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Tout le monde connaît le marc de café.

Certains articles mentionnent une toxicité tandis que d’autres décrivent son utilisation en tant que fertilisant. Quels sont les effets et les mécanismes derrière ce “déchet” alimentaire ? Dans quelle mesure le marc de café peut-il se révéler une aide ou au contraire un désavantage au jardin ?

Cette première partie décrit quelques rappels de biologie du caféier ainsi que la composition du marc de café.

Dans la deuxième partie seront décrits les effets et les mécanismes derrière ce “déchet” alimentaire pour une utilisation au jardin et/ou agricole.

Le caféier

Les caféiers font partie de la famille des Rubiaceae et du genre Coffea qui comporte à l’heure actuelle 125 espèces.

Les deux espèces les plus utilisées commercialement sont :

Coffea arabica (plus connu sous le nom d’Arabica)

Coffea canephora (plus connu sous le nom de Robusta)

Selon l’International Coffee Organization (http://www.ico.org), Arabica et Robusta représentaient respectivement 61 % et 39 % de la production mondiale de café en 2018.

Il existe tout un panel de variétés et de cultivars de café incluant des hybrides naturels et des sélections agronomiques. Pour plus d’informations, voici des sites (en anglais) sur les variétés et cultivars existants ainsi que leurs relations de parenté :

http://www.scaa.org/?page=resources&d=coffee-plants-of-the-world

http://cherrycoffeebeans.com/the-coffee-plant/

Le caféier et ses fruits (Photo by Rodrigo Flores on Unsplash)

 

Biologie du caféier

Les grains de café contiennent deux types d’alcaloïdes : la caféine (alcaloïde purine) et la trigonelline (alcaloïde pyridine). D’ailleurs la caféine est présente dans les plantes de café, de thé et même chez les citronniers alors que la trigonelline ne se retrouve que dans les caféiers. Des quantités significatives de trigonellines se retrouvent aussi chez certaines légumineuses. La caféine et l’autre alcaloïde trigonelline ne sont donc pas exclusifs aux caféiers, elles sont présentes chez d’autres espèces végétales. Les grains de café Arabica contiennent en général jusqu’à 1% de caféine et le Robusta jusqu’à 2%.

Grains de café non torréfiés
Grains de café torréfiés

Le phénomène d’auto-toxicité

Les plantes libèrent des composés chimiques qui sont parfois perçus par les autres plantes. L’effet peut être positif ou négatif. Lorsque cela se produit entre deux plantes d’espèces différentes, on parle d’allélopathie. Lorsque les plantes sont de la même espèce, cela devient de l’allélopathie intraspécifique. Dans le cas où les composés libérés sont des substances toxiques qui inhibent la germination ou qui inhibent la croissance des plantes , on utilise alors le terme d’auto-toxicité.

L’auto-toxicité est un phénomène bien connu pour les plantations de café (et même d’autres plantes comme les théiers, fruitiers et de nombreuses cultures). La caféine se trouve être le composé allélopathique le plus puissant parmi tous les composés relargués par les caféiers et se retrouvent dans les sols de ces cultures.

La caféine exogène (venant de l’extérieur) inhibe la germination des graines de café (même à faible concentration). Alors comment font les graines de café qui contiennent naturellement de la caféine ? Les graines de café ont développé un mécanisme pour éviter l’auto-toxicité de leur propre caféine (caféine endogène).

L’inhibition de germination provient de l’effet d’inhibition de division cellulaire (mitose).

La caféine se trouve dans la graine (potentiellement séquestrée dans des vacuoles), dans le péricarpe du fruit et dans les feuilles des caféiers. Dans les jeunes plantules de caféiers, la caféine est principalement distribuée dans les cotylédons. Quasiment aucune caféine n’est détectée dans les racines ou les parties anciennes des rameaux.

La plupart des problèmes d’auto-toxicité sont dus à des problèmes de gestion de cultures. Quelques précautions de bon sens peuvent être mises en place pour éviter ces problèmes :

  • Éviter les monocultures, favoriser le mélange d’espèces ;
  • Laisser suffisamment de temps entre deux cultures pour que les composés toxiques puissent se décomposer dans le sol ;
  • Favoriser les rotations de cultures avec des plantes qui pourront tolérer les composés toxiques si cultivées la saison d’après ;
  • Cultiver des plantes qui sont compatibles avec les plantes relarguant ces composés (en dessous ou inter-rang) ;
  • Bien gérer les résidus de ces plantes : les feuilles, écorces, fruits laissés sur le sol et relarguant de la caféine produisant une litière peu favorable au développement des plantes (y compris les caféiers !). La caféine va s’accumuler au fil des ans dans la litière et le sol ; ce qui va impacter l’activité microbienne du sol. Cela va ainsi ralentir la dégradation de la caféine et favoriser son accumulation et sa rétention.

Les monocultures de caféiers ; en particulier long terme ; entraîne une baisse du pH du sol (acidification) , une baisse de la quantité de matière organique, une baisse des éléments N,P et K disponibles dans le sol, une baisse de la quantité et de la diversité des micro-organismes du sol (bactéries et champignons) et augmente la conductivité électrique du sol. Cela entraîne aussi la baisse de rendement et la croissance des caféiers.

En résumé, la caféine inhibe la mitose, réduit l’accès aux nutriments et à l’eau aux plantes poussant aux alentours. Cela pose souci pour trouver des cultures à mélanger dans les caféiers. Plusieurs études ont cependant montré qu’il était possible de cultiver des plantes aromatiques (menthe, basilic, origan et sauge officinale) dans les plantations de caféiers. Non seulement les plantes aromatiques se sont bien développées mais une stimulation de croissance des caféiers a aussi été observée. Les espèces aromatiques absorbent la caféine et l’accumulation se fait principalement au niveau des racines. La menthe, le basilic, l’origan et la sauge officinale pourraient être une approche prometteuse pour une diversification des cultures.

 

Quels sont les avantages de cette caféine?

Pour rappel, la caféine est un alcaloïde produit par certaines plantes dont les caféiers.

Les alcaloïdes sont des métabolites secondaires des plantes. Il existe une grande diversité d’alcaloïdes produites par les plantes avec des rôles écologiques variés (attention écologie en science = étude des interactions d’un organisme avec son environnement !!!). En général, ce sont des composés multifonctions.

Quelques exemples de leurs fonctions :

  • Inhibition de la germination (activité allélopathique)
  • Répulsifs herbivores
  • Propriétés antifongiques
  • Propriétés antibactériennes

Pour revenir à la caféine, voici quelques fonctions identifiées :

  • Répulsif contre les insectes (mais pas tous !)
  • Protection contre les herbivores
  • Régulation de la densité des plantes (permet d’éviter trop de graines de café de germer autour de la plante mère)
  • Suppression des plantes compétitives
Sacs de récolte de grains de café (Photo by Caelen Cockrum on Unsplash)
Récolte de grains de café avant torréfaction (Photo by Rebekah Howell on Unsplash)

Des déchets à valoriser

Selon l’Organisation Internationale du Café (International Coffee  Organisation, http://www.ico.org/) la production mondiale de grains de café en 2017/2018 s’élevait à 161 381 000 sacs de 60kg (standard de mesure de production). Je vous laisse faire le calcul, cela représente une source considérable de marc de café produit par an. Ce serait donc dommage que ce déchet atterrisse dans des poubelles et ne soit pas valorisé.

Les déchets autour de la production de café ne sont pas constitués uniquement du marc de café mais aussi des différentes parties du fruit (enveloppe du grain, pulpe, mucilage). Il y a donc beaucoup de matériaux à valoriser autour de la production de café.

Plusieurs articles regroupent les utilisations possibles de ces matériaux en chimie, santé, cosmétique, matériaux de construction, polymères, bio-carburants… Pour les curieux, vous trouverez des références pour aller plus loin sur ce sujet dans la bibliographie à la fin de cet article.

 

C’est quoi le marc de café ?

Que reste-t-il dans le marc de café une fois votre café préparé ?

Le marc de café est riche en carbohydrates (environ 45% de la masse sèche, parfois 82% selon les sources) dont 37% est de l’hémicellulose (constituée de mannose, galactose et arabinose) et 8 % de la cellulose.

Les principaux autres éléments sont :

  • Lipides ;
  • Minéraux: le potassium est l’élément le plus abondant, suivi du phosphore et du magnésium. On retrouve également du Fer et du Cuivre. Une grande partie de ces minéraux est extraite par l’eau chaude pendant la préparation du café ;
  • Protéines ;
  • Caféine.

Certains composés particuliers sont également présents dans le marc de café:

  • Acide acétique (bactéricide ou bactériostatique) ;
  • Composés phénoliques (dont certains antioxydants naturels). Pour rappel, les phénols sont impliqués en autres dans les mécanismes de défenses des plantes contre les pathogènes ;
  • Furfural (substance parfois utilisée en tant qu’insecticide, nématicide, germicide ou fongicide): c’est un sous-produit généré par la dégradation de sucres comme l’arabinose par exemple. Le furfural se retrouve dans certaines huiles essentielles de plantes ;
  • Hydroxyméthylfurfural (de son petit nom HMF) : il est pratiquement absent dans la nourriture fraîche, mais il est naturellement produit dans des aliments contenant des sucres lors de procédés impliquant une exposition à la chaleur, tels que le séchage ou la cuisson. Il est utilisé en tant qu’agent aromatisant et additif alimentaire.
  • Les phénols, le furfural et HMF ont des effets négatifs/inhibiteurs sur les levures, les bactéries et la croissance des plantes. Néanmoins, il existe des micro-organismes capables de métaboliser ces substances.
Le marc de café frais récupéré juste après une tasse de café

Le pH du marc de café frais

Le pH du marc de café frais est plutôt acide : entre 5 et 6 en moyenne. Cela varie selon le type de café et le type de préparation.

 

Le rapport carbone/azote

Selon la littérature scientifique, le marc de café présente un rapport carbone/azote d’environ 20 voire 25 dans certains cas. Il fait donc partie des matières plutôt azotées comme les matériaux verts (épluchures légumes, fruits, herbes fraîches…). C’est plus élevé que la majorité des sols horticoles.

 

Différentes utilisations du marc de café

Le marc de café peut être utilisé :

  • Frais
  • Séché à l’air libre
  • Composté à part
  • Composté directement dans le sol de la culture

Ce facteur de compostage est un élément crucial pour les effets du marc de café pour une utilisation au jardin et/ou agricole.

 

Si vous souhaitez en savoir plus, je vous invite à lire la deuxième partie “Le marc de café (partie 2/2)” !

 

Sources (pour les parties 1 & 2)

 

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