Evaluation de scénarios de gestion paysagère de l’azote par modélisation en bassins versants agricoles


 AHLeGall    14/09/2018 : 21:55

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Le vendredi 14 septembre 2018 à 10:30, en salle de conférence STLO (Agrocampus Ouest, Rennes, bât 31), Laurène Casal soutient sa thèse intitulée "Evaluation de scénarios de gestion paysagère de l’azote par modélisation en bassins versants agricoles"

Le vendredi 14 septembre 2018 à 10:30, en salle de conférence STLO (Agrocampus Ouest, Rennes, bât 31), Laurène Casal soutient sa thèse intitulée "Evaluation de scénarios de gestion paysagère de l’azote par modélisation en bassins versants agricoles"



Le jury est composé de :

Professeur d’Agrocampus-Ouest : Christophe Cudennec, Professeur, Agrocampus-Ouest, Rennes

Rapporteur : Véronique Gouy, IDAE, IRSTEA, Villeurbanne

Rapporteur : François Laurent, Professeur, Université Le Mans, Le Mans

Examinateur : Flavie Cernesson, Maitre de Conférences, AgroParisTech, Montpellier

Directeur de thèse : Patrick Durand, Directeur de recherche, INRA, Rennes

Co-Encadrante : Françoise Vertès, Docteur, INRA, Quimper

Invité : François Laurent, Ingénieur, Arvalis, Boigneville



Résumé

Les problèmes liés à l’excès d’azote réactif dans l’environnement, généré par l’activité agricole, sont toujours une préoccupation majeure en France malgré la mise en place de réglementations contraignantes. Dans un contexte de maintien de la production agricole et de nécessité de tendre vers une diminution de la pression azotée sur l’environnement, des leviers d’atténuation de ces flux ont été identifiés, puis leurs effets ont été simulés à l’aide de modèles via la mise en œuvre de scénarios.

Ce travail vise à élaborer des stratégies novatrices d’atténuation des flux d’azote, à l’échelle de paysages agricoles. Pour cela, la méthodologie mise en œuvre a consisté, à partir d’enquêtes de fermes, à simuler des scénarios i) d’optimisation des pratiques agricoles en accord avec le 5ème programme d’actions de la directive Nitrate et ii) d’aménagements paysagers du territoire et en particulier des zones environnementales (prairies fauchées non-fertilisées) en position d’interception (i.e. en zone riparienne humide) ou de dilution (i.e. en zones de source) des flux.

Deux sites d’études disposant d’un suivi long terme des débits, concentrations de nitrates journalières et pratiques culturales, et aux caractéristiques contrastées en termes de climat, de pédologie, de topographie et de système agricole, ont été sélectionnés pour la mise en œuvre des scénarios agricoles. Le site de Kervidy-Naizin (Bretagne) est dominé par un élevage intensif et une forte concentration de nitrate à l’exutoire, alors que le site d’Auradé (Gascogne) est caractérisé par un système de cultures annuelles et une relativement faible concentration de nitrate à l’exutoire. L’analyse de la réponse de ces deux bassins à la mise en œuvre des scénarios a été étudiée par modélisation grâce l’application d’un modèle par agro-hydrologique distribué (TNT2). Cette étude a été complétée par la suite, sur le site de Kervidy-Naizin, par la mise en œuvre du modèle Nitroscape (modèle agro-hydrologique spatialisé prenant en charge la simulation des flux atmosphériques). Enfin, une première étape vers le changement d’échelle a été entreprise en appliquant le modèle SENEQUE (modèle déterministe grande échelle) au site de Naizin (5 km²) et au bassin versant du Blavet (2000 km²).

Les résultats montrent l’intérêt de la mise en place de zones environnementales en position d’interception, en particulier sur le site breton, notamment du fait de sa forte charge en azote généralisée et de son fonctionnement hydrologique dominé par des circulations de sub-surface. Les différences entre les deux sites d’étude soulignent l’importance d’adapter les mesures au contexte local, tandis que les différences entre modèles plaident pour la recherche d’une bonne adéquation entre les formalismes de modélisation et le type de questions posées, en termes d’échelle et de mesures testées.

Mots clés : Modèle agro-hydrologique ; pollution agricole diffuse ; stratégie d’atténuation spatialisée ; Bretagne ; Gascogne



Abstract

Issues related to the excess of reactive nitrogen in the environment, generated by agricultural activity, are still a major concern in France despite the implementation of restrictive regulations. In the context of sustaining agricultural production and reducing nitrogen pressure on the environment, mitigation strategies were identified, then their effects were simulated using models in a scenario analysis approach.

This work aims to develop innovative nitrogen mitigation strategies at the scale of agricultural landscapes. The methods used consisted of farm surveys and the simulation of the following scenarios i) optimisation of agricultural practices in accordance with the 5th action programme of the Nitrate Directive ii) consideration of landscape management as environmental zones (non-fertilised grasslands) in an interception position (i.e. along the riparian zone) or in a position of dilution (i.e. in headwater zones) of flows.

Two study sites with long-term monitoring (flow rates, daily nitrate concentrations and cultivation practices) and contrasting characteristics (in terms of climate, soil, topography and agricultural system) were selected for the implementation of the agricultural scenarios. The Kervidy-Naizin (Brittany) catchment is dominated by intensive livestock farming and high concentrations of nitrate at the outlet, while the Auradé (Gasgogne) catchment is characterized by annual cropping and a relatively low concentration of nitrates at the outlet. The analysis of the response of these two basins to the implementation of the scenarios was studied by modelling through the application of a distributed agro-hydrological model (TNT2). This study was subsequently completed at the Kervidy-Naizin site by the application of the Nitroscape model (spatialized agro-hydrological model supporting the simulation of atmospheric flows). Finally, a first step towards upscaling was undertaken through the application of the SENEQUE model (large-scale deterministic model) to the Kervidy-Naizin site (5km²) and the Blavet catchment (2000km²).

The results show the benefits of setting up environmental zones in an interception position, especially on the Breton site, in particular because of its high nitrogen load and its hydrological setting dominated by sub-surface circulation. The differences between the two study sites highlight the importance of adapting the measures to the local context, while the differences between models call for finding a good match between the modelling framework and the type of questions asked, in terms of scale and measures tested.

Key words : agro-hydrological model; non-point agriculture pollution; spatially targeted mitigation; Brittany; Gascogne



Contact OSUR :
Laurène Casal (SAS) / @


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