Formation de biomasse et performances de rendement dans des cultures multiples diversifiées et leur potentiel d'utilisation comme biocarburant dans des conditions climatiques boréales à courte saison de croissance

Pourquoi il est important de cultiver des cultures mixtes

Alors que les pays cherchent des sources d'énergie plus propres, le modeste champ agricole pourrait devenir une centrale énergétique importante. Cette étude examine si la culture conjointe de trois espèces familières — maïs, chanvre industriel et féverole — dans la même parcelle peut produire davantage de matière végétale destinée aux biocarburants, tout en étant plus respectueuse de l'environnement. Les travaux ont été menés en Lituanie, où les étés sont courts et frais, ce qui en fait un bon terrain d'essai pour imaginer l'agriculture et les systèmes énergétiques futurs dans les régions septentrionales.

Trois cultures, un même champ

Les chercheurs ont comparé des parcelles monoculture classiques avec des mélanges plus diversifiés. Ils ont établi sept modalités culturales : chaque culture cultivée seule ; des paires de cultures cultivées ensemble ; et un mélange à trois de maïs, chanvre et féverole. Toutes étaient gérées avec de faibles apports d'engrais, sans pesticides, et récoltées après seulement 103–105 jours, lorsque les féveroles atteignaient leur pleine maturité. Ce protocole reflète un système réaliste à faible intrant qui pourrait fournir aux agriculteurs une source précoce de biomasse pour le combustible, au lieu d'attendre des cultures de pleine saison.

Comment les plantes s'entraident

La féverole a joué un rôle central. Comme de nombreuses légumineuses, elle héberge des bactéries sur ses racines capables de fixer l'azote de l'air et de le transformer en nutriment utilisable par les plantes. Dans les mélanges, cette « fertilisation gratuite » a profité aux voisines. Le maïs et le chanvre cultivés avec la féverole étaient en moyenne 14 % plus hauts, présentaient 24 % de surface foliaire en plus et affichaient un indice de chlorophylle supérieur de 19 % comparé à leur culture en monoculture, des signes d'un meilleur accès aux nutriments et d'une photosynthèse renforcée. Même si chaque plante individuelle dans un mélange était souvent plus petite que son homologue en monoculture — en raison de la compétition pour l'espace et la lumière —, la parcelle dans son ensemble produisait plus de biomasse lorsque les espèces étaient combinées.

Des champs verts au combustible

Le système le plus productif était le mélange à trois de maïs, chanvre et féverole. La première année, cette parcelle mélangée a produit 4 à 8 fois plus de biomasse sèche par unité de surface que n'importe quelle culture seule. Elle a également obtenu le meilleur score dans un indice de performance combiné rassemblant croissance, physiologie et rendement. Bien que ce système ait consommé le plus de carburant pour les opérations culturales, il a tout de même offert le meilleur rendement énergétique net — plus de 360 000 mégajoules par hectare — grâce à la grande quantité de matière récoltable. L'équipe a ensuite transformé la biomasse mélangée en granulés et constaté que ceux-ci présentaient une densité élevée, une faible teneur en cendres et une température de ramollissement des cendres élevée, répondant aux normes internationales de qualité pour les biocombustibles solides.

Considérations climatiques et pédologiques

L'étude s'est déroulée sur trois ans, et toutes les saisons n'ont pas été également favorables aux cultures. Les variations climatiques et l'épuisement progressif des nutriments du sol ont réduit les rendements au fil du temps, en particulier les pertes d'azote dans les mélanges les plus productifs. À la troisième année, la biomasse totale de tous les systèmes avait fortement diminué. Cela montre que même des combinaisons végétales intelligentes ne peuvent pas remplacer entièrement l'entretien à long terme des sols : les mélanges diversifiés fonctionnent mieux lorsqu'ils sont intégrés à des rotations de cultures plus larges et soutenus par une gestion réfléchie des nutriments, plutôt que répétés sur la même parcelle sans ajustement.

Une énergie plus propre grâce à des pratiques culturales plus intelligentes

Lorsque les chercheurs ont évalué les impacts environnementaux sur l'ensemble du cycle de vie — du champ à la combustion des granulés — ils ont constaté que la biomasse issue de cultures mixtes, en particulier les systèmes maïs–chanvre et chanvre–féverole, provoquait moins de réchauffement climatique, d'acidification et de pollution de l'eau que la biomasse de maïs seul. En bref, planter un mélange de maïs, chanvre et féverole lors de courts étés nordiques peut fournir plus de combustible utilisable, des granulés de meilleure qualité et des impacts environnementaux réduits par rapport à la culture d'une seule espèce énergétique. Pour les agriculteurs et les décideurs, le message est clair : diversifier ce qui pousse dans les champs peut alimenter les foyers et les entreprises tout en orientant les systèmes alimentaires et énergétiques vers une plus grande durabilité.

Citation: Balandaitė, J., Romaneckas, K., Kimbirauskienė, R. et al. Biomass formation and yield performance in diverse multicrops and their potential for biofuel use in short-growing boreal climate conditions. Sci Rep 16, 10665 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46324-0

Mots-clés: cultures pour la bioénergie, culture intercalée, chanvre industriel, féverole, agriculture boréale