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Ce stage s’inscrit dans le cadre du dispositif CIRAD – INRA CARPAGG (CARbone des PAturages de Guyane et Gaz à effet de serres) et dans la continuité du projet EPAD (Efficience environnementale et Productions Animales pour le Développement Durable (ANR 2010-2014). Le dispositif CARPAGG vise à étudier les potentiels de stockage de carbone dans les sols des prairies pâturées issues de déforestation en Guyane dans le but d’établir des bilans carbone et des Gaz à Effet de Serre (GES) des systèmes herbagers. L’objectif d’EPAD était d’exploiter la diversité des systèmes d’élevages en vue d’explorer leurs efficiences dans le cadre de l’intensification écologique de l’élevage. Les études en cours sur les bilans carbone en exploitation d’élevage bovin font partie des apports de CARPAGG à l'Observatoire Guyanais du Carbone et des GES qui cofinance ce stage avec le CIRAD. Elles se réalisent en collaboration avec l’INRA UREP (Unité de Recherche sur l’Ecosystème Prairial) et l’UMR ECOFOG (ECOlogie des FOrêts de Guyane) et en lien avec l’Institut KaRibéen et Amazonien de l’Elevage (IKARE).

La réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) constitue un enjeu majeur dans la recherche agroenvironnementale. C’est dans ce but que l’INRA a développé un modèle de simulation, FarmSim , qui permet de simuler une exploitation agricole en agrégeant plusieurs autres modèles dont PaSim pour les prairies, et CERES pour les cultures. Les bilans en sortie de ces différents modèles sont ensuite agrégés afin d’avoir un bilan de GES au niveau de l’exploitation agricole. Cependant, du fait du traitement indépendant des composants de la ferme (prairies, cultures) par ces modèles, il était impossible de simuler des rotations prairies/cultures. J’ai ainsi dans un premier temps modifié FarmSim en vue de le rendre stable puis ai implémenté le mécanisme de rotations. Ceci fait, j’ai développé une plateforme afin de lancer des simulations spatialisées avec ce modèle. Mots-clés : gaz à effet de serre, FarmSim, PaSim, CERES, rotations, Reduction of greenhouse gases (GHG) emissions is at stake in the food-environmental research field. In order to act complementary, INRA scientists developed a simulation model, FarmSim which is able to simulate a complete farm by making use of other models: PaSim , for grasslands and CERES for crops. Outputs of all these nested models are then merged in order to produce the final result. However, because each of the farm components (grasslands, crops) was only processed by its corresponding model, it was impossible to simulate grasslands/croplands rotations . In a first time, I upgraded FarmSim to make it stable, then I implemented plots rotations. Once done, I developed a platform in order to launch large-scale simulations with this model.

National audience; Une des attentes forte de la société et des décideurs politiques est de mieux comprendre et de pouvoir anticiper les réponses des agro-écosystèmes aux changements climatiques et atmosphériques anticipés. La prévision sur le long-terme de ces impacts sur la contribution des agro-écosystèmes à l’effet de serre et sur leur potentiel d’atténuation des émissions permis par le stockage de carbone dans la matière organique des sols repose nécessairement sur l’utilisation de modèles ; ce type d’outil permettant de confronter ses sorties (résultats) aux données observes ou mesurés dans des situations réelles, et d’en tirer des questionnements sur notre capacité à comprendre ou à prédire le système étudié.

Agricultural systems, especially livestock systems, are a large source of emissions of greenhouse gas (N2O, CH4n CO2) and reactive nitrogen (NH3, NOx, Nitrates). Mitigation options suggested in the literature mainly focused on a signle gas and dealt with isolated processes. An intagrated modelling tool was developed to assess the effect of farm practices on reactive nitrogen and greenhouse gas emissions at the whole farm level. It integrated the farm model FARMSIM developed during the GreenGrass project (2002-2004) and using the IPCC methodology to simulate emissions from farm components (housing, manure management, livestock energy consumption). The FARMSIM model was coupled with two process-based models of ecosystems : the cropland model CERES-EGC and the grassland model PASIM. Prior to model use to assess mitigation options, a sensitivity analysis was carried out to reduce the number of input factors to be measured or collected for model calibration. The model inputs were biophysical parameters (e.g., soil and vegetation parameters, emissions factors), farming practices (e.g., N management, grassland management, herd management, farm structure,land use change) and meteorological conditions. Simulated output variables were N2O, CH4, CO2, NH3, emissions. The reference farm was reconstructed from farming practices within an intensive dairy farm located in NOrth-Eastern France (INRA Mirecourt, Lorraine). Several statistical methods were implemented to calssify input factors (Morris method), identify interactions between input factors (rank-based methods) and analyse the uncertainty of simulated variables (Fourier-based method). First results showed the relevance of such mehtods to assess the effect of input factors e.g., soil biophysical properties, farm N management, herd structure on gas emissions. That forms a preliminary study to the assessment of mitigation options integrating national and European policies as well as farmers decisions

Une demande sociétale majeure concerne notre capacité à réaliser des bilans de gaz à effet de serre (GES) dans l’optique d’estimer la contribution au changement climatique des systèmes mais aussi d’anticiper leurs adaptations à ces derniers. C’est en partie pour répondre à cette demande que le modèle PASIM (Riedo et al., 1998) a été initialement développé. PASIM est un modèle biogéochimique qui simule le fonctionnement d’une parcelle de prairie en considérant les flux des principaux de GES (CO2, N2O, CH4).

Agricultural systems, especially livestock systems, are a large source of emissions of grennhouse gas (nitrous oxide N2O, methane CH4, carbon dioxide CO2) and reactive nitrogen (ammonia NH3, nitrogen oxides NOx, nitrates NO3) in Europe. Several mitigation options, such as organic farming, have been suggested in the literature. But they mainly focused on a single gas and dealt with isolated processes. An integrated modelling tool has been developed to assess the effect of farm practices on reactive nitrogen and greenhouse gas emissions at the whole farm level. It couples the farm model FARMSIM with the cropland model CERES-EGC and the grassland model PASIM. To assess the contribution of a mechanistic crop model instead of crop emission factors, this integrated tool was compared with that initially developed in the GREENGRASS project and using the IPCC methodology for cropland emissions. Moreover, FARMSIM now includes a module taking into account emissions outside the farm boundaries. To illustrate the model behaviour, a ruminant livestock system was reconstructed from description of farming practices within an intensive dairy farm located in the north-east of France (INRA Mirecourt, Lorraine). As regards reactive nitrogen emissions and greenhouse balance gas balance, this conventional intensive farming system was compared with an associated system using mitigation options e.g., reducing fertilisers supply, reducing male calves number, modifying crop types. Further work is required to assess the model capabilities to predict nitrogen and carbon fluxes at the farm level. But this modelling tool shows promise to define and evaluate mitigation strategies at the whole farm level. Extending this approach at the landscape level meets Component 4 (Landscape analysis) of the NitroEurope project