Modélisation intégrée des systèmes agricoles et de la dynamique de l'azote dans le bassin versant : de la conception au test de scénarios

Les flux d'azote d'origine agricole vers les aquifères et les eaux de surface contribuent à la dégradation de la qualité des eaux. Pour évaluer et concevoir des systèmes de productions agricoles plus efficients et limitant les pertes azotées vers l'environnement, il est nécessaire d'intégrer le niveau du système de production agricole, siège du pilotage des activités agricoles, et le niveau du territoire, où les impacts de ces activités sont analysés et où des solutions collectives peuvent être envisagées. C'est dans ce cadre que s'inscrit le travail de thèse, dont les objectifs sont : (i) d'identifier des systèmes de production agricole économiquement viables offrant des perspectives environnementales favorables à une réduction des émissions d'azote vers les eaux, (ii) d'intégrer le fonctionnement du système agricole dans un modèle d'évaluation des flux d'azote dans un bassin versant et (iii) de tester les conséquences de scénarios d'évolution de systèmes agricoles sur ces flux d'azote.Sur un bassin versant dominé par l'élevage bovin et visant une forte réduction des flux d'azote à son exutoire, une analyse multicritère a été menée en associant un diagnostic agraire et un diagnostic environnemental. L'étude des forces et faiblesses économiques, techniques et environnementales des systèmes agricoles, a fait ressortir les systèmes de productions herbagers comme une piste d'évolution à explorer sur l'ensemble d'un bassin versant. Pour intégrer le fonctionnement des systèmes agricoles dans la modélisation biophysique du bassin versant, le modèle CASIMOD'N (Catchment and Agricultural System Integrated MODel for Nitrogen) a été développé. Il repose sur un couplage de modèles existants : les modèles TOURNESOL et FUMIGENE qui simulent les décisions conduisant aux allocations spatio-temporelles des assolements et des itinéraires techniques au niveau du système de production, et le modèle distribué TNT2 qui simule les transferts et les transformations de l'azote dans un bassin versant. L'originalité de CASIMOD'N est d'intégrer à la fois les processus décisionnels annuels des systèmes de productions en interaction avec les systèmes biotechniques, et les impacts des pratiques agricoles sur le cycle de l'azote dans le bassin versant. Une application de CASIMOD'N a permis de démontrer sa capacité à modéliser les décisions relatives à l'alimentation du troupeau et la gestion de l'épandage pour assurer la cohérence de simulations des pratiques agricoles et de leur distribution spatiale. Des scénarios d'évolution de systèmes agricoles, construits en collaboration avec les acteurs du bassin sur la base des résultats de l'analyse multicritère, ont ensuite été testés. Dans ces scénarios, l'effet de la généralisation de deux indicateurs, restreignant le chargement animal par hectare de surface pérenne et les entrées azotées des exploitations, a ainsi pu être évalué sur les systèmes, sur les pratiques et sur les flux d'azote. Pour compléter les évaluations environnementales des systèmes de production, CASIMOD'N pourra être associé à des modèles simulant les décisions à des horizons infra-annuels et/ou simulant les flux d'éléments autres que l'azote.