Agriculture biologique et qualité des ressources en eau dans le bassin de la Seine : caractérisation des pratiques et applications territorialisées

The intensive agriculture characterizing the Seine watershed since half a century is based on the generalization of the use of synthetic fertilizers and pesticides and by the rupture of the connection between crop and livestock systems. This system is nowadays compromising ground- and surface water quality, namely through nitrate contamination which mostly originates from agricultural losses. The implementation of technically proven and socially acceptable alternatives, allowing reconciling agricultural production and water quality preservation, encounters lots of obstructions of technical and social nature. From a technical point of view, sound reference data and rigorous indicators are lacking to assess the agronomical and environmental performance of alternative agro-systems. The first objective of this thesis is therefore to develop a sound conceptual framework to evaluate the productive capacity and the risk of nitrate lixiviation of agro-systems, through an improved version of the nitrogen soil surface balance. We first developed, based on a meta-analysis of the literature, robust relations to determine symbiotic nitrogen fixation by grain and forage legumes crops, which plays a central role in organic farming systems. We then could establish the relationship between total N fertilization, harvested yield and surplus of agro-systems, in order (i) to draw the trajectories of 124 countries over 50 years based on FAO data, and (ii) to compare the performance of the main organic crop rotations of the Seine basin and those of the conventional ‘reasoned’ agriculture. Finally, we established an empirical relationship linking N surplus, lixiviation and nitrate concentration in drainage water for arable land and permanent grassland. We show in a second part of this thesis how this conceptual framework of analysis can be useful in particular territories to highlight and guide stakeholder action, as well as to make more credible some alternatives which can feed the necessary transition toward more sustainable agro-systems. We analyze the situation of the drinking water abstraction areas of La Plaine du Saulce, supplying the city of Auxerre (Burgundy) as well as that of Flins-Aubergenville, supplying the western part of Paris agglomeration. We elaborate alternative scenarios for these regions, going much farther than the mere improvement of agricultural practices, and taking into account the peculiar geographical and hydro-geological context of each study case.L’agriculture intensive qui caractérise le bassin de la Seine depuis une cinquantaine d’années est basée sur la généralisation de l’usage des engrais de synthèse et des pesticides et la rupture de la complémentarité culture-élevage. Ce mode d’agriculture compromet aujourd’hui gravement la qualité des eaux souterraines et de surface, notamment par la contamination nitrique. La mise en œuvre d’alternatives qui permettraient de concilier production agricole et respect de la qualité de l’eau se heurte à beaucoup d’entraves, de nature techniques et sociales. Sur le plan technique, le manque de données de références et d’indicateurs rigoureux permettant d’évaluer les performances agronomiques et environnementales de systèmes agricoles alternatifs, est un frein majeur. Le premier objectif de cette thèse est donc de développer un cadre conceptuel solide pour évaluer ces performances en termes de capacité productive et de risque de lixiviation nitrique, à travers le bilan d’azote des sols. Nous avons tout d’abord établi, sur base d’une méta-analyse des données de la littérature, des relations robustes pour l’estimation de la quantité d’azote fixée par les légumineuses qui jouent un rôle essentiel dans la fertilisation des systèmes d’agriculture biologique. Nous avons alors pu étudier la relation fertilisation/rendement/surplus des systèmes agricoles, d’une part pour établir leurs trajectoires d’évolution dans 124 pays au cours des 50 dernières années à travers les données de la FAO, d’autre part pour comparer les performances agro-environnementales des principales rotations biologiques rencontrées dans le bassin de la Seine avec celles des rotations pratiquées en agriculture conventionnelle raisonnée. Nous avons enfin établi sur une base empirique la relation qui existe entre surplus, lixiviation et concentration des eaux de drainage sous terres arables et prairies permanentes. Nous montrons dans une seconde partie comment le cadre conceptuel d’analyse technique ainsi développé peut être utilement appliqué dans des territoires particuliers pour éclairer et orienter des logiques d’acteurs et crédibiliser certaines alternatives qui puissent nourrir une nécessaire transition vers des agrosystèmes plus durables. Une analyse détaillée de la situation des captages de la Plaine du Saulce, qui alimentent la ville d’Auxerre, et celle du champ captant de Flins-Aubergenville, qui fournit en eau potable l’Ouest parisien, est ainsi présentée. Des scénarios alternatifs, allant au-delà des simples aménagements de pratiques, sont proposés, en tenant compte du contexte géographique et hydrogéologique propre à chaque cas d’étude

50 year trends in nitrogen use efficiency of world cropping systems: the relationship between yield and nitrogen input to cropland

International audienceNitrogen (N) is crucial for crop productivity. However, nowadays more than half of the N added to cropland is lost to the environment, wasting the resource, producing threats to air, water, soil and biodiversity, and generating greenhouse gas emissions. Based on FAO data, we have reconstructed the trajectory followed, in the past 50 years, by 124 countries in terms of crop yield and total nitrogen inputs to cropland (manure, synthetic fertilizer, symbiotic fixation and atmospheric deposition). During the last five decades, the response of agricultural systems to increased nitrogen fertilization has evolved differently in the different world countries. While some countries have improved their agro-environmental performances, in others the increased fertilization has produced low agronomical benefits and higher environmental losses. Our data also suggest that, in general, those countries using a higher proportion of N inputs from symbiotic N fixation rather than from synthetic fertilizer have a better N use efficiency

Mise en place concertée d’actions pour éviter le ruissellement érosif en Pays de Caux : Projet SURGE – Programme Eaux et territoires

Les 16 et 17 mars 2016, l’AFEPTB a organisé un séminaire technique à l’attention de l’ensemble des agents des EPTB. L’organisation de séminaires techniques constitue une initiative nouvelle de l’AFEPTB. Cela fait suite à des discussions sur les groupes de travail thématiques qui se réunissaient de manière régulière par le passé. L’idée est désormais de proposer 2 temps de 2/3 jours par an à l’ensemble des agents des EPTB sur plusieurs thématiques et de manière transversale. Les objectifs poursuivis sont de mieux se connaître et de travailler sur des dossiers transversaux. Les séminaires alternent des interventions spécialisées, des retours d’expériences, des échanges et temps de co-construction

Knowledge and experiences sharing on an experimental farm station : New roles and postures

The agroecological transition is embedded in the lexical field of worlds of the unavoidable, the imperative, the future, but few places are dedicated to give it a flesh and concrete existence, a "tried-and-true" guarantee. The INRA experimental farm station of Mirecourt (Vosges, eastern France) is trying to do so by opening the doors to a large audience of their autonomous mixed-crop dairy system experiment, entirely certified on its 240 ha in organic farming since 2004. For 10 years, between 700 and 800 visitors (students in technical and higher education, farmers, and AKIS actors) coming mainly from the Eastern part of France but also from other regions of France and Belgium, were received each year, corresponding to about 20-25 days/yr. It is less conventional farm visits or information days about research trials, and more days of exchanges and share of multiple forms of knowledge, know-how and experiences, to support a transition toward more autonomous farming systems. Since 2016, the knowledge exchage days are the subject of a social experiment aiming to depict, by the INRA practitioners themselves, a pragmatic research, a science in the making, living uneven, humble to restitute complexities, variabilities and uncertainties inherent to autonomous agricultural systems that to do not without but do with the environment. The device has allowed to try many modes for knowledge-sharing, varying situations to relfect environmental and work conditions (fields, nearby animals, the parlour...) and facilitating dialogue and debate with different discussion partners bearers of specific knowledge, and professional and ethical standards. Participants describe action routines or exceptional experiences, track records, experimental results, visions, or whether change in attitudes, by the means of different media that speak for themselves : stroytelling, photos, facts and fugures, graphs, markers, indicators from everydays life...Focus are, more often on the process than on the results that are site-precific, and on the "doing" as many as the "thinking". Intellectual, social, technical and material pathways are maid visible and reveal unresolved issues, difficulties, mistakes and unexpected levers, seen as potentially useful resources for practitioners looking for more autonomy. In the pedagogy field, the issue involved here is to foster the inter-comprehension, to build a collective negotiation on the coherence of the scientific and pragmatic choices and of the meanings of results to contribute to an active appropriation and an informed cristicism on urgent societal issues. In this regard, experiential learning and socio-cognitive conflicts are encouraged by maximising times for peer exchanges in small groups and learning in context, with a particular attention given to observation, and more broadly to a sensitive environment

Conception d'un dispositif de partage de savoirs et d'expériences sur l'installation expérimentale de l'INRA de Mirecourt pour accompagner la transition agro-écologique

Entre 2016 et 2018, nous avons conduit une expérimentation sociale sur l'installation expérimentale de Mirecourt (Vosges) qui visait à accompagner la transition agro-écologique en explorant de nouvelles façons de produire, capitaliser et partager des savoirs et expériences. 1000 participants (agriculteurs, conseillers, étudiants en enseignement technique et supérieur en agriculture) furent reçus en visite pour découvrir et échanger avec les praticiens de l'INRA autour d'une expérimentation système sur l'autonomie et l'économie en polyculture-élevage. Nous avons conçu, mis en œuvre et analysé un dispositif original, centré sur l'apprentissage des visiteurs, et mobilisant e récents développement dans le champ des sciences de l'éducation pour enseigner l'agro-écologie (phénoménologie, dialogue, didactique des questions socialement vives...). Les modalités d'interaction avec les visiteurs ont été co-construites avec les différents praticiens de la station afin d'élaborer des situations qui reflètent au mieux leurs conditions de travail et une variété de supports parlants pour eux-mêmes (photos, notes, graphiques, indicateurs, récits...) pour montrer comment ils agissent et analysent ces situations. Ainsi, une diversité de savoirs, de valeurs et de vécus sont articulés et rendent comptent d'une recherche pragmatique, d'une science en train de se faire, vivante et humble ; à même de restituer la complexité, la variabilité et les incertitudes inhérentes à la conduite de systèmes autonomes. Ce sont autant les processus que les résultats qui sont mis en discussions. Les chemins intellectuels, sociaux, techniques et matériaux sont rendus visibles et révèlent des questions non résolues, et des difficultés mais aussi des leviers qui peuvent être des ressources utiles à une diversité d'usagers. Cette étude montre d'intéressants résultats en termes d'apprentissages sur le fonctionnement de systèmes autonomes et économes et de renforcement des capacitations citoyennes. 65 % des répondants à une évaluation ex-post du dispositif par le biais du questionnaire déclarent une ou des intentions d'usage

Organic farming and water quality in the Seine watershed : characterization of agricultural practices and territorialized applications

L’agriculture intensive qui caractérise le bassin de la Seine depuis une cinquantaine d’années est basée sur la généralisation de l’usage des engrais de synthèse et des pesticides et la rupture de la complémentarité culture-élevage. Ce mode d’agriculture compromet aujourd’hui gravement la qualité des eaux souterraines et de surface, notamment par la contamination nitrique. La mise en œuvre d’alternatives qui permettraient de concilier production agricole et respect de la qualité de l’eau se heurte à beaucoup d’entraves, de nature techniques et sociales. Sur le plan technique, le manque de données de références et d’indicateurs rigoureux permettant d’évaluer les performances agronomiques et environnementales de systèmes agricoles alternatifs, est un frein majeur. Le premier objectif de cette thèse est donc de développer un cadre conceptuel solide pour évaluer ces performances en termes de capacité productive et de risque de lixiviation nitrique, à travers le bilan d’azote des sols. Nous avons tout d’abord établi, sur base d’une méta-analyse des données de la littérature, des relations robustes pour l’estimation de la quantité d’azote fixée par les légumineuses qui jouent un rôle essentiel dans la fertilisation des systèmes d’agriculture biologique. Nous avons alors pu étudier la relation fertilisation/rendement/surplus des systèmes agricoles, d’une part pour établir leurs trajectoires d’évolution dans 124 pays au cours des 50 dernières années à travers les données de la FAO, d’autre part pour comparer les performances agro-environnementales des principales rotations biologiques rencontrées dans le bassin de la Seine avec celles des rotations pratiquées en agriculture conventionnelle raisonnée. Nous avons enfin établi sur une base empirique la relation qui existe entre surplus, lixiviation et concentration des eaux de drainage sous terres arables et prairies permanentes. Nous montrons dans une seconde partie comment le cadre conceptuel d’analyse technique ainsi développé peut être utilement appliqué dans des territoires particuliers pour éclairer et orienter des logiques d’acteurs et crédibiliser certaines alternatives qui puissent nourrir une nécessaire transition vers des agrosystèmes plus durables. Une analyse détaillée de la situation des captages de la Plaine du Saulce, qui alimentent la ville d’Auxerre, et celle du champ captant de Flins-Aubergenville, qui fournit en eau potable l’Ouest parisien, est ainsi présentée. Des scénarios alternatifs, allant au-delà des simples aménagements de pratiques, sont proposés, en tenant compte du contexte géographique et hydrogéologique propre à chaque cas d’étude.The intensive agriculture characterizing the Seine watershed since half a century is based on the generalization of the use of synthetic fertilizers and pesticides and by the rupture of the connection between crop and livestock systems. This system is nowadays compromising ground- and surface water quality, namely through nitrate contamination which mostly originates from agricultural losses. The implementation of technically proven and socially acceptable alternatives, allowing reconciling agricultural production and water quality preservation, encounters lots of obstructions of technical and social nature. From a technical point of view, sound reference data and rigorous indicators are lacking to assess the agronomical and environmental performance of alternative agro-systems. The first objective of this thesis is therefore to develop a sound conceptual framework to evaluate the productive capacity and the risk of nitrate lixiviation of agro-systems, through an improved version of the nitrogen soil surface balance. We first developed, based on a meta-analysis of the literature, robust relations to determine symbiotic nitrogen fixation by grain and forage legumes crops, which plays a central role in organic farming systems. We then could establish the relationship between total N fertilization, harvested yield and surplus of agro-systems, in order (i) to draw the trajectories of 124 countries over 50 years based on FAO data, and (ii) to compare the performance of the main organic crop rotations of the Seine basin and those of the conventional ‘reasoned’ agriculture. Finally, we established an empirical relationship linking N surplus, lixiviation and nitrate concentration in drainage water for arable land and permanent grassland. We show in a second part of this thesis how this conceptual framework of analysis can be useful in particular territories to highlight and guide stakeholder action, as well as to make more credible some alternatives which can feed the necessary transition toward more sustainable agro-systems. We analyze the situation of the drinking water abstraction areas of La Plaine du Saulce, supplying the city of Auxerre (Burgundy) as well as that of Flins-Aubergenville, supplying the western part of Paris agglomeration. We elaborate alternative scenarios for these regions, going much farther than the mere improvement of agricultural practices, and taking into account the peculiar geographical and hydro-geological context of each study case

Agriculture biologique et retour de l'élevage en régions de grande culture pour restaurer la qualité de l'eau

National audienceEn zone de grande culture spécialisées, les systèmes de production céréaliers intensifs basés sur une fertilisation presque exclusivement minérale et l'usage systémique de pesticides, compromettent gravement la qualité des ressources en eaux souterraines et de surface pour la consommation humaine et la santé des écosystèmes aquatiques. L'agriculture biologique qui proscrit l'usage d'intrants de synthèse apparaît comme une alternative crédible pour concilier production agricole et production d'eau de qualité. Néanmoins, les exploitations bio montrent la même spécialisation régionale que l'agriculture conventionnelle. Outre les problèmes de fertilité des sols que pose cette spécialisation, la rupture de la complémentarité culture-élevage peut également engendrer des risques pour la qualité de l'eau en AB, par un recours massif à des sources d'azote organiques exogènes à minéralisation rapide (fientes de poules, vinasses, etc.), et surtout par l'absence de débouchés pour les légumineuses fourragères, qui broyées et laissées sur place alimentent un surplus d'azote lixiviable (Anglade et al., 2015). Sur l'exemple de deux petits territoires emblématiques de ces régions spécialisées, jadis occupées par une polyculture-élevage traditionnelle, le bassin de l'Orgeval en Brie Laitière, et l'aire d'alimentation de captage (AAC) de la Plaine du Saulce dans les plateaux de Bourgogne, nous comparons les performances agro-environnementales des systèmes actuels (pratiques courantes et optimisation réglementaire de la fertilisation minérale), et de systèmes alternatifs (grandes cultures biologiques et polyculture-élevage biologique)). Le cadre conceptuel d'analyse est basé sur une description territoriale des flux d'azote, en adaptant le concept de bilan d'azote des sols sur l'ensemble d'un cycle de rotation culturale pour évaluer de manière négative, la fertilisation totale (engrais de synthèse et organiques, fixation symbiotique, dépôts atmosphériques) (F), la production totale récoltée (Y), l'efficience d'utilisation de l'azote (NUE=Y/F), et le surplus (S=F-Y) non valorisé par la production susceptible d'être lixivié. Nous montrons ainsi sur ces territoires que l'agriculture raisonnée (même ajustée au plus près des besoins de la croissance végétale et avec implantation de CIPAN) ne garantit pas l'infiltration de flux sous-racinaires compatibles avec la norme de potabilité. En revanche, la re-conception de systèmes de production biologiques, visant à la fois la reconnexion avec l'élevage (élevage ovin dans l'Auxerrois (Anglade et al. accepté) et élevage laitier dans la Brie (Garnier et al., 2016), l'autonomie azotée et la diversification des cultures constitue la meilleure voie pour réconcilier production agricole et production d'eau de qualité. La comparaison des scénarios prospectifs avec l'état des systèmes agricoles en 1955, montre des performances productives nettement supérieures car bénéficiant des progrès de l'agronomie et de l'agro-écologie

Reconquérir la qualité de l'eau en région de grandes cultures : agriculture biologique et reconnexion avec l'élevage

National audienceLong-term monitoring of nitrate fluxes has been carried out in two catchment areas, one in the Brie dairy region and the other on the Burgundy plateau. The results show that rain production systems -even those in which mineral fertilisers are carefully adjusted to track plant needs- lead to nitrogen loss and thus compromise continued water quality. Consequently, which alternative production systems should be employed ? Using the soil surface balance (SSB) mehtod, it is possible to estimate the long-term environmental loss of nitrogen from given production systems. Here, we thus evaluated pre-industrial systems utilised in the 1950s, intensive and organic farming systems utilised at present. Organic mixed crop-livestock systems lost less nitrogen while maintaining respectable levels of agricultural performance. Such systems could be used to produce cheese (Brie) or sheep (Burgundy).Le suivi sur une longue période des flux de nitrates de deux aires d'alimentation de captages, en Brie laitière et dans le Plateaux de Bourgogne, montre que le respect des normes du Comifer ne suffit pas pour préserver la qualité de l'eau souterraine avec les systèmes de production actuels. Quels systèmes de production alternatifs envisager ? Différentes pistes sont explorées. Le bilan de surface d'azote permet d’évaluer sur le long terme les pertes environnementales d'azote d'un système de production. Dans les deux zones étudiées (bassin de l'Orgeval et Plaine de Saulce), les systèmes de production céréalières, même avec une fertilisation minérale ajustée au plus près des besoins des plantes, conduisent à des pertes d'azote incompatibles avec la pérennité de la qualité de l'eau. Différents systèmes sont ainsi évalués (les systèmes existant dans les années 50, les systèmes actuels intensifs et en agriculture biologique). Les systèmes de polyculture-élevage biologiques (basés sur la fixation d'azote par les légumineuses fourragères) ont des pertes encore inférieures, tout en présentant des performances agronomiques intéressantes. Ils pourraient être mis en place, avec production de Brie ou élevage ovin respectivement dans ces 2 territoires

« La Terre » de Zola, une histoire biogéochimique de la Beauce au XIXe siècle

Le bassin de la Seine a longtemps constitué l’hinterland nourricier de l’agglomération parisienne. Aujourd’hui, les pollutions diffuses liées à l’usage de pesticides et engrais chimiques ainsi qu’à la concentration des ateliers d’élevage, entrainent notamment la fermeture de nombreux captages d’eau potable et l’eutrophisation des zones marines côtières. Cette étude vise à reconstituer une image biogéochimique de la Beauce, à la fin du XIXe siècle, entre grandes exploitations progressistes (200 ha) et petits héritages parcellaires traditionnels (moins de 10 ha). Les performances agronomiques et environnementales de ces systèmes sont évaluées en reconstruisant les bilans d’azote des sols à partir des statistiques agricoles historiques et des éléments sur la vie rurale et les pratiques agricoles contenus dans le célèbre roman naturaliste d’Émile Zola, La Terre. La céréaliculture avait alors déjà pris un essor formidable avec l’abandon de la jachère au profit d’une sole de légumineuses fourragères fixatrices d’azote valorisées par le bétail qui assurait via ses déjections le transfert de cet azote vers les terres labourables. Nous montrons que dans ces systèmes de polyculture-élevage les flux d’azote étaient équilibrés et les pertes environnementales minimes, garantissant une bonne qualité des eaux infiltrées. Dans les grands domaines, la diminution des surfaces en prairies (qui ne représentaient plus que 10 % de la surface agricole utile) et la mécanisation ont permis d’accroître considérablement la capacité commerciale d’exportation céréalière et du territoire, avec 1460 kgN/km²/an soit 98 % de la production céréalière, et ainsi de soutenir la population urbaine grandissante de la révolution industrielle.The Seine watershed has long been the foodshed of Paris city. Nowadays, diffuse pollutions from agricultural land due to the use of pesticides, synthetic fertilizers, and the concentration of animal husbandry, endanger drinking water resources and lead to costal eutrophication problems. In this study, we attempt to reconstruct a biogeochemical history of the ‘Beauce’ region, at the end of the nineteenth century, between large progressive agricultural domains (200 ha) and small familial farms (less than 10 ha). The agronomic and environmental performances of those systems are assessed using the soil surface balance method based on the analysis of data from historical production statistics and several aspects of rural life and agricultural practices detailed in the famous ‘naturalist’ novel, La Terre, by Emile Zola. Wheat farming had already increased with the replacement of the traditional fallowing practice by leguminous nitrogen-fixing hay recycled by the livestock which transferred this nitrogen to arable land via grazing and manure application. The results show that nitrogen fluxes were approximatively in balance in those mixed-farming systems, thus minimizing nitrogen environmental losses and ensuring good water quality. In the large landing estates, the reduction in the area under natural grasslands, to around 10 % of the agricultural land use, together with mechanization, allowed to increase the commercial potentiality of cereal export, reaching 1460 kgN/km²/yr, i.e. 98 % of the production. This allowed to sustain the food demand of the growing urban population of the Industrial Revolution