INDIGGES

De plus, la Commission européenne souligne la nécessité de disposer de données fiables pour alimenter les approches d’évaluation environnementale de type ACV (analyse du cycle de vie). Dès lors, entre mesures directes (précises mais coûteuses et non applicables à large échelle) et modélisations (rapides, économiques mais imprécises), il apparaît pertinent de développer des indicateurs basés sur des mesures permettant d’estimer les émissions de GES aux postes clés des systèmes de production. Une alternative consiste donc à développer des indicateurs indirects permettant de disposer d’une estimation de la valeur recherchée suffisamment fiable. Ce projet propose d’établir et d’améliorer des indicateurs directs et indirects afin d’optimiser l’évaluation des émissions/séquestrations de GES des exploitations wallonnes. Il permettra l’évaluation et l’établissement d’indicateurs de dynamique et de stabilité du carbone (C) dans les sols et estimera les émissions de méthane (CH4) par les bovins via le développement d’un outil de prédiction à partir de matières fécales analysées en proche infrarouge. Il mènera également à l’analyse de la réponse de ces indicateurs aux modes de gestion des cultures ou des bovins afin d’identifier les pratiques les plus favorables d’un point de vue agronomique et environnemental. Les modèles développés intègreront des ACV englobant l’entièreté du système agricole. Ces évaluations holistiques permettront d’identifier de potentiels leviers de réduction des émissions GES, d’orienter les pratiques agricoles vers des solutions limitant les émissions et de chiffrer l’effet de ces réductions à l’échelle du territoire wallon.

Contexte

A côté de sa fonction de production de biomasse à des fins alimentaires et non alimentaires, l’agriculture joue un rôle clé dans la gestion du territoire et la préservation des ressources naturelles. Or l’agriculture est souvent critiquée pour ses impacts sur l’environnement, notamment en termes d’émissions de gaz à effet de serre (GES), de pollutions (pesticides, nitrates dans les eaux). En Wallonie, l’agriculture contribue pour 11.2% aux émissions de GES. Par ailleurs, les sols agricoles peuvent jouer le rôle de puits de carbone (C), susceptible d'atténuer les émissions de GES. La réduction du niveau global des émissions de GES du secteur agricole représente donc un défi majeur.

Depuis 2011, le CRA-W met au point des méthodes d’évaluation des impacts des systèmes agricoles basées sur la méthodologie d’analyse du cycle de vie (ACV). La Commission européenne reconnaît l’intérêt des ACV et souligne la nécessité de disposer de données fiables pour alimenter ces ACV. Les développements récents en ACV et les travaux du CRA-W en la matière (ALT4CER, BioGeoCarbo, Qualaiter, DECiDE, Empreinte Eau) pointent des « gaps of knowledge » à combler en priorité. Parmi ceux-ci, deux volets importants sont, d’une part, la séquestration du C dans les sols agricoles, qui pourrait compenser 5 à 15% des émissions globales de GES, et, d’autre part, les émissions de méthane (CH₄) dues à la fermentation entérique des ruminants (dont 93% d’origine bovine), qui représentent 45% des émissions de GES du secteur agricole belge.

Certaines pratiques agricoles, telles que la mise en place de prairies permanentes, le travail réduit du sol, le non-labour, l’implantation de couverts d'intercultures ou l’apport de matières organiques (MO) exogènes, pourraient assurer une fonction de séquestration du C tout en maintenant le niveau de production. Vu l’influence des conditions locales et le manque de références de terrain, il existe une énorme incertitude autour des niveaux de changements de stocks de C dans les sols (∆SOC) dus aux pratiques agricoles. A l’heure actuelle, dans la littérature, on trouve essentiellement des indicateurs d'état du C dans les sols et il n’existe pas de méthode bien définie pour estimer les modifications de répartition du C dans le sol en fonction des pratiques agricoles. Par conséquent, lors de l’évaluation des émissions de GES des systèmes agricoles, les ∆SOC sont soit ignorés, soit estimés à l’aide de modèles très incertains, soit basés sur des campagnes de mesures régionales, indistinctement des pratiques agricoles.

La production de CH₄ par les ruminants est liée à la flore du rumen qui, en conditions anaérobies, utilise la méthanogénèse comme voie principale d’élimination de l’hydrogène. Cependant il est établi que des variabilités existent entre individus (génétique) et qu’il est possible d’influencer en partie la méthanogénèse notamment via l’alimentation des animaux. Ces leviers d’action peuvent donc servir à réduire les émissions de GES au niveau de l’animal. Ces variations entre individus et/ou exploitations ne sont jusqu’alors pas prises en compte lors des calculs d’émissions de GES à l’échelle des exploitations. Grâce aux travaux du projet Methamilk, le CRA-W a créé un outil innovant permettant de prédire les émissions individuelles de CH₄ des vaches laitières à partir du spectre moyen infrarouge (MIR) du lait. Pour les autres bovins, un outil de prédiction indirecte à utiliser à large échelle doit être développé.

Objectifs

Afin de pouvoir faire correspondre agriculture et développement durable, il est essentiel de disposer d’indicateurs précis et fiables caractérisant les relations entre les pratiques culturales et l’environnement.

Dans ce contexte, l’objectif général du projet est d’établir et d’améliorer des indicateurs directs et indirects afin d’optimiser l’évaluation des émissions de GES/séquestrations de C des exploitations wallonnes et de pouvoir orienter les pratiques agricoles vers des solutions limitant ces émissions et leurs effets sur le climat.

Un objectif spécifique du projet est de développer des indicateurs pour, d’une part, évaluer la dynamique du C des sols et, d’autre part, estimer les émissions de CH₄ par les bovins autres que vaches laitières (i.e., bovins allaitants, à l’engraissement et en croissance) via le développement d’un outil de prédiction à partir de matières fécales analysées en proche infrarouge (NIR).

Un autre objectif spécifique est d’évaluer la réponse du C et des émissions de GES aux modes de gestion des cultures ou des troupeaux de bovins afin d’identifier, au moyen des indicateurs préalablement développés, les pratiques les plus favorables d’un point de vue agronomique et environnemental.

L’objectif spécifique suivant est d’intégrer les indicateurs établis, liant pratiques et émissions/séquestration de GES, dans des approches d’évaluation environnementale englobant l’entièreté du système agricole. Cette évaluation holistique permettra d’identifier de potentiels leviers de réduction des émissions et chiffrera l’effet de ces réductions à l’échelle du territoire wallon.

Le dernier objectif spécifique sera de transférer les connaissances acquises au cours de ce projet vers les groupes cibles intéressés.

Description des tâches

Résultats attendus

Au terme des trois années, le projet aura contribué à l’amélioration de la compréhension et de la caractérisation de deux volets importants des émissions de GES par les activités agricoles.

Le projet aura permis, d’une part, de décrire la relation (sous forme d’équation) entre alimentation et émissions de méthane des bovins via les analyses NIR du lait et MIR des matières fécales.

D’autre part, le projet aura établi des indicateurs liant évolution du carbone dans le sol et pratiques culturales.

Ensuite, les indicateurs carbone du sol et émissions bovins auront été intégrés dans des outils d’aide à la décision afin d’améliorer l’analyse des impacts environnementaux des systèmes agricoles étudiés dans leur globalité.

Le lien qui aura été établi entre pratiques agricoles et impacts sur les émissions de GES par les bovins et la séquestration du C dans le sol permettra de fournir un conseil aux agriculteurs et structures d’encadrement afin de diminuer l’impact de leurs activités sur le réchauffement climatique.

Contribution

L'Unité Fertilité des sols et protection des eaux (U9) du Département Agriculture et Milieu naturel (D3) a pour objectifs d'optimiser les pratiques agronomiques dans un but de maintien du capital sol, de respect de l'environnement et de viabilité économique des exploitations agricoles. L'U9 gère des essais de longue durée où on retrouve différents régimes de restitutions organiques et différents modes de travail du sol. Elle a développé des expertises dans les déterminations de la fertilité physique et plus récemment dans la fertilité biologique du sol. Elle a été associée à plusieurs thèses (UCL, ULg Gx Agrobiotech) en rapport avec le cycle des matières organiques et le devenir du carbone dans les sols agricoles.

Dans le cadre du premier volet d’INDIGGES (WP1), différentes méthodes de mesure analytique [11,12,13] permettront de délivrer des indicateurs de dynamique et de stabilité du C dans les sols. Les techniques de dosage du C en laboratoire sont principalement le C total, la teneur en C dans les fractions granulométriques du sol (en collaboration avec B. Van Wesemael TECLIM UCL) ou la biomasse microbienne. L’aspect prévisionnel de l’évolution du C dans les sols se fera à travers d’autres méthodes : les cinétiques de minéralisation du C et de l’azote (N) dans les sols, l’ISMO (Indice de Stabilité de la Matière Organique) et la mise au point d’un protocole introduisant des MO dans la cinétique du C.  En parallèle, une étude prospective sur le potentiel d’utilisation d’un outil portatif hyperspectral pour évaluer rapidement la quantité et la qualité du carbone présent dans les sols frais sera réalisée.

Le deuxième volet d’INDIGGES (WP2) valorisera les résultats d’essais longue durée du CRA-W sur les modes de gestion (travail du sol et apport de MO) en grandes cultures et en prairies. L’analyse de ces résultats sera complétée par un suivi avec les techniques d’analyse de sol du WP1 qui pour certaines ont un pouvoir prédictif. Le projet pourra également profiter de résultats issus d’expérimentations ciblées sur des pratiques culturales sélectionnées.

L’Unité Technologies de la transformation des produits (U14) du Département valorisation des productions (D4) a acquis une solide expérience dans le domaine des analyses du CH₄ par la technique du SF6. Elle a également participé à l’installation des nouveaux Greenfeed. De plus, l’U14 travaille depuis plus de 12 ans au développement de nouveaux outils de prédiction liés au à la spectrométrie MIR. Elle a récemment participé au développement de nouveaux calibrages afin de prédire les émissions individuelles de méthane entérique directement à partir des spectres MIR du lait. Cette innovation permet à l’U14 de participer à de très nombreuses collaborations et projets internationaux, partout en Europe, au Canada, ou en Australie. En outre, le laboratoire possède une expertise reconnue dans les méthodologies de standardisation spectrale nécessaires à la création des bases de données spectrales communes. Le laboratoire a participé à la création de la première base de données spectrale au monde, dans le cadre du partenariat wallon Futurospectre. Il est également le laboratoire expert choisi par le réseau européen des contrôles laitiers européen (EMR) pour organiser la standardisation de l’ensemble du parc d’appareils MIR des laboratoires laitiers européen.

En parallèle, L’Unité Qualité des produits (U15) met au point, depuis plus de 30 ans, des solutions analytiques basées sur des techniques spectroscopiques vibrationnelles (NIR, MIR, Raman) et électroniques (VIS, UV, FLUO) ainsi que proche infrarouge et sur des méthodes chimiométriques pour le contrôle de la qualité des productions agricoles. Les bases de données proche infrarouge du CRA-W rassemblent les profils spectraux et analyses de références de près de 100 000 échantillons. Le laboratoire est équipé de nombreux spectromètres infrarouges (NIR & MIR) dont plusieurs instruments portables.

L’Unité 15 est forte par son expertise de développer des méthodes spectroscopiques mais aussi par leur combinaison aux outils avancés de traitement de données telle la chimiométrie. En effet, l’interprétation des résultats se base sur une analyse classique des spectres mais aussi sur l’utilisation d’outils chimiométriques.

L’équation de prédiction des émissions journalières de CH₄ par les vaches laitières au départ des spectres MIR des laits collectés lors du contrôle laitier est améliorée en continu grâce à la poursuite des collaborations internationales de l’U14 (projets Methagne, Smartcow, Methabreed). Le WP1 d’INDIGGES développera ce même type d’équation indirecte pour les bovins hors vaches laitières en collectant des données via le Greenfeed du CRA-W, lors d’essais menés avec la méthode SF6 [14,15] et à partir d’un échantillon de matière fécale analysé en NIR. En effet, des travaux préliminaires ont été réalisés par le CRA-W et le CIRAD afin d’étudier cette dernière hypothèse. Les premiers résultats sont encourageants et montrent l’existence d’une relation indirecte chez les bovins laitiers entre spectres NIR des fèces et émissions de CH₄ [16,17]. Ce travail doit être étendu aux bovins allaitants. Le WP1 permettra d’avoir une estimation rapide et à moindre coût des émissions individuelles de CH₄ par l’ensemble des bovins.

Un autre axe du WP2 identifiera les élevages bovins montrant des niveaux d’émission de CH₄ extrêmes. Un retour sur le terrain sera effectué afin d’identifier les pratiques permettant d’expliquer ces niveaux particulièrement bas ou hauts d’émission (ex: composition de la ration, race ou mode de gestion du troupeau).

L’Unité Systèmes agraires, territoire et technologies de l’information (U11) du Département Agriculture et Milieu naturel (D3) a pour objectif de favoriser l’articulation durable des entreprises agricoles avec leur territoire et les attentes de la société. Dans ce but, elle évalue depuis 15 ans la durabilité des systèmes agricoles et a notamment développé une expertise dans les méthodologies ACV. Elle supporte des projets ACV abordant aussi bien l’élevage laitier (Qualaiter) que viandeux (ACYVIBO), les cultures céréalières conventionnelles et biologiques (ALT4CER, BioGéoCarbo), les systèmes de cultures innovants (DiverIMPACTS) ou encore les systèmes de cultures orientés bioénergie (INOVABIOM). Toujours dans la même optique, l’unité a également mis en place des systèmes de mesures des émissions et consommations de GES, d’azote et d’énergie des systèmes agraires (Empreinte Eau, AUTEFEL, EMVI-PRAI). De par son expertise, elle a contribué à l’élaboration d’un OAD permettant le calcul des bilans GES et énergie des exploitations (DECiDE, ENERGES).

Le troisième volet (WP3) d’INDIGGES visera à valoriser les indicateurs définis dans les WP1 et 2 en les intégrant dans les outils d’évaluation environnementale du CRA-W. En concertation avec le WP1 et 2, un cahier des charges sera rédigé pour ces nouveaux indicateurs et servira de support pour la programmation des modèles dans DECiDE. DECiDE est un outil d’aide à la décision disponible sur internet (http://decide.cra.wallonie.be/fr) permettant de faire des diagnostics environnementaux (GES et consommations énergétiques) des exploitations agricoles de types grandes cultures, bovins laits, bovins viandes et mixtes. La deuxième tâche du WP3 testera l’impact de l’utilisation de ces nouveaux modèles sur les résultats d’études environnementales déjà réalisées ou en cours au CRA-W (ALT4CER, ENERGES, DiverIMPACTS, Qualaiter) utilisant actuellement des modèles moins spécifiques. Le bilan ACV permettra ensuite de vérifier que les pratiques identifiées dans le WP2 n’induisent pas d’impacts ailleurs dans le système et/ou dans une autre catégorie d’impact (ex: modification de la ration permettant de diminuer la méthanogénèse mais induisant plus d’impacts pour la production des aliments). Ces analyses aboutiront à la dispense  de pratiques agricoles permettant de réduire les émissions de GES des exploitations. Ces conseils seront également disponibles pour les utilisateurs de l’OAD DECiDE. Enfin, sur base des résultats précédents, le potentiel de réduction des émissions de GES lié à la mise en place de certaines pratiques agricoles sera extrapolé à l’échelle de la Wallonie.

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