Environnement Méditerranéen et Modélisation des Agro-Hydrosystèmes (EMMAH) – UMR 1114

Contexte

Au cours des décennies passées, le développement de l’agriculture intensive et productive s’est réalisé aux dépends de la préservation quantitative et qualitative des ressources naturelles, qu’il s’agisse des ressources en eau, des ressources en sol ou des ressources minérales. Concernant la ressource en eau, l’agriculture est le principal consommateur d’eau au niveau mondial et représente chaque année 70% (2 710 km3) du total de l’eau consommée. L’accroissement démographique dans les décennies à venir et l’augmentation du niveau de vie attendu va augmenter les besoins en eau dans tous les secteurs économiques de la société, ce qui peut générer des conflit d’usage avec l’agriculture et accroitre la pression sur la ressource pouvant conduire à une dégradation de sa qualité. Les besoins en eau pourront alors dépasser la ressource en eau renouvelable. Ceci est déjà le cas dans certaines régions

Le pourtour méditerranéen qui combine des contraintes climatiques fortes et des besoins en eau importants dus à la forte densité de population est particulièrement concerné. De nombreux aquifères sont d’ores et déjà surexploités. L’urbanisation et plus généralement les changements d’usage des terres qui accompagnent la croissance démographique et le développement économique modifient les termes du bilan hydrique et les mécanismes de recharge des aquifères. Les évènements climatiques extrêmes (sécheresses intenses et prolongées, évènements pluvieux de très forte intensité) vont également impacter le cycle hydrologique et favoriser certains risques de pollutions/contaminations.

Dans le futur, les changements d’usage des terres associés aux changements climatiques prévus vont accroitre la vulnérabilité des sociétés méditerranéennes. Ainsi, l’augmentation des températures et la modification des régimes pluviométriques peuvent modifier le cycle cultural et augmenter les besoins en eau, le recours à l’irrigation et la surexploitation des aquifères. Certains éléments d’adaptation au niveau des pratiques agricoles sont d’ores et déjà envisagés. Le phénotypage haut-débit doit permettre de piloter l’amélioration variétale vers une meilleure résistance aux stress climatiques, ce qui nécessite de développer des méthodes de suivi des cultures au champ à haute résolution spatiale et temporelle. L’utilisation d’eaux non conventionnelles, telles que les eaux issues des stations d’épuration, se développe pour répondre aux pénuries d’eau, mais l’impact à long terme de ces pratiques sur l’environnement ainsi que les risques sanitaires associés doivent être précisés et quantifiés. Le développement de diverses formes d’agroécologie dans l’optique d’une résilience accrue des agrosystèmes aux stress climatiques et d’une moindre utilisation des intrants nécessite, quant à elle, une meilleure connaissance des interactions entre fonctionnement physique et fonctionnement biologique des sols cultivés. Au niveau régional, il est nécessaire d’identifier et d’accompagner la mise en place de mesures d’adaptations afin, d’une part, de maintenir une agriculture productive, respectueuse de l’environnement et économe en intrants compatibles avec les changements climatiques à venir, et d’autre part de développer une gestion durable des aquifères. Ceci nécessite de développer des recherches pluridisciplinaires à caractère fondamental, méthodologique et finalisé à différentes échelles spatiales, le territoire étant l’échelle privilégiée d’application dans l’optique d’une gestion opérationnelle du milieu et des ressources.

Le projet scientifique conduit par l’UMR s’intègre dans le contexte précédent. Il vise à identifier des leviers d’action au travers (i) de l’allocation spatiale des pratiques agricoles à l’échelle du territoire et (ii) de l’adaptation des agrosystèmes, en se basant sur l’analyse et la modélisation des principaux processus biophysiques impliqués dans les changements d’usage des terres, la production agricole, le cycle de l’eau et le fonctionnement des aquifères.

Questions et objectifs scientifiques

Les recherches de l’UMR portent sur :

• Le développement de méthodes, de capteurs et de chaines de traitement pour le suivi des variables biophysiques de la végétation, des usages des terres et des pratiques agricoles de l’échelle du m² à celle du territoire,
• Le développement de méthodes et d’instruments pour estimer les propriétés des sols et du sous-sol, et pour quantifier le bilan hydrique des sols, l’état des aquifères et les interactions entre les pratiques agricoles, les eaux de surface et les eaux souterraines
• La modélisation :
  • des processus biophysiques impliqués dans la recharge des aquifères et la qualité des eaux souterraines et leurs évolutions sous l’effet des changements globaux,
  • de l’évolution des usages des terres sous l’effet des facteurs sociaux, économiques, biotechniques et biophysiques,
  • l’évaluation des services de régulation et d’approvisionnement des sols cultivés, en particulier en lien avec le cycle de l’eau et la qualité des eaux.

Les verrous scientifiques concernent :

• la prise en compte de l’hétérogénéité spatiale et temporelle des différents processus et leur caractère multi-échelles,
• la complexité des interactions surface-souterrain et de la réponse des aquifères à des conditions limites qui évoluent dans le temps et dans l’espace,
• la réponse des systèmes de cultures à des stress hydriques accrus, à des modifications des températures et des régimes pluviométriques,
• l’interaction et les rétroactions entre processus physiques, chimiques et biologiques dans les sols.

Organisation, outils et méthodes

Les travaux s’appuient sur :

• L’utilisation de données de télédétection et de proxidétection, en particulier dans le cadre du phénotypage haut débit au champ et de l’apparition de nouvelles missions spatiales à haute résolution et haute répétitivité,
• Le développement de capteurs  et de prototypes expérimentaux et instrumentaux,
• Des laboratoires d’analyses pour les différents compartiments du continuum nappe-sol-plante-atmosphère,
• Le développement de plateformes de modélisation et d’outils et de chaîne de traitement automatisées pour estimer les variables biophysiques des cultures.
• L’utilisation de sites expérimentaux instrumentés et leurs suivis à moyen et long termes.
• La mise en œuvre d’une démarche qualité  qui vise à fiabiliser et tracer les activités de recherches, dans le cadre du référentiel INRAE en vigueur.

 L’unité est organisée en cinq équipes scientifiques et une installation expérimentale. Les missions de l’installation expérimentale sont de conduire les cultures et les vergers sur le domaine INRAE d’Avignon (domaine St Paul) en réponse aux demandes de l’ensemble des unités de recherche. Le projet scientifique de l’UMR est mis en œuvre d’une part au travers des missions et objectifs de chacune des équipes (qui sont décrits dans les pages web associées) et d’autre part au travers de deux projets transversaux visant à (i) favoriser l’interdisciplinarité au sein de l’unité autour de questions scientifiques précises, (ii) développer les échanges autour de questions méthodologiques partagées, (iii) faciliter le développement d’outils intégrés dans l’optique d’une gestion durable des aquifères à l’échelle du territoire.