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La méthanisation agricole

La production de biogaz contribue aux objectifs de transition et autonomie énergétique, au développement des énergies renouvelables, à la réduction des émissions de gaz à effet de serre et au développement d’une économie circulaire. Plus des 90% des ressources mobilisées pour cette production sont d’origine agricole. Mais le développement de cette filière fait l'objet de débats. Certains mettent en avant les risques pour l’environnement et de développement/soutien d’un modèle agricole industriel intensif alors que d’autres parlent d’une opportunité pour l’agroécologie et l’atténuation voire l’adaptation au changement climatique.

MAELIA permet d’explorer les différentes alternatives pour le développement de la méthanisation agricole. Elle simule la dynamique des cycles de l’eau, de l’azote et du carbone des systèmes agricoles avec ou sans apport de digestat, le fonctionnement des exploitations agricoles (travail et économie), les transports de biomasse (vertes et digestats), le fonctionnement du méthaniseur (stockage, productions de biogaz et digestats, émissions).

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Le LAE-COLMAR, en collaboration avec le Réseau des Chambres d’Agriculture Grand-Est, explore ainsi les performances environnementales, économiques et sociales de différentes alternatives de projets de méthanisation agricole portés par des agriculteurs des Vosges et de la Meuse mais aussi par la coopérative EMC2. En collaboration avec GRDF et les UMR FARE, ECOSYS et OPAALE, le LAE-Colmar pilote le projet LEGUMETHA qui vise à évaluer, avec MAELIA, en quoi il serait possible de promouvoir l’introduction des légumineuses fourragères via le développement de la méthanisation afin de fortement augmenter l’autonomie azotée des exploitations agricoles en France.

Le LAE-COLMAR montre ainsi en quoi l’agroécologisation des systèmes de culture liée à la méthanisation permet d’améliorer significativement le bouclage des cycles des nutriments, le stockage du carbone dans les sols et la réduction des émissions de GES, mais aussi les risques associés tels que les émissions d’ammoniaque ou encore l’augmentation de la circulation des camions sur les voies routières reliant parcelles agricoles et méthaniseur.

La gestion territoriale de l'eau verte et bleue

L’eau est un bien commun dont les multiples usages peuvent être, et sont de plus en plus, en compétition et, par conséquent, objets de conflits. Le modèle de gestion de l’eau en France promeut la concertation et la planification à l’échelle territoriale (ex. via les projets de territoire pour la gestion de l'eau). Il est alors nécessaire d’estimer les potentiels effets de différents modes de gestion des ressources en eau et des multiples usages. Dans les territoires agricoles, cela nécessite de prendre en compte les différents systèmes agricoles en place et leur besoin en eau au fil des jours, saisons et années.

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MAELIA explore une large gamme de scénarios de systèmes agricoles et de modes de gestion des ressources en eau en interaction avec l’hydrologie, à l’échelle du bassin versant, sous climats passés et futurs. MAELIA a été utilisée pour explorer les effets seuls ou combinés de changements de pratiques d’irrigation, de période de semis et de variétés, de rotations de cultures, de couverture des sols en hiver (couverts intermédiaires), de modes de gestion des barrages, de création et suppression de retenus collinaires et de substitution. MAELIA décrit finement ces changements dans les différents composantes du territoire : agricole, hydrologique, gestion des ressources et des restrictions d’usages.

En collaboration avec l’Agence de l’Eau Adour-Garonne, le LAE-COLMAR et l’UMR AGIR, ont exploré les effets des couverts intermédiaires courts et longs, combinés avec des rotations diversifiées sur les flux d’eau verte (évapotranspiration), la production agricole et sur les flux d’eau bleue vers les hydrosystèmes. D’autres travaux, en collaboration avec l’UMR FARE, concernent les effets des systèmes agroforestiers. Il est ainsi possible d’estimer le risque, dans un territoire donné, d’amplifier les déficits en eau bleue si l’on couvre les sols favorisant l’évapotranspiration en hiver. Dans le sud-Ouest, d’autres travaux analysent les effets cumulés des retenues collinaires, la possibilité de repenser la nature et la gestion des retenues dans un bassin versant, par exemple en supprimant des retenues collinaires existantes et créer des retenues de substitution (bassines).

La gestion territoriale des matières organiques

De nombreuses ressources organiques existent dans les territoires : boues de station d’épuration, déchets verts, biodéchets, digestats, composts, effluents d’élevage. La restitution au sol de ces produits résiduaires organiques peut permettre de fortement améliorer l’état organique et donc la qualité physique, chimique et biologique des sols. Cependant, la bonne gestion de ces ressources nécessite de pouvoir estimer où et quand il est le plus opportun de rapporter au sol chacun de ces PRO considérant, leurs caractéristiques propres et celles des situations de production agricole (pédoclimat, rotation, itinéraire technique).

MAELIA explore différents scénarios d’allocation spatiale de ces produits résiduaires organiques et évalue les performances associées en termes de cycles de l’azote et du carbone, de productions agricoles, de réduction de l’usage des engrais minéraux et de bilan des émissions de GES.

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Le LAE-Colmar, en collaboration avec l’UMR ECOSYS et la Chambre Régionale du Grand-Est a piloté une étude, financée par l’ADEME, pour étudier sur deux territoires, Plaine de Versailles et Plaine d’Alsace des scénarios d’utilisation de ces produits résiduaires organiques et estimer dans quelle mesure il est possible de substituer les engrais minéraux par ces matières organiques et d’améliorer les performances et le bilan GES des systèmes agricoles.

Interactions vertueuses entre agroécologie et bioéconomie

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La transition agroécologique est au cœur de l’agenda de la recherche agronomique pour répondre aux enjeux de durabilité de production et de réduction des impacts des systèmes agricoles. Parallèlement, le développement rapide d’activités de valorisation non-alimentaires des biomasses, soutenant la transition bioéconomique et énergétique vers des sociétés « biosourcées » peut avoir des conséquences importantes sur les systèmes agricoles et l’environnement. Cette dynamique offre de nouvelles opportunités de production et donc de diversification, de nouvelles sources d’intrants (biointrants) et peut donc être support du déploiement de systèmes agroécologiques. Cependant, elle peut aussi générer de nouvelles pressions sur les ressources naturelles via l’intensification de l’utilisation des sols et ainsi conduire à une augmentation des impacts négatifs des activités agricoles.

MAELIA évalue les performances et la résilience de ces transformations des systèmes agricoles. Elle prend en compte les caractéristiques des innovations qui émergent des interactions entre agroécologie et bioéconomie, de l’échelle de la parcelle au territoire. L’objectif est d’évaluer dans quelle mesure ces innovations permettent de concilier les objectifs de productions alimentaires, productions non-alimentaires (bioénergie, biomatériaux et biomolécules), de préservation des ressources naturelles et d’atténuation et adaptation au changement climatique, considérant les conditions spécifiques et les enjeux de chaque territoire.

Le LAE-Colmar pilote un axe de recherche dédié à la caractérisation, la modélisation et l’évaluation des interactions entre agroécologie et bioéconomie. Il a piloté le projet BESTS, financé par l’ADEME, qui visait à modéliser et évaluer des scénarios de réorganisation territoriale des filières de production, transformations et recyclage des biomasses en plaine d’Alsace. Il collabore avec l’ANDRA, sur le site de l’Observatoire Permanent de l’Environnement, pour concevoir et évaluer des scénarios de déploiement combiné de l’agroécologie et la bioéconomie (méthanisation). Le LAE-Colmar coordonne le projet SLAM-B, du PEPR FairCarboN, qui vise à faire de MAELIA un outil pour accompagner les acteurs des territoires dans la conception de systèmes de bioéconomie territorialisés, fondés sur l’agroécologie et l’économie circulaire (green circular bioeconomy). Ce projet s’appuie sur 7 living labs très contrastés, 4 en métropole, un sur l’île de la Réunion, un en Guadeloupe et un au Sénégal dans lesquels la démarche d’accompagnement sera testée en condition réelle.

Atténuation et adaptation aux changements climatiques

L’agriculture doit à la fois s’adapter au changement climatique et participer à l’effort national pour atteindre la neutralité carbone en 20250 via le stockage du carbone dans les sols et la réduction de ses émissions de GES. La question se pose alors d’identifier la forme des systèmes agricoles qui répondrait au mieux à ces deux objectifs. MAELIA explore une large gamme de stratégies d’atténuation et d’adaptation pour différents systèmes agricoles inscrits dans les territoires.

LAE-COLMAR, en collaboration avec le réseau des Chambres d’Agriculture du Grand-Est et la start-up MAELAB, conduit une étude prospective originale, financée par la Région Gand-Est et l’ADEME, pour évaluer les capacités des systèmes agricoles en région Grand-Est en termes d’atténuation du changement climatique et d’adaptation. Il s’agit d’évaluer dans quelle mesure il est possible de développer une agriculture bas carbone et résiliente au changement climatique. Pour cela, dans trois territoires contrastés du Grand-Est, des stratégies d’atténuation et d’adaptation des systèmes agricoles sont conçues en interaction avec les acteurs et évaluées via MAELIA. Les connaissances produites accompagneront les changements de pratiques des parties prenantes (agriculteurs, organisations agricoles, filières) en leur donnant à voir les impacts environnementaux, économiques et sociaux de modifications de systèmes liés aux changements climatiques actuels et futurs.

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