Présentation

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questions

MAELIA vise à répondre à ces questions posées par l'essor de la bioéconomie territoriale et l'agroécologie dans un contexte de perturbations climatiques et socio-économiques.

Objectifs

MAELIA est une plateforme, multi-agent, de modélisation et évaluation intégrées des territoires agricoles et systèmes de bioéconomie territoriale. Elle permet de mobiliser l’intelligence artificielle et la science des données pour accompagner les acteurs à planifier les transitions agroécologiques et bioéconomiques adaptées aux spécificités de chaque territoire et aux changements climatiques. Au fil du temps, elle opère comme une plateforme d’intégration des connaissances génériques sur les socio-agro-écosystèmes d’une très large gamme de disciplines d’une part, et des connaissances locales des acteurs des cas d’étude d’autre part. Elle est utilisée pour évaluer l'impact de scénarios de bioéconomie et d'agroécologie à l'échelle territoriale.

maelia

 

MAELIA en bref

MAELIA est actuellement une des très rares plateformes de modélisation permettant de simuler finement la dynamique spatiotemporelle des systèmes de production et filières de transformation et recyclage des biomasses agricoles dans un territoire. Alors que les autres plateformes équivalentes ont été développées, par des géographes ou des économistes, et représentent l’espace agricole de manière très grossière, MAELIA offre la possibilité de représenter et simuler, au pas de temps journalier, les effets des caractéristiques biophysiques et socio-techniques des multiples situations de production (pédoclimats, séquences et conduites des cultures) et des filières de transformation et recyclage des biomasses agricoles sur les ressources en eau et les cycles biogéochimiques au sein des territoires.  

Basée sur un système multi-agent spatialisé, MAELIA permet de représenter le fonctionnement spécifique de chaque parcelle, exploitation, unité de transformation de biomasse (ex. méthaniseur), ressource en eau (ex. retenues collinaire, cours d’eau) compris dans le territoire de quelques exploitations ou des espaces de plusieurs milliers de km2 (ex. bassin versant, intercommunalité, parc naturel régional). Pour cela, MAELIA représente et simule le comportement dynamique d’agents agriculteurs (choix d’assolement, conduite des cultures), gestionnaires d’infrastructures (ex. méthaniseur, barrage, unité de transformation de biomasse) et les effets de leurs actions sur les cycles de l’eau, de l’azote et du carbone dans les parcelles, la croissance des cultures et couverts végétaux, les performances socio-économiques des exploitations, les flux de biomasses entre les unités de transformation et recyclage et l’hydrologie des différentes ressources en eau (cours d’eau, nappe, retenues, barrages) dans le bassin versant... De ce fait, elle permet d’évaluer pour une large gamme de scénarios le niveau et la résilience d’un large panel de performances environnementales et socio-économiques des exploitations et des filières considérant différents scénarios de changements de systèmes de culture, de filières de transformation et recyclage des biomasses et de modes de gestion des ressources en eau, sous changement climatique.

 

bioeco

 

Objets d'étude

Les capacités de modélisation et d’évaluation de MAELIA ont été développées au fil de projets de recherche afin de lui permettre de traiter la gamme des grands enjeux et leviers de durabilité propres aux territoires agricoles. Les grandes fonctionnalités de MAELIA et grands types de résultats et partenariats associés sont décrits ci-après par grand enjeux ou levier de durabilité.

sujets

Gestion territoriale de l'eau

MAELIA est une des très rares plateformes qui représentent finement la dynamique spatiotemporelle et les interactions entre les quatre sous-systèmes des situations de gestion de l’eau : les ressources en eau, les hydrosystèmes, les utilisateurs de ces ressources et la gouvernance des usages (ex. police de l’eau).

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Plus précisément, MAELIA permet de modéliser à des résolutions spatiale et temporelle fines les interactions entre les activités agricoles, les prélèvements domestiques et industriels, l’hydrologie des différentes ressources en eau (cours d’eau, nappes, retenues collinaires, barrages), les lâchers de barrage et restrictions d’usage au sein de grand bassins versants (dizaines à milliers de km2).

La possibilité d’utiliser MAELIA dans un dispositif multi-acteurs pour concevoir et évaluer des organisations territoriales d’activités agricoles visant à réduire l’occurrence des crises de gestion quantitative de l’eau a été démontrée dans le cadre des thèses de Clément Murgue (2011-2014) et Sandrine Allain (2015-2017). Ces interactions basées sur l’utilisation de MAELIA ont permis d’instruire les questions d’actualités sur la gestion de l’eau et produire des connaissances jugées pertinentes, crédibles et légitimes par les acteurs locaux du bassin aval de l’Aveyron (Tarn et Garonne). Ainsi, par exemple, les simulations de MAELIA ont montré que, dans ce bassin, les stratégies basées sur l’optimisation de l’irrigation ou la modification des rotations étaient plus efficaces que la création de retenues de substitution pour réduire les déficits en eau.

Suite à cette démonstration, MAELIA a fait l’objet de demandes de transfert de la part d’acteurs de la gestion de l’eau et de l’agriculture, tels que la Compagnie d’Aménagement des Coteaux de Gascogne (CACG) et ARVALIS.

Pour plus d'informations, voir la section Projets : Thèse de Clément Murgue, Thèse de Sandrine Allain et projet SIMULTEAU

Transitions agroécologique à l'échelle locale

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A la suite des travaux sur l’eau, les capacités de MAELIA ont été élargies à l’évaluation des performances des systèmes agroécologiques. Dans le cadre du projet BAG’AGES, financé par l’Agence de l’Eau Adour-Garonne, les travaux basés sur MAELIA visaient à évaluer les effets des couverts intermédiaires (CI) et rotations diversifiées sur les flux d’eau dans les bassins versant. La question ici était de savoir si le déploiement de couverts intermédiaires ne risquait pas de limiter les flux d’eau vers les hydrosystèmes pendant les deux périodes de rechargement : l’automne et le printemps.

Les possibilités de MAELIA ont ensuite été étendues à l’évaluation des effets de la diversification des systèmes de cultures sur une large gamme d’indicateurs, en France et en Allemagne (projet H2020 DiverIMPACTS). Ainsi, en Vendée, MAELIA a été utilisée pour évaluer les performances de scénarios de systèmes culture-élevage à l’échelle du territoire. En Saxe, en Allemagne, MAELIA a été utilisée pour évaluer les effets de scénarios d’introduction de couverts intermédiaires et de diversification des rotations sur la qualité de l’eau, les émissions de GES et les performances socio-économiques des exploitations.

En parallèle, le projet PotA-GE, coordonné par l’UMR SILVA, a permis d’intégrer un module d’agroforesterie dans MAELIA et ainsi évaluer les effets du déploiement de ces systèmes sur les cycles biogéochimiques à l’échelle du territoire.

Pour plus d'informations, voir la section Projets : BAG'AGES, DIVERSImpact, Pot-Age

Services écosystémiques et biodiversité

L'étude EFESE-Écosystèmes Agricoles a permis de concevoir dans MAELIA des méthodes d’évaluation des services écosystémiques pour prendre en compte ce nouveau regard sur le fonctionnement des écosystèmes agricoles. Dans la foulée, considérant ses capacités à simuler la dynamique du carbone organique dans les sols et un bilan GES complet, MAELIA a été reconnue comme un des 5 outils utilisables pour la labellisation « bas carbone » en systèmes de grandes cultures.

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Toujours dans la continuité d’EFESE-Écosystèmes Agricoles, plusieurs projets ont été initiés pour développer des modèles de simulation du contrôle biologique naturel des bioagresseurs des cultures via l’activité de leurs ennemis naturels à l’échelle du paysage.  Ainsi, dans un premier temps, la thèse de Nirina Ratsimba a permis de faire un état des connaissances et de poser les bases conceptuelles et les premières briques de ce type de modélisation dans MAELIA. Dans la foulée, le post-doc de Gaëlle van Frank, financé par le PNRI betterave, permettra dès 2023, de fournir des modèles dynamiques des chaines trophiques colza-méligèthe-parasitoïde et cultures-pucerons-auxiliaires. Dans le cadre du PNRI, ce modèle sera utilisé pour évaluer des scénarios de gestion du paysage visant à augmenter les régulations naturelles des pucerons, réduire la pression de la jaunisse de la betterave et, ainsi, réduire l’utilisation des pesticides, notamment les néonicotinoïdes.

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Plus récemment, plusieurs projets ont été lancés afin de prendre en compte les effets des systèmes agricoles sur la biodiversité. Dans le cadre d’un projet INTERREG et d’une collaboration avec l’ANDRA, le post-doc (18 mois) d’Abdelhak Rouabah et la thèse de Camille Gay (2021-2024) visent à identifier les connaissances existantes et les modèles simulant les relations entre paysage, systèmes agricoles et pollinisateurs. L’ambition est d’intégrer dans MAELIA des modèles permettant d’évaluer l’abondance et la diversité des pollinisateurs, à la fois enjeux de conservation pour eux-mêmes et déterminants puissants de la diversité végétale sauvage. En complément, une collaboration a été démarrée avec Philippe Jeanneret d’Agroscope (Suisse), responsable du développement de la méthode SALCA biodiversité, afin de l’intégrer dans MAELIA. Cette méthode permet d’évaluer finement les effets des pratiques agricoles sur 11 taxons de la biodiversité. En parallèle, suite à une présentation de MAELIA devant la Food Security Unit du JRC (Ispra, Italie), une collaboration a été lancée avec le JRC afin d’évaluer le potentiel de MAELIA pour évaluer les effets des systèmes agricoles sur la biodiversité à l’échelle de Régions NUTS2 en Europe. Enfin, en collaboration avec la Tour du Valat, une thèse a été lancée fin 2022 pour modéliser et simuler, via MAELIA, les relations entre agriculture, gestion de l’eau, changement climatique et biodiversité (oiseaux et poissons) en Camargue.

Pour plus d'informations, voir la section Projets : Thèse de Nirina Rastimba, PNRI Bettrave, Thèse de Camille Gay, Thèse de Rose Rodier

Résilience et analyse de cycle de vie territorialisée

La thèse de Manon Dardonville (2018-2021) a permis la réalisation d’un état de l’art des méthodes d’évaluation de la résilience, vulnérabilité ou robustesse des systèmes agricoles et de développer des méthodes d’évaluation de celles-ci. Ces méthodes ont été intégrées dans MAELIA et sont actuellement appliquées pour évaluer la résilience des services écosystémiques et des performances socio-économiques des systèmes culture-élevage face aux changements climatiques. En parallèle, une collaboration a été initiée avec Joël Aubin, Julie Auberger (UMR SAS) et Éléonore Loiseau (UMR ITAP) pour intégrer dans MAELIA des indicateurs de cycle de vie et ainsi positionner cette plateforme dans le champ de l’analyse de cycle de vie territoriale (ACVT) spatialisée.

Pour plus d'informations, voir la section Projets : Thèse de Manon Dardonville

Systèmes de bioéconomie territorialisés et neutralité carbone

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Dans le cadre du projet PROTERR, coordonné par Sabine Houot (UMR ECOSYS), un module filière de Produits Résiduaires Organiques (PRO) a été développé et intégré dans MAELIA en collaboration étroite avec le CIRAD (UR Risques et Recyclages). Il a permis d’évaluer des scénarios de valorisation des PRO sur les territoires de la Plaine de Versailles et de l’Alsace. Par ailleurs, dans le cadre du PEI PARTAGE, coordonné par la Chambre Régionale d’Agriculture du Grand-Est, et le projet Metha3G, coordonné par Romain Giraud (UR OPAALE), un modèle de fonctionnement de méthaniseur a été intégré dans MAELIA et appliqué sur différents cas d’étude en Région Grand-Est. MAELIA est ainsi l’un des rares, voire le seul, outils permettant de conduire une évaluation intégrée des projets de méthanisation agricole représentant la dynamique et les interactions entre des systèmes agricoles et un méthaniseur. Dans cette logique, le projet LEGUMETHA (2023-2025), financé par GRDF, vise à explorer le potentiel du déploiement combiné de légumineuses et de la méthanisation pour améliorer l’autonomie azotée des exploitations et leur bilan carbone. Le projet BESTS, coordonné par Julie Wohlfahrt (UMR LAE), a permis d’intégrer dans MAELIA une architecture logiciel permettant de représenter une large gamme de filières de production, transformation et recyclage des biomasses et, ainsi, simuler et conduire une évaluation intégrée de scénarios de développement de systèmes de bioéconomie territorialisés. En complément, en collaboration avec l’ANDRA, un projet a permis d'évaluer des scénarios de bioéconomie territoriale sur le territoire de l’Observatoire Permanent de l’Environnement (site de CIGEOS).

Enfin, le projet SLAM-B (6,5 M€, 2023-2028, www.slamb.fr), du PEPR FairCarboN, vise à amplifier les fonctionnalités de MAELIA pour en faire un outil opérationnel et générique d’évaluation de scénarios de stratégies bas carbone et de bioéconomie territoriale. Dans ce projet, MAELIA sera appliquée dans 7 living-labs situés en France métropolitaine (collaboration avec le CNRS), sur l’île de la Réunion (CIRAD), en Guadeloupe et au Sénégal (IRD et CIRAD). Ce projet ambitieux, qui implique 42 unités de recherche et une centaine de scientifiques permanents donnera l’occasion d’intégrer dans MAELIA des modèles de bioraffineries, d’élevages, de démographie, croissance et gestion des forêts, de métabolisme urbain et des indicateurs des performances socio-économique des filières… Ce projet permettra aussi de développer un MAELIA France entière afin d’offrir un outil pour la planification de l’agriculture et de la bioéconomie à cette échelle. SLAM-B vise donc à une très importante montée en généricité de MAELIA vis à vis des enjeux de la bioéconomie territoriale et ainsi positionner cette plateforme comme un outil incontournable en la matière, en France et à l’international. SLAM-B mobilisera de 36 post-doctorants et doctorants.

Pour plus d'informations, voir la section Projets : PROTERR, BEST, PARTAGE, Metha3G, LEGUMETHA, SLAM-B, OPE, CA2agri-GE

Historique

Le projet européen SEAMLESS a permis de poser les bases de l’IAM en agriculture. Il est à l’origine des spécifications de MAELIA.

A partir de 2009, le projet MAELIA a permis, à travers une vaste campagne d'entretien avec les acteurs de la gestion de l'eau, de spécifier le cahier des charges et le développement d'une première version de MAELIA pour la gestion quantitative de l'eau à l'échelle territoriale.
L'objectif était de développer une plateforme de modélisation permettant d’évaluer ex ante les impacts sur l’état quantitatif des ressources en eau et les performances économiques et sociales des systèmes agricoles de différents scénarios relatifs aux modes de gestion des ressources en eau, à la distribution spatiale de systèmes de culture et aux changements climatiques.

A la suite de différents projets et thèse sur la question de la gestion quantitative de l'eau dans les territoires, MAELIA a été progressivement développée pour traiter d'enjeux liés au développement de l'agroécologie et de la bioéconomie dans les territoires. Les développements ont suivi une logique de demande provenant des différents front de recherche, bien qu'aujourd'hui les enjeux de gestion de l'eau, de bioéconomie et d'agroécologie soient intimement liés.

En tout, MAELIA a fait l'objet de développement ou d'application à des cas d'étude dans une quinzaine de projets de recherche de 2011 à nos jours. Dans le projet SLAM-B, ses fonctionnalités vont être fortement amplifiées pour s'étendre à de nouveaux systèmes de production (forêt) et entamer un premier pas vers le métabolisme urbain.

La coordination de son développement est assurée par Olivier Therond depuis 2011 (UMR AGIR et LAE). Son développement est réalisé par différentes équipes de recherche d'INRAE et du Cirad à travers un club de contributeurs.