Modélisation

La modélisation : outil pour une agronomie des territoires

Un modèle est une représentation approchée et schématique du réel sous forme mathématique, mais jugée pertinente par rapport à un objectif donné ; c'est-à-dire que les prédictions du modèle s'avèrent suffisamment conformes aux mesures du réel. Ainsi, cette représentation peut être utilisée pour répondre à des questions sur le réel et pour orienter l'action.

Rôles de la modélisation

Pour répondre aux questions qui touchent l'agronomie et l'environnement, l'ARAA utilise la modélisation en complément aux essais et mesures de terrain. Ces deux derniers donnent des informations réelles et indispensables, mais locales et liées aux conditions agropédoclimatiques actuelles des sites ; ils demandent des investissements importants en matière de main d'œuvre et d'équipement et sont pour ces raisons limités en nombre sur le territoire.

La modélisation permet d'aborder une multitude de situations et ainsi d'être plus exhaustif dans le temps, dans l'espace ou les deux. De plus, les modèles donnent la possibilité de simuler des résultats pour des conditions agropédoclimatiques futures possibles et ainsi de réaliser des études prospectives et comparer des scénarios. Un autre rôle important des modèles est la vérification de notre état des connaissances à propos des processus considérés : la comparaison des résultats de mesures de terrain avec les calculs d'un modèle peut nous indiquer nos lacunes de connaissances ou de compréhension du système étudié et nous orienter vers des pistes de progrès pour construire des bases de conseil en agronomie encore plus solides. C'est pourquoi les données et mesures de terrain restent un élément indispensable de la modélisation. Sans elles la modélisation devient un outil dangereux conduit à l'aveugle.

Modèles mis en œuvre par l'ARAA

L'ARAA utilise les modèles suivants (par ordre alphabétique, cliquable pour accéder aux pages suivants correspondantes) :

  • LISEM : Limburg Soil Erosion Model (Université d'Utrecht/ITC)
  • MESALES : Modèle d'Evaluation Spatiale de l'Alea Erosion des Sols (INRA)
  • Phyto-TREC : Phyto-Transferts par Ruissellement et Erosion jusqu'au Cours d'eau (ARAA)
  • SIMEOS-AMG - SIMulation de l'Etat Organique des Sols, fondé sur le modèle AMG (Agro-Transfert Ressources et Territoires)
  • STOFFBILANZ : lessivage des nitrates sur un territoire (Gesellschaft für Angewandte Landschaftsforschung (GALF pour LOGAR))
  • SYST'N : lessivage des nitrates sur une rotation (INRA, UMR SAS, développé dans le cadre du Réseau Mixte Technologique « Fertilisation et Environnement »)

 

LISEM : Limburg Soil Erosion Model (Université d'Utrecht/ITC)

LISEM est un modèle événementiel de ruissellement et d'érosion hydrique à base physique et à l'échelle d'un bassin versant. Le modèle a été développé initialement par l'Université d'Utrecht et est aujourd'hui disponible en Open Source.

LISEM est utilisé par l'ARAA dans une mission d'accompagnement des acteurs concernés par les problèmes d'érosion et de coulées de boues. La Chambre d'Agriculture de région Alsace (CARA) anime l'action agricole pour la lutte contre l'érosion et les coulées de boues et met en place des programmes de mesures en concertation avec les agriculteurs et les élus des communes concernées. Dans certains cas, la CARA demande l'ARAA d'évaluer a priori l'efficacité potentielle des scénarios de mesures. LISEM permet de simuler l'impact d'une panoplie large de solutions techniques comme les bandes enherbées, les fascines, les techniques culturales sans labour, le sens du travail du sol, les assolements concertés, et les bassins de rétention. Le modèle produit des cartes d'érosion et de dépôts, mais aussi des hydrogrammes et sédigrammes permettant d'évaluer les effets sur les débits de pointe. exemple d'utilisation de LISEM par l'ARAA - fichier HYDREOS

  haut de page

 

MESALES : Modèle d'Evaluation Spatiale de l'Alea Erosion des Sols (INRA)

MESALES est un modèle expert permettant de classer un territoire en matière d'aléa érosif et ainsi d'identifier les zones prioritaires pour l'action à l'échelle départementale. Le modèle a été conçu par l'INRA et s'appuie sur un arbre de décision qui croise les facteurs déterminants pour l'aléa érosif : l'occupation du sol, la sensibilité à la battance et l'érodibilité du sol, la topographie, et le climat.

Sur commande de la DREAL Alsace et des conseils départementaux du Bas-Rhin et du Haut-Rhin, l'ARAA a mis en œuvre cette méthode pour la cartographie de la sensibilité à l'érosion sur l'ensemble du territoire alsacien. L'ARAA a conçu une extension à la méthode qui permet d'apprécier le risque potentiel de coulées d'eaux boueuses pour les communes. Les cartes sont téléchargeables sur le site de la DREAL Alsace.

Sensibilité potentielle à l'érosion des terres communales en Alsace

 pour en savoir plus... haut de page

 

Phyto-TREC : Phyto - Transferts par Ruissellement et Erosion jusqu'au Cours d'eau (ARAA)

Phyto-TREC (TREC = Transferts par Ruissellement et Erosion jusqu'au Cours d'eau), développé par l'ARAA, est un modèle spatialisé conçu comme support au conseil agricole pour la préservation de la qualité des eaux de surface. Il permet de cartographier les zones agricoles potentiellement le plus contributives à la pollution des cours d'eau par les produits phytosanitaires transférés par ruissellement. Les sorties du modèle aide à focaliser l'action de conseil agricole sur les surfaces les plus pertinentes et ainsi gagner en efficacité. La méthode développée intègre deux fonctions principales qui calculent (1) la disponibilité des substances appliquées pour le transfert puis (2) la part de ces substances effectivement transférée au réseau hydrographique par décade. Le modèle a été testé sur un bassin versant de 4 km2 dans le Bas-Rhin.

Architecture de Phyto-TREC (ARAA, 2014)

  haut de page

 

SIMEOS-AMG - SIMulation de l'Etat Organique des Sols, fondé sur le modèle AMG (Agro-Transfert Ressources et Territoires)

SIMEOS-AMG est un outil d'aide à la décision pour une meilleure gestion de l'état organique des sols cultivés par le choix des pratiques favorables à une amélioration du statut organique du sol ou pour répondre à certaines problématiques agronomiques (exportation ou importation des pailles à la parcelle, choix des produits organiques à apporter, profondeur de travail du sol,...). Le modèle calcule les entrées et pertes annuelles de carbone du sol selon le modèle AMG (INRA) en se basant sur les données du système de culture ainsi que des caractéristiques du sol, de la parcelle et du climat local. On obtient en données de sortie, des courbes d'évolution des stocks et teneurs en carbone organique du sol d'une parcelle.

L'ARAA a utilisé SIMEOS-AMG dans le cadre du projet ABC'Terre pour simuler, via notamment les teneurs en carbone organique, l'érodibilité des sols en fonction du système de culture, et pour étudier des pistes d'adaptation des systèmes de culture pour diminuer le risque érosif dans les secteurs concernés (télécharger le rapport de stage 2014)

Sensibilité potentielle à l'érosion des systèmes de culture (Ferti-Zorn/Ferti-Kochersberg, Alsace)

pour en savoir plus... haut de page

 

STOFFBILANZ : lessivage des nitrates sur un territoire (Gesellschaft für Angewandte Landschaftsforschung (GALF pour LOGAR))

Le modèle STOFFBILANZ a été conçu pour simuler à l'échelle des territoires (de quelques km2 à quelques milliers de km2) le lessivage des nitrates sous zone racinaire par une approche de bilan d'azote. Il prend en compte les entrées et les sorties d'azote sur des surfaces agricoles ainsi que la mobilisation et l'immobilisation d'azote dans les sols pour estimer la quantité d'azote potentiellement lessivable. Au moyen d'un coefficient de lessivage dépendant du bilan hydrique du sol, le lessivage de nitrates annuel moyen est calculé.

L'ARAA utilise STOFFBILANZ dans le cadre des coopérations transfrontalières du réseau LOGAR. L'adaptation du modèle STOFFBILANZ pour le territoire de la plaine du Rhin-supérieur mobilise une grande quantité de données sur l'occupation des sols, la nature des sols, les productions végétales mises en place ainsi que sur la fertilisation minérale et organique des cultures. Les calculs sont effectués à l'échelle des mailles de 500x500 m sur le territoire de la nappe, et 1000x1000 m sur les zones de bordure de l'aquifère rhénan. Les résultats des calculs peuvent être représentés cartographiquement.

pour en savoir plus... haut de page

 

SYST'N : lessivage des nitrates sur une rotation (INRA, UMR SAS, développé dans le cadre du Réseau Mixte Technologique « Fertilisation et Environnement »)

SYST'N est un outil de diagnostic qui permet de quantifier les pertes d'azote (sous forme de nitrate, d'ammoniac et de protoxyde d'azote) dans les systèmes de culture, à l'échelle pluriannuelle en utilisant comme données d'entrée les pratiques de gestion de l'azote (fertilisation organique et minérale, couverts intermédiaires...) pour les différentes cultures qui se succèdent et les caractéristiques de la parcelle (historique cultural, propriétés du sol et climat local).

L'ARAA teste actuellement la qualité prédictive de ce modèle en Alsace en confrontant les résultats de simulation avec les données mesurées depuis plus de dix ans sur son observatoire de la qualité des eaux. Une fois son paramétrage validé pour le contexte alsacien, ce modèle pourra être utilisé pour simuler des situations non représentées dans l'observatoire de la qualité des eaux (contextes pédoclimatiques et pratiques de gestion de l'azote différents) et acquérir de nouvelles références, tester l'impact de différents scénarios de changement de pratiques sur les pertes d'azote ou établir des diagnostics à l'échelle de territoires.

pour en savoir plus... haut de page