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Nov 20, 2023

Optimisation mathématique de la production de cultures résistantes au gel pour assurer l'approvisionnement alimentaire lors d'une catastrophe nucléaire hivernale

Rapports scientifiques volume 13,

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 8254 (2023) Citer cet article

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Cette étude visait à estimer le mélange optimal de cultures résistantes au gel et de superficie nécessaire pour fournir une nutrition de base pendant divers scénarios d'hiver nucléaire pour la Nouvelle-Zélande (NZ), une nation insulaire tempérée. Il a utilisé une programmation linéaire pour minimiser la superficie des terres nécessaires à la culture tout en produisant suffisamment de nourriture pour répondre aux besoins alimentaires en énergie et en protéines de l'ensemble de la population. Les impacts agricoles potentiels de trois scénarios d'hiver nucléaire sur la Nouvelle-Zélande proviennent de la littérature. Les combinaisons optimisées de cultures résistantes au gel qui se sont avérées pour nourrir l'ensemble de la population étaient, par ordre décroissant : le blé et les carottes ; Betterave à sucre; avoine; oignons et carottes; chou et orge; canola et chou; graines de lin et panais; seigle et lupins; rutabagas et féveroles; et chou-fleur. Mais en termes de niveaux de production actuels de ces cultures résistantes au gel en Nouvelle-Zélande, il y aurait un manque à gagner de 26 % pour le scénario « guerre sans hiver nucléaire » et un manque à gagner de 71 % pour le scénario hiver nucléaire sévère (150 Tg de suie dans le stratosphère avec une baisse de 61 % des rendements des cultures). En conclusion, aux niveaux de production actuels, les cultures vivrières résistantes au gel ne pourraient pas nourrir tous les citoyens néo-zélandais après une guerre nucléaire. Il est nécessaire que le gouvernement néo-zélandais procède à une analyse détaillée d'avant-guerre sur la meilleure façon de remédier à ces lacunes. Par exemple, par : l'augmentation de la production d'avant-guerre de ces cultures et/ou l'évolutivité d'après-guerre ; cultiver suffisamment de cultures sensibles au gel (c'est-à-dire dans des serres ou dans les régions les plus chaudes du pays); et/ou assurer la production continue d'aliments dérivés du bétail nourri avec des herbes résistantes au gel.

Le risque de guerre nucléaire a peut-être augmenté jusqu'en 2022-2023 en raison des changements de la situation géopolitique mondiale. En particulier, il y a l'invasion de l'Ukraine par la Russie en 2022 et les menaces associées d'utiliser des armes nucléaires par ses dirigeants1. Il y a également eu une érosion d'un traité clé sur les armes nucléaires2 et une expansion continue de certains arsenaux nucléaires (par exemple, ceux du Royaume-Uni [UK]3, de la Chine4 et du Pakistan5). En outre, on assiste à la poursuite de la modernisation de divers arsenaux nucléaires (par exemple, aux États-Unis [US]6, en France7, en Russie8, en Inde9 et en Corée du Nord10). Pris ensemble, ces développements pourraient augmenter l'utilité perçue de ces armes dans les combats de guerre, et donc le risque d'utilisation réelle en temps de guerre. En conséquence, les estimations précédentes de la probabilité annuelle d'une guerre nucléaire par inadvertance, par exemple autour de 1 %11, ou dans la fourchette de 0,3 % à 3 % pour tous les types de guerre nucléaire12, pourraient bien maintenant être des sous-estimations du risque de guerre nucléaire .

Des études de modélisation climatique suggèrent qu'une guerre nucléaire qui a généré un hiver nucléaire (qui a bloqué la lumière du soleil et réduit la production agricole) pourrait potentiellement être catastrophique13,14,15,16,17. "Plus de 5 milliards [de personnes] pourraient mourir d'une guerre entre les États-Unis et la Russie" selon l'une de ces études16. Cette étude a également estimé les impacts persistants sur la production agricole qui ont duré au moins 10 ans. Ces terribles conséquences mettent en évidence le besoin urgent de réduire les tensions internationales entre les États, de rendre les armes nucléaires moins utilisables dans les conflits et de prendre des mesures graduelles vérifiables vers le désarmement nucléaire. Néanmoins, de tels efforts de prévention peuvent toujours échouer et les pays prudents qui ne risquent pas d'être directement attaqués dans une guerre nucléaire devraient envisager de planifier pour maximiser leurs chances de survie.

Ces études de modélisation de l'hiver nucléaire suggèrent que les nations insulaires de l'hémisphère sud pourraient subir des impacts hivernaux nucléaires relativement moins graves. De même, les îles de l'hémisphère sud peuvent également être moins impactées lors d'un "hiver volcanique", du moins sur la base de l'impact d'une grande éruption historique (c'est-à-dire le mont Tambora)18. Pour l'une de ces îles, la Nouvelle-Zélande, un hiver nucléaire rigoureux pourrait faire baisser les températures jusqu'à 5 °C13. La modélisation de divers scénarios d'hiver nucléaire sur la production agricole suggère une réduction des rendements agricoles de l'ordre de 8 % à 61 %16 pour la Nouvelle-Zélande (voir le tableau 1 pour plus de détails). Dans certaines parties de ce pays, les cultures peuvent avoir retardé la maturation (par exemple, une baisse de température de 3 °C retarderait la maturité des cultures de blé dans la région de Canterbury d'environ 40 jours19). Mais dans les régions plus au sud du pays, la pleine maturation des cultures céréalières peut ne pas être possible (par exemple, pour la région du Southland avec une baisse de température de 3 °C19).

Pour la Nouvelle-Zélande, nous avons précédemment identifié que le pays a des niveaux relativement élevés d'autosuffisance alimentaire (c'est-à-dire que les exportations alimentaires à elles seules pourraient fournir 3,9 fois les apports énergétiques alimentaires actuels pour tous ses citoyens20). Mais ces travaux ont également signalé que la plupart de ces aliments exportés (en poids) sont des produits laitiers tels que le lait en poudre qui sont probablement très vulnérables aux perturbations d'après-guerre. C'est-à-dire que ces aliments nécessitent de nombreux intrants importés (par exemple, diesel, engrais), le transport quotidien de lait par camion/train et une transformation complexe dans de grandes usines laitières. En effet, la majeure partie de la production agricole en Nouvelle-Zélande dépend d'intrants importés (par exemple, des semences, du diesel, des pièces de machines, des engrais et des pesticides). Il est également probablement vulnérable à divers niveaux d'effondrement socio-économique de la société néo-zélandaise après une guerre nucléaire, ce que divers auteurs pensent possible (par exemple, 21, 22, 23, 24). Un tel effondrement pourrait gravement perturber la production, le transport, la transformation et la vente au détail de denrées alimentaires et un effondrement du système financier pourrait empêcher les citoyens d'acheter de la nourriture25.

Une approche pour renforcer la résilience d'un pays face à la menace d'un hiver nucléaire consiste à se concentrer particulièrement sur les cultures résistantes au gel. Ces cultures seraient les plus susceptibles de survivre à des hivers plus rigoureux ainsi qu'aux gelées hors saison qui pourraient survenir pendant les mois de croissance. Ce dernier s'est produit pendant «l'hiver volcanique» après l'éruption du mont Tambora en 1815. C'est-à-dire que cette éruption a provoqué des gelées pendant la saison de croissance dans certaines parties de l'Europe (par exemple, en avril et septembre), aux États-Unis (juin et août), et Chine (juillet)26. Ces impacts de « l'hiver volcanique » de Tambora (ainsi que les modifications des précipitations et des tempêtes) ont réduit les récoltes et entraîné des famines dans de multiples régions du monde27.

Les cultures céréalières résistantes au gel (par exemple, le blé d'hiver) ont également l'avantage d'avoir plus de temps pour pousser que les versions plantées au printemps dans des conditions potentielles d'ensoleillement réduit toute l'année. En effet, ces céréales sont plantées à l'automne et peuvent mieux profiter de la saison de croissance du début du printemps que leurs équivalents plantés au printemps. Les cultures comme le blé d'hiver ont également une certaine tolérance aux cycles de gel-dégel en automne28, quoique variant selon le cultivar. La tolérance au froid diminue pour les céréales d'hiver au printemps, bien que : "les plantes qui sont encore en phase végétative ont la capacité de se réacclimater [aux conditions de gel] suite à la désacclimatation, alors que les plantes en phase de reproduction n'ont qu'une capacité limitée à se réacclimater". -acclimater"29. Néanmoins, les céréales d'hiver souffrent généralement d'une certaine perte de rendement à cause des "blessures hivernales", avec une perte annuelle moyenne estimée pour le blé d'hiver aux États-Unis à 7 % (et jusqu'à 70 % + à certaines occasions)28. Même ainsi, les cultures sont généralement des sources d'énergie alimentaire relativement efficaces et sont généralement beaucoup moins chères à produire que les produits laitiers, la viande et le poisson. Ils sont également moins dépendants du besoin de transport réfrigéré et de traitement supplémentaire dans les usines.

Dans ce contexte, cette étude visait à identifier les combinaisons optimales de cultures résistantes au gel nécessaires pour fournir suffisamment d'énergie et de protéines alimentaires à l'ensemble de la population néo-zélandaise après une guerre nucléaire avec d'éventuels impacts nucléaires hivernaux.

L'éventail des scénarios d'hiver nucléaire considérés est présenté dans le tableau 1. La diversité des impacts potentiels de ces scénarios reflète le nombre différent d'armes qui pourraient être utilisées, leur ciblage et l'incertitude résiduelle concernant l'ampleur des impacts de type « hiver nucléaire »30. Nous incluons donc un scénario "sans hiver" ainsi que des scénarios avec différents niveaux d'injection de suie dans la stratosphère à la suite d'explosions d'armes nucléaires sur les principales villes et infrastructures de l'hémisphère nord16. Cette suie est supposée réduire ensuite le rayonnement solaire atteignant la surface de la planète, ce qui entraîne alors une baisse des températures de l'air à la surface ainsi qu'une réduction des niveaux de précipitations, qui entravent la production de cultures vivrières dans les deux hémisphères16. Dans tous ces scénarios, nous avons supposé la situation la plus pessimiste d'un arrêt complet du commerce de la Nouvelle-Zélande avec d'autres pays (y compris l'Australie) tant pour les exportations que pour les importations. C'était également l'approche adoptée dans des recherches antérieures en Nouvelle-Zélande20,31. Nous avons également ignoré les aliments stockés en attente d'exportation qui pourraient être détournés vers un usage domestique puisque cela ne serait que temporaire et qu'il s'agit principalement de produits laitiers (par exemple, lait en poudre) et de viande congelée.

La sélection des cultures résistantes au gel pour les pays tempérés a été basée sur le classement du tableau 233. Pour ces cultures, nous avons ensuite utilisé des données sur la composition des aliments (énergie alimentaire et protéines) et des données sur le rendement des cultures pour compléter le tableau des entrées de données (tableau 3). Dans la plupart des cas, des données spécifiques à la Nouvelle-Zélande étaient disponibles, mais là où ce n'était pas le cas, nous avons donné la priorité à l'utilisation de données australiennes pertinentes, puis de données nord-américaines, puis de données européennes.

L'apport énergétique alimentaire estimé de l'ensemble de la population néo-zélandaise a été précédemment estimé à 44,4 milliards de kJ par jour, ce qui équivaut à 8686 kJ par personne et par jour20. Ici, nous avons utilisé la même approche pour calculer l'apport en protéines, conformément au tableau 4.

Notre objectif était d'identifier la quantité minimale de terres cultivées pour fournir suffisamment de cultures résistantes au gel pour nourrir l'ensemble de la population néo-zélandaise. Pour l'optimisation mathématique, nous avons utilisé la programmation linéaire réalisée avec Excel Solver (en utilisant la méthode "Solver LP"). La fonction objectif était la minimisation de la surface totale de culture nécessaire (ha) et les contraintes dans le cas de base étaient d'atteindre ≥ 8686 kJ/jour d'énergie alimentaire par personne et ≥ 81 g/jour de protéines alimentaires par personne. Ces contraintes ont été modifiées dans différents scénarios (voir ci-dessous) et des comparaisons ont été faites avec la superficie totale des terres cultivées utilisées en 2019 en Nouvelle-Zélande (132 717 ha en horticulture et 487 763 ha en céréales)61. Plus précisément, le niveau actuel de production végétale résistante au gel a été évalué en fonction de sa capacité à nourrir la population selon les différents scénarios.

Des besoins alimentaires réduits en énergie (10 % de moins) et en protéines (35 %) ont été pris en compte dans le scénario A. Ceci était basé sur le fait que de nombreuses personnes pourraient probablement tolérer des apports énergétiques légèrement inférieurs en cas de catastrophe, et les apports actuels en protéines sont relativement élevés par rapport à aux niveaux recommandés (voir les notes de bas de page du tableau 4).

Le scénario B supposait que 50 % des apports énergétiques et protéiques provenaient d'aliments résistants au gel et le reste d'autres sources alimentaires. Ce dernier pourrait inclure :

Poursuite de la production de certaines cultures sensibles au gel (p. ex. pommes de terre) qui pourraient éventuellement être cultivées s'il n'y avait pas de gelées hors saison dans les régions plus chaudes du pays et/ou dans les serres.

Poursuite de la production de produits d'élevage nourris à l'herbe (par exemple, produits laitiers et viande provenant d'animaux nourris à l'herbe à proximité des villes ou des réseaux ferroviaires). La production persistante de bétail nourri à l'herbe est tout à fait faisable pendant un hiver nucléaire étant donné que toutes les principales graminées de pâturage cultivées en Nouvelle-Zélande sont résistantes au gel (par exemple, le ray-grass et le trèfle62 inclus dans le tableau 2).

Poursuite de la production de légumes et de volaille résistant au gel dans les jardins familiaux, les jardins communautaires urbains et les jardins communautaires maoris63.

La combinaison optimisée de cultures résistantes au gel dans le cas de base était une combinaison de blé (97 % de la superficie cultivée requise) et de carottes pour le reste (tableau 5). Cette combinaison a été estimée capable de fournir toute l'énergie et les protéines alimentaires à la population néo-zélandaise utilisant 116 000 ha de terres, ce qui équivaut à 19 % des terres cultivées actuelles utilisées pour toutes les cultures (céréales et horticulture). La/les culture(s) suivante(s) la plus efficace(s) étaient, par ordre décroissant : la betterave sucrière ; avoine; oignons et carottes; chou et orge; canola et chou; graines de lin et panais; seigle et lupins; rutabagas et féveroles; et chou-fleur (tableau 5).

L'utilisation la moins efficace des terres pour produire de l'énergie alimentaire était l'agneau nourri à l'herbe qui était 310 fois moins productif en énergie alimentaire par ha que les carottes (le bœuf était le deuxième plus inefficace). Le lait des vaches laitières nourries à l'herbe était également relativement inefficace, mais supérieur à deux cultures (épinards et laitue) pour l'énergie alimentaire par ha. La source de protéines la moins efficace était également l'agneau qui était 62 fois moins productif en protéines alimentaires par ha que le blé (le bœuf puis le lait étaient les plus inefficaces ensuite).

Le tableau 6 présente le cas de base et les deux scénarios nutritionnels (A, B) par rapport aux quatre scénarios de guerre nucléaire (NW0, NW1, NW2, NW3). Pour la nutrition de référence, le besoin de terres cultivées pour cultiver du blé et des carottes représentait jusqu'à 48 % des terres cultivées actuelles pour le scénario d'hiver nucléaire le plus sévère (NW3) considéré (avec une productivité agricole réduite de 61 %).

Pour le scénario A, avec des niveaux plausiblement acceptables d'apports énergétiques et protéiques alimentaires, les terres cultivées nécessaires à la culture du blé et des carottes variaient de 15 % du niveau actuel (pour une guerre sans hiver nucléaire [NW0]), jusqu'à 38 % de le niveau actuel (pour le scénario d'hiver nucléaire le plus sévère ; Tableau 5).

Dans le scénario B, où l'on supposait que la moitié de l'énergie et des protéines alimentaires provenaient d'autres sources (par exemple, de certaines cultures sensibles au gel et du bétail nourri à l'herbe), il faudrait encore moins de terres cultivées. C'est-à-dire qu'il s'étendrait de 9 à 24 % des terres cultivées actuelles (respectivement pour les scénarios d'hiver sans nucléaire et d'hiver nucléaire le plus sévère).

Dans le cas de base, les niveaux actuels de production de cultures résistantes au gel en Nouvelle-Zélande ont été estimés capables de fournir 74 % de l'énergie alimentaire de la population dans le scénario d'hiver sans nucléaire (c'est-à-dire avec un déficit de 26 %, tableau 7). Mais ce niveau de provision n'était que de 29 % pour le scénario hiver nucléaire sévère (c'est-à-dire laissant un déficit de 71 %). Si l'on considère la possibilité que 50 % de la nourriture provienne d'autres sources (par exemple, les cultures sensibles au gel dans les serres et le bétail nourri à l'herbe), les niveaux actuels de production de cultures résistantes au gel pourraient fournir un excès d'énergie dans tous les scénarios, à l'exception d'un déficit dans les cas graves. scénario d'hiver nucléaire (c'est-à-dire avec seulement 58,5 % de la production nécessaire, tableau 7).

Cette étude a révélé que la culture théoriquement la plus optimale et résistante au gel pour la Nouvelle-Zélande du point de vue énergétique et protéique combiné est le blé. Il est déjà cultivé en Nouvelle-Zélande, y compris à des niveaux de rendement parmi les meilleurs au monde53, bien qu'il dépende du diesel, des engrais et des pesticides importés. Le blé présente également l'avantage de ne pas nécessiter de réfrigération, d'être relativement dense en énergie (ce qui réduit les coûts de transport des aliments) et l'excédent peut être donné au bétail (par exemple, la volaille pour la production d'œufs). Mais les autres cultures résistantes au gel privilégiées dans l'analyse d'optimisation du tableau 5 présentent également certains de ces mêmes avantages d'intrants moins complexes et d'exigences de traitement moins complexes par rapport aux principales exportations alimentaires actuelles de la Nouvelle-Zélande, à savoir les produits laitiers et la viande congelée.

Les cultures résistantes au gel autres que le blé pourraient également avoir un avantage comparatif de productivité dans des endroits spécifiques où elles sont actuellement cultivées en Nouvelle-Zélande (par exemple, les oignons et les carottes à Pukekohe ; l'avoine, l'orge, les graines de lin et le seigle à Canterbury, etc.). Les cultures maraîchères ont également l'avantage supplémentaire de ne pas nécessairement nécessiter de transformation supplémentaire (par rapport aux céréales qui nécessitent généralement une mouture, bien que les céréales non moulues puissent toujours être cuites et consommées). De plus, la plupart des légumes peuvent potentiellement être récoltés avant leur pleine taille si les effets de l'hiver nucléaire étaient plus sévères que prévu pendant les mois d'été (contrairement aux céréales qui doivent atteindre leur pleine maturité).

Une autre conclusion clé était qu'aux niveaux de production actuels de cultures résistantes au gel, il y aurait des déficits énergétiques alimentaires (de 26 % pour le scénario sans hiver nucléaire et de 71 % pour le scénario avec hiver nucléaire sévère ; Tableau 7). Néanmoins, de tels déficits pourraient potentiellement être résolus par une production continue des sources alimentaires envisagées dans le scénario B. C'est-à-dire en essayant de maintenir une certaine production de cultures sensibles au gel dans les serres ou s'il n'y avait pas de gelées hors saison pendant les mois d'été. dans les régions les plus chaudes du pays. Cela pourrait être particulièrement faisable pour des cultures comme les pommes de terre (qui peuvent survivre à certains dommages causés par le gel au feuillage) que pour les fruits (par exemple, les pommes, les avocats et les kiwis). Une autre option serait de maintenir la production animale nourrie à l'herbe sur les collines à proximité des villes et des agglomérations et le long des réseaux ferroviaires (en particulier la partie électrifiée du réseau ferroviaire de l'île du Nord). Si le biodiesel pour le camionnage n'était pas disponible, les moutons et les bovins pourraient être « acheminés » via des « transports de bétail » vers les dépôts ferroviaires ou directement vers les abattoirs des villes voisines.

D'autres travaux portant sur les catastrophes bloquant la lumière du soleil (pour les États-Unis)71 ont également identifié la valeur potentielle de certaines des mêmes cultures « tolérantes au froid » que nous avons incluses dans cette étude (c'est-à-dire le blé et le canola). Néanmoins, ce travail américain comprenait également des pommes de terre, que nous avons exclues en raison de la sensibilité au gel du feuillage de la pomme de terre (tableau 2). Les travaux américains ont également pris en compte les avantages potentiels de l'expansion des algues et de l'aquaculture (pour produire de la nourriture supplémentaire pour les humains et les animaux), la relocalisation des cultures, la construction de serres et l'investissement dans des aliments industriels résilients prometteurs. Ce dernier comprend la réaffectation des brasseries et des usines de pâtes et papiers pour produire des aliments via la conversion de la biomasse lignocellulosique comme les résidus végétaux, les feuilles et le bois en sucres comestibles. Une autre de ces approches est la transformation industrielle du gaz naturel/biogaz en protéines. Si ces aliments étaient inacceptables comme nourriture pour les gens (bien que les aliments protéinés présentent probablement une certaine similitude avec l'aliment actuel "Quorn"), ils pourraient alors être utilisés pour fabriquer des aliments pour volailles pour la production d'œufs. Tout cela peut justifier une enquête plus approfondie dans le cadre de la Nouvelle-Zélande, et en effet, des recherches sont en cours sur l'expansion de la production d'algues72. Des recherches dans ces domaines et dans d'autres pourraient également identifier la capacité de la Nouvelle-Zélande à nourrir une population élargie à partir de toute arrivée de réfugiés.

Cette étude est la première du genre (à notre connaissance) à effectuer ce type d'analyse d'optimisation pour la production de cultures vivrières résistantes au gel pour des scénarios de guerre nucléaire. Il est cependant simpliste à bien des égards, comme indiqué ci-dessous.

Il existe encore des incertitudes majeures autour de l'ampleur des impacts de l'hiver nucléaire à partir de scénarios de guerre nucléaire possibles et la modélisation utilise diverses hypothèses simplificatrices. Par exemple, les estimations que nous avons utilisées de Xia et al.16 pour la Nouvelle-Zélande concernaient certaines cultures majeures et certains poissons marins et nous avons extrapolé à partir de celles-ci des réductions générales de la productivité alimentaire pour certains des scénarios d'impact de l'hiver nucléaire. Bien que le modèle de Xia et al. a examiné les impacts sur "la température de l'air de surface, les précipitations et le rayonnement solaire direct et diffus vers le bas", il n'a pas pris en compte les dommages potentiels à l'agriculture dus à l'augmentation de la lumière ultraviolette après une guerre nucléaire73.

Nos données sur le rendement et la nutrition des cultures n'étaient pas entièrement spécifiques à la Nouvelle-Zélande et certaines des fourchettes de productivité étaient importantes (par exemple, la production de carottes déclarée en Nouvelle-Zélande varie de 70 à 170 t/ha, tableau 3). Nous n'avons également envisagé qu'une seule plantation de cultures par an et pourtant, pour certaines cultures (en particulier les légumes), il pourrait éventuellement y avoir deux plantations par an dans certaines régions du nord si celles-ci connaissaient des conditions hivernales nucléaires plus douces. Pour certaines cultures, nous n'avons inclus que le composant racine de la culture (rutabagas, betteraves à sucre et oignons), et pourtant, dans des circonstances plus désespérées, le feuillage de ces cultures pourrait également être mis à la disposition de la consommation humaine.

Nous n'avons pas tenu compte du gaspillage alimentaire après avoir quitté la ferme (par exemple, dans le processus de mouture du grain, le transport ou au niveau du ménage). Par exemple, pour les légumes frais, le gaspillage évitable au niveau des ménages peut être notable (par exemple, 13 % en utilisant le point médian de trois études européennes74 et 20 % pour le Royaume-Uni75).

Outre l'énergie et les protéines alimentaires, le processus d'optimisation n'a pas inclus d'autres nutriments (par exemple, d'autres macronutriments et micronutriments). De même, nous n'avons pas pris en compte les problèmes liés aux composés qui peuvent entraver l'absorption des micronutriments (par exemple, les glucosinolates et les phytates dans le tourteau de canola) qui pourraient idéalement nécessiter un traitement supplémentaire pour optimiser la nutrition humaine48. Ces questions devraient idéalement être abordées dans les recherches futures, mais elles ne sont peut-être pas particulièrement graves étant donné que dans une situation d'hiver nucléaire, il est probable que certaines des sources de nourriture décrites dans notre scénario B (c'est-à-dire certaines cultures sensibles au gel, certains produits de l'élevage et produits du jardinage familial et communautaire).

La fonction objectif utilisée dans l'optimisation consistait uniquement à minimiser les terres cultivées nécessaires. Une solution plus idéale aurait été d'estimer les prix d'après-guerre au niveau du détail dans les villes et villages. Cependant, ces prix sont particulièrement difficiles à estimer pour les scénarios d'hiver nucléaire étant donné que la rareté des importations pourrait augmenter considérablement les prix des semences, des engrais, des pesticides, du biodiesel et des pièces de machines (alors que le prix de la main-d'œuvre chuterait avec la perte des marchés d'exportation) .

L'un des rôles clés du gouvernement est de veiller à ce que les besoins essentiels de la population soient satisfaits. Par conséquent, compte tenu de nos conclusions et des incertitudes associées, le gouvernement néo-zélandais pourrait envisager de mener ou de commander des recherches sur les éléments suivants :

Modélisation climatique/météorologique spécifique à la Nouvelle-Zélande des scénarios d'hiver nucléaire pour déterminer les saisons de croissance probables pour les principales cultures résistantes au gel et les risques de gelées hors saison (par exemple, en s'appuyant peut-être sur des modèles climatiques et de cultures de blé conçus pour l'Australie76). Cela pourrait guider l'expansion des cultures résistantes au gel (avant-guerre et/ou immédiatement après) et également déterminer la portée des cultures sensibles au gel dans les régions plus chaudes du pays. L'incertitude dans des variables telles que les rendements des cultures et le gaspillage pourrait être capturée dans une analyse de sensibilité probabiliste.

Identifier les niveaux de semences importées pour les cultures critiques et explorer la logistique d'avoir un stock de semences supplémentaires basé en Nouvelle-Zélande pour couvrir les lacunes pendant toute une saison de croissance. Si l'analyse montre que c'est possible d'un point de vue logistique, alors les graines pourraient être collectées lors de la première récolte dans une situation d'hiver nucléaire, et un système autonome, indépendant des importations, pourrait être établi.

Identifier toutes les vulnérabilités du secteur agricole à l'effondrement du commerce mondial et à la perte de produits importés. Outre diverses importations de semences, il s'agit notamment des importations de certains types d'engrais, de pesticides, de pièces de rechange pour les machines agricoles et de diesel (ce dernier étant nécessaire pour la récolte, la transformation et le transport vers les transformateurs/marchés alimentaires). De même, la mesure dans laquelle la production néo-zélandaise d'intrants critiques pourrait être augmentée (par exemple, le biodiesel issu des cultures de canola et la production nationale d'engrais). On pourrait également envisager de rétablir une capacité de raffinage à terre pour les combustibles liquides à partir du pétrole et du gaz produits dans la région de Taranaki.

Identifier les vulnérabilités spécifiques aux cultures face aux dommages/pertes d'intégrité des infrastructures locales. Ceux-ci incluent l'accès : à l'électricité pour l'irrigation ; au biodiesel produit localement ; et au réseau ferroviaire pour le transport vers les marchés (par exemple, en supposant que le carburant adéquat pour le transport par camion pourrait ne pas être disponible).

Identifier le potentiel de certaines cultures ayant des utilisations alternatives non alimentaires pour lesquelles les agriculteurs pourraient obtenir des prix plus élevés - et donc limiter les approvisionnements alimentaires. Celles-ci incluent l'utilisation de cultures céréalières pour le brassage d'alcool et pour la production de biodiesel. Ce dernier est pertinent pour des cultures résistantes au gel telles que le canola, la betterave à sucre, la betterave fourragère et les lupins. Les pénuries de produits pharmaceutiques importés pourraient également signifier que certains agriculteurs se tournent vers la culture de cultures sources pertinentes (par exemple, le pavot pour la production de morphine).

Identifier la capacité du gouvernement à distribuer des fonds aux citoyens dans le besoin, afin qu'ils puissent payer les agriculteurs ou les détaillants alimentaires. Les vulnérabilités potentielles ici sont l'étendue de la dépendance des réseaux financiers et des systèmes gouvernementaux vis-à-vis du stockage informatique en nuage dans d'autres pays (qui pourraient être détruits lors d'une guerre nucléaire). Un stock de papier-monnaie ou de pièces d'or de la Banque de réserve pourrait valoir la peine d'être envisagé (ce dernier pourrait également être utilisé pour aider à stabiliser la monnaie et acheter du carburant liquide à l'Australie).

Identifier la faisabilité de l'expansion de l'horticulture urbaine (par exemple, en s'appuyant sur la recherche internationale77 et les initiatives néo-zélandaises existantes telles que les jardins communautaires maoris63), en particulier en ce qui concerne les légumes résistants au gel. Les effets de la chaleur urbaine et la chaleur des bâtiments peuvent offrir une protection supplémentaire à ces légumes contre les gelées hors saison.

Identifier la faisabilité du maintien de l'élevage à l'herbe sur les collines proches des villes et le long des réseaux ferroviaires (en particulier la partie électrifiée du réseau ferroviaire de l'île du Nord).

Identifier la faisabilité du maintien du commerce maritime avec l'Australie (par exemple, pour permettre les importations de blé en Nouvelle-Zélande) et avec les pays insulaires du Pacifique (par exemple, ceux qui exportent du coprah, de l'huile de palme et du poisson). Cela dépendrait de la complexité du maintien du transport maritime régional en l'absence de routes maritimes mondiales fonctionnelles et de navires internationaux et de la capacité de la Nouvelle-Zélande à disposer de suffisamment de biens ou de services à échanger en retour (ou à utiliser potentiellement de l'or provenant d'une réserve stratégique établie en Nouvelle-Zélande dans le période d'avant-guerre).

Identifier la valeur de l'investissement du gouvernement néo-zélandais dans la sélection de cultivars plus résistants au gel pour les cultures clés (pour l'utilisation actuelle et/ou pour les stocks de semences). Ces cultivars pourraient augmenter la survie pendant les hivers très froids (comme pour les cultures telles que le blé d'hiver), mais aussi pour les cycles de gel-dégel en automne et au printemps (voir Introduction).

Si les gouvernements et la société néo-zélandais ne parvenaient pas à mener de telles recherches et à se préparer adéquatement, le niveau d'intervention du gouvernement pour assurer la sécurité alimentaire pourrait devoir impliquer des mesures relativement sévères. Celles-ci pourraient impliquer le rationnement des intrants clés uniquement pour les formes d'agriculture les plus efficaces (par exemple, les approvisionnements en diesel/biodiesel, les engrais, les pesticides et les pièces de rechange pour les machines agricoles). Il pourrait y avoir des similitudes avec l'exigence de rationnement de l'essence en Nouvelle-Zélande pendant la Seconde Guerre mondiale (WW2)78. Le gouvernement pourrait également devoir interdire l'utilisation de cultures comestibles pour l'homme destinées à alimenter directement le bétail afin qu'il puisse être détourné pour nourrir les gens. L'utilisation de céréales utilisées pour la fabrication d'alcool (par exemple, l'orge utilisée pour le maltage de la bière) pourrait également devoir être suspendue pendant un certain temps. S'il y avait des pénuries de vivres, un rationnement alimentaire pour les citoyens pourrait être nécessaire, comme lors de la Seconde Guerre mondiale en Nouvelle-Zélande78.

Ces découvertes peuvent également avoir une certaine pertinence pour d'autres catastrophes potentielles bloquant la lumière du soleil telles que les éruptions volcaniques de grande ampleur79 et les impacts d'astéroïdes/comètes importants80. Par exemple, l'éruption volcanique du mont Tambora en Indonésie en 1815, a refroidi les températures terrestres mondiales en 1816 d'environ − 1,9 °C (± 0,2 °C)81 et a contribué à des famines loin de l'Indonésie (par exemple, certaines parties de l'Europe, Inde et Chine27). Les éruptions à l'échelle de Tambora et plus (magnitudes 7 et 8 + sur l'indice d'explosivité volcanique), se produisent environ 1,6 fois par 1000 ans82, (équivalent à environ une chance sur six par siècle83).

Aux niveaux de production actuels, les cultures vivrières résistantes au gel ne pourraient pas nourrir tous les citoyens néo-zélandais après une guerre nucléaire. Il est nécessaire que le gouvernement néo-zélandais procède à une analyse détaillée d'avant-guerre sur la meilleure façon de remédier à ces lacunes. Par exemple, par : l'augmentation de la production d'avant-guerre de ces cultures et/ou l'évolutivité d'après-guerre ; cultiver suffisamment de cultures sensibles au gel (c'est-à-dire dans des serres ou dans les régions les plus chaudes du pays); et/ou assurer la production continue d'aliments dérivés du bétail nourri avec des herbes résistantes au gel.

Toutes les données générées ou analysées au cours de cette étude sont incluses dans cet article publié et dans un dossier d'information complémentaire.

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Nous remercions A/Prof Dave Denkenberger (Alliance pour nourrir la Terre en cas de catastrophe (ALLFED)) pour ses commentaires utiles sur un projet de manuscrit.

Université d'Otago, Wellington, Nouvelle-Zélande

Nick Wilson

Université Massey, Wellington, Nouvelle-Zélande

Ben Payne

Adapt Research Ltd, Reefton, Nouvelle-Zélande

Matt Boyd

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L'étude a été conçue et conçue par NW avec des révisions de MB La collecte de données, l'analyse et la rédaction de la première ébauche ont été réalisées par NW MB et BP ont assisté aux révisions du manuscrit.

Correspondance avec Nick Wilson.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Wilson, N., Payne, B. & Boyd, M. Optimisation mathématique de la production de cultures résistantes au gel pour assurer l'approvisionnement alimentaire lors d'une catastrophe nucléaire hivernale. Sci Rep 13, 8254 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-35354-7

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Reçu : 08 mars 2023

Accepté : 16 mai 2023

Publié: 22 mai 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-023-35354-7

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