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UMR ECOSYS - Ecologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes

Démarches d’intégration pour l’évaluation des effets des pratiques agricoles sur les agroécosystèmes

Pour pouvoir examiner les interactions et éventuels arbitrages (ou trade-offs) apparaissant dans le réseau des services écosystémiques, ÉcoSys doit se doter d'une capacité à intégrer l'ensemble des services décrits, sur des échelles et niveaux d'organisation pertinents par rapport aux mesures de gestion envisagées, que cela soit au niveau des agroécosystèmes ou des territoires.
Au niveau de l’écosystème, cette ambition implique tout d'abord une intégration de processus et des flux de matières et d’énergie associés (dont les éléments majeurs, contaminants, et particules (a)biotiques). La considération d’un champ spatial et temporel élargi impliquera ensuite une extension sur le domaine concerné des modèles de fonctionnement pour aller de la parcelle vers le territoire, et ainsi contribuer à une agroécologie fonctionnelle spatialisée.
Les compétences en émergence dans le nouveau dispositif dans ce domaine (transferts de matières inter-parcelles, émissions indirectes au niveau du paysage/territoire, gestion territoriale des services de recyclage avec intégration des acteurs) seront les bases pour développer des approches d’écotoxicologie et de biogéochimie spatiale.
Les équipes constitutives d’ÉcoSys ont historiquement développé des compétences sur les processus allant des échelles de l’agrégat de sol, de la feuille et de la plante jusqu’aux échelles de la parcelle. Ces compétences ont permis de développer d’une part, des modèles de transformation et de transfert d’espèces abiotiques et biotiques dans l’air, les sols et les plantes (azote, carbone, polluants atmosphériques, pesticides, PRO, matière organique, contaminants, pathogènes) et d’autre part, des outils métrologiques (dispositifs expérimentaux, dispositifs analytiques, plateaux techniques). Ces compétences ont été mises en oeuvre et développées dans de nombreux projets récents (NITROEUROPE, par exemple) ou en cours, comme par exemple le projet ECHAP qui vise, en intégrant le fonctionnement des plantes et des pathogènes et l'impact des pesticides, à rechercher des stratégies de lutte intégrée contre les maladies tout en réduisant les apports de pesticides. Des compétences ont été développées plus récemment aux échelles supra-parcellaires selon deux démarches complémentaires : les démarches agrégatives permettant d’estimer des flux et des bilans de composés à partir des contributions au niveau de la parcelle, et des démarches prenant en compte les interactions spatiotemporelles entre sources et puits de contaminants.
Au niveau des impacts sur la santé des écosystèmes, le projet s’appuiera sur l’intégration d’approches écotoxicologiques, écologiques, agronomiques et socioéconomiques reposant sur des agroécosystèmes contrastés pour identifier des situations potentiellement délétères pour les organismes et les communautés impactées non-intentionnellement par les pesticides. L’étude de ces situations permettra d’hiérarchiser les facteurs de pression (pratiques agricoles) impactant ces organismes et ces communautés d’un point de vue morphologique, structural ou fonctionnel. 

De l’intégration des processus aux réseaux de services

Par rapport aux objectifs affichés, plusieurs types d’intégration ont été identifiés, concernant tout d'abord les processus biophysiques, puis l'évaluation des impacts et des services écosystémiques sur la base des réponses des agroécosystèmes en termes de fonctions, et enfin la définition des scénarios de gestion à analyser.

Les domaines spatial et temporel

D’un point de vue spatial, les échelles pertinentes pour le projet ÉcoSys vont de la parcelle jusqu’à la région, en passant par différents niveaux d'organisation comme le système de cultures, l’exploitation agricole et le paysage.
D’un point de vue temporel, les échelles traitées vont de la journée voire l'heure pour certains processus à plusieurs dizaines d’années, en passant par le cycle cultural annuel ou la succession culturale pluriannuelle.
Un défi consiste aussi à intégrer ou utiliser les sorties des modèles développés à des résolutions fines (agrégat de sol, feuille, modèles architecturés de plantes) de manière à pouvoir les prendre en compte lors des estimations de flux et d’impacts à des échelles pluriannuelles et des niveaux territoriaux.
Les méthodes d’intégration sont centrées sur la modélisation, via le partage et l’acquisition de compétences en modélisation des structures et des fonctions biotiques et abiotiques au sein d'ÉcoSys. Outre le développement d’approches de modélisation intégrant les structures et les fonctions des agroécosystèmes à différentes échelles (CERES-EGC, STICS, NitroScape), les dispositifs expérimentaux, incluant les observatoires à long terme (comme les SOEREs PRO et ACBB, et le réseau Européen ICOS) et les plateaux techniques permettent l’acquisition de paramètres et de jeux de données nécessaires au paramétrage des modèles, ainsi qu’à leur vérification/évaluation. 

Les méthodes d’évaluation des services écosystémiques

L'évaluation sera basée sur les fonctions et des processus associés aux pratiques évaluées (par exemple, rendements finaux ou bilan des émissions de GES). Des cadres conceptuels plus intégrés comme l'analyse de cycle de vie pourront également être utilisés et adaptés à l'expression des services écosystémiques, dans une logique filière ou produit (pour le recyclage des PRO ou la production de biomasse alimentaire ou énergétique, par exemple). Un effort particulier reste à faire sur l’élaboration d’outils d’évaluation des risques sanitaires et écotoxiques.
A partir de l'ensemble des indicateurs obtenus, pour les différents services ou impacts environnementaux considérés, des méthodes d'analyse multicritères pourront être développées en collaboration, par exemple avec les unités d’Agronomie ou SAD-APT, pour aider à la hiérarchisation des options de gestion et à la prise de décision. Une autre piste pour agréger des indicateurs issus des services concerne la monétarisation, qui fait l'objet de collaborations avec EcoPub (Grignon). Cela implique un couplage entre modèles biophysiques et méthodes d’optimisation sous contraintes, pour poser les bases d'outils d’aide à la décision, en s’appuyant sur les plateformes du département INRA Environnement et Agronomie (Sol Virtuel, OpenAlea, RECORD, OpenFLUID, MEANS).

Les scénarios de gestion à évaluer

La co-construction de scénarios au sein d’ÉcoSys, en collaboration avec d’autres unités ou des partenaires du développement, permettra d’analyser, à partir des modèles développés, l’effet des forçages biophysiques et sociétaux sur les flux de matière et d’énergie dans les agroécosystèmes, et par conséquent la pertinence des choix à effectuer pour améliorer les services écosystémiques.
Collaborations : soit avec des partenaires de la recherche (par exemple les unités EcoPub, Agronomie, SAD-APT, BIOGER du site de Versailles-Grignon), soit avec des partenaires de l’industrie, du développement et de la profession agricole (Instituts et Centres techniques agricoles, Chambres d’agriculture, Coopératives), en particulier pour la prise en compte des systèmes de cultures. Cela permettra de faire le lien entre systèmes de production, pratiques culturales et  fonctionnement des systèmes (fonctionnement biologique, impacts environnementaux), et pour opérer la rétroaction « évaluation des impacts – modification des pratiques ».