STICS : Simulateur multidisciplinaire pour les cultures standards

STICS est un modèle de cultures à pas de temps journalier (Brisson, Mary et al. 1998; Brisson, Gary et al. 2003; Brisson, Launay et al. 2008). Il permet de calculer des variables agricoles (rendements, consommation d'intrants, etc.) et environnementales (lixiviation des nitrates, drainage, etc.) en utilisant des données d'entrée décrivant le climat, le sol et le système de culture. La dernière version intègre également des données de sortie relatives aux émissions azotées issues de la dénitrification et de la volatilisation. STICS comprend des paramètres suffisamment génériques pour permettre la simulation de nombreux types de cultures (blé, maïs, prairie, betterave sucrière, etc.) (Launay, Brisson 2003). Il a été testé avec succès dans de nombreuses conditions pédoclimatiques (Brisson, Ruget et al. 2002).

STICS simule l'évolution du système sol-culture sur un ou plusieurs cycles culturaux. Le compartiment supérieur est l'atmosphère caractérisé par des variables climatiques standards (rayonnement global, températures minimales et maximales, précipitations et évapotranspiration potentielle) et le compartiment inférieur correspond à l'interface sol/sous- sol. Les cultures sont généralement représentées par une biomasse aérienne, une teneur en

azote et le nombre d'organes de récolte, leur biomasse et leur teneur en azote. Le sol est représenté par une séquence d'horizons, chacun d'entre eux étant caractérisé par sa teneur en eau, sa teneur en azote et sa teneur en azote organique. Le sol et la culture interagissent par l'intermédiaire des racines.

STICS est organisé en modules traitant de processus spécifiques comme le bilan hydrique, le bilan azoté ou la détermination du rendement. Le module de gestion de la culture concerne les interactions entre les techniques (pratiques de fertilisation par exemple) et le système sol- culture. Chaque module inclut différentes options afin de pouvoir simuler différentes espèces et de couvrir un large spectre de problématiques agro-environnementales.

Le modèle de dénitrification utilisé dans STICS est le modèle NEMIS (Henault et al. 2000). Il permet d'évaluer les pertes d'azote par dénitrification sous forme de diazote ou de protoxyde d'azote. La dénitrification réelle est calculée à partir de la dénitrification potentielle, corrigée de la température, de la teneur en eau du sol et de la teneur en nitrates. STICS délivre les pertes totales par dénitrification. Or seul le protoxyde d'azote est un gaz impactant sur l'environnement.

II.1.3.2. DEAC

A destination des instituts techniques et des techniciens agricoles, DEAC est un outil d'estimation des pertes de nitrates et de diagnostic de la gestion de l'azote à l'échelle du système de culture (Jolivel 2003).

Il permet de calculer pour chaque parcelle d'une exploitation et selon les systèmes de culture en place les quantités d'azote susceptibles d'être lessivées au-delà du front racinaire ainsi que la concentration moyenne des eaux de drainage. Les flux d'azote pris en compte dans le formalisme sont la minéralisation/organisation, l'absorption, le lessivage et les reliquats (à la récolte, au début du drainage, en sortie d'hiver et en fin de période de drainage).

Le fonctionnement de l'outil nécessite des données d'entrée permettant de caractériser le climat, les sols, le régime de gestion des résidus de récolte et des effluents et les cultures et intercultures.

Le bilan azoté (Figure 2) est effectué à l'échelle de la parcelle depuis la récolte du précédent jusqu'à la récolte de la culture, soit durant une campagne agricole (Figure 3). Dans une première étape, un bilan azoté a posteriori est effectué (à la récolte du précédent) en intégrant le rendement réalisé et l'azote apporté sous forme d'engrais, afin d'estimer le reliquat d'azote minéral à la récolte (modèle de Chaney). L'outil calcule dans un second temps en fonction de la valeur de ce bilan le supplément de reliquat au-delà du reliquat à l'optimum de fertilisation, qui servira à déterminer le reliquat post-récolte (récolte du précédent). Dans un troisième temps, un bilan azoté en phase automnale permet d'évaluer le reliquat dans le sol au début de la période de drainage hivernal (différence entre minéralisation et absorption+lessivage pendant la phase automnale). Le modèle de Burns permet ensuite de calculer le reliquat sortie hiver et le reliquat de fin de période de drainage.

La minéralisation de la matière organique est calculée à l'aide d'un formalisme faisant appel à des jours normalisés et des vitesses potentielles de minéralisation de l'azote organique du sol. Il est possible d'enchainer plusieurs années et ainsi de calculer le lessivage de l'azote à l'échelle d'une succession culturale.

Figure 2 : Formalisme utilisé dans DEAC et différentes étapes du bilan azoté

Les calculs sont réalisés sur 3 périodes principales de la campagne, au terme desquelles sont estimées les quantités d’azote minéral du sol, appelées reliquats (Figure 2 & Tableau 45).

Période Bilan azoté

Période non drainante :

de la récolte du précédent au début du drainage Reliquat Début Drainage (RDD) Période de drainage hivernal :

- du début du drainage à la sortie hiver

- de la sortie hiver à la fin du drainage

Reliquat Sortie Hiver (RSH) Reliquat Fin Drainage (RFD) Période culturale :

de la sortie hiver à la récolte Reliquat Post Récolte (RPR)

Tableau 45 : Les différentes périodes d'application des modèles de DEAC

Reliquat Post- Récolte Reliquat Début Drainage Reliquat Sortie Hiver Reliquat Post Drainage Période culturale Période interculturale Période culturale Phase 1 Non drainante Phase 2 drainage hivernal N minéralisé N engrais (minéral + organique) N absorbé N absorbé N lessivé Bilan complet : RPR=f(Ndisp-Nabs) _{Ri=Ri-1+Min-Abs-Less}

Figure 3 : Principe de fonctionnement de DEAC (Jolivel 2003)

STICS et DEAC permettent tous les deux d'évaluer les émissions de nitrates par lixiviation de scénarios de culture. En fonction des résultats obtenus avec ces 2 outils, nous pourrons choisir les valeurs d'émissions qui nous semblent les plus pertinentes pour la suite de la démarche d'évaluation des émissions au champ et pour discriminer les chantiers d'épandage.