La modélisation : un outil de pilotage du couple climat - vigne?

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1 COSTEL UMR6554 LETG UE 1117 Vigne et Vin UMT Vinitera La modélisation : un outil de pilotage du couple climat - vigne? Coulon C. & Barbeau G., INRA, UE1117, UMT Vinitera, Angers Quénol Hervé, COSTEL, UMR6554 LETG du CNRS, Rennes García de Cortázar Atauri Iñaki, INRA, Unité Agroclim, Avignon 49 ème Congrès National des œnologues de France Journée technique 5 juin 2009

2 Evolution actuelle et future du climat Cycle de la vigne(phénologie, ), risques, caractéristiques du vin (alcool, acidité, ) Comment évaluer l impact de l évolution climatique sur la vigne? Résolution spatiale insuffisante

3 Méthodes de mesures et de modélisation adaptées aux échelles fines prenant en compte les effets locaux (topographie, occupation du sol, ) et les pratiques agri-viticoles. Application du modèle de culture STICS- Vigne à l étude du changement climatique Mesures et modélisation climatique adaptées aux échelles fines : exemple du modèle RAMS

4 Modélisation du fonctionnement de la vigne avec un modèle de culture et application à l étude des changements climatique

5 Modélisation du fonctionnement de la vigne Modélisation du bilan hydrique (Riou et al. 1994, Lebon et al. 2003,, Pellegrino, 2006) Modélisation de la phénologie (Williams, 1985; Garcia de Cortazar, 2005) Modélisation de la croissance et de l interception du rayonnement (Riou et al. 1989, Bindi et al., 1997; Wermelinger et al., 1991; Louarn, 2008) Modélisation du bilan azoté (Hénin-Dupuis, 1945; modèle AMG Andriulo Mary Guerif, 1999) Différents soussystèmes modélisables Modélisation de la croissance de la vigne en lien avec l alimentation hydrique et azotée (Model de Nendel et Kersebaum (2004); Vinelogic - Walker et al., 2005) Des modèles utilisables dans des conditions spécifiques STICS-Vigne Un modèle global validé dans différentes conditions

6 Modélisation du fonctionnement de la vigne Modèle STICS-Vigne : Adaptation du modèle générique de culture STICS (Brisson et al., 2002; García de Cortázar Atauri, 2006) Modèle dynamique, à pas de temps journalier Paramétré à partir de données recueillies dans 7 vignobles : Côtes du Rhône, Languedoc, Bordeaux, Cognac, Bourgogne, Anjou et Champagne Adapté pour 8 cépages : Grenache, Syrah, Pinot Noir, Chardonnay, Cabernet franc, Chenin, Merlot et Ugni blanc

7 Organisation modulaire du modèle STICS-Vigne: FONCTIONNEMEN T HYDRIQUE Le climat fichier parcelle Transpiration de la vigne Apports en eau Évaporation du sol Besoins en eau Phénologie Interception du rayonnement Croissance végétative Elaboration du rendement Apports d N Absorption de l N Minéralisation Le cépage fichier.plt Les itinéraires techniques Parcelle.tec FONCTIONNEMEN T AZOTE Le sol param.sol Croissance racinaire Transfert d eau et de nitrates

8 Utilisation du modèle STICS-Vigne : exemples Val de Loire (Coulon, 2007) : testé sur 11 parcelles situées sur les vignobles de Saumur-Champigny, Chinon, St-Nicolas de Bourgueil et Bourgueil Cabernet franc 210/3309C -3,9-3,9 Box-plots pour l écart entre le rendement simulé et celui observé (t/ha -3,5 Sous-estimations maximales -0,5-0,6-0,2 Moyenne/médiane -4,0-3,0-2,0-1,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 1, ,8 2, Sur-estimations maximales Quelque soit la variable étudiée : des simulations proches des observations pour certaines parcelles des écarts importants pour d autres Difficultés pour évaluer correctement la profondeur racinaire, dans certains sols des racines plongeantes contribuent fortement à l alimentation hydrique Chili et Montpellier (Valdés-Gómez et al., 2009) : 2 parcelles au Chili - irriguée et non irriguée, 1 à Montpellier

9 Utilisation du modèle STICS-Vigne : applications Utilisation sur des parcelles modèles : - Évaluation de la modification d une des composantes du système sol/climat/itinéraire technique sur le système de culture - Appui aux expérimentations «de terrain» Étude de l impact du changement climatique, d un changement de pratique(s) Inversion du modèle en perspective : En fonction de variables de sorties mesurées, détermination de variables d entrées liées aux caractéristiques de la parcelle Exemple : évaluation des capacités hydriques d une parcelle production de biomasse / stress hydrique (potentiel foliaire) STICS-Vigne inversé Capacité hydrique de la parcelle

10 Utilisation du modèle STICS-Vigne pour prédire les conséquences du changement climatique : Méthode Cépage x Sol x Techniques culturales Données réelles : vigne/raisin Série B Série A Données réelles : météo Variables de sorties Phénologie Biomasse, Stress hydrique et azoté, Qualité, Environnement Analyse d impacts du changement climatique avec la structure actuelle Etude des stratégies à mettre en place pour s adapter au changement climatique en fonction de la qualité et la production Calcul des anomalies Calcul des anomalies Scénario B2 ARPEGE-Climat (Météo France) C 600ppm Scénario Contrôle ARPEGE-Climat (Météo France) Scénario A2 ARPEGE-Climat (Météo France) C 800ppm

11 Utilisation du modèle STICS-Vigne pour prédire les conséquences du changement climatique : Résultats Évolution des stades phénologiques : Raccourcissement des cycles Avancement dates de débourrement/floraison/véraison et récolte B2 : résultats semblables à 2003 A2 : développement plus précoce risques de gelées ponctuelles en vignoble septentrionaux Évolution des conditions de maturation : Augmentation températures minimales : A2 +7 c B2 +5 c en Anjou Augmentation du nombre de jours t>37 c : A2 +10j B2 +6j évolution de la composition des raisins / de la typicité des vins

12 Utilisation du modèle STICS-Vigne pour prédire les conséquences du changement climatique : Résultats Évolution de la production de biomasse : Meilleure situation hydrique en début de cycle : croissance végétative Évolution des rendements très variables d une région à l autre Évolution des stress hydrique et azoté : stress hydrique et azoté en fin de cycle

13 Quelles marges de manœuvre à court, moyen et long terme? Raisonner les facteurs ayant une influence sur les variables de fonctionnement de la vigne : précocité, vigueur, alimentation hydrique Facteurs du milieu de production Cartographie des terroirs viticoles (Morlat, 1989 ; Cellule des terroirs viticoles) Pratiques «fixes» liées à l implantation de la parcelle Matériel végétal Structure de plantation Pratiques «variables» sur le millésime Entretien du sol Date type de taille Gestion du feuillage rapport feuille/fruit

14 Un outil en Val de Loire : la cartographie réalisée par la Cellule des Terroirs Viticoles exemples de cartes conseils Réservoir maximal en eau Contrainte hydrique Potentiel de précocité

15 La cartographie élaboré par la CTV permet de choisir le matériel végétal et les pratiques à mettre en œuvre sur une parcelle Élaboration d une carte conseil sur le choix des porte-greffes : Porte-greffe(s) adapté(s) aux caractéristiques du milieu Pouvoir chlorosant Potentiel de vigueur Potentiel de précocité Réservoir utilisable maximal en eau Drainage Calculé à partir des données cartographiées cartographié Indépendant des conditions climatiques Potentiel de précocité normal Contrainte hydrique forte /Potentiel de vigueur faible PG de forte vigueur, résistant à la sécheresse Potentiel de précocité faible Contrainte hydrique nulle/ Potentiel de vigueur fort PG de faible vigueur, précoce

16 COSTEL UMR6554 LETG Observation et modélisation spatiale du climat des terroirs viticoles dans un contexte de changement climatique ANR- TERVICLIM ( ) projet ANR TERVICLIM JC07_ Coord. Hervé Quénol J. Oszvald

17 Contexte et objectifs du projet Les simulations du changement climatique (MCG) ne permettent pas de prendre en compte les effets locaux. ANR-TERVICLIM ( ) Mettre en place une méthode de mesures (météo et agro) et de modélisation adaptée aux échelles fines ; Définir le climat actuel des terroirs et apporter des réponses aux conséquences futures du changement climatique en procédant à une simulation adaptée.

18 Les grandes étapes et l approche méthodologique 3 étapes successives ayant recours à des méthodes et des outils différents et complémentaires ANR-TERVICLIM ( )

19 Les grandes étapes et l approche méthodologique 1- Mesures : utilisation ou installation de réseaux de mesures climatiques ; analyse des données (locales et régionales), notamment en prenant en compte les types de circulation et de temps ; comparaison avec observations agronomiques ANR-TERVICLIM ( )

20 Mesures en fonction des échelles spatiales imbriquées Angers Tours Nantes Saumur

21 Stations météorologiques complètes (températures, humidité, )

22 Mesures en fonction des échelles spatiales imbriquées Rochefort Beaulieu /Layon Le Layon Réseau de capteurs thermiques dans les Coteaux du Layon

23 Postes de mesures disposés en fonction des facteurs locaux

24 2- Modélisation numérique RAMS (Regional Atmospheric Modeling System) permettant de rendre compte des processus physiques aux échelles fines puis d effectuer des simulations de l impact du changement climatique attendu à l échelle du terroir.

25 RAMS: Regional Atmospheric Modeling System Modèle numérique basé sur les équations physiques de l atmosphl atmosphère utilisant des grilles emboîtées es Les entrées es: Description complète des conditions initiales Surface Atmosphère Topographie Température de surface de mer Texture & humidité du sol Occupation du sol Champs météorologiques: Vent, température, humidité, pression de l air

26 Modélisation numérique à l aide du modèle RAMS Données météorologiques Autres données - Insolation ou rayonnement - MNT (altitude) - Précipitations - Texture du sol - Vent - Occupation du sol - Données de circulation atmosphérique - Relevés agronomiques Modèle RAMS à méso-échelle système de grilles imbriquées Calibration du modèle Simulations sur des périodes connues de référence Simulations de l évolution du climat : - Modèles globaux - et/ou Modèles régionaux

27 ) 50 N -10 W 0 10 E Grid Grid G G4 0. G3 GM G N G W 0 5 E G1 :51 N, 38 N ; -13 W,+11 E - grille synoptique Nx = 70, Ny= 60 G2: 50 N, 42 N ; -11 W, +5 E - grille intermédiaire Nx = 237, Ny = 187 G3: 45.2 N, 44.8 N ; -1 W, -0.4 W - domaine Bordeaux Nx = 47, Ny= 47 G4: 47.6 N, 46.7 N ; -2.4 W, +1.5 E - domaine Val de Loire Nx= 297, Ny=107 G5: 49.4 N, 48.5 N ; +3.2 E, +4.7 E - domaine Champagne Nx= 107, Ny=107 G6: 43.1 N, 42.1 N ; -2.3 W,-1.1 W - domaine de Navarre Nx= 107, Ny= 107 G7: 42.3 N, 41.6 N ; -9.1 W, -7.8 W domaine du Vinho Verde Nx= 107, Ny= 97

28 Modélisation RAMS du vignoble de Stellenbosch (Afrique du Sud) S km S4 S2 S km Grille 4 - résolution horizontale 200m Température, Vent, Humidité, Rayonnement Sources : Cautenet, 2009

29 !"!" #!#!$! %!" Atlantic Ocean 34 S Table Bay Cape Town False Bay 19 E Worcester Paarl Stellenbosch &

30 #' ( )$ ) * " 56 "+ ", )&."" -)."" / ))&.4 &).4 " / &). &. 3 / &.01 &.01 / 2. 2&. 1 / Cautenet et Bonnardot, 2008

31 Temperature with resolution 200 m C

32 3- Forçage des sorties de modèles RAMS avec les scénarios du changement climatique Sorties ARPEGE-RETIC Scénarios A1B, A2 et B1 Résolution spatiale 50 km Avril/juillet/août 2030 et 2070 Les scénarios climatiques (GIEC 2007)

33 L équipe ANR-TERVICLIM ( ) & #' & & & #' & #($ J. Oszvald

34 ANR-TERVICLIM ( ) )*+, -./ -.0/!!-1/ "#$-!/ 2,)!,. %""!-./ 45,. 6##7 8 ) -#1/ ; =./,- * -+/ "" &./01 (. * --3/ & & '-!/ -3/ ( -1/ 8) 9: ;$9(*<!)-1/ *+" -!/ 23"-6+,./ *! -3/!-3/ J. Oszvald

35 Les sites étudiés 8 # / ANR-TERVICLIM ( ) 8 < 8 4'4 -/ *< -6(*/ $ -,# / J. Oszvald

36 Premiers Résultats dans le Angers Tours Val de Loire Saumur Nantes Nantes : temp moy plus douce en hiver et plus fraiche en été = effet océanique Tours : temp moy plus froide en hiver et plus chaude en été = effet continental Tendance au réchauffement depuis les années 1980 : rupture statistique en 1987 à Angers, Saumur et Tours. Périodes pré ( ) et post-rupture ( ) + 1,2 C à Angers + 0,9 C à Saumur +0,8 C à Tours Evolution des températures moyennes dans le Val de Loire depuis 1951 (d après Bonnefoy et al, 2009)

37 Premiers Résultats dans le Val de Loire Angers Tours Saumur Nantes Degrés jours cumulés au 31 Octobre sont passés d une normale de 1276 ddj sur la période à 1500 ddj sur la période Evolution de l indice de Huglin à Saumur depuis 1950 (d après Bonnefoy et al, 2009) Evolution de l indice d Huglin depuis la rupture

38

39 Chaumes Souzay Le Puy St Cyr Températures minimales entre le 27/06/08 et le 19/09/08

40 Chaumes Souzay Le Puy St Cyr Températures maximales entre le 27/06/08 et le 19/09/08

41

42 5,9 5,4 5,5 5,3 5,5 5 3,7 3,5 2,8 5,3 4 5,4 5,3 3,8 5,6 5,4 5,2 4,6 Températures minimales du 02 mai 2009

43 Rochefort Beaulieu /Layon Le Layon Rochefort Beaulieu /Layon Le Layon Layon SSO -3,2 C -3,3 C forêt -2,2 C -1 C -0,4 C NNE Réseau de capteurs thermiques dans les Coteaux du Layon 2 km Répartition spatiale des températures minimales dans le vignoble du Layon (nuit du 30/03/09)

44 Modélisation numérique à l aide du modèle RAMS Données météorologiques Autres données - Insolation ou rayonnement - MNT (altitude) - Précipitations - Texture du sol - Vent - Occupation du sol - Données de circulation atmosphérique - Relevés agronomiques Modèle RAMS à méso-échelle système de grilles imbriquées Calibration du modèle Simulations sur des périodes connues de référence Simulations de l évolution du climat : - Modèles globaux - et/ou Modèles régionaux

45 En conclusion, des outils complémentaires pour s adapter aux changement climatique à une échelle locale : Modèles de culture vigne (ex. STICS) Modèles climatiques méso-échelles (ex. RAMS) Simulations de l impact du changement climatique sur la vigne Cartographie des potentialités des milieux Expertise Connaissances scientifiques Propositions de stratégies d adaptation au changement climatique à une échelle locale Préservation des terroirs et de la typicité

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