Volet de recherche 1.1 : Etat des lieux, cartographie des potentiels et des contraintes environnementales

Objectifs :

• Identifier les zones du territoire favorables aux différentes cultures en établissant des cartographies fines des potentiels de production (rendement et teneur en protéines) et des principales contraintes environnementales
• Valoriser les expérimentations passées et en cours, en les complétant si besoin par des analyses supplémentaires, pour confronter ces données aux résultats des simulations par modèles
• Mettre en oeuvre des modèles d’estimation des potentiels de production dans des situations représentatives de zones contrastées du territoire : modèles Persyst, modèle Azodyn-blé, Azodyn-pois et Azodyn-colza, et paramétrer le modèle Azodyn-soja
• Utiliser les cartographies des sols établies en Bourgogne (Agrosup, Chambres d’Agriculture) et Franche-Comté (UMR Chronoenvironnement, Chambres d’Agriculture) et les modèles de dégradation climatiques (CRC Dijon, Thema Besançon) pour compléter la cartographie fine des contraintes établie en Bourgogne pour le gel et les fortes températures (PSDR-3) par les contraintes rayonnement et stress hydrique, et étendre cette cartographie à la Franche-Comté

Description de la tâche :

• La tâche s’appuiera à la fois sur des données antérieurement acquises, des expérimentations et recueil de données en cours de programme, et des travaux de modélisation.
• Une base de données sera constituée pour identifier les apports des différents organismes, et les synthétiser.
• Les expérimentations s’appuieront sur d’autres programmes de recherche ou des plateformes existantes pour lesquels le projet apportera des compléments (analyses additionnelles, année ou modalité supplémentaires)
• L’estimation des potentiels de rendement s’appuiera sur le recueil des données et sur différentes approches de modélisation : modèle Persyst et modèles de la famille Azodyn sur 4 grandes cultures (blé, colza, pois et soja)
• La tâche inclut le paramétrage du modèle Azdyn-soja.
• La cartographie des contraintes environnementales s’appuiera sur des modèles de désagrégation climatique des paramètres températures mini et maxi, pluie et ETP à une échelle de 12 km (voire plus précis si possible), sur les cartographies des sols et des réserves en eau établies sur les deux régions Bourgogne et Franche-Comté, et sur des modèles de calcul des contraintes environnementales (gel hivernal, fortes températures, stress hydrique)

Livrables :

• Inventaire des données statistiques et expérimentales disponibles dans les différents organismes et constitution d’une base de données
• Estimation des potentiels de production de 4 espèces de grandes cultures : le blé, le colza, le pois et le soja
• Cartographie fine des contraintes environnementales sur les territoires des deux régions

Volet de recherche 1.2 : Prospective changement climatique

Objectifs :

• Etudier l’évolution des potentiels de production définis dans la tâche 1.1 pour 4 espèces de grandes cultures (blé, colza, pois et soja) sous deux scénarios de changement climatique (RCP 2.3 et RCP 8.5)
• Tester l’effet du changement des techniques culturales et des types variétaux pour s’adapter à ces évolutions. Définir une nouvelle cartographie des contraintes environnementales sous chacun de ces deux scénarios

Description des tâches :

• Travaux de modélisation : modèle de changement climatique, modèles de désagrégation climatique à la résolution de 12 km, modèles de culture de la famille Azodyn (blé, colza, pois, et soja à paramétrer), modèle de calcul de l’effet des contraintes environnementales (gel hivernal, fortes températures, stress hydrique)
• Pour la cartographie des contraintes en eau, le travail s’appuiera sur les cartographies des sols (réserve utile et taux de remplissage) disponibles dans les deux régions, qui sera croisée avec la cartographie des pluies et évaporations potentielles issues des modèles climatiques. Ces simulations seront confrontées aux résultats expérimentaux obtenus dans certains sites du sud de la Bourgogne Franche-Comté et de Rhône-Alpes, préfigurant des conditions climatiques futures pour les territoires situés plus au nord

Livrables :

• Quantification de l’évolution des potentiels de production des 4 espèces de grande culture travaillées dans la tâche 1.1
• Evolution de la cartographie des contraintes environnementales sur les territoires des deux régions

Volet de recherche 2 : Rôle des légumineuses vis-à-vis des flux d'azote dans les rotations culturales

Objectifs :

• Quantifier les services et dys-services écosystémiques associés aux flux d’azote induits par une culture de légumineuses, dans l’objectif finalisé de pouvoir à terme mieux les piloter et mieux les valoriser. Ces services seront caractérisés à l’échelle de la parcelle et de la rotation de cultures via la mesure des fonctions suivantes : 1) fixation symbiotique par les cultures de légumineuses, 2) devenir de l’azote organique des résidus et quantité d’azote rendue disponible pour les cultures suivantes («effet précédent »), et 3) pertes de N dans le milieu (via lixiviation des nitrates et émissions de N2O)
• Le lien entre ces fonctions et la disponibilité en azote minéral du sol sera analysé, sur la durée de la culture de légumineuse et de la culture qui la suit dans la rotation
• Ces services seront quantifiés sur une dizaine d’espèces de légumineuses aux caractéristiques morphologiques contrastés, dans l’objectif d’acquérir des références sur ces espèces et d’identifier les "traits de plantes" responsables des fonctions liées aux flux d’azote
• Caractériser la variation des services liés à l’azote dans une diversité de situations agronomiques (ou pédo-climatiques) par synthèse de données existantes

Description des tâches :

Caractérisation des services liés à l’azote sur une diversité d’espèces de légumineuses via une expérience analytique menée au champ (INRA Bretenières) impliquant les mesures suivantes pour chaque espèce :

• Mesure de la fixation symbiotique des légumineuses au champ via des marquages au 15N
• Réalisation de bilans d’azote à la récolte : mesure de la quantité de N dans les graines, les pailles et les racines de légumineuses
• Suivi des teneurs en nitrates du sol et émissions de N2O pendant la culture de légumineuse, l’inter-culture et la culture suivante
• Evaluation de l’effet précédent via la mesure de la quantité de N prélevée par la culture suivant les légumineuses (blé, colza), (ces cultures étant cultivées sans apport d’azote minéral)
• Utilisation de données acquises ci-dessus et de données acquises de façon complémentaires en conditions contrôlées dans un autre projet (suivi de la minéralisation des résidus de légumineuses et suivi de la dynamique de croissance racinaire) pour identifier les traits de plante responsables des différents flux de N générés par les légumineuses
• Synthèse via analyse globale des données et modélisation des flux de N dans le sol et la plante.
• Traduction des fonctions en services

Caractérisation de la variation des services liés à l’azote dans une diversité de situations agronomiques (ou pédo-climatiques) :

• Identification des expérimentations et collecte de données existantes
• Analyse et synthèse des résultats

Livrables :

• Production de références pour les agriculteurs sur les services liés aux flux d’azote produits par les légumineuses (capacité à fixer l'azote, fourniture d'azote à partir des résidus de culture, pertes d’azote par lixiviation et émissions de N2O...)
• Soutenance d'une thèse d'université (thésard à recruter dans un projet connexe) et publications scientifiques associées

Volet de recherche 3.1 : Recensement et choix des systèmes de culture « à enjeux protéines » à étudier, évaluation et conception, double performance

Objectifs :

• Recenser, sélectionner puis évaluer des systèmes de culture a enjeux proteines
• Réaliser une évaluation multi-critères des systèmes candidats afin de repérer les systèmes de culture les plus performants. Cette action nécessite tout d’abord de recenser et d’établir une classification des systèmes de cultures ciblés. Elle sera établie sur la base de critères adaptés à la production de protéagineux. Elle servira par la suite de base pour l’évaluation des performances agronomiques, et environnementales de ces systèmes de culture. A partir de l’évaluation réalisée une démarche de conception de systèmes de cultures à dire d’expert sera mise en oeuvre afin de valoriser la production de protéines et les services écosystémiques rendus par les protéagineux, tant sur le plan agronomique (fixation de symbiotique, valorisation pour la nourriture animale), que environnemental (couvert d’interculture pièges à nitrates, gestion des adventices)
• Evaluation des systèmes de cultures innovants pour leur gestion des adventices

Description des tâches :

Tâche 1 : Repérer des SdC performants et à haute valeur protéique chez des agriculteurs de Bourgogne, Franche-Comté, Rhône-Alpes

• Repérer des systèmes de culture à priori performant et à haute valeur protéique chez des agriculteurs issus des réseaux, groupes (de développement, Dephy, GIEE, …) et hors groupes. La priorité sera donnée aux systèmes avec soja (en lien avec Extrusel) (2 stages de M2) et aux systèmes avec cultures associées en polyculture-élevage (1 stage M2 en co-encadrement avec M-Hélène JEUFRROY et en lien avec l’ANR LEGITIMES qui a un stage en 2015 dans l’Ouest)
• Réaliser des choix en s’appuyant sur la typologie de Aouadi et al. (les critères de la typologie seront revus au regard de la problématique)
• Décrire, caractériser et évaluer en multicritère les systèmes de culture performant et à haute valeur protéique

Tâche 2 : Conception de SdC avec des agriculteurs en groupe et synthèse des SdC des ateliers de conception

• Réaliser des ateliers de conception-évaluation de SdC performants et à haute valeur protéique avec des agriculteurs : conception en atelier, évaluation multicritère à l’aide des modèles CRITER-MASC (1 stage M2), évaluation des systèmes par rapport à la gestion de la flore adventices (problématique importante en Bourgogne – F-Comté) à l’aide du modèle FLORSYS
• Faire la synthèse des SdC performants et à haute valeur protéique issus d’atelier de conception des projets PSDR des autres régions, de l’ANR LEGITIMES, CASDAR PCB, CASDAR Association céréales – légumineuses, ateliers de conception du RMT SdCi, de FERME 2010, …à partir de réseaux expérimentaux (SdCi des Chambres de Bourgogne, RMT SdCi, DEPHY EXPE, SYPPRE, Artémis, …) (CDD 1 an)

Livrables :

• Rapports de stage
• Synthèse sur les systèmes de culture innovants
• Méthodologie d’évaluation multi-critères
• Méthode de réalisation d’atelier de conception

Volet de recherche 3.2 :  Système de cultures innovants et services écosystémiques

Objectifs :

• Les systèmes de culture à enjeux protéines identifiés dans le cadre de ce projet feront l’objet d’une évaluation multicritères (3.1)
• Participer à l’évaluation des impacts environnementaux par le suivi d’expérimentation aux champs (passé ou en cours). En effet il est incontournable de bien vérifier que la mise en place de ces nouveaux systèmes minimise les impactsnsur les compartiments de l’environnement (sol, eaux, air). Il convient donc de quantifier les flux de ces polluants dans l’environnement en lien avec les évolutions d’usage d’intrants (azote et pesticides). Il s’agira de réaliser un suivi de la qualité des eaux de drainage au champ et également d’évaluer le potentiel de dégradation des phytosanitaires des sols des parcelles expérimentales et d’évaluer la toxicité aigüe de des eaux récoltée
• Evaluer l’impact de ces systèmes de culture sur la flore adventices et sur les usages d’herbicides associés

Description des tâches :

• Suivi de la qualité des eaux de drainage de système de cultures à enjeux protéines (Essais PIC UE INRA Epoisse, parcelle agriculteur Virey le Grand et Plaine de Saulce, …), analyses et valorisation des données
• Evaluation de la toxicité aigüe d’échantillons d’eau de drainage (modèle zebrafish), lien à la santé humaine
• Evaluation du potentiel de dégradation de molécules actives de sols de parcelles soumis à différents systèmes de culture
• Modélisation des flux d’eau et de polluants (essais PIC UE Epoisse)
• Valorisation des données acquises sur 140 parcelles suivies sur le long terme (site de Fénay et réseau SEBIOPAG localisés dans la Petite Région Agricole de la Plaine) : caractérisation des systèmes de culture et calculer d’un indicateur ‘Infestation adventice’ sur la base des relevés annuels d’abondance de la flore adventice effectués annuellement entre 2008 et 2013
• Acquisition de nouvelles données (teneur en protéines des grains, reliquats d’azote, niveau d’infestation d’adventices et le taux de prédation)

Livrables :

• Rapports de stage M2
• Publications scientifiques
• Protocole test Zébrafish
• Base de données

Volet de recherche 4 : Analyse des modalités de changement

Objectifs :

• La question traitée est celle de l’appropriation de nouvelles pratiques culturales de la part des agriculteurs
• Un premier volet de l’analyse, en croisant les regards sur les dimensions innovation et risque de ces nouvelles pratiques, consiste à étudier la logique des acteurs et leurs règles de décision grâce à une approche par enquêtes
• Un second volet déterminera le contexte agro-industriel – présence/absence d’un certain type d’usines à proximité, présence d’élevages à proximité, … – nécessaire à l’introduction de légumineuses. Il mobilisera une approche statistique quantitative
• En ce sens, les deux volets se complètent : le premier abordera tous les types de freins à l’implantation de légumineuses de manière qualitative alors que le second traitera de freins de nature agro-industrielle pour lesquels une analyse quantitative à large échelle est possible

Description des tâches :

• Réalisation d'enquêtes sur trois territoires (Bourgogne, Franche-Comté, Rhône-Alpes)
• Approfondissement des hypothèses issues de l’étape exploratoire
• Deux mémoires d'ingénieur en fin d'étude, l'un en Bourgogne, l'autre en Rhône-Alpes permettront d'aboutir à ces analyses approfondies des freins et leviers de ces changements de pratiques. Ces enquêtes viseront à préciser l’ensemble des déterminants sociologiques et économiques des nouvelles pratiques, et permettront de construire une typologie des exploitations agricoles
• Collecte et traitement des données de contexte pédo-climatique (type de sol, température, précipitations, …) et des données de contexte agro-industriel (localisation des usines de transformations, des bassins de collecte des coopérative, densité de l’élevage, …) pour une analyse économétrique. Cette analyse permettra d’isoler les facteurs clés qui
• expliquent le degré d’importance des légumineuses sur un territoire. Un critère clé dans le choix des sources de données sera leur disponibilité à l’échelle nationale, de manière à pouvoir étendre facilement le périmètre d’étude si les résultats s’avéraient localement intéressants

Livrables :

• Rapports d'études de cas
• Mémoires de fin d'étude ingénieur/Master 2
• Publications scientifiques
• Préconisations en matière d'actions à mettre en oeuvre (au niveau de la filière, de la part des pouvoirs publics)