RAPPORT INDICATEURS IAD

RAPPORT INDICATEURS IAD ESTIMER LES FUITES EN NITRATES EN SURFACE ET EN PROFONDEUR A L ECHELLE DE LA PARCELLE Claire Leroy Camille Ormancey Responsables : Romain Armand et David Houben Année: 2013/2014 Institut Polytechnique LaSalle Beauvais 19 rue Pierre Waguet 60000 Beauvais

TABLE DES MATIERES Table des illustrations... 3 Introduction... 4 1. Le cycle de l azote... 5 2. Synthèse bibliographique... 6 2.1. Différents indicateurs... 6 2.1.1. Les indicateurs simples :... 6 2.1.2. Indicateur CORPEN... 6 2.1.3. Indicateur BASCULE... 7 2.1.4. Indicateur Merlin... 7 2.2. Différents modèles... 8 2.2.1. Modèle Drainmod NIII... 8 2.2.2. Modèle Adapt... 8 2.2.3. Modèle CREAMS... 9 2.2.4. Modèle EPIC... 9 2.2.5. Modèle DAISY... 10 2.3. Différents outils... 11 2.3.1. Syst N... 11 2.3.2. Lysimétrie... 11 2.3.3. STICS... 12 2.3.4. LIXIM... 13 2.3.5. SYSTERRE... 13 2.3.6. INDIGO... 14 2.3.7. DAE-G... 15 3. Tableau de synthèse... 17 Liste des références bibliographiques... 21 2

TABLE DES ILLUSTRATIONS Figure 1: Cycle de l'azote (Source: NCOLARDOT et al., 1996)... 5 Figure 2: Combinaison des 3 sous-indicateurs de Merlin (Source: AVELINE et al. 2009)... 8 Figure 3: Schéma du modèle EPIC (Source: Payraudeau, 2004)... 10 3

INTRODUCTION La FAO dresse un portrait plutôt alarmant sur l activité agricole mondiale : Avec 37% de la surface émergée de la Terre, l agriculture est l activité humaine qui occupe la plus grande part des terres. De plus elle est la cause principale de la pollution des eaux par les nitrates, les pesticides et les phosphates et est la source majoritaire d émissions de gaz à effet de serre (méthane et oxyde nitreux. (HARRISON, 2002). Ce rapport pour la FAO de Harrison (2002) va jusqu à dire explicitement que ce sont l agriculture, la foresterie et la pêche qui sont les causes principales de perte de biodiversité dans le monde. Il faut savoir que 70% de l azote exportée par les eaux à l échelle des bassins versants provient des apports agricoles. L agriculture joue donc un rôle majeur dans la pollution diffuse de l eau par les nitrates. (TURPIN et al. 1997). En plus de ces différentes pollution, l agriculture est responsable, de part ses pratiques, de la dégradation des sols, la salinisation, la consommation excessive d'eau et la réduction de la diversité génétique des cultures et du bétail (HARRISON, 2002). Toutefois, les pratiques agricoles évoluent et le monde agricole tente d adopter des méthodes de production plus durable afin de limiter ses impacts négatifs sur l environnement. Il apparait aujourd hui évidant que l agriculture pourra même être amenée à résoudre certains problèmes notamment grâce au stockage de carbone dans le sol, en aidant à la filtration de l eau et en entretenant les paysages ruraux et la biodiversité. C est dans l optique de quantifier ces pertes et d en identifier les causes que des indicateurs, outils et modèles ont été conçus et ainsi de proposer aux agriculteurs des solutions. Notre travail ici, s inscrit dans cette problématique, qui est la volonté de réduire les pertes en nitrates dues à l activité agricole. Nous vous présenterons donc des outils, indicateurs et modèles permettant de fournir des éléments de réponses. Toutefois, au vu du nombre d outils, indicateurs et modèles existants, notre liste n est pas exhaustive et nous avons uniquement travaillé à l échelle de la parcelle. Avant de vous présenter ces outils, indicateurs et modèles nous allons faire un rappel sur le cycle de l azote. 4

1. LE CYCLE DE L AZOTE L azote est présent dans le sol sous plusieurs formes (JEGO, 2008): - L azote organique : Principale forme de stockage dans un sol agricole - L azote minéral : Ne représente que quelques dizaines de kilogramme par hectare en dehors des périodes d apports. - L azote gazeux Cet élément subit de nombreuses transformations quelles soient dues à des processus biologiques ou physico-chimmiques. (JEGO, 2008). La proportion et l intensité de ces deux types de processus dépendent des conditions du milieu, des apports de matière de matière organique et des pratiques agricoles (NICOLARDOT et al. 1996). Ces processus sont tous regroupés dans le cycle de l azote : FIGURE 1: CYCLE DE L'AZOTE (SOURCE: NCOLARDOT ET AL., 1996) Tous les processus du cycle de l azote contrôlent donc les quantités et les concentrations d azote présentes dans le sol à un moment donné. Le bilan azoté correspond à la somme des pertes gazeuses d azote dues à la dénitrification et la volatilisation, des pertes d azote par lixiviation et de l organisation de l azote minéral dans la matière organique du sol (BEAUDOIN et al. 2005). Les quantités les plus importantes d azote transférées dans le sol se font sous forme nitrique, l ion nitrate étant très soluble. (LIOT AUSTERNAUD, 2000). 5

2. SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE 2.1. DIFFERENTS INDICATEURS Nous présenterons ici des indicateurs présentés par LIOT AUSTERNAUD (2000). On distingue des indicateurs de pression de l activité agricole et les indicateurs de sensibilité du milieu. 2.1.1. LES INDI CAT EUR S SI MP L ES : - Mesure de reliquats : RAR (Reliquat Azote après Récolte), REH (Reliquat Entrée Hiver), RSH (Reliquat Sortie Hiver) Le RAR peut être dû à une fertilisation excédentaire, une variabilité interannuelle des rendements sur les sols superficiels, caillouteux ou hydromorphes et enfin certaines cultures présentent systématiquement un reliquat élevé du fait de leur enracinement superficiel ou de la fixation symbiotique de l azote par leurs racines. - Ecart entre objectif de rendement et rendement moyen sur 5 ans - % de légumineuse (/SAU) - Réserve utile du sol Plus la réserve utile d un sol est faible, plus des phénomènes de drainages et donc de fuites de nitrates peuvent se produire. - Enfouissement ou non des résidus de récolte et rapport C/N des résidus En fonction des résidus enfouies, le risque de lessivage n est pas le même. L enfouissement des résidus à rapport C/N faible augmente le risque de lessivage. - Quantité d azote minéralisable dans l année des apports organiques apportés pendant l interculture - Durée de l interculture : Lorsqu une interculture est en place, elle va permettre de retarder le début du drainage, et donc de limiter la perte en nitrates par lixiviation. - % de cultures intermédiaires (/SAU) La mise en place de cultures intermédiaires permet de diminuer le risque de lessivage. - Durée pendant laquelle le sol est nu (/ durée totale de la succession) La prise en compte de tous ces indicateurs de l activité agricole sur l environnement permet de mieux comprendre les interactions entre ces indicateurs et leurs impacts sur la qualité de l eau. Il est important de ne pas prendre qu un seul de ces indicateurs, car il ne pourrait pas être représentatif du risque d impact des activités agricoles. Des indicateurs agrégés, développé ci-desous, permettent de prendre en compte plusieurs de ces indicateurs simples et ainsi d évaluer correctement le risque de fuites de nitrates. 2.1.2. IN DI CAT EUR CORPEN Le solde CORPEN (Comité d Orientation pour la Réduction de la Pollution des Eaux par les Nitrates et les phosphates provenant d activités agricoles): permet de comparer les apports d azote 6

par fertilisation minérale et organique aux exportations dues aux cultures et fourrages. Il se calcule, à l échelle de la parcelle, de l exploitation ou d un système de culture, grâce à l utilisation de références nationales établies pour la production et la composition des effluents et pour les exportations par les cultures. Il permet notamment d identifier les exploitations qui présentent des risques de pollution diffuse importants et peut servir de référence dans la mise en place d un diagnostique. Le solde CORPEN est facile à réaliser et permet de visualiser le «risque de fuite» par l intermédiaire d un graphique. Il prend en compte les facteurs de variation de la pression suivants : La durée de l interculture, le rapport C/N des résidus, la gestion des résidus et l apport ou non de déjections animales en automne. Toutefois, il présente l inconvénient de ne pas prendre en compte les caractéristiques du milieu et les pratiques agricoles. 2.1.3. IN DI CAT EUR BASCULE BASCULE (Balance Azotée Spatialisée des systèmes de CULture de l Exploitation) : le but de cette méthode est de permettre aux agriculteurs d évaluer l impact de leurs pratiques sur la perte en nitrates dans les eaux souterraines due à la surfertilisation. Cet outil simple d utilisation, permet à tout agriculteur, qui connait ses pratiques, de calculer le solde des entrées et sorties d azote à l échelle de la parcelle mais aussi de l exploitation et du bassin versant. BASCULE fonctionne à l échelle temporelle pluriannuelle. Toutefois, il ne prend pas en compte d autres variables de pression exercée par les systèmes de culture comme la minéralisation, les apports organiques, la gestion des résidus etc. 2.1.4. IN DI CAT EUR M ERLI N Cet outil est présenté par AVELINE et al. (2009). L indicateur Merlin a été construit afin de répondre aux critères suivants : - L indicateur est compréhensible, l agriculteur peut visualiser et apprécier le résultat de ses actions. - Il est facile à prendre en main et à utiliser afin que l agriculteur puisse comprendre ce qu il doit faire après avoir fait son diagnostique. - Il permet l utilisation de références locales afin de prendre en compte des conditions climatiques et pédologiques pertinentes. Cet indicateur permet d estimer et classer les risques de pollution de l eau par les nitrates par l attribution d une note. Pour cela il prend en compte les pratiques des agriculteurs et permet de travailler sur période de cultures via un sous-indicateur EQUIF et d intercultures via le sous-indicateur IC. Il prend aussi en compte la sensibilité des sols au lessivage grâce au sous indicateur SENSIB. L indicateur Merlin ne quantifie pas avec précision le transfert de la pollution puisqu il vise à classer une série de situations. Les résultats sont exprimés par des classes de risque : classe 1 (Risques faibles), classe 2 (risque intermédiaire) et classe 3 (risque élevé). 7

Enfin l indicateur Merlin est en grande partie basé sur une représentation simplifiée des mécanismes responsables de pertes en nitrates. Ces mécanismes sont la pression causée par la fertilisation, les pratiques de gestion entre deux cultures et de la vulnérabilité liée au contexte pédoclimatique. FIGURE 2: COMBINAISON DES 3 SOUS-INDICATEURS DE MERLIN (SOURCE: AVELINE ET AL. 2009) 2.2. DIFFERENTS MODELES 2.2.1. MODELE DRAINMO D NIII La référence utilisée ici est Srinivasulu et al. (2013). Ce modèle permet de travailler à l échelle du champ. Il simule la dynamique du carbone et de l azote dans les sols drainés. Il modélise l absorption des plantes, la minéralisation, l immobilisation, la nitrification, la dénitrification, la volatilisation de l azote sous forme d ammoniac, les pertes d azote par lixiviation et ruissellement de surface. Drainmod NIII permet aussi de prendre en compte les pratiques agricoles (la gestion des résidus végétaux, le labour ou encore l application d engrais et de fumier), le type de sol, les conditions climatiques, le système de drainage, le type de culture, le transport et la transformation de l azote, le taux de matière organique. La majorité de ces données sont mesurables sur le terrain, mais d autres doivent être obtenues via la littérature, l expertise locale ou étalonnage. 2.2.2. MODELE ADAP T La référence utilisée ici est Srinivasulu et al. (2013). ADAPT est un modèle de gestion journalier de nappes phréatiques, à l échelle de la parcelle. Il possède 4 composantes : l hydrologie, l érosion, et le transport des éléments nutritifs et pesticides. Le volet hydrologique du modèle se compose de la fonte des neiges, des eaux de ruissellement, du débit des macropores, de l évapotranspiration, de l infiltration, du drainage souterrain, de l irrigation 8

et de l infiltration profonde. ADAPT simule de la même manière la dynamique de l azote que le modèle DRAINMOD NIII (sauf pour la partie dépôt atmosphérique). Des modèles concernant le travail du sol sont aussi inclus dans ADAPT, ils permettent de prendre en compte la gestion des résidus de culture, l apport d engrais et de fumier. 2.2.3. MODELE CREAMS Ce modèle est décrit par Payraudeau (2004). Le modèle CREAMS (Chemicals Runoff and Erosion from Agricultural Management Systems) a pour but de prévoir l impact de changements des pratiques culturales sur la perte de sols, d azote, de phosphore et de pesticides dissous et particulaires à l échelle du champ. Au choix, il permet d obtenir une simulation en continu ou événementielle. CREAMS propose plusieurs modèles qui sont un modèle hydrologique et un modèle de qualité. Le premier permet de calculer le ruissellement, l infiltration, l évapotranspiration, l humidité du sol et la percolation selon des données de pluviométrie. Le deuxième modélise les processus chimiques (minéralisation, absorption par les plantes et dénitrification) et la quantité d azote perdue par ruissellement et percolation. Ce modèle demande des informations sur les caractéristiques physiques et l occupation du sol mais aussi des données issues de la littérature. Ces informations et données sont les pluies journalières ou horaires, les températures moyennes mensuelles, la radiation solaire moyenne journalière et les dates et quantités d apport d azote. Il utilise 19 paramètres hydrologiques et 29 paramètres nutriments. Il permet de travailler sur une échelle temporelle de plusieurs années. 2.2.4. MODELE EPIC Ce modèle est décrit par Payraudeau (2004). Le modèle EPIC (Erosion Productivity Impact Calculator) avait pour but à l origine d évaluer l impact de l érosion sur la productivité des sols mais suite à des modifications, il permet aujourd hui d étudier les pertes en nutriments (azote et phosphore) des sols. Ce modèle peut être appliqué sur une seule parcelle ou sur un ensemble de parcelles dont on suppose qu elles sont indépendantes du point de vue hydrologique. Il permet d obtenir une modélisation en continue. Sa partie hydrologique prend en compte l évapotranspiration, l infiltration, le ruissellement ainsi que le débit de pointe, qui est déterminé par la formule rationnelle ou par la méthode SCS TR-55. D autres processus sont suivis dans la partie qualité d EPIC. Ces processus sont la dénitrification, la minéralisation, l immobilisation, la nitrification, la volatilisation, la percolation, les écoulements de surface et de sub-surface, la remontée des nitrates vers la surface lors du phénomène d évaporation des sols et le transport de l azote organique sur le sédiment. EPIC utilise 47 paramètres culturaux, 80 paramètres sur le travail du sol et 67 paramètres sur la fertilisation. Les données requises sont 20 couches d information regroupant le sol, l occupation du sol et les caractéristiques physiques de la parcelle, des données climatiques journalières (pluie, températures, radiation solaire, humidité de 9

l air, vitesse du vent) ainsi que le type de pratiques agricoles. L utilisation du modèle EPIC nécessite de travailler avec un SIG. FIGURE 3: SCHEMA DU MODELE EPIC (SOURCE: PAYRAUDEAU, 2004) 2.2.5. MODELE DAISY Ce modèle est décrit par Payraudeau (2004). Le modèle DAISY (Danish simulation model) permet de simuler la croissance des cultures, la dynamique de l eau et des masses d azote associées au sein des agro-environnements. Il ne permet qu une vision évènementielle. Son échelle de modélisation est au minimum de 1 à 4ha. Le modèle DAISY a été utilisé pour créer un indicateur régional de pression polluante par l azote en extrapolant les simulations à l échelle du champ. On peut scinder les modélisations de DAISY en deux catégories : hydrologie et qualité. Sa partie hydrologique prend en compte l accumulation de neige, l interception par la végétation, l évapotranspiration, l infiltration et la température du sol. Sa partie qualité prend en compte la minéralisation, la nitrification, la dénitrification, le mouvement de l azote dans la zone racinaire et la percolation de l azote. 10

Il utilise 26 paramètres sur la croissance des plantes et 28 sur l azote. Les données nécessaires sont l humidité du sol et la concentration en azote dans le sol. Le traitement des données nécessite l utilisation d un SIG. 2.3. DIFFERENTS OUTILS 2.3.1. SYST N Dans cette partie, nous allons présenter l outil Syst N d après «Un outil d évaluation des fuites d azote vers l environnement à l échelle du système de culture : le logiciel Syst N» (Parnaudeau V. et al. 2012) et «Syst N, manuel de l utilisateur» (Parnaudeau V. et al. 2013). L outil Syst N est composé d un simulateur ( logicel) et d une base de données (Pertazote). Il a été conçu afin de facilité les diagnostics et les évaluations des pertes d azotes par les acteurs de l agriculture et de l environnement. En effet, les utilisateurs visés sont ceux préoccupés par la qualité de l air ou de l eau. Il a été réalisé par le RMT et Environnement dans le cadre du projet AZOSYSTEM qui regroupe l INRA, ACTA, Arvalis, Cetiom, CTIFL, IE, IFIP, ITAVI et ITB). Le simulateur est constitué d un modèle qui simule le fonctionnement de l agrosystème à l échelle pluriannuelle d une parcelle et calcule les pertes d azote sous trois forme : lixiviation et ruissellement des nitrates, volatilisation de l ammoniac et émission de N 2 O. Il est basé sur un modèle des flux d azote dans le système sol-plante-atmosphère. Afin d effectuer la simulation, l utilisateur saisie des données qui décrivent les pratiques culturales ainsi que le contexte pédoclimatique. Cela comprend la description du sol, l historique de la parcelle, la succession des cultures et les itinéraires techniques. Le simulateur donne accès à un bilan des pertes moyennes annuelles à la rotation, permettant d évaluer un impact général du système dans son milieu. De plus, il permet d avoir un aperçu de la dynamique des pertes. L outil intègre différents modèle existant venant de : AZOFERT pour la minéralisation de la matière organique et des résidus de récolte AZODYN pour l absorption d azote par les cultures STICS pour le bilan hydrique, ainsi que la lixiviation des nitrates NOE pour simuler les pertes de N 2 O par dénitrification 2.3.2. LYSI MET RI E Afin de discuter l outil lysimétrie, nous avons utilisé l article «Suivi de la lixiviation du nitrate en plein champ par la technique lysimétrique: retour de huit années d expérience» (Deneufbourg M. et al. 2013) et le livre «Trente ans de lysimétrie en France (1960-1990)(une technique, un outil pour l'étude de l'environnement)» (Muller, J. C.1996) 11

La lysimétrie est une méthode permettant d établir un bilan complet des composés minéraux ou organiques sur une colonne verticale par la mesure directe des entrées et des sorties. C est une méthode qui permet des mesures fiables et non destructive. Le lysimètre est une cuve étanche rempli de sol à tester, ses côtés descendent à une profondeur allant en moyenne de 1 à 2 mètre. La face supérieure est exposée à l action des agents atmosphériques, tandis que la face inférieure, drainée permet de déterminer les caractéristique de la solution évacuée par drainage. Le lysimètre peut être installé en parcelle cultivée sans gène pour les pratiques agricole. Dans toutes les mesures de lysimétrie, deux paramètres sont fondamentaux : le volume d eau drainé (exprimé en litre ou en m 3.ha -1 ou en mm) et la concentration des eaux qui percolent (mg.l -1 ). La lysimétrie constitue un outil efficace pour l évaluation et la gestion de l azote à l échelle parcellaire. Cependant cette méthode à un coût élevé et oblige à des expérimentations de longue durée. Malgré cela elle permet une excellente valorisation des résultats. 2.3.3. STICS Les explications qui suivent on été écrite avec l aide de «Predicting soil water and mineral nitrogen contents with the STICS model for estimating nitrate leaching under agricultural» (Jégo, G. et al. 2012) et de la «Notice concepts et formalismes» (Brisson N. 2012). STICS est développé à l institut national de la recherche agronomique (INRA) depuis 1996. C est un modèle de simulation dynamique sol-culture fonctionnant à l échelle journalière et parcellaire, il simule donc les conséquences des variations du milieu et du système de culture sur la production et l environnement. Il permet de prédire la dynamique de la teneur du sol en eau et en azote minéral. Il est utilisé pour simuler le drainage et la concentration en nitrate (dans l eau de drainage). Cela permet de quantifier et d évaluer la variabilité du lessivage des nitrates dans les eaux souterraines. Le modèle STICS est organisé en modules qui font appel à de sous modules traitant de mécanismes spécifiques. L un traite l écophysiologie des parties ariennes des plantes, un autre du fonctionnement du sol en interaction avec les parties souterraines des plantes (croissance racinaire, bilan hydrique, bilan azoté, transfert eau, nitrates, chaleur). Le dernier module est un module de gestion des interactions entre les techniques culturales et le système sol-culture. Plus de 200 variables de sorties peuvent être simulés par jour, comme l eau du sol et concentration de nitrate dans chaque couche, de l eau de la culture et de l azote d absorption, le drainage de l eau, le lessivage des nitrates. Les points forts de STICS sont sa capacité à s adapter à différentes cultures, sa capacité à simuler des conditions pédoclimatiques variées, la facilité d accès aux variables d entrée, sa possibilité d ajouter de nouveaux paramètres. 12

2.3.4. LIXIM La description suivante a été faite avec «Nitrate leaching in intensive agriculture in Northern France: Effect of farming practices, soils and crop rotations» (Beaudoin, N. et al. 2005) et de la «Quantification et prédiction de la minéralisation nette de l'azote du sol in situ, sous divers pédoclimats et systèmes de culture français» (Brisson N. 2012). Le programme LIXIM permet la simulation de l évolution de la teneur en eau et en azote minérale de plusieurs couches de sol. Il calcule la minéralisation nette de l azote au champ seulement dans le cas de sol nu. Il est composé de deux sous-modèles : un de transport de l eau et de l azote minéral, et un second de minéralisation de l azote du sol (dépendant de la température et de l humidité du sol) ; tous cela à une échelle journalière. Il est nécessaire de connaitre diverse données d entrée sur les couches de sol : l épaisseur (cm), la densité apparente (densité de terre fine en g.cm -3 ), l humidité à la capacité au champ (ϴ cc, %), l humidité au point de flétrissement (ϴ PF, %), la teneur en eau (%) et en azote minérale (kg N.ha - 1 ). Les données climatiques journalières comme la température du sol, de l air, la pluviométrie sont aussi nécessaire. En finalité, LIXIM calcule deux paramètres : l évapotranspiration potentielle réellement évaporée ainsi que la vitesse de minéralisation réelle et potentielle ; ce qui permet d obtenir une estimation de la minéralisation réelle au champ homologue à la minéralisation nette apparente de l azote organique. Cependant, le programme comporte quelques limites. En effet, la dénitrification est considéré négligeable, la lixiviation calculée est sujette à l erreur et le sous modèle de transport d eau et nitrate ne semble pas adapté à toutes les situations. 2.3.5. SYSTERRE Grâce à la fiche outil disponible sur «plage évaluation», nous avons pu comprendre le fonctionnement de l outil SYSTERRE crée et financé par ARVALIS, utilisable depuis 2011. Cet outil permet le calcul de divers indicateurs qui évalue les performances techniques, économique et environnementales des productions végétales sur des exploitations en grande culture ou en polyculture-élevage. Cela peut être réalisé à plusieurs échelles en allant du sol à l exploitation. De plus, l outil prend en compte les trois piliers du développement durable : environnement, social et économique. Relatif aux indicateurs, l outil en prend 20 en compte dont : ha/uth, pression NPK (kg/ha), rendements, coût de production, balance azotée globale, émission de gaz à effet de serre, fixation CO2 par les plantes L utilisateur doit disposer d une connexion internet pour utilisé l outil qui se présente sous la forme d une interface de saisie de données qui calcule et exporte des données calculées. La saisie des informations peut se faire selon les souhaits de l utilisateur : description annuelle détaillé de toutes les parcelles, par espèce, par pratiques. 13

Concernant le temps de réalisation, la collecte et la saisie prend 5h par lors de la première utilisation, puis 2 heure pour l actualisation annuelle. La saisie réalisé, il y a une restitution instantanée du tableau de bord des indicateurs. En revanche, le plan d action est à réalisé en relation avec un technicien. Au niveau des points forts, l outil permet une analyse exhaustive de durabilité, utilise un panel d indicateurs couramment utilisé dans la communauté technique et scientifique. De plus, permet l accès aux bases de données Arvalis, le module de calcul est standardisé et automatique, utilisation d un fichier Excel simple, mise en place d une journée de formation ainsi que des tutorats, puis enfin, un outil de dialogue technicien/agriculteur. Relatif aux points faibles, l outil manque de référence sur certains systèmes de cultures/production. Mais aussi, le diagnostic ne prend pas en compte le stockage de la production. 2.3.6. INDIGO Cette partie à été rédigé en utilisant comme référence la fiche outil disponible sur «plage évaluation», nous avons-nous permettant d expliquer l outil INDIGO crée par l INRA et l université de Lorraine. Cet outil permet d évaluer les impacts environnementaux des systèmes de cultures par les agronomes, techniciens, étudiant, chercheurs... Il concerne les exploitations en grandes cultures, la polyculture-élevage et l élevage possédant des surfaces en prairie. Les échelles sont différentes selon les mesures souhaité : pour le temporelle, les mesure sont annuelle pour l azote et au cycle cultural pour le reste ; pour le spatial, l échelle est à la parcelle ou à l exploitation. La principale utilisation de l outil relate des indicateurs azote et phytosanitaires. L outil est gratuit pour des applications en Recherche & Développement et en enseignement ; la licence est payante pour des prestations de service. En moyenne, la collecte des données dure ½ journée, comme la saisie des données et la restitution/élaboration du plan d action. La restitution de l outil est visuelle, par des radars et des graphiques. INDIGO prend en compte 8 indicateurs : assolement, succession culturales, matière organique, phosphore, azote, phytosanitaire, irrigation et énergie. Ils sont évalué par le principe su «scoring» allant de 0 (impact inacceptable) à 10 (impact faible voire nulle) ; dont 7 correspond à la valeur acceptable. Chaque indicateurs possèdent des méthodes de calcule différents, l indicateur azote (I N ) est construit grâce à trois modules qui découlent du calcul des pertes par lessivages NO 3, des pertes par émissions de N 2 O et des pertes par volatilisation de NH 3. Les pertes de références correspondant aux trois modules sont basées sur la qualité de l eau (50 mg NO 3 /L), sur des valeurs de seuil de retombées atmosphériques (20 kg/ha) et les pertes de référence pour les émissions de N 2 O (3 kg N 2 O-N / ha). 14

Dans l INDIGO, les indicateurs sont sensibles aux pratiques agricoles à l échelle de la parcelle pour permettre une analyse détaillée des pratiques, le milieu est prit en compte dans l évaluation des impacts, les indicateurs isolé peuvent être calculé, puis l exportation des résultats en figues Excel permet une bonne visualisation et donc une bonne valorisation, sont les points forts de l outil. Cependant, les thématiques spécifiques à l élevage ne sont pas prisent en compte ainsi que les processus hydrologiques au niveau du bassin. 2.3.7. DAE-G La fiche outil disponible sur «plage évaluation» nous a permis de présenter l outil : Diagnostic Agri-Environnemental Géographique crée par Agro-transfert, l INRA, la Chambre d Agriculture de Picardie, L institut LaSalle Beauvais et Peri. Cet outil permet d évaluer les risques d impact des pratiques agricoles sur l environnement, à l échelle de la parcelle et de l exploitation agricole. Il généralement utilisé pour effectuer des plan d action sur des territoires à enjeu environnemental, comme la pollution des eaux d un bassin versant ; ou même pour le management environnemental auprès d agriculteurs (pouvant découler sur la certification ISO 14001). L outil nécessite d avoir un accès internet puisque la saisi des données ainsi que les résultats se font par internet. La durée de récolte des données est d environ 1 journée, la saisie des informations est de 1 à 2 jours, tandis que la restitution/élaboration du plan d action est d une demijournée. L étude se réalise à différentes échelle : de la parcelle à l exploitation pour l échelle spatial et de la campagne culturale pour le temps. Concernant les thématiques environnementales, elles sont abordées par des indicateurs. Ils sont évalués en fonction des pratiques, de la sensibilité du milieu et des risques d impact, le tout par des classes (très faible, faible, moyen, fort, très fort). Parmi les thématiques, on trouve : l eau, l air, le sol, la biodiversité, les nuisances, l énergie, les déchets et l insertion paysagère. Si nous prenons l exemple sur l eau : pollution et consommation, les sous-parties sont les risque de pollution diffuse des eaux par les nitrates, risque de pollution diffuse des eaux par les produits phytosanitaires, risque de pollution ponctuelle des eaux par les produits dangereux et le risque lié à la consommation en eau. Les paramètres composants ses sous parties, sont ainsi mis dans des classes grâce à toutes les données saisies. Relatif aux résultats, ils sont visible dès la fin de la saisie, sont à la fois sous forme cartographique et sous forme de tableau de croisement Pratique x milieu. Pour les documents de restitution, ça peut être un document de restitution complet qui regroupe les résultats d indicateurs et des éléments méthodologique pour aider à l interprétation des résultats, ou alors un document synthétique présentant les problèmes les plus important de l agriculteur. 15

Pour les atouts du DAE-G, nous pouvons dire qu il réalise des diagnostics multi-thématiques pour évaluer les risques d impacts environnementaux des exploitations, prend en compte la sensibilité du milieu, rend des résultats cartographiques, l exportation des données est possible. 16

3. TABLEAU DE SYNTHESE Nom Phénomène étudié Paramètres pris en compte Force Faiblesse COPREN Identification des exploitations présentant des risques de pollution diffuse importants - durée de l interculture - le rapport C/N des résidus - la gestion des résidus - apport ou non de déjections animales en automne - référence à des diagnostics plus complexe - facile d utilisation - résultats : graphique - utilisation référence national : manque de précision - non prise en compte des caractéristiques du milieu et des pratiques agricoles BASCULE Evaluation de l impact des pratiques sur la perte en nitrates dans les eaux souterraines due à la surfertilisation Pratiques agricoles - utilisation possible par l agriculteur - évaluation direct des ses pratiques - données faciles d accès Non prise en compte d autres variables de pression exercée par les systèmes de culture MERLIN Estimation et la classification des risques de pollution de l eau par les nitrates - pratiques des agriculteurs - sensibilité des sols au lessivage - accessible par l agriculteur - facile d utilisation - référence locale Ne quantifie pas avec précision les transfert de pollution Drainmod NIII Modélisation : - absorption des plantes - minéralisation - immobilisation - nitrification - dénitrification - volatilisation de l azote(nh 3 ) - pertes d azote par lixiviation et ruissellement de surface. - pratiques agricoles - type de sol - conditions climatiques - système de drainage - type de culture - transport et transformation de l azote - taux de matière organique Données mesurable sur le terrain Certaines données sont obtenues par la littérature, l expertise locale ou l étalonnage. 17

Nom Phénomène étudié Paramètres pris en compte Force Faiblesse Adapt Gestion journalier de nappes phréatiques - fonte des neiges - eaux de ruissellement - débit des macropores - évapotranspiration - infiltration - drainage souterrain - irrigation - infiltration profonde. - - CREAMS prévoit l impact de changements des pratiques culturales sur la perte de sols, d azote, de phosphore et de pesticides dissous et particulaires par plusieurs sousmodèle - caractéristiques physiques - occupation du sol - pluviométrie - - partie des données disponible dans la littérature - beaucoup de paramètre EPIC étude des pertes en nutriments (azote et phosphore) des sols. - le sol - occupation du sol - caractéristiques physiques - données climatiques journalières - type de pratiques agricoles - - utilisation d un SIG - beaucoup de paramètre DAISY simulation de la croissance des cultures, de la dynamique de l eau et des masses d azote - humidité du sol - concentration en azote dans le sol Permet d extrapoler à l échelle régionale - utilisation d un SIG - beaucoup de paramètre 18

Nom Phénomène étudié Paramètres pris en compte Force Faiblesse Syst N diagnostics et évaluations des pertes d azotes - description du sol - historique de la parcelle - succession des cultures - itinéraires techniques Logiciel Semble complexe d utilisation Lysimétrie évaluation et gestion de l azote - volume d eau drainé - concentration des eaux qui percolent Excellente valorisation des résultats - coût élevé - expérimentation longue STICS - prédiction de la dynamique de la teneur du sol en eau et en azote minéral - simulation du drainage et la concentration en nitrate - quantification et évaluation de la variabilité du lessivage des nitrates dans les eaux souterraines De part sa complexité, nous n avons pas identifié précisément paramètres prisent en compte pour cet outil - logiciel - adaptation à différentes cultures - facilité d accès aux variables d entrée - possibilité d ajouter de nouveaux paramètres Semble complexe d utilisation LIXIM - simulation de l évolution de la teneur en eau et en azote minérale - estimation de la minéralisation réelle - Epaisseur - densité apparente - humidité à la capacité au champ - humidité au point de flétrissement - teneur en eau et en azote minérale - données climatiques journalières - - seulement dans le cas de sol nu - dénitrification considéré négligeable - transport d eau et nitrate ne semble pas adapté à toutes les situations 19

Nom Phénomène étudié Paramètres pris en compte Force Faiblesse SYSTERRE Evaluation des performances techniques, économique et environnementales des productions végétales Prise en compte de 20 indicateurs - restitution instantanée - analyse exhaustive de durabilité - indicateurs couramment - calcul standardisé et automatique - utilisation d un fichier Excel simple - outil de dialogue technicien/agriculte ur - journée de formation, tutorats - manque de référence sur certains systèmes de cultures - non prise en compte du stockage de la production INDIGO Evaluation des impacts environnementaux des systèmes de cultures ( 8 indicateurs dont azote) Pour l indicateur azote : - pertes par lessivages NO 3 - pertes par émissions de N 2 O - pertes par volatilisation de NH 3. - prise en compte du milieu - indicateurs isolé peuvent être calculé - Excel : bonne visualisation - élevage pas prisent en compte + processus hydrologiques au niveau du bassin DAE-G - évaluation risques d impact des pratiques agricoles sur l environnement - réalisation plan d action sur des territoires à enjeu environnemental (pollution des eaux) Eléments relatifs à : - eau - air - sol - biodiversité - nuisances - Energie - Déchets - insertion paysagère - visibilité cartographique - code couleur visuel - accès internet - prise en compte du milieu - perte d information due aux classes Nous avons sélectionné l indicateur Bascule puisqu il est facile d utilisation. En effet, un agriculteur peut connaitre l impact de ses pratiques agricoles sur les pertes en nitrates, et ainsi de pouvoir rendre ses pratiques plus durables. Cet indicateur a l avantage de n utiliser que des données accessible par l agriculteur. 20

LISTE DES REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES Aveline, M.L. Rousseau, L. Guichard, M. Laurent, C. Bockstaller. 2009. Evaluating an environmental indicator: Case study of MERLIN, a method for assessing the risk of nitrate leaching. Agricultural Systems 100 :22 30. Beaudoin N, Saad J, Van Laethem C, Maucorps J, Machet JM, Mary B., 2005. Nitrate leaching in intensive agriculture in Northern France: effect of farming practices, soils and crop rotations. Agric Ecosyst Environ; 111: 292 310. Brisson N., Mary B. (2012). Notice concepts et formalismes. Disponible sur : <www.grignon.inra.fr/economie-publique/miraje/doc/stics5.doc > Deneufbourg, M., Vandenberghe, C., Heens, B., & Marcoen, J. M. (2013). Suivi de la lixiviation du nitrate en plein champ par la technique lysimétrique: retour de huit années d expérience. Biotechnol. Agron. Soc. Environ, 17(S1), 177-186. Jego G., 2008. Influence des activités agricoles sur la pollution nitritique des eaux souterraines. Analyse par modélisation des impacts des systèmes de grande culture sur les fuites de nitrate dans les plaines alluviales. Université de Toulouse. 229p. Jégo, G., Sanchez-Pérez, J. M., & Justes, E. (2012). Predicting soil water and mineral nitrogen contents with the STICS model for estimating nitrate leaching under agricultural fields. Agricultural Water Management, 107, 54-65. Liot Austernaud I., 2000. Proposition d une méthode de diagnostic agri-environnemental pour une démarche qualité à l échelle de l exploitation agricole. 58p. Muller, J. C. (1996). Trente ans de lysimétrie en France(1960-1990)(une technique, un outil pour l'étude de l'environnement). Un point sur- Institut National de la Recherche Agronomique. Nicolardot B., Mary B., Houot S., Sethecous S., 1996. La dynamique de l azote dans les sols cultivés, la maitrise de l azote dans les agrosystèmes. INRA Ed., p 87-103. Parnaudeau V., Reau R., Dubrulle P. 2012. Un outil d évaluation des fuites d azote vers l environnement à l échelle du système de culture : le logiciel Syst N. Innovations Agronomiques 21:59-70. Parnadueau V, Dupont A, Reau R, Dubrulle P, Ballot R, 2013. Syst N, manuel de l utilisateur. Payraudeau, S., Tournoud, M. G., Cernesson, F., & Brissaud, F. (2004). Modélisation distribuée des flux d'azote sur des petits bassins versants méditerranéens. TSM. Techniques sciences méthodes, génie urbain génie rural, (10), 65-73. Plage : plate-forme d évaluation agri-environnementale. Disponible sur : < http://www.plageevaluation.fr/webplage/index.php?option=com_flexicontent&view=items&cid=82&id=190&itemid=1 08> 21

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