# Perspectives d'autonomisation alimentaire-électrique de l'île de La Réunion : enseignements de la modélisation spatiale dynamique et de l'anticipation participative

Valentin Russeil

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Valentin Russeil. Perspectives d'autonomisation alimentaire-électrique de l'île de La Réunion : enseignements de la modélisation spatiale dynamique et de l'anticipation participative. Sciences de l'environnement. Université de La Réunion, 2023. Français. NNT: . tel-04208226

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Submitted on 15 Sep 2023

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# THESE

*Pour obtenir le grade de*

**DOCTEUR EN AMÉNAGEMENT DE L'ESPACE ET URBANISME**

*Délivré par*

**L'ÉCOLE DOCTORALE « SCIENCES, TECHNOLOGIE, SANTÉ » DE L'UNIVERSITÉ DE LA RÉUNION**

**Perspectives d'autonomisation alimentaire- électrique de l'île de La Réunion : enseignements de la modélisation spatiale dynamique et de l'anticipation participative**

*Par*
**Valentin Russeil**

**Directeur de thèse :** Pr. Jean-Philippe PRAENE (Lab. PIMENT, Université de La Réunion - FR)

**Encadrement de thèse :** Dr. Danny LO SEEN (UMR TETIS, CIRAD - FR) & Dr. François BROUST (UR BIOWOOEB, CIRAD – FR)

**Rapporteurs :** Pr. Monica SIROUX (Université de Strasbourg - FR) & Pr. Hery Tiana RAKOTONDRAMIARANA (Université d'Antananarivo - MG)

**Examinateurs :** Dr. HDR Caroline TAFANI (Université de Corse - FR) et Dr. Thierry Brunelle (CIRED, CIRAD – FR)

*Un projet financé par l'ADEME – Thèse soutenue le 29/06/2023*
Résumé

Située dans l'océan Indien, l'île de La Réunion est une région d'outre-mer française présentant une forte dépendance alimentaire et énergétique aux importations, ce qui est une source critique de vulnérabilité en cas de dysfonctionnement des chaînes d'approvisionnement mondialisées. En croisant anticipation participative et modélisation spatiale et dynamique, il est possible de quantifier quelles marges d'autonomisation alimentaire et électrique le territoire d'étude pourrait atteindre.
Premièrement, en mettant l'accent sur les dynamiques d'usage des sols, cinq processus clés sont identifiés comme exerçant une influence locale sur l'autonomisation : diversification de la canne à sucre, urbanisation, conversion de friches agricoles, développement du photovoltaïque au sol et évolution des comportements des consommateurs. Deuxièmement, cinq scénarios sont co-construits avec des acteurs locaux, privilégiant tour à tour la production alimentaire, électrique, ou recherchant un compromis. Troisièmement, ces scénarios sont implémentés dans *ProdRun*, un modèle élaboré avec *Ocelet Modelling Platform*. En définitive, et sous réserve que certaines mesures ambitieuses de planification territoriale soient endossées par le complexe multi-acteurs, deux scénarios dessinent une autonomisation intégrée « alimentaire-électrique » entre 2019 et 2040 : de 28,4% à 41,3-55,1% pour la couverture des besoins alimentaires humains et de 33,8% à 48,4-52,9% pour les besoins électriques.

Abstract

Located in the Indian Ocean, Reunion Island is a French overseas region with a strong dependency towards importation for its food and energy requirements. This constitutes a critical vulnerability in case of globalized supply-chains' disruption. By crossing participatory foresight with dynamic spatial modelling, we quantify to which extent the studied territory may become more self-sufficient for food and electricity. Firstly, with a land-use perspective, five key processes with local influence on self-sufficiency are identified: sugarcane diversification, urbanisation, fallows conversion, on-ground photovoltaic development and consumers' behaviour evolution. Secondly, five scenarios are co-elaborated with local stakeholders, either focusing on food or electricity production, as well as seeking a trade-off. Thirdly, these scenarios are implemented in *ProdRun*, a model built with *Ocelet Modelling Platform*. Finally, under the condition that some ambitious measures are implemented by stakeholders, two scenarios meet an integrated "food-electricity" self-sufficiency increase between 2019 and 2040 in terms of coverage by local production: from 28,4% to 41,3-55,1% for food and from 33,8% to 48,4-52,9% for electricity.
Remerciements

La naissance de ce projet de thèse remonte à 2017, où de riches échanges en sortie d'école d'ingénieur et au ministère de l'Environnement avec les Pierre, Kévin, Pierre-Alexis, Marika, Lucien, Lorène, Pauline, Mathilde et Jérôme me permettent d'assembler les éléments qui viendront composer mon sujet : autosuffisance, enjeux alimentaires et énergétiques, notion de territoire.

De retour à La Réunion, Elodie, Sarah et Pierre-Yves de la SPL Horizon Réunion m'aident à mettre sur pied un premier projet. C'est finalement grâce au concours d'Anne-Lise, puis Muriel et Jean-Philippe du CIRAD que le projet final est mis sur pied et qu'un financement ADEME est obtenu. L'équipe finale d'encadrement du projet est montée pour m'accompagner patiemment jusqu'à la soutenance. J'ai ainsi la chance d'être encadré par trois chercheurs experts de la Réunion, de l'énergie, de la modélisation et des biomasses : Jean-Philippe du laboratoire PIMENT à l'Université de La Réunion, Danny du laboratoire TETIS du CIRAD et François du laboratoire BioWooEB du CIRAD. Sophie, également experte de l'énergie et des biomasses me conseille et fait le relais avec l'ADEME.

Le projet est lancé en octobre 2019. Des collègues de travail aussi compétents que débordants de bonne humeur me donnent le sourire chaque jour et stimulent mes réflexions : Vivien, Lorraine, Roxane, Raphaël, Jean-Philippe, Lionel, Mathieu, petit et grand Pierre, les Marie, Myriam, Tiago, Julia, Mickaël, Valérie, Jonathan, les Manon, Louis-Axel, Jérôme, Nikolaos... A intervalles réguliers, Claire, Sandrine, Fiona et Bruno participent à mon comité de thèse et me font profiter de leur expertise de chercheuses et chercheur accomplis pour m'aiguiller. L'excellent travail de Marion constitue une pièce indispensable de cette thèse (tant et si bien que tu verras ton nom apparaître un peu partout !). J'adresse enfin un immense merci à toutes les personnes rencontrées en entretien, en atelier et lors d'événements scientifiques, qui ont fait de mon travail une inoubliable expérience participative.

Au-delà de mes rencontres professionnelles, je ne serais pas allé loin sans une solide base arrière. Ma famille d'abord, mes parents surtout qui ont toujours partagé les joies comme les passages abrupts et à qui je dois, à bien des égards, de pouvoir écrire ces lignes aujourd'hui. À tous mes amis insulaires et ceux par-delà la mer, de toujours ou rencontrés en chemin, qui ont continué à m'inviter malgré mes multiples lapins posés, m'ont apporté tant de franches rigolades, de lumineuses nuits blanches, de randonnées et d'inventaires botaniques pendant ces 3 ans et demi : Leïla, Nicolas, les Marie, Maxence, Manue, Piet, Elsa, Paonie, Jordan, Valentin, Pauline, Lucie, Erwan, Kévin, Thomas, les Maelle, Marc, Romane, François, Adèle, Laurent, Chloé, Karine, Aurélien, Aubane, Cyril, Julien, Isabella, Jane...

Gratitudes particulières. Tena, hvala puno pticica, tu m'as donné l'élan pour suivre mes rêves et me lancer dans la thèse. Margot, ta douceur m'a soutenu pour achever le manuscrit et me projeter dans l'avenir en contemplant les fleurs de mahot avec poésie.

Aux autres compagnons-planteurs, paysans inspirants et autres semeurs de lien qui luttent contre vents et marées pour une île plus résiliente, plus écologique et conviviale, vous avez été une inépuisable source d'inspiration : Raymond, David, Fanny, Cédric, Coralie, Marie, Michel, les Joseph, Eno, Benoît, Boris, Edwige...

Aux parents de mes parents, et leurs parents avant eux, qui sans le savoir exploraient une vie au seuil de l'autosuffisance.

À Corentin, Eloane, Axelle, Coline, Lilwenn, Gwena et Sandrine, je nous souhaite un vivre-ensemble harmonieux sur ce petit caillou perdu dans l'océan.
Table des matières

<table><tr><td>Liste d'abréviations</td><td>6</td></tr><tr><td>Liste des figures</td><td>7</td></tr><tr><td>Liste des tableaux</td><td>9</td></tr><tr><td>Introduction générale</td><td>10</td></tr><tr><td>Chapitre I : Cadre contextuel et scientifique</td><td>15</td></tr><tr><td>1. Définitions principales</td><td>16</td></tr><tr><td>1.1 Autonomie alimentaire et autonomie énergétique</td><td>16</td></tr><tr><td>1.2 « Territoire » : entité d'intégration de l'autonomisation alimentaire-électrique</td><td>23</td></tr><tr><td>2. Problématisation du sujet d'étude</td><td>26</td></tr><tr><td>2.1 Contexte du territoire d'étude</td><td>26</td></tr><tr><td>2.2 Enjeux de l'autonomisation alimentaire-électrique dans le cas de La Réunion</td><td>35</td></tr><tr><td>2.3 Question de recherche, objectifs et hypothèses</td><td>42</td></tr><tr><td>Chapitre II : Méthodologie générale</td><td>46</td></tr><tr><td>1. Principaux outils et méthodes mobilisés</td><td>47</td></tr><tr><td>1.1 Modélisation spatiale et dynamique</td><td>47</td></tr><tr><td>1.2 Anticipation territoriale et participative</td><td>50</td></tr><tr><td>2. Méthodologie à l'interface entre approches de modélisation et d'anticipation</td><td>53</td></tr><tr><td>2.1 Phases participatives communes</td><td>53</td></tr><tr><td>2.2 Facteurs de changement, processus hypothèses d'anticipation et scénarios</td><td>59</td></tr><tr><td>Chapitre III : De l'usage des sols de chaque parcelle à la couverture des besoins du territoire</td><td>66</td></tr><tr><td>1. Elaboration d'une cartographie d'usage des sols de La Réunion en 2019</td><td>67</td></tr><tr><td>1.1 Etat de l'art des travaux de cartographie d'usage des sols</td><td>67</td></tr><tr><td>1.2 Correction de la cartographie de référence</td><td>71</td></tr><tr><td>1.3 Apports et limites de la carte complétée</td><td>74</td></tr><tr><td>2. ProdAgri : de l'usage des sols aux indicateurs d'autonomie alimentaire-électrique</td><td>77</td></tr><tr><td>2.1 Principes généraux du modèle ProdAgri</td><td>77</td></tr><tr><td>2.2 Calibrage du modèle ProdAgri</td><td>81</td></tr><tr><td>3. Simulation de taux de couverture alimentaire et électrique en 2019</td><td>88</td></tr><tr><td>3.1 Résultats comparés à d'autres données secondaires</td><td>88</td></tr></table>
<table>
  <tbody>
    <tr>
      <td>3.2</td>
      <td>Apports et limites de ProdAgri pour estimer des indicateurs d'autonomie alimentaire-électrique</td>
      <td>93</td>
    </tr>
    <tr>
      <td colspan="2">Chapitre IV : Co-construction et modélisation de scénarios d'autonomisation à horizon 2040</td>
      <td>96</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>1.</td>
      <td>Modèle conceptuel de l'autonomisation alimentaire-électrique à La Réunion à partir de facteurs de changement</td>
      <td>97</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>1.1</td>
      <td>Identification des facteurs de changement essentiels</td>
      <td>97</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>1.2</td>
      <td>Modèle conceptuel du système d'étude faisant apparaître 5 processus clés à modéliser</td>
      <td>101</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>2.</td>
      <td>ProdRun : de l'implémentation de processus clés à un premier scénario de référence</td>
      <td>108</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>2.1</td>
      <td>Organisation générale du modèle ProdRun</td>
      <td>108</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>2.2</td>
      <td>Premier calibrage de ProdRun selon un scénario de référence (S1)</td>
      <td>113</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.</td>
      <td>Co-construction de trois scénarios tendanciels et d'un scénario de rupture</td>
      <td>118</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.1</td>
      <td>Narratifs de chaque scénario</td>
      <td>118</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.2</td>
      <td>Bilan comparé des différents scénarios</td>
      <td>123</td>
    </tr>
    <tr>
      <td colspan="2">Chapitre V : Discussion des simulations et perspectives</td>
      <td>127</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>1.</td>
      <td>Perspectives d'autonomisation modestes malgré des changements importants d'usage des sols</td>
      <td>128</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>1.1</td>
      <td>Changements d'usage des sols simulés susceptibles de radicalement transformer l'aspect du territoire</td>
      <td>128</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>1.2</td>
      <td>Taux de couverture plafonnés : l'autonomisation est possible mais la contrainte foncière exerce une pression forte</td>
      <td>132</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>2.</td>
      <td>Autonomisation alimentaire-électrique et importance de la planification territoriale</td>
      <td>138</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>2.1</td>
      <td>Deux scénarios sont à retenir parmi ceux simulés en raison des incertitudes sur le caractère stratégique de la bioélectricité à l'avenir</td>
      <td>138</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>2.2</td>
      <td>Planification territoriale au service de l'autonomisation : des mesures ambitieuses d'aménagement, de sobriété, de politique agricole et de gouvernance sont nécessaires</td>
      <td>143</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.</td>
      <td>Apports et limites de l'approche participative croisant modélisation et anticipation</td>
      <td>153</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.1</td>
      <td>Croisement délicat de la modélisation et de l'anticipation dans un cadre de recherche participative</td>
      <td>153</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>3.2</td>
      <td>Perspectives de recherche pour de futurs travaux sur l'autosuffisance à La Réunion et ailleurs</td>
      <td>161</td>
    </tr>
    <tr>
      <td colspan="2">Conclusion générale</td>
      <td>169</td>
    </tr>
    <tr>
      <td colspan="2">Publications liées</td>
      <td>174</td>
    </tr>
    <tr>
      <td colspan="2">Références</td>
      <td>174</td>
    </tr>
    <tr>
      <td colspan="2">Annexes</td>
      <td>201</td>
    </tr>
  </tbody>
</table>
## Liste d'abréviations

AU : (zone) à urbaniser

CCUS-2019 : cartographie corrigée d'usage des sols de 2019

CIRAD : Centre de coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement

CTA : Comité de Transformation Agricole

DROM : département et région d'outre-mer

MDE : maîtrise de la demande en énergie

MID : matrice d'influence directe

MII : matrice d'influence indirecte

OMP : Ocelet Modelling Platform

PAPAM : plantes médicinales, aromatiques et à parfum

PAT : Plans Alimentaires Territoriaux

PEII : petits Etats insulaires indépendants

PLU : plan local d'urbanisme

PNNS : Plan National Nutrition Santé

PNR : Parc National de La Réunion

PPE : Programmation Pluriannuelle de l'Énergie

PRAAD : Plan Régional de Développement Durable de l'Agriculture et de l'Agroalimentaire

SAFER : Société d'Aménagement Foncier et d'Etablissement Rural

SAR : Schéma d'Aménagement Régional

SAU : surface agricole utile

STEP : station de transfert d'énergie par pompage ou station d'épuration (selon le contexte)

TAC : turbine à combustion

TC : taux de couverture

TC<sub>alimentaire</sub> : taux de couverture alimentaire

TC<sub>électrique</sub> : taux de couverture électrique

UGB : unité gros bétail

ZPU : zones prioritaires à urbaniser
# Liste des figures

**Figure 1** : Contexte géographique et diversité microclimatique de l'île de La Réunion.

**Figure 2** : Evolution démographique de l'île de La Réunion depuis sa colonisation (1665) jusqu'à 2014.

**Figure 3** : Taux de couverture du marché par la production locale (%) en 2016.

**Figure 4** : Répartition des sources de production dans le mix électrique de La Réunion entre 2010 et 2019.

**Figure 5** : Base d'occupation des sols officielle de La Réunion en 2018.

**Figure 6** : Les différents degrés des scénarios élaborés dans le cadre de la thèse selon le « cône des futures ».

**Figure 7** : Deux vagues d'entretiens articulent et nourrissent le flux d'informations entre différentes étapes de modélisation de dynamiques spatiales et d'anticipation territoriale.

**Figure 8** : Photographie prise en fin de « session post-it » (seconde vague d'entretien) avec un groupe d'experts.

**Figure 9** : Le classement des facteurs de changement en différents rôles dans la dynamique du système d'étude selon un graphique d'influence-dépendance

**Figure 10** : Méthode générale de co-construction de scénarios à partir d'entretiens et d'ateliers, illustrée avec 3 facteurs de changement.

**Figure 11** : Organisation générale du manuscrit en lien avec le bilan des travaux réalisés pendant la thèse.

**Figure 12** : Construction d'une cartographie corrigée d'usage des sols par combinaison de données spatiales existantes.

**Figure 13** : Cartographie d'usage des sols corrigée pour l'année 2019 (CCUS-2019).

**Figure 14** : Comparaison de la cartographie corrigée d'usage des sols en 2019 (CCUS-2019) avec d'autres cartographies tirées de la bibliographie, en termes de surface totale pour différents usages.

**Figure 15** : Schéma d'organisation de l'algorithme du modèle *ProdAgri* en six modules.

**Figure 16** : Balance des denrées disponibles et consommées sur le territoire d'étude selon 6 catégories alimentaires en 2019.

**Figure 17** : Comparaison des résultats de simulation à la bibliographie pour les variables relatives à la production de biomasse dans *ProdAgri*.

**Figure 18** : Usages du sol, biomasses disponibles et leurs voies de valorisation ainsi qu'indicateurs d'autosuffisance alimentaire-électrique simulés dans le modèle *ProdAgri* pour l'année 2019 à l'échelle du territoire d'étude.

**Figure 19** : Classement des facteurs de changement identifiés sur un graphique d'influence-dépendance combiné.
**Figure 20** : La conceptualisation du système d'étude comme un ensemble de facteurs de changement interconnectés révèle 5 processus clés.

**Figure 21** : Carte du potentiel foncier où peut s'étendre l'urbanisation par extensions urbaines et constructions hors armature.

**Figure 22** : Carte du potentiel de récupération des friches en zones agricoles et en zones protégées.

**Figure 23** : Schéma d'organisation de l'algorithme du modèle *ProdRun* en huit modules.

**Figure 24** : Ensemble des conversions de parcelles possibles via les 4 processus de changement d'usage des sols modélisés dans *ProdRun*.

**Figure 25** : Les deux modes de simulation d'un changement d'usage d'une entité parcelle dans *ProdRun*.

**Figure 26** : Aperçu des changements d'usage des sols simulés de façon spatialement explicite (paysage dans le sud du territoire d'étude).

**Figure 27** : Amplitude des dynamiques simulées pour 4 usages du sol (canne à sucre, prairies, horticulture et tache urbaine) dans les 5 scénarios simulés.

**Figure 28** : Evolution comparée des indicateurs d'autosuffisance (taux de couverture relatifs à l'alimentation en rouge et relatifs à l'électricité en bleu) dans les 5 scénarios simulés sous *ProdRun*.

**Figure 29** : Distribution des changements d'usage des sols dans les 5 scénarios simulés.

**Figure 30** : Comparaison de l'évolution de la part d'électricité asynchrone dans le mix électrique selon une extrapolation linéaire du mix électrique (S1), un respect des prescriptions de la PPE (S2 à S5) ou un scénario S2 modifié où toute la production bioélectrique (perdue par érosion du foncier cannier) est substituée par du photovoltaïque.

**Figure 31** : Production électrique supplémentaire nécessaire à une substitution totale ou partielle pour compenser la perte de production bioélectrique due au recul de la canne dans les scénarios S4 et S5.

**Figure 32** : Evolution du mix électrique selon le scénario S4 et S5.

**Figure 33** : Comparaison de l'évolution du $TC_{ahg}$ (taux de couverture en alimentation humaine globale) entre le scénario S2 tel que simulé précédemment (sans changement d'habitudes alimentaires) et un scénario S2 modifié (avec changements d'habitudes alimentaires).

**Figure 34** : Comparaison des taux de couverture des besoins en fourrages ($TC_{fourrages}$) et des besoins en alimentation globale du cheptel ($TC_{acg}$) avec le taux de couverture des besoins en concentrés ($TC_{concentrés}$).

**Figure 35** : Taux de couverture des besoins par catégorie de denrée alimentaire tels que simulés à horizon 2040 sous *ProdRun*.

**Figure 36** : Bilan des perspectives d'autonomisation alimentaire-électrique de l'île de La Réunion selon les scénarios S4 et S5.
# Liste des tableaux

**Tableau 1** : Résumé du nombre d'experts et d'organisations enquêtées durant les différentes vagues d'entretiens semi-directifs.

**Tableau 2** : Comparaison de six cartographies d'usage des sols de La Réunion.

**Tableau 3** : Coefficients de calage correctifs des rendements et d'une partie des besoins en fertilisation azotée des cultures végétales dans le modèle *ProdAgri*.

**Tableau 4** : Taux de couverture alimentaire simulés dans le modèle *ProdAgri* pour chaque catégorie de denrée alimentaire en 2019.

**Tableau 5** : Les facteurs de changement identifiés comme ayant un impact sur l'autonomie alimentaire-électrique de La Réunion.

**Tableau 6** : Liste des variables contextuelles considérées dans le calibrage des processus de changement d'usage des sols implémentés dans *ProdRun*.

**Tableau 8** : Liste comparée des hypothèses qualitatives caractérisant les cinq scénarios du projet.

**Tableau 9** : Comparaison des taux de couverture maximum estimés selon *ProdRun* avec deux autres territoires insulaires dont des études estiment qu'ils sont susceptibles d'atteindre (ou d'approcher de près) une autonomie alimentaire-électrique totale.

**Tableau 10** : Comparaison de la production d'électricité à partir de canne à sucre entre les différents scénarios simulés.
## Introduction générale :
L'île de La Réunion, un territoire contraint mais séduit par une plus grande autonomie alimentaire et énergétique

« Wi mwin ladi monmon
Si bato marsandiz la kal déor
Wi mwin ladi monmon
Si bato livrézon i rant pi dann por

Kas pa la tèt...

Ma mèt zinzanm mang dann kari pwason
Sa lébon sa lébon
Ma manz ali sanm rougay mang
Sa lébon, sa lébon »

Eno Zangoun, « Sa lé bon », Léspri santé, 2019.
## Un territoire insulaire dans un contexte de « risques systémiques et globaux »

La fin du XXe siècle est marquée par une prise de conscience grandissante de la finitude des ressources naturelles à l'échelle planétaire (Meadows et al., 1972) tandis que depuis une dizaine d'années, se précisent les contours de nouveaux « risques systémiques et globaux » (Reghezza-Zitt, 2017) comme la réduction de la production en pétrole dit « conventionnel » (IEA, 2019), les profondes perturbations anticipées liées au changement climatique (IPCC, 2022), aggravant les enjeux économiques (Tverberg, 2012) et sociaux comme les inégalités et l'insécurité alimentaire (ONU, 2020). La pandémie de la COVID-19 suivie de la guerre en Ukraine et leurs conséquences sur les chaînes d'approvisionnement tant alimentaires qu'énergétiques (Farrell & Newman, 2022 ; Carlsson-Szlezak et al., 2020) sont une preuve récente que ces perturbations des sociétés humaines mondialisées sont susceptibles de se multiplier dans les années à venir et ne peuvent plus être considérées comme fantaisistes. Alors que nous entrons dans ce qui semble être une période durable de tarissements et de mutations, les réflexions se multiplient pour garantir la résilience des socio-écosystèmes (Folke et al., 2002) ce qui se décline souvent à l'échelle des territoires (Brunetta et al., 2019).

Située dans l'océan Indien, l'île de La Réunion sera au seuil du million d'habitants en 2035 (INSEE, 2018). Dans cette région ultramarine française (et ultrapériphérique européenne) de seulement 252 000 hectares, l'économie locale est extrêmement dépendante des importations. En 2014, la masse de produits importés était près de 8 fois supérieure aux produits exportés (Abington Advisory & EVEA, 2016). En 2019, c'est un autre indicateur, la balance commerciale, qui est déficitaire de près de 5 milliards d'euros (IEDOM, 2020), signe que la région est toujours fortement hétéronome. Dans un contexte de mondialisation instable, l'île de La Réunion apparaît structurellement vulnérable et peu résiliente face au risque de perturbations des chaînes d'approvisionnement. Dans cette situation, deux secteurs apparaissent comme particulièrement critiques : l'alimentation et l'énergie. En effet, ces deux secteurs, sont à la fois vitaux pour la population et largement dépendants de l'extérieur (DAAF Réunion, 2014 ; SPL Energies Réunion, 2018).

## La promesse d'une plus grande autonomie alimentaire et énergétique malgré les contraintes du territoire

Face à ce constat, un discours local sur la nécessité de retrouver de « l'autonomie alimentaire » et de « l'autonomie énergétique » s'est peu à peu structuré depuis plusieurs décennies. Cette rhétorique autonomiste trouve initialement racine dans la pensée politique de la gauche réunionnaise des années 60, hostile à l'affermissement du processus de départementalisation (Labache, 2017). Mais depuis les
années 2000, la question de l'autonomie alimentaire et énergétique semble désolidarisée de toute
velléité autonomiste puisque reprise plusieurs fois comme objectif stratégique dans plusieurs textes à
portée législative. Une accélération notable s'est opérée autour de 2015. D'une part avec la loi de
transition énergétique pour la croissance verte qui planifie pour les territoires d'outre-mer un objectif
d'autonomie énergétique et de développement des énergies renouvelables pour substituer
complètement les énergies fossiles en 2030 (Légifrance, 2015). Sa traduction opérationnelle est la
Programmation Pluriannuelle de l'Energie (PPE) qui planifie à horizon 2028 la politique en matière
d'énergie, compétence de la région Réunion (Région Réunion, 2022). D'autre part, le dernier Schéma
Régional Climat Air Energie mentionne l'ambition de sécurité alimentaire (Région Réunion, 2013)
tandis qu'une initiative récente portée par le Département de La Réunion ("Plan AGRIPéi 2030") fixe
des objectifs concrets pour aller vers l'autonomie alimentaire à horizon 2030 (Département de La
Réunion, 2020).

Pourtant, malgré ce volontarisme politique affiché, la situation ne fait que se dégrader du point de vue
de l'autonomie alimentaire et énergétique. L'île de La Réunion était autrefois proche de cette
autosuffisance : probablement jusqu'au XIXe siècle pour l'alimentation (Piccin et al., 2019) et jusqu'aux
années 80 pour l'électricité (Selosse et al., 2018). Or, sur les dernières décennies, la dépendance à
l'alimentation et l'énergie importée s'est fortement accrue. Les données publiques indiquent que
seulement 30% des besoins électriques (ou 12,5% des besoins énergétiques, c'est-à-dire en
considérant les besoins totaux d'électricité, de chaleur et de carburants) sont satisfaits par des sources
 locales en 2019 (SPL Horizon Réunion, 2020). En parallèle, la part d'importations dans l'alimentation
 poursuit également sa progression (DAAF Réunion, 2017 a). Plusieurs contraintes inhérentes à l'île
 peuvent expliquer l'essentiel de cette difficile marche vers l'autosuffisance. Premièrement, des
 besoins qui augmentent au-delà de la capacité de l'île à les satisfaire : concrètement, une population
 à la croissance démographique très dynamique par le passé et qui bénéficie aujourd'hui de standards
de vie occidentaux (INSEE, 2018), impliquant une consommation importante d'énergie et
d'alimentation carnée par exemple (INSEE, 2015). Deuxièmement, une production insuffisante : en
 cause, le caractère insulaire, synonyme à la fois d'isolement (i.e. difficultés économiques) et de foncier
 limité, en particulier pour l'agriculture avec seulement environ 42 000 ha de surface agricole utile (SAU)
en 2019 (DAAF Réunion, 2020 a).

La contrainte foncière semble particulièrement déterminante dans la capacité de l'île à améliorer son
degré d'autonomie alimentaire, aussi bien qu'énergétique. En effet, entre 7% et 9% de la production
électrique totale de La Réunion provient chaque année de la valorisation de coproduits de la culture
de la canne à sucre (bagasse et bioéthanol). Mais cette part atteint 40% si l'on ne considère que les
sources d'électricité locales, pilotables et renouvelables, ce qui donne à la canne une importance non
négligeable a priori dans le mix électrique de l'île. Il y a donc concurrence potentielle entre objectif d'autonomie alimentaire et objectif d'autonomie énergétique, alors que la canne à sucre occupe 54% de la SAU (DAAF Réunion, 2020 a). D'autres contraintes comme la pression de l'urbanisation viennent exacerber les tensions autour de l'usage des sols. Ainsi, l'arbitrage de l'utilisation des terres pour les prochaînes années apparaît comme un enjeu essentiel vis-à-vis de la recherche d'autosuffisance, et cristallisant de vives controverses entre acteurs locaux.

## Présentation du sujet de thèse et organisation du manuscrit

Par l'intrication de ces multiples enjeux sur un espace réduit, l'île de La Réunion constitue un véritable laboratoire. Face à ces contraintes, questionner l'autonomie alimentaire et énergétique à cette échelle représente un double défi : en termes d'actions publiques pertinentes de la part des décideurs locaux d'une part, et en termes d'objet d'étude et de méthodologies de la part de la recherche d'autre part. Dans cette thèse, différentes approches ont été utilisées de manière conjointes (entretiens, modélisation spatiale et dynamique, anticipation) afin de proposer une évaluation de plusieurs trajectoires d'autonomisation alimentaire et électrique du territoire et d'appuyer ainsi les acteurs locaux par des enseignements tirés de l'analyse de scénarios co-construits. En particulier, le croisement d'anticipation et de modélisation reste un champ d'étude largement inexploré. Par rapport au sujet de la thèse, il existe des exceptions : simulation des systèmes alimentaires (Poux & Aubert, 2018), des systèmes énergétiques (McDowall, 2014) ou des dynamiques d'usage des sols (Camara et al., 2019). A la différence de ces travaux, la thèse propose non seulement de croiser modélisation et anticipation, mais également de lier ces problématiques d'autonomie alimentaire et énergétique sous l'angle de l'usage des sols, trois thèmes qu'une seule étude (à notre connaissance) a explorés simultanément dans le cas d'une île de Hawaï (Kim et al., 2015).

Dans le premier chapitre, le cadre contextuel et scientifique de la thèse est posé avec une définition circonstanciée des termes principaux du sujet, une explicitation de l'objet d'étude ainsi que des questions de recherches et des hypothèses. Le second chapitre donne une vue d'ensemble de la méthodologie en décrivant de manière parallèle les outils et les méthodes employés ainsi que la manière d'articuler anticipation et modélisation tout au long de la thèse. Le troisième chapitre s'intéresse à l'estimation d'indicateurs d'autonomie alimentaire-électrique du territoire d'étude à partir d'une cartographie d'usage des sols et d'un modèle comparant les ressources produites aux besoins totaux. Le quatrième chapitre s'intéresse aux trajectoires possibles d'autonomisation alimentaire-électrique du territoire par la co-construction d'un modèle de dynamiques spatiales et de
scénarios contrastés. Le cinquième chapitre discute des perspectives d'autonomisation alimentaire-électrique de l'île à la lumière des résultats des simulations.
# Chapitre I :

## Cadre contextuel et scientifique
L'Introduction générale a permis de présenter dans les grandes lignes le cadre de cette thèse
portant sur l'autonomie alimentaire-électrique territoriale de l'île de La Réunion. Le Chapitre I définit
les concepts composant l'objet d'étude, présente le territoire d'étude et y explicite les enjeux de
l'autonomisation. Cet état des lieux contextuel et théorique permet d'aboutir à la formulation de la
question de recherche, des objectifs et des hypothèses de ce travail de recherche.

# 1. Définitions principales

## 1.1 Autonomie alimentaire et autonomie énergétique

### Les différentes dimensions de l'autonomie alimentaire et énergétique

Le terme « autonomie » renvoie à une notion d'auto-gouvernance, d'indépendance ou plus simplement de « liberté face à un contrôle ou une influence extérieure » (Rae & Bradley, 2012). Appliquée à l'alimentation et à l'énergie, la notion d'autonomie décrit donc l'état d'un système pouvant fonctionner normalement sans besoin d'un support externe (sous la forme d'importations) grâce à ses capacités propres. Plus concrètement, l'autonomie ou l'autosuffisance alimentaire (« food self-sufficiency ») est généralement définie dans la littérature comme une situation où la production alimentaire domestique égale ou excède 100% des besoins alimentaires d'un espace géographique donné (Clapp, 2016). De façon analogue, l'autonomie énergétique (« energy self-sufficiency »), synonyme d'indépendance énergétique (« energy independency »), décrit une situation où la couverture des besoins énergétiques d'un espace géographique donné est exclusivement assurée à partir de sources d'énergie primaires<fnref n="1" /> domestiques (Al Katsaprakakis & Voumvoulakis, 2018). A priori sans ambiguïté, ces deux définitions s'accompagnent en réalité de spécificités selon les études et les auteurs.

Premièrement, toutes les échelles peuvent être considérées dans les réflexions sur l'autonomie alimentaire et énergétique : le niveau micro local avec des travaux à l'échelle d'une ville ou d'une communauté d'habitants (Zasada, 2019 ; Rae & Bradley, 2012), le niveau local à l'échelle d'un « territoire » (voir définition dans le cadre de cette étude partie I.1.2) (Marzin et al., 2021 ; ADEME, 2018), le niveau national (O'Hagan, 1975 ; Sica & Huber, 2017), voire même l'échelle internationale (Poux & Aubert, 2018 ; Bompard et al., 2017).

<footnote n="1">¹ « L'énergie primaire est l'ensemble des produits énergétiques non transformés, exploités directement ou importés » (INSEE, 2016. Disponible sur insee.fr/fr/metadonnees/definition/ - consulté le 20/06/2022).</footnote>
Deuxièmement, le fait de considérer des niveaux géographiques aussi différents amène à des nuances pour définir l'autonomie alimentaire et énergétique. Un débat se cristallise en particulier à partir des notions de sécurité alimentaire et énergétique (« *food security* » et « *energy security* »). Dimensions essentielles à l'autonomie, les notions de sécurité alimentaire et énergétique insistent sur des critères de disponibilité, d'accessibilité et de stabilité (FAO, 2008 ; Mutani & Todeschi, 2018), avec pour objectif une sécurité d'approvisionnement de long terme (Garcia-Gusano et al., 2017). Cependant, sécurité alimentaire et énergétique n'excluent pas le recours à un certain niveau d'importations grâce à un marché globalisé (Marzin et al., 2021 ; Chalvatzis et al., 2017) alors qu'autonomie alimentaire et énergétique insistent sur l'origine domestique de la production. Il en résulte que l'autonomie alimentaire et l'autonomie énergétique sont souvent présentées comme des degrés sur un continuum intégrant l'échelle locale au global. Sur le volet alimentaire, Clapp (2016) présente ainsi l'autonomie comme une stratégie qui est toujours à mi-chemin entre d'un côté, un pôle autarcique, et de l'autre, un pôle où le marché est totalement ouvert. Noireaux (2017) désigne par le terme de « coopétition » une stratégie intermédiaire entre ces deux pôles. Sur le volet énergétique, Villar & David (2014) proposent que l'autonomie soit une stratégie d'intégration du local au global par « autonomie reliée », situation similaire à « l'autonomie nette ou équilibrée », et contrastant avec une situation d'autarcie ou « d'autonomie énergétique complète » (« *off-grid* ») (Weinand et al., 2019). Par rapport aux définitions initiales où l'autonomie alimentaire et énergétique désignaient des états théoriques proches de l'autarcie, il apparaît que ces définitions peuvent également renvoyer à un degré : la part de besoins que le territoire est capable de satisfaire par sa production domestique aussi bien en alimentation (FAO, 1999) qu'en énergie (Weinand et al., 2019).

Troisièmement, la notion de sécurité présentée dans le paragraphe précédent permet d'introduire une dimension qualitative lorsque l'on considère l'autonomie alimentaire ou énergétique. Sur le volet alimentaire, des exemples ont en effet démontré l'insuffisance du seul critère de la quantité pour garantir la sécurité alimentaire (Dury & Bocoum, 2012). La littérature vient aussi insister sur l'importance de la diversité de la production locale (Halldórsdóttir & Nicholas, 2016) afin de garantir un équilibre nutritionnel (Verger et al., 2019) dans le respect des préférences alimentaires (FAO, 2013). Halldórsdóttir & Nicholas (2016) rappellent en particulier qu'atteindre un certain degré d'autonomie alimentaire requiert une adéquation entre ce que consomme la population locale et ce que produit le territoire. Sur le volet énergétique, il est également question de qualité du système énergétique. Il s'agit essentiellement de garantir la stabilité de l'approvisionnement, notamment pour le système électrique : gestion de l'intermittence de l'électricité provenant de certaines sources renouvelables comme le photovoltaïque (EDF, 2019), mais aussi maîtrise de la demande en énergie (Garabedian &
Ricci, 2018) notamment quand le système électrique est soumis à d'importantes amplitudes journalières de la demande (ADEME, 2018).

Quatrièmement, la notion d'autonomie alimentaire ou énergétique est parfois teintée à tort d'une nuance d'autonomie politique (Yalçin-Riollet et al., 2014). Mais parfois, l'autonomie est véritablement une recherche d'indépendance politique (même relative) par le biais de la « souveraineté alimentaire » (Paré, 2012) ou de la « souveraineté énergétique » (Sica & Huber, 2017). Au cœur de cet enjeu de souveraineté, une dimension clé de l'autonomie se révèle : la maîtrise locale des moyens de production. Sur le plan alimentaire, cette maîtrise de la production se traduit par une attention à ce que le système alimentaire soit localisé (Rahman et al., 2022) et de manière générale, qu'il soit en capacité d'assurer une production suffisante ce qui fait préférer le terme de « self-reliance » plutôt que « self-sufficiency » (nuance intraduisible en français) pour Kloppenburg et al. (1996). En insistant sur cette capacité de production alimentaire plutôt que sur la production elle-même, Getz (1991) souligne également que la taille suffisante du bassin alimentaire (« foodshed ») est une condition primordiale. Sur le plan énergétique, on décèle un lien similaire entre territorialisation des moyens de productions et souveraineté : notion de « localisme » (Nadaï et al., 2014), « démocratie énergétique » où les consommateurs sont impliqués dans les stratégies de production énergétique (Al Katsaprakakis & Voumvoulakis, 2018), ou encore « énergie de la communauté » (« community energy ») (Weinand et al., 2019). Cette relocalisation des moyens de production alimentaire et énergétique s'accompagne également de nouveaux modes de gouvernance plus locale à l'image des exemples précédents, ou encore par le rôle particulier des collectivités territoriales dans ce processus (Serrano et al., 2021 ; Bourdin et al., 2019).

Enfin, l'autonomie alimentaire comme énergétique implique non seulement une production locale, mais également des intrants de production locaux selon certains auteurs. Pour la production alimentaire, trois types d'intrants ou « moyens de production importés » peuvent être considérés sous cet angle : l'énergie, l'alimentation du bétail et les nutriments pour la fertilisation (O'Hagan, 1975). Leur prise en compte donnerait lieu selon le même auteur au calcul d'une « autonomie alimentaire nette », mais qui est difficile à mesurer dans la pratique. Dans le cas de l'énergie, la question de l'électrification renouvelable se heurte à d'importants besoins en ressources importées comme les « terres rares » (Bilhouix, 2014). En outre de ces besoins matériels, on pourrait également mentionner que le degré d'autonomie énergétique, notamment pour un système électrique décentralisé, dépend d'une expertise extérieure pour le design, l'installation ou encore la maintenance (Rae & Bradley, 2012). Ce dernier exemple précise que les intrants de productions importés à considérer ne sont pas forcément matériels mais peuvent également être constitués de connaissances et de capitaux financiers.
## L'autonomie alimentaire dans le cadre de la thèse : focus sur la production locale alimentaire et la provenance de certains intrants clés

Plusieurs approches, parfois complémentaires, coexistent dans la littérature pour quantifier l'autonomie alimentaire à l'échelle d'un espace géographique donné, comme par exemple : la balance commerciale alimentaire c'est-à-dire le rapport entre la valeur totale d'aliments produits sur un territoire et les achats d'aliments par les citoyens sur ce même territoire (Paré, 2012), le calcul pour des aliments consommés localement de leur distance parcourue depuis leur lieu de production (ou « food miles ») (Sirieix et al., 2008), les besoins alimentaires convertis en surface nécessaire et comparés à la surface disponible du territoire (Zasada I., 2019) ou similairement, la surface disponible convertie en population nourrie (Cassidy et al., 2013), la quantité de produits alimentaires locaux comparée aux besoins (Yuling et al., 2016), éventuellement ramenés à un besoin calorique moyen de 2 500 kcal/personne/jour (Porkka et al., 2013). Dans cet éventail, Shreiber et al. (2020) distingue des « capacity studies » qui s'intéressent à la capacité d'un espace géographique à nourrir sa population et des « flow studies » qui s'intéressent plutôt à quantifier les flux de matière et d'énergie. Ce travail de thèse s'intègre plutôt dans la première catégorie du fait d'un focus particulier sur les dynamiques spatiales du territoire détaillé en I.2.2. Les « capacity studies » donnent généralement lieu au calcul d'un taux de couverture alimentaire ou ratio d'autosuffisance (« self-sufficiency ratio » ci-après désigné par le taux de couverture alimentaire ou TC<sub>alimentaire</sub>) selon la formule générique ci-dessous tirée de FAO (2012), et mobilisée par exemple par Godenau et al. (2020), où toutes les variables sont mesurées sur un an :

$$TC_{\text{alimentaire}} (\%) = \frac{\text{Production locale} \times 100}{(\text{Production locale} + \text{Imports} - \text{Exportations})}$$

Dans le reste de notre étude la « production locale » est définie comme ce qui est produit localement quelle que soit l'origine des intrants de production : ce critère est pris en compte séparément grâce à des indicateurs complémentaires comme cela est précisé dans les paragraphes suivants. Le TC<sub>alimentaire</sub> a l'avantage de capturer de manière concise et directe l'état de l'autonomie alimentaire à l'échelle d'un territoire donné et sera donc utilisé comme indicateur principal dans la suite de ce travail. Par ailleurs, il est déjà estimé par les services décentralisés de l'Etat pour suivre annuellement l'évolution de la dépendance alimentaire pour certaines denrées clés à La Réunion (DAAF Réunion, 2013) : ainsi, la comparaison des données existantes aux résultats de la thèse pourra être plus pertinente et mieux comprise par les acteurs du territoire. Une autre implication de l'utilisation du TC<sub>alimentaire</sub> est que le
terme « autonomie alimentaire » fera désormais référence à un degré (valeur en pourcentage du TC<sub>alimentaire</sub>) et non à un état d'autarcie (voir cette distinction partie I.1.1.), état inatteignable en théorie comme en pratique (Rae & Bradley, 2012).

Néanmoins, comme souligné en I.1.1., le seul critère quantitatif est insuffisant pour rendre compte de toutes les dimensions de l'autonomie alimentaire. Une première précision concerne la diversité des denrées considérées dans le calcul du TC<sub>alimentaire</sub>. A l'image d'autres travaux (O'Hagan, 1975 ; Poux & Aubert, 2018 ; Solagro, 2016 a), il apparaît plus efficace de raisonner par catégories de produits alimentaires similaires, ce qui permet notamment de confondre leurs masses pour calculer un TC<sub>alimentaire</sub> pour chaque catégorie. En effet, il serait autrement possible qu'un seul TC<sub>alimentaire</sub> globalement bon pour l'ensemble de la production alimentaire puisse en fait masquer d'importantes disparités (avec un faible TC<sub>alimentaire</sub> pour certaines catégories) et donc une faible diversité de l'offre alimentaire.

Une seconde précision concerne les intrants de production, dimension importante et souvent négligée de l'autonomie alimentaire (voir partie I.1.1.). Les taux de couverture (TC) pour deux types d'intrants seront pris en compte dans la suite de ce travail : (i) TC en azote ammoniacal (également dit « azote disponible ») endogène, un élément clé nécessaire à la fertilisation des cultures qui est la fraction de l'azote total rapidement mobilisable par les cultures (Chabalier et al., 2006), ainsi que (ii) TC en alimentation animale (en considérant séparément les besoins en fourrages des besoins en concentrés). En particulier, l'alimentation animale sous forme de concentrés est aujourd'hui entièrement importée sur l'île alors qu'elle est indispensable à l'élevage des monogastriques, mais est également incontournable dans la majorité des systèmes d'élevage de polygastriques (i.e. élevage de ruminants) (Croisier & Croisier, 2012), phénomène accru à La Réunion du fait d'une intensification de la production dans la période récente (voir partie I.2.1.). Disponibilité en azote endogène et en alimentation animale sont par ailleurs considérés dans certains travaux comme essentiels à mesurer lorsque l'on s'intéresse à l'autonomie alimentaire (O'Hagan, 1975 ; CIRAD et al., 2020 ; Yuling et al., 2016). Ces deux types d'intrants ont de plus déjà été identifiés comme des obstacles majeurs dans le cas particulier du développement de l'agriculture biologique à La Réunion (Guizard, 2021 ; Conrozier & Choisis, 2019) ce qui est un élément probant de leur importance pour le système alimentaire.

Enfin, il est important de s'intéresser à l'adéquation entre productions locales et préférences alimentaires des consommateurs du fait de deux caractéristiques particulières à l'île : l'inscription au patrimoine gastronomique local de denrées presque entièrement importées comme c'est le cas du riz (INSEE, 2015) et une occidentalisation générale du régime alimentaire qui augmente globalement le recours aux importations (Piccin et al., 2019).
## L'autonomie énergétique dans le cadre de la thèse : focus sur la production locale d'électricité d'une zone non interconnectée

L'île de La Réunion est par définition une « zone non interconnectée » (ADEME, 2018), aussi appelée « système autonome d'énergie » (Al Katsaprakakis & Voumvoulakis, 2018) : son système énergétique, notamment son réseau électrique, ne peut être raccordé au continent du fait de l'éloignement géographique. L'île de La Réunion doit donc assurer seule la production et la distribution d'énergie à partir de ressources énergétiques primaires. Etant dépourvue d'énergies fossiles endogènes, l'ADEME (2018) résume la situation ainsi pour La Réunion : l'objectif de l'autonomie énergétique (au sens strict d'un état) correspondrait à un mix électrique 100% renouvelable et un parc automobile 100% électrique. Certains auteurs désignent cet objectif idéal, propre au contexte insulaire, « d'autarcie énergétique » (Garabedian & Ricci, 2018) ou « d'île zéro énergie » (« zéro energy island ») (Bagci, 2009), les territoires insulaires constituant en effet des espaces de test grandeur nature pour imaginer d'ambitieux modèles de durabilité (Sanseverino et al., 2014).

Dans la suite de la thèse, on se concentrera sur l'autonomie électrique. Pour rappel, les trois formes d'énergie finale<fnref n="2" /> utilisées sont les carburants pour la mobilité, la chaleur et l'électricité. A La Réunion, l'électricité ne représente que 22.6% des 1 056 ktep<fnref n="3" /> d'énergie finale utilisée en 2019 (contre 64.3% pour la mobilité et 13.1% pour la chaleur) (SPL Horizon Réunion, 2020). La part importante prise par la mobilité est liée à un nombre de véhicules qui a plus que doublé en 26 ans : de 139 000 en 1990 (IEDOM, 2004) jusqu'à 341 500 en 2016 (DEAL Réunion, 2017). Néanmoins, la question de l'autonomie énergétique repose en fait essentiellement sur le système électrique. En effet, hormis la production de biocarburants (dont le développement apparaît illusoire en raison de contraintes d'espace, voir partie I.2.2.), il n'existe aucune source primaire d'énergie pour faire fonctionner des moteurs thermiques sur l'île : aller vers l'autonomie énergétique en ce qui concerne les carburants revient donc à se passer d'énergies fossiles importées. Cela ne peut se faire que par deux voies : la sobriété (et l'efficacité dans une certaine mesure) ou la substitution par des véhicules électriques, ce qui revient dans le second cas à organiser une autonomie électrique, mais avec une consommation supplémentaire due au besoin de rechargement des batteries (ADEME, 2018). A noter que les termes « autonomie énergétique » et « autonomie électrique » sont parfois interchangeables (Selosse S. et al., 2018). Dans la suite de cette étude, il sera fait précisément référence à « l'énergie » ou « l'électricité » selon la situation pour éviter toute confusion.

<footnote n="2">² « L'énergie finale ou disponible est l'énergie livrée au consommateur pour sa consommation finale (essence à la pompe, électricité au foyer, etc.). » (INSEE, 2021. Disponible sur insee.fr/fr/metadonnees/definition/-consulté le 25/06/2022).</footnote>

<footnote n="3">³ Unité de mesure énergétique, un « ktep » se lit « millier de tonne équivalent pétrole » (1 ktep = 11.63 GWh).</footnote>
La grande majorité de la littérature consultée qui s’intéresse à l’autonomie électrique (à l’échelle insulaire ou non) voit également le sujet sous l’angle d’un degré plutôt que d’un état absolu (SPL Horizon Réunion, 2020 ; Praene et al., 2012 ; Al Katsaprakakis & Voumvoulakis, 2018). L’ensemble de ces études raisonne à partir du calcul d’un taux d’indépendance électrique (ou de dépendance électrique selon les cas) où toutes les variables sont mesurées sur un an. Cette formule de l’indépendance électrique aussi appelée taux de couverture électrique est notée ci-après TC<sub>électrique</sub> par cohérence avec le TC<sub>alimentaire</sub> présenté en I.1.1. :

$$TC_{\text{électrique}} (\%) = \frac{\text{Production électrique de sources primaires locales} \times 100}{\text{Production électrique nécessaire à la couverture des besoins totaux}}$$

Comme pour le TC<sub>alimentaire</sub> présenté en I.1.1., des précisions doivent être apportées pour bien définir le périmètre considéré de l’autonomie électrique dans la suite de la thèse. D’abord, il convient de préciser les sources primaires considérées comme « locales » dans cette étude : la bioélectricité issue de biomasse produite localement (même si les intrants de production sont importés), l’hydroélectricité, le photovoltaïque, l’éolien (terrestre ou offshore), la géothermie et les énergies marines. De plus, sont ajoutées à cette liste la combustion de plusieurs ressources considérées comme locales par l’administration (SPL Horizon Réunion, 2020 ; Région Réunion, 2020) et ce, bien que la provenance des combustibles soit extérieure au territoire ce qui peut mettre en débat leur caractère de sources « locales ». Il s’agit de la combustion de bois de palettes, de combustibles solides de récupération (CSR) et d’huiles usagées.

Ensuite, plusieurs travaux (Garabedian & Ricci, 2018 ; Selosse et al., 2018) rappellent qu’au-delà d’un système de production d’électricité renouvelable, il est aussi important de considérer la maîtrise de la demande en électricité s’appuyant sur de l’efficacité et de la sobriété électrique. Pour ce travail, il convient donc d’analyser la possibilité de réduire la consommation électrique du territoire comme une dimension à part entière de l’autonomie électrique.

Ensuite, le système électrique doit être stable dans le temps pour garantir une sécurité d’approvisionnement. Il y a certes une question de qualité générale des infrastructures qui constituent le réseau électrique mais dans le cas d’une autonomie électrique nécessitant un déploiement massif des énergies renouvelables, le principal risque réside dans le caractère « stochastique et dans la disponibilité non garantie » des énergies renouvelables (Al Katsaprakakis & Voumvoulakis, 2018), plus communément dites « intermittentes » (Selosse et al., 2018). Des infrastructures de stockage de l’électricité deviennent ainsi indispensables (Bagci, 2009). En fonction des capacités de stockage
installées, le gestionnaire de réseau EDF est contraint de limiter le taux de pénétration des sources d'électricité intermittentes afin de garantir la stabilité du réseau : cette limite ou « seuil de déconnexion » est aujourd'hui fixée autour de 30% de sources intermittentes dans le mix électrique global selon Selosse et al. (2018).

Enfin, quelques remarques seront portées, à titre qualitatif, sur les importations « d'intrants » nécessaires au système de production électrique réunionnais. S'intéresser à ces ressources importées paraît pertinent dans le cas de la production de bioélectricité (valorisation électrique de la biomasse) et du photovoltaïque associé à du stockage (qui sont les deux principales sources locales d'électricité avec un important potentiel de croissance, comme décrit partie I.2.2.) : béton, acier, panneaux photovoltaïques, batteries, etc. (Douanes Réunion, 2020).

## 1.2 « Territoire » : entité d'intégration de l'autonomisation alimentaire-électrique

### La notion de « territoire » dans cette étude

Le sujet de l'autonomie alimentaire et énergétique se décline le plus souvent dans la littérature à une échelle locale, à la fois sur le volet alimentaire (Baysse-Lainé & Perrin, 2007 ; Praly et al., 2014) et électrique (Weinand et al., 2019). A cette échelle, parler de « territoire » permet de mieux définir notre objet d'étude en proposant une intégration des différentes dimensions qui traversent le sujet de l'autonomie alimentaire et électrique (présentées en I.1.1.). En effet, au même titre que le « socio-ecosystème », le « territoire » peut servir de « concept relais » ou « *bridging concept* » au sens de Beichler et al. (2014), permettant de relier différentes disciplines. Mais, ce qu'on entend par « territoire », encore relativement peu utilisé dans la littérature, requiert d'être explicité à chaque fois que le terme est mobilisé (Bassett & Gautier, 2022).

Une vision simple et partagée du territoire est qu'il s'agit d'une entité spatiale appropriée par un groupe humain (Le Berre, 1992). Différents auteurs ont proposé de nombreuses variantes à cette définition en soulignant qu'il est également question d'un espace de « représentations » (Moine & Faivre, 2011), « une entité administrative et juridique » et « un espace à aménager en urbanisme » (Paquot, 2011), « une entité relationnelle complexe [...] physique, biologique et humaine » (Berque, 1994), un ensemble d'acteurs et d'activités en interaction (Benoît et al., 2006), etc. Pour les besoins de notre étude, nous combinerons quatre dimensions principales pour définir le territoire : c'est un support de facteurs de production et de ressources (Deffontaines, 1973), dont on dépend pour
subsister (Charbonnier P. et al., 2017), et pour lesquels « l'accès, l'usage et la gestion » sont convoités (Audouin, et al., 2021), donnant lieu à une « géopolitique de l'aménagement » entre acteurs locaux (Subra, 2008). Concrètement, la définition retenue permet de s'intéresser simultanément aux ressources du territoire (en particulier les terres agricoles), leur conversion en productions pour satisfaire les besoins fondamentaux de la population (alimentation et énergie), leur mode d'appropriation c'est-à-dire l'usage de ces sols, ainsi que les controverses et possibles nouvelles stratégies d'aménagement qui en résultent (voir la partie I.2.2.).

On peut noter que le choix de l'île de La Réunion comme territoire d'étude (voir présentation partie I.2.1) semble contrevenir à la recommandation de certains auteurs invitant à « désencastrer toute idée de territoire de l'idée cartographique offerte par l'image fausse d'une surface colorée délimitée par une frontière » (Latour, 2010). En effet, le territoire d'étude retenu voit ses limites confondues avec le tracé géographique de La Réunion ce qui s'explique pour plusieurs raisons. D'abord, par la petite taille de l'île qui rendrait un découpage plus fin moins pertinent par rapport au sujet de l'autonomie alimentaire et électrique, alors que peuvent y circuler sans difficulté les denrées alimentaires (petites distances entre zones de production et de consommation) et l'électricité (réseau électrique couvrant toute l'île). Ensuite, parce qu'il est usuel dans les études portant sur l'autosuffisance d'autres systèmes insulaires de considérer l'île comme un tout, le reste venant de l'extérieur de ce périmètre constituant des importations (Kim et al., 2015 ; Halldórsdóttir & Nicholas ; Al Katsaprakakis & Voumvoulakis, 2018). Enfin, parce que les limites géographiques de La Réunion coïncident avec les limites du territoire au sens administratif, et ce, aussi bien par rapport au niveau national (l'île est à la fois Région et Département) qu'au niveau européen (Région Ultrapériphérique). Cela implique que la majorité des acteurs locaux qui ont une expertise et/ou une influence en lien avec l'autonomie alimentaire et électrique du territoire, agissent à cette échelle (collectivités notamment). On parlera de « complexe multi-acteurs » (Montbel et al., 1999) pour désigner cet ensemble d'acteurs territoriaux impliqués vis-à-vis de notre sujet d'étude. Leur inclusion à l'étude est essentielle. Cerdan et al. (2007) soulignent en effet que « l'activation des ressources territoriales » dépend du comportement des acteurs et de la qualité de leurs relations.

## L'autonomisation alimentaire-électrique à l'échelle du territoire d'étude

Les notions de territoire et d'autonomie alimentaire et électrique s'articulent d'une manière tout à fait particulière. Charbonnier et al. (2017), dans leur vision du territoire comme un espace de subsistance pour une société, comparent ce dernier à l'empreinte écologique : « la quantité d'espace qu'il faut [...] pour produire des richesses [...] et pour absorber les déchets ». A travers le prisme de l'autonomie
alimentaire et électrique, c'est cette définition du territoire qui est mise en jeu dans notre travail : l'espace nécessaire à la satisfaction des besoins alimentaires et d'électricité pour une population et dans une région donnée. Ce que Getz (1991), nomme le « bassin alimentaire » (« foodshed ») et qu'on peut, par analogie, extrapoler à un « bassin de ressources », voire plus précisément à un « bassin de biomasses ». En effet, c'est bien de biomasses prises au sens large qu'il sera essentiellement question dans la suite de ce travail : biomasse alimentaire et biomasse valorisable en bioélectricité. Les questions alimentaires et électriques sont donc liées par un arbitrage dans la production de biomasses ce qui nous amène à adopter par la suite l'expression « autonomie alimentaire-électrique », postulant qu'il s'agit là d'un seul projet de territoire.

Il existerait donc deux définitions du territoire dans notre sujet. La première correspond à notre territoire d'étude, l'île de La Réunion avec sa géographie, ses sols, ses acteurs, institutions et ses trajectoires possibles d'aménagement. La seconde définition est la « liste des entités dont on dépend », non pas un territoire « au sens de surface cartographiable » (Latour, 2010) mais bien l'espace requis pour produire ce qui est consommé (Charbonnier et al., 2017), c'est-à-dire le bassin de ressources nécessaires à la satisfaction des besoins alimentaires et électriques d'une population donnée. Autrement dit, penser l'autonomie alimentaire-électrique c'est réfléchir aux conditions et moyens qui permettraient à notre territoire d'étude de converger avec l'emprise du bassin de ressources nécessaires aux besoins alimentaires et électriques de la population. Bassett & Gautier (2022) introduisent justement une vision dynamique du territoire grâce au concept de « territorialisation » qui « renvoie à des projets territoriaux spécifiques au sein desquels divers acteurs déploient des stratégies territoriales [...] pour produire des espaces délimités et contrôlés (territoire) pour atteindre certains buts ». Dans notre sujet, on s'intéresse donc à un potentiel processus de territorialisation vers le but d'autonomie alimentaire-électrique (notamment par une prise en charge par des politiques publiques, voir partie I.2.2.). Sous cet angle, il est donc possible de penser le territoire comme un espace en mouvement. On désignera par « autonomisation alimentaire-électrique » cette mise en mouvement stratégique (à la fois effective et potentielle) du territoire et de son complexe multi-acteurs vers l'autonomie alimentaire-électrique. Dans ce travail, l'autonomisation n'est donc pas à entendre comme un projet de rupture politique. Il s'agit plutôt d'une évolution en termes d'approvisionnement alimentaire et électrique, à statut et cadre institutionnel constant, par rapport aux dépendances héritées du modèle colonial (Marzin et al., 2021) entre La Réunion, un département et région d'outre-mer (DROM), et sa métropole ainsi que le reste du monde.
## 2. Problématisation du sujet d'étude

### 2.1 Contexte du territoire d'étude

**L'île de La Réunion : contexte géographique et diversité microclimatique**

Située dans l'océan Indien, l'île de La Réunion (voir **Figure 1.A**) est un jeune territoire à tout point de vue : résultat d'un volcanisme de point chaud, sa naissance géologique remonte à seulement 5 millions d'années (Oehler et al., 2008) tandis que sa colonisation par l'Homme a été tardive, dans la seconde moitié du XVIIe siècle. Aujourd'hui région et département d'Outre-mer français, l'île est isolée du reste du territoire national situé à près de 10 000 km. Les territoires à proximité immédiate sont l'île Maurice et l'île Rodrigues formant avec La Réunion l'archipel des Mascareignes, ainsi que Madagascar qui bien qu'étant une île possède une taille conséquente, mais est tout de même située à environ 750 km. Le territoire d'étude est donc isolé de toute réserve foncière importante à proximité immédiate.

La Réunion ne couvre que 252 000 hectares mais présente pourtant une variété remarquable de microclimats, allant de conditions favorables à des savanes et forêts tropicales sèches sur la côte ouest jusqu'à des forêts humides sur les pentes ainsi que dans l'est et le sud, en passant par des prairies subalpines sur les plus hauts reliefs (Cadet, 1977). Cette diversité de paysages s'explique premièrement par le relief prononcé du territoire qui donne lieu à une large gamme de températures (voir **Figure 1.B**) : en effet, d'étroites plaines littorales y encadrent deux massifs montagneux volcaniques culminant à 3 070 m et 2 632 m, entourés de trois profondes calderas (localement appelées « cirques ») ainsi que d'une succession de pentes et de rivières encaissées (« ravines ») (Caubet, 1934). Deuxièmement, une alternance d'une saison sèche et humide et des vents dominants qui concentrent la majorité des pluies sur l'est de l'île (Morel et al., 2014) sont responsables d'une inégale répartition de la ressource en eau dans l'espace et dans le temps (Comité de Bassin Réunion, 2016) (voir **Figure 1.C**).

Les microclimats de La Réunion ont un impact déterminant sur les outils de production alimentaire et électrique du territoire. C'est notamment vrai sur la répartition des activités agricoles : par exemple, la ressource en eau répartie inégalement implique des systèmes et des productions différentes pour le maraichage et les vergers (Sinico, 2021), tandis que la diversité de microclimats est un facteur important de différenciation des pratiques dans les élevages laitiers locaux (Alary et al., 2002). Cette influence sur la répartition des activités agricoles peut aussi avoir un effet sur la culture de biomasses valorisables en électricité, comme la canne à sucre qui ne pousse pas au-delà de 700 m d'altitude dans l'ouest et 600 m dans l'est (Lecaille M., 2012). Plus directement, la production photovoltaïque est
affectée par les microclimats locaux puisqu'ils se traduisent par des différences importantes de la ressource solaire (Tapaches et al., 2019).

Enfin, les microclimats ont également façonné l'aménagement du territoire depuis sa colonisation. Dalama (2005) rappelle ainsi la distinction propre à La Réunion entre « Bas », concentrant l'essentiel des activités humaines, et « Hauts » colonisés tardivement et encore largement occupés par la végétation indigène. Schématiquement, 80% de la population se concentre aujourd'hui dans les « Bas », à des altitudes inférieures à la ligne des 400 mètres, soit sur les terres les moins pentues et également les plus favorables à l'agriculture. La compétition foncière y est donc forte comme approfondi en I.2.1.
<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>**Figure 1** : Contexte géographique et diversité microclimatique de l'île de La Réunion. (A) : Situation géographique de La Réunion (source : wikipedia) ; (B) : Carte des températures (source : auteur / données : CIRAD) ; (C) : Carte de la pluviométrie (source : auteur / données : CIRAD).</figcaption></figure>
Un territoire présentant de fortes contraintes vis-à-vis de l'autonomie alimentaire-électrique

Conséquence de son insularité et de son histoire, l'île de La Réunion présente un certain nombre de
contraintes qui compliquent aujourd'hui la capacité du territoire à atteindre un haut degré
d'autonomie alimentaire-électrique.

La première contrainte est celle de la croissance démographique dynamique à l'échelle d'une petite
île, depuis sa colonisation (voir **Figure 2**), qui entraîne mécaniquement une augmentation des
consommations de ressources et d'espace. Avec 861 210 habitants en 2019, en croissance de 0.5% par
an depuis 2013, le territoire continue sa phase de croissance démographique au-dessus de la moyenne
nationale (INSEE, 2019 a). Il s'agit aujourd'hui de la troisième région la plus densément peuplée de
France (~342 habitants/km²) (INSEE, 2022). En conséquence, l'urbanisation empiète sur les espaces
agricoles et naturels (DEAL Réunion & CAUE Réunion, 2015) : entre 1997 et 2016, la tache urbaine a
ainsi progressé de 8 193 hectares, même si cette urbanisation semble ralentir ces dernières années
(Agorah, 2017 a). En outre, avec 341 500 véhicules en circulation sur le territoire en 2016 (DEAL
Réunion, 2017), le choix de la voiture individuelle occupe une place écrasante dans la mobilité et
accentue l'étalement urbain et le besoin en infrastructures routières (Région Réunion, 2013). Cette
compétition foncière, particulièrement intense dans les « Bas » de l'île comme expliqué en I.2.1.1,
amenuise la surface disponible pour la production agricole.

<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>**Figure 2 :** Evolution démographique de l'île de La Réunion depuis sa colonisation (1665) jusqu'à 2014 (source du graphique : INSEE<fnref n="4" />).</figcaption></figure>

En second lieu, l'évolution locale des habitudes de consommation se fait dans le sens d'un
accroissement global des besoins en ressources, ce qui complique une trajectoire vers l'autonomie

<footnote n="4">⁴ INSEE (2014), Tableau économique de La Réunion.</footnote>
alimentaire-électrique. Sur le plan alimentaire, le gaspillage alimentaire (REGAL Réunion, 2020), l'occidentalisation des régimes alimentaires qui contribue à augmenter la part d'aliments importés dans l'assiette des réunionnais (Piccin et al., 2019) et en parallèle, la consommation de viande (DAAF Réunion, 2013), s'accompagnent d'un besoin supplémentaire en ressources. Sur le plan électrique, on constate que la consommation par personne a augmenté de 3,05 MWh/habitant en 2000 à 3,23 MWh/habitant en 2019 (SPL Horizon Réunion, 2020). Cette augmentation est pour le moment imputable à la croissance du taux d'équipements des ménages mais le recours massif aux voitures individuelles aggravé par l'étalement urbain (Région Réunion, 2013) est susceptible d'accroître davantage les besoins en électricité totaux du territoire (ADEME, 2018).

Troisièmement, d'autres contraintes environnementales que la taille du territoire entrent en jeu. D'abord, du fait de son relief accidenté et d'une biodiversité fragile et unique au monde (haut taux d'endémisme), plus de la moitié de l'île n'est que peu ou pas exploitable par l'Homme, dont une partie (41% du territoire) est reconnue au titre de Parc National de la Réunion (PNR) et inscrite au patrimoine mondial de l'UNESCO (Jauze, 2019). Ensuite, La Réunion est exposée à sept des huit aléas naturels majeurs identifiés (Préfecture de La Réunion, 2012). Par exemple, s'il a été question des microclimats de l'île en I.2.1.1, il faut souligner que le climat réunionnais est aussi caractérisé par le risque cyclonique qui, comme pour d'autres systèmes insulaires tropicaux, est susceptible d'annihiler les récoltes et d'endommager les infrastructures (Sharma, 2006), menaçant de fait la sécurité alimentaire et électrique. De plus, d'autres risques naturels comme l'érosion intense due au relief accidenté associé à de potentiels événements météorologiques extrêmes (DAAF Réunion, 2017 b), ou encore le risque volcanique sont à prendre en compte dans l'aménagement du territoire et la gestion des terres agricoles.

Quatrièmement, des données de 2015 permettent de saisir les difficultés sur le plan socio-économique du territoire (Préfecture de La Réunion, 2019). Ainsi, malgré une croissance économique supérieure au reste de la France (3,1 % en 2015), La Réunion reste économiquement fragile, ce qui se traduit notamment par : un taux de chômage élevé (de l'ordre de 25%), 40% de la population sous le seuil de pauvreté métropolitain ou encore le niveau de formation des jeunes sous les standards de l'Hexagone. Plusieurs auteurs soulignent également la difficulté à relocaliser la production sur les îles en raison d'un défaut d'économie d'échelle (Kougias, 2019 ; Sharma, 2006), caractéristique qui est également partagée par La Réunion (Préfecture de La Réunion, 2019). Comme les autres départements et régions d'outre-mer, l'île de La Réunion souffre par ailleurs d'une perte de compétitivité-prix qui met notamment à mal sa production alimentaire. En cause, une dépendance historique aux transferts économiques depuis la métropole, responsables d'une hausse des salaires (dont un renchérissement du coût de la main d'œuvre) et donc d'une perte de compétitivité-prix accrue pour les produits
agricoles notamment, fortement concurrencés sur les marchés internationaux. La Réunion étant un marché trop petit, elle n'est pas en mesure d'influencer le cours des denrées : sa perte de compétitivité-prix s'accompagne ainsi d'une hausse des importations et de chômage (Marzin et al., 2021).

Enfin, plus largement, l'île de La Réunion souffre d'une vulnérabilité environnementale et économique accrue, à l'image d'autres territoires insulaires de petite taille désignés comme des « Petits Etats Insulaires Indépendants » (PEII) (Angeon & Saffache, 2008). La comparaison a ses limites, car l'île de La Réunion est une région ultramarine et non un état indépendant. Néanmoins, il apparaît que notre territoire d'étude partage de nombreuses vulnérabilités avec les PEII : ressources limitées, risques naturels, érosion, biodiversité unique et fragile, pression démographique, économie locale contrainte. Il a par ailleurs été estimé que les PEII importent en moyenne 60% de leurs besoins alimentaires (FAO & CDB, 2019). Comme les autres PEII, ces difficultés font de La Réunion un territoire où la production locale est plus difficile à développer et maintenir et où le recours aux importations est de plus en plus employé, pour répondre à des besoins toujours croissants. Ainsi, d'après l'ONG Global Footprint Network, le territoire accuse près de 2380% de déficit entre sa biocapacité et l'empreinte écologique de sa population totale, ce qui classe l'île en 3e position des territoires les plus déficitaires vis-à-vis de cet indicateur dans le monde (Global Footprint Network, 2020).

## Un appareil productif local qui assure néanmoins un niveau relatif d'autonomie sur un foncier limité

D'une part, sur le volet de la production alimentaire, une première mutation s'est opérée à partir des années 60 depuis la structure héritée du colonialisme de la « plantation » vers un modèle d'agriculture familiale (Paillat Jarousseau, 1999). Un investissement public massif (Etat d'abord, aujourd'hui conjointement avec l'Union Européenne) a suivi, associé à la mobilisation d'instituts scientifiques (IRFA puis CIRAD), afin de moderniser et structurer la production en filières organisées (Piccin, 2019). Les objectifs revendiqués par ces filières sont de créer de la richesse sur le territoire, des emplois ainsi que de subvenir aux besoins de la population (Production locale réunie, 2019). On peut distinguer deux filières strictement alimentaires : l'élevage avec près de 30 000 tonnes produites en 2018 (DAAF Réunion, 2019 a) et les productions horticoles alimentaires (fruits et légumes) avec près de 90 000 tonnes produites en 2018 (DAAF Réunion, 2019 b). L'élevage constitue aujourd'hui une filière fortement intégrée et structurée (à l'exception notable de l'élevage caprin encore largement pratiqué de manière traditionnelle) par un nombre restreint d'organisations professionnelles, coopératives et SICA, un unique provendier (URCOOPA) et quelques abattoirs (Marzin et al., 2021 ; Le Merlus, 2021).
En revanche, le secteur de l'horticulture alimentaire, en raison notamment de la diversité des productions, la saisonnalité et la variabilité des contextes (Piccin, 2019) reste dominé à 75% par des producteurs indépendants. Le reste de la production est géré par 10 organisations de producteurs et une interprofession (ARIFEL) (DAAF Réunion, 2019 b). Les systèmes agricoles les moins structurés du territoire correspondent à de l'autoproduction et une « petite agriculture vivrière » diversifiée (Marzin et al., 2021). A La Réunion, un rapport de l'INSEE (2014) met en lumière la contribution à destination de la consommation locale de cette agriculture, à la fois sociale et souvent informelle (agriculteurs non professionnels), en chiffrant l'autoproduction alimentaire des ménages. Comme montré sur la **Figure 3**, sans compter la contribution de cette petite agriculture vivrière, les filières locales alimentaires occupent 53% du marché en moyenne en 2016 avec des disparités selon les productions (DAAF Réunion, 2017 a). Sur le marché du frais seul, les filières locales apparaissent très performantes avec presque 80% du marché couvert (Production locale réunie, 2019). Néanmoins, on constate que ce chiffre se dégrade régulièrement depuis plusieurs années (DAAF Réunion, 2017 a).

<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>**Figure 3** : Taux de couverture du marché par la production locale (%) en 2016 (source du graphique : DAAF Réunion, 2017 a)</figcaption></figure>
D'autre part, sur le volet de la production électrique, le premier tournant en faveur d'un développement et d'une structuration des capacités de production est la loi de renationalisation des moyens de production de 1975 (Légifrance, 1975) afin de permettre une meilleure gestion des centrales hydroélectriques de l'île, alors les seules capacités de production installées (EDF, 2019). Dans les années suivantes, des capacités de production sont progressivement ajoutées pour suivre la demande en électricité avec notamment l'arrivée de la première des centrales à charbon en 1982. La valorisation électrique de la biomasse démarre avec l'incorporation de bagasse (fibres provenant de la canne à sucre pressée) comme combustible de centrale thermique à partir de 1989 (Albioma, 2020). Cela marque un tournant dans la structuration de la filière canne-sucre-rhum-énergie à la croisée d'enjeux agricoles et énergétiques (DAAF Réunion, 2019 c), notamment en générant près de 7% de l'électricité totale du territoire soit 46% de l'énergie renouvelable locale en 2018 (SPL Horizon Réunion, 2019). Cette double valorisation sucrière et bioélectrique de la canne à sucre est appuyée par des décisions récentes de développer une canne mixte, produisant davantage de sucre mais aussi de fibres valorisables en énergie (DAAF Réunion, 2020 b). La filière canne est aujourd'hui la première filière agricole du territoire en termes d'emplois mais aussi de subventions perçues (voir partie I.2.2.2). Comme dans les autres DROM, l'asymétrie productive est grande et ce sont les secteurs exportateurs héritiers du modèle de la plantation qui sont largement dominants, dont l'industrie sucrière réunionnaise est un parfait exemple. Cette filière agro-industrielle est organisée localement autour d'un unique industriel, TEREOS (Marzin et al., 2021). Mais pour assurer la production de bioélectricité, c'est l'industriel ALBIOMA qui valorise les résidus de l'industrie cannière dans ses deux centrales thermiques (fonctionnant à la bagasse et au charbon importé) ainsi que dans sa turbine à combustion (TAC) (fonctionnant au bioéthanol local et au fioul importé) (SPL Horizon Réunion, 2020). Même si ne sont valorisés que des coproduits, la canne à sucre sera considérée dans cette étude davantage sous l'angle de la bioélectricité que pour sa contribution à l'autonomie alimentaire (le sucre n'étant pas à proprement parler une denrée assurant la sécurité alimentaire) : cette considération permet de considérer la canne parmi les « cultures cellulosiques énergétiques » (Kim et al., 2015). A partir des années 2000, d'autres sources d'électricité renouvelable opèrent leur structuration sous l'effet d'importants investissements publics (Selosse et al., 2018). Le solaire notamment (thermique et photovoltaïque) a connu un développement spectaculaire avec 50% d'équipements de chauffage supplémentaires installés et une production électrique multipliée par 12 en une dizaine d'années (SPL Horizon Réunion, 2019). Ces installations renouvelables sont gérées par différentes entreprises, en majorité EDF et ALBIOMA, sous l'arbitrage d'une autorité publique indépendante, la Commission de la Régulation de l'Energie. C'est par ailleurs à EDF qu'incombe la mission publique d'assurer la gestion de
l'électricité intermittente produite à travers le maintien de l'équilibre général du réseau (EDF, 2019). Comme souligné par Makolo et al. (2021), la présence d'hydroélectricité et de bioélectricité dans un mix électrique avec beaucoup d'intermittence est un atout pour atteindre l'autonomie électrique en contribuant à l'inertie du système électrique. Comme présenté sur la **Figure 4**, en 2019 le mix électrique de La Réunion reste fossile à 68.8% (charbon, huiles usagées, fioul et gazole) tandis que l'ensemble de la production bioélectrique (bagasse, bioéthanol et biogaz) couvre 8.1% des besoins du réseau, les 23.1% restants étant satisfaits par d'autres sources renouvelables, en majorité de l'hydroélectricité et du solaire (SPL Horizon Réunion, 2020). Ainsi, comme observé par certains auteurs, la stratégie énergétique de La Réunion, à l'image d'autres systèmes insulaires d'outre-mer repose sur une « pétro-dépendance » d'une part, associée à une technologisation poussée afin de valoriser un potentiel local varié d'énergies renouvelables d'autre part (Roche et al., 2018). Il apparaît que cette stratégie a un bénéfice limité en termes d'autonomie électrique puisque la couverture des besoins locaux par des sources locales d'électricité est en constant recul depuis les années 2000 (Praene et al., 2012).

<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>**Figure 4** : Répartition des sources de production dans le mix électrique de La Réunion entre 2010 et 2019 (source : auteur / données : SPL Horizon Réunion, 2020).</figcaption></figure>

Enfin, l'ensemble de l'appareil productif alimentaire ainsi que la production de bioélectricité repose
sur la mobilisation de terres agricoles (voir partie I.2.2.3). De plus, ce foncier dédié à la production
agricole s'accompagne d'opérations d'aménagement dans une optique d'augmentation de la
productivité : extension des périmètres irrigués (Comité de Bassin Réunion, 2016), installation de serres (Sinico, 2021), reconversion de friches en agriculture (Besançon, 2020), etc.

## 2.2 Enjeux de l'autonomisation alimentaire-électrique dans le cas de La Réunion

### Un risque structurel de pénurie dans un contexte d'incertitude globale sur l'avenir

Souvent omis par certains auteurs comme argument en faveur de l'autonomie alimentaire et/ou électrique (Edwards-Jones et al., 2008 ; Al Katsaprakakis & Voumvoulakis, 2018 ; Weinand et al., 2019), le risque de pénurie s'est pourtant déjà largement invité dans le débat sur l'autosuffisance alimentaire en particulier à la suite de la crise des prix qui a suivie celle des subprimes de 2007 (Clapp, 2016). Avant cela, la FAO (1999) avait déjà compilé l'avis d'autres auteurs pour qui l'instabilité des marchés sur les matières premières alimentaires rendraient les importations incertaines sur le long terme, justifiant de fait un certain degré d'autonomie alimentaire. Cette question est cristallisée dans la controverse autour de la souveraineté alimentaire. En effet, certains voient une sécurité dans une production agricole avant tout locale et indépendante de l'extérieur. En retour, leurs détracteurs défendent une sécurité alimentaire qui donne la priorité à une vision d'équilibre alimentaire mondial reposant sur des outils de libéralisme économique, le marché et les échanges commerciaux (Sénat, 2012).

Les récents événements internationaux révèlent néanmoins les limites d'une stratégie reposant sur l'économie de marché mondialisée pour assurer une sécurité alimentaire et énergétique globale. La pandémie de COVID-19 et la guerre en Ukraine ont notamment perturbé les chaînes d'approvisionnement mondiales (Farrell & Newman, 2022 ; Carlsson-Szlezak et al., 2020). Le patron de l'Agence Internationale de l'Energie déclare ainsi en juillet 2022 que « le monde n'a jamais été témoin d'une telle crise énergétique en termes d'ampleur et de complexité » (Markets Insider, 2022). Sur le volet alimentaire, le Conseil de l'Union Européenne s'inquiète à la même période du « manque de nourriture qui devient une inquiétude grandissante pour des millions de personnes » dans le monde du fait de la situation en Ukraine (Conseil de l'Union Européenne, 2022) tandis que la FAO (2022 a) avertit que les importations alimentaires seront de plus en plus difficiles pour certains pays du fait des prix qui augmentent. Par ailleurs, si la guerre en Ukraine et les conséquences économiques de la COVID-19 sont susceptibles de provoquer des pénuries à court terme, d'autres « risques systémiques globaux » (Reghezza-Zitt, 2017) ont le potentiel de déclencher ou d'aggraver de telles pénuries à plus long terme : changement climatique et ses conséquences sur les rendements agricoles (IPCC, 2022),
indépendantiste au profit d'un discours autour de l'autonomie alimentaire (Témoignages, 2013) et énergétique (Groupe CRCE, 2009). A partir de 2007, l'objectif d'autonomie énergétique à la Réunion est reconnu et appuyé par des discours émanant de l'Etat, successivement par le Président Nicolas Sarkozy (La Tribune, 2007) et son gouvernement via Jean-Louis Borloo : « on veut qu'en 2030, l'île soit complètement autonome énergétiquement » (CIVIS, 2008). En 2012, c'est le Président François Hollande qui plaide pour que l'île atteigne l'autonomie énergétique et alimentaire (Témoignages, 2012). Enfin, Emmanuel Macron est venu exprimer une volonté politique similaire en mentionnant l'objectif « d'autonomie alimentaire d'ici 2030 » (Le Point, 2019). Par la suite, cette rhétorique de l'autosuffisance vient s'incarner à travers plusieurs textes. Concernant le volet alimentaire, l'inscription de « la volonté politique d'autonomie alimentaire » dans le Schéma Régional Climat Air Energie de La Réunion (Région Réunion, 2013) ou l'ambition de l'autonomie alimentaire pour les îles de l'océan Indien (Sénat, 2014) sont des premiers pas. Sur le plan électrique, c'est le vote de la loi relative à la transition énergétique pour la croissance verte (LTECV) le 17 août 2015 qui vient inscrire dans la loi l'ambition de l'autonomie énergétique des territoires d'Outre-Mer à l'horizon 2030, avec, comme objectif intermédiaire, 50 % d'électricité renouvelable à l'horizon 2020 (Légifrance, 2015).

En termes d'instruments de politiques concrets, la question de l'autonomie énergétique a bénéficié
dans les années 2000 d'un premier cadre stratégique avec des structures dédiées de la part de la
Région, avec notamment : la création de l'Agence Régionale de l'Energie Réunion (2000) et
l'élaboration du Plan Régional des Energies Renouvelables et de l'Utilisation Rationnelle de l'Energie
(2002) (Témoignages, 2007) et enfin le projet GERRI visant à rendre l'île autonome énergétiquement
(CIVIS, 2008), mais qui sera néanmoins dissout en 2013 (Linfo.re, 2013). La politique publique
d'autonomie électrique connaît des avancées à la suite de la LTECV de 2015 en se déclinant localement
par une Programmation pluriannuelle de l'énergie (PPE) de La Réunion, dont la première version est
votée en 2020. Ce document fixe le cap pour un mix électrique totalement renouvelable à l'horizon
2030, ce qui représente un glissement par rapport à l'objectif initial d'autonomie inscrit dans la LTECV.
En effet, la PPE prévoit non seulement le remplacement des ressources primaires fossiles importées
pour la production électrique (charbon et fioul) par des installations renouvelables locales mais
également par de la biomasse importée (bois-énergie et biocarburant) (Région Réunion, 2020). Par
ailleurs, un organe spécifique est chargé de répondre aux objectifs de ces textes d'orientation : le
comité de gouvernance Energie Réunion, faisant le pont entre les échelles de décision locale, nationale
et européenne (Sawatzky & Albrecht, 2017).

Sur le volet alimentaire, deux législations nationales viennent contribuer à l'objectif d'autosuffisance
par des instruments concrets : la loi d'avenir pour l'agriculture, l'alimentation et la forêt du 13 octobre
2014 dresse le contour des projets alimentaires territoriaux (Légifrance, 2014) qui peuvent être des
cadres pour la relocalisation des systèmes alimentaires. Plusieurs de ces projets sont d'ailleurs en gestation à La Réunion. Quelques années plus tard, la loi EGALIM de 2018 portée par le Ministère de l'Agriculture à la suite des Etats Généraux de l'alimentation, encourage la part de produits issus de circuits courts dans la restauration collective (Viepublique.fr, 2019). La traduction de la loi EGALIM est cependant toujours en cours au niveau local. Autre innovation à l'interface entre l'échelon national et les acteurs territoriaux, des comités de transformation agricoles des outre-mers voient le jour à la suite de la crise sanitaire et à l'initiative de l'Etat pour viser « l'autonomie alimentaire des départements ultramarins en 2030 » (Ministère de l'Agriculture et de l'Alimentation, 2020). Un dernier instrument entièrement local est le plan AgriPéi, un plan d'action porté par le Département et co-élaboré avec les acteurs locaux du monde agricole qui vise l'autonomie alimentaire à horizon 2030 en se fixant différents objectifs surfaciques à l'échelle du territoire : en termes de surface de friches reconverties en agriculture, surface agricole maintenue, surface convertie en agriculture biologique, etc. (Département de La Réunion, 2020)

Les financements publics constituent une composante à part entière et indispensable des politiques publiques en faveur de l'autonomie alimentaire-électrique. Pour le volet électrique on compte notamment des investissements publics massifs dans le développement des énergies renouvelables (Selosse et al., 2018) ou encore l'aide publique indirecte ayant trait au maintien du monopôle d'EDF pour le transport, la distribution et la commercialisation de l'électricité, ce qui permet de pallier des coûts de production plus élevés (IEDOM, 2020). Le secteur agricole est également fortement soutenu par une diversité de programmes nationaux (aides directes aux productions, catastrophes naturelles, etc.) et européens dans le cadre de la PAC (aides du « Programme d'Options Spécifiques à l'Éloignement et à l'Insularité » à la production et la transformation, FEADER, etc.) (Marzin et al., 2021). Cependant, ces aides ne sont pas distribuées également et tendent à bénéficier en priorité aux filières organisées, et essentiellement à la filière canne (y compris les industriels et donc en partie à la production bioélectrique à partir de bagasse et de bioéthanol) avec 142,1 millions d'euros versés en 2018, tandis que l'élevage perçoit 43,6 millions d'euros et les filières végétales 14,3 millions d'euros la même année (DAAF Réunion, 2019 a).

Enfin, la politique publique de préservation du foncier agricole est un levier central de l'autosuffisance pour garantir la capacité de production de biomasse valorisable sur le territoire. L'affirmation de l'objectif de la préservation du foncier agricole à 50 000 hectares est mentionnée depuis 2006 par le Département de La Réunion (Agorah, 2017 b) avant d'être affichée officiellement dans le Plan Régional de Développement Durable de l'Agriculture et de l'Agroalimentaire (PRAAD) en 2014 (DAAF Réunion, 2014). Cette ambition est reprise plus récemment dans le plan AgriPéi (Département de La Réunion, 2020) et le Schéma d'Aménagement Régional (SAR) (Région Réunion, 2020). Un ensemble
d'instruments appuie cette politique : séquence « éviter, réduire, compenser », Schéma d'Aménagement Régional, Schéma de cohérence territoriale et Plans locaux d'urbanisme, zones agricoles protégées et Périmètres de Protection et de Mise en Valeur des Espaces Agricoles et Naturels Périurbains (DAAF Réunion, 2015 ; Agorah, 2017 b). Néanmoins, force est de constater que malgré ces outils, les objectifs de protection du foncier agricole n'ont été que partiellement atteints et sont aujourd'hui sujets à controverse.

## Des enjeux alimentaires et électriques couplés : l'arbitrage controversé de l'usage des sols à La Réunion

Toute biomasse valorisée correspond à l'appropriation d'une « phytomasse » initiale (Wirsenius, 2003). Autrement dit, la production de biomasse repose forcément sur un foncier mobilisé. Le territoire d'étude a une surface totale d'environ 252 000 hectares qu'occupent trois grandes catégories d'usage des sols. Premièrement, une tache urbaine de près de 25 000 hectares (10% du territoire), essentiellement concentrée sur la bande littorale (DAAF Réunion, 2015) où vit une population importante organisée selon une « armature urbaine » définie par quatre pôles urbains principaux (Saint Denis, Saint Paul, Saint Pierre et Saint Benoit) qui sont connectés à un sous-ensemble de pôles urbains secondaires, villes relais et bourgs de proximité (Région Réunion, 2020). Deuxièmement, 179 000 hectares (71% du territoire) sont occupés par des espaces naturels variés dont 100 000 hectares avec un statut de protection fort par l'existence d'un Parc National. Troisièmement, l'essentiel du foncier constituant le bassin de biomasse pouvant contribuer à l'autonomie alimentaire-électrique compte environ 48 000 hectares de terres agricoles (soit 19% de la surface totale de l'île). La canne à sucre y est la culture principale (22 850 ha soit 47% des terres agricoles), suivie des prairies pour l'élevage (12 750 ha soit 27%) et enfin les cultures horticoles dont en majorité du maraichage et des vergers (12 500 ha soit 26%) (DAAF Réunion, 2019 a). La **Figure 5** récapitule l'ensemble de ces données spatiales. Ainsi, hormis la production de bois à usage de matériau sur environ 2 440 hectares (Région Réunion, 2019) et les produits de la pêche (ADEME & ECO2 INITIATIVE, 2022), l'essentiel des biomasses locales utilisées proviennent uniquement de ces 42 095 hectares de SAU.
<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>**Figure 5 :** Base d'occupation des sols officielle de La Réunion en 2018 (source du graphique : DAAF Réunion, 2019 a).</figcaption></figure>

Cependant, cette ressource foncière est en tension car les surfaces avec le meilleur potentiel de production de biomasse se réduisent à l'échelle de l'île. Premièrement, à cause de l'urbanisation responsable de l'artificialisation des sols (voir partie I.2.1.). Deuxièmement, la déprise agricole dans certaines zones des hauts de l'île, la disparition progressive de la petite agriculture familiale (Martignac, 2006) et plus largement la baisse du nombre d'agriculteurs (DAAF Réunion, 2021) provoquent l'arrivée d'anciennes terres agricoles entre les mains de non-agriculteurs. Cela accélère leur morcellement souvent suivi de leur déclassement en terrain constructible, voire l'apparition de constructions illégales (DAAF Réunion, 2015 ; Agorah, 2017 b). Ainsi, même si l'urbanisation ne se fait pas directement aux dépens des surfaces agricoles, elle peut grignoter des friches autrefois cultivées
ou plus largement des espaces qui pourraient accueillir de l'agriculture, souvent au niveau de la plaine littorale, autrement dit là où les terres sont les plus fertiles (DAAF Réunion, 2015). Ces grignotages du potentiel agricole annihilent la capacité future du territoire à augmenter ses surfaces cultivées et donc sa production alimentaire et bioélectrique.

Par ailleurs, la SAU du territoire est déjà historiquement appropriée par de nombreux acteurs répartis en petites exploitations familiales de 6 hectares en moyenne (Martignac, 2006), ce qui rend sensible toute discussion portant sur l'évolution du paysage agricole. En particulier, la culture de la canne à sucre domine toujours le paysage agricole en occupant 55% de la SAU du territoire, et ce, malgré une érosion marquée de la sole cannière depuis 2010 (DAAF Réunion, 2021). Cette filière bénéficie en outre d'un ancrage territorial fort, ayant une force d'influence conséquente. Le premier SAR de l'île fixait ainsi l'objectif d'un maintien de la sole cannière à 30 000 hectares (Martignac, 2006), tandis que la feuille de route du plan AgriPéi a repositionné ce seuil à 22 000 hectares (Département de La Réunion, 2020). Dans tous les cas, l'agro-industrie cannière possède une emprise dominante sur le foncier du territoire, hérité du modèle des grandes propriétés coloniales, et qui a contribué largement à façonner l'ensemble du territoire : équilibre ville-campagne, localisation des principales cultures par rapport aux surfaces historiquement cultivées en canne à sucre, nouveaux quartiers installés sur d'anciennes propriétés cannières déclassées en terrains constructibles, etc. (Martignac, 2006). Malgré cette place pivot dans l'aménagement du territoire, doublée de vertus agronomiques en termes de résilience aux aléas climatiques et de prévention de l'érosion, un rapport commandé par l'Etat pointe que la stratégie de « fonder l'économie sucrière sur un produit fongible, soumis à une rude concurrence internationale [...], ne semble pas être un positionnement porteur d'avenir » (IGF et al., 2021). Aujourd'hui la canne à sucre fait régulièrement l'objet de polémiques, notamment à travers les journaux locaux, quant à sa pérennité économique, au vu des difficultés de négociations entre planteurs et industriels et face au choix de certains canniers de se détourner progressivement de cette culture au profit d'une diversification vers de l'horticulture alimentaire ou de l'élevage (Le Quotidien, 2021 ; Le Journal de l'île de La Réunion, 2021 ; Les Echos, 2022).

Prenant note de la contrainte pesant sur le foncier et des débats autour de l'avenir de la canne à sucre, les politiques publiques locales d'aménagement et agricoles tentent de minimiser les conflits d'usage des sols tout en promouvant une augmentation qualitative et quantitative des différentes productions : en particulier, une augmentation de la production locale alimentaire sans compétition avec la production de canne à sucre et l'urbanisation à travers les stratégies récentes développées dans le plan Agripéi (Département de La Réunion, 2020), la PPE (Région Réunion, 2021) et le SAR (Région Réunion, 2021). Cet équilibre est néanmoins difficile à maintenir comme le confirment les derniers recensements faisant état de la disparition de 4 000 hectares de terres agricoles depuis 2010 associée
à une forte diversification de la canne vers d'autres productions (DAAF Réunion, 2021). Par ailleurs, de
nouvelles compétitions foncières se profilent comme le développement d'unités de production de
grande puissance en solaire photovoltaïque (SPL Horizon Réunion, 2020) qui sont parfois installées au
sol et qui participent donc à artificialiser le foncier du territoire.

En conclusion, les terres agricoles du territoire d'étude peuvent constituer des supports pour différents usages, dont ceux de contribuer à l'autonomie alimentaire ou électrique. Ces deux enjeux particuliers peuvent induire des compétitions comme cela est déjà analysé dans d'autres contextes (Muscat et al., 2020), phénomène encore accru pour un système insulaire où l'espace est une ressource précieuse. Les questions alimentaires et énergétiques sont ainsi liées, et l'autonomisation alimentaire-électrique suppose un difficile arbitrage d'une ressource foncière en tension et déjà largement appropriée.

## 2.3 Question de recherche, objectifs et hypothèses

### Une question de recherche pour orienter le travail de thèse...

Alors que la littérature scientifique se concentre plutôt uniquement sur l'autonomie alimentaire ou énergétique (voir exemples en I.1.1), peu d'études s'intéressent conjointement aux enjeux alimentaires et énergétiques. Les exceptions incluent principalement les travaux de métabolisme social ou métabolisme territorial s'intéressant de manière exhaustive et détaillée aux flux de matières et/ou d'énergie (Barles, 2014 ; Gasparatos, 2011), ou encore les travaux considérant des nexus de processus interconnectés (Bazilian, 2011). De plus, seul un petit nombre d'études questionnent simultanément l'autonomie alimentaire et énergétique sous l'angle de l'usage des sols (Kim et al., 2015) ce qui constitue un aspect innovant de ce travail. Notre approche s'inscrit plutôt dans la catégorie de l'étude d'un nexus, sous l'angle spatial. En effet, il a été montré précédemment comment divers processus interconnectés de dynamique d'usage des sols, sous l'influence éventuelle d'instruments de politiques publiques (voir partie I.2.2.), sont susceptibles d'influencer le bassin local de production de biomasses et donc la trajectoire d'autonomisation alimentaire-électrique du territoire.

Les trajectoires possibles de notre territoire d'étude et, en conséquence, son degré d'autonomisation alimentaire-électrique, constituent l'objet d'étude de la thèse. En parallèle, la question de recherche de ce travail est d'estimer quelles sont les marges réalistes d'autonomisation alimentaire-électrique de l'île de La Réunion à moyen terme et quelles sont les conditions pour les atteindre. Ici, il est à noter que le choix d'un horizon de moyen terme correspond à une période d'environ 20 ans, ce qui permet
d'envisager une certaine continuité du contexte politique et environnemental (vis-à-vis du changement climatique par exemple).

## ...Avec trois objectifs de recherche et trois hypothèses pour y répondre

Une première hypothèse de travail est immédiatement posée, dans la continuité des enjeux autour de l'usage des sols exposés en I.2.2 : pour un système insulaire comme l'île de La Réunion, l'arbitrage du foncier est central dans la production suffisante de biomasses et donc dans la possibilité d'une trajectoire d'autonomisation alimentaire-électrique.

A partir de cette première hypothèse, on peut identifier trois objectifs principaux en lien avec la question de recherche posée. Premièrement, il est nécessaire de relier l'usage des sols du territoire à des indicateurs d'autonomie alimentaire-électrique. Deuxièmement, les processus pertinents qui interviennent dans la capacité d'autonomie alimentaire-électrique de l'île, notamment du point de vue spatial, doivent être identifiés. Troisièmement, il conviendra de sélectionner après évaluation, des conditions de scénarios réalistes permettant une autonomisation alimentaire-électrique du territoire.

Par ailleurs, tout comme les nexus (Zhang et al., 2018), les territoires sont des systèmes complexes (Leloup, 2010). Notre objet d'étude s'inscrit donc également dans ce paradigme de la complexité (Morin, 1990). Ainsi, il possède en théorie des caractéristiques de totalité (le tout est différent de la somme de ses parties), d'interactivité (la compréhension du système passe par une compréhension des relations entre entités et pas seulement des entités elles-mêmes), d'organisation (le système possède une organisation propre) et d'ouverture (le système influence et est influencé par son environnement) (Leloup, 2010). La modélisation apparaît alors comme une approche idéale pour offrir une représentation compréhensible de cet objet afin d'en comprendre la mécanique interne et d'anticiper ses évolutions futures (Le Moigne, 1977), mais aussi d'apporter un appui à la décision publique comme c'est souvent le cas dans la littérature similaire (Schubert et al., 2015 ; Zhang et al., 2018). Pour répondre à notre premier et notre second objectif, nous travaillerons ainsi avec une seconde hypothèse : la modélisation peut permettre de faire le lien entre des parcelles aux usages du sol donnés, sous l'effet simulé de différents processus spatiaux, et l'évaluation du degré d'autonomie alimentaire-électrique du territoire.

En parallèle, l'exploration de scénarios est nécessaire au regard de la complexité de l'objet d'étude et des incertitudes entourant ses trajectoires possibles d'évolution. L'anticipation (synonyme de « prospective » ou « foresight studies » en anglais) tient justement à « explorer systématiquement, créer et tester à la fois des avenirs possibles et désirables pour améliorer les décisions » (Giaoutzi & Sapio, 2013). A l'échelle territoriale, ces outils permettent de définir des scénarios avec les acteurs
locaux, d'analyser et de débattre de sujets complexes (Fourny & Denizot, 2007). Pour répondre à notre
second et notre troisième objectif, nous travaillerons ainsi avec une troisième hypothèse : il existe des
scénarios réalistes permettant d'aller vers l'autonomisation alimentaire-électrique de La Réunion que
l'anticipation participative peut permettre de co-construire.
## CONCLUSIONS DU CHAPITRE I :

L'autonomie alimentaire et énergétique peut s'entendre à toutes les échelles et recouvrir de multiples dimensions. Tout d'abord, c'est une notion de sécurité qui y est associée, c'est-à-dire le fait d'assurer un volume suffisant de denrées et d'énergie pour répondre à des besoins vitaux. Mais une dimension qualitative s' invite aussi dans cette définition : stabilité de la ressource, adéquation du type de ressource aux besoins, disponibilité, etc. Le terme véhicule par ailleurs une conception politique d'indépendance relative ou plutôt de souveraineté, notamment dans l'appropriation locale des moyens de production. Enfin, l'autonomie ne peut s'intéresser qu'aux seules ressources sans réflexion sur la provenance de leurs intrants de production (matières premières, eau, nutriments, alimentation animale, métaux, etc.). Dans ce travail de thèse, c'est l'autonomie alimentaire et électrique qui sera appréhendée, principalement par le recours à des taux de couverture : taux de couverture des besoins alimentaire et électriques par la production locale, et également des besoins en deux intrants de l'alimentation (l'azote ammoniacal ou azote « disponible » et l'alimentation animale). Plus précisément, nous parlerons « d'autonomisation alimentaire-électrique » c'est-à-dire le projet d'augmenter le degré d'autonomie alimentaire et électrique de manière intégrée.

L'île de La Réunion, notre territoire d'étude, est dans une situation de forte dépendance vis-à-vis de ressources extérieures importées. Dans un contexte mondial marqué par des risques systémiques et globaux accrus, cette dépendance est une source de profonde vulnérabilité. Le développement de l'appareil productif local serait à poursuivre mais fait face à des contraintes liées à l'insularité, en particulier la disponibilité en foncier pour la production de biomasses valorisables en alimentation et bioélectricité ainsi que, dans une moindre mesure, pour l'installation de centrales photovoltaïques au sol.

Quelles sont les marges réalistes d'autonomisation alimentaire-électrique de l'île de La Réunion à moyen terme et quelles sont les conditions pour les atteindre ? Pour répondre à cette question de recherche, nous postulerons d'abord que la question de la disponibilité foncière est la principale limite qui empêche l'autosuffisance du territoire. Nous chercherons ainsi à construire des scénarios de territoire qui intègrent des dynamiques d'usage des sols. Notre seconde hypothèse est que la modélisation peut permettre de faire le lien entre dynamiques d'usage des sols et évolution du degré d'autonomie alimentaire-électrique du territoire. Enfin, notre troisième hypothèse est qu'il existe des scénarios réalistes permettant d'aller vers l'autonomisation alimentaire-électrique de La Réunion que l'anticipation participative peut permettre de co-construire.
Chapitre II :

Méthodologie générale
Dans le Chapitre I, les contours du sujet d'étude ont été précisés. Cet état de l'art contextuel et scientifique a abouti à une question de recherche, des objectifs et des hypothèses. Le Chapitre II complète d'abord l'état de l'art scientifique, en se concentrant sur les deux grandes méthodes mobilisées dans ce travail : la modélisation spatiale et dynamique d'une part, et l'anticipation territoriale participative d'autre part. Enfin, la mise en application de ces méthodes est détaillée dans le contexte de notre étude. Le croisement des approches y tient une place prépondérante et concourt pour une grande part à l'originalité de cette thèse.

# 1. Principaux outils et méthodes mobilisés

## 1.1 Modélisation spatiale et dynamique

### L'intérêt et les principes généraux des modèles de dynamiques spatiales

Il a été montré en I.2.3 que la modélisation s'impose comme un outil incontournable pour répondre aux objectifs de la thèse. La modélisation des systèmes s'est développée parallèlement à l'approche systémique, où l'objet d'étude est considéré dans son intégralité, comme un tout fonctionnel : les entités élémentaires, leurs interactions, voire les sous-systèmes hiérarchisés que ces entités en interaction composent. Avec cette vision systémique, il apparaît que la modification d'un seul élément peut impacter le reste de l'évolution du système par un jeu de relations (Von Bertalanffy, 1968). Alors que l'analyse réductionniste des constituants du système serait une opération « mutilatrice » pour notre objet d'étude, la modélisation a l'ambition d'en proposer une « représentation communicable » qui conserve ses propriétés de système complexe (Le Moigne, 1977).

Il est possible de regrouper les travaux de modélisation en trois grandes catégories principales : les approches descendantes qui décrivent la dynamique du système dans sa globalité, les approches ascendantes qui s'intéressent à l'émergence de phénomènes à grande échelle en simulant le fonctionnement d'entités élémentaires et enfin un ensemble d'autres approches qui opèrent le plus souvent une forme d'hybridation des deux premières (Jahel, 2016 ; Degenne & Lo Seen, 2016). Hormis quelques exceptions (Kim et al., 2015 ; Jahel, 2018 ; Crespin Boucaud, 2021), la littérature traitant de la modélisation d'enjeux alimentaires et énergétiques semble plutôt relever de la dynamique des systèmes, c'est-à-dire des approches descendantes mettant en jeu des stocks et des flux (Wirsenius, 2003 ; Zhang et al., 2018 ; Kaddoura, 2017 ; Kougias et al., 2019 ; Viesi et al., 2020). Dans le cas de La Réunion, plusieurs modèles du système énergétique territorial ont été développés, le plus souvent sous un angle technico-économique (Selosse et al., 2018 ; ADEME 2018), pouvant intégrer d'autres
dimensions comme l'effet de politiques publiques (Garabedian & Ricci, 2018) ou des questions d'aménagement (Bénard-Sora & Praene, 2016). En revanche, il n'existe pas à proprement parler de modèle du système alimentaire territorial. Certains travaux ont néanmoins modélisé plusieurs aspects centraux du secteur agricole réunionnais, en particulier : les rendements de canne à sucre (Todoroff, 2013) et l'intégration culture-élevage à l'échelle du territoire (Randrianasolo et al., 2010 ; Vayssières et al., 2011 ; Kleinpeter et al., 2023).

Or, notre première hypothèse de travail (présentée en I.2.3) selon laquelle l'arbitrage du foncier est central dans la trajectoire d'autonomisation alimentaire-électrique de l'île, implique un accent particulier sur les dynamiques spatiales dans notre modèle. De plus, de fortes hétérogénéités existent à l'échelle de notre territoire d'étude (voir notamment la partie I.2.1). Or, si les variables du système ont des valeurs dispersées, il devient impossible de les étudier de façon agrégée : la modélisation de dynamiques spatiales permet alors de tenir compte de ces hétérogénéités (Degenne & Lo Seen, 2016). En parallèle, cette approche permet de comprendre et d'appuyer les décisions concernant les dynamiques d'usage des sols en particulier dans le domaine des politiques d'aménagement (Vedkamp & Verburg, 2002).

Les modèles de dynamiques d'usage des sols sont classés selon Agarwal (2002) en combinant trois dimensions : une échelle spatiale, une échelle temporelle mais aussi une échelle de la place de la décision humaine. Les modèles de dynamiques d'usage des sols ont ainsi une étendue et une résolution plus ou moins fine, ainsi que des dimensions continues ou discrètes (Crespin Boucaud, 2021). Dans la littérature, la modélisation des dynamiques spatiales s'appuie sur deux étapes essentielles. Premièrement, il convient d'élaborer un modèle conceptuel qui objective les différentes entités, leurs relations, leur organisation en sous-systèmes au sein du système modélisé (Jahel, 2016 ; Crespin Boucaud, 2021), mais aussi des processus de changement permettant d'envisager la dynamique du système (Ruas & Sanders, 2015). Deuxièmement, ce modèle conceptuel est implémenté dans un modèle informatique, sous la forme d'un algorithme dans un certain langage de programmation (Chery & Smektala, 2004), bien plus flexible que la formulation par des équations différentielles par exemple (Garabedian, 2007). Cette dernière étape permet alors de simuler des scénarios, chacun correspondant à un ensemble défini de paramètres pour calibrer le modèle informatique.
## Le choix d'Ocelet comme plateforme de modélisation spatiale et dynamique pour répondre aux particularités du sujet d'étude

Qu'ils soient spatiaux ou non, les travaux de modélisation sont généralement conduits selon un type unique d'approche ascendante ou descendante : dynamique des systèmes, automate cellulaire ou multi-agents (Degenne & Lo Seen, 2016). Néanmoins, notre objet d'étude intègre plusieurs de ces approches à différentes échelles. En particulier, la modélisation des productions du territoire dépend des caractéristiques de parcelles agricoles sous l'effet de processus modulés par des conditions très locales (voir IV.2.1). Il s'agit donc plutôt dans ce cas d'une approche ascendante qui rappelle les automates cellulaires. De telles approches ascendantes de modélisation spatiale ont d'ailleurs été utilisées plusieurs fois dans le contexte réunionnais sur la thématique de l'aménagement du territoire (Lajoie & Haken-Zanker, 2007 ; Lagabrielle et al., 2010). En revanche, dans notre sujet, certains processus constituent des contraintes relativement homogènes pour l'ensemble du territoire comme l'évolution du mix électrique : il s'agit dans ce cas plutôt d'une approche de dynamique des systèmes. Ce besoin d'hybrider des échelles et des approches de modélisation implique le recours à un langage de modélisation flexible.

Notre modèle est construit avec le logiciel Ocelet Modelling Platform (OMP) développé par l'UMR TETIS au CIRAD<fnref n="5" />, qui est à la fois un langage métier et une plateforme de modélisation de dynamiques spatiales (Degenne & Lo Seen, 2016). Selon la grammaire d'OMP, le territoire d'étude est conceptuellement composé de « graphes d'interaction » qui sont des complexes d'entités en interaction. Concrètement, des entités spatiales (parcelles, aires urbaines), définissant les « nœuds » de chaque graphe, sont interconnectées par des « arêtes » qui contiennent des fonctions (fonctions d'interaction) pouvant s'activer selon un scénario pour faire évoluer l'état du système. De nombreuses informations sur l'état du système sont détenues par les propriétés des entités modélisées (comme les usages du sol des parcelles ou la population du territoire global). L'évolution au cours du temps de ces propriétés sous l'effet de processus permet de représenter la dynamique du système. Grâce à ces éléments de grammaire de base, le modélisateur peut décider en toute flexibilité quelles entités spatiales modéliser, avec quelles propriétés, tout en définissant les relations entre ces entités et les fonctions qui peuvent intervenir pour modifier l'état du système. Enfin, il revient au modélisateur d'établir des scénarios qui vont permettre de cadrer l'évolution du système selon une durée et un pas de temps défini. Par ailleurs, OMP permet aisément l'intégration de données sous forme de vecteurs et de rasters (Castets, 2015) ce qui permet dans cette étude d'introduire des contraintes issues de

<footnote n="5">⁵ Plus d'informations sur http://www.ocelet.fr/ (consulté le 16/08/2022)</footnote>
données rastérisées à des processus interagissant avec une carte vectorisée (voir le fonctionnement des « variables contextuelles » en IV.2.1).

OMP a déjà été mobilisé dans des contextes similaires à celui de l'objet d'étude : à La Réunion pour simuler des scénarios de dynamiques d'étalement urbain (Lestrelin et al., 2017) et dans d'autres contextes tropicaux pour l'étude de systèmes agricoles (Jahel et al., 2018 ; Crespin Boucaud, 2021). Avec ce projet de thèse, c'est la première fois qu'OMP est mobilisé pour s'intéresser à des enjeux en lien avec l'énergie. En plus des différents travaux listés en II.1.1., il apparaît que l'île de La Réunion a fait l'objet de plusieurs modèles tant sur le volet agricole qu'énergétique. Ces différents travaux, ajoutés aux bases de données produites par les organismes administratifs locaux (DAAF, INSEE, SPL Horizon Réunion, etc.) et professionnels (instituts techniques des filières agricoles, EDF, etc.), assurent une bonne accessibilité de nombreuses données, point essentiel d'une démarche de modélisation à la fois pour la construction du modèle mais aussi la validité de ses résultats (Batty & Torrens, 2001).

## 1.2 Anticipation territoriale et participative

### La prospective territoriale pour expliciter des avenirs alternatifs sous forme de scénarios

Dans la partie II.1.1, la notion de scénarios a été introduite comme un ensemble particulier de paramètres de calibrage du modèle informatique permettant la simulation du système d'étude. Mais le scénario peut également désigner « la description cohérente du système à un moment donné et celle du cheminement conduisant à son état final » (Deslatte & Durance, 2009). Autrement dit, le scénario est à la fois un ensemble de paramètres pour cadrer la simulation de l'évolution du système et le narratif décrivant cette évolution. Si la première définition correspond à la pratique de la modélisation, la seconde s'accorde avec la pratique de la prospective.

La prospective se définit comme une « démarche indépendante, dialectique et rigoureuse, menée de manière transdisciplinaire et collective et destinée à éclairer les questions du présent et de l'avenir, d'une part, en les considérant dans leur cadre holistique, systémique et complexe et, d'autre part, en les inscrivant, au-delà de l'historicité, dans la temporalité. » (Destatte & Durance, 2009). La prospective est une manière de penser le monde de manière complexe et l'avenir comme ouvert à une multitude de futurs possibles, reconnaissant ainsi qu'il est possible d'infléchir l'avenir (Gonod & Gurtler, 2002). La démarche prospective, en introduisant cette idée d'avenir ouvert, reconnaît en parallèle qu'il existe différentes classes de radicalité des futurs alternatifs : d'un futur extrapolé à partir des tendances actuelles, en passant par des futurs probables, plausibles et possibles, jusqu'à des futurs pouvant apparaître absurdes tellement ils semblent éloignés de la trajectoire actuelle (Voros, 2003). Dans la
suite de ce travail, on s'intéressera à trois types de scénarios : un « scénario de référence » équivalent à une extrapolation du présent, des « scénarios tendanciels » correspondant à l'exploration de tendances identifiées en restant dans le domaine du plausible et enfin un « scénario de rupture » synonyme à la fois de futur possible mais intégrant des bifurcations importantes par rapport aux scénarios précédents. Deux spécifications particulières sont ajoutées à la définition de ce scénario de rupture dans notre travail : il doit correspondre dans la mesure du possible à un avenir préférable selon les acteurs du territoire (voir **Figure 6**) et viser de meilleurs résultats en termes d'autosuffisance que les autres scénarios. Ainsi, le scénario de référence et les scénarios tendanciels correspondent à une pratique exploratoire de la prospective, tandis que l'élaboration du scénario de rupture en est une déclinaison exploratoire mais aussi normative (Destatte & Durance, 2009). En réalité, les autres scénarios peuvent également apparaître comme désirables pour certains acteurs du territoire mais ils n'ont pas été élaborés avec cette consigne affichée.

<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>**Figure 6** : Les différents degrés des scénarios élaborés dans le cadre de la thèse selon le « cône des futures » (source : adaptation d'un graphique tiré de Voros, 2003).</figcaption></figure>
Déclinée à l'échelle d'un territoire, on parle de prospective territoriale. Cette dernière constitue un dispositif à la fois rationnel et créatif en plusieurs dimensions : cognitive, technique et pratique, discursive, opérationnelle et organisationnelle, ainsi que programmatique. La démarche de prospective territoriale comporte deux volets : un volet « analytique » qui vise à étudier le système territorial, ses trajectoires en cours et ses évolutions possibles, ainsi qu'un volet « opératoire » qui s'appuie sur une implication active des acteurs dans la construction d'un dessein commun, comme cela est abordé dans la partie suivante (Agence d'urbanisme pour le développement de l'agglomération lyonnaise, 2015). Comme mentionné, la phase analytique de la prospective qui aboutit à la construction de scénarios s'appuie en amont sur une analyse du système d'études, et tout particulièrement des forces internes qui sont motrices de son évolution (Bourgeois, 2017), comme cela est détaillé en II.2.2. La littérature fournit plusieurs exemples d'études prospectives dont le volet analytique aboutit à des scénarios d'évolutions de systèmes alimentaires (Billen, 2019 ; Serraj & Pingali, 2019) comme énergétiques (ADEME, 2016 b). Le plus souvent, les études se composent d'un ou plusieurs scénarios tendanciels et développent quelques scénarios de rupture, tout comme l'approche privilégiée dans cette thèse. Les horizons temporels sont variés, la grande plus-value de la prospective étant sa capacité à appréhender le temps long (Le Fur, 2018).

## L'anticipation territoriale pour concilier différentes visions d'acteurs locaux et éclairer l'action présente

Comme mentionné précédemment, les démarches de prospective permettent d'envisager collectivement des évolutions futures du système étudié. En particulier, la « montée en puissance » dans les deux dernières décennies de la prospective territoriale « tend à être fondée sur une participation des citoyens, et à renforcer la démocratie » (Gonod & Gurtler, 2002). Cette participation d'acteurs du territoire au processus vise alors généralement à « aider une organisation ou une communauté à planifier et se diriger vers un futur désiré » (Dator, 2009). Cela correspond au second volet dit opératoire, introduit dans la partie précédente. De plus, comme cela est détaillé en II.2.2, la participation permet également la mise en place de méthodes particulières d'analyse du système prospectif, qui peuvent répondre aux besoins de la première phase du travail, dite analytique. La thèse se place ainsi dans le cadre d'une prospective prédictive, descriptive et de débat : c'est-à-dire, réfléchir de manière participative à des scénarios à partir de tendances (Fourny & Denizot, 2007).

De telles démarches de prospective territoriale participative ont également déjà été déployées pour traiter simultanément de questions alimentaires et électriques (Vergriete et al., 2018 ; Loos en Gohelle, 2014). Sur l'île de La Réunion, plusieurs travaux de prospective ont été conduits de manière
participative : sur les trajectoires globales du territoire (ACADIE, 2013), sur la vulnérabilité du littoral au changement climatique (Magnan & Duvat, 2016), concernant le futur de l'agriculture avec un enjeu sous-jacent d'autonomie alimentaire (Département de La Réunion, 2020) ou encore pour l'optimisation des flux inter-filières dans l'optique d'une économie circulaire (Wassenaar et al., 2015).

Au sein des approches prospectives, le cadre conceptuel de l'anticipation est utilisé dans la suite de ce travail. En effet, le terme d'anticipation permet d'insister sur le processus de renouvellement de l'action présente à partir d'un détour par le futur. En effet, l'anticipation questionne à la fois les états possibles du futur et l'état du présent, à la différence de la prospective qui met l'accent sur des visions de l'avenir et le moyen d'y parvenir. L'anticipation est à ce titre plus large, en reconnaissant plusieurs usages à la compréhension du futur (« littératie du futur ») : la poursuite et l'optimisation de processus connus, l'adaptation contingente à des forces externes mais surtout l'exploration de nouveaux futurs pour mieux « comprendre et questionner le présent » (Poli, 2015). C'est en particulier ce dernier usage qui est mobilisé dans ce projet par l'élaboration du scénario de rupture co-construit en réaction à la simulation de scénarios tendanciels, comme cela est décrit en II.2.1.

Ainsi, en combinant le souci de l'inclusion des acteurs locaux avec celui d'utiliser le futur comme un moyen d'agir sur le présent, on parlera dans la suite de ce travail, « d'anticipation territoriale » pour désigner le cadre conceptuel de notre approche prospective. La notion d'anticipation territoriale présente en outre l'intérêt d'agréger plusieurs démarches similaires d'intelligence territoriale comme la prospective, la planification ou le projet de territoire (Le Fur, 2019).

## 2. Méthodologie à l'interface entre approches de modélisation et d'anticipation

### 2.1 Phases participatives communes

> Les phases participatives permettent d'affiner et de faire le lien entre résultats de modélisation et résultats d'anticipation

Le croisement de la modélisation et de la construction de scénarios par des approches prospectives demeure un champ scientifique peu exploré. Quelques exceptions en lien avec notre objet d'étude sont à signaler, comprenant des simulations du système alimentaire (Poux & Aubert, 2018), du système énergétique (McDowall, 2014) ainsi que des dynamiques d'usage des sols (Camara et al., 2019). Mais au vu du peu de références existantes sur le sujet, une méthode sur-mesure pour croiser modélisation des dynamiques spatiales et anticipation territoriale est à développer dans le cadre de notre étude.
Or, étant donné son orientation spatiale, appréhender l'objet d'étude est indissociable de la prise en compte des acteurs qui fabriquent ce territoire (voir définition partie I.1.2) et se l'approprient : leur inclusion au projet est indispensable. D'une part, sur le volet de la modélisation spatiale, plusieurs travaux reconnaissent qu'il ne s'agit pas uniquement d'étudier le complexe multi-acteurs mais d'agir avec lui, avec plus ou moins d'inclusivité : collecte de données spatiales par entretiens (Jahel et al., 2018), cartographie à dire d'acteurs (Benoît et al., 2006) ou encore modélisation d'accompagnement (Etienne, 2010). En particulier, un projet de modélisation spatiale dans le contexte réunionnais s'est appuyé sur un modèle OMP nourri d'échanges avec les acteurs locaux autour de la modélisation et de la scénarisation de l'étalement urbain (Lestrelin et al., 2017). D'autre part, il a été montré en II.1.2. le caractère éminemment participatif de l'anticipation territoriale.

La participation peut ainsi servir de trait d'union, ou plutôt de fil conducteur, entre modélisation des dynamiques spatiales et anticipation territoriale. La méthode développée dans ce travail propose de commencer par l'élaboration d'un premier modèle spatial statique (« *ProdAgri* ») permettant de faire le lien entre usages du sol et indicateurs d'autosuffisance à l'échelle de l'île, à partir de quelques entretiens exploratoires. Ensuite, on conduit une première vague d'entretiens pour identifier les forces qui influencent le système d'étude afin d'en proposer une conceptualisation comme préalable à la modélisation dynamique (voir partie IV.1) : une fois implémenté, ce second modèle de dynamiques spatiales est appelé « *ProdRun* ». En parallèle, un scénario de référence et un ensemble de scénarios tendanciels sont élaborés à partir du retour de la première vague d'entretiens et des entretiens exploratoires (voir partie IV.2.2 et IV.3). Dans une dernière phase, les simulations des scénarios tendanciels sont discutées pendant une seconde vague d'entretiens auprès des acteurs précédemment enquêtés afin d'apporter des améliorations à la structure de *ProdRun* et de générer de nouvelles hypothèses permettant l'élaboration et la simulation d'un scénario de rupture (voir partie IV.3). La **Figure 7** présente une vue graphique de la méthodologie décrite, mettant ainsi en exergue le rôle de la participation tout au long du projet via des enquêtes. Cette participation permet non seulement de faire le lien entre modélisation et anticipation mais également de mettre en place une « boucle d'apprentissage » entre le modélisateur et les experts enquêtés. L'inclusion des participants et donc la viabilité du processus est assurée par une relative continuité de la composition du panel d'enquêtés tout au long du projet (voir partie suivante).
<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>**Figure 7 :** Deux vagues d'entretiens articulent et nourrissent le flux d'informations entre différentes étapes de modélisation de dynamiques spatiales et d'anticipation territoriale (source : auteur).</figcaption></figure>

## Un choix des participants et une conduite des entretiens en plusieurs vagues

L'importance de la participation tout au long de la méthodologie repose sur la conduite d'entretiens semi-directifs auprès d'un panel d'acteurs du territoire. Les entretiens semi-directifs ont été menés soit de manière individuelle, soit face à des groupes d'experts. Comme présenté précédemment, les enquêtés ont été consultés durant deux vagues, ponctuées d'entretiens spécifiques selon le besoin, et
précédées d'une phase d'entretiens exploratoires. Le panel d'experts a été élaboré en combinant trois caractéristiques d'échantillonnage tirées de Miles & Huberman (1994). La première caractéristique est celle de la « variation maximale » où plusieurs catégories d'experts ont été considérées pour produire des connaissances pluridisciplinaires de notre objet d'étude. Concrètement, quatre catégories pertinentes ont été identifiées : l'administration, les filières agricoles et agroalimentaires, les filières de production et distribution d'électricité ainsi que la société civile et la recherche. La seconde caractéristique est qualifiée « d'effet boule de neige » où la liste d'experts à enquêter s'allonge au fil du temps en fonction des sujets qui émergent des premières enquêtes. Enfin, la troisième caractéristique est celle de la « réputation » : sur demande si ce n'est spontanément, les enquêtés recommandent d'autres experts pour approfondir certains sujets. Au total, 75 experts de 33 organisations différentes ont été enquêtés sous forme d'entretien semi-directif durant la thèse. Le résumé des organisations enquêtées est donné dans le **Tableau 1** (une liste plus détaillée est disponible en Annexe 1.A).

<table><caption>**Tableau 1** : Résumé du nombre d'experts et d'organisations enquêtées durant les différentes vagues d'entretiens semi-directifs. Chaque vague d'entretiens est codée de la manière suivante pour être cité dans ce travail : exploratoire [EXP/...] ; première vague [PRV/...] ; seconde vague [SCV/...] ; spécifique [SPE/...] (source : auteur).</caption><thead><tr><td>Catégorie d'expert</td><td>Entretiens exploratoires (décembre 2019 et janvier 2020)</td><td>Première vague d'entretiens (novembre et décembre 2020)</td><td>Seconde vague d'entretiens (décembre 2021 et janvier 2022)</td><td>Entretiens Spécifiques (mars à avril 2021)</td></tr></thead><tbody><tr><td>Administration et recherche</td><td>8 experts / 4 organisations</td><td>6 experts / 6 organisations</td><td>32 experts / 8 organisations</td><td>2 experts / 1 organisation</td></tr><tr><td>Filières agricoles et agroalimentaires</td><td>aucun</td><td>7 experts / 6 organisations</td><td>9 experts / 6 organisations</td><td>10 experts / 6 organisations</td></tr><tr><td>Filières de production et distribution d'électricité</td><td>aucun</td><td>2 experts / 2 organisations</td><td>2 experts / 1 organisation</td><td>aucun</td></tr><tr><td>Société civile</td><td>1 expert / 1 organisation</td><td>3 experts / 3 organisations</td><td>10 experts / 4 organisations</td><td>aucun</td></tr></tbody></table>
A deux exceptions près (à la demande des enquêtés), tous les entretiens semi-directifs exploratoires et de la première vague sont enregistrés et retranscrits. Les résultats des entretiens de la seconde vague, dont le format était plus encadré, sont recueillis par simple prise de notes. Dans la suite de ce document, des verbatim<fnref n="6" /> seront ponctuellement mobilisés en utilisant la notation suivante : « *[code de la vague d'entretien / numéro de l'enquêté]* ».
Dans un souci d'anonymisation, seul l'auteur de ce document dispose des enregistrements et de la clé permettant de relier un numéro à l'identité de la personne enquêtée.

L'approche privilégiée pour l'exploitation des entretiens retranscrits est l'analyse de discours (Schneider, 2001). Les thèmes abordés lors des entretiens dépendent de la vague correspondante mais portent globalement sur les quatre thèmes suivants : (i) la définition et le périmètre de l'autonomie alimentaire et électrique ; (ii) la prise en charge politique du sujet ; (iii) les forces qui influencent la capacité d'autosuffisance du territoire et dont l'analyse est faite par une méthodologie particulière décrite en II.2.2. ; (iv) les scénarios d'évolution possibles et/ou souhaitables du territoire en fonction des forces précédemment identifiées ; (v) la manière de modéliser concrètement ces forces sous forme de processus (les entretiens spécifiques sont dédiés à ce thème). Les **Annexes 2.A, 2.C et 2.E** présentent les différents guides d'entretien utilisés pendant les vagues d'enquête. Les entretiens spécifiques ont fait l'objet de guides rédigés au cas par cas portant sur la modélisation des processus de diversification de la canne et de l'étalement urbain d'une part (voir en IV.1.2) et de la spatialisation des cultures horticoles alimentaires d'autre part (voir en III.2.2).

En parallèle des guides, plusieurs supports graphiques ont été mobilisés lors des entretiens pour appuyer les enquêtés dans leurs réflexions (voir les **Annexes 2.B, 2.D et 2.F**). La première vague notamment, s'appuie sur deux éléments graphiques : (i) d'une part, la simulation d'indicateurs d'autonomie alimentaire et électrique issue de *ProdAgri*, ici utilisée comme « objet intermédiaire » (au sens de Lestrelin et al., 2017) afin de partager le diagnostic de l'autosuffisance du territoire ; (ii) d'autre part, une carte vierge et des feutres pour inviter l'expert à spatialiser de manière illustrée les processus et les usages du sol qu'il est amené à décrire lors de l'entretien. Lors de la seconde vague, la méthodologie et l'analyse des simulations issues de *ProdRun* sont présentées sous forme d'un poster.
Présentant des indicateurs dynamiques d'autosuffisance et des visuels d'un paysage simulé pour illustrer les tendances du territoire, le poster permet de déclencher des réactions chez les enquêtés pour construire des scénarios. En effet, s'inspirant de la co-élaboration participative de scénarios (Bourgeois et al., 2017), les experts sont invités à exprimer des hypothèses d'évolution pour différents facteurs de changement identifiés sous la forme d'étiquettes et de *post-it* dont un exemple est montré

<footnote n="6">⁶ Citation fidèle des propos prononcés par un enquêté.</footnote>
sur la **Figure 8**. Cette dernière phase de travail est réalisée pour environ deux tiers des entretiens, lorsque les conditions et le temps disponible le permettent.

<figure><img src="image_9.png" /><figcaption>**Figure 8** : Photographie prise en fin de « session post-it » (seconde vague d'entretien) avec un groupe d'experts. Les participants choisissent des facteurs de changement pré-identifiés par le modélisateur (étiquettes blanches) et indiquent pour chacun d'eux un ensemble d'hypothèses d'évolution perçues comme négatives (rose), neutres (jaune pâle) ou positives (vert) (source : auteur).</figcaption></figure>

Aux entretiens semi-directifs s'ajoute la conduite de trois ateliers en novembre 2021 durant un comité annuel d'échanges (« CST SIIAM ») entre une partie du Centre de coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (CIRAD) et ses partenaires et bailleurs. Les ateliers rassemblent environ 60 participants afin d'envisager des trajectoires désirées pour le territoire selon des facteurs de changement proposés (la liste des participants à ces ateliers n'est pas connue avec exactitude mais la liste de toutes les organisations participantes inscrites à l'ensemble de la journée est disponible à l'Annexe 1.B). Ces ateliers s'inscrivent dans la seconde phase d'entretiens car les
thèmes abordés sont identiques même si leur format est différent (voir le détail du déroulement des ateliers en **Annexe 2.G**).

## 2.2 Facteurs de changement, processus, hypothèses d'anticipation et scénarios

### De l'identification des facteurs de changement à la sélection de facteurs essentiels

Lorsque l'on cherche à décrire un système complexe composé d'un mélange de variables quantitatives et qualitatives, « l'analyse structurelle » est une méthode souvent employée dans les approches prospectives pour analyser le système d'étude. Cette méthode se déroule en trois étapes : « l'inventaire des variables, la description des relations entre variables et identification des variables essentielles » (Arcade et al., 2009). Dans la suite de ce travail, nous préférons l'emploi du terme « facteur de changement » (driver en anglais) plutôt que « variable » que nous réservons à la modélisation. La définition utilisée nous vient de la prospective où un facteur de changement se réfère précisément à « toute force qui est source de changement, influençant et modifiant le futur, et donc également la constitution et l'évolution du système d'étude » (Bourgeois et al., 2017 ; Zahraei et al., 2020 ; Bourgeois & Jesus, 2004).

La première étape, l'inventaire des facteurs de changement, est basée sur l'analyse des retranscriptions de la première vague d'entretiens semi-directifs ainsi que des entretiens exploratoires. Tout facteur de changement apparaissant dans au moins deux entretiens distincts est ajouté à la liste. La formulation définitive de chaque facteur de changement est réalisée par le modélisateur en suivant les recommandations de Bourgeois et al., 2017 : chaque facteur est une expression et non une phrase, qui doit être formulée positivement et donner lieu à plusieurs états possibles du futur. L'analyse des entretiens de la seconde vague permet a posteriori de valider et d'apporter quelques corrections à la liste de facteurs de changement ainsi établie. Dans les facteurs de changement identifiés par les enquêtés, seuls ont été considérés les facteurs de changement « internes », c'est-à-dire uniquement les facteurs se trouvant dans le champ d'action potentiel des acteurs territoriaux, comme conseillé dans la méthodologie sur la co-élaboration participative de scénarios (Bourgeois et al., 2017). La liste finale des facteurs de changement identifiés est détaillée en IV1.1.

Deuxièmement, l'étape de description des relations entre facteurs de changement est basée sur les entretiens exploratoires, les entretiens de la première vague ainsi que quelques entretiens spécifiques,
complétés par une revue bibliographique. Le logiciel dédié à l'analyse structurelle Micmac<fnref n="7" /> (Arcade et al., 2009) est utilisé pour implémenter les données analysées de cette étape et calculer les indicateurs nécessaires dans l'étape suivante. La description des relations entre facteurs de changement prend la forme d'une matrice d'influence directe (MID), c'est-à-dire une matrice croisée d'influence-dépendance où chaque élément ($a^{ij}$) vaut 1 si le facteur de changement de la ligne (i) exerce une influence sur le facteur de changement de la colonne (j). La somme de toutes les valeurs de la ligne (i) permet de calculer un score d'influence global pour le facteur (i) tandis que la somme des éléments de la colonne (j) donne un score de dépendance globale pour le facteur (j). Une seconde matrice est calculée à partir de MDI, la matrice des influences indirectes (MII). Cette dernière rend compte de la propagation à moyen et long terme d'influences indirectes au travers du réseau de relations directes entre les facteurs de changement (Delgado-Serrano et al., 2015). Le logiciel Micmac calcule la MII en élevant la MID à des puissances successives (1 puis 2, puis 3, etc.) jusqu'à ce que ces opérations matricielles permettent d'atteindre une MII stable (Arcade et al., 2009). La MID et la MII correspondantes à l'analyse du système d'étude sont présentées à l'Annexe 5.

Pour la troisième étape, l'identification des facteurs de changement dits « essentiels », un graphique d'influence-dépendance calculé avec Micmac est mis à profit. Sur ce graphique figurant l'ensemble des facteurs de changement, la position relative de chacun des facteurs dépend de son score total d'influence et de dépendance selon la MID et la MII. Chaque facteur apparaît ainsi sous la forme d'un couple de points (les coordonnées d'influence-dépendance du facteur selon la MID et la MII) qu'on peut aussi figurer par un vecteur pour montrer qu'il y a transition entre le rôle du facteur dans la dynamique du système à court terme et à plus long terme. En effet, comme décrit sur la **Figure 9**, ce graphique d'influence-dépendance permet de grouper les facteurs de changement en différents secteurs et de les associer à un certain rôle dans la dynamique du système d'étude : les facteurs « moteurs » (« *input* ») ont une influence élevée et une dépendance faible, les facteurs « leviers » (« *stakes* ») ont une influence et une dépendance élevées, les facteurs « régulateurs » (« *regulators* ») ont des valeurs relativement moyennes, les facteurs « autonomes » (« *autonomous* ») ont une faible dépendance et influence, enfin, les facteurs « résultants » (« *output* ») ont une faible influence et une forte dépendance. Les facteurs de changement catégorisés comme « moteurs » et « leviers » ainsi que dans une moindre mesure les facteurs « régulateurs » sont ceux dont l'évolution a le plus d'impact sur le système d'étude (Delgado-Serrano et al., 2015 ; Bourgeois et al., 2017). Ils constituent *a priori* les facteurs essentiels du système d'étude dont la liste finale est expliquée en IV.1.1. Les facteurs non essentiels sont dénommés « secondaires » dans la suite de ce travail.

<footnote n="7">⁷ Plus d'informations sur https://www.micmacprospective.com/fr</footnote>
<figure><img src="image_10.png" /><figcaption>**Figure 9** : Le classement des facteurs de changement en différents rôles dans la dynamique du système d'étude selon un graphique d'influence-dépendance. Les facteurs « moteurs », « leviers » et « régulateurs » correspondent a priori à des facteurs essentiels (source : auteur, d'après Delgado-Serrano et al., 2015 et Bourgeois et al., 2017).</figcaption></figure>

### De la détermination de processus clés modélisables à la construction de scénarios par combinaison d'hypothèses

L'élaboration d'un modèle conceptuel est un préalable indispensable à l'implémentation informatique du modèle comme expliqué en II.1.1. Pour faciliter l'implémentation dans OMP, le modèle conceptuel à élaborer doit faire apparaître des « processus » modélisables et les principales ressources mises en jeu. Un tel modèle conceptuel est construit en 4 étapes : (i) les facteurs de changement essentiels retenus (selon la méthodologie développée précédemment) sont interconnectés de manière fonctionnelle par des relations simples qui s'appuient sur les liens d'influence-dépendance entre facteurs ; (ii) des facteurs de changement secondaires sont ajoutés et connectés pour compléter ce premier système ; (iii) des flux de ressources sont indiqués pour expliciter les liens entre facteurs de changement ; (iv) il devient possible de grouper l'ensemble des facteurs de changement en plusieurs processus distincts mais en interrelation. En particulier, chaque périmètre ainsi défini correspondant à un processus doit permettre d'isoler des facteurs de changement entretenant des relations
privilégiées et mettant en relation des ressources communes. La liste des processus modélisables selon cette approche est détaillée en IV.1.2.

Une fois le modèle conceptuel achevé, certains processus apparaissent plus importants dans le fonctionnement du système car ils mettent en jeu davantage de facteurs de changement essentiels et sont donc désignés comme des « processus clés » sur lesquels un soin particulier doit être apporté pendant la phase d'implémentation informatique sous OMP. En particulier, les entretiens spécifiques introduits en II.2.1. servent essentiellement à produire de la connaissance en vue de la modélisation spatiale et dynamique de ces processus clés.

Une fois le modèle de dynamiques spatiales implémenté, trois types de scénarios sont construits comme détaillé en II.1.2. Hormis le scénario de référence qui est élaboré par le modélisateur seul, les scénarios tendanciels et celui de rupture sont co-construits à partir des entretiens avant leur simulation informatique. Premièrement, les scénarios tendanciels sont basés sur le retour des enquêtés, lors des entretiens exploratoires et de la première vague, concernant les grandes tendances à l'œuvre exerçant une influence sur le degré d'autonomie alimentaire-électrique de l'île. Les différentes hypothèses formulées par les enquêtés sont assemblées pour former plusieurs scénarios appartenant au domaine du plausible. Deuxièmement, le scénario de rupture est basé sur les entretiens de la seconde vague ainsi que la journée d'ateliers de co-construction de scénarios de novembre 2021. Les hypothèses d'évolution des facteurs de changement sont ici assemblées en se concentrant sur les trajectoires identifiées par les enquêtés comme positives. Par ailleurs, les experts sont mis face aux premiers résultats en termes d'autonomisation obtenus via la simulation des scénarios de référence et tendanciels, par le biais de supports graphiques. Ces consignes permettent d'orienter les acteurs vers la formulation de futurs préférables et ambitieux à intégrer dans le scénario de rupture. Il n'a cependant pas été possible de retenir toutes les hypothèses positives dans le scénario de rupture et toutes les hypothèses finalement retenues ne sont pas forcément vues comme positives par tous les acteurs enquêtés.

Qu'ils soient tendanciels ou de rupture, la formulation définitive des scénarios est réalisée en combinant une hypothèse d'évolution pour chaque facteur de changement du système d'étude comme décrit sur la **Figure 10**. L'ensemble de toutes les hypothèses combinées doit constituer un ensemble cohérent. Cette méthode de construction de scénarios s'inspire de la co-élaboration participative de scénarios, où chaque facteur de changement est susceptible d'évoluer en différents « états du futur » (Bourgeois et al., 2017). Notre méthode diffère cependant car bien que la collecte de données s'appuie sur des entretiens, les formulations définitives des facteurs de changement et des scénarios ne sont pas participatives. Deux raisons expliquent ce choix : (i) la difficulté logistique de
rassembler le même jour de nombreux experts, ce qui est néanmoins partiellement mis en place lors des ateliers de novembre 2021 (voir II.2.1) et (ii) le besoin d'un espace de parole libre pour les participants au vu des controverses qui entourent le sujet.

<figure><img src="image_11.png" /></figure>

**Figure 10** : Méthode générale de co-construction de scénarios à partir d'entretiens et d'ateliers, illustrée avec 3 facteurs de changement. Chaque scénario est une combinaison d'hypothèses (tendancielles ou de ruptures). Les règles de construction (en partie issues de Bourgeois et al., 2017) sont les suivantes : (i) chaque facteur de changement du système d'étude est représenté sous la forme d'une seule hypothèse dans chaque scénario ; (ii) une même hypothèse peut être utilisée dans plusieurs scénarios ; (iii) certaines hypothèses restent inutilisées ; (iv) une hypothèse tendancielle peut servir dans un scénario de rupture (mais une hypothèse de rupture ne peut servir dans un scénario tendanciel) (source : auteur).
## CONCLUSIONS DU CHAPITRE II ET ORGANISATION GÉNÉRALE DE LA THESE :

En conclusion du Chapitre I, trois objectifs de recherche se dégageaient pour répondre à notre question de recherche. Pour atteindre ces objectifs, le Chapitre II présente les deux axes méthodologiques principalement mobilisés dans la thèse. D'une part, la **modélisation de dynamiques spatiales** permettant de relier les changements d'usage des sols du territoire à des indicateurs d'autonomie alimentaire-électrique. D'autre part, l'**anticipation territoriale participative**, qui s'inscrit dans les approches prospectives, et qui permet d'une part d'analyser le système d'étude pour permettre sa modélisation, et d'autre part de produire des hypothèses d'évolution de ce même système, sous la forme de scénarios.

Ce travail propose une approche originale pour faire le lien entre **modélisation et anticipation** par le recours à plusieurs phases d'enquêtes mobilisant tour à tour des résultats de modélisation au service de l'anticipation, puis l'inverse. Ces allers-retours entre le modélisateur et les experts enquêtés définissent une véritable « **boucle d'apprentissage** » permettant in fine : (i) l'**analyse de l'objet d'étude comme une somme articulée de facteurs de changement**, sortes de briques élémentaires intervenant avec plus ou moins d'influence dans la dynamique du système ; (ii) la **description du système d'étude en collaboration avec les acteurs** sous la forme d'un **modèle conceptuel composé de processus modélisables**, eux-mêmes mettant en jeu des ressources et des facteurs de changement ; (iii) la **construction de scénarios tendanciels et de rupture** (auxquels s'ajoute un scénario de référence défini par le **modélisateur**) pour simuler des trajectoires alternatives du système d'étude modélisé et implémenté informatiquement avec le logiciel OMP.

Les chapitres suivants détaillent concrètement la mise en œuvre de ce cadre méthodologique interdisciplinaire ainsi que les résultats obtenus et les discussions qui en découlent par rapport aux objectifs initiaux. La Figure 11 (page suivante) dresse un bilan de la structuration générale du présent document, en lien avec la méthodologie générale développée au cours de la thèse.
<figure><img src="image_12.png" /><figcaption>**Figure 11** : Organisation générale du manuscrit en lien avec le bilan des travaux réalisés pendant la thèse (source : auteur).</figcaption></figure>
# Chapitre III :

De l'usage des sols de chaque parcelle à la couverture des besoins du territoire
Le Chapitre II a permis de dresser l'organisation générale de la méthodologie employée dans cette étude, au croisement de la modélisation spatiale et dynamique ainsi que de l'anticipation participative. Dans le Chapitre III, les bases de la modélisation spatiale sont posées afin de répondre au premier objectif de recherche de la thèse (« Relier l'usage des sols du territoire à des indicateurs d'autonomie alimentaire-électrique »). Pour cela, ce chapitre détaille l'élaboration d'une cartographie d'usage des sols, les différents usages du sol et ressources prises en compte ainsi que le calcul des indicateurs de sortie relatifs au degré d'autosuffisance. Enfin, les simulations de ce premier modèle servent de diagnostic initial du degré d'autonomie alimentaire-électrique du territoire d'étude.

# 1. Elaboration d'une cartographie d'usage des sols de La Réunion en 2019

## 1.1 Etat de l'art des travaux de cartographie d'usage des sols

### La discipline s'appuie sur des définitions importantes

Par contraste avec « l'occupation des sols » qui est « déterminée par observation directe » par imagerie aérienne ou satellite, l'usage des sols (ou l'utilisation des sols) « représente la manière dont sont utilisées les surfaces » et « nécessite une interprétation socio-économique des activités qui s'y exercent » (Fisher & Comber, 2005). A la différence de l'occupation des sols qui opère une « objectivation de l'information » par des catégories directement observables (eau, forêt, sol artificiel, etc.), l'usage des sols s'appuie sur une classification des surfaces selon « un vocabulaire spécifique » qui dépend du sujet traité et de l'objectif de la carte, en distinguant par exemple différents types de cultures pratiquées (Crespin Boucaud, 2021). Comme introduit dans les chapitres précédents, nous préférons le terme d'usage des sols dans notre travail, pour la finesse avec laquelle il permet de décrire les activités du territoire en lien avec notre objet d'étude.

La cartographie de l'usage des sols est une discipline qui a connu des progrès spectaculaires, notamment grâce à une démocratisation et une diversification croissante des imageries satellites (Oppelt et al., 2015) associées à un perfectionnement des algorithmes de traitement d'images (Chughtai et al., 2021). En outre, la combinaison de telles méthodes de photo-interprétation avec d'autres données thématiques souvent collectées par des services publics (déclarations, enquêtes, statistiques agricoles) permet de multiplier les référentiels d'usage des sols disponibles (Observatoire NAFU, 2019). Originellement orientée vers l'aménagement et la planification, la cartographie de l'usage des sols s'intéresse aujourd'hui plutôt aux dynamiques spatiales, analysant plus
particulièrement les facteurs responsables des changements d'usages ainsi que leurs conséquences
(Chang et al., 2018). C'est également dans ce cadre que s'inscrit ce travail de thèse.

Dans tout travail de cartographie, il est essentiel de clarifier la question de l'échelle et celle de la résolution. Gibson et al. (2000) précise la distinction entre ces deux termes : d'une part, l'échelle est la « magnitude de la dimension » ou plus concrètement l'emprise spatiale considérée pour mesurer un phénomène, d'autre part, la résolution ou le grain désigne la « précision utilisée dans la mesure ». Il est utile de compléter cette notion avec celle, souvent plus commode, d'unité minimale de collecte qui désigne « la plus petite surface collectée et donc représentée » sur la carte (Observatoire NAFU, 2019).

Le choix d'une source de données spatiales de référence parmi les précédents travaux de cartographie du territoire d'étude

L'île de La Réunion a fait l'objet de plusieurs travaux de cartographie d'usage des sols : la photo-interprétation et la classification automatisée accélèrent son développement dans les années 2000 avec des travaux comme celui de Lagabrielle (2003). Six sources principales établissant une cartographie d'usages du sol, totalement ou partiellement, à l'échelle du territoire d'étude sont comparées dans le **Tableau 2**. L'année de référence choisie est 2019, ou une année proche si la donnée n'est pas disponible. Il apparaît que les différentes sources à disposition ont des caractéristiques contrastées et aboutissent à des résultats différents en termes d'usage des sols : l'amplitude entre la valeur minimale et maximale est de 9 123 ha pour les surfaces artificialisées, 27 297 ha pour les terres agricoles et 33 891 ha pour les espaces naturels. La surface totale du territoire varie également selon les cartes ce qui peut s'expliquer par de légères superpositions des polygones ou des tracés imprécis, dont l'accumulation à l'échelle de l'île aboutit à plusieurs centaines d'hectares de différence.

La source de donnée choisie comme référence est la cartographie Moringa de niveau 2 développée
par l'UMR TETIS du CIRAD. La méthode utilisée pour l'élaboration de cette carte combine des images
à Très Haute Résolution Spatiale de l'ordre du mètre (Spot6/7 ou Pléiades) avec des séries temporelles
d'images optiques à haute résolution spatiale de l'ordre de la dizaine de mètres (Sentinel-2 et Landsat-
8). Des groupes de pixels homogènes sont alors segmentés en polygones et classés par un algorithme
Random Forest (Dupuy & Gaetano, 2019).

Notre choix est motivé par la précision de cette dernière carte (résolution spatiale et unité minimale de collecte faible) permettant une description fine mais totale du territoire (tous les usages du sol sont classés). Par ailleurs, il y a 5 classes d'usages agricoles dans le niveau 2 ce qui permet de spatialiser
différentes productions agricoles. De plus, contrairement aux autres sources de données, un travail de
vérification est mené en parallèle de l'élaboration de la carte permettant de renseigner les usages du
sol les mieux correctement classés dans Moringa. Enfin, la carte est mise à jour annuellement depuis
2016 ce qui permet d'envisager un suivi des évolutions récentes, particulièrement utile pour le
calibrage du scénario de référence par extrapolation de certaines tendances (voir partie IV2.2).
<table><thead><tr><th>Nom de la cartographie d'usage des sols</th><th>Corine Land Cover (CLC)<sup>8</sup></th><th>Base agricole de l'occupation des sols (BOS)<sup>9</sup></th><th>Agreste La Réunion<sup>10</sup></th><th>Plans locaux d'urbanisme (PLU)<sup>11</sup></th><th>Moringa niveau 2<sup>12</sup></th><th>Tache urbaine intermédiaire (TUI)<sup>13</sup></th></tr><tr><th>Année</th><th>2018</th><th>2019</th><th>2019</th><th>2007 à 2021</th><th>2019</th><th>2019</th></tr></thead><tbody><tr><th>Organisme responsable</th><td>Ministère en charge de l'environnement</td><td>DAAF Réunion</td><td>DAAF Réunion</td><td>Communes</td><td>CIRAD</td><td>Agorah (agence régionale d'urbanisme)</td></tr><tr><th>Termes de diffusion</th><td>Libre</td><td>Libre sur demande</td><td>Restreint</td><td>Libre</td><td>Libre sur demande</td><td>Libre</td></tr><tr><th>Couverture du territoire d'étude</th><td>Totale</td><td>Partielle<sup>14</sup></td><td>Totale</td><td>Partielle<sup>15</sup></td><td>Totale</td><td>Partielle<sup>16</sup></td></tr><tr><th>Unité minimale de collecte</th><td>10 000 m<sup>2</sup></td><td>Parcelle agricole</td><td>Parcelle agricole</td><td>Parcelle cadastrale</td><td>2.25 m<sup>2</sup></td><td>Poche de 5 bâtiments espacés les uns des autres de moins de 20 m</td></tr><tr><th>Origine des données</th><td>Photo-interprétation</td><td>Registre parcellaire graphique, observations in situ</td><td>Registre parcellaire graphique, observations in situ</td><td>Réglementaire</td><td>Classification automatisée</td><td>Base de données topographiques de l'IGN, SIG</td></tr><tr><th>Total surfaces artificialisées</th><td>28 358 ha (11.3%)</td><td>Sans objet</td><td>25 000 ha (9.9%)</td><td>24 953 ha (11.0%)</td><td>21 323 ha (8.5%)</td><td>30 446 ha</td></tr><tr><th>Total surfaces agricoles</th><td>69 285 ha (27.7%)</td><td>41 988 ha</td><td>47 950 ha (19.0%)</td><td>61 495 ha - 64 905 ha<sup>17</sup> (26.2% - 27.6%)</td><td>52 469 ha (21.0%)</td><td>Sans objet</td></tr><tr><th>Total surfaces naturelles</th><td>152 593 ha (61.0%)</td><td>Sans objet</td><td>179 050 ha (71.1%)</td><td>145 159 ha - 148 600 ha<sup>10</sup> (62.8% - 61.4%)</td><td>176 530 ha (70.5%)</td><td>Sans objet</td></tr><tr><th>Surface totale du territoire</th><td>250 236 ha</td><td>Sans objet</td><td>252 000 ha</td><td>235 048<sup>8</sup></td><td>250 321 ha</td><td>Sans objet</td></tr><tr><th>Nombre de classes d'usages agricoles</th><td>8</td><td>4</td><td>3</td><td>1</td><td>5</td><td>Sans objet</td></tr></tbody></table>

**Tableau 2** : Comparaison de six cartographies d'usage des sols de La Réunion. La couche Moringa niveau 2 (en gras) est choisie comme carte de référence pour notre étude (source : auteur).

<footnote n="8">⁸ Plus d'informations sur https://www.statistiques.developpement-durable.gouv.fr/corine-land-cover?rubrique=348&dossier=1759</footnote>

<footnote n="9">⁹ Plus d'informations sur https://daaf.reunion.agriculture.gouv.fr/la-base-agricole-de-l-occupation-du-sol-bos-2019-a1034.html</footnote>

<footnote n="10">¹⁰ Plus d'informations sur https://daaf.reunion.agriculture.gouv.fr/memento-agricole-et-graphagri-r48.html</footnote>

<footnote n="11">¹¹ Plus d'informations sur http://peigeo.re/index.php/catalogue/</footnote>

<footnote n="12">¹² Dupuy & Gaetano (2020)</footnote>

<footnote n="13">¹³ Plus d'informations sur http://peigeo.re/index.php/catalogue/</footnote>

<footnote n="14">¹⁴ Uniquement les parcelles agricoles déclarées au registre parcellaire graphique.</footnote>

<footnote n="15">¹⁵ Le PLU de la commune de Saint Philippe n'est pas inclus car il est en cours d'approbation.</footnote>

<footnote n="16">¹⁶ Seules les zones bâties sont concernées par cette carte.</footnote>

<footnote n="17">¹⁷ Selon que les zones « AU » (à urbaniser) soient comptabilisées en zones agricoles ou naturelles.</footnote>
## 1.2 Correction de la cartographie de référence

### Des données complémentaires nécessaires pour certains usages du sol

Comme expliqué précédemment, la carte Moringa de niveau 2 constitue la base de la cartographie d'usage des sols utilisée dans ce projet (voir en III.1.1). Cette carte présente néanmoins plusieurs limites face auxquelles des corrections sont nécessaires, grâce à des données complémentaires.

La principale limite concerne les productions horticoles, notamment alimentaires (maraichage et vergers), pour lesquelles la carte Moringa de niveau 2 présente la précision de classement la moins élevée parmi toutes les classes d'usage des sols. En effet, en 2019 le F1-score (indicateur de précision) n'est que de 62,38% pour le maraichage en plein champ et 63,39% pour les serres, tandis que les vergers sont un peu mieux classés avec un score de 80,32%, ce qui reste néanmoins en-deçà des autres classes agricoles (92,18% pour la canne à sucre et 93,79% pour les prairies) (Dupuy, 2020). En outre, la dernière étude s'intéressant à la répartition de l'horticulture alimentaire réunionnaise (Saint Macary et al., 2002) semble obsolète du fait des évolutions récentes de la filière, qui reste néanmoins méconnue tant en termes de surfaces que de production. Dans le cadre du projet de thèse, un stage de 6 mois (niveau master) est ainsi supervisé en 2021 afin d'améliorer la connaissance des surfaces occupées par des productions horticoles alimentaires à La Réunion, ainsi que les produits alimentaires associés, les rendements de leur production et les apports en azote nécessaires. Ce stage confirme une surestimation des surfaces horticoles par la cartographie Moringa et permet d'estimer par photo-interprétation des coefficients correctifs de surfaces par grands bassins de production : dans certains d'entre eux, les surfaces horticoles sont bien détectées à près de 94% tandis que pour d'autres, cette valeur ne dépasse pas 20%. Cette étude fait par ailleurs ressortir que les usages du sol les plus souvent confondus avec des productions horticoles sont principalement : de la canne à sucre, d'autres productions horticoles (du verger pour du maraichage ou l'inverse) et des friches (Sinico, 2021). Dans ce contexte, d'autres sources de données spatiales sont utilisées en complément de la cartographie Moringa afin d'établir une « cartographie corrigée d'usage des sols de 2019 » ou CCUS-2019.

Tout d'abord, on reproduit la méthode utilisée pour calculer la TUI (voir Tableau 2) mais en considérant tous les bâtiments du cadastre de janvier 2019 (car la TUI ne prend pas en compte les poches de moins de 5 bâtiments). Cette méthodologie implique un tampon de 20 m autour de l'emprise des bâtiments, ce qui permet de considérer un effet de bord de l'usage urbain sur les autres usages du sol (notamment agricoles). En parallèle, d'autres surfaces artificialisées comme des parkings qui ne figurent pas comme bâtiments dans le cadastre sont intégrés grâce à Moringa niveau 2. Enfin, le réseau routier est ajouté manuellement, car il est souvent mal classé sur Moringa.
Deuxièmement, on corrige les surfaces cannières et celles des productions horticoles grâce à la BOS (voir **Tableau 2**). On considère en effet que ces données, bien qu'incomplètes, possèdent un haut niveau de confiance : toutes les parcelles de la BOS sont conservées dans la CCUS-2019. Quant aux prairies, on prend comme référence le parcellaire établi par Lorré et al. (2020), pour lesquelles on estime également un meilleur niveau de confiance que Moringa.

Troisièmement, une partie des parcelles agricoles et naturelles de Moringa sont identifiées comme des friches par croisement avec des données spatiales fourni par la Société d'Aménagement Foncier et d'Etablissement Rural (SAFER) locale ainsi qu'une étude du Parc National de La Réunion (Besançon, 2020). Les friches sont ici définies comme « des terres anciennement cultivées et abandonnées » ou des « pacages abandonnés ou en voie d'abandon » (Périgord, 1994). De manière plus générale, il s'agit donc de tous les espaces à usage anciennement agricole mais aujourd'hui à l'abandon « parce qu'il y a eu déprise dans certaines zones où... pas de mécanisation, pas d'eau, l'agriculture était assez difficile » [PRV/11]. Ces derniers peuvent donc se trouver à l'intérieur des espaces agricoles identifiés par le PLU (c'est le cas des données spatiales issues de la SAFER), mais également en milieu naturel, voire en zones protégées, qui ont été autrefois cultivées comme c'est le cas pour certaines parcelles identifiées par le Parc National : « la notion de friche si on regarde écologiquement : c'est un terrain qui était cultivé qui a été abandonné ; pour la Chambre d'agriculture, la DAAF, le Département c'est une zone qui est classée agricole dans les documents d'urbanisme » [PRV/07].

Enfin, les surfaces restantes en horticulture d'après Moringa sont conservées si elles ne sont ni en superposition avec des parcelles identifiées comme des friches d'après la SAFER, ni des cultures non horticoles d'après la BOS (canne ou prairie), ni trop réduites sous l'effet de bord de la tache urbaine (on ne conserve que les parcelles supérieures à 250 m²). Les surfaces horticoles sont elles-mêmes divisées entre 3 usages du sol dans la CCUS-2019 : vergers, maraichage et horticulture non alimentaire. Les catégories « vergers » et « maraichage » dépendent de la classification de niveau 2 sous Moringa (la classe « arboriculture » devient « vergers » et les classes « maraichage » et « culture sous serre » deviennent « maraichage »), corrigée éventuellement par les usages indiqués dans la BOS (considérée comme ayant un degré de confiance supérieur). Enfin, la classe horticulture non alimentaire correspond à une fraction convertie aléatoirement de parcelles de maraichage. D'après le recensement Agreste (DAAF Réunion, 2020 a), cette fraction composée essentiellement de plantes médicinales, aromatiques et à parfum, de fleurs ornementales ainsi que de quelques pépinières, peut s'évaluer à 13.31 % des surfaces maraichères recensées.
Les détails des étapes de combinaison avec des outils de SIG

Afin d'élaborer la CCUS-2019, les différentes sources de données spatiales listées précédemment sont combinées entre elles sur les logiciels ArcGIS (10.6) et QGIS (3.16.8) tel que schématisé sur la **Figure 12**.

Premièrement, 7 couches sont élaborées séparément : 6 correspondent à des usages du sol pertinents dans le cadre de l'étude (voir partie III.2.1) (cultures horticoles, prairies, canne à sucre, friches, forêts et landes, zones urbaines) et la dernière couche contient des informations spatiales, souvent administratives, utiles par la suite dans le fonctionnement du modèle *ProdRun* (voir IV.2.1).

Ensuite, les 6 couches d'usage des sols sont assemblées grâce à la fonction « *Update analysis* » de ArcGIS. En disposant de plusieurs couches A, B, C, etc., cet outil permet de forcer successivement le collage de la couche B sur la couche A, puis de la couche C sur la couche assemblée AB, etc. Ainsi, la couche finale ne présente pas d'erreurs géométriques (superpositions ou trous). L'ensemble des couches combinées sont alors intersectées par la couche d'informations administratives (fonction « *Intersection* » sur QGIS). Enfin, la carte obtenue est nettoyée d'erreurs géométriques et sa géométrie est simplifiée par suppression des polygones inférieurs à 10 m² pour les espaces urbains (afin de conserver les éventuelles petites maisons individuelles) et inférieurs à 200 m² pour les autres usages du sol.
<figure><img src="image_13.png" /></figure>

**Figure 12** : Construction d'une cartographie corrigée d'usage des sols par combinaison de données spatiales existantes (source : auteur). La source Cadastre (2019) est une extraction du cadastre<fnref n="18" /> pour l'année 2019 ; la source routes (2019) contient la localisation des routes<fnref n="19" /> ; la source SAFER (2017, 2018 et 2019) est un fichier de données spatiales confidentielles fournies par la SAFER.

## 1.3 Apports et limites de la carte complétée

### Comparaison des usages du sol recensés entre la nouvelle carte et les données existantes

La **Figure 13** présente la cartographie corrigée d'usage des sols de 2019 (CCUS-2019) élaborée selon la méthode décrite en III.1.2. La carte obtenue couvre la totalité de l'île (237 689 polygones pour une aire globale de 250 256 hectares). Dans le détail des usages du sol recensés, la tache urbaine occupe 35 424 hectares (14% du territoire), les forêts et autres milieux naturels 161 719 hectares (65% du territoire), les friches 8 347 hectares (4% du territoire), la canne à sucre 23 244 hectares (9% du territoire), les prairies (5% du territoire) et l'horticulture (5% du territoire). Par rapport aux cartographies existantes, les volumes totaux alloués par la CCUS-2019 aux principaux usages du sol semblent cohérents, le plus souvent à l'intérieur des valeurs extrêmes recensées (voir **Figure 14**). La

<footnote n="18">¹⁸ Voir sur : https://www.geoportail.gouv.fr/donnees/parcelles-cadastrales#</footnote>

<footnote n="19">¹⁹ Voir sur https://geoservices.ign.fr/ressource/158200</footnote>
carte élaborée possède donc un bon niveau de confiance en proposant une synthèse des meilleures données existantes. Deux usages du sol invitent néanmoins à quelques remarques.

D'une part, pour les surfaces artificialisées où la CCUS-2019 donne une estimation plus haute que tous les précédents travaux, trois raisons peuvent être avancées : (i) la mobilisation de la même méthode que celle utilisée pour l'élaboration de la TUI qui dilate les espaces artificialisés par une zone tampon de 20 mètres, ce qui est utile dans notre cas pour renseigner sur « l'usage » urbain car ce dernier affecte souvent le parcellaire au-delà des espaces strictement artificialisés ; (ii) la combinaison avec des espaces artificialisés non bâtis de Moringa niveau 2 ainsi que les bâtiments isolés du cadastre, ce qui n'est pas considéré dans la TUI ; (iii) l'ajout manuel des routes, souvent mal classées par Moringa et non prises en compte par la TUI. D'autre part, beaucoup d'incertitudes existent quant aux surfaces occupées par les cultures horticoles (voir III.1.2.) mais la CCUS-2019, notamment grâce à la distinction entre friches et surfaces effectivement cultivées, propose une estimation intermédiaire par rapport aux travaux existants. De plus, Sinico (2021) montre par photo-interprétation que Moringa (niveau 2 en 2019) suretime les surfaces horticoles : 10 293 hectares après correction (contre 19 106 hectares initialement), ce qui converge avec la valeur selon la CCUS-2019 (9 937 hectares).

## Les limites de la cartographie d'usage des sols corrigée

La cartographie produite présente cependant un certain nombre de limites qu'il convient de signaler. Premièrement, la part non professionnelle des cultures horticoles, souvent synonyme de petite agriculture vivrière et sociale reste méconnue même si elle est non négligeable : « je suis sûr qu'on frôlerait le millier de personnes [...] la petite agriculture, uniquement vivrière [...] il y en a partout ! [Le paysan type qui pratique cette agriculture] il cultive, il a des savoir-faire, il produit et parfois il commercialise en misouk<fnref n="20" /> » [PRV/07]. Par ailleurs, la nomenclature de la SAFER contient une catégorie « sous-exploité » ce qui pourrait conduire à classer certaines zones d'agriculture vivrière comme des « friches », notamment parce que les surfaces concernées sont souvent petites (« [au sujet de l'agriculture vivrière] gratter 2000 m² » [PRV/07] ; « [au sujet de l'agriculture vivrière urbaine] c'est des surfaces qui sont trop petites » [PRV/14]) et composées de productions diversifiées ce qui en complique la détection et la classification automatisée par des approches comme Moringa ou provoque leur effacement comme c'est le cas pour les jardins urbains dans la TUI. Ainsi, il est probable que beaucoup de ces surfaces soient invisibles sur la CCUS-2019. Deuxièmement, plusieurs sources sont hybridées dans notre approche ce qui complique le calcul de la résolution spatiale exacte de la carte obtenue. Il est cependant possible de souligner que l'unité minimale de collecte est de 200 m².

<footnote n="20">²⁰ Créole réunionnais signifiant « en cachette » : dans ce cas-ci, il s'agit de vente informelle et non déclarée.</footnote>
Enfin, cette hybridation des données ainsi que le choix d'une unité minimale de collecte à 200 m² implique des modifications géométriques du parcellaire cadastral utilisé comme référence dans les espaces agricoles. Ainsi, on ne peut utiliser cette carte pour tirer des conclusions à l'échelle de parcelles mais au minimum à l'échelle du paysage.

<figure><img src="image_14.png" /></figure>

**Figure 13** : Cartographie d'usage des sols corrigée pour l'année 2019 (CCUS-2019). Les limites administratives et le parcellaire cadastral sont ici masqués pour plus de visibilité sur la répartition des usages du sol (source : auteur).
<figure><img src="image_15.png" /></figure>

**Figure 14** : Comparaison de la cartographie corrigée d'usage des sols en 2019 (CCUS-2019) avec d'autres cartographies tirées de la bibliographie, en termes de surface totale pour différents usages.
Les acronymes de la légende se réfèrent aux données présentées dans le **Tableau 2** : CLC = Corine Land Cover ; BOS = Base agricole d'occupation des sols ; PLU = Plan locaux d'urbanisme ; TUI = Tache urbaine intermédiaire (source : auteur).

## 2. ProdAgri : de l'usage des sols aux indicateurs d'autonomie alimentaire-électrique

### 2.1 Principes généraux du modèle ProdAgri

**Des ressources produites aux usages pour le territoire**

Le modèle *ProdAgri* permet d'estimer des indicateurs d'autosuffisance à l'échelle du territoire d'étude à partir d'un ensemble de données d'entrée dont une carte de ses usages du sol. Comme schématisé sur la **Figure 15**, ce modèle est organisé en six modules.

Lors de l'initialisation, chaque polygone de la CCUS-2019 est modélisé sous OMP comme une entité « parcelle » avec un ensemble d'attributs, notamment : une propriété de géométrie, une surface en
hectares et un code précisant son usage du sol. Quatre usages du sol avec un caractère agricole sont
pris en compte dans ce modèle : la canne à sucre, les vergers, le maraichage et les prairies.

Dans le second module, chacune de ces parcelles agricoles ainsi que les parcelles de tache urbaine produisent un certain nombre de biomasses correspondant à autant de ressources potentielles pour le système alimentaire et/ou électrique. La production de chaque parcelle est calculée comme le produit de sa surface par une propriété de rendement qui dépend de son usage des sols.

Les modules 3 à 5 aboutissent à la somme à l'échelle territoriale de ressources participant à l'autosuffisance de l'île selon six voies de valorisation. La **Figure 18** explicite l'ensemble des voies de valorisation existantes selon les biomasses considérées en 2019 : trois participent à l'autonomie alimentaire (fertilisation azotée, alimentation animale et alimentation humaine) et trois participent à l'autonomie électrique (production par turbine à combustion, par méthanisation et par combustion).

Le sixième et dernier module de ProdAgri exporte l'ensemble des résultats du modèle, et en particulier la résultante de ces 6 voies de valorisation, sous la forme de taux de couverture qui correspondent aux indicateurs de sortie du modèle.
<figure><img src="image_16.png" /><figcaption>**Figure 15** : Schéma d'organisation de l'algorithme du modèle *ProdAgri* en six modules (source : auteur).</figcaption></figure>

## Le calcul des indicateurs de sortie

Comme présenté en I.1.1, plusieurs dimensions sont importantes à considérer dans le projet de thèse pour quantifier la complexité de la notion d'autonomie alimentaire-électrique. Le modèle *ProdAgri* tient compte de ses dimensions, sous la forme de taux de couverture (TC) qu'il calcule comme indicateurs de sortie.

Sur le volet alimentaire, 3 TC globaux sont ainsi calculés pour : l'alimentation humaine, l'azote disponible pour les cultures et l'alimentation animale. Premièrement, pour l'alimentation humaine, 6 catégories alimentaires sont considérées et un TC est calculé pour chacune selon la formule présentée en I.1.1. : TC<sub>viandes</sub>, poissons et œufs, TC<sub>produits laitiers</sub>, TC<sub>fruits et légumes frais</sub>, TC<sub>huiles</sub>, TC<sub>féculents</sub> et TC<sub>protéagineux</sub>. Bien que consommé, le sucre n'est pas considéré dans notre étude comme une denrée alimentaire au sens qu'il ne participe pas à la sécurité alimentaire. Il n'est d'ailleurs pas considéré dans les études de ce champ
disciplinaire. De plus, plusieurs acteurs ont une analyse similaire, par exemple : « c'est une production de biomasse, mais pas de biomasse alimentaire qui va nous aider à atteindre l'autonomie [alimentaire] » [EXP/02]. Un TC<sub>alimentation humaine globale</sub> est calculé en parallèle selon la formule ci-dessous qui permet de tenir compte du fait qu'une production alimentaire locale ne peut peser dans le taux global au-delà de ce que la population consomme effectivement de cette catégorie alimentaire :

$$TC_{ahg} = \frac{100 \times \sum_{ci} \text{minimum}(\text{Consommation}_{ci}, \text{Production}_{ci})}{\sum_{ci} \text{Consommation}_{ci}}$$

TC<sub>ahg</sub> : TC<sub>alimentation humaine globale</sub> (%)

Consommation<sub>ci</sub> : consommation totale du territoire pour la catégorie alimentaire i (masse)

Production<sub>ci</sub> : production locale totale du territoire pour la catégorie alimentaire i (masse)

Deuxièmement, le TC<sub>azote disponible</sub> correspond au rapport entre l'azote disponible valorisé localement par rapport aux besoins totaux des cultures en azote. L'azote valorisé localement étant exclusivement issue de matières organiques fertilisantes, il convient de le convertir en azote disponible en faisant le produit de son contenu en azote total par un coefficient de minéralisation (Chabalier et al., 2006).

Troisièmement, le TC<sub>concentrés</sub> et le TC<sub>fourrages</sub> correspondent respectivement à la part de concentrés ou de substituts de concentrés ainsi que la part de fourrages produits localement par rapport aux besoins totaux du cheptel du territoire. Concernant les concentrés et leurs substituts, c'est l'origine des ingrédients qui est prise en compte pour déterminer si un aliment pour le cheptel est local ou non. De plus, une distinction de ces aliments est faite en deux grandes catégories : la part glucidique et la part protéique. En revanche, tous les fourrages sont considérés comme une ressource uniforme. Par analogie avec l'alimentation humaine, un TC<sub>alimentation cheptel globale</sub> est calculé en parallèle en séparant l'alimentation animale en 3 catégories (concentrés glucidiques, concentrés protéiques et fourrages) selon la formule suivante :

$$TC_{acg} = \frac{100 \times \sum_{ci} \text{minimum}(\text{Consommation}_{ci}, \text{Production}_{ci})}{\sum_{ci} \text{Consommation}_{ci}}$$

TC<sub>acg</sub> : TC<sub>alimentation cheptel globale</sub> (%)

Consommation<sub>ci</sub> : consommation totale du cheptel pour la catégorie d'alimentation animale i (masse)

Production<sub>ci</sub> : production locale totale du territoire pour la catégorie d'alimentation animale i (masse)
Sur le volet électrique, deux TC sont calculés en sortie de *ProdAgri* : le premier (TCélectrique) est relatif à la part d'électricité issue de sources primaires locales dans le mix et se rapporte ainsi à la définition et la formule proposée en I.1.1.3, tandis que le second (TCbioélectrique) se concentre sur la part de bioélectricité issue de biomasses locales dans le mix par rapport à la consommation totale du territoire. Le choix de ce second indicateur s'explique par l'influence de la production bioélectrique sur l'usage des sols et donc le lien avec notre objet d'étude. En 2019, l'année simulée dans *ProdAgri*, seules 3 sources de bioélectricité existent : la combustion de la bagasse de canne à sucre (résidu fibreux de la fabrication de sucre), la méthanisation d'une partie de la fraction fermentescible des ordures ménagères en décharge ainsi que la valorisation dans une turbine à combustion d'une partie de la mélasse (résidu liquide de la fabrication de sucre) après l'avoir distillé en bioéthanol.

## 2.2 Calibrage du modèle *ProdAgri*

### Les besoins de la population

Le calibrage des besoins alimentaires et électriques du territoire d'étude en 2019 est décomposé dans le modèle comme le produit de besoins individuels moyens multipliés par la taille totale de la population soit 861 210 habitants selon l'INSEE (2022).

D'abord, on raisonne en termes de balance disponibilité/consommation pour estimer les besoins alimentaires de la population, grâce à la formule suivante :

$$Q_{\text{alimentaire}} = P_{\text{pro}} + P_{\text{npro}} + I - E$$

*Q*<sub>alimentaire</sub> : besoins alimentaires de la population du territoire d'étude comportant la part d'aliments consommés localement et le gaspillage alimentaire

*P*<sub>pro</sub> : production locale professionnelle (tonne matière brute)

*P*<sub>npro</sub> : production locale non professionnelle (tonne matière brute)

*I* : Importations (tonne matière brute)

*E* : Exportations (tonne matière brute)

Les denrées disponibles sont réparties entre productions locales de l'agriculture professionnelle et non professionnelle ainsi que produits d'importation. Par opposition à l'agriculture professionnelle, l'agriculture non professionnelle recouvre les activités de non-agriculteurs, la petite agriculture vivrière ainsi que l'autoproduction. Le terme d'autoproduction au sens large peut recouvrir un mélange de ces activités informelles et ses volumes de production ont été estimés pour certaines
denrées par ménage (INSEE, 2015) avant d'en déduire une estimation des volumes à l'échelle du territoire (ADEME & ECO2 INITIATIVE, 2022). En revanche, pour estimer les volumes d'importation, une analyse approfondie des données des douanes est nécessaire : chaque produit y est recensé selon un code à 8 caractères qui permet de l'associer à l'une des 6 catégories alimentaires définies dans le modèle (voir en III.2.1.). Cependant, certains produits listés, notamment des plats préparés, peuvent être rattachés à deux, voire trois catégories ce qui aboutit à un double, voire triple comptage de ces derniers. On estime donc que les volumes importés de chaque catégorie alimentaire sont la moyenne entre les volumes importés de produits non transformés et les volumes importés de produits transformés et non transformés.

L'étude de la balance entre denrées disponibles et consommées permet d'en déduire le volume des besoins alimentaires de la population comme présenté sur la **Figure 16**. Ce volume se compose de la part effectivement ingérée (consommation locale) mais également du gaspillage alimentaire. Ce dernier phénomène est évalué à partir de résultats transposés de France métropolitaine (ADEME, 2016 a). On prend alors en compte la somme des pertes liées à la distribution et à la consommation des ménages (10,6% de pertes). Des pertes complémentaires sont ajoutées pour la transformation des produits animaux (15,1% de pertes au total). Dans tous les cas, on estime que le gaspillage alimentaire lié aux pertes lors des étapes de production est intégré dans les données de production des filières. A noter qu'à titre de vérification, la masse estimée des denrées ingérées d'après notre raisonnement a été convertie en énergie grâce aux tables de données nutritionnelles des aliments de l'ANSES<fnref n="21" /> (3045 kcal/jour/habitant, cohérent avec la moyenne nationale qui est de 3502 kcal/jour/habitant sans compter le gaspillage, d'après FAO, 2022 b).

Enfin, la consommation électrique totale du territoire a été divisée par la population de 2019 pour estimer une consommation par habitant d'après les données de l'Observatoire de l'énergie de La Réunion (SPL Horizon Réunion, 2020). Le détail des besoins alimentaires et électriques par habitant est présenté dans l'Annexe 3.A.

<footnote n="21">²¹ https://ciqual.anses.fr/</footnote>
<figure><img src="image_17.png" /></figure>

**Figure 16** : Balance des denrées disponibles et consommées sur le territoire d'étude selon 6 catégories alimentaires en 2019. VPO : viandes, poissons et œufs ; PL : produits laitiers ; FL : fruits et légumes frais ; HU : huiles ; CF : céréales et autres féculents ; PR : protéagineux (source : auteur ; données : DAAF Réunion, douanes Réunion, IEDOM, INSEE, ADEME).

## Les besoins et les productions du cheptel

Le cheptel est implémenté dans le modèle *ProdAgri* sous la forme d'un jeu de données au sein d'une structure qui dépend de l'entité territoire comme décrit sur la **Figure 15**. Les informations relatives au cheptel ne sont donc pas géolocalisées comme le sont les productions végétales. L'ensemble du cheptel est défini par plusieurs paramètres : (i) le nombre et la diversité des animaux d'élevage ; (ii) les besoins alimentaires par catégorie animale ; (iii) les productions alimentaires par catégorie animale et (iv) les productions d'effluents par catégorie animale.

Premièrement, afin de faciliter les calculs du modèle relatifs à l'élevage, le cheptel est défini comme un ensemble de 9 catégories animales et la taille pour chacun de ces sous-cheptels est mesurée en unité de gros bétail (UGB). Les différentes catégories sont : les bovins laitiers, les bovins viande, les porcins, les poulets de chair, les poules pondeuses, les lapins, les ovins/caprins, les cervidés ainsi que
les chevaux. Le calibrage des tailles de sous-cheptel est tiré pour les polygastriques ruminants de l'étude de Magnier (2019). La taille de cheptel pour les autres catégories est estimée en croisant des valeurs moyennes d'UGB/animal (Institut de l'agriculture durable, 2021) avec des données des filières locales et de la DAAF Réunion.

Deuxièmement, en ce qui concerne l'alimentation, les besoins en fourrages sont directement tirés de Magnier (2019) mais les besoins en concentrés protéiques et glucidiques sont calculés au cas par cas pour chaque catégorie animale. Dans ce cas, le principe est le même : d'une part, disposer des apports totaux de concentrés par animal, d'autre part, renseigner la fraction protéique et la fraction glucidique de ces apports afin de calculer un besoin annuel pour chaque catégorie en concentrés protéiques et glucidiques. Pour les poulets de chair et les porcins, l'estimation de la quantité de concentrés apportée par animal est réalisée en utilisant la formule générique :

$$Q_{concentrés} = I_{c} * (P_{abattage} - P_{entrée})$$

* $Q_{concentrés}$ : Quantité de concentrés apportée en tonne matière sèche

* $I_{c}$ : Indice de consommation

* $P_{abattage}$ : Poids à l'abattage (kg)

* $P_{entrée}$ : Poids de l'animal à son entrée dans la phase d'apport de concentrés (kg)

Pour les autres catégories, les pratiques d'apports totaux de concentrés sont tirés des référentiels de la chambre d'agriculture de La Réunion ou le cas échéant, de recommandations pour d'autres contextes tropicaux pour les lapins (Djago et al., 2012), les cervidés (Grimaud, 2007) et pour les poules pondeuses (Chambre d'agriculture de Guadeloupe & Chambre d'agriculture de Guyane, 2021). Les compositions moyennes des rations permettant de distinguer fraction glucidique et fraction protéique sont généralement tirées de données d'élevage de France métropolitaine (Devun et al, 2014 ; Réseaux équins de Normandie, 2011 ; Camilla, 2022 ; Celagri, 2021 ; Lebas & Menini, 2017) sauf pour les cervidés car il s'agit de l'espèce tropicale *Cervus timorensis russa* (Grimaud, 2007).

Troisièmement, les productions alimentaires du cheptel sont de 3 types : de la viande (quantifiée en tonne équivalent carcasse), des œufs (convertis en tonne équivalent ovoproduit) et du lait (quantifié en tonne matière brute). Les masses de ces productions à l'échelle du territoire sont tirées de recensements administratifs (DAAF Réunion, 2020 a), exceptés pour les cervidés dont les estimations de production sont recueillies de Grimaud (2007). On ramène dans tous les cas les valeurs à l'échelle du territoire ou par animal à des valeurs par UGB pour chaque catégorie animale.
Quatrièmement, on utilise les volumes d'effluents calculés par Kleinpeter & Vayssières (2019) à l'échelle du territoire : en supposant que le cheptel a peu évolué entre 2016 et 2019, on estime ainsi une production d'effluents par UGB en utilisant les tailles du cheptel de 2019. Les lapins et les cervidés ne sont pas couverts par l'étude de 2016. Pour les premiers, on utilise les volumes de fumiers de lapins recensés par Chabalier et al. (2006) qu'on adapte pour l'année 2019 en fonction de la baisse observée de production de carcasses de lapins (en estimant qu'il s'agit du reflet de la taille du cheptel) (DAAF Réunion, 2020 a). On néglige la contribution des seconds dans la mesure où leurs effluents ne sont ni mobilisables pour être exportés (aucune mention de valorisation de ces effluents pour la fertilisation), ni fertilisant directement une prairie par pâturage car cela ne correspond pas au mode d'élevage de ces animaux (Grimaud, 2007).

L'ensemble des valeurs calibrées pour l'année 2019 utilisées dans le modèle afin de simuler le cheptel du territoire et les biomasses qu'il produit sont disponibles dans **l'Annexe 3.B**.

## Une analyse spatialisée nécessaire pour les différentes productions végétales

En raison de la diversité microclimatique du territoire (voir en I.2.1), il n'est pas possible d'attribuer un rendement et un besoin en azote de manière uniforme aux productions végétales de l'île pour faire fonctionner le modèle *ProdAgri*. Hormis la mélasse dont la production totale est quantitativement négligeable par rapport à d'autres biomasses, une réflexion sur la spatialisation des rendements et des besoins d'apport en fertilisation azotée a été conduite pour 3 types de productions végétales du territoire : (i) la bagasse de canne à sucre, (ii) les fourrages, incluant également la paille de canne à sucre et (iii) les productions horticoles alimentaires (issues du maraichage et des vergers).

Premièrement, la bagasse de canne à sucre qui constitue une fraction fibreuse de la récolte totale de canne à sucre dite « usinable » est une ressource qui est mesurée en différents points du territoire (« balances de canne ») lors de la pesée des chargements avant livraison aux deux usines sucrières de l'île. En faisant l'hypothèse que les exploitations cannières réalisent la pesée de leur production à la balance la plus proche, un programme simple sous Ocelet a été établi pour affecter à toutes les parcelles de canne de la CCUS-2019 le taux de fibres moyen mesuré à la balance la plus proche. Une moyenne de ce taux de fibres est calculée sur les 5 dernières années avant 2019 (CTICS, 2019). En parallèle, grâce à une carte des rendements prédictifs de la canne à sucre à l'échelle de l'île (Martiné & Todoroff, 2002) intersectée par une carte des périmètres irrigués afin d'associer la valeur pluviale ou irriguée du rendement de canne (Département de La Réunion, 2016), il est possible de reconstituer une nouvelle carte des rendements de bagasse (disponible à l'Annexe 3.C) selon la formule suivante [SPE/03] :
$$R_{bagasse} = \frac{R_{canne} * T_{fibres}}{T_{humidité}}$$

$R_{bagasse}$ : Rendement de bagasse (tonne de matière brute / hectare)

$R_{canne}$ : Rendement en canne usinable (tonne de matière brute / hectare)

$T_{fibres}$ : Taux de fibres

$T_{humidité}$ : Taux d'humidité de la bagasse (50% selon [SPE/03])

Par la suite, pour estimer les besoins en fertilisation azotée des parcelles à partir de leur rendement moyen, on s'appuie sur la recommandation « moins que proportionnelle » tirée de Fillols & Chabalier (2007) qu'on supplémentaire éventuellement pour compenser l'azote contenu dans la paille de canne exportée (voir au paragraphe suivant) en considérant 1,355 kg d'azote disponible par tonne de matière sèche d'azote selon la source précédente. La spatialisation des recommandations d'apport en azote « disponible » pour les parcelles de canne à sucre du territoire est présentée en **Annexe 3.D**.

Deuxièmement, on se base sur les données spatiales de Lorré et al. (2020) pour attribuer des rendements de production de fourrage aux prairies du territoire. De plus, la paille de canne, qui est un résidu de culture de la canne à sucre, peut être utilisée dans l'élevage, à la fois comme litière et comme ressource fourragère complémentaire (Kleinpeter & Vayssières, 2019). Le plus souvent laissée au sol dans les exploitations par bénéfice agronomique et/ou difficulté de mobilisation de la ressource, le rapport de Lorré (2019) identifie les parcelles exportatrices ainsi que les volumes globaux de paille : ceci nous permet d'estimer des rendements pour les parcelles de prairies de la CCUS-2019. Concernant la fertilisation azotée des prairies, on se base sur les recommandations de Chabalier et al. (2006) en corrigeant la fertilisation de certaines parcelles, nulle selon Lorré et al. (2020).

Troisièmement, les rendements et les besoins en fertilisation azotée à associer aux surfaces de cultures horticoles alimentaires (maraichage et vergers) sont des valeurs complexes à estimer en raison de la diversité et de la méconnaissance des espèces cultivées. Cette question a ainsi fait l'objet d'un encadrement de stage en parallèle de la seconde année de thèse (Sinico, 2021) aboutissant à la publication de cartes de zones de production maraichères et fruitières (en fonction des espèces majoritairement cultivées) avec estimations moyennes de rendements et de recommandations d'apports en azote (Sinico et al., 2022). De plus, dans chaque zone de production on distingue 3 rendements : la production de fruits et légumes frais, la production de féculents et la production de protéagineux. Ces données sont attribuées aux parcelles horticoles de la CCUS-2019 en fonction de leur position géographique, les éventuelles parcelles hors zones de production identifiées étant rattachées à la zone la plus proche. On prend soin de corriger rendements et recommandations
d'apport en azote par la part de surfaces horticoles annuellement en jachère, c'est-à-dire « entre la
récolte d'une culture et le moment de la mise en place de la culture suivante » (Sébillote, 1977). On
estime que 25,2% de la surface d'horticulture alimentaire est annuellement en jachère à partir du
recensement des surfaces agricoles de la DAAF Réunion (2020 a).

Les biomasses non agricoles et la production électrique

Un certain nombre de biomasses non agricoles sont prises en compte dans les calculs d'indicateurs d'autosuffisance de ProdAgri. Dans le modèle, une partie seulement de ces biomasses est corrélée, parfois indirectement, à l'usage des sols. Les autres possèdent des valeurs prédéterminées et correspondent à des variables contraintes externes (voir Figure 15).

Premièrement, les biomasses corrélées à l'usage des sols sont soit des biomasses industrielles (vinasses de distillerie et écumes de sucrerie), soit des biomasses d'origine urbaine (biodéchets aussi désignés comme fraction fermentescible des ordures ménagères, et déchets végétaux). On renseigne les volumes produits en 2019 à partir des estimations des gisements mobilisables de la SPL Horizon Réunion (2017 a ; 2017 b). Pour les biomasses d'origine urbaine, on calcule une valeur par hectare de tache urbaine en faisant l'hypothèse, pour la suite de notre travail, qu'une évolution de la tache urbaine entraînerait une évolution des volumes produits de ces biomasses urbaines.

Deuxièmement, un ensemble d'autres biomasses ne sont pas liées dans le modèle à un quelconque
usage des sols. D'abord, l'affouragement vert qui correspond à une ressource de fourrage glanée sur
les bords de routes et dans certaines zones de friches. Son emprise spatiale étant difficile à établir, on
considère simplement cette ressource comme un supplément à la ressource fourragère produite par
les prairies et on utilise l'estimation de son volume réalisée par Magnier (2019). Ensuite, les produits
de la pêche qui constituent une ressource alimentaire pour le territoire sont quantifiés par l'ADEME &
ECO2 INITIATIVE (2022). De plus, on ajoute une ressource de bois de palette qui est un déchet industriel
en se basant sur les estimations de la SPL Horizon Réunion (2017 a ; 2017 b). Enfin, en se basant sur
les mêmes sources, on calibre la production de boues de STEP qu'on ramène à la population en faisant
l'hypothèse pour la suite de notre travail que cette biomasse est corrélée à la taille de la population.

Enfin, un ensemble de facteurs de conversion sont utilisés dans le modèle pour calculer les quantités d'électricité issue des biomasses considérées comme valorisables en électricité selon la SPL Horizon Réunion (2017 a ; 2017 b) : bagasse, biodéchets et mélasse distillée en bioéthanol. Les mêmes rapports ont été utilisés pour implémenter dans le modèle les valeurs de la production électrique locale hors bioélectricité (les sources majoritaires étant, par ordre décroissant : l'hydroélectricité, le solaire
photovoltaïque et l'éolien). On peut souligner par ailleurs, que d'autres gisements de biomasses valorisables en électricité sont identifiés dans lesdits rapports. Néanmoins, ces gisements ont été considérés comme quantitativement négligeables et ne sont pas pris en compte dans notre étude. L'ensemble des valeurs calibrées des volumes de biomasses non agricoles pour l'année 2019 et les coefficients de conversion en bioélectricité sont présentés dans l'Annexe 3.E.

# 3. Simulation de taux de couverture alimentaire et électrique en 2019

## 3.1 Résultats comparés à d'autres données secondaires

### Comparaison des grandeurs simulées aux données existantes

Les variables simulées dans *ProdAgri* correspondent à des volumes disponibles et consommées de matière et d'énergie à l'échelle du territoire. Lors d'une première phase de test du modèle, on cherche à comparer ces grandeurs simulées à des données de référence lorsque ces dernières existent. Dans d'autres cas, des variables de sortie du modèle sont construites directement à partir de quelques données de référence et il n'existe aucune autre donnée pour vérification.

Ainsi lorsque cela est possible, on compare les données simulées dans *ProdAgri* à des données de référence ou calculées à partir d'autres données de la bibliographie pour l'année 2019 ou une année proche le cas échéant. La **Figure 17** présente ces comparaisons pour 10 variables du modèle. Notons que sur ce graphique, seules sont représentées les variables relatives à la production de biomasse. En effet, le reste des grandeurs calculées dans le modèle dépend de leur valeur : par exemple, le volume des gisements de biomasse est d'abord simulé avant d'être converti en bioélectricité.