Stage : Modélisation des flux dans un système polyculture–élevage bovin laitier

Vous exercerez votre activité au sein de l’Unité Mixte de Recherche sur les Herbivores (UMRH). Cette Unité a pour mission de produire, d’intégrer et de diffuser des connaissances, ainsi que de partager son expertise afin de concevoir des systèmes d’élevage herbivores multi-performants répondant aux enjeux des changements globaux (environnementaux, socio-économiques et de transition numérique). L’Unité compte 118 agent.e.s titulaires et accueille chaque année environ 70 personnes non permanentes. Elle est organisée en quatre équipes de recherche, une équipe de direction et une équipe d’appui. Vous travaillerez au sein de l’équipe Systèmes d’Élevage, Transition Agroécologique, Résilience et Qualité des Produits (STARQ) et de l’équipe Digestion, Nutrition, Aliments, Métabolisme, Microbes (DINAMIC). Vous serez également amené.e à interagir avec des chercheur.euse.s et ingénieur.e.s d’autres Unités INRAE telles que l’Unité Expérimentale Fourrages, Ruminants, Environnement (Ferlus), l’Unité Mixte de Recherche Sol Agro et hydrosystème Spatialisation (SAS) et l’Unité Mixte de Recherche Physiologie, Environnement et Génétique pour l'Animal et les Systèmes d'Élevage (PEGASE).  Le projet sur lequel vous serez impliqué.e vise à comprendre et modéliser les interactions entre les flux d’azote et les signatures isotopiques naturelles de l’azote (δ¹⁵N) dans un système expérimental de polyculture–élevage bovin laitier.  L’azote est un élément essentiel à la productivité des agroécosystèmes mais son usage accru au cours du dernier siècle a conduit à une forte baisse de son efficience d’utilisation. Une fraction importante de cet azote est perdue dans l’environnement, contribuant à l’eutrophisation des eaux (lixiviation de nitrate), à la dégradation de la qualité de l’air (volatilisation d’ammoniac) et au changement climatique (émissions de protoxyde d’azote). L’amélioration de l’efficience d’utilisation de l’azote et le renforcement du bouclage de son cycle constituent des leviers essentiels pour réduire ces pertes et améliorer la durabilité des systèmes agricoles. L’azote est un élément naturellement présent sous la forme de deux isotopes stables : l’isotope léger, 14N (99,63 %), et l’isotope lourd, 15N (0,37 %). L’analyse du δ¹⁵N constitue une approche prometteuse pour évaluer le bouclage du cycle de l’azote. En effet, les micro-organismes qui transforment l’azote, par exemple lors de la décomposition de la matière organique ou de la nitrification, préfèrent généralement le ¹⁴N, plus léger, laissant ainsi davantage de ¹⁵N dans le substrat restant. Plus généralement, les réactions associées aux pertes d’azote, telles que la nitrification, la volatilisation de l’ammoniac ou la dénitrification, favorisent l’isotope léger ¹⁴N par rapport au ¹⁵N. Ces processus peuvent donc s’accompagner de fractionnements isotopiques marqués, se traduisant par un appauvrissement relatif en ¹⁵N des formes d’azote perdues, notamment gazeuses, et un enrichissement relatif en ¹⁵N des compartiments résiduels, tels que les sols, les plantes et les animaux.  Parmi ces compartiments, les sols et les poils animaux présentent un intérêt particulier car leur dynamique relativement lente leur permet d’intégrer l’histoire du cycle de l’azote et d’enregistrer des signatures isotopiques indiquant son degré d’ouverture ou de fermeture dans les systèmes d’élevage (Kriszan et al., 2014). Cependant, la complexité des processus déterminant les signatures en ¹⁵N rend leur interprétation encore peu documentée. L’enjeu est ainsi de relier les dynamiques rapides du cycle de l’azote aux dynamiques plus lentes et intégratives enregistrées dans les sols et les poils animaux, afin de mieux comprendre les déterminants du δ¹⁵N et d’évaluer son potentiel comme indicateur de l’efficience et du degré de fermeture du cycle de l’azote. Ce stage s’inscrit dans le projet de recherche NATAN15 visant à analyser et modéliser les interactions entre dynamiques rapides et lentes du cycle de l’azote dans les systèmes d’élevage. Ce projet a pour objectif d’évaluer le potentiel du δ¹⁵N des poils de ruminants et des sols comme indicateurs intégrés de l’efficience et du degré de fermeture du cycle.  Il s’appuie sur le dispositif OasYs en polyculture–élevage bovin laitier, en comparant deux zones contrastées sur 12 mois :  une zone pâturée, où les dépôts directs devraient limiter les pertes gazeuses ; une zone fauchée, où l’épandage de déjections stockées préalablement devraient les accentuer.  Différents compartiments (sols, plantes, poils, effluents) liés à l’utilisation de ces zones ont été échantillonnés et sont en cours d’analyse pour leur δ¹⁵N. L’objectif du stage proposé sera d’adapter un modèle mécaniste multi-compartimental existant (Poupin et al., 2014) au contexte du projet afin de décrire l’évolution temporelle des signatures isotopiques du ¹⁵N dans des compartiments intégrateurs (poils, sols) à partir de la dynamique des flux d’azote, et ainsi d’évaluer le potentiel de ces signat