La méthode utilisée dans notre cas est de type «bottom-up», telle que mise en place par Rolland (2008) pour les émissions d’oxyde nitrique (NO), et qui vise à conserver le niveau de précision des informations locales disponibles afin de construire un cadastre d’émission à haute résolution.
A.2. MATÉRIEL ET MÉTHODES 143
d’information géographique (SIG) pour produire des inventaires spatialisés d’émissions de N2O,
en fonction des données locales d’itinéraires techniques, de météo et de types de sol. CERES-
EGC permet de calculer la dynamique temporelle des émissions de N2O pour les principales
cultures de la région. Pour réaliser ces calculs, une base de données des entrées a été constituée avec le SIG (Rolland, 2008). Celle-ci regroupe les itinéraires techniques des cultures, les types de sols et les variables météorologiques pour la région.
Les variables de sortie comme les émissions de N2O, la température, l’humidité, la teneur en
ammonium dans le sol et les rendements sont stockées dans la base de données des sorties. Cette base finale peut être lue sous le SIG, permettant ainsi de cartographier les émissions de GES, à différents pas de temps (journaliers, mensuels, annuels).
A.2.2
Description du modèle CERES-EGC
Le modèle de cultures CERES-EGC (Crop-Environment REsources Synthesis - Environne- ment et Grandes Cultures) permet d’évaluer la productivité et les impacts environnementaux des cultures. Il simule à un pas de temps journalier le développement et le rendement des cultures (Gabrielle et al., 1998b), ainsi que les sorties environnementales, comme le lessivage des nitrates
et les flux de GES (N2O, CO2), de précurseurs d’ozone (NO) et d’ammoniac (NH3; Gabrielle
et al. (2006b)). Le modèle a été appliqué pour spatialiser les émissions de N2O des sols agricoles
de la Beauce, dont la surface agricole est de 59000 ha (Gabrielle et al., 2006a). Le modèle re- quiert comme données d’entrée les caractéristiques du sol cultivé, les pratiques culturales et les conditions météorologiques locales.
Données d’entrées
Les sols sont représentés par une superposition d’horizons élémentaires, caractérisés par le point de flétrissement, la capacité au champ, le point de saturation, le pH, le contenu en carbone or- ganique, et la densité apparente. Il est nécessaire de définir des conditions initiales (concentra-
tions en NH+4 et NO−3, humidité) pour chaque horizon de sol. Les itinéraires techniques sont
définis par les opérations culturales suivantes : le semis d’une culture (date, variété, densité de graines), la fertilisation (date, type et quantité d’engrais), l’irrigation (date, quantité d’eau) et la gestion des résidus. Enfin, les variables météorologiques requises sont les valeurs journalières de température minimale et maximale de l’air à 2 m, le rayonnement global, les précipitations, l’évapo-transpiration potentielle et la vitesse du vent.
Le calcul et la spatialisation des émissions de N2O
Pour ce travail, les émissions de N2O sont simulées sur une période de 14 mois pour la région
Île-de-France. Des routines de spatialisation des données sols et météo permettent au modèle de lire la base de données des entrées contenant les identifiants des unités de simulation qui affectent un type de sol et une météo à chaque unité.
Les émissions de N2O sont calculées à partir des processus de nitrification et de dénitrification,
A.2.3
La base de données des entrées
A.2.3.1 Définition des unités de simulation
Les unités de simulation sont nécessaires pour estimer les émissions de N2O avec CERES-
EGC, chacune possédant un identifiant unique qui permet de distribuer la météo ainsi que l’iti- néraire technique correspondant. Elles ont été obtenues en croisant 3 types de couches d’infor- mation : "sol * occupation des sols * cantons". La couche "cantons" permet de positionner les statistiques agricoles, c’est-à-dire l’assolement des cultures par canton. On distingue 16 types de sols sur la région Île-de-France, distribués dans les unités de simulation, pour former la carte des sols de l’Île-de-France (Fig. A.1).
FIG. A.1 : Carte des sols cultivés pour la région Île-de-France (Rolland, 2008).
A.2.3.2 Les données météorologiques
Les données météorologiques proviennent des simulations avec le modèle méso-échelle MM51
(résolution de 5 km * 5 km) pour la période 2000/2001 (par la suite sera utilisée une météo pro-
venant du modèle WRF2pour la période 2006/2007). La météo est distribuée sur l’Île-de-France
1Mesoscale Model - http ://www.mmm.ucar.edu/mm5/
A.2. MATÉRIEL ET MÉTHODES 145
en fonction d’identifiants, par interpolation sous le SIG de leur maillage d’origine sur le maillage
régulier de la version francilienne de CHIMERE3(résolution de 6 km * 6 km), qui est le modèle
atmosphérique de chimie-transport qui sera utilisé pour simuler le devenir des émissions de N2O.
Grâce à la base de données des entrées ainsi constituée, qui regroupe, pour chacune des unités de simulation, le type de sol, les itinéraires techniques et la météorologie, il est possible de réaliser les simulations spatialisées.
A.2.4
Simulations et spatialisation des émissions
Les simulations régionales sont réalisées sur une période de 14 mois (du 01.11.2000 au 31.12.2001) pour les différentes cultures : maïs, orge, blé, betterave, colza, pois et jachère. Celles-
ci permettent d’obtenir les flux de N2O (journaliers g N-N2O ha−1j−1ou totaux g N-N2O ha−1).
Ensuite, connaissant la répartition surfacique des cultures pour chaque unité de spatialisation (pourcentage estimé à l’échelle cantonale (Rolland, 2008)), nous pouvons obtenir les flux de
N2O des sols cultivés de l’Île-de-France de la manière suivante :
FN 2O,i = %Si,c FN 2O,i,c (A.1)
avec FN 2O,ile flux de N2O (journalier en g N-N2O ha−1 j−1ou total en g N-N2O ha−1) par unité
de simulation i, %Si,cla répartition des surfaces des cultures par unité de simulation et FN 2O,i,cle
flux de N2O (journalier en g N-N2O ha−1 j−1ou total en g N-N2O ha−1) par unité de simulation
pour une culture.
La dernière étape consiste à cartographier les émissions (ou d’autres sorties tels que les rende- ments) à l’aide du logiciel de SIG, ce qui permet d’obtenir la base de données des sorties. La méthode ainsi décrite peut être résumée par la Figure A.2.
A.2.5
Définition des scénarios pour l’analyse de sensibilité
Des tests ont été effectués sur les cultures de blé (culture d’hiver), de maïs (culture de prin-
temps) et d’orge d’hiver, pour observer la sensibilité des émissions de N2O à différents facteurs
(types de sol, scénarios météo, jeux de paramètres).
Type de sol
L’influence du sol sur les émissions de N2O a été testée pour quatre types de sol (Calcosol
caillouteux, Luvisol hydromorphe, Neoluvisol et Fluvisol). Ces tests ont été réalisés pour une culture de blé, en simulant les émissions régionales successivement avec un unique type de sol.
Scénarios météo
L’influence de quatre scénarios météorologiques a été testée, pour analyser la sensibilité des émissions aux facteurs climatiques. Le nom et la définition des scénarios sont définis de la ma- nière suivante :
FIG. A.2 : Méthodologie utilisée pour réaliser une carte régionale d’émissions de N2O avec un pas de
temps journalier (adapté de Rolland (2008).