RAPPORT D'ETUDE En partenariat avec :
AGRIBALYSE ® 2 – EMPREINTE EAU : RAPPORT METHODOLOGIQUE
Version 3.0
Mai 2019
Étude réalisée pour le compte de l'ADEME par : N° de contrat : Convention 1560C0028
Coordination technique ADEME : Vincent COLOMB – Service Agriculture et Forêt
Mai 2019
REMERCIEMENTS
Nous remercions les membres du comité de pilotage et du comité de consultation :
Nom et prénom Organisme Email
Armelle Gac IDELE armelle.gac@idele.fr Aurélie Tailleur Arvalis a.tailleur@arvalis.fr Dominique Grasselly CTIFL grasselly@ctifl.fr
Edith Martin Quantis Edith.martin@quantis-intl.com
Emilie Adoir IFV Emilie.ADOIR@vignevin.com
Estérelle Villemagne ONEMA esterelle.villemagne@onema.fr François Witte Quantis francois.witte@quantis-intl.com Gaëlle Talandier Quantis gaelle.talandier@quantis-intl.com Gildas Mevel Agrosolutions
- InVivo gmevel@agrosolutions.com
Jean-Baptiste Bayart Quantis jean-baptiste.bayart@quantis-intl.com Julie Auberger INRA Julie.auberger@inra.fr
Julie Lebas De
Lacour Arvalis j.lebasdelacour@arvalis.fr Séverine Charrière Agrosolutions-
InVivo scharriere@agrosolutions.com Sophie Gendre Arvalis s.gendre@arvalis.fr
Sophie Penavayre IFV sophie.penavayre@vignevin.com Sylvie Dauguet Terres Inovia s.dauguet@terresinovia.fr
Tanguy Mercier Agrosolutions-
InVivo tmercier@agrosolutions.com Vincent Colomb ADEME vincent.colomb@ademe.fr
Mai 2019
CITATION DE CE RAPPORT
ADEME. MARTIN Edith (Quantis). 2019.Agribalyse ® 2 – empreinte eau : rapport méthodologique – Rapport. 68p.
Cet ouvrage est disponible en ligne www.ademe.fr, rubrique Médiathèque (URL)
En français :
Toute représentation ou reproduction intégrale ou partielle faite sans le consentement de l’auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause est illicite selon le Code de la propriété intellectuelle (art. L 122-4) et constitue une contrefaçon réprimée par le Code pénal. Seules sont autorisées (art. 122-5) les copies ou reproductions strictement réservées à l’usage privé de copiste et non destinées à une utilisation collective, ainsi que les analyses et courtes citations justifiées par le caractère critique, pédagogique ou d’information de l’œuvre à laquelle elles sont incorporées, sous réserve, toutefois, du respect des dispositions des articles L 122-10 à L 122-12 du même Code, relatives à la reproduction par reprographie.
En anglais :
Any representation or reproduction of the contents herein, in whole or in part, without the consent of the author(s) or their assignees or successors, is illicit under the French Intellectual Property Code (article L 122-4) and constitutes an infringement of copyright subject to penal sanctions. Authorised copying (article 122-5) is restricted to copies or reproductions for private use by the copier alone, excluding collective or group use, and to short citations and analyses integrated into works of a critical, pedagogical or informational nature, subject to compliance with the stipulations of articles L 122-10 – L 122-12 incl. of the Intellectual Property Code as regards reproduction by reprographic means.
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Table des matières
Table des matières ... 4
1. Contexte du projet ... 8
2. Objectifs du projet ... 8
3. Gouvernance ... 8
4. Glossaire ... 10
5. Méthodologie de l’empreinte eau ... 11
5.1. Préambule chronologique des initiatives autour de l’empreinte eau ... 11
5.2. Contexte normatif actuel ... 12
5.3. Indicateurs de calcul de l’empreinte eau ... 13
6. Méthodologie du projet ... 16
6.1. Définition des flux élémentaires ... 17
6.1.1. Flux élémentaires d’eau et bases de données d’ICV existantes ... 17
6.1.2. Pertinence des flux élémentaires d’eau d’ecoinvent v3 ... 18
6.1.3. Autres flux élémentaires d’eau ... 19
6.1.4. Flux sélectionnés pour la constitution des ICVs ... 19
6.2. Définition du champ de l’étude ... 21
6.3. Définition de modèles de consommation d’eau par les systèmes agricoles ... 25
6.4. Test et validation des modèles ... 29
6.5. Collecte des données sur les prélèvements d’eau ... 29
6.6. Collecte des autres données d’inventaire ... 32
6.7. Démarche retenue pour les inventaires maïs grain ... 32
6.8. Méthodologie pour les produits animaux ... 33
6.8.1. Méthodes, hypothèses, sources ... 33
6.8.2. Quantités d’eau utilisées ... 35
6.9. Implémentation des modèles dans MEANS-InOut ... 38
6.9.1. Présentation de MEANS-InOut ... 38
6.9.2. Intégration de CROPWAT dans MEANS-InOut ... 39
Mai 2019
6.9.3. Intégration du modèle de bilan hydrique pour les ruminants dans MEANS-InOut .... 41
7. Bilan / Principaux résultats obtenus ... 43
8. Recommandations ... 44
Références bibliographiques ... 45
Index des tableaux et figures ... 46
Tableaux (i) ... 46
Figures(i) ... 46
Annexes ... 47
Annexe 1 : Options du module décisionnel de l’outil FAO CROPWAT à conserver et à abandonner ... 47
Annexe 2 : Equations de Boudon et al. (2012) ... 49
Annexe 3 : Normale de températures en France (moyenne des températures minimum et des températures maximum) ... 50
Annexe 4 : Tableau des températures moyennes retenues dans AGRIBALYSE (Rapport méthodologique V 1.3) ... 51
Annexe 5 : Tableau des quantités d’eau moyenne bue par les génisses laitières et les veaux après sevrage (en L/j/animal) selon le type de fourrage dominant dans la ration et la classe de température maximale (d’après Ménard et al, 2012) ... 52
Annexe 6 : Production laitière des vaches allaitantes (d’après Agabriel et al., 2015 et Institut de l’élevage et al., 2011) ... 53
Annexe 7 : Compte Rendu du comité consultatif 09/02/2016 ... 54
Annexe 8 : COMPTE-RENDU DU COMITE CONSULTATIF n°2 – 15/06/2018 ... 61
L’ADEME EN BREF ... 67
ABOUT ADEME ... 68
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RESUME
La première version du projet AGRIBALYSE a généré une base de données d’Inventaires du Cycle de Vie (ICVs) de différentes productions agricoles françaises afin de mettre à disposition des acteurs de l’agro-alimentaire et de l’agriculture des outils leur permettant d’engager des démarches d’éco-conception. Cependant, cette première version contenait des informations hétérogènes et partielles concernant les flux d’eau.
L’objectif du projet est de faire évoluer la base de données AGRIBALYSE afin que celle-ci contienne les informations permettant l’évaluation du volet consommation / stress hydrique de l’empreinte eau des productions agricoles. Plus spécifiquement, l’objectif du projet est de générer les données d’inventaire relatives aux consommations d’eau afin de compléter les ICVs de la base de données AGRIBALYSE. Pour générer ces données d’ICV, le présent projet a développé une méthodologie permettant de prendre en compte les flux d’eau dans les ICVs agricoles. Cette méthodologie pourra être applicable aux autres productions, notamment celles qui font l’objet d’ICVs dans AGRIBALYSE 1.
Le travail réalisé dans le cadre du projet a conduit aux résultats suivants :
- Intégration de Cropwat au sein de MEANS-InOut, permettant la création d’ICV pour les productions agricoles (productions végétales, bovins et petits ruminants)
- Création/mise à jour des ICV de maïs grain, soja, carotte d’Aquitaine, pomme du Sud Est, tomate hors sol et sous serre, production de raisin de cuve, production bovine
- Rédaction d’un guide utilisateur de CROPWAT - Rédaction d’un rapport méthodologique
Pour continuer dans cette voie, il pourrait être pertinent de quantifier les flux d’eau dans le sol et dans le produit, régionaliser et temporaliser les flux. Par ailleurs, afin d’améliorer de manière ultérieure MEANS-InOut, il est conseillé d’intégrer les travaux portant sur le Water Supply Mix. Enfin, avec le présent outil, il est conseillé d’ouvrir le champ des produits couverts.
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ABSTRACT
The aim of “AGRIBALYSE 2 – Water footprint project” is to update the AGRIBALYSE database to integrate water consumption/stress component assessments in agricultural water footprints.
The AGRIBALYSE 1 project generated a database of Life Cycle Inventories (LCIs) of specific French agricultural products for agri-food stakeholders as a tool to engage an eco-design journey. However, this first version contained heterogeneous and partial information about water flows.
The AGRIBALYSE 2 methodology developed water consumption inventory data for a set of French agricultural products. The methodology may be applicable to other productions as well, particularly those contained in AGRIBALYSE 1.
Primary outcomes include:
- Integration of Cropwat in MEANS-InOut, enabling the creation of LCI for agricultural productions (crops, cattle and small ruminants)
- Creation/update of LCIs of corn, soybeans, carrots from Aquitaine, apples from the South East, tomatoes (above ground & greenhouse), wine grape production, cattle production
- Development of CROPWAT user guide - Methodological report generation
To build on this work, it may be relevant to quantify water flows in the soil and in the product, as well as consider regional and temporal differences in water flows. In addition, in order to improve MEANS-InOut in the future, it is recommended to integrate work from the Water Supply Mix project (ELSA) into the AGRIBALYSE 2 methodology. Finally, it is recommended to widen the scope of products covered.
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1. Contexte du projet
La première version du projet AGRIBALYSE a généré une base de données d’Inventaires du Cycle de Vie (ICVs) de différentes productions agricoles françaises afin de mettre à disposition des acteurs de l’agro-alimentaire et de l’agriculture des outils leur permettant d’engager des démarches d’écoconception. Cependant, cette première version contenait des informations hétérogènes et partielles concernant les flux d’eau.
Lorsque l’on évoque l’empreinte eau, il convient de distinguer deux enjeux distincts :
• Les problématiques de qualité d’eau / pollution, engendrées par exemple par la lixiviation des engrais et des produits phytosanitaires. Cet enjeu a été traité dans AGRIBALYSE 1 à l’aide de modèles agronomiques (ex : SALCA, etc.). Les impacts engendrés sont synthétisés dans des indicateurs tels que l’eutrophisation ou l’écotoxicité aquatique.
• Les problématiques liées à la consommation d’eau et au stress hydrique. Cet aspect n’a pas été totalement traité dans AGRIBALYSE 1, des travaux de normalisation étant alors en cours : les inventaires constitués doivent être améliorés pour mieux prendre en compte et identifier les quantités d’eau mobilisées, notamment pour l’irrigation, ou pour abreuver les animaux. Si des premières quantifications ont été faites, elles ne permettent pas de distinguer la quantité d’eau effectivement utilisée par une culture (évapo-transpirée principalement) de la quantité d’eau qui retourne au milieu.
On distingue ainsi l’eau prélevée de l’eau consommée (qui ne retourne pas au milieu). Ce taux peut pourtant varier fortement en fonction des régions, des systèmes d’irrigation, des conditions pédoclimatiques, etc. Il en est de même en productions animales : les quantités d’eau retournant au milieu ne sont pas identifiées.
Signe du traitement limité de cet enjeu, l’indicateur « consommation d’eau nette » recommandé par le référentiel agro-alimentaire de la plateforme ADEME-AFNOR n’est pas évalué dans la base de données AGRIBALYSE.
2. Objectifs du projet
L’objectif du projet est de faire évoluer la base de données AGRIBALYSE afin que celle-ci contienne les informations permettant l’évaluation du volet consommation / stress hydrique de l’empreinte eau des productions agricoles.
Plus spécifiquement, l’objectif du projet est de générer les données d’inventaire relatives aux consommations d’eau afin de compléter les ICVs de la base de données AGRIBALYSE.
Pour générer ces données d’ICV, le présent projet a développé une méthodologie permettant de prendre en compte les flux d’eau dans les ICVs agricoles. Cette méthodologie pourra être applicable aux autres productions, notamment celles qui font l’objet d’ICVs dans AGRIBALYSE 1.
3. Gouvernance
Le projet a été animé par un comité technique, constitué des partenaires de l’étude :
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Nom et prénom Organisme Email
Armelle Gac IDELE armelle.gac@idele.fr
Aurélie Tailleur Arvalis a.tailleur@arvalis.fr Dominique Grasselly CTIFL grasselly@ctifl.fr
Edith Martin Quantis Edith.martin@quantis-intl.com
Emilie Adoir IFV Emilie.adoir@vignevin.com
Esterelle Villemagne ONEMA esterelle.villemagne@onema.fr François Witte Quantis francois.witte@quantis-intl.com Gildas Mevel Agrosolutions - InVivo gmevel@agrosolutions.com
Jean-Baptiste Bayart Quantis jean-baptiste.bayart@quantis-intl.com Julie Auberger INRA Julie.auberger@inra.fr
Julie Lebas De Lacour Arvalis j.lebasdelacour@arvalis.fr Séverine Charrière Agrosolutions- InVivo scharriere@agrosolutions.com Sophie Gendre Arvalis s.gendre@arvalis.fr
Sophie Penavayre IFV sophie.penavayre@vignevin.com Sylvie Dauguet Terres Inovia s.dauguet@terresinovia.fr
Tanguy Mercier Agrosolutions- InVivo tmercier@agrosolutions.com
Vincent Colomb ADEME vincent.colomb@ademe.fr
Un comité consultatif, composé d’experts, a été consulté à deux reprises :
• le 09/02/2017 pour obtenir un avis sur la démarche globale, et les modèles à utiliser (CR en annexe 7),
• le 15/06/2018, pour obtenir un avis sur les premiers résultats obtenus (CR en annexe 8).
Ce comité est constitué des experts suivants :
Nom et prénom Organisme Email
Jacques Eric Bergez INRA jacques-eric.bergez@inra.fr
Alban Thomas INRA thomas@toulouse.inra.fr
Philippe Roux Irstea (Elsa) philippe.roux@irstea.fr Claire Serra-Wittling Irstea claire.serra-wittling@irstea.fr Charlotte Pradinaud Irstea charlotte.pradinaud@irstea.fr Julienne Roux Ministère de l’agriculture julienne.roux@agriculture.gouv.fr Anne-Marie Boulay Wulca anne-marie.boulay@polymtl.ca Llorenc Mila I Canals UNEP llorenc.mila-i-canals@unep.org
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4. Glossaire
• Eau bleue : eau consommée issue des eaux douces de surface et souterraine (The Water Footprint Network, 2011).
• Eau verte : eau consommée issue des précipitations stockées dans le sol ou restée temporairement sur la végétation ou à la surface du sol (The Water Footprint Network, 2011).
• Eau consommée : eau extraite ne retournant pas dans le même bassin versant. L’extraction peut être sous forme d’évaporation, transpiration,
intégration dans le produit, relargage dans un autre bassin versant ou la mer (ISO, 2014).
• Eau prélevée : eau extraite par les activités humaines, de façon permanente ou non (ISO, 2014), (par ex. activité de refroidissement, eau drainée après irrigation).
• Empreinte eau : métrique(s) quantifiant les impacts environnementaux potentiels sur l’eau (ISO, 2014).
• Flux élémentaire d’eau : flux d’eau prélevé (entrant) ou relargué dans les compartiments eau / air /sol ou capté dans le produit (sortant) dans
l’environnement, pour le système étudiés.
• Inventaire du cycle de vie : bilan complet des flux entrants et des flux sortants dans le système étudié, c’est-à-dire l’ensemble des ressources énergétiques, matières premières et transports nécessaires pour fabriquer un produit (bien ou service) et des substances polluantes émises dans le milieu lors de la fabrication du bien.
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5. Méthodologie de l’empreinte eau
5.1. Préambule chronologique des initiatives autour de l’empreinte eau
L’illustration suivante récapitule l’ensemble des initiatives portant sur l’évaluation d’impacts sur l’eau des activités humaines.
Figure 1. Principales initiatives existantes autour de la quantification de l’empreinte eau
2008 2009 2010
Lancement du
Commencement des travaux pour l’ISO 14’046 Lancement du
Lancement du
Août
CDP Water Questionnaire
Premières lignes directrices BIER
2007
WULCA, WF Framework
WBCSD guide
Bien qu’existant depuis longtemps, il devient de plus en plus important
WATER&RISK&ASS.&
Draft 2 Ecoivent v3
Intègre l’eau
AWS Water Stewardship Standard
2011 2013
Draft 3
WULCA, Revue des méthodes
2012 2014
Publication de l’ISO 14’046 Lancement de
l’outil
Lancement d’une base de données sur l’eau et les cultures
La valeur de l’eau
Water valuation Guidelines Local water tool
2016
Lancement de la méthode AWARE
Lancement des LEAP guidelines sur l’empreinte eau des élevages
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La Figure 1 montre que les initiatives se sont succédées depuis 2007, tant pour améliorer des méthodes d’impact existantes que pour proposer de nouvelles approches de l’empreinte eau, en incluant et différenciant les impacts sur la qualité de l’eau (pollution) de ceux sur la quantité (disponibilité).
5.2. Contexte normatif actuel
Parmi toutes ces initiatives présentées dans la Figure 1, la norme ISO 14'046
« Management environnemental -- Empreinte eau -- Principes, exigences et lignes directrices » fait référence sur l’empreinte eau. Publiée en 2014, elle définit l’empreinte eau comme : « un (des) indicateur(s) quantifiant les impacts environnementaux potentiels relatifs à l’eau » (ISO 2014).
Cette norme, qui s’inscrit dans le groupe des normes ISO 14’000 lié au Management Environnemental ainsi que dans la lignée des normes ISO14040-44 sur l’Analyse du Cycle de Vie, peut être résumée par les principes suivants.
• L’empreinte eau évalue l’impact d’une activité sur les ressources en eau en tenant compte de l’ensemble du cycle de vie : de l’extraction des matières premières à la fin de vie, en tenant compte des phases de transformation, de transport, d’utilisation, etc.
Figure 2. Exemple de cycle de vie (cas d'un yaourt) et des flux d'eaux liés
• Si l’on applique ce principe aux activités agricoles et par exemple aux productions végétales, cela signifie que l’empreinte eau tiendra compte de l’eau utilisée directement lors de l’irrigation mais également de l’eau requise pour la production des engrais, pesticides ou encore pour la production d’énergie. Pour évaluer l’empreinte eau « indirecte », c’est à dire l’empreinte
ALIMENTATION PRODUCTION DE
LAIT
TRANSF.
PACK.
LOG.
DISTRIBUTION
UTILISATION
FIN DE VIE FRUITS
Irrigation àstress hydrique
Lessivage des pesticides et des nitrates àPollution de l’eau Irrigation àstress hydrique
Lessivage des pesticides et des nitrates àPollution de l’eau
Consommation d’eau par les animauxàstress hydrique Gestion des déjectionsà Pollution de l’eau
Eau utilisée dans la production àstress hydrique
Gestion des déjectionsàPollution de l’eau
Packaging bio-sourcéàpollution de l’eau et stress hydrique
Eau utilisée dans la production àstress hydrique
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eau qui n’est pas directement liée à l’activité étudiée, mais générée par d’autres étapes de la chaine de valeur, on utilise en général des bases de données.
• L’empreinte eau vise à quantifier de manière holistique les impacts environnementaux sur les ressources en eau. Cela inclut notamment les deux principaux enjeux pesant sur les ressources en eau : la quantité et la qualité.
L’empreinte eau s’intéresse donc aux questions de consommation d’eau et à l’impact du stress hydrique potentiellement généré, mais également aux problématiques de pollution des ressources.
• Au-delà d’un simple inventaire de la consommation et de la pollution des eaux, l’empreinte eau doit tenir compte des enjeux locaux de la ressource.
Cela implique par exemple de considérer le niveau de stress hydrique local, ou la vulnérabilité de cette ressource d’un point de vue qualitatif.
Le résultat d’une étude empreinte eau est un (ou plusieurs) indicateur(s) quantitatifs.
5.3. Indicateurs de calcul de l’empreinte eau
L’empreinte eau peut être évaluée suivant différentes méthodes au travers de différents indicateurs, reflétant les différentes problématiques environnementales liées à l’eau, tant sur les aspects quantitatifs (disponibilité des ressources et stress hydrique), que sur les aspects qualitatifs (pollution des eaux). Ces indicateurs se situent à des niveaux variables sur la chaîne cause-effet des impacts, permettant ainsi de procéder à une agrégation des indicateurs pour évaluer les dommages. La figure ci-dessous illustre ce concept.
Figure 3. Chaîne cause-effet des impacts environnementaux sur les ressources en eau
Chaque indicateur d’impact se calcule de la manière suivante :
Inventaire
Indicateurs
« midpoint »
Indicateurs de
«dommages »
Acidification aquatique Eutrophisation
aquatique
Emissions polluantes
Pollution
thermique Toxicité
Contribution au stress hydrique Consommations d’eau
Ecotoxicité aquatique
Qualité des
écosystèmes Santé
humaine
Chainecause / effet
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Où:
• « Score d’impactj » est le score d’impact pour la catégorie « j » étudiée. Ce score est exprimé dans une unité spécifique. Par exemple : pour l’eutrophisation aquatique, le score d’impact sera exprimé en kg Phosphore- équivalent, pour l’écotoxicité, il sera exprimé en Cumulative Toxic Unit- equivalent, etc.
• « mi » est la masse de la substance « i », en kg
• « Facteur de Caractérisationi,j » est un facteur permettant d’évaluer la contribution relative de la substance « i » à la catégorie d’impact « j ». Il est exprimé en unité spécifique de la catégorie d’impact « j » par kg de la substance « i ». Pour l’indicateur de contribution au stress hydrique, le facteur de caractérisation est un facteur reflétant le stress hydrique régional. Ainsi, les consommations d’eau engendrées par les différentes phases du cycle de vie d’une activité sont pondérées par le niveau de stress hydrique. Consommer de l’eau dans un endroit plus stressé générera donc plus d’impact sur l’indicateur de contribution au stress hydrique que de consommer de l’eau dans un endroit moins stressé. Le résultat est alors exprimé en m3 d’eau- équivalent.
Plusieurs méthodes d'évaluation du stress hydrique ont émergé au cours des sept dernières années (Tendall, Raptis, & Verones, 2013). Le présent projet s’intéresse aux résultats selon les trois méthodes explicitées ci-après :
• Pfister et al. (2009) : cette méthode fait partie des premières générations des méthodes d’évaluation quantitative de l’empreinte eau, de type « WTA » (« Withdrawal To Availability »), c’est-à-dire « du prélèvement à la disponibilité ». Elle s’appuie sur un ratio qui exprime les flux d’eau prélevés par rapport à la disponibilité en eau dans la région géographique considérée.
Tous les usages de l’eau pour les activités humaines sont pris en compte : si un système agricole prélève une quantité d’eau avant d’en restituer un certain pourcentage (élevé ou non et quelle que soit la qualité de l’eau restituée, par ex. en drainage post irrigation sur sol sableux), la quantité d’eau retournée dans le milieu fait partie de l’empreinte eau en tant qu’eau prélevée.
• Hoekstra et al. (2011) : cette méthode fait partie de la deuxième génération des méthodes d’évaluation quantitative de l’empreinte eau, de type « CTA » (« Consumption To Availability »), c’est-à-dire « de la consommation à la disponibilité ». Elle s’appuie également sur un ratio dépendant de la disponibilité régionale, exprimant cependant non plus les flux d’eau prélevés mais les flux d’eau consommés, soit prélevés nets. Ainsi, les quantités d’eau qui sont prélevées et qui retournent dans le même bassin versant sont exclus du bilan : seuls les flux d’eau évaporés, transférés vers un autre bassin versant ou au sein d’un produit, et étant ainsi indisponibles pour l’utilisateur, sont comptabilisés puis rapportés à la disponibilité en eau de la région géographique considérée.
• AWaRe : cette méthode correspond à la dernière génération des méthodes d’évaluation quantitative de l’empreinte eau, développé par le groupe de travail UNEP / SETAC Water Use in LCA (WULCA, 2016). « AWaRe » est l’acronyme anglais de « Available Water Remaining », soit l’eau disponible
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restante. Cette méthode, issue d’un consortium, s’appuie sur plusieurs paramètres : la consommation d’eau (prélèvement net) du procédé étudié d’une part, ainsi que, d’autre part, la disponibilité et la demande en eau de la région géographique où a lieu ce procédé. La demande en eau de la région géographique correspond à la demande des activités humaines ainsi qu’à la demande des écosystèmes locaux. Cela permet de rendre compte du stress hydrique effectif sur la région étudiée.
Pour l’ensemble des trois méthodes, la disponibilité en eau correspond à la différence entre les précipitations et l’évapotranspiration sur un bassin versant donné ou une région géographique spécifique. Les méthodes Pfister et al. 2009 et Hoekstra et al. 2011 sont, en raison de leur antériorité, les méthodes les plus utilisées actuellement. Elles donnent toutefois une représentation limitée de l’utilisation en eau du fait de la mise à l’écart de la demande des écosystèmes locaux. La méthode AWaRe comble cette lacune en prenant en compte cette demande locale des activités humaines et des écosystèmes, prenant ainsi en compte la disponibilité en eau absolue et spécifique d’une région.
Les différences dans les hypothèses de calcul de l’empreinte eau selon chaque méthode peuvent avoir des conséquences importantes dans le résultat final, exprimé en mètre cube équivalent pour chacune des méthodes. Il est important de noter que les résultats, tous en mètre cube équivalent, représentent chacun des réalités physiques différentes du fait des différences dans les méthodes de calcul. Toute comparaison entre ces indicateurs doit donc être contextualisée.
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6. Méthodologie du projet
La Figure 4 ci-dessous présente l’articulation entre les différentes phases du projet, avant de développer ces différentes phases dans les paragraphes suivants :
Figure 4. Articulation des 7 tâches du projet AGRIBALYSE – empreinte eau 1. Méthodologie-
1.1-Défini1on-des-flux- élémentaires- 1.2-Défini1on-du-champs-de- l'étude-et-de-la-granulométrie-
1.3-Défini1on-de-modèles-de- consomma1on-d'eau-par-les-
systèmes-agricoles- 1.4-Test-et-valida1on-des-
modèles-
2.-Collecte-des-données- -
-- - - - --
3.-Implémenta1on- -
- 3.1--Implémenta1on-des-modèles-dans- InOut--
3.2--Implémenta1on-des-données-
"eau"-dans-InOut-
3.3-Généra1on-des-jeux-de-données-mis-à-jour-au-format-
4.-Es1ma1on-de-l’empreinte- eau-des-produits-et-analyse- 1.5.-Rédac1on-
rapport- méthodologique-
5.-Revue-cri1que-externe-
7.-Ges1on-de-projet- 6.-Valorisa1on-et-dissémina1on-
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6.1. Définition des flux élémentaires
La première tâche du projet a consisté en la définition des flux élémentaires d’eau – entrants et sortants – à inclure dans les ICVs.
Pour choisir les flux élémentaires d’eau à inclure dans les ICV, il faut s’assurer de :
• L’opérationnalisation : s’assurer que les flux définis sont disponibles dans les bases de données existantes ;
• La pertinence scientifique : s’assurer que les flux définis permettent de quantifier l’eau consommée selon les cadres méthodologiques existants.
6.1.1. Flux élémentaires d’eau et bases de données d’ICV existantes
ü Liste des flux « eau » d’ecoinvent v3
Pour assurer l’opérationnalisation de la méthode, la liste des flux élémentaires d’eau présents dans la base de données ecoinvent v.3 a été utilisée comme point de départ. Ecoinvent v.3 est en effet la base de données la plus communément répandue en ACV, et présente un bilan hydrique équilibré : la somme des flux d’eau entrants est égale à la somme des flux d’eaux sortants. Les flux de prélèvements et de rejets d’eau présents dans la v3 d’ecoinvent sont les suivants :
Water input :
• Water, cooling, unspecified natural origin, <country>
• Water, lake, <country>
• Water, river, <country>
• Water, shallow well, in ground, <country>
• Water, turbine used, unspecified natural origin, <country>
• Water, unspecified natural origin, <country>
• Water, well, in ground, <country>
• Water, rain, <country>
Water output :
• Water, to air, <country>
• Water, to water, <country>
• Water, to groundwater, <country>
Les flux applicables à l’eau utilisée en agriculture en France sont les flux suivants : Water input :
• Water, lake, <country>
• Water, river, <country>
• Water, well, in ground, <country>
• Water, shallow well, in ground, <country>
• Water, rain, <country>
Water output :
• Water, to air, <country>
• Water, to water, <country>
• Water, to groundwater, <country>
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ü Liste des flux « eau » d’ILCD
Les flux d’eau d’ecoinvent et de l’ILCD suivent deux nomenclatures différentes. La base de données AGRIBALYSE ayant été construite de manière à être compatible avec ecoinvent, la nomenclature ecoinvent a donc été choisie pour modéliser les inventaires. La méthode ILCD prévoit une révision structurelle d’ici fin 2019 : lorsque celle-ci sera publiée par le JRC (Joint Research Centre, de la Commission Européenne), un contrôle pourra être effectué pour vérifier que les flux modélisés sont bien pris en compte par les méthodes de caractérisation.
6.1.2. Pertinence des flux élémentaires d’eau d’ecoinvent v3
ü Flux élémentaires entrants d’ecoinvent v3 (autres que la pluie)
Il n’existe pas en France d’information sur la répartition entre les prélèvements d’eaux de lac, rivière, de puits et de puits peu profonds. Les travaux du Pôle ELSA (Water mix supply) donnent accès aux répartitions entre les consommations d’eau souterraines (well) et de surface, assimilées aux rivières en France. Le flux entrant
« water, lake » n’est donc pas retenu dans le cadre de l’étude. La prise en compte des flux provenant de retenues d’eau n’a pas été possible : d’une part, aucun flux d’eau entrant d’ecoinvent n’est disponible pour ces flux ; d’autre part, aucune information sur les quantités prélevées dans les retenues n’est disponible.
ü Eau de pluie
L'eau verte se réfère à la partie des précipitations qui s'évapore ou se transforme directement du sol ou par interception. L’eau verte consommée est quantifiée par le WaterFootPrint Network, au même titre que l’eau bleue consommée. Or, la plupart des autres méthodes de calculs de l’empreinte eau considèrent que les flux d’eau de pluie n’ont pas d’effets directs sur la rareté de l’eau (Payen, Basset-Mens, Colin, &
Roignant, 2017).
Pfister (Pfister, 2017) indique que l’eau verte est bien à comptabiliser en ACV, en tant que flux entrant et sortant, mais que cette eau verte ne devrait être comptabilisée dans les méthodes qu’en comparant à une situation de référence de végétation naturelle. Autrement dit, il faudrait ne prendre en compte qu’un flux d’eau verte net, correspondant à la différence entre les flux d’eau verte de la situation étudiée et de la situation de référence, la végétation naturelle.
Les méthodes portant sur les aspects quantitatifs de l’empreinte eau (AWaRe, méthode consensuelle recommandée par le groupe WULCA1 pour la quantification de l’empreinte eau et Pfister, utilisées pour tester les données obtenues dans le cadre de l’étude) se basent sur l’eau consommée, c’est à dire l’eau prélevée dans le milieu non rejetée dans le bassin versant d’origine. Autrement dit, elles se basent sur l’eau bleue et ne prennent pas en compte l’eau verte.
1 http://www.wulca-waterlca.org/
Mai 2019
Afin d’équilibrer le bilan et de permettre l’application d’autres méthodes qu’AWaRe, les données sur les eaux de pluie ont été collectées dans le cadre de notre étude pour toutes les cultures sauf les tomates hors sol qui ne consomment pas d’eau de pluie.
ü Flux sortants
Les flux sortants sont estimés à partir de modèles (cf. 6.3 et 6.4).
6.1.3. Autres flux élémentaires d’eau
Plusieurs flux, non listés directement dans ecoinvent v3 soulèvent des questions méthodologiques pour leur prise en compte. Le tableau suivant synthétise ces flux et les réponses méthodologiques apportées pour les considérer.
Tableau 1. Cas des flux élémentaires d’eau non existants dans ecoinvent v3
Flux Hypothèses portant sur les flux élémentaires Eau issue des
canaux d’irrigation
Considérée comme principalement provenant de rivières
Eau issue des retenues collinaires
L’eau de pluie (eau verte) collectée est considérée comme de l’eau bleue par le Water Footprint Network (The Water Footprint Network, 2011).
Au sein du groupe WULCA, aucune recommandation officielle ne concerne la collecte d’eau de pluie. (communication personnelle Anne-Maire Boulay)
Eau du sol Le flux d’eau du sol n’existe pas dans la base de données
ecoinvent. Il n’a pas été estimé mais peut être obtenu à partir du bilan « entrées – sorties » (cf. 6.1.4),
Eau contenu
dans le produit Renseignée en méta données.
6.1.4. Flux sélectionnés pour la constitution des ICVs Les flux élémentaires renseignés sont donc les suivants :
Mai 2019
Figure 5. Flux considérés dans le cadre du projet
Water input:
• Water, river, <country>
• Water, rain, <country>
Water output:
• Water, to air, <country>
• Water, greenwater to air, <country>
• Water, to river, <country>
• Water, greenwater to river, <country>
• Water, to groundwater, <country>
• Water, greenwater to groundwater, <country>
• Water, FR
Métadonnées : quantité d’eau contenue dans le produit.
Water, river
Culture
Water, rain
Water to air (pertes - ETP)
Water, to groundwater (pertes – drainage) Water, to river
(pertes – ruisellement)
Water to air ( ETP) Water, green water
to air ( ETP)
Water, FR(ruissellement) Water, green water to river (ruissellement)
Water, FR (drainage)
Water, green water to groundwater (drainage) Eau contenue dans le
sol (non considérée par
Cropwat/ecoinvent)
Eau contenue dans les produits (métadonnées)
Mai 2019
6.2. Définition du champ de l’étude
La liste des produits étudiés est présentée ci-dessous :
• Maïs grain
• Soja (irrigué et non irrigué)
• Raisins de cuve
• Carotte
• Pomme
• Tomate sous serre, hors sol et tomate sous abri en sol
• Lait de vache
• Viande bovine
Les flux ainsi que les facteurs de caractérisation implémentés dans SimaPro sont à l’échelle du pays et de l’année, bien que la méthode AWaRe permette cependant de travailler à des échelles géographique et temporelle plus fines (région, bassin versant et échelle temporelle mensuelle). Par défaut, la résolution minimale des ICVs est ainsi nationale et annuelle (du semis à la récolte de la culture pour les cultures annuelles, du débourrement à la récolte pour les pérennes).
A terme, la méthodologie développée sera transposable pour permettre la mise à jour de l’ensemble de la base de données AGRIBALYSE. Cependant, seuls les jeux de données sélectionnés pour la tâche 2.2 seront générés.
Mai 2019
Tableau 2. Synthèse du champ de l'étude et de la granulométrie
Terres Inovia Arvalis CTIFL IFV Idele
Soja Maïs grain Carotte
Aquitaine Pomme sud est Tomate sud
France Raisins de cuve lait de
vache viande bovine
% surface nationale irriguée
54% 40% 100% 100%
100% 4,40% sans objet sans objet
Présence irrigation surtout dans certaines régions ?
sur toutes les régions de la culture de soja
oui
Les 35 000 ha de vignoble irrigué sont situés en régions
Languedoc- Roussillon (LR) et PACA (soit 17,6% de la surface en vigne de ces 2 régions)
oui sur maïs
fourrage dans certaines régions (dont Pays de la Loire, Sud Ouest)
oui sur maïs
fourrage dans certaines régions (Pays de la Loire, Sud Ouest)
Effet de l'irrigation sur les autres postes de l’itinéraire technique
oui oui Oui cf maïs
fourrage
cf maïs fourrage
Mai 2019
Terres Inovia Arvalis CTIFL IFV Idele
Soja Maïs grain Carotte
Aquitaine Pomme sud est Tomate sud
France Raisins de cuve lait de vache
viande bovine
Source des données
enquêtes sur parcelles par TI en 2012 (330 en
conventionnel) + données issues
d'expérimentati ons + dires d'experts
(1) données statistiques (idem AGB 1) (2) données issues d’une expérimentati on
relevés d’exploitatio ns
relevés et données issues d’expérimentati ons
données issues d’expérimentati
ons
Données issues d'expérimentati ons antérieures et de dires d'experts
activités d'élevage : modélisatio n + dire d'experts cultures : cf.
maïs fourrage
activités d'élevage : modélisatio n + dire d'experts cultures : cf.
maïs fourrage
Quels ICV seront
produits ?
Soja moyen France
(intégrant empreinte eau)
- (1) Maïs grain moyen France (intégrant l'empreinte eau)
- (2) Cas d'étude : maïs grain irrigué
conventionne l et maïs grain irrigué efficient en eau
Carotte de saison irriguée
Pomme sud-est
• Tomate en pleine terre, 2010
• Tomate hors sol (HS), sans
recyclage des eaux de drainage
• Tomate hors sol (HS), recyclage de
90% des
eaux de
drainage
Raisin vigne, raisonné,
irrigué, Languedoc Roussillon, tous vins confondus
icv lait AGRIBALY SE pour reconstituer le lait moyen
icv viande AGRIBALY SE pour reconstituer la viande moyenne française
Représentativ ité
géographique
soja moyen France
(1) moyen France (2) cas d'étude Adour-
carotte Aquitaine
conventionnelle
Pomme sud-est sud-est
Mai 2019
Terres Inovia Arvalis CTIFL IFV Idele
Soja Maïs grain Carotte
Aquitaine Pomme sud est Tomate sud
France Raisins de cuve lait de vache
viande bovine Garonne
Représentativ
ité temporelle 2008-2012
Maïs grain moyen France : 2005-2009 Cas d’étude : 2009-2016
• Tomate en sol sous abri (Sud France, 2010-2012), Tomate hors sol avec (90%) et sans recyclage de l’eau de
drainage (Sud France, 2011-2015)
• Carotte de saison d’Aquitaine (Aquitaine, 2014 & 2016)
• Pomme (Sud Est, 2010-2016)
2005 - 2009 2005 - 2009 2005 - 2009
Mai 2019
6.3. Définition de modèles de consommation d’eau par les systèmes agricoles
Une fois l’eau prélevée dans le milieu (surface ou souterrain), celle-ci peut avoir différents devenirs :
• Fuite ou évaporation lors de la phase de transport
• Evapotranspiration
• Stockage dans la plante ou l’animal
• Percolation
• Drainage
• Ruissellement
La répartition entre ces différents devenirs varie en fonction de différents paramètres :
• Type de culture ou d’élevage
• Conditions pédoclimatiques
• Type d’irrigation (pilotée ou non)
• Type de sol
• Etc.
Afin d’évaluer la quantité d’eau effectivement consommée par une culture, qui correspond à la quantité d’eau qui n’est plus disponible pour d’autres utilisateurs, il convient d’être capable d’effectuer des bilans hydriques au niveau des systèmes agricoles. Il convient ainsi de disposer de modèles permettant de lier l’ensemble des postes en entrée et sortie autour du système agricole comme suit :
Figure 6. Bilan hydrique d'une production agricole, exemples de modalités de réalisation
Mai 2019
Une revue des modèles d’évaluation de l’eau évapo-transpirée et de l’eau exportée a été effectuée par InVivo AgroSolutions. Ces modèles ont été passés au crible de la matrice de décision suivante (Tableau 3) :
Mai 2019 Tableau 3. Matrice de comparaison de l’ensemble des modèles étudiés (source : AgroSolutions)
Modèle
Généralité Adapté au contexte ACV Modèle juste et complet Adapté au contexte du projet
Editeur Métier Licences Support Installation Nombre de données et paramètres demandés Temps de prise en main Documentation accessible au public Evapotranspiration Pluie Irrigation Drainage Ruissellement Cultures concernées Régionalisation Prise en compte de l’itinéraire technique
HYDRUS
1D PC-progress développeur solutions
informatiques gratuit support@pc-
progress.com site
internet élevé élevé oui oui oui non oui oui toutes oui faible
Hydrus
2/3D PC-progress développeur solutions
informatiques payante support@pc-
progress.com
site internet
Cropsyst
Washington state university
recherche et
enseignement gratuite site
internet élevé élevé oui oui oui oui oui oui toutes oui élevé
Aquacrop FAO Organisation à but non
lucratif gratuite aquacrop@fa
o.com site
internet faible moyen oui oui oui oui oui oui annuelles oui moye
n
Wofost Wageningen recherche et
enseignement gratuite site
internet élevé élevé oui oui oui non oui oui toutes oui faible
E.T Model Sandra Payen Université de Montpellier gratuite s.payen@agr
esearch.nz fichier
excel faible faible oui oui oui oui oui oui toutes oui faible
SaltMed CEH recherche gratuite rag@ceh.ac.u
k site
internet élevé élevé oui oui oui oui oui oui toutes oui élevé
SWAP Wageningen recherche gratuite joop.kroes@
wur.nl site
internet élevé élevé oui oui oui oui oui oui toutes oui faible
PRZM EPA organisation
gourvernementale payante
EPIC Texas
University
Recherche et
enseignement gratuite t-
gerik@tamu.e
site
internet élevé moyen oui oui oui oui oui oui toutes oui élevé
Mai 2019
Modèle
Généralité Adapté au contexte ACV Modèle juste et complet Adapté au contexte du projet
Editeur Métier Licences Support Installation Nombre de données et paramètres demandés Temps de prise en main Documentation accessible au public Evapotranspiration Pluie Irrigation Drainage Ruissellement Cultures concernées Régionalisation Prise en compte de l’itinéraire technique
du CROPWA
T FAO Organisation à but non
lucratif gratuite fao-
water@fao.co m
site
internet faible faible oui oui oui oui non non toutes oui faible
STICS INRA Recherche gratuite site
internet élevé élevé oui oui oui oui oui oui toutes oui élevé
DSSAT
équipe de plusieurs
universités recherche gratuite gerrit@ufl.edu site
internet élevé élevé oui oui oui oui oui oui toutes oui élevé
Bilhyna INRA Recherche gratuite site
internet élevé élevé oui oui oui oui oui oui toutes oui élevé
Aqyield INRA recherche payante
SAMIR CESBIO recherche payante
CHN Arvalis recherche payante
Irrélis Arvalis Recherche payante
Sunflo INRA tournesol
Mai 2019
Les critères d’élimination sont identifiables par leur couleur rouge dans le tableau. Il s’agit de critères :
• de prix : l’accès au logiciel doit être gratuit,
• de praticité : nombre de paramètres demandés et durée estimée pour la prise en main de l’outil,
• de prise en compte de l’irrigation : dans la mesure où les cultures étudiées peuvent être irriguées, il est important de pouvoir modéliser les flux liés à l’irrigation,
• du nombre de cultures couvertes : l’outil doit permettre de couvrir la majorité des cultures étudiées.
6.4. Test et validation des modèles
Ces modèles ont ensuite été testés par les Instituts Techniques sur la base de cas- types et comparés à leurs propres bilans hydriques. Les résultats ont été présentés en comité consultatif le 09/02/2017 (cf. annexe 7). Les modèles retenus, compromis praticité / robustesse / disponibilité sont :
• Le modèle de l’IDELE pour l’élevage,
• CROPWAT pour les cultures, aussi bien annuelles que pérennes.
Le choix du modèle CROPWAT (pour les cultures) dans ce cadre et dans le contexte spécifique du projet (simplicité d’utilisation, robustesse, retours d’expériences) ainsi que du modèle dédié de l’IDELE a été accueilli de manière favorable par l’ensemble des membres du comité consultatif présents. Il est à noter toutefois que CROPWAT ne permet pas d’estimer les flux d’eau pendant la période de l’interculture (c’était également le cas des autres modèles libres d’accès). Il a été cependant conseillé de laisser le choix aux utilisateurs d’utiliser d’autres modèles de type Pilot, Optirrig, ou STICS.
6.5. Collecte des données sur les prélèvements d’eau
• Données d’irrigation
Les données sur les doses apportées d’irrigation quantité), ont été collectées via des enquêtes pratiques culturales, ou des suivis d’exploitation, ou des modèles d’irrigation internes (ex. IréLIS pour ARVALIS) (cf. Tableau 3). Ces données ont été comparées aux sorties du modèle CROPWAT pour les cultures.
Pour le soja et le maïs, les matériels sont issus de (Molle B et al., 2009). Pour ces ICV, les sorties du modèle CROPWAT ont été utilisées pour estimer le calendrier d’irrigation. En effet, pour maïs et soja, les données statistiques ne permettent pas de reconstituer des calendriers d’irrigation.
Par ailleurs, les ICV des tomates, carottes, pommes, et vigne ont été élaborés à partir de données réelles d’irrigation.
o Cas de la dérive
Mai 2019
Les données publiées par l’IRSTEA et ARVALIS (GRANIER & DEUMIER, 2013) pour l’efficience d’irrigation ont été utilisées. Les « pertes » suivantes sont à considérer et sous les formes suivantes :
• Evaporation : 5% pour tous les matériels sauf le goutte à goutte
• Dérive (liée au vent) :
o 0% pour le goutte à goutte et pivot,
o 5% pour la couverture intégrale ou enrouleur 5% avec une répartition ruissellement/drainage à hauteur de 20/80.
o Cas de la consommation énergétique des systèmes d’irrigation Les données publiées par l’IRSTEA et ARVALIS (GRANIER & DEUMIER, 2013) pour la consommation énergétique ont été utilisées : 0,57 kWh/m3 pour l’irrigation par enrouleur, 0,40 kWh/m3 pour l’irrigation par pivot et 0,41 kWh/m3 pour l’irrigation par couverture intégrale.
• Données Sols
Les textures du sol, la capacité au champ et réserve utile ont été issues de bases internes des instituts techniques agricoles. L’état hydrique a été fixé à la capacité au champ au 1er janvier.
• Données Climatiques :
Les données climatiques sont issues de stations météorologiques.
• Paramètres nécessaires à la modélisation
Le tableau suivant récapitule les données nécessaires à la modélisation par CROPWAT des flux d’eau :
Tableau 4. Liste des paramètres nécessaires à la modélisation par CROPWAT
Nom français Unité Remarque
Dates de récolte et de semis La date de récolte est calculée automatiquement en fonction de la date de semis et des durées renseignées pour chaque phase de développement.
Kc:
• Phase initiale
• Phase de mi saison
• Fin de culture
Coefficient cultural: il rend compte des effets des différences du couvert par rapport à la surface de référence (le gazon) en termes de hauteur, d’albédo et de résistance stomatique. La valeur du coefficient cultural dépend du stade de développement, du type de culture, du type de sol, du climat.
Phases Jours (ou
en °C.jour)
Durée de chaque phase de développement en nombre de jours ou en somme de température
Profondeur d’enracinement à
la phase initiale m La profondeur d’enracinement évolue entre une valeur maximale et une valeur initiale.
Epuisement maximum Seuil d’utilisation de la RU à partir duquel la plante souffre de stress hydrique, p = RFU/RU
