Phase 2 : Bilan énergie et GES de l agriculture et de la forêt en Limousin suivant différentes simulations

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1 EXPÉRIMENTATION DE CLIMATERRE Phase 2 : Bilan énergie et GES de l agriculture et de la forêt en Limousin suivant différentes simulations Cas Limousin Mars 2010

2 SOMMAIRE 1. CONTEXTE ET OBJETS DES SIMULATIONS CONTEXTE DE L ETUDE OBJET DES SIMULATIONS CLIMATERRE RAPPEL DE L ETAT INITIAL SIMULATION 1 : OPTIMISATION DE LA GESTION DE L HERBE PRESENTATION DE LA SIMULATION HYPOTHESES DE CALCUL RESULTATS SIMULATION 1A : EQUILIBRE DU BILAN ALIMENTAIRE ANIMAL PRESENTATION DE LA SIMULATION HYPOTHESES DE CALCUL POINT SUR LA PRISE EN COMPTE DU DESTOCKAGE DE CARBONE DANS L OUTIL CLIMATERRE RESULTATS SIMULATION 1B : ACROISSEMENT DU CHEPTEL PORCIN PRESENTATION DE LA SIMULATION HYPOTHESES DE CALCUL RESULTATS DE LA SIMULATION SIMULATION 1C : REPOUSSE DES BROUTARDS PRESENTATION DE LA SIMULATION HYPOTHESES DE CALCUL RESULTATS DE LA SIMULATION SIMULATION 2 : INTRODUCTION DE LEGUMINEUSES DANS LES PRAIRIES TEMPORAIRES PRESENTATION DE LA SIMULATION HYPOTHESES DE CALCUL Climaterre version zéro Climaterre Simulation RESULTATS SIMULATION 3 : REDUCTION DES CONSOMMATIONS DE FIOUL PRESENTATION DE LA SIMULATION HYPOTHESES DE CALCUL RESULTATS DE LA SIMULATION SIMULATION 4 : ECONOMIES D ELECTRICITE EN ELEVAGE LAITIER PRESENTATION DE LA SIMULATION HYPOTHESES DE CALCUL Climaterre version zéro Climaterre Simulation RESULTATS SIMULATION 5 : MISE EN ŒUVRE D UNE FILIERE METHANISATION PRESENTATION DE LA SIMULATION HYPOTHESES DE CALCUL RESULTATS SIMULATION 6 : MISE EN ŒUVRE D UNE FILIERE COMPOSTAGE PRESENTATION DE LA SIMULATION HYPOTHESES DE CALCUL RESULTATS RECAPITULATIF DES SIMULATIONS...18 SOLAGRO - CLIMATERRE - Phase 2 - Cas Limousin - Page 2/19

3 1. Contexte et objets des simulations 1.1 Contexte de l étude L application de l outil CLIMATERRE à l échelle de la Région Limousin se décompose en 2 phases. Une première phase d analyse de l état initial qui a fait l objet d un précédent rapport d étude. Une deuxième phase d élaboration de simulations et de quantification de leurs impacts sur le bilan protéique, énergie et GES du Limousin. Ainsi, après une réunion de concertation et d échange avec les acteurs locaux réunis autour d un comité de pilotage, des pistes d action ont été élaborées, puis quantifiées grâce à l outil CLIMATERRE. Des réunions de restitution ont été organisées pour présenter les résultats des simulations conduites. 1.2 Objet des simulations Suite aux concertations avec les acteurs locaux de l expérimentation, différentes simulations ont été proposées : 1) Optimisation de la production d herbe et de fourrages a. Equilibre du bilan alimentaire b. Accroissement du cheptel porcin c. Repousse des broutards 2) Introduction de légumineuses dans les prairies 3) Réduction des consommations de fioul 4) Réduction des consommations d électricité en élevage bovin lait 5) Développement d une filière méthanisation 6) Développement d une filière compostage Note : il avait été proposé une simulation Agroforesterie, mais le manque de références sur l évolution des rendements associés empêche à l heure actuelle la quantification des gains énergie et GES induits. SOLAGRO - CLIMATERRE - Phase 2 - Cas Limousin - Page 3/19

4 1.3 Climaterre Rappel de l état initial A l issue de la phase 1 de l expérimentation de l outil CLIMATERRE sur la Région Limousin, nous pouvons dresser un bilan des productions de protéines et, et des émissions de GES sur le territoire. Tableau 1. Rappel des résultats de l expérimentation Climaterre : état initial Climaterre Etat initial Valeurs produites (tonnes) produites (tonnes) d 192 Emissions de GES (téq CO 2 ) SOLAGRO - CLIMATERRE - Phase 2 - Cas Limousin - Page 4/19

5 2. Simulation 1 : Optimisation de la gestion de l herbe 2.1 Présentation de la simulation Cette simulation 1 s appuie sur les premiers résultats du programme Herbe et Fourrages (PSHF) conduit sur le Limousin par différentes organisations agricoles. Ce programme vise en particulier à accroître la production d herbe par une meilleure gestion et exploitation de prairies, tout en diminuant la consommation de concentrés. Pour atteindre ces objectifs, les exploitations du réseau tendent à retrouver un équilibre fourrager à travers la mise en œuvre de différentes mesures : mise en place de règles de fertilisation raisonnée des prairies ; conduite du pâturage au printemps ; installation de luzernes. 2.2 Hypothèses de calcul Cette simulation repose sur les résultats du GAEC Carré à l issue du PSHF, que l on peut résumer ainsi : accroissement de 10 % du rendement de la surface fourragère ; réduction de 20 % de la consommation de concentrés. Tableau 2. Résultats du GAEC Carré à l issue du PSHF (années 2006 et 2008) GACE CARRÉ ANNÉE Unité UGB bovins unités 127,78 137,68 UGB ovins unités 16 15,75 UGB totaux unités 143,78 153,43 Surface fourragère ha Surface pâture seule ha Rdt pâture t MS/ha 4,26 4,7 FG pâture t MS FG autoproduits t MS FG achetés t MS Concentrés autoproduits t 0 0 Concentrés achetés t 42,5 35 Ration totale t MS 852,5 835,0 Ration unitaire t MS/UGB 5,9 5,4 FG totaux t MS Concentrés totaux t 42,5 35 SOLAGRO - CLIMATERRE - Phase 2 - Cas Limousin - Page 5/19

6 2.3 Résultats L intégration des résultats pré-cités dans l outil Climaterre s accompagne d une production supplémentaire de t MS de fourrages (+ 9 %) en excédent puisque le cheptel est maintenu constant dans cette simulation, tout en réduisant les besoins de concentrés de tonnes (-14 %). Les protéines produites sont ainsi augmentées de tonnes (+ 8,5 %) pour une production totale de tonnes. SOLAGRO - CLIMATERRE - Phase 2 - Cas Limousin - Page 6/19

7 3. Simulation 1a : Equilibre du bilan alimentaire animal 3.1 Présentation de la simulation Cette simulation 1a s appuie sur les résultats de la simulation 1 : la production supplémentaire de fourrages libère des surfaces, qui sont alors disponibles pour d autres usages. Dans cette simulation, nous traitons de la conduite de cultures céréalières sur ces surfaces libérées. On fixe par ailleurs constant le cheptel bovin. 3.2 Hypothèses de calcul L optimisation de la production d herbe libère ha de prairies temporaires (PT). Elles sont converties en céréales, 50 % blé, 50 % triticale, les 2 principales cultures céréalières du Limousin. Le retournement de ces prairies s accompagne d un destockage de carbone (conversion de PT en terres arables) : 5 tonnes de carbone par hectare. 3.3 Point sur la prise en compte du destockage de carbone dans l outil Climaterre Les terres agricoles et forestières forment des stocks de carbone, à des degrés différents suivant le type d occupation du sol. Les stocks suivants sont pris en compte : 50 t C/ha pour les cultures annuelles, 55 t/ha pour les prairies temporaires, 70 t C/ha pour les prairies permanentes. Le changement d affectation des terres, par exemple le retournement de prairies temporaires vers des terres arables s accompagne d un destockage de carbone, dans ce cas de 5 t C/ha (stock accumulé durant les 5 ans d âge de la prairie temporaire, à raison d une tonne de carbone par hectare et par an). On passe d un stock de 55 t C/ha à un stock de 50 t C/ha. 3.4 Résultats L équilibre fourrager étant atteint avec moins de surfaces, la production céréalière augmente et devient excédentaire de tonnes. La consommation d énergie est réduite de 13,5 ktep (-7,3 %) essentiellement grâce à l annulation des importations de concentrés. Les émissions de gaz à effet de serre ont augmenté de près de tonnes de carbone ( tonnes de CO 2 ) car, à travers ce scénario d étude, 0,5 % du stock de carbone des sols agricoles du Limousin est perdu. SOLAGRO - CLIMATERRE - Phase 2 - Cas Limousin - Page 7/19

8 Tableau 3. Résultats de la simulation, et variation par-rapport à l état initial Émissions GES (téq CO2) Climaterre v a PSHF + Equilibre alimentaire a PSHF + Equilibre alimentaire 2,2% - -7,3% 25,7% SOLAGRO - CLIMATERRE - Phase 2 - Cas Limousin - Page 8/19

9 4. Simulation 1b : Acroissement du cheptel porcin 4.1 Présentation de la simulation Cette simulation 1b envisage la valorisation des concentrés autoproduits en supplément sur le territoire pour nourrir des porcs sur le Limousin, tout en maintenant l effectif herbivore. Cette simulation découle donc directement de la simulation 1a. 4.2 Hypothèses de calcul Le cheptel porcin est augmenté afin de consommer les tonnes de concentrés disponibles sur le Limousin (en plus des intraconsommés pour les bovins). 4.3 Résultats de la simulation Les tonnes de concentrés permettent d accroître le cheptel porcin de 178 %, soit porcs charcutiers produits en plus. La production de protéines est ainsi augmentée de tonnes (+ 16%). La consommation globale d énergie est diminuée de 10,6 ktep (-5,5 %). Les émissions de gaz à effet de serre sont augmentées de t-éq CO 2 (+ 23,6%) : téq-co 2 du fait des émissions de GES du cheptel porcin téq-co 2 suite au retournement des prairies temporaires Tableau 4. Résultats de la simulation, et variation par-rapport à l état initial Émissions GES (téq CO2) Climaterre v b PSHF + Accroissement cheptel porcin 1-b PSHF + Accroissement cheptel porcin ,2% 16,1% -5,5% 23,6% SOLAGRO - CLIMATERRE - Phase 2 - Cas Limousin - Page 9/19

10 5. Simulation 1c : Repousse des broutards 5.1 Présentation de la simulation Cette simulation 1c envisage la valorisation des concentrés et des fourrages autoproduits pour repousser les broutards sur le Limousin, tout en maintenant constant l effectif herbivore. Cette simulation découle donc directement de la simulation 1a, et se substitue à la simulation 1b. 5.2 Hypothèses de calcul ha de prairies temporaires sont converties en céréales (50 % blé, 50 % triticale) de manière à équilibrer le bilan fourrager de la repousse des broutards. On se base sur un apport journalier pour l engraissement jeune bovin de : 4,4 kg de concentrés et 13 kg de fourrages Résultats de la simulation Grâce à cette alimentation autoproduite, jeunes bovins sont repoussés, soit un accroissement de la production de %. La production de protéines atteint tonnes (+ 7,4 %), tandis que les protéines produites sur le Limousin s élèvent à tonnes (+ 11,5 %). Les consommations d énergie sont augmentées de + 2 ktep (+ 1,0 %). Les émissions de GES augmentent de téq CO2 (+ 11,1 %), en particulier du fait du destockage de tonnes de carbone (0,1 % du stock des sols agricoles) par retournement des prairies. Tableau 5. Résultats de la simulation, et variation par-rapport à l état initial Émissions GES (téq CO2) Climaterre v c PSHF + Repousse broutards c PSHF + Repousse broutards 7,4% 11,5% 1,0% 11,1% 1 Source : réseau Institut de l Elevage en Limousin, fiche CT n 4.c SOLAGRO - CLIMATERRE - Phase 2 - Cas Limousin - Page 10/19

11 6. Simulation 2 : introduction de légumineuses dans les prairies temporaires 6.1 Présentation de la simulation Cette simulation 2 traite de l accroissement de la part des légumineuses dans les prairies temporaires limousines. La fixation d azote atmosphérique assuré par ces cultures permet une réduction du coût de la fertilisation azotée tout en maintenant la production de protéines. 6.2 Hypothèses de calcul Climaterre version zéro Le Limousin compte actuellement ha de prairies temporaires, dont 96 % en mélange graminée-légumineuse. Par défaut, dans Climaterre, le niveau de légumineuses dans le mélange est fixé à 30 % (en moyenne entre la première année d établissement de la prairie, et la dernière année) Climaterre Simulation 2 La Chambre Régionale d Agriculture du Limousin propose d accroître le niveau de légumineuses à 40 % pour la pâture et 50 % pour la fauche sur les parcelles non sujettes à l hydromorphie, soit 80 % de la surface de PT. La ferilisation azotée est maintenue sur les parcelles de fauche précoce : 40 unités/ha La Chambre Régionale d Agriculture évalue la part des parcelles de fauche précoce à 50 % de la surface totale en prairie temporaire. 6.3 Résultats Grâce à l accroissement de la part des légumineuses, tonnes d azote supplémentaires sont fixées par l activité symbiotique rhizobium-légumineuse (+ 17 %). Cette fixation symbiotique d azote atmosphérique entraîne une réduction de la fertilisation azote minérale de tonnes d azote (- 12 %). Le consommations d énergie sont diminuées de 9,2 ktep (-4,8 %) grâce à l économie d énergie indirecte sur la fabrication des engrais azotés. Les émissions de GES diminuent de téq CO 2 (-1,4 %) du fait de la réduction des volatilisations d azote dues aux épandages d engrais minéraux. SOLAGRO - CLIMATERRE - Phase 2 - Cas Limousin - Page 11/19

12 Tableau 6. Résultats de la simulation, et variation par-rapport à l état initial Émissions GES (téq CO2) Climaterre v Introduction légumineuses Introduction légumineuses ,8% -1,4% SOLAGRO - CLIMATERRE - Phase 2 - Cas Limousin - Page 12/19

13 7. Simulation 3 : Réduction des consommations de fioul 7.1 Présentation de la simulation Cette simulation 3 traite de la réduction des consommations de fioul carburant par une généralisation des pratiques de conduite économique, le passage au banc d essai et un réglage régulier des moteurs. 7.2 Hypothèses de calcul On suppose une réduction de 10 % de la consommation de fioul lié à l utilisation de matériel agricole : opérations culturales et travail sur la ferme. 7.3 Résultats de la simulation Les consommations de fioul sont diminuées de 7,3 ktep. Les consommations d énergie sont désormais de 185 ktep (- 3,8 %). Les émissions de GES diminuent de téq CO 2 (- 0,6 %). Tableau 7. Résultats de la simulation, et variation par-rapport à l état initial Émissions GES (téq CO2) Climaterre v Réduction consommation fioul Réduction consommation fioul ,8% -0,6% SOLAGRO - CLIMATERRE - Phase 2 - Cas Limousin - Page 13/19

14 8. Simulation 4 : Economies d électricité en élevage laitier 8.1 Présentation de la simulation Cette simulation 4 traite de la réduction des consommations d électricité en élevages bovin lait, au niveau des salles de traite, par l intermédiaire d un recours accru à : des investissements : récupérateurs de chaleur et pré-refroidisseur, qui s avèrent être les solutions technique parmi les plus intéressantes (bien plus que la mise en place de capteurs thermiques) car peu coûteuse et très efficace ; des bonnes pratiques d élevage : nettoyage des condenseurs, aération de la laiterie. 8.2 Hypothèses de calcul Climaterre version zéro La consommation unitaire d électricité par vache laitière est donnée à 470 kwh Climaterre Simulation 4 Cette simulation sera testée en se basant sur réduction de la consommation d électricité de 50 % 2, soit une économie de 235 kwh/vache laitière. 8.3 Résultats La consommation d électricité est réduite de 2,2 ktep, ce qui diminue les consommations globales d énergie de 1,1 %. En parallèle, les émissions de GES sont réduites de 7 téq CO 2 (-0,00 %) Tableau 8. Résultats de la simulation, et variation par-rapport à l état initial Émissions GES (téq CO2) Climaterre v Réduction électricité en élevage bovin lait Réduction électricité en élevage bovin lait ,1% 0,0% 2 Source : Institut de l Elevage SOLAGRO - CLIMATERRE - Phase 2 - Cas Limousin - Page 14/19

15 9. Simulation 5 : Mise en œuvre d une filière méthanisation 9.1 Présentation de la simulation Dans cette simulation, il s agit de méthaniser une part du lisier et de fumier mobilisable sur le Limousin de manière à réduire les émissions de gaz à effet de serre lors du stockage des effluents d élevage. Ces effluents d élevage, récupérables car produits en bâtiments, représentent 688 kt MS, à 92 % sous forme de fumier. 9.2 Hypothèses de calcul On suppose la méthanisation de 10 % du gisement de lisier et de fumier produit en bâtiment d élevage sur le Limousin, soit 69 kt MS ou 423 kt brutes : 318 kt de fumier ; 105 kt de lisier. On intègre par ailleurs une valorisation à 40 % de la chaleur produite pour le chauffage de maisons, en substitution à du fioul. 9.3 Résultats Grâce à la mise en œuvre de la filière méthanisation, les émissions de 16 t N 2 O et tonnes de CH 4 (8,2 % du méthane émis du fait de la gestion des déjections ) sont économisées. Le potentiel énergétique des 423 kt de lisier et fumier représente tep (132 GWh). La méthanisation de ce gisement d effluents agricoles s accompagne en effet de la production de 13,3 millions de m 3 de méthane. On dimensionne alors un cogénérateur de 7 MW électrique. La combustion du biogaz permet de générer : 58 GWh de chaleur ; 53 GWh d électricité. La valorisation de 40 % de cette chaleur produite (par hypothèse), et de 100 % de l électricité, permet de réduire le bilan énergie du Limousin de 15,4 ktep. En parallèle, le bilan GES est amélioré de téq CO 2 : téq CO 2 grâce à la substitution d énergies fossiles ; téq CO 2 pour la récupération de CH 4 et N 2 O (-0,9 %). SOLAGRO - CLIMATERRE - Phase 2 - Cas Limousin - Page 15/19

16 Tableau 9. Résultats de la simulation, et variation par-rapport à l état initial Émissions GES (téq CO2) Climaterre v Méthanisation des effluents d élevage Méthanisation des effluents d élevage ,0% -1,1% SOLAGRO - CLIMATERRE - Phase 2 - Cas Limousin - Page 16/19

17 10. Simulation 6 : Mise en œuvre d une filière compostage 10.1 Présentation de la simulation Cette simulation 6 vise à évaluer les impacts énergie et GES d un développement important de la filière compostage sur le territoire limousin Hypothèses de calcul Nous prenons l hypothèse d une mise en compostage de la moitié du fumier produit en bâtiment, et donc récupérable, par le cheptel Limousin. Le compostage est supposé se dérouler en andains, avec retournement irrégulier. Ce gisement représente ktonnes de fumier, ou 327 kt MS Résultats Grâce à la mise en œuvre de la filière compostage, 17 t N 2 O et tonnes de CH 4 sont récupérés. Par contre, le compostage des fumiers mobilisés s accompagne de l émission supplémentaire de 23 tonnes de N 2 O Le bilan énergie n est pas modifié. En parallèle, le bilan GES est amélioré de téq CO 2 (- 3,7 %) : téq CO 2 grâce aux moindres émissions de méthane téq CO 2 du fait des moindres émissions de N-NH3 des sols agricoles. Tableau 10. Résultats de la simulation, et variation par-rapport à l état initial Émissions GES (téq CO2) Climaterre v Compostage des fumiers Compostage des fumiers ,7% SOLAGRO - CLIMATERRE - Phase 2 - Cas Limousin - Page 17/19

18 11. Récapitulatif des simulations Le tableau ci-dessous récapitule les bilans protéine, énergie et GES. Tableau 11. Bilans protéine, énergie et GES des simulations de Climaterre Émissions GES (téq CO 2 ) Climaterre v a PSHF + Equilibre alimentaire b PSHF + Accroissement cheptel porcin c PSHF + Repousse broutards Introduction légumineuses Réduction consommation fioul Réduction énergie en élevage bovin lait Méthanisation des effluents d élevage Compostage des fumiers Note : les protéines comprennent l autoconsommation et les exportations. Le graphique suivant positionne les différentes simulations en fonction de leurs profils énergie et GES. SOLAGRO - CLIMATERRE - Phase 2 - Cas Limousin - Page 18/19

19 Le tableau ci-dessous récapitule les variations des bilans protéine, énergie et GES pour chaque simulation par rapport à l état initial. Tableau 12. Bilans protéine, énergie et GES des simulations de Climaterre (variations par rapport à l état initial) Émissions GES (téq CO 2 ) Climaterre v a PSHF + Equilibre alimentaire 2,2 % - -7,3 % 25,7 % 1-b PSHF + Accroissement cheptel porcin 2,2 % 16,1 % -5,5 % 23,6 % 1-c PSHF + Repousse broutards 7,4 % 11,5 % 1,0 % 11,1 % 2 - Introduction légumineuses ,8 % -1,4 % 3 - Réduction consommation fioul ,8 % -0,6 % 4 - Réduction énergie en élevage bovin lait 5 - Méthanisation des effluents d élevage ,1 % 0,0 % ,0 % -1,1 % 6 - Compostage des fumiers ,7 % SOLAGRO - CLIMATERRE - Phase 2 - Cas Limousin - Page 19/19