Méthodologie
Flux d'azote

Méthode d'estimation des flux d'azote liés au système agricole du territoire, incluant les besoins des cultures et du bétail et les importations de nourriture animale.

Par essence, l'activité agricole consiste à exporter des produits alimentaires depuis les terres cultivées. Ce faisant, les nutriments présents dans les sols et incorporés par les végétaux sont également exportés. Les sols cultivés s'appauvrissent donc petit à petit et les agriculteurs doivent compenser ces pertes de nutriments afin de maintenir leur fertilité. Cela concerne en particulier l'azote (N), le phosphore (P) et le potassium (K), des éléments souvent limitants dans la croissance des végétaux. L'agriculture s'inscrit ainsi dans les grands cycles biochimiques : de l'azote, du carbone, du phosphore, etc.

La fertilité des sols est assurée par :

  • L'utilisation d'engrais, c'est-à-dire l'apport de nutriments depuis l'extérieur de la parcelle cultivée :
    • engrais organiques traditionnels, dont les matières utilisées proviennent d'êtres vivants animaux ou végétaux (fumier, lisier, guano, sang et os séchés, compost végétal…) ;
    • engrais minéraux, qui dérivent de matières minérales inertes ou sont synthétisés industriellement ;
  • L'enrichissement in situ en azote par fixation biologique du diazote atmosphérique grâce aux cultures de légumineuses ;
  • Déposition atmosphérique d'azote.

Aujourd'hui produits en très grandes quantités, les engrais minéraux sont un élément clé du système agricole industrialisé. Cela marque un contraste fort avec le début du XXᵉ siècle où les matières fécales et les urines étaient fortement valorisées pour fertiliser les sols dans une logique de circularité.

Afin de quantifier les besoins en azote, notamment en engrais de synthèse, Territoires Fertiles utilise les résultats du modèle MacDyn-FS présenté ci-dessous.

Le modèle MacDyn-FS

Le modèle MacDyN-FS (Macro Dynamic Nitrogen balance model of a Farming System) a été conçu au cours de la thèse de doctorat de Corentin Pinsard à l'INRAE. Ce macro modèle de système agricole (compris ici comme un ensemble de fermes au sein d'un territoire administratif) décrit temporellement (pas de temps annuel) les flux de biomasse agricole (en masse d'azote) entre les animaux d'élevage (divisés par espèce), les cultures (séparées par espèce), les usages des sols (terres arables et prairies permanentes) et les humains.

Dans sa version pour scénarios de simulation (paramètres forcés), les rendements des cultures dépendent des flux de fertilisants, et la gestion des troupeaux de la nourriture animale disponible. Une description brève du modèle est donnée ci-dessous tandis qu'une description complète de ce modèle (notamment le calcul des pertes de nutriments ou les règles d'allocation des flux de biomasse) est disponible dans le chapitre 2 de la thèse de Corentin Pinsard et dans les publications scientifiques associées à la thèse (en accès libre dans les publications en tant que premier auteur).

Le modèle a été adapté pour les besoins de Territoires Fertiles notamment pour obtenir des résultats à l'échelle des communes.

Principes généraux

Le modèle analyse les besoins en azote des cultures pour chaque petite région agricole, et à l'intérieur pour chaque commune, en tenant compte des types de cultures et des rendements, et en déduit une estimation des apports en azote sur base des surfaces cultivées. Il n'y a pas de distinction entre les surfaces en bio et les surfaces en conventionnel. Les données de rendements utilisées intègrent néanmoins les surfaces en bio, ce qui n'induit pas de surestimations de l'usage d'engrais de synthèse. Le modèle calcule également les besoins en azote des animaux d'élevage sur base des cheptels et de l'assiette par types d'animaux.

Une fois ces deux besoins évalués, le modèle calcule les besoins d'importation de nourriture animale, par différence entre les besoins des animaux et la production végétale locale destinée aux animaux. Le schéma suivant résume le principe :

In fine, le modèle permet d'obtenir une estimation de l'ensemble des flux d'azote liés au système agricole du territoire tels que les besoins en azote de la plante, l'apport nécessaire d'engrais de synthèse, la production locale de fourrages pour les animaux, etc.

Données mobilisées

Le modèle utilise :

  • Des données de cheptel et surfaces agricoles :
  • Les besoins alimentaires des animaux par catégories d'aliment et par types d'animaux (EFESE - à l'échelle des Petites Régions Agricoles - valeur de 2010) [kgN/UGB]
  • Les rendements en matières brutes de la production végétale par types de culture (AGRESTE - échelle départementale - moyenne annuelle de la période 2016-2018) [tMB/ha]
  • Des coefficients de répartition de la biomasse récoltée selon usages (alimentation humaine, alimentation animale, énergie) par types de culture (EFESE - échelle France - valeur de 2010)