DEPARTEMENT ENVIRONNEMENT ET AGRONOMIE FAITS MARQUANTS 2017 - Wedia
←
→
Transcription du contenu de la page
Si votre navigateur ne rend pas la page correctement, lisez s'il vous plaît le contenu de la page ci-dessous
DEPARTEMENT ENVIRONNEMENT ET AGRONOMIE FAITS MARQUANTS 2017 Membre fondateur de
2
Sommaire
Publication d’un ouvrage collectif dirigé par le LSE sur l’Agromine …………………… 5
Département EA Les plantes compagnes en association à une culture de rente : un levier pour
réduire les intrants ………………………………………………………………………….. 7
L’acidité des sols agricoles français diminue……………………...……………………... 10
Potentiel de l’approche ensembliste de modèles pour réduire les incertitudes de
FAITS MARQUANTS prédiction de la production et des intensités des émissions de N2O de cultures
2017 annuelles et de prairies………………………………………………............................... 12
Un nouveau cadre d’analyse de la diversité des formes d’agriculture ;
conséquences pour la recherche agronomique………………………………………… 15
Des systèmes agrivoltaïques dynamiques………………………………………………. 18
Les services écosystémiques rendus par les enherbements viticoles enfin
inventoriés…………………………………………………………………………………… 20
Recyclage de matières fertilisantes d’origine résiduaire : faible impact sur les
teneurs en résidus pharmaceutiques et leurs effets écotoxicologiques dans les
agrosystèmes…………………………………………………...…………………………… 22
Les systèmes de culture peu consommateurs de pesticides sont le plus souvent aussi
productifs et aussi rentables que les systèmes très dépendants des pesticides…….. 27
Impact du changement climatique sur les maladies..…………………………………… 31
L’entretien des fossés comme levier pour limiter la contamination des eaux par les
pesticides ……………………………………...…………………………………………….. 34
TATA-BOX : une boite à outils pour accompagner la transition agroécologique des
territoires ruraux……………………………………………………………………………... 37
Quelles différences entre les successions de cultures en agriculture biologique et
conventionnelle ? Une analyse à l’échelle mondiale……………………………………. 40
Construire la qualité du champ à l’assiette : exemple de la tomate d’industrie ……… 42
La combinaison modélisation & imagerie par résonance magnétique : une nouvelle
approche pour caractériser le devenir des polluants dans le sol…………….……….. 44
Exploitation des processus épigénétiques : quel couplage avec la modélisation pour
orienter l’adaptation des cultures aux nouveaux défis sanitaires et 46
environnementaux ?………………………………………………………..……………….
3
4
Publication d’un ouvrage collectif dirigé par le
LSE sur l’Agromine :
AGROMINING: FARMING FOR METALS -
Département EA Extracting unconventional resources using plants
UMR LSE
Laboratoire Sols et Résumé
Environnement
Suite à l’animation (leader) d’un réseau européen et d’un réseau international sur l’Agromine (filière
Centre Grand-Est Nancy intégrée de production de sels de métaux stratégiques par des cultures agroécologiques de plantes
hyperaccumulatrices de métaux et des procédés métallurgiques de synthèse à partir des biomasses
Contact produites), le LSE a conçu, proposé et édité cet ouvrage collectif qui représente la première
Guillaume Echevarria synthèse mondiale sur le sujet.
Guillaume.Echevarria@univ-
lorraine.fr Contexte et Enjeux
Priorités du document
Le LSE a pris le leadership dans le domaine de l’agromine. Il anime au travers du LIA Ecoland et du
d’orientation
projet de laboratoire joint avec l’Université du Queensland (portant sur les ressources minières non
#3Perf-2, #Climat3, #Climat-4,
conventionnelles) un réseau mondial à deux niveaux : Européens (portage de deux projets
#BioRes-1, #BioRes-2,
européens sur l’agromine associant l’essentiel des équipes travaillant sur le sujet) et International
#BioRes-3
reposant sur le partenariat LSE/SYSU/UQ.
Plans d’action
Innovation, Stratégie Résultats
européenne et internationale,
Prospective scientifique De fortes retombées médiatiques (diffusion le 21 janvier 2017 du documentaire : Sols Contaminés,
interdisciplinaire des plantes à la rescousse, 51 minutes sur Arte + courts reportages France Info TV, Reportage
France2 13h) et de fortes retombées scientifiques au travers de ce premier ouvrage rassemblant
Métaprogramme toutes les connaissances acquises à ce jour par les leaders mondiaux qui ont contribué à
EcoServ développer l’Agromine. Les quatre éditeurs sont tous membres du LSE (deux permanents et deux
chercheurs invités). Ils ont aussi largement contribué ainsi que des collègues du LIA Ecoland et de
Mots clés l’UQ, au contenu de ce livre. Le succès de l’Agromine est aussi lié à celui du Labex Ressources21
Sols contaminés, services (Université de Lorraine) 2011-2019 auquel l’INRA est associé et qui a permis de conforter tant les
écosystémiques, cultures non- actions de recherche (thèses et post-docs) que les réseaux actifs (chercheurs invités, workshop
alimentaires, agromine, éco- international Nickel).
conception, bioéconomie &
économie circulaire Perspectives
Complètement testée et éprouvée pour le cas du nickel, l’agromine s’intéresse maintenant à des
ressources minérales encore plus stratégiques (terres rares, métaux précieux,…) et l’ouvrage ouvre
largement ces nouvelles perspectives qui vont probablement se développer tant au niveau de la
recherche fondamentale qu’au niveau des applications commerciales et en partenariat avec
l’industrie minière.
Valorisation
Dans ces réseaux, trois entreprises (start-ups) sont directement impliquées dans ces travaux de
recherche et devraient assurer la transformation de 30 ans de recherches en une activité
économique viable et créatrice de richesse.
5
Références bibliographiques
> Bani A, Echevarria G, Sulçe S, Morel JL (2015) Improving the agronomy of Alyssum murale for
extensive phytomining: A five-year field study. Int J Phytorem 17:117-127.
> Lange B, van der Ent A, Baker AJM, Mahy G, Malaisse F, Meerts P, Echevarria G, Pourré O,
Département EA Verbruggen N, Faucon MP (2017) Copper and cobalt accumulation in plants: a critical
assessment of the current status of knowledge. New Phytol 213:537-551.
> Lopez S, Piutti S, Vallance J, Morel JL, Echevarria G, Benizri E (2018) Nickel drives bacterial
community diversity in the rhizosphere of the hyperaccumulator Alyssum murale. Soil Biol
Biogeochem 114:121-130.
> Nkrumah PN, Baker AJM, Chaney RL, Erskine PD, Echevarria G, Morel JL, van der Ent A
(2016) Current status and challenges in developing nickel phytomining: an agronomic
perspective. Plant Soil, 406:55-69. doi : 10.1007/s11104-016-2859-4.
> Reeves RD, Baker AJM, Jaffré T, Erskine P, Echevarria G, van der Ent A (2017) A global
database for plants that hyperaccumulate metal and metalloid trace elements. New Phytol, sous
presse.
> Rodrigues J, Houzelot V, Ferrari F, Echevarria G, Laubie B, Morel JL, Simonnot MO, Pons MN
(2016) Life cycle assessment of agromining chain highlights role of erosion control and
bioenergy. Journal of Cleaner Production 139:770-778.
> van der Ent A, Baker AJM, Reeves RD, Chaney RL, Anderson CWN, Meech JA, Erskine P D,
Simonnot MO, Vaughan J, Morel JL, Echevarria G, Fogliani B, Qiu RL, Mulligan D (2015)
Agromining: farming for metals in the future? Environ Sci Technol 49:4773-4780.
> van der Ent A., Echevarria G., Baker A.J.M. & Morel J.L. (2018) AGROMINING: FARMING
FOR METALS – Extracting unconventional resources using plants. Mineral Resources Series.
Springer Interrnational Publishing AG, Cham, Switzerland, 312 pp.
DOI 10.1007/978-3-319-61899-9
> Zhang X, Laubie B, Houzelot V, Plasari E, Echevarria G, Simonnot MO (2016) Increasing purity
of Ammonium Nickel Sulfate Hexahydrate and production sustainability in a nickel phytomining
process. Chemical Engineering Research and Design, 106, 26-32.
doi: 10.1016/j.cherd.2015.12.009
6
Les plantes compagnes en association à une
culture de rente : un levier pour réduire les
intrants
Département EA
Résumé
UMR Agronomie Les plantes de services sont des espèces mises en culture n’ayant pas un objectif direct de
production, mais qui rendent des services écosystémiques permettant notamment, de réduire
Centre Ile-de-France Versailles- l’usage des intrants. Dans ce travail, nous avons évalué l’intérêt d’associer des plantes de
Grignon services à des cultures pendant tout ou une partie de leur cycle. Nous avons réalisé une méta-
analyse des études publiées sur ce sujet, et avons étudié en détail les associations du colza
Contacts d’hiver à des plantes gélives dans un réseau de parcelles en France.
Valentin Verret
valentin.verret@inra.fr
Muriel Valantin-Morison
Contexte et Enjeux
muriel.morison@inra.fr
Aujourd’hui, la durabilité d’une agriculture dépendante des produits de synthèse est plus que
David Makowski
jamais remise en question. L’augmentation de la biodiversité cultivée à l’échelle de la parcelle est
david.makowski@inra.fr
un levier majeur pour favoriser les régulations naturelles et réduire le recours aux intrants. Les
Antoine Gardarin
plantes « de services » sont des plantes qui ne sont pas récoltées mais qui fournissent des
antoine.gardarin@inra.fr
services : couverture du sol, régulation des adventices, captage et fixation de l’azote, limitation de
Safia Médiène
l’érosion, stimulation de l’activité biologique du sol. Lorsqu’elles sont cultivées avec une culture de
safia.mediene@inra.fr
rente pendant une partie significative de son cycle, on parle de « plantes compagnes » (figure 1).
Elise Pelzer
elise.pelzer@inra.fr
Culture de rente seule
Priorité du document
d’orientation Mulch vivant
#3Perf-1
Semis simultané
Métaprogramme
Ecoserv Associa on en relais
Mots clés Figure 1 : Les plantes de services (en noir) peuvent être associées à des cultures (en blanc) selon
Plantes de services, plantes différentes modalités temporelles : un semis de la culture dans un mulch vivant de plantes de
compagnes, colza, adventices, services déjà établi, un semis simultané des plantes de services et de la culture, ou bien un semis
rendement en relais des plantes de services dans la culture déjà bien établie.
Dans le cadre du projet CASDAR Alliance, nous avons souhaité quantifier les services
écosystémiques rendus par les associations d’une culture de rente à des plantes de services. Les
bénéfices attendus sont (1) la régulation naturelle des bioagresseurs au sens large, (2) la
réduction de l’utilisation d’engrais de synthèse via l’utilisation de processus biologiques et (3) le
maintien de la production.
Résultats
Grâce à une méta-analyse de résultats expérimentaux extraits de 34 articles scientifiques
couvrant 17 pays, nous avons montré que les plantes compagnes conduisent à une réduction de
56% de la biomasse d’adventices par rapport à une culture seule non-désherbée, et 42% par
rapport à une culture seule désherbée. Les cultures de maïs semées dans un mulch vivant sont
celles qui ont le plus bénéficié de l’association à des plantes compagnes.
7
Comparaison à des situa on non-désherbées
Effet global
Céréales à paille – mulch vivant
Céréales à paille – semis simultané
Céréales à paille – semis en relai
Maïs – mulch vivant
Département EA Maïs – semis simultané
Ra o des biomasses d’aven ces Ra o des rendements
Figure 2 : Effets de l’association d’une culture de rente (céréales à paille et maïs) à des plantes de
services sur la biomasse d’adventices et le rendement, selon les différentes modalités temporelles
d’association, dans les situations où la culture n’est pas désherbée. Le nombre de situations
expérimentales et le nombre d’études dans chaque cas sont indiqués entre parenthèses.
En France, cette approche a été mise en pratique avec le colza : des plantes de services gélives,
le plus souvent choisies dans la famille des légumineuses sont semées en même temps que le
colza pour concurrencer les adventices et perturber les insectes pendant l’automne (Lorin, 2015).
La plante de service ne survivant pas à l’hiver, le colza termine son cycle sans concurrence et
bénéficie d’azote restitué par les résidus de plantes. Les résultats de 79 essais menés en France
entre 2009 et 2016 ont permis de valider cette technique. Les plantes légumineuses gélives
associées au colza permettent à la fois de réduire la fertilisation de 30 kg N/ha sans perdre de
rendement. De nombreuses espèces ont été testées, mais le mélange de féverole + lentille
associé au colza apparait comme étant globalement le plus performant. L’analyse de co-variables
agroenvironnementales a permis d’établir que ces associations sont particulièrement
intéressantes dans le cas de parcelles pauvres en azote au semis, et dans le cas de semis
précoce de colza.
Colza associé à un mélange Colza associé à un mélange « vesce commune +
ti »
« Féverole + len6lle vesce pourpre + trèfle d’Alexandrie »
Figure 3 : Evaluation multicritère des services rendus par deux mélanges « féverole + lentille » ou
« 2 vesces + trèfle d’Alexandrie » associés au colza (lignes pleines), en comparaison au colza
seul (pointillés noirs). 0 = le moins bon, 1 = le meilleur.
Perspectives
Des travaux sur les processus permettant d’expliquer les phénomènes de facilitation observés
avec certaines associations (colza-mélanges à base de féverole) sont envisagés.
8
Valorisation
Ces travaux s’inscrivent dans le projet CASDAR Alliance, et ont fait l’objet de 2 publications
scientifiques (objets de cette fiche de faits marquants). Ils contribuent à lever les nombreux
verrous techniques de la culture du colza dans les systèmes économes en pesticides et en
Département EA agriculture biologique (gestion de l’enherbement et des insectes ravageurs, disponibilité de
l’azote). Un outil d’aide au choix des espèces intitulé CAPS (Colza Associé à des Plantes de
Services) a été développé en mobilisant l’expertise des partenaires du projet (entre autres :
chambres d’agriculture, ISARA, ESA d’Angers, etc.). Cet outil ainsi qu’un diaporama pédagogique
sont disponibles en téléchargement sur le site de l’unité : http://www6.versailles-
grignon.inra.fr/agronomie/Recherche/Regulations-biologiques/Projet-CASDAR-Alliance
Références bibliographiques
> Verret V., Gardarin A., Pelzer E., Médiène S., Makowski D., Morison M. 2017. Can legume
companion plants control weeds without decreasing crop yield? A meta-analysis. Field Crops
Research 204, 158-168. https://doi.org/10.1016/j.eja.2017.09.006
> Verret V., Gardarin A., Makowski D., Lorin M., Cadoux S., Butier A., Valantin-Morison M., 2017.
Assessment of the benefits of frost-sensitive companion plants in winter rapeseed. European
journal of agronomy. European Journal of Agronomy, 91, 93-103.
https://doi.org/10.1016/j.fcr.2017.01.010
> Thèse de Mathieu Lorin, 2015. Services écosystémiques rendus par des légumineuses gélives
introduites en tant que plantes de service dans du colza d'hiver : évaluation expérimentale et
analyse fonctionnelle.
9
L’acidité des sols agricoles français diminue
Département EA Résumé
En utilisant une base de données nationale appelée Base de Données des Analyses de Terre,
nous montrons que l’acidité des sols de France a diminué entre 1996 et 2010. La quasi-totalité
US Infosol des évolutions significatives du pH sont positives et représentent une augmentation annuelle
d’environ 0,025 unité de pH par an.
Centre Val de Loire
Contact
Contexte et Enjeux
Nicolas Saby
Les sols non calcaires présentent une tendance naturelle à l’acidification, qui peut être accentuée
nicolas.saby@inra.fr
par des causes d’origine humaine (dépôts atmosphériques azotés et soufrés, fertilisation) ou
corrigée par des apports d’amendements neutralisants. Le pH des sols est la mesure la plus
Priorité du document
répandue pour évaluer cette acidité. Des pH trop acides peuvent avoir des conséquences très
d’orientation
néfastes sur le maintien des fonctions écosystémiques des sols et leur fertilité.
#Climat 4
A l’échelle nationale, l’évolution de ce paramètre est difficile à suivre en raison de sa grande
variabilité spatiale et de ses fluctuations intra-annuelles. Pour pallier cette difficulté, nous utilisons
Métaprogramme
des données historiques récoltées entre 1996 et 2010 et provenant d’analyses de terre réalisées à
Ecoserv
la demande des agriculteurs, sur lesquelles nous appliquons un algorithme statistique pour tenir
compte des biais éventuels liés à la procédure d’échantillonnage non maîtrisée.
Mots clés
Sols, acidité, évolution, pH,
France Résultats
Plus de 488 700 résultats d’analyses de terre réunies dans la Base de Données d’Analyses de
Terre (BDAT) ont été mobilisés pour étudier l’évolution du pH entre 1996 et 2010 en France.
Durant cette période, tous les laboratoires participant au programme BDAT ont utilisé strictement
la même méthode pour la détermination du pH. Les sols calcaires ont été exclus de l’étude car
nous avons fait l’hypothèse que ces sols ne subissent pas de variation de pH en raison de l’effet
tampon provoqué par le calcium. Les résultats ont été regroupés en deux périodes temporelles
(1996-2000 et 2006-2010) et par petites régions agricoles. L’algorithme statistique utilisé se base
sur des techniques Monte-Carlo et permet d’obtenir des cartes des évolutions assorties
d’incertitudes. Les résultats montrent que la quasi-totalité des évolutions statistiquement
significatives sont des hausses du pH. Près de 36 % de la surface des sols agricoles non
calcaires auraient subi une évolution positive, alors que seuls moins de 1 % montreraient une
évolution à la baisse.
Pour les surfaces restantes, aucune évolution
ne peut être démontrée, principalement en raison
d’effectifs trop faibles pour les statistiques.
Ce résultat suggère que l’augmentation des pH
dans les sols agricoles est générale. L’évolution
moyenne observée est de 0,025 unité de pH
par an. Les ventes d’amendements neutralisants
n’ayant pas montré d’augmentation au cours de
cette période, cette évolution est probablement
due aux effets combinés d’une baisse des
dépôts atmosphériques acides et d’une meilleure
gestion de la fertilisation azotée.
10Département EA
Figure 1: Evolution entre 1996-2000 and 2006-2010 des pH des parcelles agricoles échantillonnées
Perspectives
Cette tendance pourra être vérifiée dans le futur avec l’ajout progressif de nouvelles analyses et
l’augmentation corrélative des effectifs. Plus généralement, les résultats montrent le potentiel
d’utiliser cette base de données pour montrer des évolutions des caractéristiques des sols
agricoles, sous réserve de mettre en place des procédures statistiques robustes permettant de
tester leur réalité.
Valorisation
Communication au congrès des journées de la fertilisation.
Référence bibliographique
> Saby N, Swiderski C, Lemercier B, Walter C, Benjamin P., Louis BP, Eveillard P, Arrouays D.
2017. Is pH increasing in the non-calcareous topsoils of France under agricultural management?
A statistical framework to overcome the limitations of a soil test database. Soil Use &
Management. 33, 460-470. DOI: 10.1111/sum.12369
11Potentiel de l’approche ensembliste de modèles
pour réduire les incertitudes de prédiction de la
production et des intensités des émissions de
Départements N2O de cultures annuelles et de prairies
EA & EFPA
UMR FARE (Reims) Résumé
UMR UREP (Clermont-Ferrand)
CODIR (Paris) Dans le cadre de l'Alliance globale de recherche sur les gaz à effet de serre (GRA) et de projets
FACCE-JPI, l’INRA a coordonné l’évaluation et l’inter-comparaison de 24 modèles carbone-azote
Centres Hauts-de-France, (16 pour les grandes cultures et 12 pour les prairies), considérés individuellement et comme un
Auvergne-Rhône-Alpes ensemble, sur neuf sites expérimentaux répartis sur 4 continents. Pour la première fois, ce travail
& Paris-Siège montre le potentiel de l’approche par ensemble de modèles pour prédire de manière conjointe la
production végétale et l’intensité des émissions de N2O.
Contacts
Sylvie Recous
sylvie.recous@inra.fr
Contexte et Enjeux
Gianni Bellocchi
Depuis les années 1990, la communauté scientifique internationale a mis au point des modèles
gianni.bellocchi@inra.fr
numériques pour simuler le rendement, les émissions de gaz à effet de serre (GES) et la
Fiona Ehrhardt
dynamique du carbone des terres agricoles. Par rapport aux méthodes d’estimation des émissions
fiona.ehrhardt@inra.fr
du GIEC (niveau 1 et niveau 2), les modèles prennent mieux en compte les interactions entre le
Jean-Francois Soussana
sol, la végétation et l’atmosphère, et leur dépendance aux conditions climatiques et aux pratiques
jean-francois.soussana@inra.fr
agricoles. Ces modèles ont été largement comparés pour l’estimation du rendement des cultures,
mais beaucoup plus rarement et ponctuellement pour les émissions d’oxyde nitreux (N2O) dont les
Priorités du document
performances ne sont connues que pour quelques sites. Ces lacunes constituent un obstacle
d’orientation
majeur à l'application opérationnelle des modèles dans les inventaires ou les plans d'action
#Climat, #OpenScience
nationaux, visant à réduire les émissions de GES par la modification des pratiques culturales. Leur
potentiel d'application peut être augmenté de manière significative, par l'utilisation d'un ensemble
Plan d’action
de modèles, voire d'un méta-modèle permettant de diminuer l’incertitude dans les prédictions.
Stratégie européenne et
Le projet CN-MIP coordonné par l’INRA (2014-2017), élaboré dans le cadre européen de l'initiative
internationale
de programmation conjointe sur l'agriculture, la sécurité alimentaire et le changement climatique
(FACCE-JPI), a contribué à une action de grande ampleur soutenue en France par l’ANR et
Métaprogramme
l’ADEME (24 modèles, 45 équipes de 14 pays), et coordonnée par le groupe intégratif de
ACCAF
recherche (IRG) de l'Alliance globale de recherche sur les gaz à effet de serre (GRA). Cette action
était centrée sur l'évaluation de modèles pour les estimations conjointes de la productivité et des
Mots clés
émissions de N2O, en comparant les données simulées aux données expérimentales provenant
Gaz à effet de serre, carbone,
de neuf sites expérimentaux (quatre sous prairies et cinq en grandes cultures, dont le maïs, le blé,
agriculture, multi-modèles,
et le riz) répartis sur quatre continents. Deux sites expérimentaux gérés par l’INRA (Laqueuille et
évaluation, prairies, grandes
Grignon) et trois modèles développés par l’INRA (CERES-EGC, STICS, PaSim) ont été impliqués
cultures
dans cette étude, grâce à la participation des unités UMR Ecosys (Grignon), AgroImpact (Laon) et
UREP (Clermont-Ferrand).
L’analyse comparative a été réalisée grâce à un protocole original de modélisation en cinq étapes,
selon une approche incrémentale débutant par une simulation à l’aveugle et permettant ensuite un
accès progressif des modélisateurs aux données expérimentales jusqu’à la calibration complète
des modèles. Les incertitudes liées aux estimations des modèles (individuels et en ensembles)
ont été calculées pour chaque culture et à chaque étape de modélisation. Le potentiel de
l’ensemble de ces modèles a été évalué par référence aux incertitudes expérimentales des
rendements et des émissions de N2O observés.
12Résultats
Aucun des modèles utilisés n’a présenté de performances systématiques supérieures à celles
d'autres modèles, ce qui justifie l'approche ensembliste. Pour les cultures en rotation (impliquant blé
et maïs ou riz), nous avons montré que la médiane de l’ensemble des modèles est un prédicteur
robuste des rendements et des émissions de N2O. Nous avons constaté que l’amélioration de la
prédiction des rendements est très nette quand les informations sur les stades phénologiques des
Département EA cultures sont utilisées pour calibrer les modèles, alors que l’estimation des émissions de N2O est
plausible en toutes circonstances et n’est pas améliorée par la connaissance des dynamiques de
l’eau et de l’azote dans les sols. Pour les prairies et malgré des incertitudes toujours élevées, 22 et
96% des modèles individuels sans aucune calibration préalable ont fourni des estimations
comprises dans l’intervalle de mesure observé, pour la productivité primaire nette et pour les
émissions de N2O, respectivement. Les modèles calibrés sont actuellement utilisés pour évaluer
des options d'atténuation des GES par les pratiques agricoles (fertilisation azotée, irrigation, gestion
des résidus de culture, intensité du pâturage). Ces simulations permettront d’estimer la capacité des
modèles à prendre en compte les pratiques culturales et l’incertitude liée à ces prédictions sur
l’atténuation.
Modeling Comparison
Model comparison & benchmarking
statistical analysis
Simulated outputs from an ensemble of models
Production, vegetation, carbon and nitrogen variables
• General site • Climate data (up to • Dynamic Leaf • Soil • Net Ecosystem
Exchange
Protocole de
information 30 years) Area Index temperature
• Gross Primary
Experimental site data delivery
• Climate data • History of • Annual local • Soil moisture
management Production
modélisation
• Soil initial data productivity • Soil mineral N
practices • Ecosystem
• Management • Phenology content
• Land use changes respiration
stages (dates)
• Fertilization
• Irrigation
• Fertilization events
• Irrigation events
• Soil organic
carbon content en cinq étapes.
• N2O fluxes
• Regional
productivity (wheat
and grasslands)
STAGE 1 STAGE 2 STAGE 3 STAGE 4 STAGE 5
Basic exp. data Historical exp. Dynamic Dynamic soil C & N data
(Initial) data vegetation data data
Calibration
Blind test Partial calibration Full calibration
process
Gradual model calibration
100 100
(a) (b)
80 80
RRMSEN2O (%)
RRMSEyield (%)
60 60
40 40
20 20
0 0 Wheat
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 Maize
Stage Rice
Stage
Grassland
Wheat Maize Rice Grassland
Erreur moyenne relative (RRMSE) de la médiane de l’ensemble des modèles pour le
rendement (a) et l’émission de N2O (b), des étapes 1 à 5.
Perspectives
Ce travail contribuera à l'amélioration des inventaires nationaux de gaz à effet de serre, tirant parti
des prédictions ensemblistes (voire méta-modèle) ainsi qu’à l’amélioration de certains modèles,
grâce à la comparaison de leurs structures, paramétrage et performances dans une large gamme
de conditions pédoclimatiques et de gestion.
Le projet CN-MIP a également initié, dans le cadre de la GRA, une inter-comparaison portant sur la
capacité des modèles à prédire l’évolution du carbone des sols, en mobilisant six essais européens
de longue durée, dont le dispositif des « 42 parcelles » de Versailles.
13Valorisation
En complément de la publication principale mentionnée ci-dessus, ce travail de modélisation a
également fait l’objet de deux publications préliminaires (Sándor et al., 2016 ; Soussana et al.,
2016) et a été accompagné par une analyse des points de force et de faiblesse des modèles
Département EA mobilisés (Brilli et al., 2017). Trois articles sont en cours de préparation, dont un sur l’évaluation de
ces mêmes modèles par rapport à l’estimation des flux de C en prairies et grandes cultures, et
deux sur l’utilisation des modèles pour tester l’impact de la gestion des prairies et des grandes
cultures sur les émissions GES (options d’atténuation). De plus, dans l’optique d’une science
collaborative et ouverte, les données issues de cette recherche (expérimentales et simulations)
seront rendues accessibles et réutilisables à travers une base de données partagée, accompagnée
d’un article décrivant sa structure et son contenu (data paper). Enfin, l’ensemble de ce travail
contribue à une thèse de Doctorat préparée dans le cadre d’une démarche de Validation des
Acquis de l’Expérience (F. Ehrhardt, 2017).
Références bibliographiques
> Ehrhardt, F. et al. (2017) Assessing uncertainties in crop and pasture ensemble model
simulations of productivity and N2O emissions. Global Change Biology, DOI: 10.1111/gcb.13965
> Brilli, L. et al. (2017) Review and analysis of strengths and weaknesses of agro-ecosystem
models for simulating C and N fluxes. Science of the Total Environment, 598, 445-470. DOI:
10.1016/j.scitotenv.2017.03.208
> Sándor, R. et al. (2016) C and N models Intercomparison - benchmark and ensemble model
estimates for grassland production. Advances in Animal Biosciences, 7, 245-247. DOI:
10.1017/S2040470016000297
> Soussana, JF. et al. (2016) Assessing simulation models for field scale projections of pasture
and crop GHG emissions. 6th Greenhouse Gas and Animal Agriculture Conference (GGAA),
Melbourne, Australia (14-18/02/2016)
14Un nouveau cadre d’analyse de la diversité des
formes d’agriculture : conséquences pour la
recherche agronomique
Département EA
Résumé
UMR LAE
UMR AGIR Pour caractériser de manière générique et précise les formes d’agriculture répondant aux enjeux
UMR Agronomie de durabilité, un groupe de travail du département Environnement et Agronomie de l’INRA
Dépt EA propose un nouveau cadre d’analyse. Il permet de caractériser les systèmes de production
agricole selon la nature des intrants qu’ils mobilisent et selon leur niveau d’insertion dans les
Centre Grand-Est Colmar systèmes alimentaires globalisés et les dynamiques territoriales.
Contacts Contexte et Enjeux
Olivier Thérond
olivier.therond@inra.fr Pour répondre aux enjeux de durabilité de l’agriculture, il existe un foisonnement d’initiatives
Michel Duru prenant différentes dénominations : écoagriculture, permaculture, agriculture biologique, de
michel.duru@inra.fr précision, intégrée, de conservation, climato-intelligente... La plupart de ces termes englobe une
Jean Roger-Estrade grande diversité de pratiques agricoles et chacun correspond à des systèmes qui présentent des
jean.roger-estrade@inra.fr performances environnementales et socio-économiques très différentes.
Guy Richard Certaines dénominations se réfèrent à la nature des technologies utilisées (par exemple
guy.richard@inra.fr l'agriculture de précision) ou encore à la nature des intrants (agriculture biologique). En outre ces
types d’agriculture ne considèrent pas explicitement les interactions des systèmes agricoles avec
Priorité du document leur environnement socio-économique à l'échelle locale, régionale, nationale ou mondiale.
d’orientation D’autres classifications décrivent les formes de durabilité via l’utilisation de concepts tels que
#3Perf l’agriculture durable, l’intensification écologique ou encore l’agroécologie, mais là encore, les
principes sur lesquels reposent ces catégories sont multiples, souvent ambigus et se recouvrent
Plan d’action pour partie.
Prospective scientifique Pour caractériser de manière générique et précise les formes d’agriculture répondant aux enjeux
interdisciplinaire de durabilité, un groupe de travail du département Environnement et Agronomie de l’INRA
propose un nouveau cadre d’analyse. Il permet de caractériser les systèmes de production
Métaprogramme agricole selon la nature des intrants qu’ils mobilisent et selon leur niveau d’insertion dans les
Ecoserv systèmes alimentaires globalisés et les dynamiques territoriales.
Mots clés
Système de production, Résultats
service écosystémique,
système alimentaire alternatif, Les systèmes de production peuvent être caractérisés suivant leur mode de fonctionnement
économie circulaire, paysage, biotechnique et le(s) contexte(s) socio-économique(s) dans lesquels ils sont insérés.
agroécologie, développement
territorial intégré Fonctionnement biotechnique des systèmes de production selon la nature des intrants mobilisés
Les agriculteurs mettent en œuvre des pratiques de conduite de culture ou d’élevage qui peuvent
être regroupées en trois grandes stratégies de fonctionnement biotechnique. Les deux premières
sont basées sur l’exploitation de systèmes simplifiés (ex. faible diversité des cultures) et
l’utilisation associée d’intrants industriels. La première est avant tout basée sur l’utilisation
d’intrants de synthèse alors que la deuxième privilégie les intrants biologiques (matières
organiques, biopesticides, stimulants de la vie du sol ou de la santé des plantes, organismes
introduits), moins dommageables pour la santé humaine et les écosystèmes. La troisième
stratégie, plus en rupture, nécessite une reconception des systèmes simplifiés en diversifiant les
cultures, les paysages et en amplifiant la vie biologique du sol afin de développer les services
écosystémiques fournis par la nature à l’agriculteur, aussi appelé « services intrants ».
15Dans les différents systèmes de production, les intrants exogènes à l’écosystème et les services
écosystémiques (endogènes) sont mobilisés dans des proportions variables.
Les contextes socioéconomiques des systèmes de production
Département EA Les contextes socioéconomiques dans lesquels sont insérés les systèmes de production agricole
déterminent la nature et les prix de leurs intrants et des produits agricoles ; ils pèsent donc sur
leur fonctionnement biotechnique. Quatre grands types de contexte socio-économique ont été
identifiés et peuvent coexister :
- Les systèmes alimentaires industrialisés et mondialisés, structurés autour de marchés très
concurrentiels et qui posent souvent des questions de durabilité.
- Les projets locaux ou régionaux de développement d’économies circulaires qui offrent des
opportunités de substitution des intrants chimiques par des intrants biologiques et de
diversification des systèmes de production (production de biomasse « énergétique »).
- Les projets de développement de systèmes alimentaires alternatifs qui répondent aux enjeux de
qualité des produits, d’équité sociale, de (re)localisation et de santé humaine.
- Les projets de développement territorial intégré, impliquant l’agriculture, mobilisant les leviers de
l’économie circulaire et des systèmes alimentaires alternatifs, en complément de ceux de la
gestion intégrée du paysage pour le développement des services écosystémiques s’exprimant à
cette échelle.
Le niveau d’intégration des systèmes de production dans ces différents contextes socio-
économiques détermine le poids relatif des relations basées sur le prix des intrants et des
produits agricoles des marchés globalisés face à celles basées sur des objectifs sociaux (équités,
répartition de la valeur ajoutée...), de respect de l’environnement ou de relocalisation.
Cadre d’analyse des formes d’agriculture
Considérant les grands types de système de production et les caractéristiques des principaux
contextes socio-économiques dans lesquels ils peuvent être intégrés nous avons développé un
cadre analytique de la diversité des formes d’agriculture (figure 1). Chaque forme d’agriculture
correspond à un type de système agricole inséré dans un ou plusieurs contextes socio-
économiques. Par conséquent, deux dimensions caractérisent chaque forme d’agriculture: (i) le
poids relatif entre les intrants exogènes et les services écosystémiques dans le fonctionnement
biotechnique des systèmes agricoles (axe vertical de la figure 1) et (ii) les relations entre les
systèmes agricoles et leurs contextes socio-économiques, permettant de distinguer les systèmes
dont le fonctionnement est très déterminés par les prix des marchés mondiaux et des systèmes
très ancrés dans des dynamiques territoriales (axe horizontal de la figure 1).
En utilisant ce cadre et en analysant les relations potentielles et cohérentes entre les trois types
de systèmes agricoles et les quatre contextes socio-économiques présentés ci-avant, nous avons
identifié six formes d’agricultures qui répondent de différentes manières aux enjeux de durabilité
de l'agriculture. Elles représentent un gradient d’utilisation des services écosystémiques et
d’ancrage territorial (d’en bas à gauche à en haut à droite de la fig. 1). Ces formes d’agriculture
représentent les principaux modèles existants et étudiés. Cette liste n’a pas vocation à être
exhaustive et devrait être complétée lors de travaux futurs.
La détermination de ces formes d’agriculture a permis d’identifier les questions clés de recherche
en agronomie associées à chacune de ces formes ou transversales à celles-ci. Parmi ces
dernières, il y a un fort enjeu de recherche autour du développement de méthodes d’évaluation
multicritères et multi-niveaux des formes d’agriculture individuelles ou en coexistence à l’échelle
du territoire. Un autre type de front de recherche relève de l’analyse des conditions de
coexistence de ces formes d’agriculture et de la transition d’une forme d’agriculture à une autre.
16Département EA
Figure 1 : Principales formes d’agriculture à la recherche de plus de durabilité (de 1a à 2c) pour lesquels les
systèmes de production (SP) sont représentés en fonction de (i) la part relative de services écosystémiques
ou intrants exogènes mobilisés dans la production agricole (axe Y) et (ii) le type relations qu’ils entretiennent
avec leur contexte socio-économique, basé sur les prix des marchés mondialisés de produits et composés
agricoles ou l’ancrage dans des dynamiques territoriales (axe X) ; les principales formes d’agriculture ont été
numérotées 1 et 2 pour tenir compte du changement de paradigme lié à la nature des intrants; les lettres a, b
et c traduisent un degré d’insertion dans les dynamiques territoriales de plus en plus élevées. Des exemples
emblématiques sont présentés en rouge avec des exemples d’intensité en termes de mise en œuvre
des principes en gris. .
Perspectives
> Un travail de caractérisation socio-économique de ces formes d’agriculture a été réalisé par les
UMR AGIR et LAE et donnera lieu à publications (Plumecoq et al., a&b).
> Dans la continuité de ce travail, une thèse financée par In-Vivo (bourse CIFRE) et réalisée au
sein de l’UMR LAE (INRA) sera lancée début 2018 afin de réaliser une caractérisation des formes
d’agriculture en France et l’évaluation de leur vulnérabilité aux aléas économiques et climatiques.
Valorisations scientifiques
Cadre d’analyse, Formes d’agriculture et Questions de recherche agronomiques :
> Therond, O., Duru, M., Roger-Estrade, J., Richard, G., 2017. A new analytical framework of
farming system and agriculture model diversities: a review. Agronomy for Sustainable
Development, 37: 21. doi:10.1007/s13593-017-0429-7
Caractérisation socio-économique de ces formes d’agriculture :
> Plumecocq, G., Debril, T., Duru, M., Magrini, M.B., Sarthou, J.P. et Therond, O., (à paraître),
Caractérisation socio-économique de la diversité des formes d’agriculture, Économie Rurale.
> Plumecocq, G., Debril, T., Duru, M., Magrini, M.B., Sarthou, J.P. et Therond, O., (in revision),
Value Pluralism and Legitimacy of Agriculture Models: A Socio-Agronomic Approach to
Sustainable Transitions, Ecology & Society.
Valorisations grand public en français
> http://www.inra.fr/Entreprises-Monde-agricole/Resultats-innovation-transfert/Toutes-les-
actualites/differentes-formes-agriculture
> https://www.sfecologie.org/regard/r74-sept-2017-formes-agriculture-michel-duru-et-al/
17Des systèmes agrivoltaïques dynamiques
Département EA Résumé
Les systèmes agrivoltaïques consistent en la combinaison de panneaux photovoltaïques et d’une
production agricole sur le même terrain. Le concept innovant de système agrivoltaïque
dynamique, né du partenariat avec la société française Sun’R, offre la possibilité d’orienter les
UMR LEPSE panneaux et donc de moduler l’ombre portée au niveau de la culture. Le LEPSE contribue au
Écophysiologie des Plantes développement d’un modèle permettant d’optimiser l’orientation des panneaux pour améliorer la
sous Stress Environnementaux productivité globale de ces systèmes, d’un point de vue agricole et électrique.
Centre Occitanie-Montpellier
Contacts
Thierry Simonneau
thierry.simonneau@inra.fr
Angélique Christophe
angelique.christophe@inra.fr
Priorités du document
d’orientation
#OpenScience, #Climat
Métaprogramme Contexte et Enjeux
ACCAF
Les systèmes agrivoltaïques, combinant des panneaux solaires et des cultures agricoles sur le
Mots clés même sol, sont récemment apparus comme une solution possible au conflit d’usage des terres
Systèmes agrivoltaïques, entre productions agricole et d’énergie. Ceci représente à la fois un enjeu sociétal et
ombrage, acclimatation, environnemental fort avec une préservation et une valorisation des terres agricoles. Lancé en
écophysiologie, photovoltaïque 2010 à l’INRA de Montpellier, de tels systèmes avec des panneaux stationnaires se sont avérés
efficaces sous certaines conditions et ont démontré l’intérêt économique de ce type de solutions
pour des cultures à forte valeur ajoutée, de type maraîchage.
Des systèmes agrivoltaïques dynamiques composés de panneaux mobiles, dont l’orientation peut
être modifiée à tout moment, offrent la possibilité de moduler l’ombre portée au niveau de la
culture en fonction de ses besoins. Outre des développements technologiques, ces systèmes
dynamiques nécessitent le développement d’algorithmes de pilotage permettant d’améliorer la
productivité agricole et/ou celle de l’ensemble du système par rapport au système agrivoltaïque
fixe. Cependant, il est délicat d’estimer les effets de tels systèmes dynamiques sur les plantes. En
effet, ce type de systèmes est nouveau et les réponses des plantes à des ombrages intermittents
et des changements microclimatiques fréquents, tels que ceux induits par les panneaux mobiles,
restent très peu documentées dans la littérature scientifique. Les enjeux scientifiques pour notre
équipe étaient donc i) d’analyser les réponses des plantes et d’améliorer les modèles
écophysiologiques relatifs à la production de biomasse dans le contexte microclimatique
particulier des systèmes agrivoltaïques dynamiques et ii) de dégager des pistes pour le contrôle
de l’orientation des panneaux mobiles d’après les modèles de croissance des plantes établis sous
ces panneaux.
Résultats
Les performances de systèmes agrivoltaïques dynamiques et fixes ont été étudiées et comparées
pour deux variétés de laitue sur trois saisons différentes. Deux modes de pilotages ont été testés,
18un mode classique de pilotage des panneaux suivant la course du soleil et un mode raisonné
maximisant le rayonnement reçu par la plante sauf autour du midi solaire où l’ombrage des
plantes permet de limiter la demande évaporative.
Cette étude a montré que l'on pouvait améliorer à la fois les productivités électrique et agricole de
la parcelle en utilisant des panneaux photovoltaïques dynamiques plutôt que stationnaires, tout en
maintenant la production agricole à des niveaux proches de ceux obtenus en plein soleil. Des
Département EA acclimatations du développement foliaire dans tous les systèmes agrivoltaïques ont conduit à une
meilleure utilisation du rayonnement transmis par la culture. Mais il existe des différences entre
les saisons et les dispositifs : ce bénéfice était plus faible pendant les saisons à fort rayonnement
et pour le mode de pilotage raisonné. Comme attendu, le pilotage classique suivant la course du
soleil, a largement augmenté la production électrique par rapport aux panneaux stationnaires
mais il a également légèrement augmenté le rayonnement transmis aux plantes et ainsi la
production de biomasse. Pour le mode de pilotage raisonné, le rayonnement transmis a fortement
augmenté, et a favorisé la croissance de la plante mais au détriment de la production électrique.
Ce travail a fourni des pistes d’amélioration de la gestion du pilotage des panneaux en fonction du
développement de la plante, des conditions climatiques et des objectifs de productions.
Perspectives
Le projet SunAgri3 (ADEME-PIA) récemment accepté poursuit le partenariat engagé avec la
société Sun’R et la dynamique de collaboration autour des systèmes agrivoltaïques, en
élargissant les travaux de recherches sur un ensemble de cultures (maraichage, viticulture,
arboriculture, grandes cultures). La mise en place de nouveaux sites expérimentaux (UE Pech
Rouge, UE Alénya, station expérimentale de la Pugère) et le développement d’outils de
modélisation en collaboration avec la société ITK-Montpellier, devraient permettre d’approfondir
les réponses des plantes dans ces systèmes agrivoltaïques et de tester plus largement des
scénarii de pilotage. Des démonstrateurs seront mis en place en situation d’exploitation réelle
pour aboutir à une phase de commercialisation de ces systèmes agrivoltaïques, envisagée en 2022.
Valorisation
> Thèse de Benoit Valle (soutenue en juin 2017), financée par Sun’R via une bourse CIFRE :
Modélisation et optimisation de la croissance de la laitue dans un système agrivoltaïque
dynamique
> Projet FUI (Fonds Unique Interministériel, 2014-2017). Sun’Agri2. Conception de systèmes
agrivoltaiques dynamiques Partenaires privés : Sun’R, Optimum Tracker, Photowatt (EDF ENR
PWT). Partenaires académiques : INRA, IRSTEA, CEA
> Projet ADEME-PIA (projet investissements d’avenir, 2017-2021). Sun’Agri3. Développement de
systèmes agrivoltaïques dynamiques à l’échelle commerciale (développement de nouveaux
modèles de croissance de plantes sur six espèces représentatives, optimisation de la robustesse
des protocoles de pilotage, développement et structuration de la recherche scientifique autour de
systèmes agrivoltaïques dynamiques). Partenaires privés : Sun’R, Photowatt (EDF ENR PWT),
ITK. Partenaires académiques : INRA, IRSTEA
Références bibliographiques
> B. Valle, T. Simonneau, F. Sourd, P. Pechier, P. Hamard, T. Frisson, M. Ryckewaert, A.
Christophe, Increasing the total productivity of a land by combining mobile photovoltaic panels
and food crops, In Applied Energy, 2017, Volume 206, Pages 1495-1507, ISSN 0306-2619,
https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.09.113
> B. Valle, T. Simonneau, R. Boulord, F. Sourd, T. Frisson, M. Ryckewaert, P. Hamard, N.
Brichet, M. Dauzat, A. Christophe, PYM : a new, affordable, image-based method using a
raspberry Pi to phenotype plant leaf area in a wide diversity of environments, In Plant Methods,
2017, https://doi.org/10.1186/s13007-017-0248-5
19Vous pouvez aussi lire
