Design of cropping systems combining production and ecosystem services : developing a methodology combining numerical modeling and participation of farmers. Application to coffee-based agroforestry in Costa Rica

Face aux besoins croissants pour une production agricole durable, les systems de culture evoluent vers des systemes qui accomplissent des objectifs environnementaux et agricoles multiples. La recherche en conception de systemes de cultures (CSC) s'interesse a l'effet des pratiques et de l'environnement sur les systemes de culture et leur performance. L'interaction entre production et services ecosystemiques, et la quantification de ces relations, sont un aspect cle de ce domaine de recherche. Une variete d'approches ont ete theorisees, tels que l'utilisation de modeles et la mobilisation de connaissances expertes. Les modeles permettent de tester rapidement et a faible cout l'effet de pratiques agricoles dans une variete de conditions, mais l'application de conclusions theoriques a la parcelle peut etre limitee par des contraintes locales ainsi que des obstacles a la communication chercheur-agriculteur. Mobiliser les agriculteurs et autres acteurs pertinents pour la CSC peut aider a surmonter ces obstacles ; cependant, cela limite l'innovation au cadre des connaissances expertes.L'objectif de cette these est de combiner la modelisation et des methodes participatives pour une methode de CSC qui exploite le potentiel de la modelisation numerique tout en s'assurant que les solutions proposees prennent en compte les contraintes environnementales et socioeconomiques. Apres avoir revu l'etat d'avancement de la recherche en prototypage et en CSC, nous proposons un cadre methodologique divise en quatre parties ; a) combiner une typologie des pratiques et un modele conceptuel pour evaluer la diversite des pratiques, contraintes et trade-offs dans une zone de production ; b) acquerir des donnees de terrain pour quantifier les trade-offs pertinents entre production et services ecosystemiques ; c) selectionner et preparer un modele numerique approprie pour simuler les effets des pratiques sur la production et l'apport de services ; et d) evaluer si l'interaction d'agriculteurs avec le modele numerique peut generer des systemes de culture potentiels qui repondraient aux objectifs agro-environnementaux posees (apport d'un service ecosystemique) ainsi qu'etre acceptables pour les agriculteurs qui les adapteraient a l'experimentation dans leurs parcelles.The systemes agroforestiers a base de cafe (cafes/arbres d'ombrage) du Costa Rica central ont etes le systeme de culture choisi pour repondre a ces questions. Les systemes agroforestiers offrent de nombreuses occasions d'etudier et evaluer les services ecosystemiques apportes, en plus de la production principale. L'association de deux cultures perennes place l'evaluation de la performance a long terme et de la durabilite des systemes au centre de la question. La culture du cafe au Costa Rica fait vivre une part importante de la population, et est aussi basee sur la gestion intensive d'une culture a haute valeur d'exportation, vulnerable aux fluctuations des prix sur le marche mondial ainsi qu'au changements climatiques. Des pentes raides et une saison des pluies importante creent des problemes d'erosion significatifs ; cependant, certaines pratiques de controle de l'erosion (utilisation d'arbres d'ombrage et d'adventices) impactent la production de cafe. La reconciliation de ces deux aspects nous offrent l'occasion de tester notre cadre methodologique dans une situation ou une solide argumentation technique serait necessaire pour encourager les experimentations dans les parcelles. Enfin, le dernier chapitre porte une reflexion d'ensemble sur l'importance de choisir et preparer correctement un modele agronomomique adequat, les application potentielles de cette methodologie, ainsi que les recommandations que nous avons pu effectuer en termes de pratiques de controle de l'erosion dans la zone d'etude.