Effets des conditions environnementales et des pratiques culturales sur les flux de carbone et d'eau dans les agrosystèmes

Les agrosystemes representent une importante part des terres emergees (plus d'un tiers de la surface au sol en Europe) et sont au cœur de nombreuses problematiques de developpement durable. Ils sont consommateur d'eau et produisent des gaz a effet de serre (GES) qui contribuent aux changements climatiques en cours, ceux-ci ayant en retour des impacts encore difficiles a prevoir sur le fonctionnement et la gestion des agrosystemes. L'etude des cycles biogeochimiques au sein des agrosystemes est donc fondamentale. Le principal objectif de ces travaux de these a ete d'etudier le fonctionnement carbone et hydrique des agrosystemes a partir du suivi de la vegetation (phenologie, biomasse, surface foliaire) et de mesures micro meteorologiques d'echanges de matiere (CO2, H2O) et d'energie a l'interface entre le systeme sol/couvert et l'atmosphere sur deux parcelles agricoles experimentales situees au Sud Ouest de Toulouse. L'ensemble de ces travaux a permis de montrer que la mesure des flux par la methode des fluctuations turbulentes (EC) permet de quantifier les bilans de carbone et d'eau des agrosystemes et d'etudier certains des processus physiques et ecophysiologiques a l'origine des differents flux. A partir de ces mesures, une analyse des flux et bilans d'eau et de carbone a ete effectuee. Une methode de calcul des ecobilans integrant les emissions de GES liees aux pratiques culturales a ete etablie pour nos sites et appliques aux parcelles experimentales de cultures du reseau Europeen CarboEurope-IP, representant un panel important de cultures et de pratiques culturales. Les mesures annuelles de flux net de CO2 a l'interface sol/couvert et atmosphere ont montre que les agrosystemes se comportent le plus souvent comme des puits atmospheriques de carbone. Cependant, la prise en compte des imports de carbone (fertilisation organique et semences) et des exports de carbone au moment de la recolte en plus des mesures de flux net vertical au dessus de la parcelle a permis de montrer que le bilan de carbone des cultures correspond rarement a un puits et que le plus souvent il est une source de carbone pour l'atmosphere (127 ± 243 g C m-2 an-1 pour 41 annees-sites du reseau CarboEurope-IP). En moyenne, pour ces 41 annees-sites etudies, le flux net vertical de CO2 representait 37 % du bilan de carbone (soit 88 % des entrees de carbone dans la parcelle), les apports de carbone sous forme de fertilisation organique et de semences representaient 5 % du bilan (soit 12 % des entrees de carbone) et les exports de carbone au moment de la recolte representaient 58 % du bilan. Les emissions de GES liees aux pratiques culturales representaient en moyenne seulement 7.6 % du bilan de GES. Ces resultats montrent qu'il est donc fondamental de considerer les flux biospheriques de CO2 (qui representent 88 % des entrees de carbone) dans le bilan annuel de GES de la parcelle sans quoi ce bilan serait tres fortement surestime. L'efficience de l'utilisation de l'eau (WUE) a ete abordee a travers des points de vue agronomiques (production de biomasse par quantite d'eau evapotranspiree) et environnementaux (production nette de carbone de l'ecosysteme par quantite d'eau evapotranspiree). Ces approches pouvaient parfois produire des resultats contradictoires dans le cas de cultures avec de fortes exportations de biomasse (cas du mais utilise pour l'ensilage par exemple) et doivent donc etre precautionneusement pris en compte dans l'optique d'une gestion durable des agrosystemes. Finalement les mesures de flux ont permis 1) de tester une premiere version du modele ICASTICS qui permettra de mieux comprendre les processus et de simuler les differentes composantes des flux nets d'eau et de carbone des agrosystemes pour une gamme importante de cultures, de modes de gestions et de conditions climatiques. 2) de faire evoluer le modele SAFY pour qu'il puisse calculer des flux et bilans d'eau et de carbone a des echelles superieures a celles de la parcelle, en utilisant des donnees de teledetection, dans une perspective de gestion des ressources.