Jeudi 11 janvier 2012

Demande d’expertise Contexte et enjeux pour les politiques publiques Christophe Chassande, Ministère de l’Alimentation, l’Agriculture et la Pêche Sous-directeur de la biomasse et de l'environnement Claire-Grisez, Ministère de l’Ecologie, du Développement Durable, des Transports et du logement Sous-directrice de la protection et de la gestion des ressources en eau et minérales,

Principes et méthodes de l’Expertise scientifique collective (ESCo) Claire Sabbagh, INRA, Directrice adjointe de la Délégation à l’Expertise, à la Prospective et aux Etudes

L’expertise scientifique collective en appui aux politiques publiques • Une mission pour la recherche Une charte nationale de l’expertise Des principes et une méthode Un état des connaissances publiées réalisé par un collectif pluridisciplinaire d’experts Pas d’avis ni recommandations

Présentation des conclusions Pierre Cellier, INRA, responsable scientifique de l’ESco Jean-Louis Peyraud, INRA, responsable scientifique de l’ESco Philippe Rochette, Agriculture et Agroalimentaire Canada Alexandra Langlais, CNRS Luc Delaby, INRA Fabrice Béline, IRSTEA

Questions posées aux experts Réaliser un état des lieux des connaissances sur les flux d’azote dans les élevages Intégrer l’ensemble du cycle de l’azote et quantifier les flux associés aux activités d’élevage Eclairer le contexte historique et les déterminants juridiques, économiques et sociaux Faire l’analyse comparée des flux d’azote pour différents systèmes d’élevage dans le contexte français Identifier les leviers d’action pour réduire les pertes d’azote et restaurer la qualité des milieux. 6

Liste des experts Pilotes scientifiques Experts Pierre CELLIER (Inra Versailles) Agriculture, pollution de l’air Jean-Louis PEYRAUD (Inra Rennes) Systèmes d'élevage, bovins laitiers Experts Frans AARTS (PRI, WUR, Pays-Bas) Systèmes d’élevage modélisation Fabrice BELINE (IRSTEA Rennes) Gestion des effluents Christian BOCKSTALLER (Inra Colmar) Agronomie, évaluation, développement durable Luc DELABY (Inra Rennes) Systèmes d'élevage, ruminants Jean-Yves DOURMAD (Inra Rennes) Systèmes d’élevage, porcs Pierre DUPRAZ (Inra Rennes) Economie de l’environnement Patrick DURAND (Inra Rennes) Milieux, transferts de polluants, paysage Philippe FAVERDIN (Inra Rennes) Systèmes d’élevage, exploitation, modélisation Jean Louis FIORELLI (Inra Nancy) Systèmes d’élevage, agriculture biologique Carl GAIGNE (Inra Rennes) Economie industrielle Peter KUIKMAN (Alterra, WUR , Pays-Bas) Environnement, émission de GES, climat Alexandra LANGLAIS (CNRS Université Rennes I) Droit, pollutions diffuses Philippe LE GOFFE (Agrocampus Ouest) Economie, pollutions diffuses Philippe LESCOAT (Inra Tours) Systèmes d’élevage, volailles Christian NICOURT (Inra Ivry) Sociologie, agriculture Philippe ROCHETTE (Agriculture et Agroalimentaire Canada) Environnement, émissions gazeuses Françoise VERTES (Inra Rennes) Agronomie, évaluation environnementale Patrick VEYSSET (Inra Clermont Ferrand) Economie, systèmes d’élevage en agriculture biologique Experts ayant intervenu ponctuellement Magalie BOURBLANC (CIRAD) Science politique Thierry MORVAN (Inra Rennes) Agronomie Virginie PARNAUDEAU (Inra Rennes) Agronomie

Corpus bibliographique 2011 Corpus final : 1330  références 82% des références couvrent la période 1998-2011. 67% d’articles scientifiques primaires 75% sources scientifiques avec comité de lecture couverture temporelle 75% sur aspects biotechniques dont 1/2 description et quantification des flux N dans les systèmes de production animale. 21% sur indicateurs et méthodes 25% Sciences sociales, essentiellement volet nitrate en France Répartition du corpus par source 1998 1970 1985

Plan de la présentation Transformations de l’azote dans la biosphère et contribution de l’élevage Pressions azotées au niveau des territoires Complexité des flux dans les systèmes de production animale Leviers d’actions pour améliorer l’efficience de l’azote et limiter les impacts Enseignements de l’ESCo

Plan de la présentation Transformations de l’azote dans la biosphère - contribution de l’élevage Pressions azotées au niveau des territoires Complexité des flux dans les systèmes de production animale Leviers d’actions pour améliorer l’efficience de l’azote et limiter les impacts Enseignements de l’ESCo

La cascade de l’azote : transferts et impacts Exploitation d’élevage Atmosphère globale : effet de serre, couche d’ozone Atmosphère globale : Troposphère : couche d’ozone, particules NOx N2O NH3 N2O N2 N2O N2 NH3 NOx NH3 NOx Territoire Exploitation d’élevage Écosystèmes Acidification des sols Eutrophisation Biodiversité Sources N réactif Combustion Engrais Fixation Aliments DON NO3- NO3- Hydrosystèmes : qualité des eaux de surface, profondes et marines

Importance des flux d’azote atmosphérique liés à l’élevage Philippe Rochette, Agrométéorologue Agriculture et Agroalimentaire CANADA

Contribution de l’élevage aux émissions nationales de NH3 et N2O Ammoniac - NH3 Protoxyde d’azote – N2O bâtiment et stockage épandage 41% 27% Total national Agriculture Élevage 97% 92% *84% 74% 10% 16% 23% *incluant les émissions indirectes 8% *41% 17% *incluant FBN et résidus de cultures

Contribution de l’élevage aux émissions nationales d’azote réactif agricoles élevage Émissions (kt N /an) 2 à 2,5 millions de tonnes de N réactif (NO3-, NH3, N2O, NOx) émis / an Élevage = 61 % des émissions agricoles Pertes principales = NO3 et NH3 Pertes gazeuses (NH3+ N2O + N2 + NOx) ≈ pertes NO3

Plan de la présentation Transformations de l’azote dans la biosphère et contribution de l’élevage Pressions azotées au niveau des territoires Complexité des flux dans les systèmes de production animale Leviers d’actions pour améliorer l’efficience de l’azote et limiter les impacts Enseignements de l’ESCo

L’Europe est importatrice nette d’azote pour l’alimentation animale Engrais Importations nettes de protéines (EU27, kt/an) Export import -1000 1000 2000 3000 1960 1970 1980 1990 2010 aliments du bétail céréales Encore plus largement, bilan (Ex: pays) demande de considérer les échanges internationaux; poids fort dans le bilan (remarquons d’ailleurs que cela est vrai aussi à l’échelle de l’Europe (EU27) toute entière, qui importe plus de protéines qu’elle n’en exporte. Céréales, soja Galloway et al., 2008 16

Consommation d’azote par les troupeaux Une forte variabilité de la consommation d’azote en Europe (kg N/km²/an) Apport total d’azote Consommation d’azote par les troupeaux (source European Nitrogen Assessment, 2011)

Une forte variabilité des excédents d’azote en Europe (kg N/km²/an) Bilan N Emission NH3 (kg N/km²/an) Excédents moyens nationaux (kg N /ha / an) France

Des territoires français également très contrastés Bilan Azote type CORPEN Situation RGA 2000 Teneur en nitrate de l'eau de surface en 2000 (en mg NO3-/L) Réseau National des Donnée sur l'eau - Traitement Institut de l'Elevage, 2006

La Bretagne: une région très concernée par les excédents d’azote Une forte concentration animale 20% des vaches laitières, 56 % des porcs, 26% des volailles 6% de la SAU nationale De forts excédents de bilans (kg N/ha/an) Bretagne : de l’ordre de 70 Moyenne nationale : 30 Franche-Comté et Auvergne-Limousin : < 15 Conduisant à des émissions polluantes 75 000 t/an N-NO3 déversées dans la mer 73 000 t/an N-NH3 (18% des émissions nationales de l’élevage) À partir de Institut de l’élevage (2007) ; CESR Bretagne (2011) ; CITEPA (2009)

Des différences de vulnérabilité selon les territoires Prairie / SAU Concentration des élevages SAU / surface du territoire (projet Greendairy, Pflimlin et al, 2006)

Un contexte socioéconomique déterminant à l’échelle du territoire Alexandra Langlais, Juriste CNRS, Université Rennes 1

Convergence des composantes socioéconomiques et juridiques L’évolution du système d’exploitation agricole Efficacité économique de l’unité d’azote chimique : Faible coût, praticité, sécurité Spécialisation et surtout concentration économique de l’élevage : Spécialisation : économie d’échelle Concentration géographique : économie d’agglomération Concordance socio-économique accompagnée par un dispositif juridique favorable (PAC notamment)

Elargissement des préoccupations liées à l’azote Emergence de nouveaux conflits et acteurs sociaux Voisins, associations et médiatisation du conflit Corpus juridique très étendu : source de complexité et de de difficultés d’application Des mesures d’éloignement d’installations (décret de 1810)… … aux mesures entremêlées visant les pollutions environnementales Déséquilibre entre prévention et réparation. Caractère collectif et hors marché de l’environnement Eau, air sol : biens publics

Plan de la présentation Transformations de l’azote dans la biosphère et contribution de l’élevage Pressions azotées au niveau des territoires Complexité des flux dans les systèmes de production animale Leviers d’actions pour améliorer l’efficience de l’azote et limiter les impacts Enseignements de l’ESCo

Cadre de réflexion : le système de production animale Le secteur agricole et ses décideurs, la société et autres décideurs Exploitations Troupeaux Entrées Sorties Pâturage Sols et cultures Gestion effluents Indicateurs Impacts Performances environnementales Pour analyser les grands facteurs affectant les performances environnementales et proposer des leviers d’actiosn il est nécessaire d’avir un cadr de réflexion multi échelles représentant les processus biotechnique et décisionnels. L’objectif a été de privilégier le cadre de l’exploitation puisque c’était la Milieux

Diversité et interdépendance des flux d’azote au sein des élevages Luc Delaby, zootechnicien INRA, Rennes

Des flux nombreux et dépendants Adapté de Jarvis et al (2011) avec données d’exploitations agricoles françaises Aliments 50 Litière 2 96 Fertilisation 80 Fumier/Lisier 6 Fixation 9 Semences 1 Lait + Céréales (80 ha, 82 UGB, 25 ha céréales)

Des flux nombreux et dépendants Adapté de Jarvis et al (2011) avec données d’exploitations agricoles françaises Fumier/Lisier 42 Produits Vgtx 30 Produits Anx Aliments 50 Litière 2 96 Fertilisation 80 Fumier/Lisier 6 Fixation 9 Semences 1 Lait + Céréales (80 ha, 82 UGB, 25 ha céréales)

Des flux nombreux et dépendants Adapté de Jarvis et al (2011) avec données d’exploitations agricoles françaises 96 Fertilisation Fumier/Lisier Fixation Semences 42 Produits Vgtx Parcelle 5 130 63 79 Animaux Bâtiment Stockage Effluents Lait + Céréales (80 ha, 82 UGB, 25 ha céréales)

Des flux nombreux et dépendants Adapté de Jarvis et al (2011) avec données d’exploitations agricoles françaises 96 Fertilisation 80 Fumier/Lisier 6 Fixation 9 Semences 1 42 Produits Vgtx Parcelle 5 130 63 79 Animaux Bâtiment Stockage Effluents 71 68 Aliments 50 Litière 2 Fumier/Lisier 30 Produits Anx Lait + Céréales (80 ha, 82 UGB, 25 ha céréales)

Des flux nombreux et dépendants Adapté de Jarvis et al (2011) avec données d’exploitations agricoles françaises 96 Fertilisation 80 Fumier/Lisier 6 Fixation 9 Semences 1 42 Produits Vgtx Parcelle 5 130 63 79 Animaux Bâtiment Stockage Effluents 71 68 Aliments 50 Litière 2 Fumier/Lisier 30 Produits Anx 10 NH3 15 N2 - N2O 3 48 NH3 - N2 - N2O N org dissous NO3 Dépôts Atm 20 Variations N Sol + 15 Lait + Céréales (80 ha, 82 UGB, 25 ha céréales)

Exemples de bilans azotés (kg N/ha/an) Solde Solde = différence entre les entrées et les sorties de produits Le solde = émissions (NH3, N20, NOx, NO3) et stockage 100 200 300 Entrées Produits vendus Lait + Céréales (80 ha, 82 UGB, 25 ha céréales) Lait Bio (Vosges) (160 ha, 107 UGB, 65 ha céréales) Porcs + Céréales (84 ha, 150 truies NE, Sans traitement)

Plan de la présentation Transformations de l’azote dans la biosphère et contribution de l’élevage Pressions azotées au niveau des territoires Complexité des flux dans les systèmes de production animale Leviers d’actions pour améliorer l’efficience de l’azote et limiter les impacts Enseignements de l’ESCo

Etat des connaissances Amélioration des pratiques à l’échelle de l’exploitation : conduite du troupeau Efficience Grands facteurs de variation Etat des connaissances <10 à 40% Niv. Production ( eff) Alimentation ++ Gestion effluents Troupeaux Sols et cultures

Etat des connaissances L’amélioration des pratiques à l’échelle de l’exploitation : gestion des effluents Efficience Grands facteurs de variation Etat des connaissances <10 à 40% Niv. Production ( eff) Alimentation ++ Très variable 20 à 80 % de pertes dont NH3 = 25 à 55 % Pertes bâtiment > pâturage Bât > Epand > Stockage Traitements - Incertitude sur les émissions Gestion des effluents Troupeaux Sols et cultures

Gestion des effluents Fabrice Béline Gestion environnementale et traitement biologique des déchets IRSTEA, Rennes

Rôle des déjections animales dans les flux d’azote en élevage Un enjeu majeur 80-90% des émissions de NH3 issues de l’élevage 33-55% des émissions de N2O issues de l’élevage 20-45% des fuites de NO3- issues de l’élevage De fortes incertitudes à l’échelle de l’exploitation Des interactions entre postes et formes d’azote (et CH4) des aniaux Variabilité du génie civil des pratiques x = environnementales des conditions Variabilité des produits et fortes incertitudes sur les émissions associées NH3 émis au stockage Stockage à l’air libre Stockage couvert NH3 émis à l’épandage

Impact de la gestion des déjections animales dans les flux d’azote Un impact important de la gestion des effluents sur les flux d’azote Une gestion déterminée également par d’autres facteurs Contraintes d’élevage Odeurs, méthane, … Production d’énergie (méthanisation) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 stockage + épandage compostage Traitement aérobie Méthanisation % de l ' azote excrété NH3 batiment/stockage/traitement N2 batiment/stockage/traitement N2O batiment/stockage/traitement NH 3 N 2 O épandage + +

Amélioration des pratiques à l’échelle de l’exploitation : cultures Efficience Grands facteurs de variation Etat des connaissances <10 à 40% Niv. Production ( eff) Alimentation ++ Très variable 20 à 80 % de pertes dont NH3 = 25 à 55 % Pertes bâtiment > pâturage Bât > Epand > Stockage Traitements - Incertitude sur les émissions Niv. intrants N ( eff) Prairies, Légumineuses, Cipan, rotations +/- Méthodes d’ évaluation 45% (> animal) Bilan exploitation globalement supérieur à celui du troupeau du fait des recyclages internes Gestion effluents Troupeaux Sols et cultures

Gradient d’efficacité / difficulté de mise en œuvre des mesures Potentiel de réduction des pertes en azote (kg/ha) Gestion des effluents Systèmes bio ou à bas intrants Syst. fourragers et de culture (prairie, légumineuses,cipan) Méthanisation Alimentation, élevage Difficulté de la mise en oeuvre (coût, revenu, productivité, besoin de recherche, engagement des acteurs )

Les bilans azotés : évaluer les pratiques Gestion Effluents Sorties Entrées Troupeaux Sols et cultures Entrées Sorties Gestion fertilisation Le bilan N est un outil bien adapté pour évaluer la gestion de l’azote. Le Bilan ES comptabilise toutes les entrées et les sorties (voir diapo de Luc). Il fournit donc une image du potentiel de perte (don’t NH3). Approche comptable qui permet de lier environnement et résultat économique Il peut être couplé à des bilans partiels des différents ateliers et des simulateurs de flux afin d’évaluer les flux internes au système et mettre ainsi en avant les postes principaux d’inefficacité de l’exploitation. Par ex le bilan-sol culture aide à mieux gérer la fertilisation et risque nitrate. Le poste gestion des effluents permet de bien évaluer les pertes de NH3. Au final le diagnosic réalisé permet d’engager les démarches de progrès les plus appropriées Bilan à l’exploitation + bilan des ateliers + simulation du devenir des surplus de bilan Adapté de F Aarts (communication)

L’optimisation à l’échelle de l’exploitation ne sera pas suffisante Tendanciel en 2050 Actuel Généralisaiton des bonnes Pratiques (MAE) nitrate, mg/L < 2 2 - 10 10 - 25 25 - 50 > 50 L’échelle des BV est la plus pertinente pour aborder les questions de la gestion de la cascade de N L’exemple des bassins de la Seine, de la Somme et de l’Escaut Eutrophisation côtière (pêche au coquillage interdite sur le littoral Calvados Simulation des tendances à long terme de la qualité des eaux des bassins Seine-Escaut La généralisation des MAE permettait la stabilisation de la charge nitrate Seul la généralisation de système agricole permettrait à terme le retour à la bonne qualité écologique des eaux (eau sous racilnaire à moins de 25 mg N) Généralisation de systèmes en AB Billen, Benoit et al (2011) - Bassin Seine-Escaut

Leviers identifiés à l’échelle des territoires Déconcentration Relocalisation des animaux Recherche de synergies entre exploitations Gestion collective des effluents pour exportation Evolution collective des systèmes Aménagements paysagers favorisant la capacité d’épuration par le milieu (dénitrification, captation NH3)

Gradient d’efficacité / difficulté de mise en œuvre des mesures Projets de territoires Potentiel de réduction des pertes d’azote (kg/ha) Gestion des effluents Systèmes bio ou à bas intrants Syst. fourragers et de culture (prairie, légumineuses,cipan) Méthanisation Alimentation, élevage Difficulté de la mise en oeuvre (coût, revenu, productivité, besoin de recherche, engagement des acteurs )

Transfert pollution (eau/air) Effets associés aux mesures prises pour limiter les pertes en azote vers l’environnement Transfert pollution (eau/air) Épargne de P Abatte- ment GES Gains conso Energie Revenu par UTA Produc- tivité (/ha) Alimentation 0 ou + Gestion Effluents 0 ou + + + ou - S. Fourrager S. Culture + variable (besoin innovation) Aménageme nts paysage + ou - + - Action sur troupeaux : réduit les pertes urinaires donc à la fois les risques de fuites de NH3 et de NO3. Effet marginal sur tous les autres postes recencés - Effluents : effets plus ambivalents. Maîtrise non compléte des différentes étapes peut conduire à des transfert de pollution. Une gestion vigilante de N des effluents, en permettant des économies d’engrais minéral doit permettre une réduction des GES, de la conso d’énergie fossile et coûts de production (fonction prix engrais / chute éventuelle de rendement - Systèmes culture : La réduction des pertes de NO3 (couverture du sol, prairie), doit s’accmpagner de celle du P (moins de ruissellement), des émissions de GES et conso d’énergie (légumineuses). Les effets sur le revenu dépendront du prix des engrais et de la réduction éventuelle de rendements (besoin de recherche) - Evolution collective : Gain net sur la conso d’énergie. Le bilan GES est plus difficile à évaluer. Les émissions rapportées à l’unité produite en système à bas intrants sont peu affectées ou peuvent s‘accroitre. La productivté des surfaces est fortement réduite mais le revenu peut être maintenu (réduction des couts, soutien des commanditaires) - Aucune info sur les effts induits aspects de relocalisation Evolutions collectives + ? + 0 ou + --

Différentiation géographique des politiques Gain d’efficacité en différenciant les politiques dans l’espace Localisation des impacts dépend de celle des émissions (NO3, NH3) Focaliser les efforts là où les bénéfices seront les plus grands Notion de charge critique : moduler normes/territoires Quantité maximale d’azote que le SPA peut recevoir tout en limitant les impacts à des niveaux définis Variable selon les impacts considérés, les territoires, la présence de zones sensibles… Echelle : petite région agricole, bassin de production ? Besoin de construire une méthode partagée, généralisable Mise en œuvre : zonage écologique La littérature montre que l’on gagne en efficacité économique en différenciant les politiques dans l’espace, notamment en réduisant davantage la pollution là où cela procure les bénéfices les plus grands et en fonction des types de producteurs, en faisant porter davantage l’effort sur cuex don’t les coûts de réducition sont les plus faibles. Il s’agit alors de définir des zonages environnementaux Variable selon les impacts considérés, les territoires et les modes d’occupation des sols, présence de zones sensibles

Mise en perspective des possibilités de réduction des émissions azotées Evolution des filières Fluctuation et dérégulation des marchés - fin des quotas Choix productifs des éleveurs (animal / végétal) Accroissement du prix de l’énergie Changement climatique Impacts locaux Normes internationales Facteurs sociétaux Evolution de la consommation en produits animaux Tolérance vis-à-vis des systèmes de production animale et des innovations techniques

Plan de la présentation Transformations de l’azote dans la biosphère et contribution de l’élevage Pressions azotées au niveau des territoires Complexité des flux dans les systèmes de production animale Leviers d’actions pour améliorer l’efficience de l’azote et limiter les impacts Enseignements de l’ESCo

Des connaissances nouvelles Exploitations Efficience de l’azote faible, variable en fonction de l’échelle considérée et résulte d’interactions complexes Importance des émissions de NH3 : L’azote ne se réduira au nitrate, arbitrages entre qualité de l’eau et de l’air Territoires Concentration des élevages déterminante pour les impacts Risques et impacts dépendent des caractéristiques des territoires Instruments économiques et juridiques Encadrement complexe n’ayant pas permis d’atteindre les objectifs Limites des instruments non territorialisés et monofactoriels Teritoires : attention au cumul entre concentration et vulnérabilité des milieux La gestion des différentes facettes de l’azote nécessite des approches systémiques et territoriales

Des pistes de progrès identifiées Exploitations Une démarche d’optimisation des pratiques pour utiliser moins et mieux l’azote : Inefficacités / performances économiques mais… marges de progrès pouvant être insuffisantes Territoires Des gains en théorie très significatifs sur les impacts sont possibles Prendre en compte la vulnérabilité des territoires mais … nécessite un engagement collectif fort des acteurs Acteurs Choix et mise en œuvre des moyens d’accompagnement sont décisifs Implication des acteurs des filières dans la gestion de l’azote

Besoins de recherche Développement d’Outils (indicateurs) d’Aide à la Décision Vision intégrée de la gestion de l’azote : exploitation et territoires Observatoire des pratiques et réseaux de références Dynamique de l’azote au sein des SPA Acquisition de connaissance sur les processus mal connus ou mal quantifiés Innovations (techniques et organisationnelles) dans la conduite des systèmes fourragers et culturaux Scénarios de redistribution de l’élevage à l’échelle des territoires, Efficacité des politiques environnementales Coût de transaction des politiques Concept de la charge critique Prise en compte de l’aspect multi facettes de l’azote, harmonisation des méthodes Fixation symbiotique, dynamique N dans le sol, fonctionnement des zones humides, Systèmes basés sur légumineuses, Systèmes de culture permanents,

Mise en discussion des conclusions de l’ESCo