# Biens produits par l'écosystème

Olivier Therond, Muriel Tichit, Anaïs Tibi, Francesco Accatino, Luc Biju-duval, Christian Bockstaller, David Bohan, Thierry Bonaudo, Maryline Boval, Eric Cahuzac, et al.

## ► To cite this version:

Olivier Therond, Muriel Tichit, Anaïs Tibi, Francesco Accatino, Luc Biju-duval, et al. Biens produits par l'écosystème. DEPE; Etude_9-EFESE-Agri. Partie III Chapitre 10. 2017. hal-02791226

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VOLET "ÉCOSYSTEMES AGRICOLES" DE L'ÉVALUATION FRANÇAISE
DES ÉCOSYSTÈMES ET DES SERVICES ÉCOSYSTÉMIQUES (EFESE)

RAPPORT SCIENTIFIQUE DE L'ÉTUDE RÉALISÉE PAR L'INRA - NOVEMBRE 2017

Partie 3 - Chapitre 10. Biens produits par l'écosystème (p693-894)

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INRA
SCIENCE & IMPACT
**Responsables scientifiques :**

Olivier Therond - Inra, Laboratoire Agronomie et Environnement

Muriel Tichit - Inra, Sciences pour l'Action et le Développement : Activités, Produits, Territoires

**Coordinatrice :**

Anaïs Tibi - Inra, Délégation à l'Expertise scientifique, à la Prospective et aux Etudes

**Directeur de la publication :**

Bertrand Schmitt - Inra, Directeur de la Délégation à l'Expertise scientifique, à la Prospective et aux Etudes

**Contacts :**

Olivier Therond : olivier.therond@inra.fr

Anaïs Tibi : anais.tibi@inra.fr

Muriel Tichit : muriel.tichit@agroparistech.fr

**Pour citer ce document :**

Therond O. (coord.), Tichit M. (coord.), Tibi A. (coord.), Accatino F., Biju-Duval L., Bockstaller C., Bohan D., Bonaudo T., Boval M., Cahuzac E., Casellas E., Chauvel B., Choler P., Constantin J., Cousin I., Daroussin J., David M., Delacote P., Derocles S., De Sousa L., Domingues Santos J.P., Dross C., Duru M., Eugène M., Fontaine C., Garcia B., Geijzendorffer I., Girardin A., Graux A-I., Jouven M., Langlois B., Le Bas C., Le Bissonnais Y., Lelièvre V., Lifran R., Maigné E., Martin G., Martin R., Martin-Laurent F., Martinet V., McLaughlin O., Meillet A., Mignolet C., Mouchet M., Nozières-Petit M-O., Ostermann O.P., Paracchini M.L., Pellerin S., Peyraud J-L., Petit-Michaut S., Picaud C., Plantureux S., Poméon T., Porcher E., Puech T., Puillet L., Rambonilaza T., Raynal H., Resmond R., Ripoche D., Ruget F., Rulleau B., Rush A., Salles J-M., Sauvant D., Schott C., Tardieu L. (2017). *Volet "écosystèmes agricoles" de l'Evaluation Française des Ecosystèmes et des Services Ecosystémiques*. Rapport d'étude, Inra (France), 966 pages.

Le présent document constitue le rapport scientifique d'une étude co-subventionnée par le Ministère de la Transition Energétique et Solidaire (MTES) sur le programme 217, action 01, sous-action 04, et sur le programme 113, action 7.

Le rapport a été élaboré par le groupe de travail sans condition d'approbation préalable par les commanditaires ou par l'Inra, et validé par les responsables scientifiques de l'étude. Son contenu n'engage que la responsabilité de ses auteurs.
# Chapitre 10.

## Biens produits par l'écosystème
Sommaire

<table><tr><td><strong>10.1. Production de bien végétaux à partir des plantes cultivées</strong></td><td><strong>697</strong></td></tr><tr><td>10.1.1. Spécification biophysique</td><td>697</td></tr><tr><td>10.1.2. Évaluation biophysique du niveau de production de biens végétaux par les plantes cultivées</td><td>712</td></tr><tr><td>10.1.3. Evaluation économique de la part de la production végétale permise par les SE de fourniture en azote et de restitution d'eau aux plantes cultivées</td><td>744</td></tr><tr><td><strong>10.2. Production de fourrages par les surfaces en herbe</strong></td><td><strong>765</strong></td></tr><tr><td>10.2.1. Spécification biophysique</td><td>765</td></tr><tr><td>10.2.2. Surfaces en herbe et services écosystémiques</td><td>776</td></tr><tr><td>10.2.3. Evaluation biophysique</td><td>778</td></tr><tr><td><strong>10.3. Production de plantes sauvages à d'autres fins que les fourrages</strong></td><td><strong>797</strong></td></tr><tr><td>10.3.1. Spécification biophysique</td><td>673</td></tr><tr><td>10.3.2. Pistes méthodologiques pour l'évaluation biophysique du niveau de fourniture de plantes sauvages</td><td>800</td></tr><tr><td><strong>10.4. Production de biens animaux</strong></td><td><strong>803</strong></td></tr><tr><td>10.4.1. Spécification biophysique</td><td>803</td></tr><tr><td>10.4.2. Evaluation biophysique de la production de biens animaux</td><td>811</td></tr><tr><td><strong>Annexes du chapitre 10. Notes techniques</strong></td><td><strong>827</strong></td></tr><tr><td>10-A. Note technique pour l'évaluation de la production de biens végétaux à partir des plantes cultivées</td><td>829</td></tr><tr><td>10-B. Note technique pour le calcul de la production de biens animaux</td><td>841</td></tr><tr><td><strong>Références bibliographiques citées dans le chapitre 10</strong></td><td><strong>881</strong></td></tr></table>
# 10.1. Production de bien végétaux à partir des plantes cultivées

## 10.1.1. Spécification biophysique

Expert coordinateur : Olivier Therond

Contributeur scientifique : Michel Duru

Dans EFESE-écosystèmes agricoles, la production agricole de biomasse végétale n'est pas conceptualisée comme un SE d'approvisionnement mais comme un processus de production de biens agricoles (cf. section 3.1). Le niveau de production agricole résulte des interactions entre les SE de régulation dont bénéfice l'agriculteur, appelés « SE intrants » ci-après, et des apports d'intrants exogènes (ex. énergie du travail du sol, fertilisants et amendements, eau d'irrigation, produits phytosanitaires). Différents modes de production de biens végétaux peuvent être distingués suivant la part relative de la production agricole permise par les SE de régulation pour un niveau de production donnée. Par exemple, il est possible de distinguer les systèmes de production « conventionnels » dont le niveau de production agricole est fortement basé sur les intrants exogènes, des systèmes de production, souvent qualifiés d'« agroécologiques », dont le niveau de production agricole est fortement déterminé par les SE dit « intrants » (Bommarco et al., 2013; Duru et al., 2015a; Gliessman, 2007; Therond et al., 2017).

Les SE de régulation sont donc considérés ici comme des facteurs de production de nature fondamentalement différente des intrants exogènes. Comme les intrants exogènes, les SE « intrants » permettent de réduire les facteurs limitants (*limiting factors*) et de contrôler les facteurs réducteurs (*reducing factors*) (cf. section 3.1, Figure 10-1-1 ; Bommarco et al., 2013 ; Duru et al., 2015a ; Garbach et al., 2014 ; Therond et al., 2017). Dans EFESE-écosystèmes agricoles, ils correspondent aux SE :

a) « Pollinisation des espèces cultivées » (section 8.1)

b) « Régulation des graines d'adventices » (section 8.2)

c) « Régulation des insectes ravageurs » (section 8.3)

d) « Stabilisation des sols et contrôle de l'érosion » (section 8.5)

e) « Structuration du sol » (section 8.6)

f) « Stockage et restitution de l'eau » (section 8.7)

g) « Fourniture d'azote minéral aux plantes cultivées » (section 8.8)

h) « Fourniture d'autres nutriments et oligoéléments aux plantes cultivées » (section 8.9)

D'autres SE « intrants » clefs non instruits dans EFESE-écosystèmes agricoles par manque de compétences thématiques spécifiques dans le collectif d'experts, correspondent également à des SE « intrants », comme par exemple :

i) le contrôle des maladies des plantes cultivées ;

j) la régulation du microclimat de production.

Comme indiqué dans la section 3.1, deux grands types de pratiques agricoles sont distingués dans EFESE-écosystèmes agricoles au regard de leur rôle et de leur statut dans la production de biens agricoles et de SE :

(i) les pratiques de configuration spatiotemporelle de l'écosystème qui déterminent la nature de l'écosystème agricole et le niveau potentiel de production de production de biens agricoles (*defining factors* dans Ittersum et Rabbinge, 1997) et de fourniture de SE (Duru *et al.*, 2015a). Ces pratiques déterminent la nature et la structure spatiale et temporelle de la couverture végétale de l'écosystème. Autrement dit, elles correspondent aux choix de séquence de couvert végétaux et de dates et densités et distribution spatiale de semis/plantation. L'analyse du niveau de production de biens végétaux et de fourniture des SE d'un écosystème agricole donné considère ce type de pratique comme fixé. Les caractéristiques spécifiques, fonctionnelles et spatiotemporelles des couverts végétaux gérés par l'agriculteur sont alors considérées comme des déterminants biophysiques (endogènes) de l'écosystème. Par analogie, les couverts végétaux des habitats dits semi-naturels dans l'emprise spatiale de la parcelle agricole sont aussi considérés comme des déterminants biophysiques du niveau de fourniture des SE « intrants » fournis par l'écosystème agricole.
(ii) les pratiques agricoles qui visent à gérer la production de biomasse végétale voire de SE durant un cycle de production. Elles sont considérées comme des facteurs exogènes anthropiques qui peuvent moduler le niveau de production de biens agricole ou de fourniture des SE dans la période considérée pour leur évaluation (ex. pratiques phytosanitaires qui modulent le niveau des SE de régulations biologiques et de production de biens au fil du cycle de culture). Trois grands types de pratiques agricoles sont considérés :

* Les pratiques qui visent à réduire les stress abiotiques (eau et éléments minéraux) ou réguler les conditions physico-chimiques du sol (ex. chaulage, gypsage, travail du sol). Elles visent à réduire les facteurs limitants de la production agricole (*limiting factors* dans Ittersum et Rabbinge, 1997).

* Les pratiques qui visent à réduire les dommages causés par les bioagresseurs (stress biotiques). Elles visent à réduire les facteurs réduisant le rendement (*reducing factors* dans Ittersum and Rabbinge, 1997).

* Les pratiques de gestion de la biomasse soit d'exportation de la parcelle soit de « restitution » au sol.

Suivant leur nature et leur distribution spatiotemporelle, ces trois types de pratiques agricoles peuvent avoir un effet positif ou négatif, intentionnel ou non intentionnel, sur le niveau de fourniture des SE rendus à l'agriculteur ou la société et sur le niveau de production agricole, à court terme (cycle de la culture, année) et moyen-long terme (pluriannuel, décennies).

Ces deux grands types de pratiques agricoles, de configuration et exogènes, déterminent l'état de l'écosystème agricole au fil du temps. L'évaluation d'un niveau de production de biens ou de fourniture de SE est réalisée en considérant un état initial donné et une période d'analyse, par exemple, une année culturale ou la durée de la rotation culturale. Évaluer la production de biens ou de SE à l'échelle temporelle de la rotation culturale permet de prendre en compte les effets d'enchaînement des couverts végétaux, appelés par ex. « effets précédents », ou les effets cumulatifs qui peuvent s'exprimer à cette échelle de temps (ex. régulation des adventices des cultures).

Pour rappel, l'écosystème agricole est conceptualisé dans EFESE-écosystèmes agricoles comme le système sol-plantes-animaux s'étendant sur l'ensemble de l'emprise spatiale de la parcelle. La parcelle représente ci-après l'espace agricole géré par l'agriculteur comprenant l'espace cultivé pour la production de biens végétaux, l'espace cultivé et géré avec des couverts végétaux semés d'autres types (bande enherbée, bande fleuries), la zone entre l'espace cultivé et la limite spatiale de la parcelle. Cette dernière peut comprendre une formation ligneuse, le plus souvent gérée par l'agriculteur.
**Figure 10-1-1.** Représentation du fonctionnement de deux formes archétypales d'agroécosystèmes présentant, pour des raisons illustratives, le même niveau de production.

La première forme d'agroécosystème est basée sur une faible biodiversité planifiée et sur une forte utilisation d'intrants exogènes d'origine anthropique (type d'agroécosystème « basé sur les intrants anthropiques »). La deuxième a développé un agroécosystème basé sur une biodiversité planifiée et associée qui fournit un haut niveau de SE intrants (régulations des nutriments et biologiques) ce qui lui permet de fortement réduire son utilisation d'intrants industriels et, possiblement, d'eau d'irrigation. Le niveau de « production sans (processus de) protection des cultures » est celui qui est atteint quand aucune protection naturelle (régulation biologique) et anthropique intervient. Afin de simplifier la représentation, le niveau de production sans (processus de) protection des cultures des deux types d'agroécosystème est le même. Dans l'agroécosystème basé sur les intrants anthropiques les facteurs limitants et réducteurs sont principalement compensés par des apports d'intrants anthropiques. Dans l'agroécosystème basé sur la biodiversité ils sont principalement compensés par les services écosystémiques de régulation (adapté de Duru et al., 2015a, voir aussi Bommarco et al., 2013).

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### 10.1.1.1. Dénomination précise et nature du ou des biens agricoles

La production de biens agricoles végétaux à partir de plantes cultivées ou gérées génère quatre grands types de biomasse déclinés en fonction de leur usage :

- **biens végétaux pour l'alimentation humaine (grains, fruits et légumes)** produits au sein des écosystèmes agricoles de grandes cultures annuelles (céréales, oléoprotéagineux, cultures industrielles, pomme de terre), cultures légumières, cultures fruitières pérennes (vergers) et vignes ;

- **biens végétaux pour la production secondaire d'énergie** produits au sein des écosystèmes agricoles de cultures dédiées pérennes (miscanthus, switchgrass), pluriannuelles (luzerne) et annuelles (blé et colza pour les biocarburants de 1ère génération, sorgho, chanvre, maïs) ou des cultures non dédiées (cultures intermédiaires). Ces biens « énergétiques » peuvent également être issus de plantes ligneuses dédiées à cette production (taillis à courte rotation et à très courte rotation) ou non dédiées (sous-produits végétaux liés à l'élagage et la taille des arbres fruitiers et des vignes, haies, lisières de forêts) ;

- les autres **biens végétaux pour une production non alimentaire** produits au sein des écosystèmes agricoles de grandes cultures (lin textile et chanvre notamment). Cette catégorie de biens n'est pas prise en compte dans EFESE-écosystèmes agricoles car elle reste très marginale à l'échelle de la France ;

- **biens végétaux pour la production secondaire de biens animaux** produits au sein des écosystèmes agricoles en grandes cultures annuelles (maïs fourrage, plante sarclée fourragère, autres fourrages annuels) et prairies temporaires et artificielles. La production de fourrages par les prairies semées est traitée dans la section 10.2.
Seules les productions de biens issus des écosystèmes de grandes cultures sont considérées ci-après.

Plusieurs de ces couverts végétaux (ex. blé, colza, maïs, sorgho) peuvent être transformés, dans leur totalité ou en partie, exclusivement ou non, en biens alimentaires, énergétiques, non alimentaires ou fourragers (ex. le colza peut être utilisé pour la production d'huile végétale alimentaire ou de biocarburant et les tourteaux sont utilisés pour l'alimentation animale).

Les formations ligneuses comprises dans l'emprise spatiale des parcelles agricoles gérées par les agriculteurs en vue d'une production de biomasse à usage de production d'énergie, de litière pour les animaux, de matière organique rapportée au sol, relèvent du champ d'analyse de l'étude. Cependant du fait du manque de données ce type de production ne donne pas lieu à une évaluation biophysique et économique. L'Association Française pour l'Agroforesterie a initié des travaux sur cette question<fnref n="1" />.

### 10.1.1.2. Déterminants biophysiques clefs de la production de biens végétaux

Le niveau de production de biens agricoles végétaux à partir des écosystèmes agricoles dépend de différents déterminants biophysiques :

- l'emprise spatiale de l'écosystème (y compris les linéaires de formations ligneuses gérés pour la production de biomasse) et plus particulièrement de la surface gérée pour la production de biens végétaux ;

- l'état des caractéristiques abiotiques (ex. pH) et biotiques du sol résultant des interactions entre les composantes abiotiques du sol et la biodiversité planifiée et associée ;

- la nature et la distribution spatiotemporelle de la biodiversité planifiée à l'échelle de la parcelle, autrement dit des espèces et génotypes (ou variétés pour les espèces végétales cultivées) intentionnellement semés et plantés par l'agriculteur ;

- la nature et la distribution spatiotemporelle de la biodiversité associée, végétale et animale, à l'échelle de la parcelle résultant des interactions entre les processus écologiques déterminés par la biodiversité planifiée, de la composition ou configuration du paysage et de facteurs exogènes à l'écosystème (climat et pratiques agricoles exogènes) ;

- la composition et la configuration du paysage environnant l'écosystème agricole, qui peut déterminer le niveau des « SE intrants » dépendant des flux de matière ou d'énergie qui interviennent à cette échelle supr-parcellaire. Ainsi, les SE de régulation biologiques (a, b, c, i dans la liste ci-dessus) et les SE de « stabilisation des sols et contrôle de l'érosion » et de « régulation du microclimat » sont reconnus comme étant plus particulièrement dépendant des caractéristiques du paysage (Cf. sections correspondantes) ;

- les SE « intrants », dépendant plus ou moins des déterminants biophysiques précédents, qui correspondent à des processus écologiques dont le gestionnaire de l'écosystème agricole peut dériver un avantage pour la production de biens végétaux (Cf. liste ci-dessus).

Comme cette section est focalisée sur les déterminants de la production de biens végétaux, seuls les SE « intrants » sont abordés ci-après.

#### Relation entre la nature et la distribution spatiotemporelle de la biodiversité planifiée, et le niveau des SE intrants

La nature des espèces et des variétés cultivées détermine la nature des biens végétaux produits ainsi que le fonctionnement de l'écosystème pour un état initial de celui-ci donné (ex. état organique des sols). La caractérisation fonctionnelle des espèces et variétés présentes dans l'écosystème, basé sur les cadres conceptuels et méthodologiques de l'écologie fonctionnelle, est reconnue comme une approche prometteuse pour établir des relations entre traits biologiques des espèces cultivées et fonctionnement de l'écosystème au regard des SE (voir encadré 10-1-1 ; Duru et al., 2015a ; Faucon et al., 2017 ; Gaba et al., 2014a,b ; Moonen et Bàrberi, 2008 ; Therond et al., 2017 ; Wood et al., 2015).

<footnote n="1">¹ Voir le programme d'activités « Excelsior : Accompagnement à la valorisation de biomasse issue de zones « non-concurrentielles de l'agriculture ».</footnote>
**Encadré 10-1-1.** L'examen des relations entre traits biologiques des espèces cultivées et fonctionnement de l'écosystème : un front de recherche

La description de l'état des connaissances sur les relations entre traits biologiques des espèces cultivées et fonctionnement de l'écosystème (voir la revue de Faucon et al., 2017), leur développement et leur opérationnalisation pour la conception et la gestion des écosystèmes agricoles en vue développer les SE est un front de recherche actuel (Duru et al., 2015a; Wood et al., 2015; Gaba et al., 2014a,b). De premiers exemples d'opérationnalisation sont en cours de développement comme ceux sur la caractérisation fonctionnelle des couverts intermédiaires en vue d'aider au choix de la ou des espèces adaptées à chaque écosystème (situation de production) et objectifs relatifs à un ou plusieurs SE (ex. structuration du sol, fourniture en azote, régulations biologiques) (ex. Damour et al., 2014; Ozier-Lafontaine et al., 2011). Cependant, l'identification des traits permettant la caractérisation fonctionnelle des couverts intermédiaires, comme des autres espèces cultivées, reste un front de recherche (pour les couverts intermédiaires voir Tribouillois et al., 2015a,b, plus généralement voir Faucon et al., 2017). Cette caractérisation fonctionnelle des couverts végétaux en grande culture est moins avancée et opérationnalisée que pour les prairies (Cf. section 10.2).

La distribution spatiotemporelle de la biodiversité planifiée est identifiée comme un levier de premier niveau pour augmenter le niveau de fourniture des SE « intrants » (ex. Duru et al., 2015a; Gaba et al., 2014a; Bommarco et al., 2013; Kremen et al., 2012). La distribution temporelle des génotypes correspond à l'enchânement temporel des couverts végétaux. Dans les systèmes de culture de courtes durées, cet enchaînement temporel est appelé séquence ou succession de cultures<fnref n="2" />, et peut notamment inclure un couvert intermédiaire (CI)<fnref n="3" />. Une revue des effets des CI sur les SE et les impacts négatifs des activités agricoles, principalement lixiviation et volatilisation d'azote, sont analysés et présentés dans Justes et al. (2015). Les multiples objectifs de production de biomasse, de limitation des impacts ou de développement de SE ont conduit à une déclinaison des qualificatifs associés à ces couverts intermédiaires : CI multi-services écosystémiques ou environnementaux (CIMSE), CI à vocation énergétique (CIVE), CI piège à nitrates (CIPAN), couvert cultivé en « dérobé » pour les CI pour l'alimentation des animaux... Une revue récente met l'accent sur le potentiel des CI pour la régulation du climat via les deux principaux effets directs de stockage du C et sur l'albédo (Kaye et Quemada, 2017). Ces différents objectifs ne sont pas obligatoirement exclusifs les uns des autres. Les modalités de gestion des CIMSE pour lever des antagonismes entre SE reste un front de recherche (Justes et al., 2015). Par exemple, il y a un important enjeu dans les zones à déficit en eau à définir des modes de gestion des CI qui permettent de gérer le possible antagonisme entre les deux SE relatifs à la capacité à stocker et restituer de l'eau ; c.-à-d. entre (i) l'eau transpirée par la culture de rente dont l'agriculteur dérive un avantage et (ii) les flux d'eau vers les milieux aquatiques (rendement en eau) dont la société peut dériver un avantage.

La distribution spatiale de la biodiversité planifiée dans la parcelle correspond à deux grandes caractéristiques : (i) la configuration des individus (ex. pieds ou talles), des populations ou des communautés (mélanges d'espèces) végétales et (ii) la densité spatiale de la ou des populations/communautés. Il est tout autant question ici d'un couvert monospécifique avec une densité et un arrangement spatial donnés d'individus (ex. pieds ou talles), que d'un ou plusieurs couverts de production correspondant à des mélanges d'espèces/variétés combiné(s), suivant un arrangement spatial particulier intra ou inter mélanges, combiné à un ou des couverts implantés ou gérés pour offrir un ou des habitats aux auxiliaires des cultures (ennemis des insectes ravageurs) ou repousser ou attirer la concentration des insectes ravageurs ou maladies afin de limiter les dégâts et dommages sur les cultures de rentes (concept de « push-pull »).

La diversification spatiale des cultures se traduit par le développement de différents grands types de systèmes de culture qui peuvent être qualifiés de mixtes et qui correspondent à des :

- mélanges de variétés ou d'espèces (intraspecific or crop mixtures). Pour leurs effets sur les régulations biologiques voir, par ex., Iverson et al. (2014), Letourneau et al. (2011), Dassou et Tixier (2016), Bedoussac et al. (2015) et la section 8.3 sur le SE de régulation des insectes ravageurs ;

<footnote n="2">² Une séquence de culture cyclique, fixe ou avec certaines cultures optionnelles, est appelée une rotation fixe ou flexible de culture.</footnote>

<footnote n="3">³ Un couvert végétal entre deux cultures ou mélanges de cultures de rentes est qualifié de couvert intermédiaire. Il peut être soit semé soit composé de repousse de la (ou des) culture(s) précédente(s). Il peut être soit semé dans la culture précédente (relay cropping) soit après la culture précédente (cover crop). Dans la même logique, il peut soit être détruit (mécaniquement, chimiquement, par le gel ou la compétition) avant le cycle de la culture suivante (cover crop) soit pendant celui-ci (relay cropping).</footnote>
- **mélanges d'espèces ligneuses et de cultures ou de prairies** (agroforesterie). Pour une revue de leur potentiel pour la production de SE voir Fagerholm et al. (2016) et Torralba et al. (2016);

- **organisation spatiale de couverts de natures différentes monospécifiques ou plurispécifiques à vocation de production et de gestion des régulations biologiques ou du microclimat** (voir par ex. Gaba et al., 2014a et Tzilivakis et al., 2016).

Ces modalités de gestion de la biodiversité planifiée ne sont pas exclusives l'une de l'autre. Gaba et al. (2014a) proposent de décrire ces différents types de système de culture via la caractérisation de l'asynchronie des couverts et leurs différentes allocations spatiales.

Du point de vue des SE relatifs à la régulation des nutriments (Fourniture en nutriments aux plantes cultivées), la diversité de niche, dans l'espace (ex. valorisation de volumes de sol différents) et dans le temps (ex. décalage phénologique) et la diversité fonctionnelle (différents mécanismes écologiques d'accès aux ressources en azote et phosphore) permettent une potentielle amélioration de l'expression et l'utilisation des SE (Gaba et al., 2014a, section 10.2, section 3.2). Le processus de facilitation entre espèces (ex. la solubilisation du phosphore par les légumineuses mis à disposition des autres espèces d'un mélange) peut également intervenir (Cf. section 8.9). Les différents effets de la diversité spatiotemporelle de niche et de la diversité fonctionnelle, combinés aux effets de protection physiques du sol par les couverts peuvent également permettre de réduire les impacts environnementaux négatifs des activités agricoles comme les fuites de polluants ou l'érosion (Gaba et al., 2014a ; Sections 8.5 sur le SE de stabilisation des sols et contrôle de l'érosion, 8.8 et 8.9 sur les SE de fourniture en azote et en autres nutriments aux plantes cultivées, et 8.11 sur le SE de régulation de la qualité de l'eau). Enfin, la biodiversité planifiée peut également avoir un effet clef sur le niveau de SE de structuration du sol (Gaba et al., 2014a, Section 8.6). Ainsi, certain CI sont implantés dans un objectif de développement de la capacité de structuration des sols de l'écosystème agricole (Justes et al., 2015).

Les effets de la distribution spatiotemporelle de la biodiversité planifiée à l'échelle de la parcelle sur le niveau des SE de régulations biologiques des maladies, des insectes ravageurs et des adventices sont basés sur 8 grands types de processus écologiques (Duru et al., 2015a, voir détails dans Ratnadass et al., 2011 :

* Dilution de la ressource et détournement stimulo-dissuasif (effet push-pull);

* Perturbation spatiale ou temporelle des cycles écologiques;

* Effets allelopathiques;

* Capacité suppressive (générale ou spécifique) du sol;

* Résistance physiologique de la culture;

* Conservation des auxiliaires des cultures et facilitation de leur action contre les insectes ravageurs;

* Effets directs ou indirects de l'architecture du couvert (effet de barrière).

Des méta-analyses récentes tentent d'établir les relations entre la diversité à l'échelle de la parcelle (local-scale) et le niveau de régulation des bioagresseurs. Elles confirment l'effet potentiellement important de la diversité intra parcellaire sur le niveau de ces SE (Dassou et Tixier, 2016 ; Cf. sections 8.2 et 8.3).

## Relations entre biodiversité planifiée et associée

Il est important de noter que bien que certaines adventices des cultures sont considérées comme nuisibles du fait de la compétition qu'elles exercent avec les cultures de rente, leur présence dans l'écosystème agricole (la parcelle cultivée) peut être déterminante de la qualité de l'habitat qu'elle représente pour les organismes mobiles à l'origine des SE de régulations biologiques. Ainsi, de récents travaux analysent l'importance de la diversité et de l'abondance de ces plantes dans le cycle écologique de nombreux organismes mobiles à l'origine de ces SE (ex. Emmerson et al., 2016 ; Petit et al., 2015 ; Marshall et al., 2003 ; Storkey and Westbury, 2007 ; Rollin et al., 2016 ; Cf. sections 8.1, 8.2 et 8.3).

De plus en plus de travaux montrent qu'il existe d'importantes interactions entre les biodiversités aérienne (aboveground) et souterraine (belowground) (ex. Mendes et al., 2013 ; Philippot et al., 2013 ; Wardle, 2004). Ainsi, la compréhension des relations entre la nature des plantes cultivées ou de la biodiversité végétale associée, et la dynamique des communautés des organismes du sol est un front de recherche en développement (Mendes et al., 2013 – voir encadré 10-1-2).
**Encadré 10-1-2.** La compréhension des relations entre la nature de la biodiversité végétale et la dynamique des communautés des organismes du sol dans les parcelles agricoles : un front de recherche

L'objectif agronomique serait de « piloter » la dynamique des communautés microbiennes associées aux plantes cultivées (microbiotes), ou plus généralement des organismes du sol, pour atteindre des objectifs en termes de SE, comme par exemple la régulation des bioagresseurs souterrains des plantes ou la fourniture de nutriments aux plantes cultivées (Dessaux et al., 2016; Lemanceau et al., 2015; Mendes et al., 2013). Cela pourrait passer par la sélection de plantes cultivées présentant des traits fonctionnels à l'origine d'un microbiome (ensemble des génomes qui soutient l'ensemble des chaines trophiques dans le sol) promoteur des SE recherchés. Ainsi, par exemple, Perez-Jaramillo et al. (2016) montrent comment l'évolution des espèces cultivées et des pratiques culturales peut modifier l'assemblage et les fonctions du microbiome rhizosphérique (voir aussi Bulgarelli et al., 2015).

## Effets de l'état des caractéristiques abiotiques et biotiques du sol.

Comme indiqué dans les sections 8.4, 8.6, 8.8 et 8.9, au-delà de sa texture, l'état organique du sol détermine fortement son fonctionnement et les SE qui en dépendent. La quantité et l'activité des microorganismes et des autres organismes du sol sont fortement déterminées par la nature et la distribution de la matière organique dans le profil de sol (Bouthier et al., 2014, voir ci-dessous la section sur le travail du sol). Cette activité biologique et les caractéristiques et propriétés physico-chimiques de la matière organique déterminent la capacité de structuration des sols (Cf. section 8.6), la stabilisation des sols et le contrôle de l'érosion (CF. section 8.5), la capacité à stocker et restituer l'eau (CF. section 8.7) et la fourniture en nutriments aux plantes cultivées (CF. sections 8.8 et 8.9).

## Relation entre la composition et la configuration du paysage et le niveau des SE « intrants »

Le niveau des SE de régulations biologiques peut aussi dépendre de la composition et de la configuration du paysage puisqu'elles peuvent influencer la dynamique des bioagresseurs et des auxiliaires des cultures (encadré 10-1-3 ; Cf. sections 8.2 et 8.3). L'hétérogénéité fonctionnelle, c.-à-d. l'agencement spatiotemporel des couverts végétaux en termes de fonctions dans le cycle écologique des organismes mobiles (ex. ressource alimentaire, reproduction, repos, hivernage) serait plus particulièrement à considérer. En effet, l'hétérogénéité fonctionnelle dans l'espace et dans le temps peut générer des continuités, ruptures, facilitation ou compétition dans les cycles écologiques des organismes mobiles, qui favorisent ou défavorisent leur développement et dispersion (Fahrig et al., 2011 ; Schellhorn et al., 2015).

Les travaux de Concepcion et al. (2008) et de Tscharntke et al. (2012) ont initié le développement d'un schéma général des interactions entre conduite de l'écosystème agricole à l'échelle de la parcelle, complexité (hétérogénéité) du paysage et niveau de biodiversité associée. Ils représentent le fait que les effets de la complexification du paysage peuvent être fortement modulés par la nature de l'écosystème agricole au sein de la parcelle et le niveau de complexité initial (voir aussi Emmerson et al., 2016 ; Leroux et al., 2008 ; Tscharntke et al., 2012 ; Cf. sections 8.2 et 8.3). La question du poids relatifs des effets de l'échelle parcelle et celle du paysage en fonction des caractéristiques des écosystèmes à ces deux échelles est un front de recherche (ex. Emmerson et al., 2016). De plus en plus de travaux suggèrent que l'effet du paysage sur les SE de régulation biologique pourrait être (beaucoup) moins important lorsque la nature de l'écosystème agricole et de son mode de conduite sont favorables à la biodiversité associée à l'origine de ces SE (ex. Petit et al., 2017 ; Tamburini et al., 2016 ; Chabert et Sarthou, 2017 ; Chaplin-Kramer et Kremen, 2012).
Encadré 10-1-3. Relations entre caractéristiques du paysage et SE de régulations biologiques

Tscharntke et al. (2012) proposent une liste de sept grandes hypothèses sur les processus ou contextes biophysiques qui peuvent déterminer les relations entre les caractéristiques du paysage et de la région biophysique considérées d'une part, et le niveau des SE de régulations biologiques d'autre part :

* L'hypothèse du pool d'espèces à l'échelle du paysage : la diversité locale (alpha) est modulée par la taille du pool d'espèce à l'échelle du paysage.

* L'hypothèse de la dominance de la diversité «bêta» : la dissimilarité entre les communautés locales (bêta diversité) détermine les niveaux de biodiversité à l'échelle du paysage et annule les effets négatifs locaux de la fragmentation des habitats.

* L'hypothèse des échanges entre habitats : les échanges d'énergie, de ressources et d'organismes entre habitats influencent la structure des communautés, et les processus associés, à l'échelle du paysage.

* L'hypothèse de la concentration et de la dilution à l'échelle du paysage : les changements spatio-temporels dans la composition des paysages peuvent entrainer des effets transitoires de concentration ou de dilution des populations et avoir des conséquences fonctionnelles.

* L'hypothèse de la sélection des traits fonctionnels à l'échelle du paysage : la sélection des traits des espèces par le contexte paysager façonne le rôle fonctionnel et les règles d'assemblage des communautés.

* L'hypothèse d'assurance liée au paysage : la complexité du paysage assure une plus grande résilience et une meilleure stabilité des processus écologiques dans des environnements soumis à de fortes perturbations.

* L'hypothèse de la complexité intermédiaire : les effets de la mise en place d'aménagements locaux (ex. mesure de conservation ou pratiques agricoles) sont plus importants dans des paysage de complexité intermédiaire que dans des paysages extrêmement simplifiés (niveau de biodiversité à l'échelle du paysage beaucoup trop faible pour détecter les effets des aménagements locaux) ou très complexes (niveau de biodiversité à l'échelle du paysage déjà maximale).

Ces auteurs rajoutent une hypothèse, d'une autre nature, sur les relations entre conservation de la biodiversité à l'échelle du paysage et gestion des services écosystémiques : la conservation de la biodiversité à l'échelle du paysage pour optimiser la diversité fonctionnelle et les services écosystémiques associés ne permet pas de répondre aux enjeux de conservation et de protéger les espèces menacées (Cf. section 3.2).

L'abondance et la distribution spatiale des habitats semi-naturels sont considérées comme des déterminants majeurs du niveau de SE de régulations biologiques. Cependant, de nombreux travaux mettent en avant les possibles effets contradictoires d'une plus grande abondance de ces habitats sur certains processus de régulation des insectes ravageurs et des adventices. Aussi, Tscharntke et al. (2016) identifient cinq grands types de situations pour lesquels une relation négative entre l'abondance de ces habitats et le niveau des SE de régulation des bioagresseurs peut être observée :

* Pas d'espèce d'auxiliaires des cultures efficaces contre les bioagresseurs dans le pool régional d'espèces.

* Les habitats semi-naturels sont une plus grande source de bioagresseurs que d'auxiliaires des cultures.

* Les habitats cultivés fournissent plus de ressources aux auxiliaires des cultures que les habitats semi-naturels.

* La quantité, la proximité, la composition ou la configuration des habitats semi-naturels ne permettent pas la mise en place de populations d'auxiliaires des cultures suffisantes pour assurer un contrôle naturel efficace.

* Les pratiques agricoles masquent les effets positifs des habitats semi-naturels sur l'établissement des auxiliaires des cultures et le niveau de contrôle naturel.

Enfin, Hagen et al. (2012) proposent une importante revue de littérature sur l'effet de la fragmentation des habitats sur le niveau des SE de régulations biologiques. Ils montrent que les traits fonctionnels des organismes mobiles (ex. taille, capacité de dispersion) déterminent leur réaction aux différentes formes de fragmentation. Ils montrent que mes méthodes de caractérisation de cette fragmentation et les effets associés sur les SE de régulation biologique dans les paysages agricoles donnent lieu actuellement à d'importants débats scientifiques. Pour appréhender les relations entre hétérogénéité du paysage et dynamique des organismes mobiles, ces auteurs proposent de développer une approche basée sur la caractérisation des réseaux trophiques (voir aussi Bohan et al., 2013, 2016. Ils proposent de développer des approches intégrées d'analyse des réseaux écologiques et spatiaux et d'analyse fonctionnelle.

Plus généralement, concernant les SE de régulations biologiques, de l'échelle de la parcelle à celle du paysage, il est possible de distinguer les effets de la végétation sur l'abondance des ravageurs (bottom-up effects) de ceux de l'activité de prédation ou parasitisme des espèces qui limitent le développement des bioagresseurs (top-down effects). Une pratique donnée peut favoriser à la fois les ravageurs et leurs prédateurs, ou favoriser certains prédateurs mais en défavoriser d'autres. Il est alors nécessaire d'identifier les antagonismes en jeu et déterminer les caractéristiques des systèmes de culture et du paysage qui permettraient de les réduire ou de les lever (Malézieux, 2011 ; Rapidel et al., 2015 ; Ratnadass et al., 2011, Tscharntke et al., 2012, 2016).
Biodiversité, niveaux et résilience de la production de biens végétaux agricoles

Enfin, à l'image de ce qui est observé sur les prairies (Cf. section 10.2), dans les systèmes de grandes cultures à faible niveau d'intrants exogènes (ex. agriculture biologique) les mélanges plurispécifiques ou de génotypes au sein de la parcelle permettent souvent d'obtenir un niveau de production ou une qualité de biens agricoles plus élevés du fait d'effet de complémentarités de niche, temporelle ou fonctionnelle (ex. Bedoussac et al., 2015) pour les mélanges d'espèces en agriculture biologique). La simplification des séquences de culture, c.-à-d. la réduction du nombre d'espèces au sein de la séquence, serait source d'une baisse ou d'une stagnation des rendements (Bennett et al., 2012; Brisson et al., 2010; Jeuffroy et al., 2012; Pinochet et Noël, 2012). Cependant, pour le blé en France l'effet positif du progrès génétique sur le niveau de production (rendement) reste supérieur à celui, négatif, de la simplification des séquences de culture (Brisson et al., 2010). Cette simplification des séquences de culture tendrait à ralentir la progression des rendements liés aux progrès génétique et des pratiques.

Comme indiqué dans la section 3.2, de nombreux travaux laissent entendre que l'augmentation de la biodiversité planifiée au sein de la parcelle ou du paysage et, par conséquent de la biodiversité associée, serait source de résilience des processus écologiques à l'origine des SE, des SE eux-mêmes et du niveau de production de biens associé (ex. Duru et al. 2015a; Malézieux, 2011; Ponisio et Ehrlich, 2016; Cf. section 3.2).

10.1.1.3. Facteurs exogènes clefs de la production de biens végétaux

La production de biens agricoles végétaux est étroitement liée aux itinéraires techniques de conduite des
écosystèmes agricoles cultivés et au climat (Figure 10-1-2). Les itinéraires techniques déterminent les
opérations culturales, mises en œuvre sur les couverts végétaux pour obtenir un état de l'écosystème agricole
attendu : travail du sol (notamment labour ou non), fertilisation (en termes de nature, quantité et temporalité),
irrigation (quantité et temporalité), traitements phytosanitaires (nature, quantité et temporalité des apports
des produits et matières actives). Les agronomes français conceptualisent le système de culture comme le
mode de conduite d'un ensemble de parcelles conduites suivant la même stratégie. Le système de culture est
composé de la séquence de culture (ici biodiversité planifiée de l'écosystème agricole) et des itinéraires
techniques associés à chacune des cultures de cette séquence (Boiffin et al., 2001; Meynard et al., 2003). Dans
EFESE-écosystèmes agricoles, ces itinéraires techniques sont considérés comme des facteurs exogènes à
l'écosystème agricole, dont la configuration dépend, entre autres, des séquences de culture. Le système de
culture est conçu et appliqué suivant des objectifs de production et d'état de l'écosystème agricole, pensé à
plus ou moins long terme. La cohérence des systèmes de culture relativement à un ensemble d'objectifs et un
état des connaissances, est l'objet central du travail de l'agronome des systèmes de culture (Meynard et al.,
2003). Par soucis de lisibilité nous présentons ci-après les principaux effets de chacun des types d'opérations
techniques. Une ébauche d'analyse à l'échelle du système de culture est réalisée dans la section suivante.

Les effets du travail du sol par retournement (labour) développés pour réguler le développement des adventices et obtenir une structure du sol adaptée à la croissance des cultures font l'objet de nombreux travaux de recherche depuis de nombreuses années. Nous nous concentrons ici sur les effets potentiels du labour sur la fourniture de SE analysés dans EFESE-écosystèmes agricoles. Le labour modifie la distribution des éléments abiotiques et biotiques du sol et des résidus de culture sur la profondeur de travail. Il génère alors une modification majeure de la porosité, et donc de la structure du sol, la disponibilité en oxygène, de la dynamique de la température et de l'humidité du sol, de la distribution de la matière organique dans le sol, ceci entrainant des modifications majeures des caractéristiques de l'habitat sol et, in fine, de la vie du sol (bactéries, champignons, meso et macro faunes) et donc son fonctionnement écologique. Le labour aurait un effet significatif sur :

- le SE de structuration des sols puisqu'il peut engendrer une forte perturbation de (i) la composante biotique du sol et de son fonctionnement et (ii) la dynamique de la matière organique des sols qui est un déterminant majeur de ce SE (Cf. section 8.6). Le développement de la fréquence et de l'intensité du travail du sol, plus particulièrement du labour, est le plus souvent associé à une diminution de l'abondance et de la diversité des organismes microbiens du sol (ex. Zuber et Villamil, 2016) et des « ingénieurs du sol » (Bouthier et al., 2014, Cf. section 8.6). Il apparaît que le travail du sol affecte plus particulièrement certains groupes microbiens, comme les populations nitrifiantes ou les champignons mycorhiziens. L'augmentation de l'intensité et la fréquence du travail du sol est particulièrement défavorable au développement de la macrofaune du sol plus affectée par ce
type de perturbation que les organismes de plus petite taille (Bouthier et al., 2014). Les effets du labour sur la dynamique de la matière organique des sols fait l'objet d'intense débat scientifique en France opposant les résultats montrant que le labour a avant tout un effet sur la répartition du carbone dans le sol (Dimassi et al., 2013, 2014) à ceux montrant qu'il a un effet significatif sur la dynamique du carbone du fait des modifications de température, d'humidité et d'oxygénation du sol et donc sur la minéralisation de la matière organique du sol (CF. section 8.12). Ces modifications de conditions physico-chimiques peuvent également jouer sur les émissions de N₂O du fait de la modification des processus de nitrification et dénitrification (CF section 8.12).

- les SE de fournitures en nutriments et oligoéléments, du fait des modifications des conditions abiotiques et biotiques du sol (CF. section 8.8 et 8.9).

- les SE de régulations biologiques, lorsqu'il génère des perturbations des réseaux trophiques à l'origine de ces SE (CF. section 8.2 et 8.3).

Les apports de fertilisants minéraux ou organiques modifient la disponibilité en nutriments dans les sols et donc la dynamique des organismes vivants qui en dépendent, aussi bien les plantes que la biodiversité associée du sol. Via ses effets sur la dynamique de la biomasse végétale, la fertilisation modifie le régime des flux d'énergie, d'eau et de nutriments dans le système sol-plante et donc sur les SE associés.

Les apports de fertilisants sont réalisés en fonction d'objectifs de production de biens agricoles. La nature, le dimensionnement, la distribution spatiale et la temporalité des apports de fertilisants déterminent l'efficience de ces apports à répondre, dans l'espace et dans le temps, aux besoins de la plante cible, principalement les cultures de rente. Le principal enjeu est d'apporter le bon produit à la bonne dose, au bon endroit, au bon moment ("Right Product, Right Rate, Right Time, and Right Place"; Spiertz, 2012). Suivant les méthodes utilisées pour définir la stratégie d'apport des fertilisants, ces apports sont plus ou moins complémentaires aux nutriments fournis par les écosystèmes pour répondre aux besoins de la plante cible. Ainsi, pour une capacité de SE de fourniture en nutriments donnée dans un écosystème donné, si les apports réalisés ont vocation à couvrir l'ensemble des besoins de la plante cible, le niveau de SE effectif est faible voire nul ; l'agriculteur ne dérive pas ou peu d'avantage de la capacité de l'écosystème à fournir des nutriments. En revanche, si l'agriculteur met en œuvre des méthodes lui permettant d'estimer le niveau de SE (en début de cycle de culture, pendant le cycle de culture ou en fin de période de fertilisation), il peut alors transformer tout ou partie du SE en avantage et donc avoir un haut niveau de SE effectif.

L'estimation par culture, système de culture et situation pédoclimatique, de la marge de manœuvre existant pour augmenter le SE effectif relativement à la capacité de l'écosystème reste encore à réaliser finement (Goulding et al., 2008 ; Cordell et al., 2011 ; voir un premier essai pour l'azote en section 8.8). Les stratégies de développement de la capacité des écosystèmes à fournir des nutriments aux plantes cultivées sont à élaborer en considérant les spécificités des situations de productions (Duru et al., 2015a,b ; Drinkwater et Snapp, 2007). La fertilisation organique et la gestion de la biomasse (voir ci-dessous) sont deux leviers importants pour développer cette capacité de fourniture, du fait des apports de nutriments et de matière organique au sol qu'elles peuvent générer. La fertilisation, comme les amendements, modifient les caractéristiques abiotiques du sol (ex. acidification par apport d'azote minéral, alcalinisation par apport d'effluents organiques, voir Houot et al., 2014) et son fonctionnement biotique, et donc les SE qui en dépendent tels que la capacité de régulation du climat (régulation des émissions des N₂O, dynamique de minéralisation du carbone) (CF. section 8.12) et la capacité de structuration du sol (CF. section 8.6). Par ses effets sur le développement quantitatif et qualitatif de la biomasse, la fertilisation peut également modifier les caractéristiques des couverts végétaux qui déterminent la dynamique des organismes mobiles à l'origine des SE de régulation biologique (ex. Emmerson et al., 2016 ; Cf. sections 8.2 et 8.3).

L'apport de produits phytosanitaires chimiques vise à contrôler les (dégâts des) bioagresseurs ou à modifier les caractéristiques des plantes (ex. régulateur de croissance) pour atteindre des objectifs de production de biens agricoles. Comme pour la fertilisation, l'enjeu réside dans l'apport du bon produit à la bonne dose, au bon endroit, au bon moment. Les effets des pesticides chimiques sur le rendement, voire les organismes cibles et non cibles, font l'objet de récents travaux en France.

Les travaux de Lechenet et al. (2017) et Gaba et al. (2016) sur les relations entre quantité de pesticides et rendements pour les premiers, et quantité d'herbicides, rendements et adventices pour les seconds, laissent entendre qu'il existerait une importante marge de manœuvre pour la réduction des pesticides. Les travaux de Hossard et al. (2015 et 2016) vont dans le même sens pour le maïs et, considérant les effets sur le rendement, pour le blé.
Par ailleurs, les travaux de Gaba et al. (2016) amènent à s'interroger sur l'effet des herbicides sur les adventices cibles et montrent leurs effets négatifs sur la biodiversité associée végétale rare qui peut représenter un enjeu en terme de biodiversité patrimoniale et d'habitat pour les auxiliaires des cultures (voir section précédente). Enfin, les effets négatifs des pesticides sur la biodiversité associée ont été largement étudiés et démontrés en France, en Europe et dans le monde (ex. Emmerson et al., 2016; Cf. sections 8.1, 8.2 et 8.3). L'effet des pesticides sur les organismes non cibles pouvant alors conduire à une diminution des SE effectifs de régulation biologique en cours d'année mais aussi à la perturbation des réseaux trophiques à l'origine de ces SE et donc la capacité de l'écosystème à délivrer ces SE. La logique d'analyse des relations entre pratiques de fertilisation et niveau de SE effectif de fourniture en nutriments peut se transposer à l'identique à la gestion des pesticides : en fonction de ces pratiques d'observation/mesure/information, l'agriculteur peut obtenir un niveau plus ou moins important de SE effectif de régulation biologique pour une capacité de l'écosystème à fournir ce SE donnée. Le développement de méthodes de production basées sur la lutte intégrée contre les bioagresseurs des cultures (integrated pest management) est une voie prometteuse pour permettre de réduire les apports de pesticides et valoriser au mieux les SE de régulation biologique (Barzman et al., 2015; Lamichhane et al., 2016). De nouvelles pratiques de contrôle des bioagresseurs par utilisation d'intrants biologiques exogènes se développent actuellement. Elles peuvent prendre plusieurs formes : introduction d'ennemis naturels des prédateurs des cultures développés industriellement (ex. trichogramme du maïs), d'organismes à l'origine de SE (ex. bactéries azotobacters, champignons mycorhiziens), apports de bio-stimulants du sol ou de la santé des plantes, utilisation de biopesticides afin de réduire l'écotoxicité des pratiques phytosanitaires... Alors que l'efficacité de certaines innovations comme l'inoculation de rhizobiums dans les systèmes de culture de légumineuses a été démontrée (Lemamceau et al., 2015), les effets au champ d'intrants tels que les bio-stimulants ne semblent pas être solidement démontrés (Reeve et al., 2016). De plus, ces intrants biologiques ont généralement une faible résilience, ce qui conduit les agriculteurs à les appliquer régulièrement (par exemple, chaque année). Une raison de cette faible résilience, pourrait être que ces produits sont utilisés de la même manière que les produits chimiques, alors qu'étant biologiques, ils devraient être appliqués conformément à leurs exigences écologiques (Alabouvette et al., 2006). En outre, il est encore nécessaire d'étudier attentivement l'effet du type d'inoculum, du taux d'application et du temps d'application pour assurer l'efficacité du contrôle biologique (ibid.). En d'autres termes, les bonnes pratiques de gestion de ce type d'intrants restent à définir. Par exemple, la stratégie d'application des bio-pesticides (Cordeau et al., 2016), seuls ou en combinaison avec des pesticides chimiques, le développement possible des résistances comme celle développées aux pesticides chimiques (Siegwart et al., 2015; Gan-Mor et Matthews, 2003) est un front de recherche à développer (Hynes et Boyetchko, 2006; Glare et al., 2012).

L'irrigation est réalisée de manière à réduire voire supprimer un déficit hydrique édaphique qui limite significativement et régulièrement la production de biens agricoles. Les apports d'eau modifient principalement l'état hydrique du sol et le niveau de stress hydrique de la plante cultivée. Ils engendrent donc des modifications dans les flux d'eau, verticaux principalement (Cf. section 8.7). Ils modifient également le régime des processus écologiques édaphiques et les SE associés qui dépendent du niveau d'humidité du sol comme ceux liés au cycle de l'azote (Cf. section 8.8 et 8.12).

Comme pour la fertilisation et les traitements phytosanitaire, les marges de manœuvre existantes pour augmenter l'efficience d'utilisation du SE de stockage et restitution de l'eau aux plantes cultivées dans les différentes situations de production restent à déterminer (Ali et Talukder, 2008; Playan et Mateos, 2006). Les gains possibles de capacité des écosystèmes à stocker et restituer l'eau aux plantes cultivées, via par exemple une augmentation de la structuration du sol et du taux de matière organique, et les stratégies culturales qui permettraient de les exprimer en fonction des caractéristiques biophysiques des écosystèmes agricoles, restent à définir (Therond et al., 2017).

La gestion de la biomasse des couverts végétaux cultivés est un levier puissant de modification des niveaux de plusieurs SE « intrants ». Ainsi la nature et la quantité de biomasse exportée de la parcelle, ainsi que la nature, la quantité et l'état (ex. broyée) de la biomasse restituée au sol, déterminent les flux de carbone, de nutriments et d'eau dans l'écosystème et donc les SE associés. En effet, le bilan net de biomasse et le ratio C/N de celle-ci détermine la dynamique de la matière organique dans les sols, les flux d'azote associés et la capacité de structuration des sols. Les pratiques de gestion en surface ou d'enfouissement de cette biomasse jouent également un rôle clef dans la dynamique de décomposition de la matière organique (Cf sections 8.6, 8.8 et 8.12). La conservation des résidus de culture en surface permet la protection des sols contre les effets érosifs des évènements pluvieux (Cf. sections 8.5 et 8.6). Elle permet également de réguler les flux d'évaporation et donc d'améliorer la capacité de l'écosystème à stocker et restituer de l'eau aux plantes cultivées (CF section
8.7). L'intégration de matières organiques exogènes à l'écosystème (ex. compost, Bois Raméal Fragmenté, biochar), considérant leurs propriétés (ex. C/N), a des effets du même type.

Plus généralement, un des grands enjeux du développement de systèmes de culture fortement basés sur les SE « intrants » est de concevoir des pratiques agricoles exogènes qui ne viennent pas perturber, à court et moyen-long termes, le fonctionnement de l'écosystème en termes de fourniture de SE (par exemple des stratégies de protection phytosanitaires qui ne perturbent pas ou peu les réseaux trophiques à l'origine des SE de régulation biologique ; voir Duru *et al.*, 2015a ; Therond *et al.*, 2017).

Dans la même logique que ce qui est présenté dans la section précédente, les effets des pratiques agricoles sur les SE peuvent être analysés avec les outils de l'écologie fonctionnelle et de l'analyse des réseaux trophiques. Une approche complémentaire consiste à mobiliser les outils de l'écologie pour traduire les effets des pratiques en niveau de perturbation et d'effets sur la biodiversité associée, et *in fine* sur les SE (voir un exemple sur les adventices dans Gaba *et al.*, 2014b).

Enfin, la **variabilité climatique et les changements climatiques** sont de puissants facteurs exogènes de la production de biens *via* la fourniture de SE par les écosystèmes. Des travaux complémentaires à ceux sur les effets de la simplification des séquences de culture mentionnés dans la section précédente, ont montré les effets de ces dimensions du climat sur la variabilité et les tendances de la productivité des écosystèmes agricoles (ex. Brisson *et al.*, 2010 ; Moore et Lobell, 2014).
<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>**Figure 10-1-2.** Représentation schématique des déterminants biophysiques et facteurs exogènes de la production de biens végétaux</figcaption></figure>

(1) Deux autres SE, non instruits dans EFESE-écosystèmes agricoles donc non inclus dans cette figure, contribuent fortement à la production de biens agricoles :

- Contrôle des maladies des plantes cultivées

- Régulation du microclimat de production
10.1.1.4. Effets combinés des déterminants biophysiques et facteurs exogènes sur le niveau de production de biens

Le cadre conceptuel d'EFESE-écosystèmes agricoles distingue les déterminants biophysiques des facteurs exogènes de la fourniture de SE et de la production de biens, de manière à offrir la possibilité de différencier ce qui relève du système « sol-plantes-animaux » d'une part, et ce qui relève des pratiques agricoles et du climat exogènes à ce système d'autre part (Figure 10-1-2). Considérant un état donné de l'écosystème agricole (ex. taux de matière organique des sols), cette conceptualisation offre la possibilité d'analyser le potentiel de SE que l'écosystème peut délivrer et comment, via leurs effets sur les processus écologiques, les pratiques agricoles exogènes amplifient ou réduisent le potentiel de SE. Cependant, cela ne conduit pas l'agronome à changer de posture d'analyse et de conception : c'est bien une combinaison cohérente entre une configuration spatiotemporelle de couverts végétaux et les pratiques agricoles de gestion de ceux-ci, autrement dit un système de culture, qui peut permettre d'atteindre des objectifs en terme de production agricole, réduction des intrants exogènes, d'état de l'écosystème agricole, et d'effet de son fonctionnement sur les autres écosystèmes.

Différents grands types de systèmes de culture peuvent être distingués. Il existe beaucoup de terminologies décrivant des systèmes de culture plus durables en opposition aux systèmes de culture dits « conventionnels » c.-à-d. basé sur des rotations de culture simplifiées et courtes (voire des monocultures) et d'importants apports d'intrants exogènes. Ainsi, on trouve dans la littérature internationale une grande diversité de termes pour décrire ces systèmes de production agricoles alternatifs : biodynamic, community-based, ecoagriculture, ecological, environmentally sensitive, extensive, farm-fresh, free-range, low-input, organic, permaculture, precision, smart, diversified, integrated, conservation, etc. (e.g. Therond et al., 2017). D'intenses débats existent sur la question de la durabilité des systèmes agricoles décrits par ces différents termes (Garbach et al. 2016 ; Pretty, 2008). Les récents travaux de Duru et al. (2015a,b) puis de Therond et al. (2017) cherchent à classer ces formes de systèmes de culture (cropping system) ou de production (farming system) en fonction de la part de la production permise par les SE « intrants » et de celle permises par les intrants exogènes. Ils sont largement mobilisés dans le cadre conceptuel d'EFESE-écosystèmes agricoles et rappelé en introduction de cette section.

L'objet de cette section n'est pas de réaliser un inventaire, une caractérisation ou une évaluation multicritères des grands types de systèmes de culture ou de production au regard de la fourniture des SE et de la production des biens. Il est de présenter, aux travers de quelques exemples de systèmes de production « alternatifs » aux systèmes conventionnels, la nature des relations qui peuvent s'exprimer entre leurs caractéristiques et celles de la fourniture des SE et de la production des biens. Nous retenons deux exemples : les systèmes d'agriculture de conservation (conservation agriculture) et les systèmes polyculture-élevage intégrés (integrated crop-livestock systems).

Garbach et al. (2016) présentent une méta-analyse des caractéristiques et des effets observés sur neuf SE et la production de biens agricoles de différents types de systèmes de culture dont ceux en agriculture de conservation. Ce dernier type de système est basé sur trois piliers en termes de pratiques : la minimisation des perturbations du fonctionnement du sol (réduction du travail du sol et non-labour), le maintien d'une couverture du sol (couvert végétal mort ou vivant) et la diversification et l'allongement des rotations (Garbach et al. (2016); Pittelkow et al. 2014). Dans leur méta-analyse, Pittelkow et al. (2014) montrent que ce type de systèmes de culture permet d'atteindre des niveaux de rendement équivalent à ceux des systèmes conventionnels lorsque ces trois types de pratiques (leviers agronomiques) sont mis en œuvre en combinaison. Ils montrent aussi que lorsque le non-labour est mis en œuvre seul, bien que les résultats soient variables, il a en moyenne tendance à réduire le niveau de production de biens végétaux.

Concernant les SE, les points forts majeurs de l'agriculture de conservation seraient l'amélioration des SE liés à la régulation du cycle de l'eau, du cycle des nutriments, la structuration du sol et le contrôle de l'érosion. Bien qu'en moyenne ces systèmes permettraient aussi d'amplifier les SE de régulation des bioagresseurs, les effets peuvent être contrastés. Plus particulièrement, la régulation des adventices semble être une des grandes difficultés rencontrées par ces systèmes (Garbach et al. 2016).

Il est important de noter que ces différents effets positifs peuvent s'exprimer après une période de transition de plusieurs années. La question de la durée et des modalités de conduite de cette transition restent un front de recherche (Duru et al., 2015a,b ; Garbach et al. 2016 ; Pittelkow et al. 2014 ; Ponisio et Ehrlich, 2016). Ainsi, par exemple, tout récemment, Petit et al. (2017) ont montré que les systèmes en agriculture de conservation favorisent l'abondance des carabes après une période de transition d'au moins quatre ans.
Les **systèmes intégrés culture-élevage** sont souvent considérés comme des systèmes permettant de développer des modes de production de biens végétaux plus durables, basés sur les SE. Dans ces systèmes, l'enjeu est développer les interactions spatiotemporelles entre les prairies, les grandes cultures et les animaux, de manière à augmenter la diversité spatiotemporelle à l'échelle de la parcelle et du paysage et, *in fine*, les SE qui en dépendent (Bonaudo *et al.*, 2014 ; Moraine *et al.*, 2014, 2016a ; Martin *et al.*, 2016). Ces systèmes intégrés culture-élevage peuvent être développés à l'échelle du système de production en culture-élevage (Ryschawy *et al.*, 2017). Ils peuvent aussi être développés à l'échelle de collectifs d'agriculteurs ou du territoire (Moraine *et al.*, 2016b, 2017 Ryschawy *et al.*, 2017, Dumont *et al.*, 2016). Dans ces deux derniers cas, l'organisation d'échanges de matières (grains, fourrage, effluents) voire d'animaux, entre des exploitations spécialisées en grande culture et en élevage permet de diversifier les assolements et séquences de culture des exploitations en grande culture (ex. intégration de légumineuses à grain, de luzerne ou d'autres prairies temporaires). Ce type d'organisation peut également permettre une extension des surfaces en herbe dans les exploitations d'élevage sur les surfaces libérées des objectifs de production transférés aux exploitations de grande culture (ex. production de céréales). La diversification spatiotemporelle à l'échelle de la parcelle, du système de production ou du paysage peut permettre le développement des SE de régulations biologiques, de fourniture de nutriments (ex. effet des légumineuses sur les fournitures en azote et phosphore), de stockage du carbone et de maintien de la structuration du sol (Duru et Therond, 2014 ; Martin *et al.*, 2016 ; Moraine *et al.*, 2016b, 2017 ; Dumont *et al.*, 2016).

La conception et la gestion de systèmes de culture et de production basés sur les SE limitant fortement le recours aux intrants exogènes constituent un enjeu majeur de la recherche en agroécologie (e.g. Duru et al., 2015b, Bommarco et al., 2013, Malézieu, 2011, Doré et al., 2011). Différents auteurs ont récemment tenté de formaliser des méthodologies participatives de diagnostic-conception-évaluation de systèmes et paysage agricoles permettant de développer les SE (ex. Mitchell et al., 2016 ; Mastrangelo et Weyland., 2014 ; Rapidel et al., 2015 ; Shippers et al., 2015 ; Wood et al., 2015 ; Jackson et al., 2012). Beaucoup d'entre eux mettent le focus sur (i) la sélection *a priori* d'un jeu de SE prioritaires à différents niveaux d'organisation, (ii) l'analyse des interactions entre ces SE (plus particulièrement des antagonismes), (iii) la construction de compromis sociaux (choix de SE prioritaires) considérant ces antagonismes biophysiques, (iv) la conception de systèmes dont il est fait l'hypothèse qu'ils permettront d'atteindre les objectifs fixés puis (v) leur évaluation. Dans ces approches, l'identification des leviers d'actions pour le développement des SE, les phénomènes d'antagonisme et synergie, les boucles de rétroaction qui les déterminent, et la nature des pressions qui limitent l'expression des SE est une information clef pour des gestionnaires d'espaces (Birkhofer et al., 2015 ; Brunner et al., 2015 ; Mastrangelo et al., 2014 ; Bennett et al., 2009, 2015 ; Sayer et al., 2013 ; Cumming et al., 2013).

### 10.1.1.5. Perspectives de recherche

Comme cela a été réalisé pour présenter les relations entre caractéristiques des prairies et niveaux de SE (Cf. section 10.2), l'évaluation qualitative de l'importance relative des différentes caractéristiques des écosystèmes de grandes cultures sur le niveau de fourniture des différents SE considérés dans EFESE-écosystèmes agricoles reste à réaliser. Cette représentation qualitative et synthétique pourrait être construite à partir des informations disponibles dans la description des déterminants biophysiques de chacun des SE analysés, et des connaissances des experts impliqués dans l'étude. Elle permettrait de représenter l'importance relative des caractéristiques de composition et configuration spatiotemporelle de l'écosystème à l'échelle de la parcelle et du paysage sur le niveau de fourniture des SE (voir exemple dans Duru et al., 2015a).

L'analyse des relations entre configuration de l'écosystème et du paysage, pratiques agricoles exogènes, climat, niveau de fourniture des différents SE et niveaux de production de biens agricoles semble rester le front de recherche principal pour produire des connaissances mobilisables par les acteurs pour la conception et gestion des systèmes agroécologiques (Bommarco et al., 2013 ; Duru et al., 2015a ; Gagic et al., 2017 ; Kremen et al., 2012 ; Therond et al., 2017). Comme indiqué ci-avant, les caractéristiques et modalités de gestion de la transition d'un système de culture simplifié à un système diversifié fournissant un haut niveau de SE sont des questions clefs. Dans ce champ de recherche, de nombreuses questions de recherche plus précises restent à formaliser, comme par exemple : quelles sont les relations entre biodiversité aérienne et souterraine et plus particulièrement entre biodiversité planifiée, vie du sol et régulations biologiques souterraine et aérienne ? Quel est le rôle du microbiote associé aux espèces végétales (et animales) dans ces relations ? Quel est le rôle
des interactions entre plantes *via* des processus allélopathiques ? Quelles sont les possibilités de piloter ces interactions *via* la configuration spatiotemporelle des écosystèmes ?

Plus généralement, il semble nécessaire d'orienter les recherches en agroécologie sur une analyse intégrée des interactions entre conditions abiotiques, biodiversité planifiée, apports d'intrants exogènes, bioagresseurs, auxiliaires des cultures, dégâts biophysique sur les cultures et dommages qualitatif et quantitatif sur la production de biens agricoles. En effet, alors que de nombreux travaux traitent d'une partie de cette chaîne d'interaction (ex. relations entre biodiversité planifiée et régulations biologiques, entre auxiliaire(s) des cultures et bioagresseur(s), entre bioagresseurs et dommages, entre pesticide(s) et bioagresseur(s) ou auxiliaire(s)), peu de travaux traitent de la chaîne d'interaction complète. Plus particulièrement, il existe un manque de données crucial sur les relations entre régulations biologiques (ou niveau de bioagresseurs) et dommages (ex. pertes de rendement) (Nelson, 2017). Cela semble fortement limiter la possibilité de traduire les connaissances scientifiques en informations actionnables par les gestionnaires des écosystèmes agriculteurs et les décideurs publics. L'enjeu ici serait d'estimer le niveau et la variabilité des effets potentiels des SE relativement aux niveaux des effets obtenus avec des méthodes de contrôles des bioagresseurs basés sur les intrants exogènes. Comme indiqué ci-dessus, l'enjeu serait aussi de définir des pratiques agricoles exogènes qui ne remettent pas en cause le niveau des SE à court et moyen long-terme. En complément, les recherches sur le poids relatif de la composition et configuration du paysage sur les SE de régulation biologique pour différents systèmes de culture sont nécessaires (voir ci-dessus). Autrement dit l'enjeu est de développer des approches intégrées tel que préconisées par exemple par Hagen et al. (2012) ou Bohan et al. (2016).

Enfin, concernant le cycle des nutriments, l'enjeu est de développer des configurations d'écosystèmes et des pratiques exogènes qui permettent d'augmenter la fertilité physique, chimique et biologique des sols (CF. section 8.4). Dans cet objectif, de manière convergente avec les objectifs de stockage de carbone pour la régulation du climat, l'amélioration et la gestion de l'état organique des sols semblent être au cœur des questions de recherche (voir par ex. Drinkwater et Snapp, 2007).

## 10.1.2. Évaluation biophysique du niveau de production de biens végétaux par les plantes cultivées

Expert coordinateur : Olivier Therond

Contributeurs scientifiques : Céline Schott, Thomas Poméon, Thomas Puech

Ingénierie de données : Camille Dross, Céline Schott, Thomas Poméon, Anne Meillet, Thomas Puech.

### 10.1.2.1. Méthodologie et indicateurs pour l'évaluation biophysique du niveau de production de biens végétaux par les plantes cultivées

#### Méthodologies d'évaluation existantes

##### Calcul de la production totale de biens végétaux à partir des plantes cultivées

Deux grands types d'indicateurs sont utilisés pour évaluer et cartographier le niveau de production des biens agricoles végétaux.

Le premier type d'indicateurs, utilisés notamment dans le projet MAES, permet d'évaluer ce niveau de façon directe, il regroupe des indicateurs de quantité physique de biens végétaux consommables (alimentation humaine et animale) ou utilisables pour la production d'énergie (ex. tonnes ou quintaux de grains produits par an, tonnes de Matière Sèche produites par an) (v. Oudenhoven et al., 2012 ; Ausseil et al., 2013 ; Pan et al., 2013 ; Maes et al., 2014) ou par des indicateurs exprimant la quantité d'énergie produite (ex. en calorie, Felipe-Lucia et al., 2014 ; Maes et al., 2014). Ces indicateurs de quantité de biens agricoles végétaux produits sur un territoire donné peuvent être renseignés par des données primaires issues des statistiques agricoles nationales (Maes et al., 2014. En France, ces données primaires sont librement accessibles *via* les Statistiques Agricoles Annuelles (SAA) qui publient des données concernant les surfaces, les rendements et les quantités récoltées
des couverts végétaux cultivés, selon une nomenclature très détaillée. Ces données primaires présentent
toutefois deux inconvénients : (i) elles ne permettent pas de distinguer la vocation alimentaire ou énergétique
des cultures et n'apportent pas d'information sur les cultures pérennes à vocation énergétique et (ii) elles ne
sont disponibles qu'à des résolutions spatiales grossières (France, région et département).

Pour évaluer et cartographier le niveau de production des biens agricoles végétaux à des résolutions spatiales plus fines, les méthodes utilisées dans la littérature sont souvent basées sur l'utilisation de données secondaires, qui caractérisent l'occupation des sols (Crossman et al., 2013). Le niveau de production est ainsi fréquemment approximé par les surfaces allouées aux différents types d'écosystèmes cultivés (ex. en hectare pour un territoire donné ou en kilomètre s'il s'agit d'une haie ou d'une lisière de forêt) (Maes et al., 2011).

Sur la base de ces indicateurs, le niveau de production de biens agricoles végétaux peut également être
approché en combinant plusieurs sources d'information disponibles à des résolutions spatiales différentes
(Kandziora et al., 2013a; Crossman et al., 2013) : des quantités de biens végétaux produits peuvent être
calculées à une résolution spatiale fine (ex. la commune, l'îlot de culture) en combinant des rendements
végétaux disponibles à une résolution spatiale grossière (ex. le département dans les SAA) et des surfaces par
culture disponibles à la résolution spatiale plus fine. Bien que produisant des informations à une résolution
spatiale plus fine, ces méthodes s'appuient sur des données de niveau de production qui sont du même ordre
que celles du premier type présentées ci-avant. C'est donc l'affectation des surfaces de production par type de
production (ex. culture) qui est plus précise

Calcul de la part de la production de biens végétaux non liée aux intrants exogènes

La détermination de la part de la production agricole liée aux SE « intrants » relève d'un front de recherche émergeant. Elle demande de distinguer la part relative de l'effet des intrants anthropiques (énergie, irrigation, fertilisation, pesticides) de celle des SE « intrants ». Autrement dit, **elle nécessite, sur une période de temps donnée, de distinguer la part de la production agricole permise par l'écosystème agricole, considérant un état initial donné, de celle permise par les apports d'intrants exogènes dans cet écosystème pour cette période de temps.** A ce jour, il existe un nombre très limité d'études ayant tenté d'opérer ce partitionnement (ex. Bengtsson, 2015). Cet enjeu n'est pas propre aux écosystèmes agricoles mais plus généralement lié aux écosystèmes anthropisés fournissant des biens (goods) (Albert et al., 2015 ; Heink et al., 2015 ; Kandziora et al., 2013a,b ; van Reeth, 2014 ; Remme et al. 2014). Il n'existe cependant pas d'accord sur la ou les méthodes permettant de partitionner les effets relatifs de ces deux types de facteur de production sur la production de biens agricoles. Aussi, la production totale reste largement utilisée comme proxy du SE d'approvisionnement rendus par l'agriculture (Maes et al., 2014).

Néanmoins, pour approcher ce niveau de production non liée aux intrants exogènes, Maes et al. (2011) proposent d'établir un bilan net de l'énergie issue de la production agricole dégrevé de l'énergie correspondant aux quantités de fertilisants, d'eau, de phytosanitaire et de travail apportées (Maes et al., 2011). Bien que cette approche représente une réelle avancée pour traiter de la question de la relation entre modes de production agricole et niveau de production de biens agricoles par l'écosystème, elle présente plusieurs limites et faiblesses. D'un point de vue méthodologique, elle nécessite de traduire les différents inputs en unité d'énergie afin d'assurer la commensurabilité des différentes variables manipulées. Le référentiel de coefficients de transformation des différentes catégories d'inputs en équivalent énergie peut fortement déterminer les résultats de l'analyse. D'un point de vue conceptuel, cette méthode s'abstrait de la prise en compte des interactions entre apport d'intrants, SE potentiel et impacts négatifs des apports d'intrants. Elle s'abstrait des aspects dynamiques très déterminant de la capacité des intrants à répondre aux objectifs de réduire ou lever les facteurs limitants et réducteurs du niveau de production agricole. Par exemple, dans cette méthode les quantités d'intrants qui circulent au-delà de l'écosystème agricole (ex. azote volatilisé et lixivié, émissions de N₂ et N₂O, eau d'irrigation percolée ou ruisselée) sont considérées comme participant à la production agricole et, par construction méthodologique, viennent donc réduire le niveau estimé de SE effectif. Autre exemple, alors que les intrants exogènes peuvent avoir une efficacité réelle limitée (ex. régulation des bioagresseurs) dans cette méthode ils sont considérés comme totalement efficace, et ce quelles que soient les caractéristiques des situations de production.
Pour remédier aux faiblesses de cette méthode, il est possible d'utiliser des modélisations dynamiques du fonctionnement des écosystèmes pour représenter les interactions entre apports d'intrants exogènes, SE potentiel et effectif. Ce type de modélisation est largement employé pour l'analyse des impacts négatifs des activités agricoles relatifs aux cycles de l'azote et aux émissions de GES et pour l'analyse des flux d'eau et du cycle du carbone dans les écosystèmes agricoles. La grande limite de ces méthodes de modélisation est que, le plus souvent, elles ne représentent pas les effets combinés et les interactions entre stress biotiques et abiotiques et des pratiques pour les lever. Actuellement, à notre connaissance, peu d'évaluation des SE rendus par les écosystèmes agricoles sont basés sur l'utilisation de ce type de modélisation dynamique. EFESE-écosystèmes agricoles, en mobilisant ce type d'approche, propose donc un premier pas vers une évaluation de la part de la production agricole permise par les SE intrants, relatifs à la fourniture de l'azote et la restitution de l'eau, prenant en compte la dynamique journalière des interactions entre apports intrants et processus écologiques.

## Méthodologies d'évaluation retenues dans le cadre d'EFESE-écosystèmes agricoles

Dans EFESE-écosystèmes agricoles nous avons réalisé l'évaluation biophysique de la production de biens végétaux agricoles suivant deux approches :

1) L'évaluation du niveau total de production de biens agricoles végétaux en combinant les sources d'information statistique sur les rendements à la résolution départementale et sur les surfaces de production agricoles par PRA.

2) L'évaluation du niveau de production permis par les SE « intrants » de fourniture en azote et de restitution de l'eau via le dispositif de simulation dynamique du système sol-plante basé sur l'utilisation des modèles STICS pour les systèmes de grandes cultures et PaSim pour les systèmes de prairies (Cf. section 10.2 et Annexe 8-A).

### 10.1.2.2. Résultats et analyse

Dans cette section nous décrivons tout d'abord les caractéristiques de configuration spatiotemporelle des écosystèmes de grandes cultures en France puis les pratiques agricoles exogènes mis en œuvre pour les gérer. Dans un deuxième temps nous présentons les résultats d'évaluation du niveau total de production de biens agricoles végétaux puis l'évaluation du niveau de production permis par les SE « intrants » de fourniture en azote et de restitution de l'eau.

## Description de la distribution spatiale de la configuration des écosystèmes agricoles en France

### Assolement

En 2010, la surface agricole utilisée par les exploitations agricoles<fnref n="4" /> (SAU) en France est d'environ 27Mha (hors pacages collectifs), pour 491378 exploitations agricoles (soit environ 56 ha par exploitation) d'après le Recensement Agricole de 2010. Au sein de cette SAU, les surfaces en grandes cultures représentent 15Mha (soit 56% de la SAU en 2010), celles en prairies temporaires 3.2Mha (12% de la SAU), alors que les surfaces toujours en herbe (STH) sont de 7,6Mha (soit 28% de la SAU) - les 4% restants correspondant aux vignes et autres cultures pérennes.

Les cultures les plus présentes (Figure 10-1-3) sont, en 2010, le blé tendre (19%), les prairies temporaires (12%), le maïs grain et semence (6%), l'orge et escourgeon (6%), le colza (6%), le maïs fourrage (5%) et le tournesol (3%).

<footnote n="4">⁴ Dans la statistique agricole française, la définition de la Surface Agricole Utilisée (SAU), commune à toutes les enquêtes, a évolué au cours du temps. Depuis les années 1970, les SAA distinguent la SAU des exploitations (identique à celle définie dans le RA) et la SAU du département qui inclut la SAU détenue par des exploitations non professionnelles ou des particuliers (l'écart entre les deux s'élevant à environ 2 million d'hectares, le plus souvent de surfaces en herbe peu productives). Depuis 2010, le RA inclut dans la SAU les superficies de pacages collectifs, ce qui représente une différence d'environ 800 000 ha avec les recensements précédents, principalement localisés en zones de montagne.</footnote>
<figure><img src="image_9.png" /><figcaption>**Figure 10-1-3.** Part des différentes grandes cultures à l'échelle de la France en 2010 (en % de la SAU)
(Source : Recensement Agricole)</figcaption></figure>

La distribution spatiale par région des cultures de printemps et des cultures d'hiver est présentée dans la figure 10-1-4. La proportion de cultures de printemps par rapport à la surface en terres labourable à l'échelle nationale est d'environ 37% en 2011 (Agreste). Les régions où ces cultures sont les plus importantes dans l'assolèment sont l'Aquitaine, l'Alsace et le Nord-Pas-de-Calais (forte présence de monoculture de maïs dans les deux premières régions et de betteraves dans la dernière). En revanche, leur part est très faible en Lorraine, Bourgogne, Auvergne et Limousin (couverture du sol assurée par les prairies temporaires et/ou les cultures colza-blé-orge).

<figure><img src="image_10.png" /><figcaption>**Figure 10-1-4.** Part de cultures de printemps et de cultures d'hiver en pourcentage des terres labourables par région administrative en 2010 (Source : Statistiques Agricoles Annuelles)</figcaption></figure>

La présentation de la distribution spatiale des différentes cultures est réalisée dans les compléments ajoutés en fin de section.
L'analyse de la part des surfaces de culture dans la SAU des PRA sur la période 2006-2009 *via* une analyse en composante principale et une classification ascendante hiérarchique a permis à l'UMR ASTER (Inra) de développer une typologie des PRA en 16 classes, selon leurs cultures annuelles dominantes (Figure 10-1-5). Cette typologie fournit une vision synthétique des de la distribution des types d'assolement en France. Elle permet de visualiser des PRA présentant des assolements similaires au travers de la France comme par exemple la Bretagne, le nord-est et le sud du massif central, basé sur des prairies temporaires, maïs blé, orge et triticale. Elle permet également de visualiser et caractériser les assolements des différentes PRA des grands bassins de cultures en France comme le grand bassin parisien.

<figure><img src="image_11.png" /><figcaption>**Figure 10-1-5.** Typologie des régions agricoles selon les cultures annuelles majoritaires en 2006-2009
(Source Teruti-Lucas)</figcaption></figure>

## Séquences de cultures

L'analyse de la base de données sur les séquences et rotation de cultures de cultures produite par l'INRA permet de représenter la distribution spatiale des monocultures de céréales à paille (blé tendre ou blé dur principalement) et de maïs, de rotation courte de 2 à 3 ans et de rotation plus longue de 3 ans et plus (Figure 10-1-6). Les monocultures de maïs représentent de 50 à plus 75% de la surface en grande culture dans le sud-ouest, dans certaines zones de l'Alsace et le long de la Dordogne et de ces principaux affluents, ainsi que sur le versant ouest du massif central. Elles sont également significativement présentes dans la presqu'île du Cotentin. Les monocultures de céréales à paille sont très présentes dans la bassin méditerranéen (ex. monoculture de blé
dur), dans plusieurs zones du massif central (ex. monoculture de triticale) et en Bourgogne. Les rotations de 2 à 3 ans se répartissent un peu partout en France avec une présence plus marquée dans le bassin de la Garonne (ex. rotation blé-(blé-) tournesol), en Bretagne et Normandie (ex. maïs-blé), et dans le bassin parisien (ex. blé-orge-colza). Les rotations de plus de trois ans, sont aussi très réparties sur la France, avec quelques poches où elles représentent plus de 66% de la surface en grande culture, comme dans le grand est et la Beauce. Une analyse plus fine des caractéristiques de ce dernier type de rotations reste à réaliser de manière à évaluer la diversité des cultures et espèces au sein de celles-ci.

<figure><img src="image_12.png" /><figcaption>**Figure 10-1-6.** Distribution spatiale du nombre (a) et des différents types de rotation en fonction de leur longueur (b, c, d) dans les unités pédoclimatiques EFESE-écosystèmes agricoles</figcaption></figure>
Couverts intermédiaires

L'obligation, en zones vulnérables azote, de couvrir le sol laissé à nu pendant la période automnale, y.c. par l'implantation d'une couverture intermédiaire (CI) de type CIPAN, dérobées, repousses ou résidus broyés, ne concerne que les intercultures longues, à savoir celles qui précèdent une culture de printemps. L'implantation de CIPAN et cultures dérobées concerne essentiellement les cultures de printemps (Figure 10-1-7), même si cette pratique s'observe occasionnellement avant une céréale d'hiver (1% avant blé et 2% avant triticale). Les cultures dérobées n'existent presqu'exclusivement qu'en précédent maïs fourrage (14,7% des surfaces).

<figure><img src="image_13.png" /><figcaption>**Figure 10-1-7.** Part de cultures intermédiaires avant l'implantation d'une culture en 2011 (CIPAN seules ou avec cultures dérobées) (Source : Enquête Pratiques culturales 2011)</figcaption></figure>

Avant betterave, environ 77% des surfaces sont couvertes par une CIPAN mais la proportion varie de 54% en Haute-Normandie à 89% en Champagne-Ardenne. La pomme de terre, précédée de 63% des surfaces par une CI, connaît les mêmes tendances géographiques (de 43% dans le Centre à 75% en Champagne-Ardenne). Idem pour le tournesol, qui n'est précédé d'une CI que sur 17% des surfaces, principalement situées dans le nord de la France. Pour l'orge (11% des surfaces concernées), c'est en Champagne-Ardenne, Ile-de-France et Picardie que les CI sont les plus présentes, en lien avec une proportion plus forte d'orge de printemps (Figure 10-1-8).

Pour le pois (38% de CI), le maïs fourrage (43% de CI) et grain (environ 22% de CI), mais également le triticale et le blé, c'est en Bretagne que les taux d'implantation de CI sont les plus forts (>60% pour les cultures de printemps et autour de 6% pour les cultures d'hiver). En revanche, dans la moitié sud de la France, ces taux sont très faibles, voire nuls, sauf pour le maïs fourrage (où on observe encore 37 à 38% de CI en Rhône-Alpes ou Midi-Pyrénées).

L'influence de la délimitation en zones vulnérables se remarque pour certaines cultures, notamment le maïs qui, en 2011, est précédé d'une culture intermédiaire sur 26% de sa surface en zone vulnérable, contre seulement 5% en zone non vulnérable (Agreste, 2014). Le rapport est un peu moins important pour le maïs fourrage. L'influence des zones vulnérables est beaucoup plus faible pour les autres cultures.

A l'échelle de la France, les principaux couverts utilisés comme CIPAN sont la moutarde (55% des surfaces), suivie des céréales (19%). Les autres couverts représentent environ un quart des surfaces implantées en CIPAN (Figure 10-1-9).
<figure><img src="image_14.png" /><figcaption>**Figure 10-1-9.** Nature des couverts utilisés comme CIPAN en 2011 (en % de surface) – (Source : Enquêtes Pratiques Culturales 2011)</figcaption></figure>

<figure><img src="image_15.png" /></figure>

En synthèse de ces grandes tendances, les régions où la part de cultures de printemps précédée par une culture intermédiaire est beaucoup plus forte sont dans le nord de la France (Bretagne, Champagne, Ardenne, mais également Picardie et Nord-Pas-de-Calais) où on atteint en 2010 plus de 40% des surfaces en cultures de printemps précédées d'une CI (Figure 10-1-10). En revanche, les régions Midi-Pyrénées et PACA n'atteignent pas les 5% de ces surfaces.
<figure><img src="image_16.png" /><figcaption>**Figure 10-1-10.** Pourcentage de cultures de printemps précédées par une CIPAN en 2010 et nature de ces CIPAN en 2011 par région (Sources : Recensement Agricole 2010 et Enquête Pratiques Culturales 2011)</figcaption></figure>

En conclusion, la part de sols restant vraiment nus en hiver serait de 20% en 2011 (Agreste, 2011). Les régions concernées sont essentiellement celles où se pratique la monoculture de maïs (Alsace, Rhône-Alpes, Aquitaine, Midi-Pyrénées) où la proportion de sols nus en hiver dépasse les 40% des surfaces en grandes cultures (Figure 10-1-11).

<figure><img src="image_17.png" /><figcaption>**Figure 10-1-11.** Part de surfaces en grandes cultures restant nues en hiver (en % de surface en grandes cultures) (Source Agreste 2011)</figcaption></figure>

## Description de la distribution spatiale des pratiques agricoles en France

### Pratiques de labour et non labour à l'échelle de l'année

La pratique du labour est plus fréquente pour les cultures de printemps (maïs grain et fourrage, tournesol...) alors que celle des Techniques Culturales Sans Labour (TCSL) est plus fréquente pour les cultures d'automne, telles que le colza, le blé tendre et le blé dur (Labreuche et Wissocq, 2016). En 2011, les TCSL sont appliquées sur 58% des surfaces en blé dur, 51% de celles en colza, 43% pour le blé tendre, puis entre 13 et 31% pour les autres cultures (Figure 10-1-12). La distribution de cette pratique est très contrastée à l'échelle régionale (Figure 10-1-13).
<figure><img src="image_18.png" /><figcaption>**Figure 10-1-13.** Estimation du non-labour avant implantation d'une culture en pourcentage de surface par culture et par région (Source : Enquête Pratiques Culturales 2011)</figcaption></figure>

<figure><img src="image_19.png" /></figure>

Ainsi pour la betterave, c'est la Champagne qui est la région la plus concernée (26% des surfaces), contre 2% en Haute-Normandie. On retrouve les mêmes tendances pour l'orge (avec les Pays de Loire et le Poitou-Charentes), la pomme de terre (avec la Haute-Normandie) et le triticale (suivie du sud-ouest et de la Bretagne). Pour le blé dur, on dépasse les 3/4 des surfaces en TCSL annuelle en Midi-Pyrénées et Languedoc-Roussillon, tandis qu'il n'y a que 15% des surfaces en PACA. Pour le blé tendre, c'est en Midi-Pyrénées et Aquitaine que le non labour annuel est également le plus important (près de 80%, voire 91% en Aquitaine), mais seulement 10%
en Alsace, 15% en Rhône-Alpes et 22% en Bretagne. Pour le colza, même tendance avec 87% des surfaces en non labour annuel en Midi-Pyrénées mais entre 25 et 35% en Normandie.
Pour le maïs fourrage c'est le Centre qui pratique le plus le non labour annuel (ainsi que le Nord et la Bretagne et Pays de Loire), tandis que pour le maïs grain, ce sont les Pays de Loire, la Picardie et la Franche-Comté.

D'après le recensement agricole 2010, le labour est particulièrement développé dans le nord de la France (plus de 80% des surfaces en Terres Labourables) et le long du littoral de la Manche, ce qui peut s'expliquer par une forte proportion de culture de printemps, mais également par un climat océanique marqué (Figure 10-1-14). En Alsace et dans les Landes (et dans une moindre mesure en région Rhône-Alpes), la fréquence du labour est directement à mettre en relation avec la monoculture de maïs.

Les TCSL, globalement moins développé que le labour, domine dans certaines régions céréalières, en particulier en Meuse, Haute-Marne et Haute Garonne où ces surfaces sont supérieures à 50% des STL. Dans le nord de la France, on note que ces surfaces sont particulièrement développées sur les plateaux du Barrois et dans le Pays d'Othe, où dominent les systèmes de culture de type « colza-blé-orge d'hiver » composés de cultures d'automne. Dans le sud-ouest de la France, ce sont les régions agricoles du Lauragais et du Conflent qui sont particulièrement concernées, du fait de l'importance de systèmes « blé tendre/dur -tournesol ».
Les techniques de semis direct sont des pratiques relativement confidentielles et rarement développées sur des surfaces excédant 10% des terres arables à l'échelle de la région. Elles semblent plutôt localisées dans le nord-ouest de la France, soit dans des régions fortement marquées par la présence d'élevage (Perche, Pays d'Auge), soit dans des régions avec des systèmes de culture assez particuliers (Flandres, Val de Loire, Saumurois).

<figure><img src="image_20.png" /><figcaption>**Figure 10-1-14.** Méthode de travail du sol (pour les cultures de la campagne 2009-2010) en pourcentage des surfaces en terres labourables (Source : RA 2010)</figcaption></figure>

Comme indiqué dans le chapitre 6, ces résultats fournissent des informations sur les pratiques de travail du sol une année donnée pour une culture donnée, mais n'apportent pas d'information sur la pratique du non labour à l'échelle du système de culture. Il est courant qu'un agriculteur alterne labour et TCSL sur une même parcelle : le labour est réalisé à chaque fois que la parcelle (abondances d'adventices, présence de résidus en trop grande quantité ou infectés, structure du sol dégradée) ou le climat l'exigent. Ce labour occasionnel ou simplification partielle du travail du sol est opposée à la simplification totale (Boisgontier et al., 1994) basée sur un non labour systématique pour toute la durée de la rotation (Labreuche et al., 2007).
Il existe peu d'enquêtes permettant de caractériser les modalités de travail du sol sur un pas de temps pluriannuel. Les travaux de Labreuche et al.(2007) et de Labreuche et Wissocq (2016)<fnref n="5" /> montrent que sur la période 2001-2006, les stratégies d'alternance du labour et des techniques culturales sans labour (TCSL) sont légèrement plus répandues que le labour systématique (44,6 % des surfaces contre 43,7%). Pendant la période 2006-2011, l'écart se creuse encore un peu (46,8% contre 40,3%). L'alternance entre labour et TCSL va d'un non-labour opportuniste (une à deux fois en six ans) à une pratique très occasionnelle du labour (14,5% des surfaces avec au maximum deux labours en six ans). Le non labour continu reste assez peu développé avec 11% des surfaces sur 2001-2006 et 13% sur 2006-2011. Ces résultats sont confirmés dans Agreste Primeur (2008) qui indique que 34 % des surfaces sont dispensées de labour en 2006 mais que seules 11 % n'ont jamais été retournées depuis 2001. Selon Labreuche et Wissocq (2016), la pratique des TCSL systématique est plus répandue dans le cas des rotations largement composées de cultures d'hiver (colza-blé-orge d'hiver). A contrario, les rotations très largement composées de céréales, soit de printemps (maïs-maïs), soit alternant automne et printemps (maïs-blé), incluent assez rarement du non labour continu. Le même phénomène est observé pour des rotations incluant de la prairie temporaire.

## Fertilisation azotée

Certaines cultures reçoivent presque exclusivement des engrais minéraux (70% des surfaces en 2011) alors que d'autres reçoivent à la fois des engrais organiques et minéraux (22% des surfaces en 2011). La part des surfaces sans fertilisation azotée (minérale ou organique) plafonne à 4 % de la sole, dont la moitié est constituée des cultures de pois et de tournesol. La part des surfaces ne recevant que des apports organiques est de 4% (Agreste, 2014).

Globalement, toutes les cultures, à l'exception du pois et de certains maïs et tournesol, reçoivent un engrais azoté minéral (Figure 1-1-15). La fertilisation organique concerne 81% des surfaces en maïs fourrage, 56% de celles en betterave, environ un tiers des surfaces en colza, pomme de terre, triticale, maïs grain, 17% de celles en tournesol. Elle est beaucoup moins fréquente sur les céréales à paille (4% sur blé dur, 10% sur blé tendre et 14% sur orge).

<figure><img src="image_21.png" /><figcaption>**Figure 10-1-15.** Part de surface par culture ayant reçu une fertilisation organique et/ou minérale en France en 2011 (Source : Enquête Pratiques Culturales)</figcaption></figure>

<footnote n="5">⁵ Travaux sur les pratiques agricoles de travail du sol du GIS Grande Culture à Hautes Performances Economiques et Environnementales (GIS GCHP2E) : Etude des résultats de l'enquête pratiques culturales 2011 (Agreste)</footnote>
## Fertilisation organique

La fertilisation organique suit une distribution à l'échelle de la France fortement liée à la présence de l'élevage. Dans le cas du colza, du maïs grain, du blé dur, du tournesol et de la pomme de terre, c'est en Bretagne et/ou Pays de Loire que les apports organiques sont les plus fréquents. Mais ces grandes tendances ne se retrouvent pas pour toutes les cultures.

Pour les grandes cultures comme la betterave, c'est dans le Nord que cette culture reçoit le plus d'engrais organique, en majorité de la vinasse en Ile de France, Champagne-Ardenne et Région Centre. Pour le blé tendre, c'est en Auvergne, Bretagne et Franche-Comté alors que pour le maïs fourrage c'est en Midi-Pyrénées que les proportions de surface avec engrais organique sont les plus fortes. Cette distribution spatiale est à relativisée au regard des surfaces de ces cultures dans les régions mentionnées. La part de surface ayant reçu une fertilisation organique par culture et par région est présentée en complément 2.

Quant à la nature de la fertilisation organique, elle est, en termes de surfaces concernées, presque toujours d'origine animale (à 88%) et en majorité issue des élevages bovins (59%). Les effluents de volailles viennent en 2ème place (11%), puis ceux de porcs (10%). Les effluents hors élevage (issues de l'industrie ou du traitement des boues de STEP) ne représentent que 9% du total des surfaces concernées par un effluent organique. La nature de la fertilisation organique dominante et la dose moyenne associée, par culture et par région, est présentée dans l'Annexe 8-A.

## Fertilisation minérale

En terme de répartition spatiale de la fertilisation minérale (Figure 10-1-16), pour la plupart des cultures (blé tendre, colza, maïs fourrage, maïs grain, pomme de terre et tournesol) la part de surface fertilisée avec des d'engrais minéraux est plus faible dans les régions d'élevage comme la Bretagne ou les Pays de Loire (Cf. complément 2).

En termes de doses appliquées, les doses moyennes d'azote reçues par culture en 2011 varient de 36 kg N/ha pour le pois (moyenne calculée sur les parcelles ayant reçu un engrais minéral) à 176 kg N/ha pour le blé dur (Figure 10-1-16). Les doses de fertilisation minérale dans les systèmes de culture ne recevant que ce type de fertilisation, par culture et par région, sont présentées dans l'Annexe 8-A.

<figure><img src="image_22.png" /><figcaption>**Figure 10-1-16.** Dose moyenne d'azote minéral reçue par culture en France en 2011 - sur les parcelles en ayant reçu (Source : Enquête Pratiques Culturales 2011)</figcaption></figure>

En 2011, 85 % des surfaces fertilisées exclusivement par de l'azote minéral reçoivent des apports fractionnés (Agreste, 2014). Pour les surfaces uniquement fertilisées par de l'azote minéral, l'apport se fait en 3 passages en moyenne pour le blé et le colza, 2 pour l'orge, le triticale, le maïs, la pomme de terre, et 1 pour le tournesol, la betterave et le pois (Figure 10-1-17).
<figure><img src="image_23.png" /><figcaption>**Figure 10-1-17.** Fractionnement des apports d'azote minéral sur grandes cultures
(Source : Enquête pratiques culturales 2011)</figcaption></figure>

Le nombre d'apports est notamment plus faible pour les cultures dont le développement empêche les passages répétés (maïs), les cultures faiblement fertilisées en azote (tournesol) ou les cultures dont la filière aval exige une faible teneur en azote (une forte teneur en azote des racines de betterave pénalise l'extraction des sucres).

*La fertilisation azotée totale*

En moyenne, la dose totale apportée par culture quand on fait le cumul de la fertilisation organique et minérale est plus élevée que la dose moyenne d'azote minérale (Figure 10-1-18). Le maïs fourrage, la pomme de terre, le maïs grain et le colza arrivent en tête avec une dose moyenne comprise entre 193 et 196 kg N /ha, ces cultures étant largement fertilisées par des engrais organiques. De même, la betterave qui reçoit des doses d'azote minérale relativement faible, atteint des apports d'azote équivalents à ceux du blé dur. La quantité d'azote totale (organique et minérale) moyenne apportée par culture et par région en 2011 est présentée en complément 2.

<figure><img src="image_24.png" /><figcaption>**Figure 10-1-18.** Quantité d'azote totale (organique et minérale) moyenne apportée par culture en France en 2011 sur les parcelles en ayant reçu (Source : Enquête Pratiques Culturales 2011)</figcaption></figure>
L'intégration de la fertilisation organique à la fertilisation totale redessine partiellement la carte des pressions azotées sauf pour les cultures comme le blé dur ou le blé tendre qui en reçoivent très peu. La betterave apparaît beaucoup plus fertilisée en Champagne-Ardenne, la pomme de terre en Bretagne, l'orge en Bourgogne, le pois en Lorraine, le tournesol en Pays de Loire et le triticale dans le sud de la France. Certaines répartitions restent sensiblement les mêmes comme pour le colza, le maïs grain, mais avec un gradient entre l'est et l'ouest beaucoup plus faible, du fait de la compensation des faibles doses d'azote minérale dans les régions d'élevage de l'ouest par des apports organiques plus abondants (résultats non représentés).

## Le raisonnement de la fertilisation azotée

L'enquête Pratiques culturales 2011 montre que la **fertilisation organique est prise en compte presque systématiquement** par les agriculteurs au moment du calcul de la dose d'azote minéral à apporter (entre 88 et 95% des cas). Lorsqu'il y a un apport organique en complément d'apports minéraux, les surfaces fertilisées reçoivent en moyenne 46 kg/ha d'azote minéral en moins (105 kg d'azote minéral apporté par hectare, contre 151 kg en l'absence de complément organique).

Un critère de décision fréquemment pris en compte pour le calcul de la dose d'azote minérale est la **dose habituelle apportée**. Ce critère reste encore relativement élevé sur le tournesol (25% des surfaces), triticale (22%) ou le maïs fourrage (20%) dans les zones non vulnérables, mais se limite à 10% environ des surfaces des autres cultures. Ces fréquences sont beaucoup plus faibles en zones vulnérables, où ce critère n'est pris en compte que pour 10% max des surfaces cultivées et jusqu'à seulement 2% des surfaces en colza par exemple.

**En dehors de ces surfaces la dose d'azote est raisonnée en fonction de critères agronomiques**, notamment les besoins de la culture à chaque stade, déterminés en fonction du rendement espéré et d'une estimation de l'azote fourni par le sol. Ce dernier est estimé de façon plus ou moins précise, à partir des reliquats d'azote immédiatement disponibles, et de la minéralisation à venir de matière organique du sol et des fumures organiques apportées au cours de la campagne et des campagnes précédentes.

Le calcul de la dose d'azote par la **méthode du bilan complet**, qui prend théoriquement en compte tous ces éléments, **concerne 50 % des surfaces fertilisées en 2011**. Ce type de raisonnements est plus fréquent sur colza, pomme de terre, betterave et blé (entre 53 et 60% des surfaces), alors qu'ils ne concernent que 30 à 46 % des surfaces fertilisées du maïs et tournesol (Figure 10-1-19). **43 % des surfaces en grandes cultures reçoivent une dose d'azote selon un raisonnement établi sur un bilan partiel** (qui mobilise un seul voire plusieurs éléments de bilan parmi le précédent cultural, l'hypothèse de rendement espéré, l'estimation ou la mesure des reliquats et les apports organiques) (Agreste, 2014).

<figure><img src="image_25.png" /><figcaption>**Figure 10-1-19.** Part de surface selon le raisonnement de l'azote minéral
(Source : Enquête Pratiques culturales 2011)</figcaption></figure>
Une fois la dose fixée en début de campagne, l'exploitant peut ajuster la dose prévue en cours de végétation et la modifier selon la quantité d'azote consommé par la culture, qui peut être estimée en fonction des conditions climatiques, de l'aspect visuel de la culture, ou bien mesurée par des « outils de pilotage ». **Le pilotage de la fertilisation azotée en court de saison concerne surtout les cultures de blé et colza** (Agreste, 2014). Ces outils de pilotage permettent d'ajuster au mieux les apports d'azote en fonction de l'azote minéral contenu dans le sol en sortie d'hiver, de l'azote contenu dans la plante, et des besoins de la culture. Parmi ceux-ci, les méthodes Jubil® et Ramsès sont basées sur l'analyse de la teneur en nitrates du jus extrait de la base de la tige (céréales à paille, maïs et pomme de terre). La méthode Hydro N tester permet d'évaluer la teneur en chlorophylle des feuilles. Dans le cas du colza, l'introduction de la réglette azote avec la méthode dite par pesée, permet de voir que, d'une année sur l'autre, la fertilisation sur une même parcelle peut varier très sensiblement. Le développement récent de Farmstar-colza® a permis aux agriculteurs de découvrir et de quantifier la variabilité qui existe au sein même des parcelles, notamment avec des colzas très développés, pour lesquels l'observation visuelle de surface est nettement insuffisante pour percevoir les différences (Lagarde et Champolivier, 2006). Ces techniques mises au point par l'Inra ou les instituts techniques agricoles sont encore marginales dans les petites structures agricoles. L'observation de la densité des plants, l'estimation des reliquats d'azote dans le sol en sortie d'hiver et la simple surveillance des parcelles sont les autres méthodes utilisées par les agriculteurs, qui peuvent d'ailleurs les combiner (Figure 10-1-20).

**La modification de la dose d'azote minéral en cours de campagne n'intervient que sur un quart des surfaces des grandes cultures fertilisées en 2011** (14% en 2006). Cette pratique dépend très largement de la culture. La croissance du blé et du colza permet de fractionner et de modifier pendant la culture la dose d'azote en fonction de l'observation de la parcelle : densité, aléas climatiques et sanitaires. Ceci explique que **sur 32% des surfaces en blé tendre et 24% des surfaces en colza un ajustement en cours de campagne de la dose d'azote a été réalisé en 2011** (dont 8 à 9% avec un outil de pilotage). Ces chiffres sont à considérer avec précaution puisqu'il peut y avoir un « effet année » lié aux conditions climatiques. Pour le maïs et la betterave cet ajustement n'intervient que dans 10% des cas environ.

<figure><img src="image_26.png" /><figcaption>**Figure 10-1-20.** Fréquence d'ajustement de la dose d'azote en cours de végétation
(Source : Enquête Pratiques culturales 2011)</figcaption></figure>

Comme indiqué dans la section 10.2, ces informations sur les méthodes de raisonnement de l'azote laissent entendre que pour une partie significative des surfaces de grandes cultures **il reste des marges de manœuvre, importante** (ex. bilan partiel sans ajustement en cours de campagne) **pour augmenter le niveau effectif de service de fourniture en azote aux plantes cultivées considérant la capacité actuelle de l'écosystème agricole à rendre ce SE.**
Irrigation

En 2010, les principales cultures irriguées sont le maïs grain, la pomme de terre et, secondairement, la betterave, le blé dur et l'orge de printemps.

Le maïs grain est irrigué non seulement en Beauce (63% des surfaces) mais également sur toute la moitié sud de la France (sauf le Limousin), à laquelle s'ajoutent l'Alsace (36% des surfaces) et les Pays de Loire (45% de surfaces). Le maïs fourrage présente les mêmes tendances, mais avec des pourcentages beaucoup plus faibles (18% dans le Centre et jusqu'à 38% en Midi-Pyrénées, voire plus dans les régions méditerranéennes mais sur des surfaces en maïs peu significatives) (Figure 10-1-21).

Pour la betterave, le blé dur, le blé tendre et l'orge de printemps les surfaces irriguées se concentrent dans la région centre, plus particulièrement en Beauce : 40% des surfaces en blé dur dans la région Centre, 10% du blé tendre et 46% de l'orge de printemps sont irriguées.

Le pois est irrigué essentiellement en région Centre (29% des surfaces) mais également dans les régions voisines (18% en Pays de Loire et Poitou-Charentes, les surfaces en Rhône-Alpes et PACA n'étant guère significatives). Le tournesol n'est pas une culture fréquemment irriguée (sauf en régions Rhône-Alpes et PACA où il dépasse 20%), même dans le sud-ouest de la France où il est bien implanté. L'irrigation du colza n'est pas significative, de même que pour l'orge d'hiver.

<figure><img src="image_27.png" /><figcaption>**Figure 10-1-21.** Part de la surface irriguée sur la surface totale d'une culture par région en 2010

(Source : RA 2010)</figcaption></figure>

Les quantités d'eau apportées dépendent fortement des années climatiques. En 2011, les apports moyens varient de plus de 200 mm sur maïs grain en Aquitaine à environ 50 mm sur blé dur et pois en région Centre et Pays de Loire. Les quantités apportées sur maïs varient entre 134 mm en région Centre à 209 mm en Aquitaine. Sur pomme de terre, elles varient entre 127 (Ile-de-France) et 175 mm (Centre et Champagne-Ardenne). Les autres cultures présentent peu de données régionales exploitables.

Un travail spécifique serait nécessaire pour évaluer l'efficience des apports d'eau d'irrigation pour les différentes cultures dans les différentes régions. A l'image de ce qui est réalisé ci-avant pour la fertilisation azotée, il faudrait analyser les stratégies de raisonnement d'irrigation pour pouvoir en inférer un ordre de grandeur des marges de manœuvre existantes.
Gestion des résidus de culture

Les résidus de cultures sont soit enfouis, laissé en surface (non enfoui), exporté voire brulés (Figure 10-1-22). Ils sont le plus souvent enfouis pour la betterave, et non enfouis pour le tournesol.

<figure><img src="image_28.png" /><figcaption>**Figure 10-1-22.** Gestion des résidus de cultures par culture et par région en France en 2011
(Source : Enquête Pratiques culturales 2011)</figcaption></figure>

Dans le cas du maïs grain, ils sont très majoritairement non enfouis dans les régions de monoculture (Aquitaine, Alsace) mais plus fréquemment enfouis dans les régions où il est assolé (Champagne-Ardenne, Picardie, Bourgogne, Poitou-Charentes). On note même une petite part d'exportation en lorraine et Auvergne. Dans le cas du maïs ensilage, les réponses sont plus difficiles à interpréter car l'essentiel de la plante est par définition exportée. Or, si par « résidus », on entend ce qui reste après un chantier d'ensilage, on peut être étonné par la fréquence des résidus recensés exportés, notamment en Bourgogne ou Centre.
Dans le cas du colza, l'essentiel des pailles sont enfouies (Bourgogne, Centre) ou laissées sur place sans être enfouies (Midi-Pyrénées, Lorraine), voire exportées dans certaines régions (Centre, Lorraine, Centre et Champagne-Ardenne) ou brûlés (Haute-Normandie).

Concernant les céréales à paille, le triticale présente un profil assez simple à l'échelle de la France, car il s'agit d'une culture produite pour l'élevage et notamment pour sa forte production de paille. Il n'est donc pas étonnant que l'essentiel des pailles soit exporté quelles que soient les régions.

Dans le cas du blé dur, on observe des profils très différents : pailles presque systématiquement exportées (Poitou-Charentes, Rhône-Alpes), à majoritairement enfouies (Centre, PACA).

Dans le cas du blé tendre et de l'orge, les pailles sont majoritairement exportées (jusqu'à 100% en Bretagne), sauf en Ile-de-France, Centre, Champagne-Ardenne, Picardie, où elles sont majoritairement enfouies.

## Pratiques phytosanitaires

Les quantités de matières actives (MA) appliquées (quelle que soit leur action phytosanitaire) en moyenne par culture varient beaucoup. La principale culture traitée selon cet indicateur est la pomme de terre avec 16 500 g de MA/ha en moyenne (liés aux nombreux traitements fongicides mobilisant des MA minérales « pondéreuses » comme le cuivre et le soufre). Vient ensuite la betterave avec plus de 5000 g/ha et le pois avec près de 2700 g/ha. Le colza, le tournesol, l'orge et le blé tendre arrivent ensuite avec des quantités de MA de l'ordre de 2000 g/ha. Enfin, les cultures les moins traitées selon cet indicateur sont le triticale, le blé dur, les maïs grain et fourrage (< à 1380 g/ha).

<figure><img src="image_29.png" /><figcaption>**Figure 10-1-23.** Quantités de matières actives appliquées en moyenne par culture à l'échelle de la France en 2011 (Source : enquête Pratiques Culturales 2011)</figcaption></figure>

Il y cependant un effet régional très marqué (Figure 10-1-23): la betterave est plus traitée en Champagne-Ardenne, le blé dur dans la moitié nord (notamment en région Centre), idem pour le blé tendre et la pomme de terre (surtout en Haute-Normandie et nord du bassin parisien). Le pois est plus traité (en QMA) sur la partie ouest du bassin parisien (Normandie), le triticale dans une bande au centre de la France (Pays de Loire, Bourgogne, Rhône-Alpes), le colza dans le quart nord-est de la France, le maïs grain et fourrage dans la moitié sud de la France. Seuls le tournesol et l'orge ne montrent pas de tendances régionales très marquées.
<figure><img src="image_30.png" /><figcaption>**Figure 10-1-24.** Quantités de matières actives appliquées par culture et par région en 2011
(Source : enquête Pratiques Culturales 2011)</figcaption></figure>

Concernant le **nombre de matières actives** utilisées, on retrouve approximativement le même ordre de classement parmi les cultures : la pomme de terre et la betterave sont à nouveau les grandes cultures les plus consommatrices de produits phytosanitaires avec une moyenne de 10 MA utilisées. Cependant, le nombre de passages de MA est beaucoup plus important que le nombre de MA utilisées (24 passages*MA pour la betterave, contre 19 pour la pomme de terre), ce qui signifie qu'une même MA est appliquée plusieurs fois au cours de l'année culturale (Figure 10-1-25).

<figure><img src="image_31.png" /><figcaption>**Figure 10-1-25.** Nombre de matières actives utilisées et de passages de matières actives moyen par culture en France en 2011 (Source : enquête Pratiques Culturales 2011)</figcaption></figure>
Le colza, le blé tendre, l'orge, le pois et le blé dur arrivent ensuite, avec 7 à 8 MA utilisées en 7 à 9.5 passages. Triticale, maïs et tournesol sont les cultures mobilisant le moins de MA différentes (entre 3 et 5 MA en environ autant de passages).

En termes de distribution spatiale (Figure 10-1-26), pour la betterave, du blé dur, du blé tendre, du colza et du pois la distribution spatiale du nombre de MA est du même ordre que pour les QMA de la Figure 10-1-25. En revanche, les maïs suivent une distribution très différente, avec une plus grande diversité de MA utilisées dans le nord de la France (plus de 4 MA utilisées dans 4 régions du nord contre 3 et moins dans le quart nord-ouest de la France). Dans le cas du maïs grain, c'est l'Alsace qui arrive en tête avec 5,7 MA. Pour l'orge, c'est le nord et la Franche-Comté (>9.2 MA) qui utilisent le plus grand nombre de MA, pour la pomme de terre, c'est la Champagne-Ardenne (12.7 MA), pour le tournesol, c'est à nouveau la Champagne-Ardenne et la Bourgogne (>3.6 MA) et pour le triticale, les régions enquêtées du nord (>6.3 MA).

<figure><img src="image_32.png" /><figcaption>**Figure 10-1-26.** Nombre de matières actives utilisées par culture et par région en 2011
(Source : enquête Pratiques Culturales 2011)</figcaption></figure>

La carte représentant le nombre de passage de MA suivant les mêmes tendances géographiques que la précédente, nous avons choisi de ne pas l'ajouter ici. Par contre, nous avons choisi de représenter ci-dessous le nombre de passages total (Figure 10-1-27).

En termes de nombre de passages (un passage pouvant apporter plusieurs produits et donc plusieurs MA avec des actions différentes), la pomme de terre arrive en tête avec 12.5 passages, puis la betterave (6.3), le colza (5.7), le pois (4.3). Les autres cultures reçoivent moins de 4 passages, le minimum étant le maïs fourrage avec 1.6 passage.

Là encore, il faudrait analyser les stratégies de raisonnement des traitements phytosanitaires pour pouvoir en inférer un ordre de grandeur des marges de manœuvre existantes en termes d'augmentation de leur efficience. L'évaluation du niveau effectif des SE de régulation relativement à la capacité de l'écosystème serait beaucoup plus difficile à réaliser puisqu'il faudrait avoir des informations sur le niveau de régulation potentiel et sur les effets des pratiques phytosanitaires sur ce niveau potentiel. Comme indiqué ci-avant dans la section 10.1.1.5, la production de connaissances sur ces interactions est un front de recherche.
<figure><img src="image_33.png" /><figcaption>**Figure 10-1-27.** Nombre de passages total par culture en France en 2011
(Source : enquête Pratiques Culturales 2011)</figcaption></figure>

## Évaluation de la production totale de biens végétaux à partir des plantes cultivées

Le but de cette évaluation est de quantifier et de spatialiser la production totale de biens végétaux en France métropolitaine *via* l'utilisation des données produites par le service statistique du MAAF (SSP). Deux sources statistiques ont été utilisées. D'une part la Statistique Agricole Annuelle (SAA) qui fournit pour chaque année, au niveau département, les surfaces en production, le rendement et la production totale. D'autre part le Recensement Agricole (RA) 2010 pour estimer les surfaces au niveau de chaque Petite région Agricole (PRA).

Compte-tenu des choix faits dans EFESE-écosystèmes agricoles en termes de périmètre, l'évaluation des biens végétaux est centrée sur les productions des systèmes de grandes cultures : céréales, oléagineux, protéagineux, cultures industrielles (betteraves, plantes aromatiques, médicinales et à parfum) et pomme de terre<fnref n="6" />. La production de fourrage par les prairies est évaluée dans la section 10.2. Le tableau 10-1-1 indique les cultures retenues pour l'évaluation, et qui représentent la quasi-totalité de la production de biens végétaux en France, que ce soit en termes de surfaces ou de biomasse. Ces cultures sont destinées à l'alimentation humaine et animale et, de façon plus marginale, à la production d'énergie.

Nous utilisons la SAA pour déterminer la production totale des principaux biens végétaux, indépendamment du mode de valorisation. Les données du RA 2010 ont été utilisées pour estimer la part des surfaces des différents types de cultures au sein des PRA de chaque département<fnref n="7" />. Cette information a été utilisée pour estimer la production annuelle des cultures à la résolution de la PRA, considérant la part de la surface qu'elles occupent au sein de chaque PRA. Ceci conduit à faire l'approximation que la productivité des cultures par unité de surface est la même dans toutes les PRA d'un même département.

Enfin, cette production brute par culture par PRA a été convertie en trois unités : matière sèche (MS), matière azotée totale (MAT) et en énergie (NRJ). Les résultats sont cartographiés en figure 10-1-29. Les coefficients utilisés pour convertir les productions brutes en MS, MAT et énergie sont présentés dans l'annexe 10-A.

<footnote n="6">⁶ Il existe dans la SAA un thème de « Cultures non alimentaires », qui inclut des jachères industrielles et cultures énergétiques (blé, maïs, colza, tournesol, autres). Toutefois les valeurs reportées ne rendent que partiellement et variablement compte de la production à finalité énergétique. De ce fait, ces données n'ont pas été prises en compte dans EFESE-écosystèmes agricoles.</footnote>

<footnote n="7">⁷ Les données ont été retraitées par l'UMR SAD-APT (Inra) pour estimer les valeurs qui étaient soumises au secret statistique au niveau PRA.</footnote>
<table><caption>**Tableau 10-1-1.** Liste des cultures retenues pour l'évaluation de la production de biens végétaux dans EFESE-écosystèmes agricoles</caption><thead><tr><td>Libellé de la culture retenue pour EFESE-écosystèmes agricoles</td><td>Libellé du Produit retenu dans la SAA</td><td>Calcul pour Utilisation & MS/MAT/NRJ</td></tr></thead><tbody><tr><td>Blé tendre</td><td>Total blé tendre</td><td>x</td></tr><tr><td>Blé dur</td><td>Total blé dur</td><td>x</td></tr><tr><td>Orge</td><td>Total orge et escourgeon</td><td>x</td></tr><tr><td>Avoine</td><td>Total avoine</td><td>x</td></tr><tr><td>Seigle</td><td>Seigle et méteil</td><td>x</td></tr><tr><td>Triticale</td><td>Triticale</td><td>x</td></tr><tr><td>Maïs grain et semence</td><td>Maïs (grain et semence)</td><td>x</td></tr><tr><td>Sorgho grain</td><td>Sorgho</td><td>x</td></tr><tr><td>Riz</td><td>Riz</td><td>x</td></tr><tr><td>Mélanges et autres céréales</td><td>Mélanges de céréales (hors méteil)</td><td>x</td></tr><tr><td>Colza</td><td>Colza et navette</td><td>x</td></tr><tr><td>Tournesol</td><td>Tournesol</td><td>x</td></tr><tr><td>Soja</td><td>Soja</td><td>x</td></tr><tr><td>Lin oléagineux</td><td>Lin oléagineux</td><td>x</td></tr><tr><td>Autres oléagineux</td><td>Autres oléagineux</td><td>x</td></tr><tr><td>Pois protéagineux</td><td>Pois protéagineux</td><td>x</td></tr><tr><td>Fèves et fèveroles</td><td>Fèveroles et fèves</td><td>x</td></tr><tr><td>Lupin</td><td>Lupin doux</td><td>x</td></tr><tr><td>Légumes secs</td><td>Légumes secs</td><td>x</td></tr><tr><td>Betteraves</td><td>Betteraves industrielles</td><td>x</td></tr><tr><td>Pommes de terre</td><td>Pommes de terre</td><td>x</td></tr><tr><td>Maïs fourrage</td><td>Maïs fourrage et ensilage</td><td>x</td></tr><tr><td>Autres fourrages annuels</td><td>Autres fourrages annuels</td><td>x</td></tr><tr><td>Plantes à parfum, à arôme et médicinales</td><td>Plantes à parfum, à arôme et médicinales</td><td>Surface et production désagrégées au niveau PRA</td></tr><tr><td>Houblon</td><td>Houblon en production</td><td>Surface et production désagrégées au niveau PRA</td></tr><tr><td>Lin textile</td><td>Lin textile (roui non battu) (y compris semences)</td><td>Surface et production désagrégées au niveau PRA</td></tr><tr><td>Tabac</td><td>Tabac (sec non fermenté)</td><td>Surface et production désagrégées au niveau PRA</td></tr></tbody></table>

Par ailleurs, le Bilan d'approvisionnement national établi par le SSP (Tableau 10-1-2), fournit une information à l'échelle nationale sur les grands types d'usage des différents biens végétaux : semences, pertes, alimentation animale, usages industriels (pour la production de bioéthanol), transformation (huile et tourteaux, fécules, etc.) et consommation humaine (brute). A l'échelle nationale, 43 % du blé tendre, 74 % du maïs grain, plus de 85 % des protéagineux, 87 % de l'orge, plus 95 % des autres céréales et 97 % du lin sont à destination de l'alimentation animale. Seuls le blé dur (86 %), les haricots (100 %), le pois chiche (100 %) et les autres légumes secs (91 %) sont très essentiellement à destination de l'alimentation humaine. L'essentiel du colza (92 %), tournesol (86 %) et du soja (80 %) est transformé en huile. Les tourteaux issus de cette transformation, qui représentent entre la moitié et les deux tiers de ces produits, sont utilisés pour l'alimentation animale. La betterave est utilisée à 21 % pour des usages industriels et à 79 % pour la transformation en sucre.
<caption>**Figure 10-1-29.** Production de biens végétaux en MS, MAT et énergie pour les principales cultures. Moyenne 2010-2011-2012.</caption>

Le fond de carte indique la production totale de biens végétaux (en tonnes de MS ou de MAT, ou en milliers de mégacalories), pour toutes cultures évaluées. Les camemberts représentent, agrégés par département, cette même production totale en fonction du poids relatif de chaque grand groupe de culture. Les seuils des classes suivant la méthode de Jenks qui vise à maximiser la variabilité entre les classes et minimiser la variabilité intra-classe.

<figure><img src="image_34.png" /></figure>

Source : SSP - DROSS - ODR

Produit le 27/03/2017 par Carto Dynamique INRA 2017

**Production de biens végétaux en MS**

<figure><img src="image_35.png" /><figcaption>SAA - Moyenne 2010-2011-2012</figcaption></figure>

Somme des cultures (Céréales, Oléagineux, Protéagineux, Betteraves et Pommes de terre; dont les fourrages annuels)

□ <= 6088.9 tonnes

□ 6088.9 tonnes - 94088.5 tonnes

□ 94088.5 tonnes - 231816.2 tonnes

□ 231816.2 tonnes - 449756.4 tonnes

□ 449756.4 tonnes - 1041237.2 tonnes

□ > 1041237.2 tonnes

□ > 1041237.2 tonnes

Légende des camemberts : part par groupe de cultures

■ Céréales à paille

■ Mais et Sorgho

■ Oléoprotéagineux

■ Cultures industrielles

■ Fourrages annuels

<figure><img src="image_36.png" /></figure>

Source : SSP - DROSS - ODR

Produit le 27/03/2017 par Carto Dynamique INRA 2017

**Production de biens végétaux en MAT**

<figure><img src="image_37.png" /><figcaption>SAA - Moyenne 2010-2011-2012</figcaption></figure>

Somme des cultures (Céréales, Oléagineux, Protéagineux, Betteraves et Pommes de terre; dont les fourrages annuels)

□ <= 617.7 tonnes

□ 617.7 tonnes - 9147.9 tonnes

□ 9147.9 tonnes - 23639.8 tonnes

□ 23639.8 tonnes - 46961.7 tonnes

□ 46961.7 tonnes - 103549.0 tonnes

□ > 103549.0 tonnes

Légende des camemberts : part par groupe de cultures

■ Céréales à paille

■ Mais et Sorgho

■ Oléoprotéagineux

■ Cultures industrielles

■ Fourrages annuels
<figure><img src="image_38.png" /></figure>

Source : SSP - DROSS - ODR

Produit le 27/03/2017 par Carto Dynamique INRA 2017

## Production de biens végétaux en énergie (milliers de mégacalories)

<figure><img src="image_39.png" /><figcaption>SAA - Moyenne 2010-2011-2012</figcaption></figure>

## Somme des cultures (Céréales, Oléagineux, Protéagineux, Betteraves et Pommes de terre; dont les fourrages annuels)

<figure><img src="image_40.png" /></figure>

## Légende des camemberts : part par groupe de cultures

- Céréales à paille

- Mais et Sorgho

- Oléoprotéagineux

- Cultures industrielles

- Fourrages annuels
<table><caption>**Tableau 10-1-2.** Répartition des utilisations des principaux biens végétaux évalués dans EFESE-écosystèmes agricoles. Cette répartition a été estimée à partir de la moyenne des bilans d'approvisionnement entre 2009 et 2013</caption><thead><tr><th rowspan="2"></th><th rowspan="2">Semences</th><th rowspan="2">Pertes</th><th rowspan="2">Alimentation animale</th><th rowspan="2">Usages industriels</th><th colspan="2">Dont transformation (alcool)</th><th rowspan="2">Transformation (huile, Fécule et Autres)</th><th rowspan="2">Dont huile ester méthylique d'huile végétale</th><th rowspan="2">Dont huile alimentation animale</th><th rowspan="2">Dont tourteau alimentation animale</th><th rowspan="2">Consommation humaine (Brute)</th></tr><tr><th>alcool pour carburants</th><th>alcool hors carburants</th></tr></thead><tbody><tr><td>Blé tendre</td><td>4,0%</td><td>1,9%</td><td>42,7%</td><td>16,0%</td><td>7,5%</td><td>1,9%</td><td>0,0%</td><td></td><td></td><td></td><td>35,4%</td></tr><tr><td>Blé dur</td><td>5,2%</td><td>1,9%</td><td>7,0%</td><td>0,0%</td><td>0,0%</td><td>0,0%</td><td>0,0%</td><td></td><td></td><td></td><td>86,0%</td></tr><tr><td>Maïs grain</td><td>1,3%</td><td>1,7%</td><td>73,9%</td><td>17,1%</td><td>6,5%</td><td>0,0%</td><td>2,3%</td><td></td><td></td><td></td><td>3,7%</td></tr><tr><td>Orge et escourgeon</td><td>5,2%</td><td>2,1%</td><td>86,9%</td><td>5,4%</td><td>0,0%</td><td>0,0%</td><td>0,0%</td><td></td><td></td><td></td><td>0,5%</td></tr><tr><td>Autres céréales</td><td>2,4%</td><td>0,4%</td><td>95,6%</td><td>0,0%</td><td>0,0%</td><td>0,0%</td><td>0,0%</td><td></td><td></td><td></td><td>1,6%</td></tr><tr><td>Seigle</td><td>3,4%</td><td>0,7%</td><td>77,9%</td><td>0,0%</td><td>0,0%</td><td>0,0%</td><td>0,0%</td><td></td><td></td><td></td><td>18,0%</td></tr><tr><td>Avoine, mélanges de céréales d'été, méteil</td><td>1,8%</td><td>0,4%</td><td>96,2%</td><td>0,0%</td><td>0,0%</td><td>0,0%</td><td>0,0%</td><td></td><td></td><td></td><td>1,7%</td></tr><tr><td>Triticale</td><td>2,7%</td><td>0,4%</td><td>96,9%</td><td>0,0%</td><td>0,0%</td><td>0,0%</td><td>0,0%</td><td></td><td></td><td></td><td>0,0%</td></tr><tr><td>Sorgho</td><td>1,1%</td><td>0,7%</td><td>98,2%</td><td>0,0%</td><td>0,0%</td><td>0,0%</td><td>0,0%</td><td></td><td></td><td></td><td>0,0%</td></tr><tr><td>Céréales non définies ailleurs</td><td>0,0%</td><td>0,0%</td><td>77,7%</td><td>0,0%</td><td>0,0%</td><td>0,0%</td><td>0,0%</td><td></td><td></td><td></td><td>22,3%</td></tr><tr><td>Colza navette</td><td>0,1%</td><td>1,2%</td><td>6,3%</td><td>/</td><td></td><td></td><td>92,4%</td><td>33,4%</td><td>2,9%</td><td>50,4%</td><td>0,0%</td></tr><tr><td>Tournesol</td><td>0,4%</td><td>1,4%</td><td>11,8%</td><td>/</td><td></td><td></td><td>86,4%</td><td>6,1%</td><td>1,2%</td><td>46,7%</td><td>0,0%</td></tr><tr><td>Soja</td><td>0,4%</td><td>1,0%</td><td>18,9%</td><td>/</td><td></td><td></td><td>79,8%</td><td>9,6%</td><td>0,5%</td><td>62,2%</td><td>0,0%</td></tr><tr><td>Lin</td><td>1,2%</td><td></td><td>98,7%</td><td>/</td><td></td><td></td><td>0,1%</td><td>0,0%</td><td>0,0%</td><td>0,0%</td><td>0,0%</td></tr><tr><td>Autres oléagineux</td><td>2,0%</td><td>0,0%</td><td>0,0%</td><td>/</td><td></td><td></td><td>75,1%</td><td></td><td></td><td></td><td>23,3%</td></tr><tr><td>Pois total</td><td>7,8%</td><td>3,2%</td><td>86,5%</td><td>/</td><td></td><td></td><td>/</td><td></td><td></td><td></td><td>2,5%</td></tr><tr><td>Pois protéagineux et secs</td><td>7,9%</td><td>3,3%</td><td>87,5%</td><td>/</td><td></td><td></td><td>/</td><td></td><td></td><td></td><td>1,4%</td></tr><tr><td>Pois chiches</td><td>0,0%</td><td>0,0%</td><td>0,0%</td><td>/</td><td></td><td></td><td>/</td><td></td><td></td><td></td><td>100,0%</td></tr><tr><td>Fèves & fèveroles</td><td>9,6%</td><td>0,0%</td><td>83,0%</td><td>/</td><td></td><td></td><td>/</td><td></td><td></td><td></td><td>7,4%</td></tr><tr><td>Lupin graines</td><td>5,9%</td><td>0,0%</td><td>85,0%</td><td>/</td><td></td><td></td><td>/</td><td></td><td></td><td></td><td>10,8%</td></tr><tr><td>Autres légumes secs</td><td>9,9%</td><td>0,0%</td><td>0,0%</td><td>/</td><td></td><td></td><td>/</td><td></td><td></td><td></td><td>90,9%</td></tr><tr><td>haricots secs consommation</td><td>0,0%</td><td>0,0%</td><td>0,0%</td><td>/</td><td></td><td></td><td>/</td><td></td><td></td><td></td><td>100,0%</td></tr><tr><td>Pdt total</td><td>5,9%</td><td>21,9%</td><td>4,5%</td><td>0,0%</td><td></td><td></td><td>16,4%</td><td></td><td></td><td></td><td>51,4%</td></tr><tr><td>Riz paddy</td><td>3,0%</td><td>1,2%</td><td>8,4%</td><td>/</td><td></td><td></td><td>/</td><td></td><td></td><td></td><td>87,4%</td></tr><tr><td>Betteraves</td><td>0,0%</td><td>0,0%</td><td>0,0%</td><td>21,5%</td><td></td><td></td><td>78,5%</td><td></td><td></td><td></td><td>0,0%</td></tr></tbody></table>
# Évaluation de la part de la production de biens végétaux permise par les SE de fourniture en azote et de restitution de l'eau pour un état initial de l'écosystème donné

Nous présentons ci-après les premiers résultats préliminaires d'EFFESE-écosystèmes agricoles sur l'estimation de la part de la production de biens végétaux dans les écosystèmes de grandes cultures permise par les SE de fourniture en azote et de restitution de l'eau. La stratégie d'analyse et les résultats présentés ci-après visent à poser les « premières pierres » d'une démarche conceptuelle et méthodologique et à fournir des premiers ordres de grandeur. Ces résultats sont donc à utiliser avec précaution.

Pour conduire l'analyse nous avons utilisé deux types de résultats de simulations réalisées avec le modèle STICS (voir Annexe 8-A) :

- les simulations des systèmes de culture « actuels » dans des unités pédoclimatiques EFESE-écosystèmes agricoles c.-à-d. en prenant en compte les pratiques de fertilisation observées à l'échelle régionale, l'irrigation du maïs déclenchée automatiquement par le modèle pour couvrir 85 % des besoins en eau de la plante, l'enfouissement des résidus et avec implantation d'un couvert intermédiaire avant culture de printemps (à l'exception des précédents maïs et betterave) dans les zones vulnérables,

- les simulations sans intrants, c.-à-d. sans fertilisation et sans irrigation et sans enfouissement des résidus de culture, avec la même logique pour les couverts intermédiaires. Ce deuxième jeu de simulation vise à simuler le fonctionnement d'un écosystème agricole considérant une configuration donnée c.-à-d. une distribution spatiotemporelle de couverts végétaux (ici une séquence de culture).

Pour prendre en compte l'effet des variabilités climatiques intra et interannuelles, toutes les simulations simulent des enchaînements de systèmes de culture sur les trente années climatiques de 1984 à 2013 au sein des unités pédoclimatiques EFESE-écosystèmes agricoles. Autrement dit, elles simulent des enchaînements de séquences de culture dans des situations pédoclimatiques, sans et avec intrants.

L'hypothèse qui sous-tend l'analyse est que la comparaison des rendements simulés dans ces deux types de simulations permet d'estimer la part de la production permise par l'écosystème agricole considérant les caractéristiques, les propriétés et l'état organique initial des sols (teneur en matière organique dans les sols), le climat des trente années de simulation et les pratiques de fertilisation, d'irrigation et enfouissement des résidus de culture simulés dans le premier jeu de simulation. La part de la production permise par les SE de fourniture en azote et de restitution de l'eau est estimée *via* le calcul de la moyenne, sur la période de simulation, des ratios de rendements sans et avec intrants soit pour chaque culture (moyenne des ratios des couples culture-année par culture), soit du ratio moyen de toutes cultures confondues (moyenne des ratios de tous les couples culture-année)<fnref n="8" />.

Il est important de rappeler que **le modèle STICS ne simule pas les effets des bioagresseurs des cultures et des pratiques phytosanitaires.** Aussi, l'estimation réalisée ne prend en compte que les effets comparés de la simulation des interactions entre SE liés aux cycles du carbone, de l'azote et de l'eau et les pratiques de fertilisation, irrigation et gestion des résidus de culture.

Nous présentons d'abord les résultats pour les principales cultures simulées puis les résultats à l'échelle de la rotation culturale. Considérant le caractère préliminaire de ces résultats, seuls les grandes tendances en termes de distribution spatiale et ordre de grandeur sont présentés. Les résultats présentés à l'échelle des UPC sont issus d'un changement d'échelle : les résultats par combinaison [système de culture x sol] sont pondérés par le poids des séquences de culture, des types de fertilisation et des types de sol au sein des UPC. Nous analysons la variabilité des résultats en fonction des types de climat et de texture des sols (Figures 10-1-30 et 10-1-31) et des caractéristiques des séquences de culture (Cf. Annexe 8-A).

La figure 10-1-32 présente la part de la production permise par les SE de fourniture en azote et de restitution de l'eau pour le blé tendre, le colza, le tournesol, le maïs grain, le maïs fourrage et la betterave sucrière. Du fait du faible nombre de simulations, les résultats concernant le pois ne sont pas présentés.

<footnote n="8">⁸ Les couples culture-année pour lesquels le rendement sans intrant était supérieur au rendement avec intrant ont été exclus de l'analyse.</footnote>
<figure><img src="image_41.png" /><figcaption>**Figure 10-1-30.** Cartes et description des textures de sol dominantes par UPC dans lesquelles des simulations de systèmes de grandes cultures sont réalisées</figcaption></figure>

<table><caption>**Figure 10-1-31.** Cartes et description des climats dominants par UPC dans lesquelles des simulations de systèmes de grandes cultures sont réalisées</caption><thead><tr><td>Libellé</td><td>Caractéristiques</td></tr></thead><tbody><tr><td>Type 1 - grossier</td><td>argile &lt; 18 % et sable &gt; 65 %</td></tr><tr><td>Type 2 - moyen</td><td>18% &lt; argile &lt; 35% et sable &gt; 15%, ou argile &lt; 18% et 15% &lt; sable &lt; 65%</td></tr><tr><td>Type 3 - fin - moyen</td><td>argile &lt; 35 % et sable &lt; 15 %</td></tr><tr><td>Type 4 - fin</td><td>35 % &lt; argile &lt; 60 %</td></tr><tr><td>Type 5 - très fin</td><td>argile &gt; 60 %</td></tr></tbody></table>

<figure><img src="image_42.png" /></figure>

<table><thead><tr><td>Numéro de climat</td><td>Libellé</td></tr></thead><tbody><tr><td>Type 1</td><td>climats de montagne</td></tr><tr><td>Type 2</td><td>climat semi-continental et climat des marges montagnardes</td></tr><tr><td>Type 3</td><td>climat océanique dégradé des plaines du Centre et du Nord</td></tr><tr><td>Type 4</td><td>climat océanique altéré</td></tr><tr><td>Type 5</td><td>climat océanique franc</td></tr><tr><td>Type 6</td><td>climat méditerranéen altéré</td></tr><tr><td>Type 7</td><td>climat du Bassin du Sud-Ouest</td></tr><tr><td>Type 8</td><td>climat méditerranéen franc</td></tr></tbody></table>
<caption>**Figure 10-1-32.** Distribution spatiale de la part de la production (%) permise par les SE de fourniture en azote et de restitution de l'eau pour le blé tendre (BT), le colza (Co), le tournesol (To), le maïs grain (MG), le maïs fourrage (MF) et la betterave sucrière (BS)</caption>

Les unités pédoclimatiques EFESE-écosystèmes agricoles en blanc correspondent aux unités dans lesquelles la culture considérée n'est pas présente dans les systèmes de culture simulés. Les unités en gris foncé représentent les unités pédoclimatiques dans lesquelles il n'y pas eu de simulation de grandes cultures.

<figure><img src="image_43.png" /></figure>
L'analyse des résultats à l'échelle des simulations (systèmes de culture x type de sol) laisse entendre que :

- pour le **blé tendre**, la part de la production permise par l'écosystème agricole est de l'ordre de 55 à 65 % suivant les climats. L'analyse des résultats par classe de climat montre que les niveaux moyens les plus élevés de la part de production imputable aux SE de régulation de l'azote et de l'eau sont observés sous les climats 6 et 7 (60 %) et le climat 8 (65 %). La variabilité est du même ordre de grandeur dans les différents climats, et légèrement réduite pour le climat 8. Les effets des climats méditerranéens (6 et 8) et du Sud-Ouest (7) pourraient être liés à un potentiel de rendement plus faible dans ces zones climatiques que dans celles du grand bassin céréalier français. En effet, un même niveau de fourniture d'azote minéral et de restitution de l'eau permet de couvrir une part d'autant plus élevée des besoins des cultures que ces besoins (potentiel de rendement) sont faibles. Les ratios moyens les plus élevés sont observés dans les sols grossiers et les plus fins. Là encore, l'effet de ces types de sol grossiers pourrait être lié à un potentiel plus faible dans ces situations. Si les caractéristiques des séquences de cultures (longueur de la rotation) ne semblent pas discriminer les valeurs, la part de la production permise par les SE de régulation de l'azote et de l'eau tend à être d'autant plus importante que le taux de couvert intermédiaire (CI) est faible (médiane de 55-60 % avec un faible taux de CI et d'environ 50 % pour les taux les plus importants). L'origine de cet effet, qu'il faudrait analyser au regard des caractéristiques des différents systèmes de culture concernés, reste à analyser. Enfin, le fait que le blé soit simulé sans irrigation dans les systèmes actuels favorise un plus haut niveau de résultat (c.-à-d. estimation d'une plus grande part de la production imputable aux SE de régulation de l'azote et de l'eau). En effet, l'irrigation du blé, de plus en plus répandue en France, surtout pour le blé dur, peut conduire à une augmentation significative du rendement dans les régions à déficit hydrique marqué. Telle qu'estimée ici (ratio entre les rendements simulés sans et avec intrants), on peut faire l'hypothèse que la part de la production permise par les SE de régulation de l'azote et de l'eau serait plus faible si la situation de référence (systèmes actuels avec intrants) prenait en compte l'irrigation du blé ;

- pour le **colza**, la part de la production permise par l'écosystème agricole est de l'ordre de 25 à 35 % suivant les climats avec un léger effet positif des climats 6 et 7 (35%) et dépressif du climat 3 (25 %). Les effets du type de sol sont moins marqués que pour le blé, avec un léger dépressif sur les sols de type 4 (25%). Le même type d'hypothèses peut être émis sur ces effets des climats et des sols que pour le blé. Le niveau beaucoup plus faible que pour le blé pourrait être lié au stress azoté plus marqué pour le colza que pour le blé du fait de ses besoins plus élevés. Il n'y a pas eu d'effet caractéristique des séquences de cultures et des couverts intermédiaires clairement identifiés ;

- pour le **tournesol**, la part de la production permise par l'écosystème agricole est de l'ordre de 60 à 75 % suivant les climats avec un effet positif du climats 3 et 7 (environ 65 %) et encore plus marqué des climats 4, 5 et 6 et 8 (70 à 75%). On peut noter un effet dépressif des sols grossiers (une peu moins de 65 %) et un effet positif des sols fins (type 4 : 75 %). Des taux de céréale à paille entre 50 et 70 % dans la séquence de cultures sont associés avec les niveaux de résultat les plus élevés (70 à 75 %). Il est alors question ici de rotations de type blé-(blé-)tournesol ou blé-colza-blé-tournesol. Pour aller plus loin il serait nécessaire d'analyser la distribution des rotations de cultures dans les différentes zones climatiques. Les niveaux élevés atteint pour cette culture sont corroborés par les faibles niveaux d'apport de fertilisation azotée. Plus généralement, le tournesol est une des grandes cultures, non-légumineuse, sur laquelle les apports d'intrants exogènes sont relativement faibles (chapitre 6). Comme pour le blé, le fait que le tournesol soit simulé sans irrigation dans les systèmes actuels favorise un plus haut niveau de résultat ;

- pour le **maïs grain**, le niveau moyen de part de la production imputable aux SE de régulation de l'azote et de l'eau est très variable d'un type de climat à un autre. Il est autour de 55 à 60 % dans les types de climats 1, 3 et 5 (montagne, océanique dégradé et océanique franc), autour de 45 % dans le climat 2 (marges de montagne), un peu plus de 30 % dans le climat 6 (méditerranéen altéré) et autour de 20 % dans les climats 7 et 8 (du Sud-Ouest et méditerranéen franc). La variabilité intra zone climatique est d'autant plus élevée que les résultats (en %) sont faibles. Les stress liés au déficit hydrique climatique moyen en été et à sa variabilité interannuelle semblent donc être les principaux facteurs explicatifs de cette variabilité. Ce constat est à rapprocher de celui de la distribution majoritaire du maïs grain dans les zones les plus chaudes, et aussi souvent les moins arrosées en été, et, par voie de conséquence, des pratiques d'irrigation mises en œuvre dans ces zones climatiques (grand sud-ouest, centre et Alsace). Aucun effet sol majeur n'a été identifié. Des taux de céréale à paille et de couverts intermédiaires plus élevés sont associés à des résultats plus élevés. Cependant, là encore, ces constats seraient à analyser à la lumière de la distribution des séquences de cultures et de couverts intermédiaires dans les différentes zones climatiques (possible confusion des effets séquences de couverts végétaux et climatiques du fait d'une distribution particulière de ces séquences) ;
- pour le **maïs fourrage**, contrairement au maïs grain, la part de la production permise par l'écosystème agricole est peu variable et de l'ordre de 60 à 70 % avec des niveaux légèrement plus élevés sous les climats 4, 5, 6 (océaniques et méditerranéen altérés) qui répondent légèrement mieux aux besoins du maïs fourrage. Ces résultats sont directement liés à la distribution spatiale du maïs fourrage qui est très concentré dans les zones climatiques océaniques, aux besoins en eau légèrement moindres du maïs fourrage relativement au maïs grain du fait d'un cycle de végétation plus court. Aucun autre effet majeur n'a été identifié pour cette culture ;

- pour la **betterave**, la part de la production permise par l'écosystème agricole est peu variable en fonction du climat du fait, entres autres, de sa forte concentration dans la zone nord de la France. Elle se situe entre 35 et 40 %. Considérant les zones climatiques dans lesquelles elle est principalement cultivée, il semble que, comme pour le colza, le principal déterminant de ce niveau de résultat soit le niveau de fourniture en azote par l'écosystème agricole. Aucun autre effet majeur n'a été identifié pour cette culture.

**A l'échelle de la rotation**, la part de la production permise par l'écosystème agricole est de l'ordre de 50 % dans les climats 1 à 4, de 55 à 60 % dans les climats 5 à 7 et plus de 65 % dans le climat 8 (Figures 10-1-33). Par construction ces résultats sont directement liés à la distribution spatiale des différentes cultures et à leur distribution temporelle dans les séquences de culture. La variabilité est beaucoup plus marquée au sein des zones climatiques 4, 6 et 7, zones de production de maïs grain, que dans les autres zones climatiques.

<caption>**Figure 10-1-33.** Distribution spatiale de la part de la production (%) permise par les SE de fourniture en azote et de restitution à l'échelle de la rotation</caption>

Les UPC grisées représentent les UPC dans lesquelles il n'y pas eu de simulation de grandes cultures.

<figure><img src="image_44.png" /></figure>
<figure><img src="image_45.png" /><figcaption>**Figure 10-1-34.** Distribution des résultats d'évaluation de la part de la production permise par les SE de fourniture en azote et de restitution de l'eau par type de climat à l'échelle des UPC</figcaption></figure>

D'un point de vue méthodologique, il est important de noter que, **dans l'ensemble, ces résultats doivent être sous-estimés.** En effet, comme indiqué et discuté dans l'annexe 8-A, les simulations sans intrants conduisent à une sous-estimation graduelle du potentiel de SE de fourniture en azote au fur et à mesure des années de simulation et donc à une sous-estimation du niveau potentiel de ce SE considérant l'état initial retenu dans le plan de simulation en terme de taux et qualité (rapport C/N) de matière organique dans le sol. Aussi, par construction, le ratio de rendements simulés sans intrants et avec intrants tend à diminuer au fil des années de simulation. Les options de plan de simulation discutées dans l'annexe 8-A pourraient permettre de résoudre ce biais de calcul.

### 10.1.2.3. Perspectives de recherche

Deux grands types de perspectives de recherche peuvent être identifiées ici : à court terme dans la continuité des travaux et à moyen et long terme pour développer ceux-ci.

**A court terme**, il est nécessaire de consolider les résultats sur la part de la production agricole permise par les SE de fourniture en azote et de restitution de l'eau. Ainsi, il serait nécessaire de :

- développer des analyses statistiques (multivariée, de variance et régression multiples) sur les relations entre part de la production permise par l'écosystème, déterminants biophysiques et facteurs exogènes. L'enjeu ici est d'essayer de « détricoter » les effets et les interactions entre [type de sol x type de climat x type de séquences x pratiques agricoles] afin de clarifier la nature des relations dominantes.

- analyser la dynamique de l'état organique des sols dans les simulations sans et avec intrant et leurs effets sur les niveaux de rendement permis par les SE de fourniture en azote et de l'eau afin d'analyser les effets relatifs de ces dynamiques sur l'évaluation de la part de la production permise par l'écosystème,

- analyser l'effet des légumineuses dans les séquences de culture qui en comporte voire réaliser de nouvelles simulations intégrant plus de légumineuses pour évaluer leurs effets sur les résultats,

- analyser plus finement les effets des couverts intermédiaires sur la dynamique des SE de fourniture en azote et de l'eau dans les deux jeux de simulation (sans et avec intrants)

- analyser les interactions entre les SE liés aux cycles du carbone, de l'azote et de l'eau pour identifier les antagonismes existant en fonction des situations de production et identifier des configurations d'écosystèmes agricoles et des pratiques exogènes permettant de les réduire voire de lever ces antagonismes et de favoriser les synergies entre SE,

- analyser les cas particuliers d'années de simulation pour lesquels les rendements sans intrant sont supérieurs à ceux avec intrant afin d'en expliquer le comportement,

-...

**A moyen et long terme**, il serait nécessaire d'étendre l'analyse à des systèmes alternatifs basés sur une biodiversité planifiée dans le temps et l'espace plus importante et de prendre en compte les régulations
biologiques et les pratiques phytosanitaires. Pour cela, il sera nécessaire de développer des
modèles permettant de simuler :

- les interactions entre espèces/variétés au sein de l'espace cultivée voire au sein de la parcelle (ex. interaction entre espèces annuelles et formations ligneuses) concernant la compétition pour la lumière, les nutriments et l'eau et leurs effets sur le cycle du carbone,

- les effets de techniques de non labour, seules ou combinées avec des pratiques de couverture du sol et de diversification des rotations, sur les cycles du carbone, de l'azote et l'eau,

- les dynamiques des bioagresseurs, des régulations biologiques et des dommages et l'effet des phytosanitaires sur ceux-ci considérant la biodiversité planifiée dans la parcelle et la matrice paysagère.

10.1.3. Evaluation économique de la part de la production végétale permise par les SE de fourniture en azote et de restitution d'eau aux plantes cultivées

10.1.3.1. Stratégie d'évaluation retenue

L'évaluation économique de la valeur de la part de la production permise par les SE de fourniture en azote et de stockage et restitution d'eau aux plantes cultivées est basée sur la logique générale suivante :

Valeur économique annuelle par culture = part moyenne de la production permise par les SE x niveau moyen de rendement sur les années 2010-2012 x surface moyenne sur les années 2010-2012 x prix moyen sur les années 2010-2012.

Aussi, l'évaluation économique a été réalisée en cinq grandes étapes :

(i) estimation d'un niveau moyen de part de la production permise par les SE par culture et par unité pédoclimatique via une procédure de changement d'échelle prenant en compte le poids relatif des simulations dans l'UPC (correspond aux résultats présentés dans la section précédente).

(ii) estimation des surfaces et des rendements moyens sur la période 2010 à 2012 par culture par UPC sur la base des surfaces des RPG annuels et des rendements annuels départementaux AGRESTE (utilisés pour estimer le niveau de production totale en section 10.1.2.2).

(iii) estimation du prix moyen par culture. Pour chaque culture considérée, les prix ont été estimés par calcul du prix moyen sur les trois années 2010, 2011, 2012 à partir de la base de données FAOSTAT (comme pour l'évaluation économique du SE de pollinisation des espèces cultivées). Les surfaces de blé dur ont été assimilées à des surfaces de blé tendre en terme de ratio de production permise par les SE (Cf Annexe 8-A) et de prix (pas de distinction entre différents types de blé dans la base FAOSTAT). La valeur économique du maïs fourrage a été estimée en relatif du maïs grain via l'utilisation d'un coefficient d'un demi (0,5)<fnref n="9" /> pour traduire les niveaux moyens de rendement exprimés en tonne de matière sèche par hectare (t MS/ha) en équivalent tonne de grain de maïs par ha (t/ha) puis en appliquant le prix (€/t) du maïs grain. Les données sur le prix moyen de la culture de pois n'étant pas disponible dans le référentiel FAO cette culture n'a pas été considérée ci-après. Elle représente en moyenne, sur la période 2010-2012, environ 2% de la surface en grandes cultures et cultures industrielles.

(iv) estimation de la valeur économique de la part de la production permise par les SE par culture par UPC par application de la formule présentée en introduction de cette section.

(v) estimation de la valeur économique de la part de la production permise par les SE par culture pour toutes les surfaces de cette culture en France métropolitaine. Dans cette procédure, pour chaque culture simulée (Cf. tableau ci-dessous) la valeur de la part de la production permise par les SE estimé en étape (iv) est extrapolée, proportionnellement, à l'ensemble de la surface de la culture en France c.-à-d. aux surfaces non comprises dans les UPC simulées. Les surfaces utilisées ici correspondent à la surface totale moyenne sur 2010-2012 France entière par culture (moyenne des surfaces des RPG annuels). La surface totale d'extrapolation

<footnote n="9">⁹ http://www.bretagne.synagri.com/ca1/PJ.nsf/TECHPJPARCLEF/27640/$File/Fiche-Ma%C3%AFs-fourrage-sur-pied-indications%20de%20prix2016-09-08.pdf?OpenElement</footnote>
considérée ici est de 13 214 857 d'ha alors que la surface RPG moyenne de grandes cultures (y c. de cultures industrielles) France entière sur 2010-2012 est de 14 811 520 ha. La surface considérée dans cette évaluation économique correspond donc à plus de 89% de la surface moyenne sur 2010-2012 de grandes cultures en France métropolitaine.

### 10.1.3.2. Analyse des résultats de l'évaluation économique

Les résultats de l'évaluation économique sont présentés dans le tableau 10-1-3. Ils correspondent à un premier ordre de grandeur de la valeur économique de la part de la production permise par les SE de fourniture en azote et de restitution de l'eau pour les surfaces d'écosystèmes agricoles couvertes par les principales grandes cultures en France et la betterave sucrière, et doivent être analysés avec précaution. A l'échelle de la France, ils sont d'autant plus incertains que la surface RPG d'une culture donnée dans les UPC simulées est faible relativement à la surface totale de cette culture en France. En effet, la qualité de l'extrapolation dépend de la représentativité du jeu de données simulées relativement à l'ensemble des surfaces de culture. Ainsi, l'évaluation sur les surfaces totales de maïs fourrage est particulièrement incertaine puisque les surfaces de ces cultures dans les UPC simulées représentent une part minoritaire de la surface totale de celles-ci : 31 % des surfaces totales. Les évaluations pour le maïs grain et le tournesol sont elles aussi à analyser au regard de la représentativité des surfaces simulées (53 % des surfaces totales pour ces deux cultures). Ces faibles représentativités sont liées au fait que ces cultures sont faiblement représentées dans les séquences dominantes (en termes de surface) par UPC qui ont été simulées avec STICS dans EFESE-écosystèmes agricoles.

La valeur annuelle totale (toute culture) de la part moyenne de la production permise par les SE de fourniture en azote et de restitution de l'eau est de l'ordre de 9,8 milliards d'euros pour les 89% des surfaces de grandes cultures et cultures industrielles de France métropolitaine sur la période 2010 à 2012. Elle représente **50 % de la valeur moyenne de la production totale pour les surfaces considérées** (valeur totale de production = 19,6 milliards d'euros).
<caption>**Tableau 10-1-3. Valeurs annuelles moyennes de la part de la production permise par les SE de fourniture en azote et restitution de l'eau à l'échelle de la France entière estimées pour sept cultures**</caption>

La part moyenne de la production permise par les SE de fourniture en azote et de restitution de l'eau est donnée à titre indicatif par type de culture. Voir explication de la procédure de calcul dans la section 10.1.2.1.

Pour chaque culture, la représentativité de la surface prise en compte dans le dispositif de simulation relativement à la surface totale de la culture à l'échelle de la France entière a été calculée en divisant la surface occupée par la culture dans les UPC où elle est simulée par la surface totale de la culture (connue via le Registre parcellaire graphique).

Les données sur le prix moyen de la culture de pois n'étant pas disponible dans le référentiel FAO, cette culture n'a pas été considérée ci-après. Elle représente en moyenne, sur la période 2010-2012, environ 2 % de la surface en grandes cultures et cultures industrielles.

Les valeurs présentées dans ce tableau fournissent des premiers ordres de grandeur qu'il faut analyser au regard des hypothèses et des méthodes d'évaluation mobilisées.

<table><thead><tr><th rowspan="2">Culture :</th><th rowspan="2">Part moyenne de la production permise par les SE azote et eau (%)</th><th rowspan="2">Surface "UPC" de la culture = surface occupée par la culture dans les UPC où elle est simulée (ha ; moyenne 2010-12)</th><th rowspan="2">Prix moyen (€/t ; moyenne 2010-12)</th><th rowspan="2">Valeur de la part moyenne de la production permise par les SE azote et eau (M€/an)</th><th rowspan="2">Surface totale de la culture = surface occupée par la culture à l'échelle France entière (ha ; moyenne 2010-12, extrapolation)</th><th rowspan="2">Valeur moyenne de la part de la production permise par les SE azote et eau à l'échelle de la France métropolitaine (M€/an)</th><th rowspan="2">Valeur totale moyenne de la production agricole à l'échelle de la France métropolitaine (M€/an)</th><th rowspan="2">Représentativité des surfaces prises en compte dans le dispositif de simulation = surface "UPC" / surface totale</th></tr><tr></tr></thead><tbody><tr><td>Betterave sucrière</td><td>34 %</td><td>302 335</td><td>35,4</td><td>315 528 826 €</td><td>437 165</td><td>456 243 505 €</td><td>1 372 906 610 €</td><td>69 %</td></tr><tr><td>Blé</td><td>58 %</td><td>3 958 377</td><td>200,4</td><td>3 240 365 245 €</td><td>6 006 826</td><td>4 917 244 391 €</td><td>8 605 445 592 €</td><td>66 %</td></tr><tr><td>Orge</td><td>58 %</td><td>1 119 855</td><td>179,8</td><td>743 030 998 €</td><td>1 548 366</td><td>1 027 351 262 €</td><td>1 794 341 505 €</td><td>72 %</td></tr><tr><td>Colza</td><td>28 %</td><td>1 083 475</td><td>434,8</td><td>419 021 310 €</td><td>1 590 907</td><td>615 264 964 €</td><td>2 319 538 281 €</td><td>68 %</td></tr><tr><td>Maïs fourrage</td><td>67 %</td><td>385 833</td><td>98,0</td><td>333 436 942 €</td><td>1 264 859</td><td>1 093 092 747 €</td><td>1 588 634 058 €</td><td>31 %</td></tr><tr><td>Maïs grain</td><td>41 %</td><td>867 926</td><td>195,9</td><td>619 542 658 €</td><td>1 643 784</td><td>1 173 364 973 €</td><td>3 128 829 857 €</td><td>53 %</td></tr><tr><td>Tournesol</td><td>68 %</td><td>383 282</td><td>445,1</td><td>285 900 233 €</td><td>722 950</td><td>539 268 350 €</td><td>756 806 852 €</td><td>53 %</td></tr><tr><td>TOTAL</td><td>/</td><td>8 101 082</td><td>/</td><td>5 956 826 211 €</td><td>13 214 857</td><td>9 821 830 191 €</td><td>19 566 502 755 €</td><td>/</td></tr></tbody></table>

Les surfaces de blé dur ont été assimilées à des surfaces de blé tendre en terme de ratio de production permise par les SE et de prix.

Les surfaces d'orge ont été assimilées à des surfaces de blé tendre en terme de ratio de production permise par les SE.

La valeur économique du maïs fourrage a été estimée en relatif du maïs grain *via* l'utilisation d'un coefficient (0,5) pour traduire les niveaux moyens de rendement exprimés en tonne de matière sèche par hectare (t MS/ha) en équivalent tonne de grain de maïs par ha (t/ha), puis en appliquant le prix (€/t) du maïs grain.
# Complément : distributions spatiales des principales cultures en France en 2010

## 1.1. Les cultures céréalières et maïs fourrage

Principale culture pratiquée en France, le blé occupe 18,2% en 2010, soit presque 5 Mha. Le blé se cultive dans toutes les régions françaises, mais c'est dans les régions céréalières du nord de la France qu'il prédomine en occupant plus de 40% de la SAU (Figure ).

<figure><img src="image_46.png" /><figcaption>Figure 1 - Part des surfaces en céréales et maïs fourrage dans la SAU par région agricole en 2010 - Source : Recensement Agricole</figcaption></figure>

Les surfaces en blé dur sont beaucoup plus restreintes et atteignent 506 000 ha, soit 1.8% de la SAU en 2010. Elles sont également beaucoup plus localisées, principalement dans deux zones en France (Provence et Midi-Pyrénées d'une part et d'autre part dans une partie du bassin parisien, notamment le sud de la Beauce). Une troisième implantation se développe depuis les années 2000 en Vendée et Charente-Maritime.

En 2010, l'orge et l'escourgeon, figurent au 4ème rang des cultures françaises, derrière le blé, les prairies temporaires et le maïs grain et occupent près de 1,5 Mha, soit 5.8% de la SAU française. L'orge d'hiver représente les 2/3 des surfaces en orge. Cette culture est présente dans toute la France, mais on peut remarquer que les surfaces en orge d'hiver sont surtout concentrées (entre 10 et 21% de la SAU) le long d'un croissant allant des plateaux du Barrois et de Langres au nord-est jusqu'à la Champagne berrichonne du centre de la France. L'orge de printemps est également répartie sur une grande partie du territoire français mais n'est vraiment très présent (> à 10%) que dans quelques régions agricoles où s'est développée une filière d'orge brassicole de qualité (Champagne crayeuse et Gâtinais). Il est également très présent (entre 6 et 10% de la SAU) sur les plateaux du Barrois et de Bourgogne, dans le Pays-Haut lorrain et la Beauce.

C'est le maïs grain (et semence) qui est devenu, depuis la fin des années 1980, la principale céréale cultivée en France derrière le blé avec 1.6 Mha et près de 6% de la SAU. Même s'il est présent presque partout en France, sa distribution spatiale est particulièrement contrastée. Il dépasse en effet 40% de la SAU dans les Landes, dans
la Plaine d'Alsace, ainsi que dans les Dombes. Il est bien implanté également en Bretagne, dans la vallée du Rhône, en Sologne mais également en périphérie parisienne et le long de la côte atlantique.

Le maïs fourrage est la deuxième culture fourragère de France avec ses 1.4Mha (environ 5% de la SAU), essentiellement répartis sur le nord de la France le long d'une couronne englobant toutes les régions périphériques du bassin parisien allant de la Bretagne au Jura, en passant par la Normandie, le Nord-Pas-de-Calais, les Ardennes et la Lorraine. Il est donc caractéristique de toutes les régions d'élevage, mais beaucoup plus de celles de l'ouest. En effet, il dépasse 10% et fréquemment 15% de la SAU dans toute la Bretagne et Pays de Loire, tandis qu'il reste inférieur à 10% dans les régions d'élevage de l'est.

Enfin, les autres céréales (avoine, seigle, triticale), également appelées céréales secondaires, représentent environ 500 000 ha en France (1.8% de la SAU). Les surfaces qui se maintiennent aujourd'hui sont liées à la présence de l'élevage qui permet un débouché pour le triticale en autoconsommation (Bretagne, Sologne, Grands Causses, Monts du Forez).

## 1.2. Les cultures dites « industrielles »

Principale plante industrielle cultivée, le colza occupe 1.46 Mha soit 5.4% de la SAU française. Il est présent sur presque tout le territoire, mais particulièrement dans la moitié nord de la France où il occupe plus de 5% de la SAU, à l'exception de la Bretagne, de l'Alsace et du Nord-Pas-de Calais (Figure ). A l'instar de l'orge d'hiver, il est particulièrement présent sur les « petites terres à cailloux » des plateaux du Barrois au Nord-Est en formant un croissant jusqu'à la Champagne berrichonne où il dépasse souvent 15% de la SAU. Mais il est également très présent sur le reste du bassin parisien, notamment en Beauce et sur le Plateau d'Evreux Saint-André.

<figure><img src="image_47.png" /><figcaption>Figure 2 - Part des surfaces en cultures industrielles dans la SAU par région agricole en 2010 - Source : Recensement Agricole</figcaption></figure>

Le tournesol est la deuxième culture industrielle derrière le colza avec ses presque 700 000 ha (2.5% de la SAU). Sa localisation apparaît complémentaire de celle du colza puisqu'il occupe de vastes surfaces en Midi-Pyrénées et en Poitou-Charentes, où il dépasse 10% de la SAU.
Avec ses 400 000 ha (soit 1.4% de la SAU française) en 2010, les surfaces en betterave industrielle varient peu au cours du temps grâce au système de quota dont elle bénéficie. Cette culture est essentiellement inféodée aux plateaux limoneux du nord de la France, ainsi qu'à la Champagne Crayeuse et au Gâtinais, où elle dépasse 10% de la SAU. Mais elle est également présente de manière significative (>5% de la SAU) en Beauce, en Normandie (Plaine de Caen, Pays de Caux) ainsi qu'en Plaine d'Alsace.

Le pois protéagineux n'occupe plus que 240 000 ha en 2010¹⁰, soit 0.8% de la SAU. Sa localisation est essentiellement concentrée sur le bassin parisien (notamment Champagne crayeuse, Beauce et Plaine de Caen), mais quelques implantations secondaires se développent en Poitou-Charentes et en Midi-Pyrénées (Lauragais).

La féverole, arrivée en substitution du pois, tend à se rapprocher du pois protéagineux en termes de surfaces cultivées (autour de 150 000 ha), en particulier en 2010 avec le plan Protéagineux qui lui a permis de doubler ses surfaces (généralement situées autour de 60 à 80 000 ha sur la période 2002-2015). Toutefois, elle reste une culture marginale, même si elle peut être localement assez répandue (> 4% de la SAU), notamment en Brie ainsi qu'en Normandie et en Picardie.

Enfin, le lin textile concerne de faibles surfaces (55 000 ha en 2010), qui sont très localisées car essentiellement implantées le long du littoral de la Manche en Normandie, Picardie et Nord Pas-de-Calais. Mais les surfaces les plus importantes se sont développées en Brie, ainsi que sur les plateaux limoneux de l'Aisne et de l'Oise (> à 4% de la SAU).

## 1.3. Les cultures fourragères et cultures spécialisées

Les prairies temporaires arrivent en deuxième position derrière le blé en termes de surfaces cultivées en France avec 3.2 Mha et près de 12% de la SAU. Elles sont présentes sur tout le territoire mais sont particulièrement développées dans certaines régions d'élevage de l'ouest, le long d'un croissant qui part de la Bretagne et des Pays de Loire et qui se poursuit jusque dans le Limousin, le Ségala et les Grands Causses (Figure ). Dans ces régions, les surfaces en prairies temporaires dépassent 20%, et peuvent atteindre 60% de la SAU.

Les prairies artificielles restent encore à l'heure réparties sur l'ensemble du territoire mais ne représentent plus, en 2010, que 280 000 ha soit 1% de la SAU française. Elles restent encore significativement présentes – entre 6 et 12% de la SAU) en Champagne crayeuse, où elles se maintiennent grâce à la filière de déshydratation de la luzerne pour l'alimentation animale, mais également dans une partie de la Drôme et des Hautes-Alpes (Diois, Baronnies) où elle serait produite par les éleveurs pour être consommée directement par les troupeaux. On la retrouve également, mais de manière plus diffuse, dans certaines régions agricoles du sud et de l'ouest de la France (Tarn, Aveyron, Dordogne).

Les pommes de terre représentent environ 150 000 ha dans la SAU française, soit 0.5% de la SAU en 2010. Les principales régions productrices sont le Nord-Pas-de-Calais et la Picardie, où les surfaces dépassent localement 10% de la SAU (Santerre, région de Lille), mais on en retrouve également des surfaces importantes en Pays de Caux, Champagne crayeuse, Beauce, ainsi que le long du littoral nord de la Bretagne.

Les légumes de plein champ représentent environ 200 000 ha en France en 2010. Ces surfaces se retrouvent essentiellement en Bretagne (côte du Morbihan) et dans le Cotentin, autour de Paris, dans le nord de la France, en Sologne et en Provence. Mais les plus grandes surfaces se trouvent dans les Landes.

Figure 3 - Part des surfaces en cultures fourragères et cultures spécialisées dans la SAU par région agricole en 2010 - Source : Recensement Agricole

<footnote n="10">¹⁰ Les données SAA montrent que les surfaces en pois et féverole présentes en 2010 sont ponctuellement plus élevées (environ x2) cette année-là en raison du plan Barnier de relance des protéagineux. Les valeurs 2010 ne sont donc pas représentatives de la période 2008-2015.</footnote>
<figure><img src="image_48.png" /></figure>

En 2010, les surfaces en vigne occupent près de 800 000 ha, soit près de 3% de la SAU. Leur implantation suit la répartition des grands vignobles français: au nord, Alsace, Champagne, Pays de Loire, Bourgogne et au sud, les plus grandes surfaces, Bordeaux, Côtes du Rhône, Provence et Languedoc-Roussillon, où ces surfaces dépassent 20, voire 40% de la SAU.

Les cultures fruitières représentent des surfaces faibles (environ 190 000 ha) et réparties de manière diffuse sur l'ensemble du territoire. Les régions où ces cultures sont significatives (> à 7% de la SAU) se retrouvent essentiellement le long de la vallée du Rhône, de la vallée du Grésivaudan, du littoral niçois et dans la Plaine du Roussillon, mais on en retrouve également des surfaces importantes dans le Tarn-et-Garonne, le Lot-et-Garonne et la Dordogne ainsi que tout le long du littoral méditerranéen et en Corse. Au nord, c'est autour de l'agglomération parisienne et le long de la vallée de la Loire que les surfaces sont les plus importantes.
## 2. Fertilisation organique et minérale par culture et par région

<figure><img src="image_49.png" /><figcaption>Figure 5 - Part de surface ayant reçu une fertilisation minérale par culture et par région en 2011
(Source : Enquête Pratiques Culturales sur grandes cultures)</figcaption></figure>

<figure><img src="image_50.png" /></figure>
<figure><img src="image_51.png" /><figcaption>Figure7 - Quantité d'azote totale (organique et minérale) moyenne apportée par culture et par région en 2011 (sur les parcelles en ayant reçu) (Source : Enquête Pratiques Culturales sur grandes cultures)</figcaption></figure>

<figure><img src="image_52.png" /></figure>
# 3. Pratiques phytosanitaires en France

## 3.1. Les traitements herbicides

En moyenne nationale, les pourcentages de traitement herbicides ne sont pas très différenciés entre cultures car ils se situent entre 99 et 100% de surfaces traitées (à l'exception du triticale avec 98%). En observant la distribution de ces pratiques de désherbage à la maille régionale, il s'avère que ces pratiques sont beaucoup moins homogènes à l'échelle de la France. Pour toutes les cultures dont l'extension spatiale est suffisamment large, on remarque un gradient nord-sud important : les régions les plus fréquemment traitées sont situées au nord de la France.

<figure><img src="image_53.png" /><figcaption>Figure 8 - Pourcentage de surface ayant reçu un traitement herbicide par culture et par région en 2011
(Source : enquête Pratiques Culturales sur grandes cultures 2011)</figcaption></figure>

En termes de nombre de passages d'herbicides, il y a beaucoup plus de contrastes entre cultures : la betterave est de loin la culture la plus traitée (avec 4.9 passages), suivie de la pomme de terre (3.1), du colza (2.6). Hormis le triticale qui ne reçoit en moyenne qu'1.4 passage, les autres cultures reçoivent en moyenne entre 1.7 et 2.1 passages d'herbicides.
<figure><img src="image_54.png" /><figcaption>Figure 9 - Nombre de passages d'herbicides par culture en France en 2011
(Source : enquête Pratiques Culturales sur grandes cultures 2011)</figcaption></figure>

Au niveau régional, les distributions sont plus nuancées que le simple gradient nord-sud décrit précédemment pour le pourcentage de surface traitée.

<figure><img src="image_55.png" /><figcaption>Figure 10 - Nombre de traitements herbicides par culture et par région en 2011
(Source : enquête Pratiques Culturales sur grandes cultures 2011)</figcaption></figure>
## 3.2. Les traitements fongicides

Les traitements fongicides concernent un peu moins de cultures que les traitements herbicides puisque le maïs n'en reçoit pas, le tournesol très peu (19% des surfaces en France environ) et ces traitements ne sont pas systématiques sur le triticale (82% de surfaces traitées) et le pois (92%). En revanche, il dépasse 96% des surfaces sur toutes les autres cultures.

<figure><img src="image_56.png" /><figcaption>Figure 11 - Pourcentage de surfaces ayant reçu un fongicide par culture en France en 2011
(Source : enquête Pratiques Culturales sur grandes cultures 2011)</figcaption></figure>

En termes de distribution spatiale, on remarque à nouveau un gradient nord-sud marqué : les régions du nord de la France recourent plus régulièrement aux traitements fongicides. Seul le tournesol montre une distribution plus contrastée avec aucune surface traitée en Champagne et Rhône-Alpes. A noter également que le colza est plus traité en Haute-Normandie et Franche-Comté.
<figure><img src="image_57.png" /><figcaption>Figure12 - Pourcentage de surface ayant reçu un traitement fongicide par culture et par région en 2011
(Source : enquête Pratiques Culturales sur grandes cultures 2011)</figcaption></figure>

En termes de nombre de passages, la pomme de terre est de loin la culture la plus traitée avec en moyenne 13.6 passages de fongicides. Viennent ensuite les céréales, le colza, la betterave et le pois avec 2 passages et plus. Le triticale n'en reçoit qu'1.5 en moyenne et le tournesol un (aucun pour le maïs).

<figure><img src="image_58.png" /><figcaption>Figure 13 - Nombre de passages de fongicides par culture en France en 2011
(Source : enquête Pratiques Culturales sur grandes cultures 2011)</figcaption></figure>
<figure><img src="image_59.png" /><figcaption>Figure 14 - Nombre de passages de fongicides par culture et par région en 2011
(Source : enquête Pratiques Culturales sur grandes cultures 2011)</figcaption></figure>

3.3. Les traitements insecticides

<figure><img src="image_60.png" /><figcaption>Figure 15 - Pourcentage de surfaces ayant reçu un insecticide par culture en France en 2011
(Source : enquête Pratiques Culturales sur grandes cultures 2011)</figcaption></figure>
<figure><img src="image_61.png" /><figcaption>Figure 17 - Nombre de passages d'insecticides par culture en France en 2011
(Source : enquête Pratiques Culturales sur grandes cultures 2011)</figcaption></figure>

<figure><img src="image_62.png" /></figure>
<figure><img src="image_63.png" /><figcaption>Figure 18 - Nombre de passages d'insecticides par culture et par région en 2011
(Source : enquête Pratiques Culturales sur grandes cultures 2011)</figcaption></figure>

3.4. Les traitements molluscicides

<figure><img src="image_64.png" /><figcaption>Figure 19 - Pourcentage de surfaces ayant reçu un molluscicide par culture en France en 2011
(Source : enquête Pratiques Culturales sur grandes cultures 2011)</figcaption></figure>
<figure><img src="image_65.png" /><figcaption>Figure 21 - Nombre de passages de molluscicides par culture en France en 2011
(Source : enquête Pratiques Culturales sur grandes cultures 2011)</figcaption></figure>

<figure><img src="image_66.png" /></figure>
<figure><img src="image_67.png" /><figcaption>Figure 22 - Nombre de passages de molluscicides par culture et par région en 2011
(Source : enquête Pratiques Culturales sur grandes cultures 2011)</figcaption></figure>

3.5. Les traitements de régulation de croissance

<figure><img src="image_68.png" /><figcaption>Figure 23 - Pourcentage de surfaces ayant reçu un régulateur de croissance par culture en France en 2011
(Source : enquête Pratiques Culturales sur grandes cultures 2011)</figcaption></figure>
<figure><img src="image_69.png" /><figcaption>Figure 25 - Nombre de passages de régulateurs de croissance par culture en France en 2011
(Source : enquête Pratiques Culturales sur grandes cultures 2011)</figcaption></figure>

<figure><img src="image_70.png" /></figure>
<figure><img src="image_71.png" /><figcaption>Figure 26 - Nombre de passages de régulateurs de croissance par culture et par région en 2011
(Source : enquête Pratiques Culturales sur grandes cultures 2011)</figcaption></figure>
## 10.2. Production de fourrages par les surfaces en herbe

Expert coordinateur : Michel Duru

Contributeur scientifique : Olivier Therond

### 10.2.1. Spécification biophysique

#### 10.2.1.1. Dénomination précise et nature du bien agricole

Les surfaces en herbe utilisées pour la production de fourrages recouvrent une très grande diversité de niveaux d'anthropisation (végétations « naturelles » ou semées), de milieux (plaine, montagne, zones sèches ou humides, zones labourables ou non labourables), de degré de pérennisation (couverts pérennes ou en rotation avec des cultures), de conduites (fauche à une date précoce ou tardive, pâture en flux tendu ou avec report sur pied<fnref n="1" />; présence ou absence de fertilisation, d'irrigation...). Les espèces herbacées peuvent être associées à des espèces ligneuses de manière intentionnelle (pré-vergers, haies, arbres isolés) ou non (parcours, landes). Les parcours peuvent contribuer largement à l'alimentation des troupeaux, en particulier en régions périméditerranéennes où les conditions pédoclimatiques sont peu favorables à la pousse de l'herbe (Guérin et al., 2009).

Les prairies et parcours sont utilisés par une diversité d'herbivores d'élevage (bovins, ovins, caprins, équins), élevés pour le lait, la viande ou la production d'animaux destinés à la reproduction, aux sports ou aux loisirs. Les fourrages issus de ces prairies peuvent constituer la base de l'alimentation pour ces animaux. Ils peuvent être utilisés de manière directe lorsque les animaux sont conduits au pâturage, ou bien de manière indirecte lorsque l'herbe est fauchée, directement apportée aux animaux (affouragement « en vert ») ou conservée sous forme de foin, d'enrubanné ou d'ensilage, puis distribuée aux animaux (le plus souvent en bâtiment). Les prairies et parcours, en particulier dans le cas de végétations spontanées, fournissent également une ressource alimentaire et/ou un habitat à une diversité d'espèces animales (oiseaux, insectes, mammifères) (Sabatier et al., 2014).

Une autre utilisation du fourrage des prairies, consistant à récolter la biomasse en vue de la production d'énergie, soit par combustion, soit par méthanisation, soit par transformation en bio-éthanol se développe actuellement (Melts et al., 2014). Si cette utilisation est encore marginale en France, de nombreux pays de la partie septentrionale de l'Europe (UK, Allemagne, Danemark, Benelux, Pologne...) commencent à promouvoir cette valorisation. Cet usage, s'il est mis en œuvre à surface en herbe constante, entre généralement en compétition directe avec les usages pour l'alimentation des herbivores d'élevage, ou la conservation de la biodiversité. Les prairies à vocation énergétique sont généralement très intensifiées et à très faible richesse floristique et faunistique (Alder, 2013).

<footnote n="1">¹ Exploitation de l'herbe tardive à un moment où la croissance est très faible ou nulle, par exemple pousse de printemps utilisée en été, ou d'automne utilisée en hiver.</footnote>
Différentes catégories de surfaces en herbe sont différenciées dans les statistiques agricoles françaises (surface en ha, Agreste<fnref n="2" />):

- Surfaces toujours en herbe (STH) peu productives (présence de ligneux sur moins de 10 % de la surface) : parcours, landes, alpages (2 478 000 ha)

- STH productive : Prairies naturelles ou semées depuis plus de 6 ans assimilées à des prairies permanentes (6 881 000 ha)

- Prairies temporaires de graminées ou graminées et légumineuses (moins de 6 ans) : (3 089 000 ha)

- Prairies artificielles (légumineuses, typiquement la luzerne) : (227 000 ha)

Si les STH peu productives représentent un peu plus de 20% des surfaces de prairies, elles ne contribuent qu'à moins de 5% des ressources fourragères provenant des surfaces en herbe (Devun et Legarto, 2011). Leur surface a régressé d'environ 10% entre 1998 et 2008 (voir tableau 10-2-1).

Au cours de la même période, la STH productive a peu évolué, alors que la surface en prairies temporaires a significativement augmentée.

Si les prairies temporaires occupent une surface trois fois plus faible que les STH productives, elles sont plus productives que ces dernières relativement à leur superficie : elles produisent environ autant de ressources fourragères que la moitié des ressources issues des STH productives (voir tableau 10-2-2).

La surface en prairies artificielles a diminué d'un peu plus de 10% entre les périodes 1996-2000 et 2006-2009 (Tableau 10-2-1).

<caption>**Tableau 10-2-1.** Evolution des surfaces fourragères en France (Devun et Legarto, 2011)</caption>

Source : Agreste ; métropole

La diminution des surfaces fourragères pluriannuelles a été plus faible que celle des surfaces en fourrages annuels

<table><thead><tr><th rowspan="2">Type de fourrage</th><th colspan="3">Moyennes annuelles par période (1 000 ha)</th><th colspan="2">Année 2006*</th></tr><tr><th>1996 à 2000</th><th>2001 à 2005</th><th>2006 à 2009</th><th>(1 000 ha)</th><th>(%)</th></tr></thead><tbody><tr><td>STH peu productive</td><td>2 846</td><td>2 560</td><td>2 521</td><td>2 524</td><td>17,1</td></tr><tr><td>STH productive</td><td>7 484</td><td>7 482</td><td>7 420</td><td>7 400</td><td></td></tr><tr><td>Prairies temporaires</td><td>2 558</td><td>2 651</td><td>2 784</td><td>2 743</td><td>71,4</td></tr><tr><td>Prairies artificielles</td><td>407</td><td>380</td><td>367</td><td>372</td><td></td></tr><tr><td><strong>Total surfaces prairies pluriannuelles</strong></td><td><strong>13 295</strong></td><td><strong>13 073</strong></td><td><strong>13 092</strong></td><td><strong>13 039</strong></td><td></td></tr><tr><td>Fourrages annuels (dont maïs fourrage)</td><td>1 772 (1 453)</td><td>1 750 (1 450)</td><td>1 656 (1 388)</td><td>1 644 (1 370)</td><td>11,2</td></tr><tr><td>Racines, tubercules fourragers, choux</td><td>54</td><td>44</td><td>40</td><td>41</td><td>&lt; 0,5</td></tr><tr><td><strong>Total surfaces fourragères</strong></td><td><strong>15 121</strong></td><td><strong>14 867</strong></td><td><strong>14 788</strong></td><td><strong>14 724</strong></td><td><strong>100</strong></td></tr></tbody></table>

<caption>**Tableau 10-2-2.** Evolution des ressources fourragères en France (Devun et Legarto, 2011)</caption>

(1000 t MS et % ; source : Agreste ; métropole)

Lors de la décennie passée, la STH contribue à produire, de façon relativement stable, la moitié de la production fourragère française. La part des prairies temporaires augmente au détriment de celle des fourrages annuels.

<table><thead><tr><th rowspan="2">Type de fourrages</th><th colspan="3">Production moyenne annuelle de fourrages par période</th><th colspan="2">Année 2006</th></tr><tr><th>1996 à 2000</th><th>2001 à 2005</th><th>2006 à 2009</th><th>(1 000 t MS)</th><th>(%)</th></tr></thead><tbody><tr><td>STH peu productive</td><td>3 413 (4%)</td><td>3 048 (4%)</td><td>3 240 (4%)</td><td>3 190 (3,5%)</td><td></td></tr><tr><td>STH productive</td><td>41 533 (47%)</td><td>37 360 (45%)</td><td>44 192 (48%)</td><td>43 843 (45%)</td><td></td></tr><tr><td>Prairies temporaires</td><td>19 344 (22%)</td><td>18 077 (22%)</td><td>23 623 (26%)</td><td>21 289 (24%)</td><td></td></tr><tr><td>Fourrages annuels<br>(dont maïs fourrage)</td><td>19 303 (22%)<br>(17 343) (20%)</td><td>19 185 (23%)<br>(17 457) (21%)</td><td>18 714 (20%)<br>(17 368) (19%)</td><td>17 968 (20%)<br>(16 477) (18%)</td><td></td></tr><tr><td><strong>Totalité des fourrages produits</strong></td><td><strong>87 872</strong> (100%)</td><td><strong>82 526</strong> (100%)</td><td><strong>92 202</strong> (100%)</td><td><strong>89 935</strong> (100%)</td><td></td></tr></tbody></table>

<footnote>* Année où l'enquête sur les pratiques culturales a été réalisée (Agreste, 2010) et dont les résultats ont servi aux estimations des modes de récolte présentés dans le tableau 4.</footnote>

<footnote n="2">² http://agreste.agriculture.gouv.fr/donnees-de-synthese/statistique-agricole-annuelle-saa/</footnote>

<footnote>Notons qu'il peut y avoir un écart entre la réalité et les déclarations. A titre d'exemples : a) des prairies permanentes (PP) déclarées en prairies temporaires dans les déclarations PAC pour éviter de se voir interdire de les retourner (Faïq et al., 2013), b) des jachères de longue durée que l'administration conseille de classer en PP (pour permettre que la France respecte son engagement de maintien des surfaces en PP), c) le concept de « peu productif » est flou et la classification administrative peut ne pas correspondre à la réalité agronomique (Plantureux et al., 2012).</footnote>
En moyenne sur les années 2006 à 2009, les prairies pluriannuelles représentent 88% des surfaces fourragères totales et produisent 78% de la production fourragère française en tonne de matière sèche. Le complément provient essentiellement du maïs fourrage (9% de la surface fourragère et 19% à la ressource fourragère, Tableaux 10-2-1 et 10-2-2).

La part relative des surfaces de ces différentes catégories a fortement évolué au court des 30 dernières années (CF. chapitre 5). Cette classification a connu de nombreux changements depuis plus d'un siècle (début de la statistique agricole). Il s'agit d'une classification administrative utile à la réalisation d'enquêtes et de recensements, mais qui n'est pas obligatoirement celle utilisée par le gestionnaire de l'écosystème agricole, par l'agronome ou encore l'écologue lorsqu'ils abordent l'objet prairie dans leurs travaux de recherche (Plantureux et al., 2012).

Considérant les enjeux d'EFESE-écosystèmes agricoles, la classification des surfaces en herbe peut également être basée sur le niveau d'utilisation des intrants et donc sur la part de la production de fourrage permise par les intrants exogènes à l'écosystème relativement à celle permise par les services écosystémiques de régulation (cf. section 3.1). Complémentairement à l'indicateur du niveau des intrants, la part de légumineuses dans la végétation prairiale est un déterminant biophysique clef du niveau de fourniture du SE « fourniture en azote assimilable par les plantes cultivées » (Cf. section 8.8). Considérant ces deux clefs de classification, il est alors possible de distinguer quatre types de prairies : (i) les parcours et prairies (semi)naturelles non fertilisés (type 1), (ii) les prairies de légumineuses semées (non fertilisée, type 2), (iii) les prairies associant graminées et légumineuses (type 3) et (iv) les prairies permanentes ou temporaires intensifiées sans ou avec très peu de légumineuses (type 4). Cette classification est utilisée ci-après pour caractériser les différents types de surfaces en herbe en France.

Une présentation de ces quatre types de prairies, visant à décrire à grands traits les caractéristiques spécifiques de chacun, notamment en termes de modes de gestion, est réalisée dans la suite de cette section. Une description plus fine et quantifiée des pratiques agricoles mises en œuvre sur ces surfaces nécessiterait un travail de compilation de données qui n'a pas été réalisé dans le cadre de ce travail.

Les parcours et prairies (semi)naturelles non fertilisés (type 1) constituent des ressources fourragères bon marché car elles sont le plus souvent exploitées sans utiliser aucun intrant de synthèse. Notons qu'elles font souvent l'objet de contraintes ou de préconisations en termes d'utilisation car elles représentent d'importants enjeux en termes de protection de l'environnement et de biodiversité (zones humides, parcours en milieux secs, pâturage d'altitude...) (Tichit et al., 2012). Elles ne permettent généralement d'alimenter un troupeau que sur une partie de l'année, la période de pâturage n'étant pas forcément en adéquation avec la période de croissance de l'herbe. Ces types de surfaces fournissent presque exclusivement des fourrages pâturés. Néanmoins, elles sont parfois fauchées comme c'est le cas de prairies humides de fond de vallée, principalement en zone de coteaux.

Là où les conditions climatiques sont favorables à la pousse de l'herbe, une surface donnée peut être pâturée plusieurs fois dans l'année, en respectant des temps de repousse de l'herbe entre passages. Dans ces situations, le potentiel de production de fourrage peut être utilisé dans sa quasi-totalité. Lorsque les conditions climatiques sont moins favorables (ex. montagne au-delà de 1000 m d'altitude, zones sèches), il est fréquent que les troupeaux pâturent de l'herbe ou des feuillages sur pied (durant ou après la pousse) à l'occasion d'un seul passage annuel ; dans ce cas, l'utilisation de la biomasse végétale disponible est très incomplète. Dans ces milieux, l'efficience d'utilisation de la biomasse disponible dépend également de la capacité des troupeaux à valoriser les végétations spontanées, elle-même fixée par des règles de conduite mises en œuvre par l'éleveur. Le rôle de ces modes de conduite du pâturage dans l'optimisation de l'utilisation de la biomasse végétale est particulièrement important pour les surfaces hétérogènes de grande dimension (ex. estive, parcours) où les animaux sont susceptibles de ne pas fréquenter certain(e)s secteurs/végétations et d'en sur-fréquenter d'autres (Guérin et al., 2009).

En outre, ces végétations incluent parfois des espèces d'intérêt pour la santé des animaux (ex. légumineuses riches en tanins à effet anti-helminthique), ou pour la valorisation des produits animaux (plantes riches en composés secondaires conférant une spécificité quant à la « valeur aromatique des produits animaux) (Cf. section 10.3).

Ces prairies et parcours sont le plus souvent gérés de manière individuelle mais peuvent l'être par des collectifs ; c'est notamment le cas des estives en montagne (CF. travaux sur les écosystèmes de montagne). Une part non négligeable de ces surfaces est engagée dans des contrats de type « Mesure Agro-
Environnementale » qui encadrent les usages. Des règles et contraintes à l'utilisation peuvent également exister dans le cadre de conventions de pâturage établies entre usagers agricoles et propriétaires de surfaces de parcours<fnref n="3" />. Les surfaces en herbe de haute montagne (altitude supérieure à 1500 mètres ne sont pas dans le champ de l'étude EFESE-écosystèmes agricoles).

Dans les prairies de type 1, par définition et étant donnée la manière dont ces surfaces sont exploitées par l'agriculture, le niveau de production de fourrage ne dépend pas des intrants de synthèse ; il est donc a priori déterminé uniquement par les services de régulation de l'eau et des nutriments.

Les prairies de légumineuses semées (type 2) constituent des ressources fourragères riches en protéines produites sans ou avec peu d'intrants de synthèse (ex. engrais phosphorés et potassiques ; éventuellement insecticide sur luzerne). Dans la nomenclature statistique, ces surfaces correspondent à des prairies artificielles de légumineuses comme la luzerne et le sainfoin, semées en culture pure. La plupart des autres légumineuses (ex. trèfle violet) sont le plus souvent utilisées en association avec des graminées (voir type 3). La production est soit utilisée en autoconsommation dans des exploitations d'élevage (luzerne et sainfoin), et constitue alors le plus souvent une ressource parmi d'autres, soit réalisée dans des exploitations de grande culture et alors commercialisée (ex. Luzerne en Champagne).

Ces prairies (type 2) sont le plus souvent fauchées ou ensilées ; elles peuvent néanmoins être pâturées moyennant certaines précautions pour éviter le phénomène de météorisation<fnref n="4" />. Compte tenu de la forte teneur en protéine, la déshydratation de la biomasse peut être économiquement rentable et donc le transport et la commercialisation facilités.

Dans ces prairies de type 2, le niveau de production de fourrage ne dépend pas ou très peu des intrants de synthèse ; il est donc a priori essentiellement déterminé par les services de régulation de l'eau et de nutriments.

Les prairies associant graminées et légumineuses (type 3) sont des prairies le plus souvent semées, mais pas exclusivement. Il peut également s'agir de prairies permanentes moyennement intensifiées (pour celles d'entre elles ayant au moins 20% de légumineuses, figure 10-2-1), recevant peu de fertilisation minérale et ou organique, et, dans la très grande majorité, pas de pesticides (contrairement aux luzernières des grandes zones de production).

Ces prairies (type 3) sont exploitées en fauche (ensilage), en pâturage ou de manière combinée. Les couverts emblématiques de ce type 3 sont l'association ray-grass anglais-trèfle blanc dans le grand Ouest (le plus souvent pâturé) et les associations « luzerne-dactyle », « luzerne-fétuque élevée » ou encore « ray-grass-trèfle violet » (le plus souvent récolté mécaniquement au premier cycle) dans les zones plus sèches ou continentales (Lüscher et al., 2014). La production est le plus souvent utilisée en autoconsommation dans des exploitations d'élevage. Ces prairies fournissent des ressources fourragères équilibrées (protéine/énergie) produites avec peu d'intrants de synthèse (apports uniquement organiques ou modérés en engrais de synthèse) (Peyraud et Delagarde, 2013).

<figure><img src="image_72.png" /><figcaption>Figure 10-2-1. Proportion de légumineuses dans les prairies permanentes (base de données FLORAsys<fnref n="5" />)</figcaption></figure>

<footnote n="3">³ www.parcsnationaux.fr/content/download/9837/90221/file/plaquette_estives.pdf</footnote>

<footnote n="4">⁴ Gonflement de l'abdomen par accumulation anormale des gaz de fermentation des aliments, notamment le méthane, dans la panse.</footnote>

<footnote n="5">⁵ http://eflorasys.univ-lorraine.fr</footnote>