Modélisation multi-échelle des dynamiques de l'eau et de l'azote dans les systèmes agricoles : relier les échelles parcellaire et exploitation pour concilier performance économique et résilience environnementale

Les systèmes agricoles sont confrontés à des défis croissants liés aux changements climatiques, à la préservation des ressources naturelles et à la transition vers des modes de production plus durables. Dans ce contexte, il devient essentiel de mieux comprendre comment les pratiques agricoles influencent les cycles biogéochimiques et le fonctionnement des agroécosystèmes afin d'améliorer leur résilience. En France, la ferme expérimentale de Lamothe (E.I. PURPAN, Seysses, sud-ouest de la France) dispose de données agronomiques et environnementales acquises sur le long terme, notamment sur le drainage, la lixiviation et les performances agronomiques de différents systèmes de culture. Une première dynamique de modélisation mobilisant le modèle STICS a récemment été engagée dans le cadre d'un stage de master, ouvrant de nouvelles perspectives pour l'analyse intégrée des dynamiques de l'eau et de l'azote. Au Canada, les travaux menés par Agriculture et Agroalimentaire Canada, notamment au Centre de recherche et de développement de Québec, s'appuient sur des dispositifs expérimentaux et des expertises portant sur les systèmes de polyculture-élevage, la santé des sols, le stockage du carbone, les émissions de gaz à effet de serre et les impacts des changements climatiques sur les agroécosystèmes. Plusieurs travaux ont également mobilisé STICS pour analyser les rendements, les bilans hydriques et les flux d'azote dans différents contextes pédoclimatiques canadiens. Le projet PERMANENCE a notamment permis d'étudier les effets de la diversification des rotations et de différentes stratégies de gestion sur les performances agronomiques, environnementales et la santé des sols dans les exploitations agricoles québécoises. Les bases de données constituées offrent un potentiel important pour développer des approches de modélisation permettant de quantifier les dynamiques de l'eau et de l'azote et d'évaluer la capacité d'adaptation des systèmes agricoles. À l'échelle de l'exploitation, le modèle d'optimisation linéaire N-CyCLES, codéveloppé par l'Université Laval et l'Université du Wisconsin, permet de représenter de manière intégrée les flux de nutriments et le fonctionnement technico-économique des exploitations agricoles. Il offre ainsi une possibilité de traduire les processus et résultats simulés à l'échelle parcellaire en indicateurs de performance, de durabilité et de résilience à l'échelle de l'exploitation. Les modèles de culture tels que STICS permettent de représenter finement les interactions entre sol, culture, eau et azote à l'échelle de la parcelle, tandis que N-CyCLES apporte une vision intégrée du fonctionnement de l'exploitation. Les liens entre ces deux niveaux d'organisation restent toutefois encore peu explorés. La thèse vise ainsi à développer une approche multi-échelle permettant d'articuler les processus simulés à l'échelle parcellaire et le fonctionnement global des exploitations agricoles dans des contextes contrastés entre la France et le Canada. Le projet s'appuiera sur deux ensembles de dispositifs expérimentaux complémentaires : la ferme expérimentale de Lamothe en France, où seront mobilisées des données historiques et réalisées des observations complémentaires, et les dispositifs expérimentaux du projet PERMANENCE au Canada. École doctorale : SEVAB - Sciences Ecologiques, Vétérinaires, Agronomiques et Bioingenieries Direction : Marie-Hélène ROBIN Financement : MSCA COFUND BEST