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UMR ECOSYS - Ecologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes

Valorisation des produits résiduaires

Recyclage et gestion territoriale

Responsables : Enrique Barriuso et Sabine Houot 

Le projet d’unité va traiter ce service au travers de l’optimisation des pratiques de recyclage de produits résiduaires organiques (PRO), avec une prise en compte explicite de la répartition des sources potentielles de matières organiques et des besoins structurels en fonction des types de sols et des usages à l’échelle d’un territoire. Le territoire est considéré comme une structure complexe définie par (1) des contraintes agropédoclimatiques, (2) des types d'agriculture en particulier liées au contexte périurbain, et (3) des pressions liées au développement urbain (compétitions pour l'espace, synergie via des nouvelles sources de PRO, des nouveaux débouchés ou usages des sols agricoles).

Les PRO sont avant tout des matières organiques qui vont avoir une dynamique propre, tout en interagissant avec la dynamique des matières organiques des sols. Le postulat est que le retour au sol des PRO peut permettre l'intensification écologique du fonctionnement des systèmes de production (plus économes en intrants et moins nocifs pour l’environnement), en valorisant les éléments fertilisants contenus dans les PRO, en stimulant l'activité biologique des sols et le stockage du carbone dans les sols, tout en veillant à l’absence d’impacts négatifs liés à leur usage (entrée de contaminants et de pathogènes). Dans ce contexte, le projet d’ÉcoSys permettra d’apporter des réponses aux questions suivantes :

  • Comment les apports des PRO modifient-ils les cycles du carbone et de l’azote en lien avec le fonctionnement biogéochimique des sols ? Quelle substitution des engrais azotés est-elle envisageable et quelles conséquences sur le fonctionnement et la production de l’agroécosystème ? Quel effet sur les stocks de carbone, les émissions de GES (N2O) et autres gaz polluants (NH3, COV) ?
  • Quels facteurs liés aux caractéristiques des PRO déterminent leur comportement dans les agroécosystèmes ? Quelle variabilité est observée ou est prédictible en fonction des conditions pédoclimatiques?
  • Comment optimiser l’insertion des PRO dans les systèmes de culture ?
  • Quels effets sur les propriétés des sols : structure, comportement hydrique, activité biologique et biodiversité, résistance aux maladies telluriques des plantes ?
  • Quelle influence sur les flux et les impacts des contaminants associés ?
  • Quel bilan global et quelle évaluation intégrée de la pratique, tant à des niveaux d’organisation spatiale locale (parcelle, exploitation) qu’au niveau d’organisation du territoire ? 

Les approches utilisées iront des études spécifiques des processus en conditions contrôlées à des observations et expérimentations en conditions de plein champ sur des parcelles incluses dans des territoires bien identifiés. Les approches intégrées seront privilégiées avec le suivi conjoint des flux des composés carbonés et azotés et des contaminants. La prise en compte de la typologie des PRO sera aussi considérée à partir de l’étude des transformations au cours du procédé de traitement des PRO. Le SOERE-PRO et des réseaux de sites associés constituent des dispositifs de choix comme support expérimental d’observation à long terme, en permettant de mesurer l’ensemble des effets bio-physiques de la pratique de recyclage à l’échelle de la parcelle. Beaucoup de ces effets s’observent à moyen/long terme, ce qui nécessite des longues périodes d’observation avant de pouvoir modéliser de façon satisfaisante la trajectoire d’évolution des agroécosystèmes. Les méthodes d’évaluation intégrée (analyse des flux, approches multi-critères type ACV) appliquées au recyclage des PRO prennent très mal en compte l’ensemble des effets observés à moyen/long terme. Cependant, les sites du SOERE-PRO ne permettent pas de prendre en compte : (1) les contraintes de l’utilisation des PRO liées à l'environnement socioéconomique des systèmes de production (systèmes de culture, chartes, disponibilité des PRO, voisinage, calendrier d'épandage), (2) la diversité des PRO et des contextes agro-pédo-climatiques du retour au sol des PRO, et (3) les contraintes liées aux autres acteurs d’un territoire intervenant dans la gestion des PRO.

Outre les caractérisations physico-chimiques et biologiques des propriétés des sols, des outils de modélisation seront développés pour la description des observations et prévision de leurs évolutions, et pour l’optimisation et l’évaluation intégrée des pratiques de recyclage. Un des points-clef sera la modélisation dynamique des interactions entre les matières organiques et les polluants. L’évaluation à l’échelle territoriale bénéficiera de l’analyse spatiale (stocks de C et N, flux de composés azotés), avec l’application des outils de télédétection.

Les travaux sur ce service bénéficient des compétences et des activités développées par les équipes actuelles :

  • Etude des processus déterminant la dynamique du C et de N à l’échelle de la parcelle (dynamique dans les sols ; émissions N2O, COV, volatilisation NH3).
  • Modélisation des processus (plateforme Sol Virtuel, modèles de culture, ACV).
  • Analyse spatiale de la couverture pédologique et de ses propriétés (teneurs en C et N, cadastres d’émissions), permettant l’agrégation des résultats locaux des observations ou de la modélisation.
  • Etude des propriétés physiques, chimiques et biologiques des sols et de leurs déterminismes (agrégation, structure du sol, flux d’eau).
  • Prise en compte du devenir des polluants à partir des interactions avec les matières organiques, de la modélisation de ces interactions et de leurs transformations conjointes au cours du procédé de traitement des PRO, puis dans les sols. 

Le projet d’ÉcoSys nous permettra de développer davantage les aspects liés aux impacts écotoxicologiques des pratiques de recyclage. De même, les compétences en chimie organique des sols permettra une meilleure prise en compte de la nature chimique des matières organiques des PRO pour éclairer le lien nature - dynamique.

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