Cet article résume les recherches de ECHO publiées dans Experimental Agriculture par Trail et al. (2022).

Introduction

Pertinence

Les agriculteurs et ceux qui œuvrent parmi eux ont besoin d’un accès fiable et rapide à des semences de qualité. Là où les ressources sont rares, les agriculteurs obtiennent à peine 10 % de leurs semences de sources commerciales, s’appuyant sur des systèmes semenciers informels pour la plupart de leurs semences (Coomes et al., 2015). Les sources de semences informelles comprennent les semences que les agriculteurs produisent eux-mêmes, échangent avec d’autres agriculteurs ou achètent sur les marchés locaux. Les banques de semences communautaires à petite échelle jouent un rôle important dans le soutien des réseaux de semences nationaux et de la diversité des cultures.

Une façon d’élargir l’accès de la communauté aux semences de diverses cultures est de renforcer les capacités des entités de conservation des semences à petite échelle pour stocker les semences orthodoxes 1 pendant des périodes plus longues que les cycles de croissance annuels. La possibilité de stocker des semences plus longtemps qu’une saison de croissance offre aux agriculteurs la possibilité de planter une culture qu’ils n’ont peut-être pas cultivée et dont ils n’ont pas conservé les semences au cours de la saison de croissance précédente. Des options de cultures supplémentaires augmentent la résilience aux défis agricoles tels que la sécheresse et les ravageurs.

Exigences en matière de stockage des semences

Avant le stockage, les semences doivent être suffisamment sèches 2 pour empêcher la croissance de champignons tels que Aspergillus spp. (Reader et Motis, 2017). La réduction de l’humidité des semences est particulièrement importante pour des semences nouvellement récoltées, car elles peuvent encore contenir de l’humidité provenant du champ. Le séchage des semences en vue de leur stockage peut être effectué avec une simple armoire de séchage des semences, décrite par Motis (2010) dans une Note Technique de ECHO intitulée «  ‘Seed Saving: Steps and Technologies’ [Conservation des semences : étapes et technologies ]».

Ici, nous nous focalisons sur le stockage des semences qui ont déjà été traitées pour éliminer l’humidité, les débris et les ravageurs du champ. Les facteurs qui affectent la durée de conservation des semences sont l’humidité, la température et les niveaux d’oxygène des semences. Conservez les semences au sec et au frais, et sous faible oxygène. Ces conditions ralentissent le métabolisme des semences, prolongeant ainsi la durée de conservation. Dans les environnements tropicaux, les principales contraintes au stockage des semences sont une humidité et une chaleur élevées.

Objectif de la recherche

De nombreux petits exploitants agricoles dans les tropiques n’ont pas d’électricité ou n’ont pas accès à des équipements pour le stockage des semences à température contrôlée. Il existe cependant des technologies peu coûteuses qui peuvent être utilisées en lieu et place. L’objectif principal de cette recherche était donc de tester l’efficacité de certaines de ces technologies pour maintenir les semences au sec dans un environnement chaud et humide. Notre recherche est pertinente pour les situations dans lesquelles vous 1) avez déjà traité des semences récoltées en vue de leur stockage ou 2) devez stocker des semences que vous avez acquises (par exemple, à partir d’un magasin de semences) qui sont déjà sèches.

Technologies testées

Nous avons exploré les technologies liées à l’étanchéité sous vide et aux déshydratants (Figure 1). Le scellage sous vide élimine l’air, ainsi que la vapeur d’eau et l’oxygène qu’il contient, d’un récipient. Avec moins de vapeur d’eau, l’humidité est réduite. Moins d’oxygène ralentit non seulement la respiration, mais réduit l’activité des insectes nuisibles qui peuvent être présents. Les recherches de ECHO en Asie ont montré que le scellage sous vide, sur une période d’un an, empêchait la croissance de la population de bruches (Callosobruchus maculatus) dans les semences de niébé (Lawrence et al., 2017). 

Nous avons comparé deux technologies de scellage sous vide : une machine à sceller et une pompe à vélo modifiée. La machine à sceller aspire l’air des sacs en polyéthylène (plastique). Des deux technologies, la machine à sceller est la plus chère (300 USD ou plus). Il est principalement utilisé pour la transformation des aliments. Les pompes à vélo sont peu coûteuses (15 USD ou moins) et disponibles dans le monde entier. Nous avons utilisé une pompe à vélo modifiée pour éliminer l’air de petits bocaux en verre (118 ml [4 oz]) avec des couvercles en métal doublés de plastique. Une Note Technique de ECHO intitulée Vacuum-Sealing Options for Storing Seeds [Options de scellage sous vide pour le stockage des semences] (Motis, 2019) explique comment modifier et faire fonctionner une pompe à vélo pour produire du vide. 3

Les déshydratants absorbent l’humidité de l’air, abaissant ainsi l’humidité dans l’air entourant les semences. Nous avons exploré l’utilisation de deux déshydratants : les Drying Beads® et l’oxyde de calcium. Les Drying Beads® sont un produit à base de zéolithe qui absorbe l’eau et la retient dans des pores microscopiques. Ils sont fabriqués en Thaïlande par Rhino Research et ont été principalement utilisés en Asie. Des informations sur leur utilisation sont disponibles sur le site du fabricant (http://www.dryingbeads.org/) qui précise que les billes saturées en humidité peuvent être réutilisées en les chauffant dans une étuve pendant deux heures et demie à 250°C.

L’oxyde de calcium, également connu sous le nom de chaux vive, est une poudre obtenue en soumettant des matériaux contenant du carbonate de calcium, comme du calcaire, des coquillages ou de la cendre de bois, à une chaleur élevée (500 à 1 000 °C [Teker Ercan, 2003 ; Suwannasingha et al., 2022]). La température de combustion influence la mesure dans laquelle le carbonate de calcium se convertira en oxyde de calcium. Nous avons pu atteindre des températures de 600°C et plus avec une petite forge utilisée par les forgerons. Lorsque l’oxyde de calcium absorbe l’eau, il se transforme en hydroxyde de calcium. Il est possible de reconvertir l’hydroxyde de calcium en oxyde de calcium, pour le réutiliser, en chauffant de 450 à (Materic et Smedley, 2011) à 600 °C (Powers et Calvo, 2003).

Pour être efficaces, les approches de scellage sous vide et de dessiccation nécessitent des récipients hermétiques (étanches à l’air). L’entrée d’air dans un récipient mal scellé provoque une perte de vide et une saturation en desséchant plus rapide qu’avec un couvercle hermétique. Ainsi, nous avons utilisé des bocaux en verre avec des couvercles vissés en conjonction avec un scellage sous vide et des déshydratants. Dans les banques de semences avec un espace de stockage à température contrôlée, les déshydratants peuvent être retirés des semences une fois que les semences sont suffisamment sèches pour le stockage. Nous avons conservé le déshydratant avec les semences stockées, car cela serait préférable dans les situations où l’humidité ambiante ne peut pas être contrôlée et pourrait autrement réhydrater les semences.

Méthodes

Quand et où

Nous avons mené l’essai sur une période d’un an entre le 11 juillet 2017 et le 16 juillet 2018. L’étude a été mise en œuvre sur deux sites : le centre d’impact régional de ECHO en Asie à Chiang Mai, en Thaïlande, et à ECHO en Floride, aux États-Unis. Sur chaque site, les contenants de semences ont été conservés dans des boîtes en carton à l’extérieur dans les conditions ambiantes (voir la figure 1) des porches grillagés. Cela nous a permis de nous rapprocher du contexte dans lequel de nombreux petits exploitants agricoles dans le monde stockent leurs semences..

Traitements

Les traitements impliquaient les technologies mentionnées précédemment visant à contrôler l’humidité dans les contenants de stockage des semences. Entre la température et l’humidité, l’humidité dans les contenants est plus facile à contrôler, et nous voulions voir si cela améliorerait la viabilité des semences à température ambiante. Les traitements que nous avons comparés sont répertoriés dans le tableau 1.

Chaque traitement a été testé avec des semences de gombo (Abelmoschus esculentus), de sorgho (Sorghum bicolor) et de fève de velours (Mucuna pruriens). Pour chaque culture, 60 g de semences ont été stockés par contenant. Nous avons assigné au hasard chaque contenant à 1 des 5 traitements, 1 des 3 types de semences, 1 des 5 périodes d’échantillonnage et 1 des 4 répétitions, pour un total de 300 contenants par site (Figure 2).

Mesures

Pour chaque traitement, nous avons échantillonné des semences à 0 (référence initiale), 1, 3, 6, 9 et 12 mois de stockage. À chaque moment d’échantillonnage, nous ouvrions les contenants affectés à ce moment d’échantillonnage pour la collecte de données, laissant les contenants restants fermés. En prenant les données d’un lot de semences différent à chaque fois, nous n’avons pas eu à ouvrir et à refermer les contenants au cours de l’essai. A chaque instant de prélèvement nous avons mesuré :

• La teneur des semences en eau: Nous avons mesuré la teneur en humidité des semences avec un sous-échantillon de 5 g de semences pour chaque contenant. La teneur en humidité des semences broyées a été mesurée avec un humidimètre halogène de précision DSH-50-1.5
• Le pourcentage de germination des semences : Nous avons testé un sous-échantillon de 50 graines de chaque contenant pour la germination en utilisant la méthode de la boîte de Pétri (Rao et al., 2006 ; Figure 3). Des boîtes de Pétri ont été placées dans une armoire de germination (Seedburo® Modèle 548 [Floride] ; une armoire sur mesure, comme celle de Floride, a été utilisée en Thaïlande) qui maintenait la température à 29 ± 2 °C et l’humidité à 60 ± 5 %.

• 

  La pression sous vide : La pression sous vide a été recueillie pour les contenants de traitement 2 (scellage à vélo) et de traitement 3 (scellage à la machine), juste avant l’ouverture des contenants. Pour mesurer le niveau de vide dans chaque récipient, nous avons utilisé un simple manomètre fixé à une aiguille hypodermique (Figure 4). L’aiguille a été poussée directement dans des sacs en polyéthylène de traitement unique ou à travers le ruban recouvrant le trou dans chaque couvercle de bocal en verre (à travers lequel le vide a été aspiré). La Note Technique de ECHO susmentionnée explique l’utilisation du manomètre et des joints sur les couvercles des bocaux.

Pour cet article, nous nous focaliserons principalement sur les résultats de l’humidité et de la germination initiales (mois 0) et finales (mois 12).

Résultats

Humidité des semences

La teneur en humidité des semences est influencée par l’humidité de l’air ambiant et la composition de la graine. L’huile et l’eau ne se mélangent pas, mais l’eau est attirée par les protéines et l’amidon (McDonald, 2007). Nous n’avons pas fait analyser les semences pour ces composants, mais les valeurs dans la documentation sont présentées dans le tableau 2. Les valeurs initiales présentées à la figure 5 indiquent l’humidité de référence initiale des semences, juste avant la mise en place des traitements. Comme on le voit dans nos valeurs initiales de teneur en humidité, la teneur en humidité des semences dans une banque de semences — dans des conditions de stockage similaires — variera selon la culture, ce qui est dû au moins en partie aux différences dans leur composition. Peut-être que la combinaison d’une teneur élevée en protéines et en amidon explique pourquoi la teneur en humidité initiale des semences était la plus élevée dans les semences de fève de velours.

Le tableau 3 montre les tendances générales de l’effet des différents traitements sur l’humidité des semences au fil du temps, du mois 1 au mois 12. Parmi les deux traitements de scellage sous vide, seul le vide à l’aide de la pompe de bicyclette a empêché la teneur en humidité d’augmenter dans les semences des trois cultures.

Les deux déshydratants ont empêché l’augmentation de l’humidité des semences au fil du temps. Drying Beads® était le seul traitement qui diminuait l’humidité des semences au fil du temps; il l’a fait pour les trois cultures. En l’absence de traitement, l’humidité des semences a fluctué au fil du temps, les valeurs les plus basses et les plus élevées coïncidant avec les niveaux d’humidité pendant les saisons sèche et pluvieuse, respectivement. La teneur en humidité la plus élevée enregistrée au cours de l’essai était de 14 %, au 3e mois avec des semences de fève de velours non traitées.

Les valeurs finales d’humidité des semences (12e mois) sont présentées à la figure 5. À la fin de l’essai, toutes les technologies de stockage évaluées maintenaient la teneur en humidité des semences en dessous de celle sans traitement. C’était le cas pour toutes les cultures. Les technologies de stockage différaient cependant dans la mesure où elles maintenaient les semences au sec. Seules les billes de séchage en zéolite® ont réduit l’humidité des semences en dessous des valeurs initiales. Elles ont ramené le taux d’humidité des semences à moins de 5 % pour toutes les cultures. L’oxyde de calcium et le scellage sous vide à l’aide de la pompe de vélo ont maintenu les valeurs d’humidité des semences proches des valeurs de référence. Parmi les technologies de stockage testées, les valeurs finales d’humidité des semences étaient les plus élevées avec le scellage à la machine.

La germination des semences

Toutes les semences testées ont bien germé au début (mois 0) de l’essai, avec des pourcentages de germination de 88 à 96 % (Figure 6). Entre les mois 1 et 12, le pourcentage de germination du gombo et de la fève de velours est resté stable avec la plupart des traitements (tableau 3). La germination du sorgho a diminué au fil du temps avec tous les traitements, à l’exception des billes de séchage à la zéolite®. Cependant, les billes de séchage à la zéolite® ont entraîné un déclin rapide de la germination des semences de fève de velours au fil du temps. Sans traitement, nous avons constaté une baisse significative de la germination du gombo et du sorgho mais pas des semences de fève de velours.

A la fin de l’essai, la germination sans traitement était de 34% pour le gombo et de 0% pour le sorgho (Figure 6). Fait intéressant, les semences de fève de velours se sont révélées très tolérantes à l’humidité et à la température ambiantes, 96 % des graines germant au mois 12. Le scellage sous vide (machine et vélo) et l’oxyde de calcium ont donné des pourcentages finaux de germination des semences de 78 à 83 % pour le gombo et de 96 à 100 % pour la fève de velours. Avec les billes de séchage à la zéolite®, les pourcentages finaux de germination étaient les plus élevés avec le sorgho. Seules les billes de séchage à la zéolite® ont permis de maintenir la germination finale du sorgho au-dessus de 70 %.

La pression sous vide

La pression sous vide (non illustrée) a été régulièrement perdue au fil du temps avec les sacs en polyéthylène utilisés avec la machine à sceller. À l’inverse, les bocaux en verre utilisés en conjonction avec le scellage par la pompe à vélo ont empêché une baisse du vide. Aucune des technologies d’étanchéité sous vide n’a évacué tout l’air des contenants respectifs.

Applications

La tolérance aux conditions ambiantes varie selon la culture. Nos résultats ont montré que les semences de fève de velours toléraient beaucoup mieux la chaleur et l’humidité élevées que les semences de sorgho. Cela montre que les cultures peuvent varier considérablement dans leur tolérance à des conditions de stockage défavorables.

Parmi les deux traitements de scellage sous vide, celui effectué avec des bocaux en verre à l’aide d’une pompe à vélo modifiée s’est avéré aussi efficace, voire plus, pour maintenir la teneur en humidité des semences pendant le stockage qu’une machine à sceller beaucoup plus chère. Nos découvertes sur le scellage sous vide, combinées aux découvertes précédentes de recherches menées au Centre d’impact régional de ECHO en Asie, ont les implications suivantes :

• Il est possible de bien stocker les semences avec des niveaux de vide modestes. La pompe à vélo modifiée retirait environ 50 % de l’air des contenants en verre. Bien que la machine à sceller soit capable d’un vide initial plus fort, les sacs en polyéthylène couramment utilisés avec elle n’étaient pas idéaux pour maintenir le vide sur une longue période.
• Le scellage sous vide peut être mis en œuvre avec une technologie très peu coûteuse. Le coût de la pompe est la principale dépense. Si les pompes à vélo de votre région sont difficiles à modifier pour faire scellage sous vide, envisagez d’autres approches comme les pompes de purge de freins et les seringues, comme expliqué dans la Note Technique de ECHO n°93. 
• Le succès du scellage sous vide nécessite un récipient qui empêche l’air de se diffuser à l’intérieur et à l’extérieur et qui est bien scellé. Si vous utilisez des bocaux en verre, assurez-vous que les couvercles offrent une bonne étanchéité.

Les deux déshydratants se sont avérés efficaces pour maintenir la teneur en humidité de référence des semences, mais seules les billes de séchage à la zéolite® ont réduit l’humidité des semences au fil du temps. L’oxyde de calcium est plus largement disponible (sous forme de chaux vive) que les billes de séchage à la zéolite® mais nécessite plus de chaleur pour être réutilisée—après saturation en humidité—que les billes de séchage à la zéolite®. Les billes de séchage à la zéolite®, au ratio utilisé dans l’essai, ont séché les semences au point où les pourcentages de germination finaux ont été affectés négativement. Les résultats avec les desséchants ont les implications suivantes :

• Les semences peuvent être conservées au sec avec de l’oxyde de calcium et des billes de séchage à la zéolite®.
• Il est possible d’obtenir une humidité des semences ultra-sèches (inférieure à 5 %) avec les billes de séchage à la zéolite®. En ce qui concerne la germination des semences exposées à l’eau immédiatement après le stockage, comme cela se produirait avec des semences semées peu de temps après le stockage, la tolérance aux conditions ultra-sèches variait d’une culture à l’autre. Le stockage ultra-sec peut prolonger la durée de conservation du sorgho, mais le personnel de la banque de semences pourrait souhaiter faire des expériences avant de le mettre en œuvre avec une grande variété de cultures.
• Les conservateurs de semences et le personnel des banques de semences pourraient souhaiter faire des expériences avec le rapport semences/déshydratant pour trouver les meilleures pratiques pour les cultures avec lesquelles ils travaillent. En ce qui concerne les billes de séchage à la zéolite®, le site Web du fabricant  (www.dryingbeads.org) explique comment adapter le rapport graines/billes pour des cultures spécifiques.

Conclusion

Vous pouvez garder les semences au sec pendant au moins un an avec des technologies peu coûteuses. Le scellage sous vide avec une pompe à vélo modifiée et de l’oxyde de calcium sont les deux technologies les moins coûteuses testées dans cet essai. Les billes de séchage à la zéolite®® sont également une option peu coûteuse qui est extrêmement efficace pour garder les semences au sec.

Les résultats de cet essai sont pertinents pour les situations dans lesquelles la température n’est pas contrôlée. Sous des températures élevées et fluctuantes, il est possible de stocker les semences de certaines cultures —sans réduction significative de la germination —en excluant l’humidité. Certaines semences (par exemple, le sorgho dans cet essai) perdent leur viabilité plus rapidement que d’autres et peuvent nécessiter des conditions plus sèches pour ralentir le taux de perte de viabilité.

Les auteurs suggèrent que les futurs chercheurs testent la viabilité des semences au fil du temps avec différents niveaux de pression sous vide initiale. De telles connaissances seraient utiles pour documenter l’efficacité d’une large gamme de dispositifs sous vide, y compris des seringues modifiées moins susceptibles d’éliminer autant d’air qu’une pompe à vélo modifiée. La combinaison de technologies pour garder les semences au sec avec celles qui maintiennent les semences au frais et/ou stables est un autre domaine d’étude prometteur. Un exemple de technologie qui minimise les fluctuations de température est la construction en sacs de terre, décrite dans une Note technique de ECHO intitulée « Banques de semences en sacs de terre.» Si vous avez de l’expérience dans le stockage de semences dans des conditions difficiles, faites-nous savoir ce que vous avez appris.

Références