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et le changement climatique

Avril 2013

Le projet scientifique

de l'UMR System

L’UMR  System  explore  les  propriétés  des  systèmes  de  culture  plurispécifiques  et   les  marges  de  manœuvre  permises  par   leur  ges?on  pour  produire  de  manière  efficiente  et  durable  les  différents  services  écosystémiques  que  les  sociétés  aCendent  de  l’agriculture.

Explorer les propriétés associées à la diversité végétale dans les systèmes de culture

Différentes  espèces  associées  dans  un  même  espace,  annuelles  ou  pérennes,  herbacées  ou  ligneuses,  sont  en  concurrence  pour  les  ressources  lumineuses  et  pour  les  ressources  du  sol.  Il  s’agit  de  comprendre  les  modalités  de  ceCe  compé??on  pour   iden?fier   les  situa?ons  de  facilita?on  qui  permeCent  une  produc?vité  globale  ou  une  éco-­‐efficience  élevées.

La  structure  et   l’organisa?on  spa?ale  de  ces  systèmes  complexes  détermine  non  seulement  l’accès  aux  ressources,  mais  également  la  fourniture  de  différents  services  environnementaux  que  l’unité  s’aCache  à  caractériser  :  protec?on  des  sols  et  dynamique  de  l’eau,  préserva?on  de   la   biodiversité,   régula?on   des   communautés  d’organismes   pathogènes,   ravageurs   ou  auxiliaires.

Enfin,  avec   la  présence  d’espèces  pérennes,   ces  systèmes  de  culture  sont   installés  sur   des  temps  longs.  L’unité  s’intéresse  à  leur  dynamique  d’installa?on  et  d’évolu?on,  et  à  l’impact  de  la  diversité  végétale  sur   la  stabilité  de  leurs  performances  et   sur   leur   résilience  face  au  changement  et  aux  aléas  clima?ques.

Concevoir des systèmes de culture écologiquement intensifs et multifonctionnels

La  mul?plicité  des  services  aCendus  des  systèmes  de  culture  conduit   l’unité  à  explorer   des  scénarios  d’évolu?on  basés  sur   la  diversifica?on  végétale.   Ces  scénarios  font   l’objet   d’une  évalua?on  mul?critère  à  par?r  d’expérimenta?ons  et/ou  de  simula?ons  de  prototypes,  en  interac?on  avec  les  acteurs  impliqués  dans  l’évolu?on  des  systèmes  de  culture.

A  l’échelle  de  l’exploita?on  agricole,  l’unité  étudie  de  quelle  manière  les  choix  stratégiques  et  les  systèmes  de   culture  mis  en  œuvre  évoluent   et   peuvent   maintenir   leurs  performances  dans  un  contexte  de  changements  clima?ques,  règlementaires,   économiques  ou  de  cahier  des  charges  (passage  à  l’agriculture  biologique).

L’évolu?on   des   composantes   biophysiques   et   techniques   de   systèmes   de   culture   en  transi?on   et   la  concep?on  de   stratégies  de   ges?on   de  ces  transi?ons  et   de  systèmes  de  culture  adapta?fs  face  aux  aléas  font  l’objet  d’une  aCen?on  croissante  pour  accompagner  les  changements  techniques  envisagés.

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Adaptation des systèmes plurispéficiques au changement climatique

Christian Dupraz, Sébastien Roux, Emmanuel Gritti (post-doc)Inra, UMR System

Les  systèmes  cul,vés  plurispécifiques  peuvent  associer  des  espèces  herbacées  (cultures  associées,  prairies),  des  arbres   et   des   cultures   (agroforesterie)   ou   bien   différentes  essences  d’arbres   (forêts  mélangées).   L’étude   des  écosystèmes  naturels  conduit  à  observer  que  leur   diversité  spécifique  les  rend  plus  résilients  face  aux  aléas  et  au  changement  clima,ques.  Le  projet  Apicc  (Adapta,on  of  PlurIspecific  systems  to  Climate  Change),  financé  par  le   méta-­‐programme  Accaf,  a  pour   objec,f   d’examiner   ceKe   hypothèse   pour   les  systèmes   cul,vés,  agricoles,  fores,ers  ou  prairiaux.  En  Europe   de   l’ouest,  le   changement  clima,que  se   traduira  par   une   augmenta,on   de  température,  une  diminu,on  de  la  pluviométrie  et  une  augmenta,on  de  sa  variabilité,  avec  des  conséquences  aKendues  sur  la  dynamique  des  bioagresseurs.  

La  contribu,on  de  l’UMR  System  porte  (1)  sur  la  réalisa,on  d’une  méta-­‐analyse  de  la  liKérature  scien,fique  sur  l’impact   de   la  plurispécificité   sur   la   produc,vité   globale   et   la   variabilité   des   performances   de   systèmes   de  culture   et   fores,ers,   (2)   sur   l’explora,on   par   simula,on   des   réponses   de   systèmes   plurispécifiques   à   la  variabilité  interannuelle  et  au  changement  clima,que.

Sur   ce   2ème   point,   des  résultats   préliminaires  obtenus   à   l’aide  du   modèle  de  systèmes   agrofores,ers  Hi-­‐sAFe  (Schuller,  2012)   tendent   à   vérifier   l’hypothèse   selon   laquelle   la   variabilité   interannuelle   de   rendements   de  céréales  serait  plus  faible  en  associa,on  avec  des  arbres  qu’en  monoculture  (Figure  1).

Figure  1.  Comparaison  des  écarts  à  la  moyenne  de  rendements  de  céréales  en  monoculture  (TA)  et  en  système  agrofores>er  (AF)   sur   une   série   clima>que   de   40   ans.   L’associa>on  avec   les   arbres   tend  à   aFénuer   les   varia>ons   interannuelles   de  rendement  des  céréales,  de  manière  plus  marquée  en  2ème  période  (à  droite)  qu’en  1ère  période  (au  centre).  (Schuller,  2012)

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Schuller  A.,  2012.  Agroforesterie  sous  changement  clima>que.  Mémoire  de  stage  de  recherche,  Ecole  Polytechnique  ParisTech,  31  p.

Talbot  G.,  Roux  S.,  Dupraz  C.,  Graves  A.,  Marrou  H.  and  Wery  J.,  2013.  Rela?ve  yield  decomposi?on:  a  generic  method  for  understanding  the  behaviour  of  complex  crop  models.  Environmental  Modelling  &  SoNware,  in  press.

Impact du développement de l’agroforesterie sur l’atténuation des émissions de gaz à effet de serre par l’agriculture française

Aurélie MetayMontpellier SupAgro, UMR System

L'INRA  est  chargé  par  l'ADEME  et  par  les  ministères  de  l'agriculture  et  de  l'environnement  de  réaliser  une  étude  sur   l’analyse  du  poten,el  et   du  coût  associés  à  l’aKénua,on  des  émissions  de  gaz   à  effet  de  serre   du  secteur  agricole   en   France.   Le   travail   demandé   est   de  déterminer   et   d'analyser   une   dizaine   d'ac,ons   d'aKénua,on  portant   sur  des  pra,ques  agricoles.  L'analyse  consiste  à  es,mer   le  poten,el  d'aKénua,on  de  chacune  de  ces  ac,ons  et  leurs  coûts/gains  associés  en  termes  économiques.  L’UMR  System  a  pris  en  charge  une  de  ces  ac,ons  qui   consiste   à   développer   l’agroforesterie   en   France   (arbres   au   sein   de   parcelles   et   arbres   en   périphérie                          ou  haies).

Le  mécanisme  principal  de  réduc,on  des  gaz  à  effet  de  serre  associée  à  l’introduc,on  d’arbres  en  bordure  ou  au  sein  des  parcelles  cul,vées  en  grandes  cultures  ou  de  prairies  est  le  stockage  addi,onnel   de  carbone  dans  les  par,es  ligneuses  des  arbres  (biomasse  aérienne  et  souterraine).  Ce  stockage  addi,onnel  de  carbone  cons,tue  un   retrait   de  CO2  de  l’atmosphère.  De  plus,  ces  arbres  enrichissent   les  ma,ères  organiques  (MO)  du  sol  grâce  aux  apports  en  li,ère  aérienne  (chute  des  feuilles),  mais  également  grâce  aux  res,tu,ons  en  profondeur  via  le  turnover  des  racines  fines  et  la  libéra,on  d’exsudats  racinaires.  

L’étude  comporte  plusieurs  volets   :  (i)   l’établissement   cri,que  et   documenté  d’après  la   liKérature  scien,fique  du   poten,el   d’aKénua,on   unitaire   ou   combien   de   tonnes   de   CO2   eq   l’agroforesterie   peut-­‐elle   contribuer   à  stocker  à  l’hectare,  (ii)   l’établissement  de  l’assieKe  ou   la  surface  agricole  française  éligible  à  une  telle  ac,on  et  enfin   (iii)  le  coût   ainsi  que   le  manque  à  gagner  éventuel   induit  par   l’ac,on.  Pour  les  deux  premières  étapes,  la  connaissance  des  mécanismes  biophysiques  mis  en  jeu  dans  les  systèmes  agrofores,ers  est  ques,onnée,  ce  qui  donne  notamment   lieu  à  l’iden,fica,on  d’axes  de  recherche  pour  ces  systèmes  de  culture.  En  par,culier,  pour  es,mer   l’assieKe   maximale   technique,   sont   pris   en   compte   dans   ceKe   étude   les   critères   agronomiques  définissant  les  zones  agricoles  poten,ellement  exploitables  en  agroforesterie.  La  faisabilité  technique  et  socio-­‐économique  n’est  pas  considérée  ici.

L’agroforesterie   représentant   une   innova,on   agronomique   importante,   des   critères   comme   l’âge   de  l’agriculteur,  la  propension  à  prendre  des  risques,  la  sensibilité  aux  pra,ques  agroécologiques  sont  importants  à  prendre   en   compte.  Les   critères   agronomiques   principaux   retenus   dans   le   cadre   de   ceKe   étude   sont   :   (i)   la  profondeur   du   sol   et   le   niveau   suffisant   de   réserve   u,le   et   (ii)   la   taille   des   parcelles,   compa,bles   avec   la  mécanisa,on  du  travail  entre  les  rangées  d’arbres.  Pour  la  troisième  étape,  sont  réalisées  une  évalua,on  plus  globale   ainsi   que   l’iden,fica,on   des   freins   à   la   diffusion   de   l’agroforesterie   (quelques   milliers   d’hectares  actuellement).

Rapports  présentés  à  l’occasion  de  la  res?tu?on  de  l’étude  le  22  mars  2013  à  Paris.

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Impacts à long terme et adaptations au changement climatique

de la viticulture et de l’œnologie

Le  projet  Laccave  (Long  term  impacts  and  adapta,ons  to  Climate  Change  in  Vi,culture  and  Enology)  est  financé  par   le  méta-­‐programme  Accaf.  Il  a  pour  objec,f  général  d’étudier  des  innova,ons  en  vi,culture  et  en  œnologie  et  de  les  assembler  dans  des  stratégies  d’adapta,on  de  ceKe  filière  au  changement  clima,que.  Il  s’agit  (1)  de  construire  des  ou,ls  de  simula,on  permeKant  de  prédire  l’impact  du  changement  clima,que  sur  la  produc,on  vi,cole   à   l’échelle   régionale,   (2)   d’intégrer   les   connaissances   disponibles   dans   différents   domaines  (agronomique,   environnemental,   social,   économique)   pour   produire   des   innova,ons,   (3)   de   concevoir   des  scénarios  d’adapta,on  et  évaluer  leurs  conséquences  économiques,  sociales  et  environnementales.

L’UMR   System   contribue   à   la   tâche   4.2   (Evalua,on   de   l’impact   de   scénarios   d’adapta,on   au   changement  clima,que  sur  la  produc,on  vi,cole,  en  quan,té  et  en  qualité,  et   sur  les  ressources  en  eau  et  en  sols  dans   les  bassins   versants  vi,coles).  Il   s’agit  de  coupler   des   approches  et   des  modèles   agronomiques  et   hydrologiques  pour   simuler   produc,on   vi,cole   et   produc,on   de   services   écosystémiques   et   réaliser   une   évalua,on  mul,critère  de  scénarios  d’adapta,on  au  changement  clima,que.

Figure  2.   Scien>fic  framework   for   the   integrated   assessment   of   innova>ve   farming  systems  (grey   rectangles  are   models,  white  rectangles,  the  real  world,  and  ovals  outputs)  (Gary  et  al.  2009).

Gary,  C.,   J.M.  Barbier,   P.  Rio,  P.  Andrieux,   J.M.  Blazy,   X.  Louchart,  M.  Bonin,   J.L.  Diman,   F.  Causeret,  H.  Ozier-­‐Lafontaine,   2009.  How  to  design  technical   and  organiza?onal   innova?ons  to  promote  sustainable   development   in  catchments  with  intensive   use   of  pes?cides,  2009.   In:  M.  van  ICersum,   J.  Wolf,   G.  van   Laar   (eds)  Proceedings  of   AgSAP  Conference   2009  -­‐   Integrated  Assessment   of   Agriculture  and  Sustainable  Development,  SeVng  the  Agenda  for  Science  and  Policy,  Egmond  aan  Zee  (The  Netherlands),  294-­‐295.

Gaudin  R,  Gary  C,  2012.  Model-­‐based  evalua?on  of  irriga?on  needs  in  Mediterranean  vineyards.  Irriga>on  Science,  30,  449–459.

Ripoche   A.,   Rellier   J.P.,   Mar?n-­‐Clouaire   R.,   Paré   N.,   Biarnès  A.,   Gary   C.,   2011.  Modelling  adap?ve   management  of   intercropping   in  vineyards   to   sa?sfy   agronomic   and   environmental   performances   under   Mediterranean   climate.   Environmental   Modelling  and  SoNware,  26,  1467-­‐1480.

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Christian GaryInra, UMR

Concevoir, à l’aide de la modélisation bioéconomique, des systèmes de culture durables face aux changements climatique et du marché

Hatem Belhouchette, Imen Souissi (doctorante), Rosa Chenoune (doctorante)IAMM, UMR System

Dans  un  contexte  de  changements  de  contexte  de  l’agriculture  (changements  d’ordre  climatique  et  économique),  comment  évaluer  la  performance  (production  vs.  autosuffisance)  et  la  résilience  des  systèmes  de  culture  ?  Il  s’agit  (1)  d’estimer   l’effet  possible  de  l’incertitude  climatique  (pluie)  sur   le   rendement   et  (2)  d’évaluer   la  résilience  des  systèmes  de  culture  existants  et   innovants  en  développant  un  cadre  méthodologique  approprié.  Cette  démarche  est   mise   en   œuvre   dans   le   cadre   d’une   thèse   de   doctorat   sur   la   résilience   des   systèmes   de   production   en  Méditerranée,  encadrée  conjointement  par  l’UMR  System,  l’IAMM  et  l’UMR  Lameta  et   intitulée  «  Vulnerability  of  Mediterranean  agricultural  systems  to  climate:  from  regional  to  field  scale  analysis  »  (Souissi  et  al.,  2013).

Figure  3.  The  rela>ve  varia>on  of  net  margin,   land  and  labour  per  farm  type  (FT)  between  the  climate  change  scenario  and  the  baseline   scenario.  Bubble  size   represents  the  rela>ve  varia>on  in  labour  between  the  climate  change  and  the  baseline  scenarios.   The   color   gray   indicates  a  posi>ve   varia>on  of   labour   while   the   color   black   indicates  a  nega>ve   varia>on  of  labour.  A)  true   resilience   farming  system,  B)  false   resilience   farming  system,  C)  poten>ally  resilient   farming  system,  D)   less  resilient  farming  system  and  C)  not  resilient  farming  system  (Souissi  et  al.,  2013).

Dans  une  phase  de  concep,on  de   systèmes  de  culture   innovants  et  durables,   l’enjeu  est   d’intégrer,  dans  une  approche   par,cipa,ve,   la   variabilité   et   le   changement   clima,ques.   Une   telle   démarche   est   en   cours   de  développement  dans  le   cadre   d’un   projet   européen   (FSSIM-­‐AFRICA,  2010-­‐2013,  financé  par   l’UE  et   associant  l’UMR  System,  l’IAMM  et   le   Joint   Research  Centre  de  Séville)  portant   sur  des  exploita,ons  agricoles  associant  produc,on   de  riz  et   de  palmier   à  huile  en  Sierra  Leone  et  soumises  à  des  modifica,ons  de  pluviométrie  (date  d’arrivée  de  la  mousson)  associées  au  changement  clima,que  (Louhichi  et  al.,  2013).

Un   projet   de  post-­‐doc   associant   l’UMR   System,  l’IAMM,   l’université  de  Gölngen   et   l’Icarda  est   en   cours  de  montage  pour  la  période  2014-­‐2016  avec  pour  objec,f  d’évaluer,  en  se  basant  sur  la  simula,on  des  systèmes  de  culture  et  de  produc,on,  la  résilience  des  systèmes  de  produc,on  méditerranéens.

Louhichi   K.,   Gomez  y  Paloma   S.,  BelhoucheCe  H.,  Allen  T.,  Blanco  Fonseca  M.,   Chenoune   R.,   Acs  S.,   Flichman  G,  2013.  Modelling  agri-­‐food  policy   impact   and  climate   change   at   farm-­‐household   level   in   developing   countries.  Applica?on  to   Sierra   Leone.  JRC   scien>fic  and  policy  reports,  168  p  (hCp://agrilife.jrc.ec.europa.eu/documents/Final_report_FSSIM-­‐Dev.pdf).

Souissi   I.,   Temani   N.,   BelhoucheCe   H.,   2013.   Vulnerability   of  Mediterranean   agricultural   systems  to   climate:  from  regional   to  field  scale  analysis.  In:  R.  Pielke  (ed.)  Climate  Vulnerability,  Academic  Press,  Oxford,  89-­‐103.

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Adaptation des systèmes de culture caféiers au changement climatique en Amérique centrale

Etant   donnée   la   sensibilité   du   caféier   à   la  température,  les   impacts  aKendus   du   changement   clima,que   en  Amérique  centrale  devraient  être  forts,  et  néga,fs.  Dès  lors,  l’enjeu  est  de  définir  des  stratégies  d’adapta,on  du  secteur  caféier   au  changement   clima,que   (Ecosystem  based  adapta,on   prac,ces),  qui   comportent   des  volets  non   seulement   agronomiques   mais   également   sociaux   et   ins,tu,onnels.   Il   s’agit   d’iden,fier   les   sources   de  vulnérabilité  au  changement  clima,que,  des  scénarios  d’adapta,on  à  l’échelle  des  exploita,ons  agricoles  et  des  communautés  et  des  mécanismes  ins,tu,onnels  de  sou,en  à  ces  adapta,ons.  C’est  l’objet  des  projets  Cascade  (Ecosystem-­‐based  Adapta,on  for  Smallholder  Subsistence  and  Coffee  Farming  Communi,es  in  Central  America,  2012-­‐2017)  et   du   projet   Cafadapt   (Sensibilidad   y   adaptación   del   café   al   cambio   climá,co   en   Centroamérica,  2011-­‐2014).

La   contribu,on   de   l’UMR   System   à   ces  projets   se   situe   à   l’échelle   du   système   de   culture  pour   iden,fier   les  pra,ques   d’adapta,on   proposées   par   la   recherche   (nouvelles   variétés,   u,lisa,on   de   l’ombrage,   u,lisa,on  d’irriga,on   de   complément),   celles   qui   sont   appliquées   par   les   producteurs,   en   quoi   elles   permeKent  effec,vement   de   diminuer   la   vulnérabilité   au   changement   clima,que   des   exploita,ons   (donc   une   mesure  d’efficacité),  et  sur  quels  processus  ces  effets  reposent  (pour  permeKre  d’évaluer  la  généricité  de  ces  pra,ques).  Le   modèle   de   culture   CAF2007   est   u,lisé   pour   évaluer   les   impacts   du   changement   clima,que   sur   le  fonc,onnement  du   caféier   et  pour   simuler   et  cartographier   les  effets  du  climat  et  des  techniques  d’adapta,on  dans  les  différents  sites  de  produc,on  de  café.

Cerdán,   C.R.,   Rebolledo,   M.C.,   Soto,   G.,   Rapidel,   B.,   Sinclair,   F.L.,   2012.   Local   knowledge   of   impacts   of   tree   cover   on   ecosystem  services  in  smallholder  coffee  produc?on  systems.  Agricultural  Systems  110,  119-­‐130.

Meylan   L.,   Mérot  A.,   Gary   C.,   Rapidel   B.,   2013.  Combining   a   typology   and   a   conceptual   model   of  cropping   system   to   explore   the  diversity  of  rela?onships  between  ecosystem  services:  the   case   of  erosion  control   in  coffee-­‐based  agroforestry  systems  in  Costa  Rica.  Agricultural  Systems,  118,  52–64.

Rapidel   B,   DeClerck   F,   Le   Coq  JF,   Beer   J,   2011.  Ecosystem  Services  from   Agriculture   and  Agroforestry.  Measurement   and  Payment,  Earthscan  Ed,  London,  414  p.

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Bruno RapidelCirad, UMR System