Diversité du territoire de l'exploitation d'élevage et sensibilité du système fourrager aux aléas climatiques: étude empirique et modélisation.

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Andrieu, Nadine (2006) Diversité du territoire de l'exploitation d'élevage et sensibilité du système fourrager aux aléas climatiques: étude empirique et modélisation. Doctorat Agriculture - Génie rural, INAPG 2004INAP0027.

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Résumé

Au sein du système fourrager, les aléas climatiques rendent difficile l'articulation entre l'offre fourragère et la demande du troupeau et engendrent des difficultés de gestion du pâturage ou des stocks fourragers. Pour limiter la sensibilité du système fourrager à ces aléas, l'éleveur peut avoir recours à des intrants (achats de stocks, fertilisation, concentrés), mais peut aussi y parvenir en utilisant les ressources internes de son exploitation. Le territoire d'exploitation présente une diversité en termes de végétation, sol, altitude ou exposition. Nous faisons l'hypothèse que l'utilisation de cette diversité du territoire par l'éleveur permet de limiter la sensibilité du système fourrager aux aléas climatiques.
Nous définissons la sensibilité du système fourrager aux aléas climatiques comme la variabilité inter-annuelle des résultats de production. Cette recherche requiert donc une échelle d'étude pluriannuelle et nécessite le recours à la modélisation pour disposer rapidement de résultats sur plusieurs années. Le modèle du système fourrager simule les règles d'utilisation du territoire d'exploitation grâce à un sous-modèle décisionnel. Il simule d'autre part la croissance de l'herbe en fonction des aléas climatiques, de la diversité du territoire et des interventions techniques grâce à un sous-modèle biophysique.
Une phase empirique a permis d'élaborer la structure générale du sous-modèle décisionnel ainsi que ses variantes correspondant à trois stratégies d'utilisation du territoire à comparer. Le sous-modèle biophysique a été choisi au sein de la bibliographie mais nous l'avons adapté afin qu'il prenne en compte la diversité inter-parcellaire de végétation, d'exposition, d'altitude. Nous avons alors simulé les trois stratégies pour deux séries climatiques et deux niveaux de diversité du territoire. Nous n'avons pas constaté de diminution de la variabilité inter-annuelle de la production fourragère permise par la mise à profit de la diversité du territoire, ce qui compte tenu de la définition retenue équivaut à rejeter notre hypothèse de départ. Cependant, dans la mesure où cette mise à profit de la diversité permet chaque année d'améliorer l'autonomie fourragère (grâce à une diminution des achats de foin, une augmentation des quantités stocks fourragers récoltés, vendues et enfin une amélioration de la qualité du foin) nous concluons qu'elle constitue un atout dans la conduite des systèmes d'élevage extensifs.

Table des Matières

Table des matières
Remerciements - 2
Sommaire - 3
Liste des figures - 6
Liste des tableaux - 8
Introduction générale - 10
1 Systèmes d'élevage extensifs et diversité du territoire de l'exploitation agricole - 11
2 Les systèmes d'élevage extensifs en montagne - 12
3 Objectif de la recherche et zone d'étude - 14
4 Plan de la thèse - 16
Première partie: Présentation de la problématique - 18
Introduction - 19
Chapitre 1 - Définition des principaux concepts mobilisés - 20
Introduction - 20
1 Sensibilité du système fourrager aux aléas climatiques - 20
1.1 Le système fourrager - 20
1.2 Les aléas climatiques - 21
1.3 Définition de la sensibilité aux aléas climatiques - 22
2 Utilisation du territoire et sensibilité du système fourrager aux aléas climatiques - 24
2.1 Définition de l'utilisation du territoire - 24
2.2 Différentes régulations pour limiter la sensibilité du système fourrager aux aléas climatiques - 26
3 La représentation des décisions de l'éleveur - 27
3.1 Le modèle d'action - 27
3.2 Décomposition du système de production - 28
3.3 Règles de dimensionnement, coordination et ordonnancement - 30
3.4 Planification et pilotage - 30
Conclusion - 33
Chapitre 2 - Présentation de la problématique - 34
Introduction - 34
1 Objet d'étude et simplifications - 34
2 Question de recherche et hypothèses de travail - 37
2.1 Question de recherche - 37
2.2 Hypothèses de travail - 38
2.2.1 Hypothèse 1: dimensionnement et diversité du territoire - 39
2.2.2 Hypothèse 2: ordonnancement et diversité du territoire - 40
3 Démarche générale - 41
3.1 Etude empirique des stratégies d'utilisation du territoire - 41
3.2 Construction d'un modèle du système fourrager - 42
3.3 Simulation et évaluation de stratégies d'utilisation du territoire pour leur sensibilité aux aléas climatiques - 42
Conclusion de la première partie - 44
Deuxième Partie: Identification empirique de différentes stratégies d'utilisation du territoire - 45
Introduction - 46
Chapitre 3 - Les enquêtes exploratoires - 47
Introduction - 47
1 Méthode - 47
1.1 Zone d'étude - 47
1.2 Echantillon - 48
1.3 Informations recueillies - 50
2 Principaux résultats des enquêtes exploratoires - 50
2.1 Variabilité spatiale - 51
2.2 Déterminants de l'utilisation du territoire - 51
2.2.1 La structuration temporelle de la campagne fourragère - 51
2.2.1.1 La mise à l'herbe des vaches laitières - 52
2.2.1.2 La première coupe - 53
2.2.1.3 La récolte des regains - 54
2.2.1.4 Le pâturage estival - 54
2.2.1.5 La rentrée des animaux à l'étable - 54
2.2.2 Première identification des critères pris en compte pour l'affectation des parcelles aux différentes activités - 55
2.2.3 Ordre d'utilisation des parcelles - 58
2.2.3.1 Choix de la parcelle suivante - 58
2.2.3.2 Règle de passage d'une parcelle à l'autre pour le pâturage - 58
2.2.4 Surfaces tampons et souplesse du système fourrager - 59
Conclusion - 62
Chapitre 4 - Le suivi - 64
Introduction - 64
1 Méthode - 65
1.1 Découpage du système fourrager en ateliers et identification des règles de dimensionnement, ordonnancement et coordination - 65
1.2 Echantillon - 67
1.3 Données recueillies - 69
1.3.1 Données climatiques - 69
1.3.2 Enquêtes - 69
1.3.3 Calendrier de pâturage - 70
1.3.4 Tour de plaine - 71
2 Résultats - 72
2.1 Normales et climat de l'année 2002 - 72
2.1.1 Les normales - 72
2.1.1.1 Températures - 73
2.1.1.2 Pluviométrie - 73
2.1.1.3 La variabilité inter-annuelle des températures et de la pluviométrie - 75
2.1.2 Caractéristiques des conditions météorologiques de la campagne 2002 (mars à novembre) par rapport aux normales - 76
2.1.2.1 Les températures 2002 - 76
2.1.2.2 Les précipitations 2002 - 78
2.2 Présentation générale des élevages suivis - 78
2.3 Comparaison des systèmes - 83
2.3.1 Dimensionnement - 83
2.3.1.1 Dimensionnement réalisé en 2002 - 83
2.3.1.2 Les ajustements du dimensionnement - 98
2.3.1.3 Dimensionnement et diversité du territoire - 102
2.3.1.4 Les animaux en croissance ou à l'entretien - 109
2.3.2 L'ordonnancement - 111
2.3.2.1 L'ordonnancement réalisé en 2002 - 111
2.3.2.2 Les ajustements de l'ordonnancement et la prise en compte de la diversité du territoire - 115
2.3.2.3 Diversité du territoire versus travail - 119
2.4 Identification de stratégies d'utilisation du territoire et schématisation du sous-système décisionnel - 120
2.4.1 Dimensionnement, ordonnancement et mode de récolte - 120
2.4.2 Les types d'ajustements de l'utilisation du territoire et la diversité du territoire - 121
2.4.3 Définition des stratégies d'utilisation du territoire à comparer par modélisation - 124
2.4.4 Structure générale du modèle décisionnel - 125
2.4.4.1 Schéma général des règles de dimensionnement et d'ordonnancement à modéliser - 126
Conclusion - 130
Conclusion de la deuxième partie - 132
Troisième partie: Etude à l'aide d'un modèle de la sensibilité du système fourrager aux aléas climatiques - 133
Introduction - 134
Chapitre 5: Quel modèle construire ? - 135
Introduction - 135
1 Modélisation, définition des concepts de base - 136
2 La validation des modèles - 137
3 Les différents modèles d'exploitations d'élevage - 140
3.1 Des utilisations différentes - 140
3.1.1 Les modèles d'aide à la décision et les modèles de recherche - 140
3.1.2 Optimisation et simulation - 142
3.2 Des techniques de modélisation différentes - 143
3.3 Des articulations différentes entre les composantes biophysiques et décisionnelles - 144
4 L'élaboration du modèle - 145
4.1 Le niveau d'abstraction, et le pas de temps du modèle - 145
4.2 Choix du modèle de croissance de l'herbe - 146
4.3 Technique de modélisation: Simulation, approche orientée objet - 149
Conclusion - 150
Chapitre 6: Présentation du modèle du système fourrager - 151
Introduction - 151
1 Simplifications générales - 151
2 Entrées - 153
2.1 Fichier climatique - 153
2.2 Fichier décrivant une stratégie d'utilisation du territoire - 154
2.3 Exploitation - 154
3 Structure générale du modèle - 155
4 Le sous-modèle biophysique - 155
4.1 Module parcelle - 155
4.2 Module croissance de l'herbe - 159
4.2.1 Prise en compte du type de végétation et de la réserve utile - 160
4.2.1.1 Modifications du sous-modèle de croissance - 160
4.2.1.2 Modifications du sous-modèle de sénescence - 161
4.2.1.3 Modifications du sous-modèle sol - 161
4.2.2 Prise en compte de l'altitude - 161
4.2.3 Prise en compte de l'exposition - 162
4.3 Module animal - 162
5 Le sous-modèle décisionnel - 162
5.1 Simplifications - 163
5.2 Stratégie 1 - 165
5.2.1 Règles de planification - 166
5.2.1.1 Printemps - 166
5.2.1.2 Eté - 168
5.2.1.3 Automne - 169
5.2.2 Règles de pilotage - 169
5.3 Stratégie 2 - 172
5.3.1 Nature des parcelles de l'atelier pâturage - 172
5.3.2 Nature des parcelles des ateliers foin de première coupe et regain - 173
5.4 Stratégie 3 - 173
6 Sorties - 174
7 La Validation du modèle - 175
7.1 La démarche adoptée - 175
7.2 Commentaires et suggestions des experts - 181
7.2.1 Commentaires sur le modèle biophysique - 181
7.2.2 Commentaires sur le modèle du système fourrager et les règles de décision - 181
7.2.3 Corrections apportées au modèle, à la suite de la phase de validation - 183
Conclusion - 183
Chapitre 7: Comparaison par simulation des stratégies de décision pour différents territoires d'exploitation et séries climatiques - 184
Introduction - 184
1 Matériel et méthode - 184
1.1 Les différentes simulations - 184
1.1.1 Simuler les différentes stratégies d'utilisation du territoire - 184
1.1.2 Deux types de séries climatiques - 185
1.1.3 Les deux types de diversité du territoire utilisés - 190
1.1.4 Simuler pour chaque type de territoire, différentes organisations spatiales - 192
1.2 Indicateurs d'évaluation des scénarios - 194
1.3 Le traitement des données - 195
1.3.1 Pour chaque scénario - 195
1.3.2 Comparaison des scénarios - 195
2 Résultats - 196
2.1 Tendance générale des facteurs stratégie, climat et territoire - 197
2.1.1 Effet stratégie - 197
2.1.1.1 Récoltes de fourrages stockés - 197
2.1.1.2 Distributions de foin au pâturage - 198
2.1.1.3 Ventes de foin - 199
2.1.1.4 Achats de foin - 200
2.1.1.5 Date de mise à l'herbe - 201
2.1.1.6 Date de rentrée à l'étable - 202
2.1.1.7 Date de début de l'atelier foin - 202
2.1.1.8 Date de fin de l'atelier foin - 202
2.1.1.9 Qualité du foin - 203
2.1.1.10 L'indicateur synthétique - 203
2.1.2 Effet climat - 204
2.1.3 Effet territoire d'exploitation - 209
2.1.3.1 Le niveau de diversité du territoire - 209
2.1.3.2 L'organisation du territoire - 211
2.2 La variabilité des résultats de production - 214
2.2.1 Comparaison des stratégies 2 et 1 - 214
2.2.1.1 Effet climat - 220
2.2.1.2 Effet territoire d'exploitation - 220
2.2.2 Comparaison des stratégies 3 et 1 - 225
2.2.2.1 Effet climat - 226
2.2.2.2 Effet territoire d'exploitation - 226
2.3 Arbitrage entre réalisme et test d'hypothèse - 227
2.4 Validation ou non des hypothèses - 228
Conclusion - 232
Conclusion de la troisième partie - 233
Conclusions générales - 234
1 Originalité du travail - 236
1.1 Recherche d'une nouvelle piste pour limiter la sensibilité aux aléas climatiques - 236
1.2 Les modèles du système fourrager ne simulent pas la diversité du territoire - 237
2 L'hypothèse de départ infirmée - 240
3 Les restrictions réalisées - 240
3.1 Les restrictions de l'objet d'étude - 241
3.2 Les restrictions du modèle - 242
3.3 Une validation partielle - 244
4 Perspectives - 245
4.1 Les données climatiques - 245
4.2 Amélioration de l'outil - 246
4.2.1 Le module animal - 247
4.2.2 Les règles de décision - 248
Bibliographie - 250
Annexes - 259
Annexe 1: Questionnaire de pré-enquêtes - 260
Annexe 2: Diagrammes de pilotage simplifiés des ateliers pâturage des vaches laitières et production de fourrages stockés - 260
Annexe 3: Guide d'entretien pour le suivi de la séquence de printemps - 272
Annexe 4: Apports de concentrés et de fertilisants - 273
Annexe 5: article soumis à Agriculture Ecosystems & Environment - 274
Annexe 6: Le modèle de croissance de l'herbe - 301

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