Co-construire et évaluer des scénarios d’évolution des systèmes de production agricole sous contraintes environnementales : application à un bassin-versant côtier affecté par des « marées vertes »

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Submitted on 3 Jun 2020

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Co-construire et évaluer des scénarios d’évolution des systèmes de production agricole sous contraintes environnementales : application à un bassin-versant

côtier affecté par des “ marées vertes ”

Francoise Vertès, Pierre Moreau, Luc Delaby, Patrick Durand, Chantal Gascuel, Laurent Ruiz

To cite this version:

Francoise Vertès, Pierre Moreau, Luc Delaby, Patrick Durand, Chantal Gascuel, et al.. Co-construire et évaluer des scénarios d’évolution des systèmes de production agricole sous contraintes environ-nementales : application à un bassin-versant côtier affecté par des “ marées vertes ”. Atelier du réseau prairies, Dec 2012, Lusignan, France. �hal-01209190�

1

Co-construire et évaluer des scénarios

d’évolution des systèmes de production

agricole sous contraintes environnementales.

L’azote en prairie : de la parcelle au bassin-versant

Vertès F.

1

_{, Moreau P.}

1

_{, Delaby L.², Durand P.}

1

_{, Gascuel-Odoux C.}

1

_{, Ruiz L.}

1

1_{INRA, AGROCAMPUS OUEST UMR1069 Sol Agro et hydrosystème Spatialisation, F-35000 Rennes,}

2_{INRA, AGROCAMPUS OUEST UMR1080 PEGASE, F-35590 St-Gilles, France}

•

Contexte, problématique et méthode

•

La modélisation des flux N

–

Parcelle prairie

–

bassin versant (2 étapes)

•

Quelques résultats

Pour aider à la conception de tels SdeP ,

s’appuyer sur les connaissances acquises

pour construire des outils précis, nouveaux

car

articulant milieu et système biotechnique :

-

une méthode permettant de concevoir, mettre

en œuvre et évaluer des scénarios de production

agricole

-

un modèle pour tester les changements dans

les systèmes de production de façon cohérente

Contexte :

Un milieu très vulnérable

, quels systèmes de production

durables permettent de satisfaire des objectifs de qualité de l’eau ?

0 10 20 30 40 50 ju il. -9 8 ja n v .-9 9 ju il. -9 9 ja n v .-0 0 ju il. -0 0 ja n v .-0 1 ju il. -0 1 ja n v .-0 2 ju il. -0 2 ja n v .-0 3 ju il. -0 3 ja n v .-0 4 ju il. -0 4 ja n v .-0 5 ju il. -0 5 ja n v .-0 6 ju il. -0 6 ja n v .-0 7 ju il. -0 7 ja n v .-0 8 N O 3 ( m g /L )

ddass AEP bvlg aep

Cible écosystème 10 mg NO3/L Cible eau potable

BV Lieue de Grève

- 120 km², 8000 ha SAU - 12 communes, 13 500 habitants - 194 exploitations, - 85% laitiers (vs élev. HS

(est)/ légumiers (ouest)

- Passer de 30 à ~ 10 mg nitrate / l

Cascade de l’azote

Déterminants du cycle de

l’azote : différents niveaux

d’organisation spatiale

Méthode : associer modélisation et démarche participative

-

pour construire des scénarios et tester leurs effets sur la qualité de l’eau

et le fonctionnement des exploitations

(groupe travail transdisciplinaire + 10 exploitations)

-

en boucles de progrès

Model Output Input data question TNT2

Obj.: marées vertes

Sorties du modèle Données scénarisées décision Question(s) TNT2 Iterations 2, 3 Iteration 1 Traduction CASIMOD’N

Diagnostic - pistes

Co-construction des

scénarios avec les

acteurs

Modèle couplant :

- flux N bassin versant

- fonctionnement d’

exploitation

Comment s’assurer de la cohérence technico-économique des SdeP scénarisés ?

Lannion Trégor Agglo., CA22, CRAB, IE, Cedapa, GAB22, Comité Professionnel

des Agriculteurs de Lieue de Grève, + 10 exploitations « en mouvement »

Programme ANR - ACASSYA

C. Gascuel-Odoux, L. Ruiz, M. Sebilo & Z. Thomas (1), P. Durand & L. Hubert-Moy (2), J-L. Peyraud & F. Vertès (3)

ACcompagner l'évolution Agro-écologique deS

SYstèmes d’élevAge dans les bassins versants côtiers

http://www.inra.fr/acassya

Financeurs du programme

AELB, Conseil Régional, C. Général, Europe, Comité BV de la LdeGrève

Maître d’ouvrage

Comité des BV la Lieue de Grève

Lannion-Trégor Agglomération (LTA), Com. de communes de Beg ar C’hra Syndicat des eaux de la Baie

Contrat de bassins versants de la Lieue de Grève 2008-2012 Programme d’action Volet agricole

Maître d’œuvre : Chambre d’agriculture

Volet agricole

Maître d’œuvre : Chambre d’agriculture

Bureau

(Elus des collectivités)

Comité de suivi technique

Comité de pilotage

Instances : LTA

CPA

(Comité professionnel agricole)

Volet non agricole Volet non agricole

volet expérimental

10 « fermes pilotes »

volet opérationnel

(évolution des pratiques de tous les agriculteurs)

Les enjeux

(3 axes, 7 tâches)

•

Une meilleure connaissance du cycle de l’azote dans les paysages

–

Capacité tampon des BV bocagers (haies, zones humides)

–

Systèmes hydrologiques à aquifères superficiels

•

Le développement de la modélisation intégrée

–

Systèmes techniques

(champ, ferme)

& milieux

(sol, hydrologie, paysage)

–

Occupation des sols et gestion des prairies (télédétection)

–

Incertitudes / données accessibles ; couplage ACV

•

L’élaboration de solutions socialement et écologiquement

acceptables dans des situations vulnérables

–

Co-construction de scénarios et accompagnement des acteurs de terrain

N entrées ( engrais minéraux + ∆ effluents + fourrage + animaux + aliment + fixation) - N sorties (lait + viande + cultures)

bilan apparent (kg N ha-1 _an-1₎

Intérêt économique et environnemental des systèmes laitiers herbagers

99 115 85 66 92 lait + céréale lait 1 lait + veau lait 2 lait-herbager b il a n a p p a re n t (k g N h a -1 a n -1 )

Approche intégrée de systèmes de production actuels

combinaison de diagnostics

Couverture importante des sols en hiver (CIPAN)

Mesure Agro-Environnementale SFEI

5)

test dans une ferme virtuelle

(Vertès et al., 3R 2011),

mise en œuvre dans fermes pilotes

6)

Modélisation (Casimod’N) permet de simuler ce qui se passerait si on généralise à

l’ensemble du territoire les changements mis en œuvre dans les fermes pilotes et de tester

différents scénarios

(cohérence agronomique) : PA vs TRELSU_IN (indicateurs chargement & entrées N)

Lait + V Allaitantes Lait + Cultures Lait herbager Porc + cultures V Allaitantes 2 Lait + veaux Lait + Légume Lait 2 Lait 1 V Allaitantes 1 Porc+cult Lait 1 lait2

Lait+cult Lait+Lég Lait herb. Lait+Vall Lait+veaux Vall1 et 2 Lait + V Allaitantes Lait + Cultures Lait herbager Porc + cultures V Allaitantes 2 Lait + veaux Lait + Légume Lait 2 Lait 1 V Allaitantes 1 Porc+cult Lait 1 lait2

Lait+cult Lait+Lég Lait herb. Lait+Vall Lait+veaux Vall1 et 2 céréales Autres Cultures fourragères colza Maïs autres (pdt, légumes…) prairies N entrées N sorties recyclage interne - Niveau ferme - Niveau BV ALIMENTATION ANIMALE CHARGEMENT FERTILISANTS N lixivié (& pertes N

herbagers (pâturage + stocks) Légumineuses (N fixation) prod. animale liée au sol

Plantes Effluents

4 scénarios : pratiques actuelles, CIPAN, SFEI, arrêt agriculture

marge pour activités agricoles, adaptations connues insuffisantes

MAE SFEI: herbe >55%; SFP >75% SAU), tot Nfertilisation <170 kgN/ha/an, Norg <140 kgN/ha/an

1)

diagnostic agraire + bilans N

: typologie de fonctionnement technico-économique des SdeP + diversité et variabilité, place de l’herbedans syst. fourragers(Mabon et al., Fourrages 2009, Moreau et al, AGEE 2012)

2)

modélisation agro-hydrologique TNT2

3)

Identifier des leviers d’action

4)

proposer des

indicateurs guide simples

pour fixer objectifs & orienter les changements

2 principaux : Chargement < 1.4 UGB par ha de prairie

∑ N entrées < 100 kg N/ha ∑N= N_minéral+ ∆N_effluents+ 0.75 (bovins)ou 0.65 (porcs)*N_aliment

3 secondaires : pas de sol nu hiver ; taux destruction prairies < 5%, pas de parcelles parking (lien au sol)

0 10 20 30 40 50 60 1 9 9 8 2 0 0 1 2 0 0 4 2 0 0 6 2 0 0 9 2 0 1 2 2 0 1 4 2 0 1 7 2 0 2 0 N O 3 c o n c e n tr a ti o n a t th e o u tl e t m g /L Obs BAU SFEI DA Calibration Scenarios

11

L’approche paysage de la dynamique de N

:

Modéliser le rôle de la structure du paysage et des interactions sol/nappe

sur la dynamique de l’azote dans les bassins versant à nappe superficielle

D’où:

-modélisation spatialisée -intéractions sols nappe = échanges d’eau et de nitrate, dans les 2 sens, entre sol et nappe

-couplage intime des processus hydrologiques et biogéochimiques

Restitutions au pâturage

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 printemps automne 5-20 5-15 25-30 47-58 2-20 17-43 15-30 15-35

Restitutions au pâturage

16

•

module prairie : stockage puis déstockage N(C) lors du

retournement de prairie

- Lors des récoltes, l’azote de l’herbe non valorisée, des racines mortes ainsi que la partie organique de l’azote excrété par les animaux, est « sequestré » dans un pool de MO à C/N =15 - Une partie de ce pool s’humifie lentement pendant la durée de vie de la prairie, venant alimenter le pool d’humus actif du sol (d’où augmentation teneur MO sol et minéralisation) - au retournement, la biomasse restante vivante est traité comme un résidu de culture classique, et le pool « séquestré » est également incorporé au sol comme un résidu

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 01/0 7/90 01/0 7/91 01/0 7/92 01/0 7/93 01/0 7/94 01/0 7/95 01/0 7/96 01/0 7/97 01/0 7/98 01/0 7/99 01/0 7/00 01/0 7/01 01/0 7/02 01/0 7/03 01/0 7/04 01/0 7/05 01/0 7/06 g N /m 2 0 5 10 15 20 25 30 g N /m 2 /a n Nmine minannu 0 20 40 60 80 100 120 01/0 7/90 01/0 7/91 01/0 7/92 01/0 7/93 01/0 7/94 01/0 7/95 01/0 7/96 01/0 7/97 01/0 7/98 01/0 7/99 01/0 7/00 01/0 7/01 01/0 7/02 01/0 7/03 01/0 7/04 01/0 7/05 01/0 7/06 N_sequestre_humification N_sequestre nsequcumul N_sequestration N min N min annuel

0 20 40 60 80 100 120 140 0 2 4 6 8 10 12 14 16 N li xi v ié ( k g N /h a )

MS prélevé au pâturage (T/ha)

h = 5 cm ; TV = 0.7 h = 10 cm ; TV = 0.7 h = 2 cm ; TV = 0.7 h = 5 cm ; TV = 0.9 h = 5 cm ; TV = 0.2 avec 14 kg/UGB/j avec 17kgMS/UGB/j

…en cours : « validation » des fuites sous prairie avec Casimod’N

Ca marche pas trop mal pour les biomasses moyennes produites et les quantités d’N exporté …

Validation / relation entre chargement

et lixiviation

(synthèse essais)

+ Module fixation

légumineuse

(fct MS

tot et % trèfle, modulé

N sol, pas dynamique

végétation)

ITK Scheduler TNT TF TF TF TF Catchment level Farm decision level

Crop and waste allocation Catchment physiographic settings Climate Generic technical operation Farm strategy Farm constraints Distribution in time and space of crop and waste

Crop

distribution

Waste allocation

Field and farm output N and water in soil, GW, river

Farm optimisation functions

Représentation simplifiée du modèle

Casimod’N

(Moreau et

al., Agr. Systems, rev)

Qu’est la cohérence du système dans la modélisation ?

Nourrir les animaux pour assurer le niveau de production laitière

(revenu principal)

Pouvoir gérer déjections animales / règles fertilisation raisonnée et règlementations

Compenser perte de revenus associée aux changements par

charges

(ou autres pistes)

1

ers

résultats de simulations Casimod’N

(BV Yar, itération 2,

thèse P. Moreau, 2012,

)

7 35 7 3 3 19 26

Prairies perm anentes P tem poraires rga-tb P tem poraires gram inées M aïs ensilage Céréales Colza Autres 7 22 44 5 18 2 2 Bonne restitution des assolements et des pratiques 0 20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 100

surface observée (ha)

su rf a ce s im u lé e ( h a ) cultures de printemps cultures d'hiver 0 20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 100

surface observée (ha)

prairies temporaires prairies permanentes

Assolement

pratiques actuelles scénario TRELSU_IN

Occupation des sols

Dans les scénarios testés, l’essentiel des modifications de flux est lié à la diminution du chargement par ha d’herbe

exportation par les cultures (91) bois (11) dénitrification (15) volatilisation (6) destockage nappe (6) rivière (27) déposition (14) fixation (11) ferti min (41) ferti org (22) dej pat (31) variation stock sol (25) (kg N ha-1 _an-1₎

exportation par les cultures (91) bois (11) dénitrification (15) volatilisation (6) destockage nappe (6) rivière (27) déposition (14) fixation (11) ferti min (41) ferti org (22) dej pat (31) variation stock sol (25) (kg N ha-1 _an-1₎ rivière (21)

exportation par les cultures (86) bois (10) dénitrification (14) volatilisation (6) destockage nappe (3) déposition (14) fixation (12) ferti min (37) ferti org (18) dej pat (34) variation stock sol (21) (kg N ha-1 _an-1₎

exportation par les cultures (86) bois (10) dénitrification (14) volatilisation (6) destockage nappe (3) déposition (14) fixation (12) ferti min (37) ferti org (18) dej pat (34) variation stock sol (21) (kg N ha-1 _an-1₎ UGB_IN situation référence

évolution de la part de l'herbe dans la SAU 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 année s EC BL ALG CL YO JMK HG RA GC

Evolution indicateur entrées N

2007-2010 00 kg/ha 20 kg/ha 40 kg/ha 60 kg/ha 80 kg/ha 100 kg/ha 120 kg/ha 140 kg/ha 160 kg/ha 180 kg/ha Entrées (en kg N) indicateur N 2007 indicateur N 2010

•

évolution engagée :

entrées N (fertilisants), stabilisation ou

prairies (+

émergence d’approche territoriale de sécurité fourragère)

•

Démarche transdiscipliaire en boucle de progrès opérationelle

et fructueuse : définition d’indicateurs holistiques pour évaluer

pression N

(exploitation/territoire),

appui à définition d’une stratégie

(regard extérieur au territoire et expérience sur d’autres BV)

•

démarche systémique interroge toute la chaine de production

Bilan qualitatif : éléments de retour

d’expérience sur la Lieue de Grève

Indicateur entrées N

Herbe % SAU

Des questions en suspens (Ch Agr, LTA, exploitants) Connaissances sur flux N

- Quelles rotations pour minimiser Nlix? durée vie prairies ? Spécialisation parcelles vs rotations

- pb transition / pertes N et fonctionnement de l’exploitation (en particulier si nb animaux / prod lait à l’herbe) - pâturage ou non ? ( mono ou multicritère ?)

- effet des (différents types de) zones humides ?

- quels SdeC innovants sans pertes N hivernale, rentabilité économique ?, intérêt de la luzerne ?

- quelles solutions pour réduire les entrées N dans exploitations HS déjà optimisées ? (Complémentarité territoire)

Outils / méthodes éleveurs ne sont pas suffisamment formés (initiale, continue) à l'environnement

Conclusions- perspectives

•

Changement de paradigme :

cadre opérationnel, évolutif, avec des acteurs, plutôt

que des « solutions »

identifier voies d’amélioration avec l’adhésion des partenaires, applicable à d’autres contextes territoriaux

•

Progrès apportés par Casimod’N :

Modélisation intégrée des processus techniques et

environnementaux

• CASIMOD’N : BV (TNT) * Exploitation (Mélodie)

• De la prévision des effets à l’analyse des incertitudes et à la recommandation

• Communauté Environnement & Elevage & Modélisation

• Changement d’échelle : des OREs (5 km²) à un BV de gestion (60 km²)

•

Perspectives d’amélioration et d’utilisation

– Amélioration en cours des modules actuels (prairies, minéralisation / organisation N,

analyse de sensibilité du modèle, …) + Intégrer autres modules (gestion des prairies et du

pâturage présents dans MELODIE, modéliser les décisions en cours d’année

– Quantifier efficacité en associant système d’élevage et de cultures (scénarios cantogether)

– Dimensions durabilité : couplage avec ACV, avec modules micro-économie