Optimisation de la fertilisation azotée sur base … de la fertilisation azotée sur base d’un...

Optimisation de la fertilisation azotée sur base d’un outil d’aide à la décision construit autour

du modèle sol-culture STICS

- Benjamin Dumont & Bruno Basso - - Bernard Bodson, Marie-France Destain & Jean-Pierre Destain -

Présentation originale réalisée dans le cadre du Séminaire des utilisateurs du modèle STICS

La Rochelle – 17-19 Octobre 2017

2

Contexte général

Technologie d‟optimisation de l‟N

La modélisation agronomique sur le cas d‟étude

Développement d‟un outil d‟aide à la décision (OAD)

Gestion N en stratégique

Gestion N en tactique

3

Contexte général

1945 Vision productiviste de l‟agriculture

1960 Vision réductionniste de l‟agriculture - Révolution verte

4

Contexte général

1945 Vision productiviste de l‟agriculture

1960

1980

Vision réductionniste de l‟agriculture - Révolution verte

Agriculture de Précision – €€€

5

Contexte général

1945 Vision productiviste de l‟agriculture

1960

1980

1990

Vision réductionniste de l‟agriculture - Révolution verte

Agriculture de Précision – €€€

Directive Européenne Nitrate 91/6/76/EEC

6

Contexte général

1945 Vision productiviste de l‟agriculture

1960

1980

1990

Vision réductionniste de l‟agriculture - Révolution verte

Agriculture de Précision – €€€

Directive Européenne Nitrate 91/6/76/EEC

2002 PGDA : Transposition de la directive Nitrate en Wallonie

7

Contexte général

2002 PGDA : Transposition de la directive Nitrate en Wallonie

Définition de bonnes pratiques agricoles par un organe scientifique (GReNeRA) Amendement organique – Fertilisation minérale – etc.

Implantation et destruction des intercultures – épandages - etc.

Implémentation de ces pratiques au sein d‟un réseau de 35 fermes d‟obs.

Mesure des APL (Azote Potentiellement Lessivable) au sein du réseau En fonction de la date de prélèvement et du précédent

Profil de sol 0-90cm

Etablissement des niveaux de références percentile 66 des APL

Audit annuel aléatoire de 3% des fermes wallonnes

Comparaison des APL audit >< APL de référence

Si résultat « - » entrée dans un programme de suivi et risque d‟amende

8

Contexte général

2002 PGDA : Transposition de la directive Nitrate en Wallonie

Définition de bonnes pratiques agricoles par un organe scientifique (GReNeRA) Amendement organique – Fertilisation minérale – etc.

Implantation et destruction des intercultures – épandages - etc.

Implémentation de ces pratiques au sein d‟un réseau de 35 fermes d‟obs.

Mesure des APL (Azote Potentiellement Lessivable) au sein du réseau En fonction de la date de prélèvement et du précédent

Profil de sol 0-90cm

Etablissement des niveaux de références percentile 66 des APL

Audit annuel aléatoire de 3% des fermes wallonnes

Comparaison des APL audit >< APL de référence

Si résultat « - » entrée dans un programme de suivi et risque d‟amende

Procédure d‟évaluation a posteriori de l‟effet des pratiques

9

Contexte général

1945 Vision productiviste de l‟agriculture

1960

1980

1990

Vision réductionniste de l‟agriculture - Révolution verte

Agriculture de Précision – €€€

Directive Européenne Nitrate 91/6/76/EEC

Besoin de concilier économie et environnement Présent

Futur Besoin d‟outil d‟aide au processus décisionnel

2002 PGDA : Transposition de la directive Nitrate en Wallonie

10

Contexte général

Technologie d’optimisation de l’N

La modélisation agronomique sur le cas d‟étude

Développement d‟un outil d‟aide à la décision (OAD)

Gestion N en stratégique

Gestion N en tactique

RS - Drone/Satellite

Couverture spatiale élevée

Résolution temporelle faible

“Instantané”

Diagnostique

Gestion N : Technologies émergentes

Gestion N : Technologies émergentes

Modèle sol-culture

Représente l‟Agro-Ecosystème

Dynamique du système

Comprendre les causes

Analyser les

conséquences

RS - Drone/Satellite

Couverture spatiale élevée

Résolution temporelle faible

“Instantané”

Diagnostique

13

Contexte général

Technologie d‟optimisation de l‟N

La modélisation agronomique sur le cas d’étude

Développement d‟un outil d‟aide à la décision (OAD)

Gestion N en stratégique

Gestion N en tactique

Limon profond

Climat tempéré

Zone Hesbaye

6 saisons culturales

2008-09 à 2013-14

7 protocoles azotés

14

Un cas d’étude

Fertilisation level [kgN ha-1

] Exp. # Tiller Stem exten. Flag leaf Total Season

Zadoks 23 29 30 39

Exp. 1 0 / 0 0 0

Exp. 2 30 / 30 60 120

Exp. 3 / 60 / 60 120

Exp. 4 60 / 60 60 180 2008-2014

Exp. 5 / 90 / 90 180

Exp. 6 60 / 60 120 240

Exp. 7 / 120 / 120 240

Exp. 8 60 / 60 0 120

Exp. 9 60 / 60 30 150 2012-2014

Exp. 10 60 / 60 90 210

1

Evaluation du modèle

Evaluation du modèle

17

Contexte général

Technologie d‟optimisation de l‟N

La modélisation agronomique sur le cas d‟étude

Développement d’un outil d’aide à la décision (OAD)

Gestion N en stratégique

Gestion N en tactique

Un OAD générique

18

Développer un outil décisionnel

Ce que l’on ne

maitrise pas

Ce que l’on

veut étudier

Ce que l’on

veut optimiser

Ce que l‟on veut étudier:

Déterminer le moment le plus opportun pour une action donnée

Déterminer l‟action la plus adaptée à un instant donné

19

…

Développer un outil décisionnel

? Action ? ! Action !

Ce que l‟on ne maitrîse pas : Le type de sol Peut être PARAMETRISE

20

Développer un outil décisionnel

Ce que l‟on ne maitrîse pas : Le type de sol Peut être PARAMETRISE

Le climat Inconnu

21

Développer un outil décisionnel

Climat connu Jjour

Set de données minimum pour la simulation d‟une saison

?? FUTUR ??

Ce que l‟on ne maitrîse pas : Le type de sol Peut être PARAMETRISE via carte sols

Le climat Peut être EXPLORE

22

Développer un outil décisionnel

Climat connu Jjour

Set de données minimum pour la simulation d‟une saison

…

Possibilités

Range

Gestion stratégique vs tactique

?? Comment considerer le climat ??

Recorded

climate = 0

…

Gestion stratégique vs tactique

La gestion stratégique dessert un

objectif global et long-terme

Analyse inter-annuelle

?? Comment considerer le climat ??

La gestion tactique dessert un

objectif local et limité dans le temps

Analyse intra-annuelle

Recorded

climate = 0

…

Recorded

climate Dday

…

Recorded

climate Dday

…

Gestion stratégique vs tactique

La gestion stratégique dessert un

objectif global et long-terme

Analyse inter-annuelle

?? Comment considerer le climat ??

26

Ce que l‟on veut optimiser :

Critère agronomique

Rendement maximal

Développer un outil décisionnel

27

Ce que l‟on veut optimiser :

Critère agronomique

Rendement maximal

Critère agro-économique

Revenu marginal net ~ f(rendements, intrants)

Développer un outil décisionnel

YI = Rendement sous intrant I[ton.ha-1]

PG = Prix de vente grain [€.ton-1]

QI = Quantité d‟intrants I [kg.ha-1]

PI = Prix achan de l‟intrant I [€. kgN-1]

IIGI PQPYMNR ..

Revenus Dépenses

28

Ce que l‟on veut optimiser :

Critère agronomique

Rendement maximal

Critère agro-économique

Revenu marginal net

Critère agro-économico-environnemental

Amélioration de la fertilité des sols

Optimisation de l’utilisation des nutriments

Optimisation des ressources en eau

Développer un outil décisionnel

29

Contexte général

Technologie d‟optimisation de l‟N

La modélisation agronomique sur le cas d‟étude

Développement d‟un outil d‟aide à la décision (OAD)

Gestion N en stratégique

Gestion N en tactique

Optimiser l’azote en stratégique Se focaliser sur la réalité de terrain !

Avant la floraison : capacité de compensation forte

Optimiser l’azote en stratégique Se focaliser sur la réalité de terrain !

Avant la floraison : capacité de compensation forte

Dumont, B., Basso, B., Bodson, B., Destain, J., Destain, M., 2015. Climatic risk assessment to improve nitrogen fertilisation recommendations : A strategic crop model-based

approach. European Journal of Agronomy 65, 10-17

? N der. feui. ?

…

N tal. N red.

Optimiser l’azote en stratégique Focus sur stade ZS39 (Flag-leaf) du blé d‟hiver

Dumont, B., Basso, B., Bodson, B., Destain, J., Destain, M., 2015. Climatic risk assessment to improve nitrogen fertilisation recommendations : A strategic crop model-based

approach. European Journal of Agronomy 65, 10-17

Optimiser l’azote en stratégique

Exemple de resultats : 60-60-60 kgN.ha-1

CDF distribution

Optimiser l’azote en stratégique

Exemple de resultats : 60-60-60 kgN.ha-1

En termes de gestion du risque :

Climat le + défavorable

est celui qui a

le + de chances

de se produire

Climate „+‟ = Probabilité 0

Climate „-‟ = Probabilité 1

CDF distribution

Climate “+”

Climate “-”

Une courbe de réponse 3D spécifique au site de mesure Precision Agriculture

Optimiser l’azote en stratégique

Climate -

Climate +

N +

N -

MN

R [

€.h

a-1]

Le futur est inconnu la position sur la surface est inconnue

Optimiser l’azote en stratégique

Climate -

Climate +

N +

N -

MN

R [

€.h

a-1]

Pour chaque probabilité climatique il existe une dose N optimale

Optimiser l’azote en stratégique

Climate -

Climate +

N +

N -

MN

R [

€.h

a-1]

La relation Nopti – Climat est linéaire (dans l’espace 2D)

Optimiser l’azote en stratégique

Climate -

Climate +

N +

N -

MN

R [

€.h

a-1]

Sélectionner la dose qui surpasse les autres la majorité du temps

Optimiser l’azote en stratégique

Climate -

Climate +

N +

N -

MN

R [

€.h

a-1]

Basso, B., Sartori, L., Bertocco, M., Cammarano, D., Martin, E.C., Grace, P.R., 2011. Economic and environmental evaluation of site-specific tillage in a maize crop in NE Italy.

European Journal of Agronomy 35(2) 83-92.

Following Basso et al., 2011

Optimisation sur base d’un critère agro-economique

Optimiser l’azote en stratégique

Climate -

Climate +

N +

N -

MN

R [

€.h

a-1]

Basso, B., Sartori, L., Bertocco, M., Cammarano, D., Martin, E.C., Grace, P.R., 2011. Economic and environmental evaluation of site-specific tillage in a maize crop in NE Italy.

European Journal of Agronomy 35(2) 83-92.

60-60-50kgN/ha

Gp = 200eur/ton

N = 300eur/ton

Quid de la composante environnementale ?

Optimiser l’azote en stratégique

Climate -

Climate +

N + N -

MN

R [

€.h

a-1]

NAL [kgN.ha-1]

Optimisation sur base d’un critère agro-econ.-environnemental

MN

R [

€.h

a-1]

Dumont, B., Basso, B., Bodson, B., Destain, J., Destain, M., 2015. Climatic risk assessment to improve nitrogen fertilisation recommendations : A strategic crop model-based

approach. European Journal of Agronomy 65, 10-17

NAL [kgN.ha-1]

Climat “+”

Climat “~”

Climat “-”

N + N -

Optimiser l’azote en stratégique

Dumont, Basso, et al., 2015

Optimisation sur base d’un critère agro-econ.-environnemental

MN

R [

€.h

a-1]

Dumont, B., Basso, B., Bodson, B., Destain, J., Destain, M., 2015. Climatic risk assessment to improve nitrogen fertilisation recommendations : A strategic crop model-based

approach. European Journal of Agronomy 65, 10-17

NAL [kgN.ha-1]

Climat “+”

Climat “~”

Climat “-”

N + N -

Optimiser l’azote en stratégique

Entre 30 and 50kgN.ha-1 :

MNR se stabilise

NAL augmente fortement

50 kgN.ha-1

30 kgN.ha-1

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Contexte général

Technologie d‟optimisation de l‟N

La modélisation agronomique sur le cas d‟étude

Développement d‟un outil d‟aide à la décision (OAD)

Gestion N en stratégique

Gestion N en tactique

Optimiser l’azote en tactique

Dumont, B., Basso, B., Bodson, B., Destain, J., Destain, M., 2016. Assessing and modeling economic and environmental impact of wheat nitrogen management in Belgium.

Environmental Modelling and Software 79, 184-196

…

N fixe N fixe

Climat connu

Climat inconnu

Date fixe Date variable Date « encore

plus variable »

? N Optimal ?

Développer un outil décisionnel

Historical

WDB

1980-2013

Estimation of the second fertilisation date at

ZS 30

Fixed date of first N

fertilisation at ZS 23

Estimation of the third fertilisation date at

ZS 39.

300 synthetics

weather time-series (SWTS)

derived

with LARS-WG

Application of 60kgN/ha.

Application of 60kgN/ha.

N = 0 kgN/ha

Tactical N management

SWTS = 1

Perform simulation with :

- Real climatic data from day 1 to ZS39

- SWTS # from ZS39 to maturity

- N # fractions

N ≤ 120 kgN/ha

SWTS ≤ 300

Decision rules

* Season 2012-13

• Season 2013-14

60-60-0 kgN.ha-1

60-60-120 kgN.ha-1

@ HARVEST

@ 75%Prob level

@ Flag-leaf

Un test en temps réel !

Un test en temps réel !

Sais. 2012-13 Sais. 2013-14

Observed Opt. N 60-60-0 60-60-30

@ Harvest [kgN.ha-1] [kgN.ha-1]

Predicted Opt. N 60-60-20 60-60-10

@ DF [kgN.ha-1] [kgN.ha-1]

Un test en temps réel !

Sais. 2012-13 Sais. 2013-14

Observed Opt. N 60-60-0 60-60-30

@ Harvest [kgN.ha-1] [kgN.ha-1]

Predicted Opt. N 60-60-20 60-60-10

@ DF [kgN.ha-1] [kgN.ha-1]

Raison :

Prix de vente du grain observé >< prix de vente estimé à DF

Percentile 75% n‟est pas toujours celui qui se realise

Un constat :

L‟approche prédit correctement qu‟il faut diminuer la fertilisation

MNR/NAL @75% MNR @75%

Retro-application sur 30 ans

Gp = 200eur/ton

N = 300eur/ton

Gp = 200eur/ton

N = 300eur/ton

Retro-application sur 30 ans

La pratique classique 60-60-60 kgN.ha-1

Pertinent 4 années sur10 @ MNR

Pertinent 1 années sur10 @ MNR/NAL

MNR/NAL @75% MNR @75%

Gp = 200eur/ton

N = 300eur/ton

Retro-application sur 30 ans

En moyenne on pourrait économiser

15 kgN.ha-1.an-1 @ MNR

35 kgN.ha-1.an-1 @ MNR/NAL

MNR/NAL @75% MNR @75%

Retro-application sur 30 ans

Gp = 200eur/ton

N = 300eur/ton

Gp = 200eur/ton

N = 165eur/ton

Gp = 200eur/ton

N = 300eur/ton

Retro-application sur 30 ans

Gp = 200eur/ton

N = 300eur/ton

Gp = 200eur/ton

N = 165eur/ton

Gp = 200eur/ton

N = 300eur/ton

La composante environnementale

est la plus contraignante

Elle est relativement stable et

~indépendante du prix

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Contexte général

Technologie d‟optimisation de l‟N

La modélisation agronomique sur le cas d‟étude

Développement d‟un outil d‟aide à la décision (OAD)

Gestion N en stratégique

Gestion N en tactique

Conclusions

56

Conclusions

Les approches développées :

Sont Génériques par rapport à la culture et au modèle (culture, climat)

Sont Spécifiques au site et sont concues pour prendre en compte les

variabilités Inter- et Intra-annuelles

Permettent à chacun de gérer le Niveau de Risque

Considèrent des critères Agro-Economico-Environnementaux

Aident au Processus decisionniel via une Préconisation en temps-réel

Optimisation de la fertilisation azotée sur base d’un outil d’aide à la décision construit autour du modèle sol-culture STICS

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- Dr. Ir. Benjamin Dumont - - Ainsi que toutes les personnes impliquées dans ce projet -

Présentation originale réalisée dans le cadre du Séminaire des utilisateurs du modèle STICS

La Rochelle – 16-19 Octobre 2017

Merci pour votre attention ?? Questions ??