La ligne de recherche 1 porte sur l’évaluation agronomique et environnementale des systèmes agricoles et traite en particulier des questions relatives à l’intégration ou à l’extension spatiale de processus physico-chimiques et écophysiologiques étudiés à des échelles plus fines. Il s'appuie sur un ensemble commun de méthodologies, notamment le changement d'échelle, le couplage de modèles, l'analyse de sensibilité, la méta-modélisation et la modélisation inverse. Certaines permettent de transférer les résultats obtenus dans des conditions contrôlées vers des situations réelles à l'échelle du terrain ou du paysage. L'un des principaux objectifs de cette ligne de recherche est de répondre aux questions finales sur les stratégies et les leviers d'action permettant de maintenir la production agricole tout en minimisant ses impacts sur l'environnement et la santé. Les leviers sont : la sélection variétale, l’optimisation de la gestion des cultures, les changements d’utilisation des terres, la planification du paysage et, éventuellement, les évolutions au niveau territorial. Leur évaluation se fait généralement par la définition et le calcul d’indicateurs (environnementaux, agronomiques ou de santé), ce qui permet d’identifier des stratégies qui améliorent la performance des agroécosystèmes et des services qu’ils fournissent. Ce thème fournit de nouvelles références sur les émissions de GES et de contaminants de l'agriculture en France et en Europe qui contribuent aux décisions publiques.

Au cours des cinq dernières années, nous avons contribué à :

• Intégrer les interactions génotype-environnement à l'échelle de la culture. Des études au niveau de chaque plante ont été intégrées dans des modèles de culture afin d'affiner la description des différences variétales. Les interactions entre le blé et la rouille brune ont été introduites dans les modèles agro-écosystémiques pour simuler son évolution dans le contexte du changement climatique (Caubel et al., 2017). De même, un modèle épidémique de Septoria a été couplé à un modèle d'architecture de plante, qui simule l'intensité du développement de la tache septorienne dans une couverture de blé pour plusieurs scénarios climatiques (Robert et al., 2018).
• Intégrer les processus du cycle de l'azote dans l'agroécosystème. Des études sur les interactions génotype-azote au niveau de la plante ont permis de quantifier la variabilité génétique de NUE (efficacité d'utilisation de l'azote) (Richard-Molard et al., 2015). Ce paramètre a été utilisé dans des modèles à plus grande échelle, tels que les modèles de culture et d'émission d'azote, les évaluations du cycle de vie des cultures et les bioproduits (Dufossé et al., 2016).
• Cartographier les flux de gaz à l'état de traces aux échelles régionale et nationale. L'émission et le dépôt de composés azotés réactifs (NH3, N2O), de gaz à effet de serre (N2O), d'ozone (O3) et de pesticides ont été intégrés au-delà de la parcelle (territoires au sens large : paysage, région ou pays). La volatilisation de NH3 a été cartographiée à l’échelle nationale à l’aide du modèle Volt’air, basé sur le processus, pour mieux évaluer la formation d’aérosols de nitrate d’ammonium (Hamaoui-Laguel et al., 2014 ; Ramanantenasoa et al., 2018). De même, les émissions de N2O provenant des terres cultivées ont été estimées sur la France avec le modèle d'agro-écosystème CERES-EGC, et utilisées à titre d'antériorité dans une étude d'inversion atmosphérique. Les émissions étaient environ moitié moins élevées que prévu avec des équations plus simples utilisées dans les rapports nationaux (Gabrielle et al., 2014). À l'échelle du paysage, Bureau et al. (2017) ont démontré qu'une combinaison de chambres statiques et d'une surveillance de la covariance des turbulences permettait de cartographier les émissions de N2O à l'échelle du terrain. Ces études ont contribué à la définition de politiques publiques (anticipation des pics de pollution) ou à l'optimisation de la fertilisation azotée (Ben Aoun et al., 2016).
• Analyser les interactions du paysage. Le modèle Nitroscape a été utilisé pour étudier les interactions entre les transferts d’azote dans le sol, l’atmosphère et le système hydrologique à l’échelle du paysage. Il a également montré que les cultures de capture étaient utiles pour réduire à la fois le lessivage de NO3 et les émissions de N2O tout en maintenant la production (Franqueville et al., 2018; Laurent et Drouet, 2018). Une approche similaire associant transfert de pesticides dans l’atmosphère, le sol et l’hydrologie a commencé à être mise au point (projet MIPP). Une approche similaire a récemment été appliquée pour étudier les interactions spatiales dues à la dispersion des agents pathogènes à l'échelle du paysage (P.A. Precigout, PhD, 2018).
• Évaluer la durabilité des chaînes de valeur et des territoires d'origine biologique. Dans le cadre du projet LOGISTEC, un cadre global a été mis au point pour modéliser les chaînes d'approvisionnement en biomasse à partir de cultures énergétiques et évaluer leurs impacts environnementaux, économiques et sociaux. Une application à une étude de cas réelle en Bourgogne (France) a mis en évidence plusieurs options permettant de réduire les coûts d'approvisionnement et les émissions de GES du cycle de vie jusqu'à 30% (Perrin et al., 2017). Les approches de métabolisme ont été adaptées pour analyser les flux d'azote dans un territoire semi-urbain et mettre en évidence les options permettant de coupler la consommation alimentaire locale et la production agricole (Tedesco et al., 2017), ou de caractériser l'efficacité d'utilisation de l'azote et la performance environnementale des systèmes d'élevage en France.