment pour les animaux agricoles, le biocarburant et même la bière aux fruits.
De ce point de vue, l'artichaut de Jérusalem (Helianthus tuberosus L.), bien sûr, est une espèce digne d'attention, car elle possède tous les attributs nécessaires pour atteindre les objectifs de la directive actualisée de l'UE sur les énergies renouvelables (RED II).
L'artichaut de Jérusalem est largement adapté à un environnement diversifié et souvent à faible rendement pour d'autres cultures, et a une grande adaptabilité.
C'est une culture polyvalente utilisée pour la consommation humaine (directement dans les tubercules ou pour les édulcorants), à des fins pharmaceutiques, pour la production de biomasse et de bioénergie (bioéthanol et biogaz).
De plus, similaire à d'autres plantes Asteraceae, comme la chicorée et le carthame, l'artichaut de Jérusalem a un potentiel comme culture fourragère.
Fait intéressant, grâce aux innovations dans l'industrie brassicole, les tubercules sont utilisés pour produire de la bière sucrée et fruitée.
Les tiges et les tubercules d'artichaut de Jérusalem sont caractérisés par une teneur élevée en inuline avec le potentiel de produire de l'éthanol pour servir de biocarburant.
En particulier, les composés organiques (tels que l'inuline et la cellulose) et les sucres sont transformés pour produire de l'éthanol par fermentation et distillation.
Au cours des 20 dernières années, d'importants travaux ont été réalisés pour améliorer la conversion de la biomasse en combustible. Cependant, les biocarburants de première génération (bioéthanol et biodiesel issus de cultures vivrières) sont extraits de seulement quelques cultures avec des efficacités différentes dans la conversion du rayonnement solaire en énergie chimique (biomasse).
En particulier, les matières premières des biocarburants sont principalement le colza, le palmier à huile et le soja pour le biodiesel; et la canne à sucre, le maïs, les betteraves sucrières et le sorgho doux pour le bioéthanol.
De plus, toute la biomasse ne convient pas à la collecte (c'est-à-dire que la biomasse de la végétation sous le sol reste généralement dans le sol), de sorte que la séquestration nette du carbone est réduite et l'inefficacité du traitement est augmentée.
Pour ces raisons, les espèces végétales des systèmes de production de biocarburants de la prochaine génération devraient surmonter certaines de ces limitations, en particulier si elles ont une biomasse souterraine productive (c'est-à-dire des racines ou des tubercules).
En outre, étant donné que l'utilisation intensive des terres agricoles a déjà été introduite dans la plupart des régions du monde, les cultures bioénergétiques doivent être respectueuses de l'environnement afin d'éviter une charge supplémentaire sur la biodiversité agricole, les sols et les ressources en eau.
Les scientifiques recherchent les cultures bioénergétiques du futur
Des recherches sont menées dans le sens des systèmes énergétiques issus d'une nouvelle génération de biocarburants avec moins d'impact sur l'environnement, une plus grande productivité et un meilleur retour sur investissement, ainsi qu'en tenant compte de la concurrence réduite pour l'utilisation des terres avec les cultures vivrières et fourragères.
La biomasse lignocellulosique provenant de cultures bioénergétiques isolées et de déchets agricoles est considérée comme une ressource durable pour la production de bioénergie, mais l'hydrolyse à l'aide d'enzymes cellulolytiques est une méthode plus laborieuse et coûteuse que l'utilisation de la biomasse d'amidon ou de mélasse.
À cet égard, parmi les systèmes de biocombustibles les plus attrayants de la prochaine génération figurent les algues et l'artichaut de Jérusalem, qui produisent des tubercules, qui peuvent également être cultivés et récoltés en utilisant l'infrastructure et les mécanismes existants utilisés pour des cultures similaires (plantes tubéreuses).
Pourquoi l'artichaut de Jérusalem a vraiment besoin de l'Europe
Les caractéristiques qui font de l'artichaut de Jérusalem une culture énergétique digne comprennent: une croissance rapide, une teneur élevée en glucides, la matière sèche totale correspondante par unité de surface, la capacité d'utiliser des eaux usées riches en nutriments, la résistance / tolérance aux agents pathogènes, la capacité de croître facilement avec des coûts de production externes minimaux et sur les terres marginales.
Ce dernier aspect promet d'être la clé de l'avenir des biocarburants en Europe.
Conformément à la directive révisée sur les énergies renouvelables (RED) adoptée par le Parlement européen et le Conseil (directive 2018/2001), la Commission européenne a récemment adopté un acte délégué définissant des critères pour déterminer les changements indirects importants dans l'utilisation des terres.
L'ILUC est une matière première dangereuse avec une expansion indirecte significative de l'espace de production sur des terres à fortes réserves de carbone, et la certification des biocarburants, des biofluides et de la biomasse ILUC à faible risque.
La certification peut être accordée si le carburant satisfait aux critères cumulatifs suivants:
(i) répondre aux critères de durabilité, ce qui signifie que les matières premières ne peuvent être cultivées que sur des terres inutilisées qui ne sont pas riches en carbone;
(ii) l'utilisation de matières premières supplémentaires à la suite de mesures visant à accroître la productivité sur des terres déjà utilisées ou des cultures en croissance sur des zones qui n'étaient pas auparavant utilisées pour la culture (terres inutilisées), à condition que la terre soit abandonnée ou gravement dégradée, ou que la cultivé par un petit exploitant;
(iii) une preuve irréfutable que les deux critères précédents sont remplis.
De toute évidence, conformément aux exigences de la directive, ces matières premières supplémentaires ne doivent satisfaire aux exigences de production de carburants à faible risque que si elles sont obtenues de manière durable.
Pour cette raison, l'artichaut de Jérusalem est un candidat prometteur qui peut facilement remplacer des cultures telles que le maïs et les betteraves à sucre.
Biomasse à croissance rapide pour les biocarburants
La cinétique de croissance des parties végétales indique sa capacité à produire des cultures optimales en Europe.
Les deux tiers aux trois quarts de la matière sèche de l'air sont représentés par des tiges et des branches, tandis que les feuilles et les fleurs contiennent un pourcentage plus faible. La proportion de la distribution du poids sec dépend fortement de nombreux facteurs: variété, temps de plantation, conditions climatiques et conditions de croissance.
Plus de 50% de la masse totale des plantes se trouve dans la tige.
Il y a deux phases pour endiguer la croissance. Au cours des cinq premiers mois, une augmentation linéaire de la hauteur et du poids de la tige est observée. Après cette période, la hauteur de la tige atteint son maximum et reste inchangée, et son poids diminue.
La hauteur et le poids maximum de la plante varient en fonction des conditions environnementales et du génotype. Dans les variétés précoces, la hauteur finale atteint 140 cm, tandis que dans les variétés ultérieures, la hauteur finale est d'environ 280 cm.
Par conséquent, à la fin de la saison de croissance, la quantité de matière sèche dans les tiges des variétés tardives était environ deux fois plus élevée que dans les variétés précoces. Ainsi, la biomasse totale des variétés à maturation tardive est plus élevée que celle des variétés à maturation précoce. La modélisation a montré que dans les variétés ultérieures, une conservation plus longue de la surface foliaire optimale permet une meilleure absorption de la matière sèche.
Artichaut de Jérusalem sans tracas
En raison de sa résistance à la sécheresse et à la salinisation, l'artichaut de Jérusalem peut être cultivé dans des sols impropres à d'autres racines et tubercules. Il pousse bien dans les sols avec un pH de 4,4 à 8,6.
Si l'argile lourde et les sols hydromorphes peuvent compliquer la récolte des tubercules, dans de telles conditions l'artichaut de Jérusalem peut être cultivé pour produire des tiges.
En général, le rendement, la taille et la forme des tubercules dépendent du type de sol. Alors que les sols limoneux légers produisent de gros tubercules, les sols lourds offrent de bons rendements en sécheresse en raison des meilleures propriétés de rétention d'humidité des sols argileux.
Quant à la température de culture, pour la plupart des variétés d'artichaut de Jérusalem, une période de végétation d'au moins 125 jours sans gel est requise.
En général, des températures de culture comprises entre 6 et 26 ° C sont nécessaires pour obtenir le rendement optimal.
La plante a une résistance modérée au gel. Au début de la croissance, la culture tolère des températures allant jusqu'à -6 ° C, bien que les basses températures provoquent une chlorose des feuilles. Quant à la récolte d'automne, des gelées de -2,8 ° C à -8,4 ° C déclenchent le mécanisme d'acclimatation des tubercules au froid. Cela améliore leur goût en raison de la conversion de l'inuline en fructose.
Dans l'environnement naturel, certains organismes (micro-organismes, insectes et mammifères) interagissent avec les plantes d'artichaut de Jérusalem, dont six familles différentes d'abeilles et de bourdons.
De nombreux phytophages et micro-organismes ont été enregistrés sur le topinambour, mais beaucoup d'entre eux peuvent gravement endommager la culture.
En général, la partie aérienne de la plante est moins sensible aux maladies, tandis que les tubercules pendant la croissance tardive et le stockage sont plus sensibles. Les agents pathogènes les plus nocifs sont Sclerotinia sclerotiorum et Sclerotinia rolfsii, qui causent la pourriture.
Le premier est favorisé par un engrais azoté excessif, un pH du sol bas ou des sols hydromorphes, et le second par l'humidité combinée à des températures élevées.
Également causé par la rouille Puccinia hélianthiet l'oïdium causés par Érisyphe chicoracearum, affectent l'artichaut de Jérusalem, mais ils ne sont pas en mesure de limiter le rendement, comme la tache foliaire due à Alternaria helianthi.
Lors du stockage des tubercules, en particulier lorsqu'ils sont endommagés pendant la récolte, les maladies causées par Botrytis cinerea, Rhizopus nigricans, Fusarium и Pennicillum spp.. Cependant, les procédures de congélation contrôlent efficacement ces maladies.
Quant aux insectes, il s'agit principalement de pucerons, mais leur effet est négligeable.
La plante est robuste et forte, donc l'artichaut de Jérusalem peut devenir une mauvaise herbe très compétitive à elle seule. Quant aux autres mauvaises herbes à croissance rapide, la lutte contre celles-ci n'est nécessaire que pendant le semis jusqu'à la fermeture de la canopée. Le désherbage chimique et mécanique (enduit supérieur, desserrage, etc.) peut être utilisé.
Une fois que l'artichaut de Jérusalem s'est installé dans le champ, il est assez difficile à enlever, car les tubercules ou des parties d'entre eux restent dans le sol, hivernant bien dans le sol.
Sélection d'artichaut de Jérusalem
Les précieuses propriétés biologiques et biochimiques de l'artichaut de Jérusalem sont à la base de son utilisation universelle dans les industries alimentaires et industrielles, ce qui nécessite l'amélioration génétique de la culture.
La sélection porte principalement sur le rendement des tubercules et la teneur en inuline des denrées alimentaires et des aliments pour animaux, et récemment, l'accent a été mis sur la production de biomasse pour la production de biocarburants.
Cependant, en raison de l'utilisation traditionnellement limitée de l'artichaut de Jérusalem, à ce jour, très peu de progrès ont été réalisés dans l'élevage. Les investissements dans le développement de l'élevage sont également volatils et dépendent de la demande des industriels de chaque pays.
Le regain d'intérêt pour l'artichaut de Jérusalem dans les années 1970 et 1980, associé à la crise énergétique et aux pénuries alimentaires, a encouragé une action plus coordonnée et intensive pour développer de nouvelles variétés afin de répondre aux besoins émergents.
Depuis lors, une expansion significative des surfaces cultivées a été enregistrée, en particulier au cours de la dernière décennie dans les pays asiatiques.
Compte tenu du changement climatique actuel, de la nécessité de trouver de nouvelles sources d'énergie durables et de réduire la surface destinée à la production alimentaire, les investissements dans la sélection du topinambour semblent largement justifiés.
Les États-Unis peuvent également être intéressants artichaut de Jérusalem
À ce jour, les cultures les plus courantes utilisées pour produire de l'éthanol sont le maïs, la canne à sucre, le sorgho doux et les betteraves à sucre. Cependant, ces espèces dépendent de terres agricoles fertiles et, en règle générale, ont besoin d'importantes ressources externes (c'est-à-dire eau, pesticides, engrais) pour obtenir des rendements élevés.
Les États-Unis et le Brésil sont les plus grands producteurs mondiaux de bioéthanol. Ils représentaient environ 84% de la production mondiale de bioéthanol en 2018.
Les céréales et la canne à sucre sont les matières premières dominantes pour la production d'éthanol dans ces pays.
La production d'éthanol en 2027 devrait représenter 15 et 18% de la production mondiale de maïs et de canne à sucre.
Les États-Unis, comme l'Europe, utilisent principalement l'amidon de maïs et de blé pour produire du bioéthanol, tandis que la canne à sucre est transformée au Brésil. En général, la canne à sucre a un rendement en éthanol plus élevé que le maïs et d'autres cultures telles que l'artichaut de Jérusalem.
Cependant, la canne à sucre est idéale dans les climats tropicaux et subtropicaux, mais pas dans les climats tempérés. Par conséquent, le tominabur pourrait prendre sa place à côté du maïs dans la production d'éthanol américain.