Interactions changement climatique, pollution de l air et agriculture

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1 Interactions changement climatique, pollution de l air et agriculture Pierre CELLIER, Sophie GENERMONT, Laurent HUBER UMR Ecosys (Ecologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes) INRA-AgroParisTech-Université Paris-Saclay Thiverval-Grignon, France

2 X Agriculture/forêts, pollution de l air et changement climatique : des interactions et rétroactions multiples et complexes Climat X Pollution de l air Agriculture (cultures, élevage) et forêts.02

3 SOMMAIRE Introduction : l agriculture, source, puits et impactée par la pollution de l air et le changement climatique L agriculture, source de polluants atmosphériques. Impacts possible du changement climatique. L agriculture, puits de polluants atmosphérique et conséquences pour le changement climatique Des besoins d approches intégrées Mais aussi des impacts indirects moins attendus Une activité soumise à d autres politiques publiques Conclusions.03

4 Introduction (1/3) 01 L agriculture, une activité humaine impliquée dans la pollution de l air et l effet de serre.04

5 Les plantes, les sols et les animaux émettent et absorbent naturellement de nombreux polluants ou gaz à effet de serre.05

6 Activités agricoles : des flux souvent diffus, faibles (flux = quantités émises par unité de surface et de temps) Systèmes cultivés = 50% H 2 O CO 2 COV NH kg / ha/ jour kg / ha/ jour kg / ha/ jour kg / ha/ jour (Source IFEN) N 2 O NO kg / ha/ jour 92% Pesticides g/ha/jour mais significatifs, car ils se produisent sur des grandes étendues ou concernent de grands nombres d animaux.06

7 F6 (668 kt CO2e) Se (11 t) FC (400 kt CO2e) Pb (138 t) L agriculture, une activité source de polluants atmosphériques et de gaz à effet de serre (16468 kt CO2e) Ni (60 t) Hg (4 t) N2O Distribution (184 kt) sectorielle des émissions en France métropolitaine Cu (243 t) CH4 (2402 kt)(*) Cr (24 t) CO2 (353 Mt)(*) Cd (3 t) PM1,0 (131 kt) (478 Mt CO2e)(*) As (6 t) PM2,5 (181 kt) CO SF6 (3200 (668 kt) CO2e) PM10 (270 kt) COVNM PFC (711 (400 kt) CO2e) TSP (879 kt) HFC (16468 kt CO2e) Benzène (11 HCB kt) (17 kg) N2O (184 kt) NH3 (679 PCB kt) (58 kg) CH4 (2402 kt)(*) NOx (983 HAP kt) (18 t) CO2 (353 Mt)(*) SO2 PCDD/F (232 (81 kt) g ITEQ) PRG (478 Mt CO2e)(*) Zn (520 t) CO (3200 0% kt) 20% 40% 60% 80% 100% Se (11 t) COVNM (711 kt) PCB = polychlorobiphényles, Pb (138 t) PCDD/F = dioxines et furannes Benzène (11 kt) COVNM = composés organiques volatils non méthaniques Ni (60 t) HAP = hydrocarbures NH3 (679 kt) aromatiques polycycliques (somme des HAP tels que définis par la CEE-NU : benzo(a)pyrène, NOx (983 Hg (4 kt) benzo(b)fluoranthène, t) benzo(k)fluoranthène et indeno(1,2,3)pyrène) UTCF = Utilisation Cu (243 t) des Terres, leur Changement et la Forêt (*) hors UTCF SO2 (232 kt) Cr (24 t) 0% 20% 40% 60% 80% 100% Cd (3 t) Transformation PCB = polychlorobiphényles, énergie Industrie PCDD/F = dioxines manufacturière et furannes Résidentiel/tertiaire COVNM As = composés (6 t) organiques volatils non méthaniques SF6 (668 HAP = kt hydrocarbures CO2e) aromatiques polycycliques (somme des HAP tels que définis par la CEE-NU : benzo(a)pyrène, benzo(b)fluoranthène, benzo(k)fluoranthène et indeno(1,2,3)pyrène) Agriculture/sylviculture PFC (400 UTCF kt = Utilisation CO2e) des Terres, leur Transport Changement routier et la Forêt Autres transports (*) hors UTCF HFC (16468 kt CO2e) CITEPA/ Format SECTEN édition 2014 / données transmises le 20 juin 2014 N2O (184 kt) Transformation énergie Industrie manufacturière Résidentiel/tertiaire CH4 (2402 kt)(*) CO2 (353 Mt)(*) Particules N 2 O CH 4 COVNM NH 3 NOx + pesticides PM GES Azote

8 Que représente l agriculture dans les sources globales et nationales de gaz à effet de serre? D après Pellerin et al., 2012, sur la base des chiffres du CITEPA,

9 Introduction (2/3) 01 L agriculture est très dépendante du climat et peut être affectée par la pollution de l air.09

10 L agriculture est directement affectée par la pollution de l air et le changement climatique Blé Maïs.010

11 L agriculture est directement affectée par la pollution de l air et le changement climatique Pour les variétés sensibles, les pertes de rendement sont de l ordre de 10% dans nos régions, et peuvent dépasser 30% en zone méditerranéenne Blé Tomate Pertes de 27 Mt/an Estimation des pertes économiques dues à l ozone pour le blé et la tomate en Europe (ICP Vegetation, 2011).011

12 Introduction (3/3) 01 Les émissions et dépôts de polluants atmosphériques et de gaz à effet de serre peuvent être très liés dans les systèmes agricoles.012

13 Pouvoir de réchauffement global et émissions de polluants atmosphériques dans les agroécosystèmes et les forêts Dépôts, feux COV végétation NO x sols N 2 O sols Changement d usage des sols NH 3 sol, élevage COV végétation.013

14 Les écosystèmes absorbent des gaz à effet de serre et des polluants atmosphériques (dépôt) Culture de Maïs, Grignon, 2002 Flux de CO2 (mmol/m²/s) Culture de maïs (Grignon, 2002) 22-août 24-août 26-août 28-août 30-août 01-sept 03-sept 05-sept CO 2 ozone 22-août 24-août 26-août 28-août 30-août 01-sept 03-sept 05-sept Flux d'o3 (ppb.m/s) Les couverts végétaux peuvent absorber de 10 à 25% de l ozone produit sur une journée.014

15 Des processus communs à l origine d émissions : - de polluants (NH 3, NO x ) - de gaz à effet de serre (N 2 O) - de précurseurs (NH 3 particules) Exemple du cycle de l azote.015

16 Agriculture/forêts, pollution de l air et changement climatique : des interactions et rétroactions multiples et complexes En quoi le changement climatique va-til modifier directement ou indirectement les émissions et dépôts de polluants et de précurseurs? Climat Pollution de l air En quoi les émissions et dépôts de polluants par l agriculture et la forêt influentelles sur le changement climatique? Agriculture (cultures, élevage) et forêts Mesures d atténuation des émissions ou favorisant le stockage En quoi des mesures agroenvironnementales pour le climat peuvent avoir des effets sur la pollution de l air et inversement? Modification conditions externes.016

17 02 L agriculture, source de polluants atmosphériques. Impacts possible du changement climatique..017

18 F6 (668 kt CO2e) Se (11 t) FC (400 kt CO2e) Pb (138 t) Ni (60 t) L agriculture, une activité source (directe et indirecte) Hg (4 t) de Cu polluants (243 t) atmosphériques et de gaz à effet de serre (16468 kt CO2e) N2O Distribution (184 kt) sectorielle des émissions en France métropolitaine CH4 (2402 kt)(*) Cr (24 t) CO2 (353 Mt)(*) Cd (3 t) PM1,0 (131 kt) (478 Mt CO2e)(*) As (6 t) PM2,5 (181 kt) CO SF6 (3200 (668 kt) CO2e) PM10 (270 kt) COVNM PFC (711 (400 kt) CO2e) TSP (879 kt) HFC (16468 kt CO2e) Benzène (11 HCB kt) (17 kg) N2O (184 kt) NH3 (679 PCB kt) (58 kg) CH4 (2402 kt)(*) NOx (983 HAP kt) (18 t) CO2 (353 Mt)(*) SO2 PCDD/F (232 (81 kt) g ITEQ) PRG (478 Mt CO2e)(*) Zn (520 t) CO (3200 0% kt) 20% 40% 60% 80% 100% Se (11 t) COVNM (711 kt) PCB = polychlorobiphényles, Pb (138 t) PCDD/F = dioxines et furannes Benzène (11 kt) COVNM = composés organiques volatils non méthaniques Ni (60 t) HAP = hydrocarbures NH3 (679 kt) aromatiques polycycliques (somme des HAP tels que définis par la CEE-NU : benzo(a)pyrène, NOx (983 Hg (4 kt) benzo(b)fluoranthène, t) benzo(k)fluoranthène et indeno(1,2,3)pyrène) UTCF = Utilisation Cu (243 t) des Terres, leur Changement et la Forêt (*) hors UTCF SO2 (232 kt) Cr (24 t) 0% 20% 40% 60% 80% 100% Cd (3 t) Transformation PCB = polychlorobiphényles, énergie Industrie PCDD/F = dioxines manufacturière et furannes Résidentiel/tertiaire COVNM As = composés (6 t) organiques volatils non méthaniques SF6 (668 HAP = kt hydrocarbures CO2e) aromatiques polycycliques (somme des HAP tels que définis par la CEE-NU : benzo(a)pyrène, benzo(b)fluoranthène, benzo(k)fluoranthène et indeno(1,2,3)pyrène) Agriculture/sylviculture PFC (400 UTCF kt = Utilisation CO2e) des Terres, leur Transport Changement routier et la Forêt Autres transports (*) hors UTCF HFC (16468 kt CO2e) N2O (184 kt) Transformation énergie Industrie manufacturière Résidentiel/tertiaire CH4 (2402 kt)(*) CO2 (353 Mt)(*) Particules (53%) N 2 O (89%) CH 4 (76%) COVNM ( 3%) NH 3 (97%) NOx (10%) + pesticides CITEPA/ Format SECTEN édition 2014 PM GES Azote.018

19 Une multiplicité de sources, fortement impactées par le climat, le sol et les pratiques agricoles Préparation du sol labour herse /disque Érosion éolienne Fertilisation Protection phytosanitaire sol Récolte Post-récolte météo Gestion des résidus Déchaumage Brûlage Bâtiment Animaux Alimentation Litière Raclage Stockage des effluents Épandage des effluents Pâturage dont déplacement des animaux.019

20 Un exemple : émissions d ammoniac après un apport de lisier bovin en surface.020

21 Un exemple : émissions de NO par le Maïs Grignon, 2002 engrais Flux en ng/m²/s NO flux (ng N m -2 s -1 ) Emissions de NO température Chambre Tunnel -50 4/5 6/5 8/5 10/5 12/5 14/5 16/5 18/5 Date (2002) Soil temperature ( C) ng/m²/s = g/ha/jour Jour de l'année (Laville, comm. pers.).021

22 Émissions de pesticides vers l atmosphère.022

23 Émissions de composés organiques volatils par les écosystèmes Facteurs : - Température - Rayonnement - Type de plante - Âge de la plante.. Variations Spatio- temporelles Variation saisonnière de la contribution des usages des sols aux émission totales de COV biogéniques (Europe) Karl et al.,

24 Agriculture/forêts, pollution de l air et changement climatique : des interactions et rétroactions multiples et complexes Climat Pollution de l air En quoi le changement climatique va-til modifier les émissions et dépôts de polluants et de précurseurs? Agriculture Agriculture (cultures, (cultures, élevage) élevage) et et forêts forêts Modification des conditions de température Modification de la pluviométrie teneur en eau des sols, irrigation, Modification de l ensoleillement

25 Sensibilité de la volatilisation d ammoniac aux facteurs climatiques Température Modèle Volt Air (Génermont et al., 1997) Vent Pluie Teneur en eau du sol.027

26 03 L agriculture, un puits pour les polluants atmosphériques. Impacts possibles sur le changement climatique. NOM DE L AUTEUR / NOM DE LA PRESENTATION.028 JOUR / MOIS / ANNEE

27 Agriculture/forêts, pollution de l air et changement climatique : des interactions et rétroactions multiples et complexes En quoi les émissions et dépôts de polluants sur les écosystèmes influent-ils sur le changement climatique? Climat Pollution de l air Agriculture Agriculture (cultures, (cultures, élevage) élevage) et et forêts forêts Dépôts atmosphériques et stockage de carbone Modification du potentiel de stockage de carbone par les écosystèmes (ozone, ).029

28 Dépôts d azote, productivité des écosystèmes et stockage de carbone Sutton et al., GCB 2008 : C:N = 50-75:1 De Vries et al., 2008 : C:N = 30-70:1 Erisman et al., 2011 : C:N = 30-65:1 Gammes observées ou calculées de la séquestration de carbone par kg d azote apporté dans la biomasse aérienne et le sol pour des forêts et des landes (Erisman et al., 2011).030

29 Mais l azote, et en particulier les dépôts atmosphériques sont l une des principales menaces sur la biodiversité Richesse botanique en fonction du dépôt total de N inorganique pour 153 prairies sur sols acides en Europe de l Ouest (Stevens et al, 2010).031

30 Un autre effet marqué de la pollution de l air sur la production végétale : l exemple de l ozone Des effets qui varient avec la concentration et le temps d exposition Fortes concentrations : dégâts foliaires (régions méditerranéennes) Photo : ICP Vegetation Concentrations moyennes : perturbations du métabolisme et diminution des rendements Relation doseimpact pour le blé.032

31 Un autre effet marqué de la pollution de l air sur la production végétale : l exemple de l ozone Des effets qui varient en fonction des types de cultures Espèces sensibles à l ozone Blé Soja Cotonnier Melon Légumes à gousse (Haricots, pois, fèves ) Navet Oignon Laitue Tomate Espèces modérément sensibles à l ozone Betterave Colza Pomme de terre Tabac Riz Vigne Chou Maïs Luzerne Espèces tolérantes à l ozone Orge Prunier Fraisier Seigle Broccoli Sensibilité à l ozone des principales espèces agricoles et horticoles (Mills et al, 2007, ICP Vegetation, 2011). Effet sur le rendement..033

32 L impact de l ozone a des conséquences sur le stockage de carbone à l échelle globale (Sitch et al., 2007) Scénario SRES-A2 Perte de productivité des écosystèmes (GPP) pour différentes hypothèses de sensibilité à l ozone à échéance

33 L impact de l ozone a des conséquences sur le stockage de carbone à l échelle globale Comparaison entre l effet radiatif de l ozone (symboles) et la diminution de stockage de C due à la perte de GPP (production primaire des écosystèmes) pour différentes hypothèses de sensibilité à l ozone (Sitch et al., 2007).035

34 04 Agriculture, changement climatique et pollution de l air : besoins d évaluations intégrées..036

35 Azote et changement climatique : un bilan complexe, des interactions avec d autres problématiques environnementales Butterbach-Bahl et al. (2011) Colloque PRIMEQUAL.037

36 Azote et changement climatique : un bilan complexe, des interactions avec d autres problématiques environnementales Bilan du PRG pour l UE27: -12 [-47 to +16] mw m -2 d après Sutton et al., The European N assessment N 2 O Réchauf t 17 mwm -2 Coût Climat : 7 Md O 3 Troposphérique Réchauf t 7 mw m -2 Coût Santé : 30 Md Dépôts N Refroid t : 19 mwm -2 Coût Santé et biodiversité : 12 Md Particules Refroid t : 17 mwm -2 Coût Santé : 70 Md Les effets de l azote sur le climat s équilibrent plus ou moins, mais on ne peut pas compter sur les effets refroidissants des aérosols et des dépôts atmosphériques, qui ont des coûts sociétaux très importants pour la santé et les écosystèmes..038

37 Ces impacts ont des coûts importants pour la société Van Grinsven et al. (2011), European N assessment.039

38 05 Agriculture, changement climatique et pollution de l air : des effets indirects, pas forcément attendus..040

39 Agriculture/forêts, pollution de l air et changement climatique : des interactions et rétroactions multiples et complexes En quoi le changement climatique va-til modifier indirectement les émissions et dépôts de polluants et de précurseurs? Climat Pollution de l air Agriculture (cultures, élevage) et forêts Modification conditions externes.041

40 Risques d augmentation de la fréquence de feux Changement climatique augmentation du risque de sécheresse et de la longueur de la saison propice aux feux FWI = Fire Weather Index LOFS = Length of Fire Season FWI = f(météo, humidité végétation) pour un scénario climatique (SRES-A1B) Bedia et al. (2014).042

41 Des changements dans la protection des plantes Climat Cycle Pollution de l air Pathogènes Ravageurs, Migration, Espèces invasives Tracteur pulvérisateur.043

42 Des changements dans la protection des plantes Effet de traitements fongicides sur le bilan GES d une culture de colza Effet de l utilisation de variétés résistantes sur le bilan GES d une culture de colza Mahmuti et al.,

43 06 Agriculture, changement climatique et pollution de l air : des actions possibles à resituer dans de multiples mesures de politiques publiques. NOM DE L AUTEUR / NOM DE LA PRESENTATION.045 JOUR / MOIS / ANNEE

44 Agriculture, pollution de l air et changement climatique : des interactions et rétroactions multiples et complexes Climat Mesures d atténuation des émissions ou favorisant le stockage Pollution de l air Agriculture Agriculture (cultures, (cultures, élevage) élevage) et et forêts forêts En quoi des mesures agroenvironnementales pour le climat peuventelles avoir des effets sur la pollution de l air et inversement? Quelles synergies et quels antagonismes? Travail du sol réduit : stockage C, particules Enfouissement engrais N : NH 3, N 2 O.046

45 L agriculture et la fertilisation sont concernées par de nombreuses politiques publiques (qualité des eaux, qualité de l air, changement climatique) Protocole de Kyoto N 2 O CH 4 CO 2 NH 3 StratégieThématique Pollution de l air Directive NEC sur les plafonds d émission Directive IPPC CLRTAP- Protocole de Göteborg Directives sur la qualité de l air effluents Directive Nitrates IPPC / CLRTAP engrais Agriculture PAC Bien-être animal Développement rural Stratégie sur les sols Directives Oiseaux et Habitats N & P dans les eaux de surface Directive Nitrates Directive-cadre sur l eau Kuikman et al. (2011) Alterra, NL NO 3 dans les eaux profondes Directive Nitrates Directive-cadre sur l eau Directive sur les eaux profondes.047

46 Résultats de différents scénarios de mesures agroenvironnementales 100% NH 3 emission NO 3 leaching N 2 O emission 50% Baseline 2020, current trend 2020, NH 3 measures 2020, NO 3 measures 2020, NO 3 measures, low N feed 2020, NO 3 measures, NH 3 measures.049

47 Besoins de concertation pour éviter des transferts d impacts.050

48 Conclusions Des émissions de polluants qui contribuent positivement ou négativement au changement climatique Des augmentations attendues des émissions dues au changement climatique (tendances moyennes et événements extrêmes) Des effets sur le climat passant aussi par des impacts sur les écosystèmes : stockage de carbone, émissions indirectes de N 2 O, impact sur la biodiversité En termes d action publique, une situation complexe due aux nombreuses politiques publiques s adressant à l agriculture Besoin d approche intégrées faisant le lien entre tous les compartiments de l environnement et prenant en compte les décisions des acteurs Une nécessaire harmonisation des actions publiques entre changement climatique et pollution de l air (et autres questions).051

49 Merci de votre attention