Abstract ...i Sommaire ... ii Remerciements ... iv Soutiens financiers ... v Listes d’article et de communications réalisés au cours du doctorat ... vi Avant-propos... viii Acronymes et sigles... x Introduction générale ... 1 Stratégies pour l’eau : de la gestion de l’offre à la gestion de la demande ... 1 Partie I ... 3 Présentation du projet de thèse ... 3 Le pourquoi du projet de thèse ... 4 1 La gestion quantitative de l’eau en France ... 4 1.1 Cadre légal et réglementaire de la gestion quantitative de l’eau ... 4 1.2 Les effets pervers du système mandataire ... 5 1.3 La Loi sur l’eau et les Milieux Aquatiques ... 5 2 Le bassin Adour-Garonne: des déficits qui persistent ... 6 2.1 Un bassin en déséquilibre structurel ... 6 2.2 Une profession agricole qui défend l’irrigation et revendique une gestion de l’offre ... 7 2.3 La LEMA : une révolution avortée de la gestion de l’eau dans le BAG ... 8 3 Quelle gestion quantitative de l’eau en Adour-Garonne? ... 10 3.1 Des injonctions sociétales conduisant vers une gestion spatiale de l’eau ... 10 3.2 Le rôle croissant de la profession agricole ... 10 3.3 Des spécificités spatiales et temporelles à prendre en compte ... 11 4 Enjeux pour la thèse ... 11 Le projet de thèse ... 13 1 Objectifs, questionnements et hypothèses ... 13 1.1 Objectif appliqué ... 13 1.2 Questions de recherche ... 14 2 Hypothèses de travail et choix pour le dispositif participatif ... 15 3 La posture de recherche: cadres théoriques et positionnements ... 16 3.1 Trouver une approche adaptée aux enjeux thématiques du BAG ... 16
3.2 Appréhender la complexité des territoires irrigués ? ... 16 3.2.1 La systémique comme épistémologie ... 16 3.2.2 Définir l’objet d’analyse : le système Socio-Agro-Hydrologique ... 17 3.2.3 Le paysage agricole pour décrire les liens entre ressources et systèmes de culture ... 18 3.3 Mobiliser les acteurs ... 20 3.3.1 Pourquoi la participation ? ... 20 3.3.2 Quel type de participation? ... 21 3.3.3 La modélisation pour outiller la participation ... 21 3.4 Gérer l’échange de connaissances ... 22 3.4.1 Une approche constructiviste ... 22 3.4.2 Les sciences de la conception ... 23 4 La démarche de conception-évaluation proposée ... 25 5 Le territoire irrigué étudié: l’Aveyron aval ... 26 Partie II (Articles) ... 29 Les étapes de la démarche de conception évaluation ... 29 Etape1:Hybridizing local and generic information to model cropping system spatial distribution in an agriculture ... 30
Keywords ... 30 Abstract ... 30 Introduction ... 30 1 Material and methods ... 32 1.1 Case study ... 32 1.2 Sources of information ... 33 1.2.1 Local information: provided by experts and actors ... 33 1.2.2 Generic information: databases and information systems ... 34 1.2.3 MAELIA, a multi-agent and spatially explicit simulation platform ... 36 1.3 CSSD method ... 36 1.3.1 Phase 1: Case study exploration: gathering data and meeting experts ... 39 1.3.2 Phase 2: Building spatial and temporal foundations for CS spatialization ... 39 1.3.3 Phase 3: Consulting local experts to identify the main cropping systems ... 40 1.3.4 Phase 4: Describing CS in detail: directed interviews with farmers ... 40 1.3.5 Phase 5: Complementary interviews for the allocation of irrigation equipment and maize cultivar earliness ... 43 1.3.6 Phase 6: Using MAELIA to co-evaluate the quality of the AL model ... 43 2 Results ... 44
2.1 The AL model ... 44 2.2 Co-evaluation of the AL model using the MAELIA platform ... 46 2.2.1 Annual balance and inter-annual variability at the watershed level ... 47 2.2.2 Irrigation practices at the field level ... 47 2.2.3 Intra-seasonal dynamics of the irrigation demand... 48 3 Discussion: a step closer to fine-scale modeling of the agricultural landscape ... 50 3.1 Managing the trade-off between landscape extent and representation of cropping systems ... 50 3.2 The challenge of modeling crop management strategies at the AL level ... 50 3.3 Challenges in mixing information sources... 51 3.4 On knowledge engineering ... 51 Conclusion ... 52 Etape 2: Towards integrated water and agricultural land management. Participatory design of agricultural landscapes ... 53 Highlights ... 53 Keywords ... 53 Abstract ... 53 Abbreviations ... 54 Introduction ... 54 1 Materials and methods ... 56 1.1 Study area ... 56 1.2 Collaborative representation of the current agricultural landscape ... 57 1.4 Collaborative design of alternative agricultural landscapes ... 60 1.4.1 Revealing stakeholders’ visions ... 60 1.4.2 Formalizing options for change in the laboratory ... 64 2 Results ... 65 2.1 Results of the participatory workshops: ideas and options for change ... 65 2.1.1 The agricultural group ... 65 2.1.2 The WAE group ... 66 2.2 Formal and spatially explicit representation ... 66 2.2.1 Alternative 1a: spread the peak of maize irrigation needs ... 66 2.2.2 Alternative 4b: modification of rotations irrigated with water from non-recharged streams67 2.3 Estimated potential impact of alternatives on agricultural water withdrawals... 68 3 Discussion ... 69 3.1 Place of design step 1 the D&A methodology ... 69 3.2 Using a design approach ensures useful interactions between science and action ... 69
3.3 Enabling design at landscape level ... 70 3.4 A side effect of our approach ... 70 3.5 Role of alternatives ... 71 Conclusion ... 71 Etape 3: A fine scale simulator of social-ecological system: impact assessment of cropping systems on water management ... 72
Keywords ... 72 Acronyms ... 72 Abstract ... 72 Introduction ... 73 1 Material and Methods ... 74 1.1 Case study ... 74 1.2 Collaborative modelling of the socio-agro-hydrological system ... 75 1.3 Collaborative design of alternative socio-agro-hydrological systems ... 75 1.3.1 Co-design methodology ... 75
1.3.2 Alternative 1: Use early flowering cultivars, sown early (“AltPrec”) ... 76
1.3.3 Alternative 2: limiting maize monocropping (“AltRot”) ... 76 1.4 The MAELIA multi-agent platform ... 77 1.4.1 Overview ... 77 1.4.2 The agricultural modules ... 79 1.4.3 The Hydrological and normative modules ... 80 1.5 Calibration, Validation of and Simulation with the MAELIA platform ... 81 1.5.1 Overall calibration-validation approach ... 81 1.5.2 Calibration of the MAELIA’ modules ... 82 1.5.3 Evaluation of the MAELIA platform ... 82 1.5.4 Simulations ... 82 2 Results ... 83 2.1 Evaluation of the simulation platform ... 83 2.2 Can the alternative on early sowing and cultivar precocity reduce end-season withdrawals? ... 84 2.3 Does the maize-cereal rotation alternative reduce the Aveyron River basin’s deficit? ... 86 3 Discussion ... 88 3.1 Are the mainstream proposals generic solutions? ... 88 3.2 How else can the Alternative be used? ... 90 3.3 The importance of modelling choices ... 90
Acknowledgments ... 92 Partie III ... 93 Discussion ... 93 Quelle connaissance scientifique? ... 94 1 L’importance de l’étape de représentation de la situation actuelle ... 94 2 Le besoin de progressivité et de répétitivité ... 95 3 L’utilité de modèles fins ... 96 3.1 Proposer un espace de réflexion réaliste et suffisant ... 96 3.3 Représenter des phénomènes émergents et pouvoir les analyser ... 97 3.4 Limiter les biais d’agrégation ... 97 4 Apports à MAELIA, apports de MAELIA ... 99 Quelle applicabilité des connaissances? ... 101 1 Questionner des idées reçues ... 101 2 Des résultats méthodologiques et thématiques transposables? ... 101 3 Effet de la recherche sur le terrain ... 102 Conclusion générale ... 104 Bibliographie ... 106 Table des Illustrations ... 116 Tables des matières ... 118
Annexes
Annexes... 123 Eléments de description du système ... 124 L’hydrosystème ...124 Annexe 1 Travail participatif sur la reconstitution du débit amont ...125 Annexe 2 Caractérisation de la sévérité de l’étiage 1969-2011 ...126 Le système agricole ...127 Annexe 3 Caractérisation de la SAU à partir des données disponibles dans le RPG 2009 ...128 Annexe 4 Cartographie finale et paramétrage des sols pour AqYield – connaissances « hybride » ...129 Annexe 5 Paramétrage des cultures dans AqYield ...130 Annexe 6 Part des principales cultures dans la SAU des communes (RPG 2009) ...131 Annexe 7 Répartition par commune des volumes estimés prélevés par l’agence de l’eau ...132 Le climat...133 Annexe 8 Synthèse des caractéristiques climatiques des années simulées (1/2)...134 Annexe 9 Synthèse des caractéristiques climatiques des années simulées (2/2)...135 Annexe 10 Paramétrage utilisé pour les cultures dans AqYield ...136 Eléments de modélisation... 137 Annexe 11 Reconstitution du débit à l’amont ...138 Annexe 12 Calibrage de SWAT ...141 Annexe 13 Lien hydraulique : Rapprocher ilots et ressources via les pts prélèvements ...142 Annexe 14 Traitement des points de prélèvements et ilots, après lien hydraulique ...145 Annexe 15 Pratiques irrigation : Priorisation ressources, gestion des restrictions...147 Annexe 16 Algorithme de création d’alternative en entrée de simulation ...148 Validation des sorties de simulation ... 152 Annexe 18 Dynamiques de prélèvement ...153 Annexe 19 Décalage entre AEAG et simulé...155 CR d’ateliers participatifs ... 157 Annexe 20 Atelier multi acteur dit « ZADA » ...158 Annexe 21 Conception d'alternatives territoriales pour les systèmes de culture ...174 Annexe 22 Conception d'alternatives territoriales pour les systèmes de culture ...186