Projet d avenir de l unité de recherche Risque environnemental lié au recyclage (Cirad) (Renommée Recyclage et risque depuis 2011)

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1 Projet d avenir de l unité de recherche Risque environnemental lié au recyclage (Cirad) (Renommée Recyclage et risque depuis 2011) 1. Projet et objectifs scientifiques de l unité a. Contexte scientifique et démarche La création en 2005 au Cirad d une unité de recherche sur la thématique du recyclage en agriculture a été décidée pour répondre à une demande de solutions intégrées dans le contexte des pays du Sud. L originalité de l unité, et le principal défi qu elle s est fixé, est de faire collaborer concrètement et de façon pérenne, sciences biophysiques et sciences de gestion de la production afin de mettre au point une méthode et des outils utiles, à terme, pour le développement. Cette démarche existe dans quelques institutions de recherche du Nord, mais elle est le plus souvent le fait d une collaboration entre équipes de différentes unités incitée par la réponse à des appels à projets de recherche. De plus, la transposition d une telle démarche dans les conditions géographiques, humaines et économiques du Sud pose des questions spécifiques pour lesquelles la recherche de solutions originales et adaptées reste, de notre point de vue, indispensable. Le projet d avenir de l unité est sous-tendu par cette exigence de pluridisciplinarité et de recherche finalisée. Pour poursuivre la mise en œuvre de l option stratégique d une pluridisciplinarité concrète au sein de l unité, la démarche générale suivante est proposée : (i) (ii) (iii) (iv) S appuyer sur les financements acquis pour poursuivre la construction de démarches intégrées. Deux projets importants sont acquis et leur programmation est intégrée dans le projet de l unité. Le premier est le projet ISARD (financement acquis), dont l objectif est de formaliser une démarche intégrée du recyclage de produits résiduaires organiques (PRO) à l échelle de territoires. Ce projet, très identitaire pour l unité, constitue un aboutissement du projet d unité construit en En validant ce projet et les choix faits, l ANR nous permet d enrichir notre démarche au Sud et d intensifier le partenariat. Le second est le projet NormaRhizo (financement acquis), dont l objectif spécifique est de valider un outil d évaluation de la phytodisponibilité des éléments trace métalliques (ETM) dans les sols. Au-delà de cet objectif spécifique, la connexion entre les projets ISARD et NormaRhizo pourra servir d exemple d application mais également de réflexion sur l intégration des connaissances issues des sciences biophysiques (e.g. indicateurs de risque) dans les outils (e.g. modèles de gestion des flux) produits par les sciences de gestion de la production. Changer de concept dans l affichage des recherches de l unité. A l instar du projet ISARD, il s agit davantage pour l unité de s interroger sur la valorisation potentielle «maximale» des PRO en adoptant le paradigme de l intensification écologique, tout en considérant les risques induits pour l environnement. Dès lors, le recyclage agricole devient l élément central du questionnement de l unité, son public cible s oriente davantage vers les gestionnaires de PRO cherchant à accroître la valeur ajoutée des déchets. Cependant, le risque pour l environnement reste fortement présent dans les recherches, avec les services de l Etat et les politiques comme cibles privilégiées. Concilier ces deux aspects de la valorisation des PRO sera un enjeu pour l orientation des recherches et des recrutements de l unité. S appuyer sur le dispositif de l unité à La Réunion pour dynamiser et poursuivre la construction d une démarche intégrée. Le développement de recherches sur l évaluation environnementale à La Réunion et l élargissement des problématiques abordées, initialement focalisées sur les effluents d élevage, à l ensemble des PRO disponibles sur un territoire poseront de nouvelles questions que l équipe en place devra aborder. La Réunion, DOM français et RUP européenne, est également un lieu en milieu tropical où la question du long terme peut être abordée. Éprouver la robustesse des méthodes et des outils développés par leur confrontation à de nouveaux terrains. Ceci suppose le déploiement de l unité sur de nouveaux sites pour augmenter son rayonnement et traiter des

2 cas de figure nouveaux. Le Vietnam, où l unité a affecté un agent en situation de partenariat scientifique sur les systèmes d élevage, est en cours d approche. Les mégapoles africaines (e.g. Dakar, Yaoundé), où les situations complexes de risque environnemental et sanitaire en situation périurbaine commencent à être abordées par des alliances conclues dans le cadre du projet ISARD, constitueront le deuxième lieu de déploiement prioritaire de l unité, en cohérence avec les choix géostratégiques du Cirad. (v) (vi) S appuyer sur les partenariats forts et existants pour des alliances scientifiques dans les domaines de la géochimie (CEREGE) et de la gestion environnementale spatialisée (UMR SAS). Il sera cependant sans doute nécessaire, pour se rapprocher de l objectif stratégique, de développer de nouvelles alliances, dans les domaines de la biologie des sols (UMR Eco & Sols), de la technologie des procédés de traitement (LBE-Inra Narbonne), de l évaluation environnementale (Pôle ELSA) et des méthodes analytiques (US «Analyses des eaux, sols et végétaux» du Cirad). Poursuivre la formalisation et la diffusion des savoir-faire de l unité (méthodes analytiques, modèles de simulation) par la formation de façon à répondre aux demandes spécifiques par une prestation standard et développer de l expertise dans nos secteurs d excellence (ETM, cycles biogéochimiques, transformation des déchets, modélisation, gestion de flux de biomasse). b. Programme des travaux Le projet d avenir de l unité s attachera à intégrer, en particulier grâce à la modélisation, les connaissances obtenues dans 3 thèmes de recherche : - Représentation et simulation de la gestion des PRO dans les territoires - Qualification des transformations des PRO de leur production à leur utilisation - Interactions entre PRO, eau, sols et plantes. Les recherches menées dans chacune des actions constitutives des thèmes, sans couvrir la totalité des questions posées, se focaliseront sur les éléments identifiés comme des verrous essentiels. Ces 3 thèmes de recherche concourent à la construction d un quatrième thème ayant pour objectif général d évaluer l impact environnemental du recyclage. Le développement de telles méthodes d évaluation pose en lui-même de nouvelles questions de recherche et nécessite également le recours à la modélisation. Enfin, l ensemble des travaux développés dans ces quatre thèmes contribue à la construction d une ingénierie pour la gestion territoriale des PRO, qui constitue la finalité opérationnelle proposée. La présentation des travaux qui suit reprend la logique de ces quatre thèmes, valorisés par une activité d intégration décrite dans un cinquième point. 1. Représentation et simulation de la gestion des PRO dans les territoires - Modélisation de l activité humaine pour le pilotage de flux de matières dans les systèmes de production agricoles L une des questions posées à l unité concerne la représentation des activités humaines au sein de systèmes faisant appel au recyclage de matières organiques. Les principales hypothèses sur lesquelles se basent ce travail sont les suivantes. Tout système de production agricole peut être représenté par un ensemble de stocks reliés par des flux de matières de différentes natures. Deux types de flux interagissent par l intermédiaire de l activité humaine : les flux agissables générés par les pratiques et les flux biophysiques déterminés par les premiers et qui conduisent aux produits agricoles et aux émissions vers l environnement. La gestion du système de production peut alors être vue comme le contrôle, dans un environnement dynamique, d un ensemble de stocks et de flux par les activités de l exploitant. Inspiré par cette «ontologie» Action-Flux-Stock, un cadre de modélisation de l action a été développé pour généraliser les modèles de gestion des effluents d élevage développés dans l unité. Combinant des capacités de représentation de l action elle-même et de raisonnement sur l action en cours, ce cadre de modélisation permettra de répondre à plusieurs questions : comment représenter (i) l interaction entre agents, (ii) le raisonnement sur les actions réalisées par d autres agents, (iii) la coordination de leurs activités, (iv) le partage de ressources entre eux? Le but de cette recherche est de concevoir et réaliser l extension du cadre actuel de représentation de l action aux niveaux individuel (agent) et collectif (multi-agents). Afin de permettre la représentation de systèmes d activités complexes, tels que ceux rencontrés dans les systèmes de production agricoles étudiés, la représentation de différents modes de coordination de l action sera plus particulièrement étudiée.

3 Cette recherche spécifique sur la modélisation de l activité humaine sera directement appliquée à la construction de modèles dynamiques de simulation de la gestion des PRO, tels que ceux déjà élaborés au sein de l unité. - Méthodologie de simulation avec les modèles de gestion des PRO Les modèles de gestion (cf. ci-dessus) doivent permettre de simuler différentes stratégies de conduite des systèmes de gestion des PRO, soumis au climat et à des aléas organisationnels. Ces simulations sont réalisées sur des périodes clés (saison, période critique, durée d une opération, une ou plusieurs années, etc.), à définir selon les systèmes, les indicateurs et le type d évaluation considérés. L objectif de recherche est ici de construire une ingénierie de simulation qui considère la construction des scénarios à simuler, le paramétrage des modèles et l organisation des simulations comme un processus progressif (modifications des règles pas à pas) et/ou itératif. Le recours à des plans d expérience pour couvrir une large gamme de situations est une voie à explorer. Les résultats des simulations pouvant ensuite être utilisés pour l évaluation environnementale (par ex. avec la méthode de l analyse de cycle de vie (ACV) ; l analyse statistique (fréquentielle, multifactorielle) sera utilisée pour décrire la variabilité des résultats des simulations : analyse de sensibilité, introduction de variables aléatoires Des procédures automatisées de calcul des indicateurs permettant de réaliser une ACV à partir des données des simulations doivent être mises en place. La spatialisation des objets modélisés (parcelles, élevages, etc.) est également à envisager. Celle-ci est en particulier possible avec les SMA et a pu être expérimentée dans l unité avec le modèle Biomas qui permet, d une part, d analyser des transactions entre agents et, d autre part, de quantifier et visualiser des indicateurs environnementaux (par ex. gradients de couleurs permettant de définir des classes d états). - Articulation avec les approches statiques d évaluation La modélisation dynamique permet de rendre compte d une grande variabilité de situations, dépendant de la nature des systèmes, des pratiques mises en œuvre (actions simulées) et de l influence spatiale (par ex. positionnement des parcelles) et temporelle (par ex. années climatiques). Les méthodes statiques d évaluation multicritères agrègent quant à elles de nombreuses données issues de multiples sources de références. Il s agit donc de produire à partir des modèles dynamiques des données analysées et résumées compatibles, permettant de traiter une partie de l incertitude habituellement ignorée par ces méthodes. Cette incertitude expliquée correspond à celle qui peut être contrôlable par le choix d un système, une modification de pratiques ou simplement celle correspondant à la variabilité climatique ; l autre part de l incertitude est due à l estimation des facteurs d émissions et des impacts, dont la réduction dépend de l avancée des connaissances dans le domaine biophysique à laquelle l unité contribue également. Cette articulation a déjà fait l objet d investigations dans le cadre de travaux encadrés par l unité (thèse de C. Rigolot, postdoctorat de S. Lopez-Ridaura). Elle demande à être amplifiée en s appuyant sur le récent recrutement d un chercheur en évaluation environnementale. - Validation des modèles par l usage L objectif de recherche est de formaliser l utilisation des modèles en simulant des cas types et des situations de gestion réelles, en interaction avec les professionnels de l agriculture. Dans les projets déjà réalisés (Porcherie Verte, SPA/DD), des tentatives d utilisation des modèles avec les acteurs ont rencontré quelques difficultés pour différentes raisons : non pérennité des collectifs d éleveurs, préoccupations des acteurs autres, mauvaise préparation des situations à simuler ou logiciel peu fiable. Dans les travaux suivis par l unité, le cas le plus abouti en matière de «modélisation participative» est celui de Gamede, modèle co-construit avec les éleveurs pour simuler leurs propres exploitations, la généricité du modèle provenant de son adaptation à 6 exploitations types couvrant les différentes manières de produire du lait à la Réunion. Cependant, les simulations n ont pas été réalisées en présence des éleveurs, seuls les résultats des simulations étaient analysés avec les éleveurs. Du fait de ces expériences peu abouties, la nécessité de la validation des modèles demeure une question posée. Une validation de la construction est possible, soit par des experts ou, directement, par les acteurs (cas de la co-construction). La validation par comparaison au réel paraît très difficile, hormis partiellement pour quelques éléments précis du modèle, en raison de la complexité des systèmes modélisés et de la difficulté à les observer (ou les mesurer) sur de longues périodes. La validation par l usage des modèles en tant qu outils d aide à la décision des acteurs agricoles demeure donc une ambition dans nos travaux. Pour traiter cette question, un partenariat plus étroit devra être établi avec des équipes dont c est un des objets principaux de recherche. 2. Qualification des transformations des PRO de leur production à leur utilisation

4 - Modélisation des bilans matière (gaz et coproduits) lors de la transformation des PRO La transformation obligatoire ou opportuniste des PRO crée des possibilités d innovations agronomiques (nouveaux produits et/ou itinéraires techniques) et organisationnelles (collecte, distribution, réglementation). La démarche est déclinée ci-dessous pour le compostage qui a fait déjà l objet de travaux dans l unité, mais elle reste valide dans le cas de la méthanisation. A l échelle d un territoire, on recherchera en particulier une complémentarité entre ces deux procédés, selon les produits à transformer et les valorisations agronomique (effet engrais ou amendement par exemple) ou énergétique (le cas échéant) recherchées. S appuyant sur la quantification des bilans matières et des émissions gazeuses dans différentes situations contrastées de compostage ou de méthanisation, l objectif des recherches sera de développer une approche générique qui permette, à partir de la connaissance de quelques paramètres caractérisant, de manière robuste, les matières mises à fermenter et les conditions de fermentation, de modéliser les processus. Cela doit permettre de prédire (i) les durées de chantier, (ii) les émissions gazeuses et autres pertes d éléments posant des problèmes pour l environnement et (iii) les caractéristiques du compost ou digestat final. Il s agira de concevoir une modélisation dynamique des transformations des matières organiques permettant de simuler les principaux processus, de relier à des caractéristiques spectrales les quelques paramètres critiques pour la maîtrise des procédés, puis de valider ces modèles dans les conditions tempérées et tropicales. Enfin, les modèles seront utilisés pour simuler différentes situations afin d estimer les pertes vers l atmosphère et de préciser l usage possible des coproduits obtenus. Pour le compostage aérobie, les objectifs de cette recherche (compost virtuel), qui seront traités pour partie dans le cadre d une thèse CIFRE démarrant fin 2009, sont plus spécifiquement de : 1. formaliser et modéliser l influence des caractéristiques physico-chimiques des PRO solides et liquides sur leur comportement en mélange en amont du compostage ; 2. modéliser conceptuellement le procédé de compostage en distinguant différents compartiments de la matière (ex. solide stable/labile, liquides, gaz) et en caractérisant les principaux flux pilotés par des facteurs facilement accessibles (en partant de la modélisation empirique déjà réalisée) ; 3. construire un simulateur et le calibrer avec les données acquises en mésocosmes (halle expérimentale de l UMR SAS, banc de compostage de l UPR Recyclage et risque), puis le valider sur d autres données acquises séparément ; 4. acquérir des données sur les émissions gazeuses et sur les PRO en cours de compostage en contexte tropical ; évaluer le modèle dans ce contexte ; 5. utiliser le modèle pour optimiser différentes situations de compostage en conditions tropicales et tempérées, en prédisant les caractéristiques finales des composts, les pertes par lixiviation et les transferts vers l atmosphère. - Quantification des émissions gazeuses lors de la gestion hors sol des PRO Partant des travaux réalisés en conditions tempérées pour quantifier les émissions gazeuses dans la filière de gestion des PRO, de leur production (par ex. bâtiment d élevage) à leur utilisation (par ex. épandage au champ), l objectif de cette recherche est de développer des méthodes simplifiées pour estimer les transferts vers l atmosphère afin de les réduire. Ces transferts, dont une grande majorité intervient lors de la manipulation des PRO, concernent des molécules polluantes (NH 3, N 2 O, CH 4 ) ou constituent des pertes en C ou N pour les systèmes agricoles. Peu de recherches ont été conduites dans les contextes tropicaux, dont on pressent la forte réactivité (température élevée, faible capacité technique pour contenir les pertes). Par ailleurs, les méthodes d évaluation environnementale multicritères (comme l ACV) ont recours à des bases de données internationales pour quantifier les flux vers l atmosphère à partir de facteurs d émissions. Adapter ces facteurs dans le contexte tropical de gestion des PRO apparaît déterminant pour produire une évaluation agronomique et environnementale pertinente. Sans prétendre étendre ces mesures à de très nombreux systèmes, les travaux sur le compostage présentés ci-dessus pourront fournir un cadre méthodologique à cette recherche. De même, les expériences passées concernant la mesure des pertes par volatilisation d ammoniac après épandage dans deux situations caractéristiques de la Réunion seront valorisées. - Caractérisation de l état organique d un sol suite à l apport de déchets organiques L émergence de la valorisation agricole des PRO dans les pays du Sud et dans les DOM demande d améliorer les connaissances de leur transformation à moyen et long terme dans les sols tropicaux. En mettant en jeu des techniques de caractérisation biochimique et/ou spectroscopique (dont la Spectrométrie dans le proche infrarouge) des matériaux organiques apportés aux sols, et à l aide de la modélisation, les mécanismes de transformation de la MO peuvent être abordés. Des relations entre le devenir des PRO et leur composition chimique (spéciation de C et N) sur des pas de temps de l ordre du mois ou de l année ont été établies. Cependant, les outils et techniques mis en jeu ne semblent pas adaptés, en l état, pour documenter l évolution des teneurs en MO du sol sur des pas de temps plus longs. Les travaux menés chercheront à caractériser l état organique des sols sous contrainte d apports de PRO en qualifiant et quantifiant les traces des apports organiques. Par des approches de séparation physique (ex. fractionnement granulométrique de la MO) ou biochimique (ex. extraction séquentielle des formes de la MO i.e. profil biochimique) il est possible de

5 produire des grilles d indicateurs d état de la matière organique du sol. D autre part, l'utilisation d'outils isotopiques (ex. abondances naturelles en 13C ou 15N) et spectroscopiques (ex. 13C CP MAS RMN, SPIR, MIR) sera une voie à privilégier pour mieux comprendre les mécanismes des transformations des matières organiques à moyen et long termes. Des résultats préliminaires encourageants ont été obtenus par l utilisation de la 13C CP MAS RMN pour paramétrer le modèle TAO (Transformation des Apports Organiques) développé dans l unité. Le passage de la compréhension des mécanismes permise par ces nouveaux outils à la fourniture d'indicateurs représente un réel enjeu scientifique. Les objectifs sont de produire : des connaissances sur la nature de la MOS et son «degré d évolution», des scenarii d évolution des MO par type de sol, des valeurs limites (à définir par type de sol) : valeurs basses, pour le maintien des capacités productives des sols en deçà desquelles on observe une irréversibilité des dégradations, et valeurs hautes concernant la «saturation» du sol en MO qu on ne pourra dépasser même avec des apports massifs de matériaux organiques. des recommandations d interventions (impasse ou bien décision d apports organiques) en fonction de l état organique des différents types de sol. Pour conduire ces travaux, les sols représentatifs de l ensemble de la sole cannière de la Réunion (une analyse de sol à chaque replantation) sont a priori un matériau de choix permettant la reconstitution de chronoséquences ; ils sont conservés dans une échantillothèque en cours de constitution. D autres terrains pourront également être mobilisés en lien avec le projet ISARD. 3. Interactions entre PRO, eau, sols et plantes. L épandage de PRO est susceptible de perturber fortement les conditions physico-chimiques du milieu, la dynamique de la matière organique ainsi que le comportement des éléments potentiellement toxiques. Enregistrer et comprendre ces évolutions n est cependant pas trivial. En effet, le milieu biophysique considéré est complexe (solide, liquide, gazeux) et réactif (interactions surfaces minérales-organiques, rôle actif des plantes, des microorganismes, etc.). Les avancées récentes obtenues dans ce champ de recherche (cycle des nitrates dans des sols tropicaux, spéciation des ETM au sein des andosols, etc.) ont laissé pour l instant de côté deux points clés que nous estimons devoir aborder : le rôle de la plante dans le système «PRO-eau-sol-plante» et la dynamique couplée des éléments chimiques (ETM, C, N, P, K) dans ce système. - Rôle de la plante dans le système «PRO-eau-sol-plante» La plante participe à la modification des propriétés physico-chimiques (ph, Eh, réactivité des surfaces) et biologiques (stimulation de l activité de la microflore) du sol. La plante joue ainsi un rôle dans l'efficacité des PRO : (i) par effet rhizosphérique, elle modifie la biodisponibilité des nutriments (N, P) et des ETM et, (ii) en situation d'excès de nutriments (N, K), par recyclage, elle peut jouer un rôle d'épuration. Ainsi, l interface entre la plante et le sol, qui est la rhizosphère, constitue un objet d étude de choix pour la compréhension des cycles biogéochimiques dans le système PRO-eau-sol-plante. Une biodisponibilité élevée des ETM dans les sols agricoles peut engendrer des phénomènes de toxicité ou des transferts importants des ETM dans la chaîne alimentaire dont l homme est l ultime maillon. A l heure actuelle, il existe peu d indicateurs pertinents pour quantifier la biodisponibilité. Plutôt que de sonder la pertinence d une nouvelle méthode chimique, nous avons opté pour des expérimentations basées sur des mesures biologiques qui sont de fait plus intégratrices. Deux dispositifs expérimentaux sont ou seront ainsi dédiés à la quantification de la biodisponibilité des ETM en contexte de recyclage agricole des PRO. Le premier est un essai maraîchage de longue durée mis en place en 2004 sur la parcelle expérimentale des Colimaçons du Cirad à La Réunion. Cet essai permet de quantifier le prélèvement des ETM par des espèces maraîchères qui sont décrites comme étant fortement accumulatrices, de comparer les concentrations en ETM des différentes espèces, d étudier l influence des amendements organiques (2 composts et 1 témoin engrais minéral) sur la concentration en ETM des végétaux et de comparer les données obtenues avec celles de la littérature scientifique et les normes en vigueur. Le second dispositif expérimental repose sur le RHIZOtest. Ce biotest est réalisé en conditions contrôlées ce qui permet de tester un nombre important de combinaisons PRO-sol-plante. Le dispositif est capable d intégrer a priori l ensemble des processus physico-chimiques et physiologiques impliqués dans la phytodisponiblité des ETM (réapprovisionnement par le sol du métal en solution, prélèvement par la plante au niveau racinaire, modifications chimiques induites par les racines dans la rhizosphère). Par rapport à l essai maraichage, le RHIZOtest présente l avantage de faciliter la collecte des échantillons (sol rhizosphérique, racine, partie aérienne de la plante) grâce à la séparation physique des racines et du sol. Jusqu à présent, les résultats obtenus avec ce test ont été peu comparés avec des essais au champ. En réalisant ces comparaisons il sera possible : d évaluer l impact des modifications physico-chimiques induites par les activités racinaires dans la rhizosphère sur la disponibilité et la biodisponibilité des ETM pour les plantes ; d évaluer la relation entre dynamique de la transformation de la MO et biodisponibilité des ETM ; de déterminer si l effet «minéralisation de la matière organique» affecte les ETM apportés par le déchet organique et/ou ceux initialement présents dans le sol ;

6 de permettre une comparaison/classification des déchets organiques en termes d impact sur la biodisponibilité des ETM. Le recyclage de certains PRO à teneur élevée en K issus de la transformation de produits tropicaux (canne à sucre, palmier à huile, banane) provoque des risques de déstructuration des sols et de dégradation de la qualité des récoltes. Certaines plantes tolèrent bien les niveaux élevés de K ; elles peuvent permettre d exporter sans risque des quantités importantes de K et jouer ainsi un rôle épurateur. Une meilleure compréhension du fonctionnement de ces plantes est nécessaire pour réguler le cycle biogéochimique de K dans le système PRO-Eau-Sol-Plante. Dans le cadre d un partenariat avec une entreprise privée, l unité a mené ces 5 dernières années des travaux ciblés sur l effet d un excès de K sur un sol et sur des systèmes de cultures à forte capacité d exportation de K. Ces travaux seront poursuivis pour conduire à valider et transposer des méthodes de laboratoire permettant de mesurer l effet d un excès de K sur le système sol/plante. - Dynamique couplée des éléments chimiques (ETM, C, N, P, K) dans le système «PRO-eau-sol-plante» Les teneurs en ETM des PRO sont bien souvent corrélées avec leur mode de production. Ainsi, les effluents d origine animale (lisier, fumier) sont riches en Cu et Zn en raison de l utilisation de ces deux éléments dans l alimentation des animaux. Les effluents d origine urbaine présentent pour certains des concentrations élevées en Cd, Pb ou Hg qui témoignent des activités humaines. Autrement dit, si l origine, les modes de production et de stockage entrainent de tels écarts de concentrations en ETM, il doit en être de même pour la spéciation de ces éléments. C est pourquoi, il est important de poursuivre l étude de la spéciation des ETM au sein de PRO d origines variées (urbaine, agro-industrielle et agricole). L approche initiée pendant la thèse de Samuel Legros en couplant le fractionnement physique des échantillons (granulométrie, densimétrie) et l utilisation de techniques analytiques spectroscopiques complémentaires (µ-xrf, XAS) sera utilisée à cette fin. Parallèlement à cette approche basée sur un fractionnement physique, une autre voie, basée sur un fractionnement chimique original, sera développée. Cette approche permettra de coupler la description de la spéciation des ETM à la dynamique de minéralisation des déchets organiques. Afin de prédire les transformations des apports organiques, des modèles mécanistes sont proposés. Pour le modèle Transformation des Apports Organiques (TAO), les données d entrée peuvent être obtenues par la description des fractions biochimiques des matières organiques apportées au sol. Ce fractionnement biochimique permet de déterminer 4 fractions : fraction soluble au détergent neutre, hémicelluloses, cellulose et lignine. Nous proposons d utiliser ces 4 fractions afin d étudier non seulement la répartition des ETM (concentration en ETM de chacune des fractions) mais également la spéciation des ETM au sein de celles-ci en utilisant des techniques analytiques spectroscopiques adaptées. Ce développement méthodologique sera mis en place à partir d une collection d échantillons de PRO variés recueillis dans le cadre du projet ISARD. Enfin, pour compléter ces approches «structurales» de la spéciation des ETM dans les PRO et les mélanges PRO-Sol, une approche plus «fonctionnelle» sera mise en œuvre. Elle visera à décrire la labilité des ETM dans les PRO ou les mélanges PRO-Sol, c est-à-dire la capacité des constituants en phases solide et liquide à réapprovisionner les formes les plus disponibles des ETM (ETM libre en solution). Cette évaluation reposera notamment sur l utilisation des techniques comme le Diffusive Gradient in Thin films (DGT) ou les techniques polarographiques. Les objectifs de ces travaux sont : décrire et comprendre le comportement (spéciation, labilité) des ETM au cours de la minéralisation des PRO ; permettre une classification/comparaison des PRO en terme d impact environnemental vis à vis des ETM ; disposer d une banque de données suffisantes sur la réactivité du système PRO-eau-sol-plante pour alimenter les modèles de simulation biogéochimiques ou les modèles travaillant à l échelle régionale. 4. Modélisation spatiale et temporelle de l impact environnemental du recyclage - Élaboration d indicateurs de risque pour l environnement à partir de la modélisation des cycles C, N, ETM Sur la base du développement des connaissances sur les mécanismes mis en jeu en contexte de recyclage agricole de PRO, il s agira d intégrer l ensemble de ces connaissances pour aboutir à l établissement d un modèle (ou plusieurs modèles) permettant de simuler le comportement des ETM et des autres éléments chimiques (C, N, P, K) suite à l apport d un déchet organique sur un sol cultivé. Nous conduisons actuellement une réflexion sur la place et la forme que pourra prendre cet outil de modélisation dans le cadre de nos problématiques. Nous souhaitons développer ou adapter un outil permettant de déterminer la biodisponibilité des ETM dans le système PRO-eau-sol-plante et son évolution temporelle. Ce modèle devra également prendre en compte d autres fonctionnalités. En effet, un enjeu de cette pratique consiste à fournir des éléments fertilisants en quantité suffisante pour les cultures tout en évitant la dissémination de ces composés, par exemple les nitrates. Cette approche peut être basée sur des indicateurs de la qualité biochimique des déchets organiques et de leur cinétique de transformation une fois apportés au sol. On perçoit l intérêt de cette approche en termes de recommandations d usage

7 (minéralisation à court terme pour la production végétale vs stockage de matière organique à plus long terme) et de diagnostic de la dynamique d un agro-écosystème. Mais avant de disposer d un outil performant, plusieurs verrous sont à lever car ces systèmes dynamiques sont complexes : le forçage induit par l apport d un déchet organique entraine un impact significatif sur l état du sol et sur ses propriétés ; la plante participe également à la modification des propriétés physicochimiques (ph, Eh, réactivité des surfaces) et biologiques (stimulation de l activité de la microflore) du sol. Dans un premier temps, les connaissances acquises sur le terrain ou en conditions contrôlées devront être formalisées conceptuellement et validées par la modélisation du transfert sol-plante des ETM dans le système PRO-Eau-Sol-Plante à l aide d un code de calcul. A plus long terme, la modélisation du transfert sol-plante des ETM à l échelle du profil de sol (i.e. plante entière) en intégrant les processus biogéochimiques depuis l échelle de la rhizosphère jusqu à celle d un système racinaire architecturé et complet est un défi scientifique majeur. Cette approche permettra de déterminer les processus majeurs déterminant l évaluation des risques environnementaux auxquels nous nous intéressons. Elle pourra alors se traduire par la construction et la validation d indicateurs de risque qui pourront être intégrés dans des modèles systémiques de gestion territoriale du recyclage des PRO. - Prise en compte du long terme et de la vulnérabilité des territoires Nos travaux ont été réalisés jusqu à présent sur des pas de temps courts (environ 3 ans) et sur des surfaces réduites (parcelles expérimentales) dont la représentativité peut être discutable. Nous ne disposons que de trop peu d informations sur l évolution à plus long terme et à l échelle régionale des systèmes PRO-eau-sol-plante étudiés. C est pourquoi, il nous semble fondamental de poursuivre nos efforts de recherche dans les dispositifs expérimentaux (station des Colimaçons, station de La Mare) que nous avons initiés mais d étendre également notre démarche afin de fournir des éléments de compréhension des impacts du recyclage à une échelle régionale. Au travers des dispositifs pérennes, il s agira notamment : d évaluer les modifications des principales propriétés physico-chimiques (ph, réactivité des surfaces, stock et réactivité-minéralisation des MO) des sols recevant des apports réguliers de PRO ; ces modifications pouvant engendrer par la suite un changement du comportement des contaminants dans le système PRO-Eau-Sol-Plante de quantifier l'accumulation, le lessivage et les exportations des éléments fertilisants et potentiellement toxiques afin de comparer l intérêt fertilisant versus l impact sur l environnement de comprendre les processus mis en jeu dans ces situations précises afin de disposer d éléments pour appréhender les situations différentes. L impact des pratiques agricoles sur les ressources en eaux souterraines est souvent difficile à déterminer à l échelle régionale. C est particulièrement le cas de la Réunion en raison de son caractère insulaire (mélanges eaux douces / salées), de sa géologie (pas de bassin versant hydrologique) et de sa géographie montagneuse (ressources en eaux souterraines sollicitées uniquement sur les côtes). Dans la zone d étude de l ouest de la Réunion, les approches isotopiques ont permis d identifier une contribution mixte de l agriculture et de l urbain dans la pollution des nappes par les nitrates sans pouvoir toutefois les quantifier respectivement. L approche que nous avons choisi de mener pour contourner ces écueils consiste à identifier une vingtaine de sites représentatifs des combinaisons de sols et de pratiques agricoles de la zone (type de culture, de fertilisation, irrigation, etc.). Ces sites seront suivis régulièrement afin d établir des bilans et déterminer les quantités de nitrates perdues par lixiviation au-delà de la zone racinaire. Les bilans de toutes ces surfaces seront agrégés dans un SIG afin d obtenir des flux de nitrates intégrés à l échelle régionale. Le cumul de ces flux de polluants à cette échelle permettra de déterminer la contribution globale des surfaces agricoles aux pollutions des ressources en eau. Nous serons ainsi en mesure d identifier les situations les plus à risques et de proposer des améliorations des itinéraires techniques mis en œuvre sur ces situations. - Couplage entre règles de gestion et modèles biophysiques simplifiés Dans le but d élaborer des méthodes d évaluation des systèmes de gestion des PRO aux niveaux de l exploitation agricole ou d un territoire, l objectif de cette action est de coupler la modélisation dynamique de la gestion à celle des systèmes biophysiques. Il s agit donc de représenter, dans un même modèle, les décisions des agriculteurs aboutissant aux actions techniques et les connaissances sur les systèmes biophysiques, notamment celles concernant les flux d éléments polluants. Cette intégration implique l identification de variables d interface entre composantes biophysiques et décisionnelles des modèles. Les variables de sortie du modèle intégré sont des indicateurs agronomiques (production, intrants, stocks) et environnementaux (flux de polluants vers l eau, l air et l atmosphère, statut des sols, énergie consommée). Ce travail a déjà été ébauché dans plusieurs modèles de dimensionnement, de pilotage et de suivi de systèmes de culture utilisant des effluents issus d élevages ou d agro-industries auxquels l unité a contribué : Gamede, qui simule les actions de gestion de la production fourragère et des animaux au sein de l exploitation laitière ainsi que la modélisation des flux d azote vers l environnement ; Comet, qui simule la gestion collective des effluents d élevage au niveau du territoire et les émissions gazeuses consécutives. Cette implémentation conjointe au sein d un modèle suggère de rechercher la bonne granularité de représentation pour représenter de façon simplifiée les processus biophysiques (e.g., par couplage avec des modèles existants) et leur conséquences (e.g., par des tables de valeurs ou la catégorisation grossière des effets des

8 pratiques). On s interrogera également sur la nécessité, soit du couplage informatique des modèles, nécessaire en cas de bouclage des processus (les sorties de chacun des modèles modifiant dynamiquement les entrées de l autre), soit de leurs utilisations successives découplées, les valeurs de sortie du modèle de gestion servant, «hors-ligne», au paramétrage d entrée des modèles biophysiques requis pour l évaluation des performances agronomiques et environnementales. - Évaluation de l impact du recyclage sur l environnement L évaluation environnementale cherche par définition à informer un processus décisionnel, la gestion territoriale des PRO dans notre cas. Afin de s assurer que cette information ne biaise pas ce processus décisionnel, il est essentiel que cette évaluation soit globale, c'est-à-dire multicritères et à une échelle territoriale compatible avec le système évalué. L objectif principal de cette action est donc de développer une méthode d évaluation globale du recyclage des PRO qui soit générique et transposable, tout en étant pertinente pour chaque territoire considéré, et donc adaptable à ses particularités. Cette méthode considèrera de manière intégrée la totalité des impacts environnementaux produits par tous les processus (i.e. flux d énergie et de matières). Ces processus seront renseignés depuis la production des résidus bruts (déjections animales, effluents agro-industriels, boues des bassins d épuration, etc.) jusqu à l impact sur le milieu et ceci selon différents scénarios de gestion territoriale des PRO. Leur impact conjoint sera suivi au mieux à travers les divers compartiments environnementaux concernés afin de déterminer le niveau de risque (et de service) pour l environnement. On parlera donc de risques pour l environnement, ce qui englobe la santé humaine et les impacts écologiques sans incidence (à courts terme et distance) sur l homme, mais exclut les impacts socio-économiques. La recherche autour de cette méthode d évaluation multicritère interagira 1) avec la construction des modèles intégrés présentés ci-dessus, principalement au travers d une sélection d indicateurs et 2) avec l ingénierie de simulation de ces modèles au travers de la définition des scénarios et du paramétrage des modèles sur des situations concrètes de gestion des PRO. Dans ce but, ainsi que dans celui de la recherche d un cadre d évaluation le plus générique possible, nous chercherons à mettre au point des indicateurs cohérents en termes de précision et de certitude, ainsi que des méthodes robustes. Cette activité de recherche interagira donc avec l action d élaboration des indicateurs de risque. En retour, les résultats obtenus par l évaluation environnementale, en hiérarchisant les processus les plus impactant pour le milieu, permettront de juger de la pertinence et de l importance des systèmes PRO-Eau-Sol-Plante à étudier au niveau des processus biophysiques. Concrètement, la démarche suivante sera mise en œuvre : Pour les territoires définis par l action «gestion territoriale» ci-après, on considèrera, dans un premier temps, la situation actuelle de gestion des PRO en distinguant chacun des PRO produits et valorisés pour en faire l inventaire en termes d aléas (occurrences de l impact) ; ce «scénario 0», pourra aussi prendre en compte les éventuels projets de gestion novateurs, en voie d étude dans ces territoires. Dans un second temps, on caractérisera ces territoires en termes de vulnérabilité (séparément pour chacun des aléas) et de potentiel de service en recourant à des méthodes de spatialisation. L échelle et l étendue spatiale de cette représentation seront définies de façon pertinente par rapport aux risques majeurs considérés. Ainsi, l étendue pourra dépasser celle du territoire de gestion. Cette caractérisation spatiale de la vulnérabilité utilisera les résultats de l action décrite au paragraphe précédent. Sur la base de ces deux types de caractérisations, aléas et vulnérabilité, et des spécifications des modèles intégrés simulant les processus de gestion et certains processus biophysiques, il deviendra possible de développer des indicateurs synthétiques d évaluation environnementale. 5. Ingénierie pour la gestion territoriale des PRO Cette action fournira un cadre fédérateur facilitant l intégration des quatre thèmes de recherche. Elle permettra également de s assurer que la plupart des recherches menées dans ces thèmes sont pertinentes, au sens où elles s inscrivent clairement dans une démarche vers le développement d une capacité de conseil, de proposition de solutions, comme précisé dans le bilan de l unité. En effet, à la suite du projet d unité précédent, des progrès importants ont été réalisés en termes de compréhension et de représentation des objets et des systèmes dans leur cadre d utilisation actuel. On cherchera maintenant à mieux élaborer et utiliser nos connaissances dans une optique prospective et intégrée. Pour cela, il conviendra de renforcer notre appréhension de la dimension spatiale des systèmes de production en liant, par exemple, modèles de simulation, systèmes d information géographiques et évaluation environnementale. Afin de démontrer l intérêt et la faisabilité d une telle action finalisée, elle sera mise en œuvre sur un ou plusieurs territoires pilote, permettant la confrontation des contraintes et des potentiels biophysiques à ceux, logistiques et agronomiques. A terme, et par association avec d autres équipes, s y ajouteront les aspects économiques, institutionnels et réglementaires nécessaires pour pouvoir envisager la mise en place de filières de valorisation qui peuvent être la fertilisation, l amendement ou la bioénergie. Les questions de recherche posées par cette démarche intégrée sont celles concernant la méthodologie de détermination d un «territoire pertinent» : celui au sein duquel s organisent les interdépendances majeures entre acteurs agricoles et nonagricoles pour traiter les problèmes de recyclage. La résolution de cette question nécessitera d étendre, d éprouver et de

9 formaliser plus précisément l approche de «Modélisation et analyse des flux de matières à l échelle de territoires» (Mafate) ébauchée au sein de l unité et qui constitue l essence du projet ISARD. Elle nécessite, notamment, la localisation des activités en fonction des enjeux (positifs et négatifs) au sein des territoires étudiés, l inventaire et la caractérisation des sources et des puits de PRO à recycler permettant de guider les recherches analytiques, d identifier les acteurs porteurs d enjeux et d envisager, avec eux, l utilisation d outils de réflexion systémique, notamment des modèles de simulation, pour définir des scénarios durables. Dans la construction de ces scénarios l unité intervient et continuera d intervenir plus particulièrement sur le choix de procédés de traitement, la gestion de l approvisionnement des unités de transformation et de la distribution des coproduits valorisables en agriculture en substitution d engrais de synthèse. 2. Mise en œuvre a. Politique d animation La politique d animation de l unité ne sera pas significativement modifiée. En termes de management, les conseils d unité seront poursuivis. Ils sont l occasion d une mise en commun des questions et de partage des informations dans un mode collégial. La prise de décision, dont l évaluation précédente avait conseillé de clarifier les modalités, reste du domaine du chef d unité qui est appuyé régulièrement, en particulier pour clarifier les aspects scientifiques des domaines systémiques et analytiques par J.M. Paillat et E. Doelsch. Il n existe pas de structuration en deux équipes (annexe 2). Les plate-formes techniques, à Montpellier comme à La Réunion, sont maintenues dans leur fonctionnement récent : elles constituent des lieux d accueil des projets menés par les chercheurs et des responsables les animent sur le plan de l évolution des techniques, de l affichage des activités et de l organisation des travaux. Les personnes responsables sont P. Cazevieille à Montpellier et A. Velle à la station des Colimaçons de la Réunion. La politique «Qualité» de l unité a été précisée par une lettre d engagement du chef d unité (annexe 3) pour l année Cette démarche sera poursuivie et étendue en fonction des résultats obtenus lors de cette première période. Il est prévu de poursuivre la conduite des séminaires d animation scientifique mensuels. Ils permettent d assurer une communication interne des travaux conduits par les chercheurs mais aussi les stagiaires et les thésards de l unité à qui nous demandons régulièrement de participer. Des chercheurs extérieurs, notamment chez nos principaux partenaires scientifiques, sont également sollicités pour des thèmes d intérêt pour notre unité. Il est envisagé d élargir de façon ponctuelle le périmètre de ces réunions pour des discussions à caractère plus prospectifs en particulier relatives aux sujets nouveaux décrits précédemment. Une cohérence avec des participations de l unité à l animation scientifique mise en place par le département Persyst sera recherchée. Les modalités et thématiques suivantes peuvent être mentionnées comme premières propositions, avec les chercheurs mentionnés comme correspondants : - école chercheur sur les ACV à organiser avec les unités de recherche ayant procédé à des recrutements récents dans le domaine (T. Wassenaar) ; - séminaire sur les transferts de solutés dans les sols (F. Feder) ; - formation de groupes d utilisateurs à la spectrométrie dans le proche infra-rouge (L. Thuriès) ; - groupe modélisation au Cirad (F. Guerrin ; J.M. Paillat) ; - formation au traitement de données d'imagerie spectroscopique (E. Doelsch). Des évènements ouverts sur l extérieur sont également prévus, dans le cadre des projets en cours. En particulier, dans le cadre du projet ISARD, un séminaire à mi-parcours est prévu sur le terrain du Sénégal fin 2010 et la fin du projet, en décembre 2012 devrait être l occasion d organiser un colloque de portée aussi vaste que possible à la Réunion. Le thème du projet ISARD étant très identitaire pour l unité, ce colloque devrait mobiliser une grande partie de l unité. Le module de formation réalisé lors du quadriennal actuel demandera une réactualisation régulière. Sa mise à jour et son portage dans des sessions de format variable adapté à des publics variés seront utilisés comme moyens d animation des chercheurs de l unité et comme produit de valorisation à vocation pédagogique. Partenariats : b. Construction de partenariats et dispositif géographique

10 Le tableau ci-dessous récapitule, pour les différents thèmes de recherche présentés dans le projet, les collaborations existantes ou à développer, avec mention des points à retenir. Thème Action Partenaires Modalités Remarques complémentaires Représentation et simulation de la gestion des PRO dans les territoires Modélisation de l activité humaine Université de La Réunion (IREMIA*) et Inra BIA Toulouse Thèse Z. Afoutni Projet ISARD. Tâche 3 Méthodologie de simulation SAS + IRISA (INRIA) Atelier de réflexion sur l utilisation des modèles Qualification des transformations des PRO Interactions entre PRO, eau, sols et plantes Modélisation spatiale et temporelle de Articulation avec les approches statiques d évaluation Validation des modèles par l usage Modélisation des bilans matière (gaz et coproduits) lors de la transformation des PRO Quantification des émissions gazeuses lors de la gestion hors sol des PRO Caractérisation de l état organique d un sol suite à l apport de déchets organiques Rôle de la plante dans le système «PRO-eausol-plante» Dynamique couplée des éléments chimiques Elaboration d indicateurs de SADAPT Projet commun ISARD Tâche 2 SAS, PL (Rennes) Publications Suites du projet SPADD Innovation Projet commun ISARD Tâche 3 Green Tests modèles UR Système Elaboration d un profil d élevage de poste SADAPT SAS INSA Toulouse ITAVI Laboratoire des radio-isotopes (Antananarivo) LBE GERE Instituts techniques Chambres d agriculture SAS Thèse D. Oudart Suivi sites de compostage Mahajanga Montage d un projet Prêt analyseur de gaz pour mesures sur sites de compostage Branche avicole URCOOPA ISARD Tâche 2 Complémentarité compostage méthanisation ISARD EGC Publications Volatilisation NH3 Eco & Sols Publications Modèle TAO SAS EGC Projet CASDAR Base de données SPIR PRO Inra (J. Balesdent) Projet à présenter Techniques isotopiques Phalippou Frayssinet Accueil de chercheurs CEREGE Thèse Blanche Collin Projet Run Innovation Eco&Sols Laboratoire de Géochimie des Eaux (Université Paris 7) Thèse en cours de montage Projet NormaRHIZO CEREGE Post doctorat en cours Projet ISARD de recrutement SAS Mission de longue durée d un chercheur Mise en oeuvre du modèle Azosystem

11 Thème Action Partenaires Modalités l impact environnemental du recyclage Ingénierie pour la gestion territoriale des PRO risque pour l environnement Prise en compte du long terme et de la vulnérabilité des territoires Couplage entre règles de gestion et modèles biophysiques simplifiés Evaluation de l impact du recyclage sur l environnement Eco&Sols Laboratoire de Géochimie des Eaux (Université Paris 7) EGC SAS GERT Cirad Réunion BRGM Réunion IRD Réunion Laboratoire des Géosciences de La Réunion BIA, Inra, Toulouse UMR PL UPR Cirad Système d élevage UR Systèmes de pérennes (Cirad) Pôle ELSA SAS Equipes du Cirad à La Réunion Secteur privé (Réunion) Collectivités territoriales Expérimentations communes, appui dans la mise en oeuvre et sélection de modèles adaptés Labellisation des dispositifs par l ORE- PRO Projet commun Projet commun Développement de logiciels de pilotage des apports d effluents Base de données commune ACV Terrain d étude commun Remarques complémentaires NormaRHIZO Gestion intégrée de la zone côtière ISARD Suite projet SPADD Projet ISARD *Voir liste des sigles en annexe 4. Dispositif géographique : L implantation de l unité à La Réunion restera importante : le financement de cinq chercheurs est prévu dans le Projet Opérationnel signé entre les Collectivités Territoriales et le Cirad pour la période Le dispositif a évolué en renforçant la composante de l évaluation environnementale ; il est prévu de rechercher des financements permettant de maintenir les activités sur la vulnérabilité tout en se donnant les moyens de maintenir ou créer des essais de longue durée. Pour ce qui concerne la mise en œuvre d une gestion territoriale des PRO, un terrain d étude commun à l équipe de l unité et à d autres chercheurs du Cirad (sociologues de l UR Green) est identifié : il s agit de l Ouest de l île, théâtre de dynamiques très rapides et porteur d enjeux forts. A la demande des Collectivités Territoriales, la problématique de la méthanisation sera abordée à travers l évaluation environnementale et le recyclage des méthanisats. Le deuxième point d ancrage outre mer de l unité, sur un terrain du Sud, est encore en réflexion. Le confortement de l implantation de l unité au Vietnam devra passer par une implication plus marquée de nos partenaires scientifiques, techniques et financiers. Plusieurs projets de recherche sur la mise en place de filières de valorisation des matières organiques issues des élevages porcins ont été proposés sans aboutir pour l instant. Le contexte de privatisation rapide de la production pousse à rechercher des alliances avec les opérateurs privés ; des modalités de partenariats permettant de maintenir dans ces conditions une activité scientifique doivent cependant être trouvées. Une troisième voie, correspondant à la priorité affichée par le Cirad aux projets de recherche menés en Afrique serait de s appuyer sur les terrains du projet Isard, dont l unité est coordinatrice, pour identifier des modalités de présence pérenne de l unité. Deux situations sont étudiées par le projet : la ville de Mahajanga (Madagascar) et la conurbation de Dakar (Sénégal). Dans ce dernier lieu cohabitent toutes les problématiques étudiées par l unité (flux de matières organiques

12 d origines variées, évolution des réglementations, risque environnemental et sanitaire, demandes de substituts aux engrais). La présence d équipes partenaires de longue date du Cirad sur la thématique des transformations des matières organiques et la qualité des travaux qu elles mènent dans des infrastructures rarement trouvées en Afrique militeraient pour un examen approfondi des alliances à nouer pour une implantation de l unité. L UMR Eco&Sols, partenaire du projet NormaRHIZO serait amenée à y jouer également un rôle important. c. Valorisation Publications : Les publications dans des revues scientifiques à comité de lecture et facteur d impact seront un mode prioritaire de valorisation des résultats de l unité. Il est prévu de maintenir le rythme de publication d une ACL par chercheur et par an, en moyenne. Brevet, licence : Le développement des procédés mis au point (Transpaille / Agrifiltre ) est en cours d étude dans le contexte du Vietnam. Les autres procédés en cours de mise au point (imprégnation/compostage) feront l objet de protections selon leur niveau de développement. La démarche de dépôt à l Agence de protection des programmes pour les modèles développés dans l unité sera poursuivie. Expertise : L expertise de l unité se situe à ce jour principalement dans la conception et la mise en œuvre, en particulier dans des contextes insulaires, de procédés de traitement des effluents d élevage par épandage, ou transformation, ou combinaison des deux. Ce domaine a permis à l unité d obtenir des contrats de recherche-développement ponctuels, permettant de générer des marges importantes. Il sera maintenu dans le futur, en particulier en s appuyant sur les travaux sur le K qui peuvent contribuer à transposer des modèles de dimensionnement, de pilotage et de suivi de systèmes de culture dédiés à l exportation de N et K. A l avenir, il est probable que des prestations combinant analyses complexes, formation de partenaires et conseil pour la valorisation rencontrent une clientèle variée (entreprises privées, collectivités territoriales). Le domaine de l expertise scientifique, qui n a pas vocation à générer des ressources directement peut enfin être mentionné : la meilleure insertion des agents dans la communauté scientifique (obtention de projets ANR, publications et HDR prévues) permettra de renforcer le positionnement de l unité dans des instances d évaluation scientifique de haut niveau (comité de lecture, comité de thèse, comité d évaluation de projets scientifique, d unité de recherche, comité de pilotage de projets). Normes La contribution à l élaboration de normes ou de réglementations devrait connaitre un développement important avec l acceptation du projet NormaRHIZO, dont c est un des objectifs principaux. La participation a des comités de rédaction de normes AFNOR («Groupes de Travail») via l expertise en méthodes d analyses des matières organiques et du suivi de leurs transformations hors sol (e.g. procédés de compostage) et dans les sols sera poursuivie. Ces activités ont des impacts importants (contraintes, risques) en amont pour les producteurs de matières organiques et en aval pour les utilisateurs ; elles peuvent également se révéler très identitaires pour l unité de recherche.

13 Annexe 1. Répartition des disciplines scientifiques des chercheurs de l unité prévus en Nom prénom Localisation Disciplines Activités principales Doctorat HDR Bravin Matthieu CEREGE Aix-en Provence Géochimie Sciences du végétal Interaction sol plante, Modélisation Cazevieille Patrick Montpellier Chimie Caractérisation des composés organiques en phase liquide Doelsch Emmanuel CEREGE Aix-en Provence Géochimie Farinet Jean-Luc Montpellier Génie des procédés de transformation des MO Feder Frédéric Saint-Denis Sciences du sol Géochimie Ganry Francis Montpellier Agronomie Sciences du sol Guerrin François * Saint-Denis Mathématiques appliquées Sciences de gestion Médoc Jean-Michel Vietnam Agronomie systémique Eléments traces métalliques Traitements physicochimiques, compostage, méthanisation Bilans et transferts de solutés Bilan azote Séquestration carbone Modélisation de l activité humaine Application à la gestion des PRO Gestion des MO au niveau exploitation et territoire Montange Denis Montpellier Microbiologie Transformation des MO, compostage Paillat Jean-Marie UMR SAS Rennes Agronomie systémique Saint Macary Hervé Montpellier Agronomie Microbiologie Thuries Laurent Saint-Denis Agronomie Biochimie Wassenaar Tom Saint-Denis Sciences de l environnement Agronomie * Ingénieur de Recherche de l Inra, détaché au Cirad Relations agricultureélevage-environnement Compostage, émissions gazeuses Bilan des nutriments à l échelle territoriale Transformation des MO Gestion des écosystèmes Evaluation environnementale, Dossier déposé

14 Annexe 2. Schéma d organisation géographique de l unité prévue au 01/01/2011 H. Saint Macary Chef de l'unité Assistantes B. Mayor V. Saura Localisation Chercheurs Plateaux techniques, mises au point méthodologiques et stations expérimentales Métropole M. Bravin E. Doelsch J.L. Farinet F. Ganry D. Montange P. Cazevieille, M. Montes J.L. Marger C. Chevassus PILMO 1 F. Guerrin T. Wassenaar La Réunion PILMO 2 PILMO 3 J. M. Paillat L. Thuriès F. Feder G. Moussard P. Techer A. Velle (Colimaçons) J. F. Mayen O. Salmacis D. Baret Vietnam J.M. Médoc

15 Annexe 3. Lettre d engagement qualité du Chef d unité. Engagement du responsable de l unité de recherche «Risque environnemental lié au recyclage», relatif à la mise en œuvre d une démarche qualité Enjeux et thématiques de recherche scientifique Le recyclage en agriculture des matières organiques brutes ou transformées et de résidus divers se généralise pour faire face à la demande d'une augmentation de la production agricole. Cette opération doit cependant garantir la qualité des produits issus de cette agriculture et la préservation des ressources naturelles : sols, atmosphère et eau. En effet, ces produits représentent des sources de pollution potentielles dans certaines zones, mais ils ont aussi constitué de tout temps une ressource dans les zones exploitées de façon moins intensive. L'objectif général de l'unité est de proposer des solutions pour recycler les matières organiques et les déchets - effluents d'élevage, bio-solides issus du traitement des eaux usées, effluents de l'agroindustrie, déchets verts et ordures ménagères - par des pratiques agricoles à risques agroenvironnementaux contrôlés, et utilisant au mieux le pouvoir épurateur du sol et de la plante. Pour cela, l unité développe des recherches dans deux domaines principaux : - l étude des processus biophysiques de transfert et de transformation des matières organiques et des déchets ; - la modélisation et gestion intégrée des stocks et des flux de matière de la parcelle au territoire. Organisation et dispositif scientifique et technique Ces thématiques de recherche sont couvertes par deux groupes de chercheurs (Cf. Organigramme fonctionnel de l unité ci-joint). Ces derniers s appuient, pour leur recherche méthodologique, sur un plateau technique qui réalise des mises au point de méthode, des expérimentations complexes et des essais. Objectifs qualité de l unité Dans un souci d amélioration de l efficacité de l unité, il a été décidé de formaliser la mise en œuvre et le suivi d une partie de ses activités, selon les exigences du référentiel ISO 9001 version Les objectifs de l UR ont été développés en cohérence avec la politique qualité de l établissement et ses modalités d applications et d évaluation. Les objectifs généraux du Cirad sont : - améliorer la traçabilité des processus de recherche et de gestion ; - garantir la fiabilité des résultats et des informations ; - renforcer la mise à disposition de nos résultats et de nos produits. Principaux Processus de l unité Trois processus sont issus des missions qui sont confiées à l unité : - la production de connaissances scientifiques ;

16 - la production d innovation agro-environnementale et technologique en réponse à des appels d offres, des sollicitations commerciales ; - l expertise, destinée à mettre à disposition de partenaires ou de clients, notamment dans les pays du sud, l expérience et la compétence de l unité. Principales actions qualité pour 2009 En ma qualité de chef d UR, j inscris donc dans le plan pluriannuel pour la qualité en recherche du Cirad, les objectifs suivants : - mieux formaliser le fonctionnement du plateau technique de Montpellier ; - améliorer la fiabilité des résultats ; - améliorer la communication entre le plateau technique et les chercheurs de l UR ; - améliorer la gestion de la production écrite de l UR et de la documentation. La mise en œuvre de ces objectifs doit nous permettre d améliorer nos objectifs généraux et d accroître la confiance de nos clients, partenaires, bailleurs et directions. Pour cela, 6 actions s avèrent prioritaires et sont planifiées pour l année 2009 : - entamer une démarche métrologique et gérer les équipements des laboratoires de l unité sous SPLIT4 ; - poursuivre la création d une base de données (OCEAN) permettant la traçabilité de tous les résultats de l unité ; - finir la rédaction de toutes les procédures laboratoire (environ 10) ; - continuer à «faire vivre» le site quick Place de l unité en y mettant à jour le planning qualité, les divers documents qualités et les procédures de laboratoire ; - formaliser les relations entre le plateau technique et les chercheurs ; - créer un minutier afin de mettre à disposition la production scientifique de l unité (publications, communications orales, posters, CD Rom, ) Mise en œuvre L amélioration de notre organisation est l affaire de tous, je m inscris dans la démarche et souhaite que chacun s y inscrive. Pour chacune des actions, un responsable sera identifié au plan d action Qualité de l unité et je m engage à ce que les moyens suffisants et appropriés, y compris en temps, soient disponibles. Je délègue à Mélanie MONTES, responsable qualité des laboratoires de Montpellier, la mission d accompagner, coordonner et d informer l UR et le Cirad de la mise en œuvre de ces objectifs et de ces actions qualité. Fait à Montpellier le 22/06/2009 Hervé SAINT MACARY Responsable de l unité «Risque environnemental lié au recyclage»

17 Annexe 4. Liste des sigles employés dans le tableau des partenariats. ACV BIA CEREGE EGC ELSA GERE GERT Green IREMIA ISARD LBE NormaRHIZO ORE PL SAD-APT SAS SENAH SPADD URCOOPA Analyse de cycle de vie Biométrie et intelligence artificielle (UPR Inra) Centre Européen de Recherche et d Enseignement en Géochimie de l Environnement (UMR) Environnement et Grandes Cultures (UMR) Environmental Lifecycle and Sustainability Assessment (Pôle de recherche Montpellier) Gestion environnementale et traitement biologique des déchets (UPR Cemagref) Programme Gestion de l Environnement des Ressources et des Territoires (Réunion) Gestion des ressources et de l environnement (UPR Cirad) Institut de recherches en mathématiques et informatique appliquées Université de la Réunion Intensification des systèmes agricoles par le recyclage des déchets (Projet ANR) Laboratoire de Biotechnologie de l Environnement (UPR Inra) Vers la normalisation du RHIZOTest pour l évaluation de la phytodisponibilité des éléments traces en sols contaminés (Projet ANR) Observatoire de Recherche en Environnement Production laitière (UMR) Sciences Action Développement Activités Territoires Produits (UMR Inra AgroParisTech) Sols, Agro et Hydrosystème, Spatialisation (UMR Agrocampus - Inra) Systèmes d'élevage, nutrition animale et humaine (UMR) Systèmes de production animale et développement durable (Projet ANR) Union Réunionnaise des Coopératives Agricoles