Modélisation de la pollution nitrique des aquifères des Bocages Normands Phase 2-1: Pratiques agricoles en Basse-Normandie : Perspectives et discussion autour de nouveaux résultats Caen, le 16 mars 2010 Céline Schott, INRA-SAD, Unité de Recherche ASTER Mirecourt

Délimitation de la zone d’étude Zone retenue : Totalité de la Basse-Normandie + 3 cantons situés au sud de la Manche : 2 cantons en Ille-et-Vilaine (Fougère Nord et Louvigne-du-Désert) 1 canton en Mayenne (Landivy) Maillages utilisés : Cantons (148 ) Petites Régions Agricoles (17 PRA) Départements (3 dep.)

Principales sources d’information utilisées Corine Land Cover 2000 : localisation des surfaces agricoles / forêts, zones urbanisées RGA 1970, 1979, 1988 et 2000 à l’échelle de la PRA : surfaces cultivées, effectifs animaux, irrigation, drainage… Données SISA (dossiers PAC) agrégées à l’échelle de la PRA : évolution de l’assolement annuel des cultures primées Statistiques Agricoles Annuelles (SAA) de 1970 à 2006 : évolution des surfaces cultivées et des effectifs animaux à l’échelle départementale Enquête Teruti (1992-2003) : recensement annuel de l’occupation du sol sur un échantillon de points fixes permettant l’extraction des successions de cultures majoritaires Enquête « Pratiques Agricoles sur Grandes Cultures » de 1994, 2001 et 2006 du SSP (Service de Statistique et de Prospective du Min. Agr.) : description de l’itinéraire technique sur les principales grandes cultures + prairies permanentes et temporaires

I. Nouveaux résultats sur les pratiques agricoles en Basse-Normandie

Les principales évolutions agricoles en Basse-Normandie au cours du siècle passé Fin 60’-début 70’ : début de l’inversion de tendance Entre 1910 et 1970 : progression des prairies au détriment des terres labourables 1970-2006 : Retournement continu des prairies Sources : SAA, Agreste En 2006, STH équivalente à celle du début du 20ème siècle Validation a posteriori du recul historique adopté (1970 : début de l’intensification agricole en Normandie)

Le retournement des prairies… atténué par les « bricoleurs » 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000 1400000 1970 1980 1990 2000 2010 en ha STH totale de la région STH totale des exploitations de la région Mise en évidence d’une STH « occulte » négligée par la plupart des statistiques agricoles  la STH « hors exploitation professionnelle » i.e. vergers, pâtures appartenant à des particuliers (« les bricoleurs ») Sources : SAA, Agreste Entre 1970 et 2007, la STH de la région diminue de 41% alors que la STH des exploitations de la région diminue de 48 %.

La part croissante de la STH « non agricole » dans la SAU Représente une part de + en + importante de la STH dans les départements : < 8% de la STH totale De 0 à 18% de la STH totale De 10 à 23% de la STH totale 100000 200000 300000 400000 500000 600000 1970 1973 1976 1979 1982 1985 1988 1991 1994 1997 2000 2003 2006 en ha Orne Manche Calvados STH hors exploitation STH des exploitations Terres labourables SAU des exploitations SAU totale Pose des questions de recherche intéressantes : quels impacts sur la qualité de l’eau ou la biodiversité ? (par la création de mosaïques paysagères : refuges pour la biodiversité, zones tampon pour limiter le ruissellement, et permettre la dilution des intrants agricoles …)

L’évolution de l’assolement depuis 1913 Assolement en 2007 51% 15% 3% 1% 7% 13% 4% Assolement en 1913 52% 12% 6% 23% 5% Betterave Pois Colza Prairies temporaires Prairies artificielles Maïs fourrage Autres cultures STH blé Orge Maïs grain Autres céréales Lin textile Pomme de terre 56% 2% Assolement en 1993 Assolement en 1970 78%

Les successions de cultures dans le département de l’Orne entre 1977 et 2003 Diagramme de Markov Transitions Blé-Maïs-Blé / Blé-Colza-Blé/ Blé-Pois-Blé/ Orge-Maïs / Blé-Orge/ Blé-Blé/ Maïs-Maïs Pr.temp Jach Pois Colza Orge Blé Maïs ? 1977 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 Idem + Blé-Jachère-Blé Transitions Blé-Maïs-Blé / Orge-Maïs / Blé-Orge/ Blé-Blé/ Maïs-Maïs Transitions Blé-Maïs-Blé / Blé-Colza-Blé/ Blé-Pois-Blé/ Orge-Maïs / Orge-Colza / Blé-Orge/ Blé-Blé/ Maïs-Maïs Sources : Teruti, Agreste

Les successions de cultures dans le département de l’Orne entre 1977 et 2003 Sources : Teruti, Agreste Triplets de cultures majoritaires En pourcentage de SAU

Les successions de cultures en Basse-Normandie entre 1992 et 2003 Diagramme de Markov Sources : Teruti, Agreste

Les successions de cultures en Basse-Normandie entre 1992 et 2003 Triplets de cultures majoritaires Sources : Teruti, Agreste

Les successions de cultures en Basse-Normandie entre 1992 et 2003 Diagrammes de Markov par PRA

Les enquêtes « Pratiques culturales sur grandes cultures » du SSP Permettent de caractériser ta totalité de l’ITK d’une culture donnée à l’échelle de la parcelle en 1994, 2001 et 2006 Peu de cultures enquêtées de manière continue entre 1994 et 2006 : blé, maïs fourrage + prairie temporaire et permanentes en 2001 et 2006 Echantillon souvent insuffisant pour une culture, un département et une année enquêté (condition : nb > 30)

Les effluents organiques en Basse-Normandie Fumier de bovin effluent majoritaire à très majoritaire partout mais développement du lisier de bovin entre 2001 et 2006 (x 2 dans la Manche) Diminution des doses de fumier mais augmentation des doses de lisier Conséquence de la mise aux normes des bâtiments d’élevage ? (remplacement des aires paillées par les logettes)

La fertilisation azotée des cultures en basse-Normandie Les céréales reçoivent toujours une dose d’azote et parfois une dose d’engrais organique (0 à 13% des cas) Idem colza (?) Le maïs fourrage reçoit presque toujours un engrais minéral (à + de 90%) et un engrais organique (à + de 80%) Le pois ne reçoit jamais d’azote minéral mais parfois des engrais organiques Les prairies permanentes ne reçoivent un apport d’azote minéral que dans 40 à 70% des cas, et un apport d’engrais organique dans 10 à 24% des cas Augmentation de la fertilisation organique sur prairies entre 2001 et 2006 (pour compenser le prix des engrais minéraux ?) Les prairies temporaires reçoivent un apport d’azote minéral dans 70 à 80% des cas, et un apport d’engrais organique dans 20 à 34% des cas

La fertilisation azotée des cultures en basse-Normandie Moyennes des parcelles ayant reçu un engrais minéral Blé tendre :  doses entre 94 et 2001 puis  entre 2001 et 2006 Fertilisation + forte dans le Calvados et dans l’Orne que dans la Manche Développement du 3ème apport entre 94 et 2001 Maïs fourrage : Forte  doses entre 94 et 2006 Fertilisation + forte dans le Calvados 2ème apport + fréquent dans la Manche Prairies permanentes : Forte  doses entre 2001 et 2006 2ème apport + fréquent dans la Manche Prairies temporaires : Forte  doses entre 2001 et 2006 3ème apport + fréquent dans la Manche

La fertilisation azotée des cultures en basse-Normandie Evolution de la distribution des doses d’azote minéral apportées à l’échelle régionale (ensemble des parcelles y c celles sans apports) Prairies temporaires 150 32,5 69,5 100 13 296 59 228 2006 2001 50 200 250 300 U N maïs fourrage 96 60 91 51 80 143 70 76 24 138 1994 Baisse importante des doses Très forte amplitude des doses Blé tendre d'hiver 180 128 234 120 175 157 148 253 131 246 2006 2001 1994 50 100 150 200 250 300 350 400 U N Relative stabilité des doses Prairies permanentes 57 30 67 165 140 2001 2006 50 100 150 200 250 300 350 400 U N Baisse des doses max

Autres descripteurs des pratiques agricoles : % labour et CIPAN Le non-labour se développe considérablement entre 2001 et 2006, notamment dans l’Orne (cf blé et mf) Idem pour les CIPAN qui sont surtout implantées en précédent du maïs fourrage (15% des parcelles en 2006)

II. Méthodologie employée : rappels

Définition des variables à enquêter pour alimenter le modèle STICS à l’échelle du bassin de la Seine Contraintes : tenir compte du temps de transfert long jusqu’aux aquifères (environ 30 ans) Caractérisation des pratiques agricoles responsables du lessivage du nitrate à l’échelle de chaque PRA depuis les années 70 Pratiques enquêtées par PRA et par période Définition de périodes considérées comme stables du point de vue des pratiques agricoles Systèmes de culture Type de prairies : fauchées / pâturées / mixtes (en % de SAU par PRA) Prairies permanentes Successions de cultures (en % de SAU par PRA) Itinéraire technique par culture Conduite du pâturage (date, chargement, type de troupeau) Fertilisation minérale et organique (date, dose, nature, valeur azotée, fréquence) Fauches (dates, rendement, type de fourrage) Travail du sol (type, date, profondeur, nb de passages) Date de semis, date de récolte, rendement, gestion des résidus, % de CIPAN… Fertilisation minérale et organique (date, dose, nature)

La segmentation temporelle de la BDD Détermination à « dires d’expert » de périodes « homogènes » en terme d’occupation du sol 3 périodes délimitées par 1) les quotas laitiers (1983); 2) La Réforme de la PAC (1992)  Développement du pois et stabilisation des prairies temporaires  Développement du colza et baisse du pois

Représentation simplifiée de la BDD Pratiques Agricoles Bocages Normands Une base de données scindée en 2 parties : une base cultures et une base prairies permanentes Organisation de chaque base autour d’une table centrale Détermination de 3 périodes

Calcul des surfaces cultivées et des successions de cultures Constitution d’un tableau présentant les surfaces cultivées en ha par canton et par années : surfaces enquêtées pour les années 70, 79, 88, 2000 et 2006 (Sources: RGA et SISA) Surfaces estimées (interpolation linéaire, estimation à partir des données SAA) pour les années intercensitaires Calcul des surfaces moyennes par période (période 1 : 1970-83; période 2: 1984-93; Période 3 :1994-2007) Réalisation d’une classification (PTA : « analyse triadique partielle ») avec ces données : typologie des cantons en fonction de leur occupation du sol dominante et de son évolution dans le temps Pour chaque classe obtenue, calcul d’un assolement moyen et des successions de cultures majoritaires puis saisie dans la BDD

La classification des cantons en systèmes de culture homogènes Typologie des cantons sur leurs occupations du sol dominantes dans le temps Permet de classifier les cantons selon leurs caractéristiques d’occupation du sol (pourcentages des cultures ou des prairies) et selon l’évolution de ces pourcentages dans le temps Obtention de classes homogènes dans l’espace et dans le temps

La classification des cantons en systèmes de culture homogènes Typologie des cantons selon les itinéraires techniques dominants Découpage selon les itinéraires techniques des cultures Un zonage qui reflète le type d’expert enquêté et les découpages administratifs : plus découpé dans la Manche (enquêtes auprès d’agriculteurs) suivant les contours des PRA pour les experts agricoles

Une base de données qui permet de croiser différents zonages spatiaux Un double zonage dans la base cultures pour rendre compte au mieux des différentes situations en terme d’assolement/successions de cultures et d’itinéraires techniques

III. Extractions et validation des résultats contenus dans la BDD

Comparaison des surfaces cultivées Surfaces totales (SAU, TL et STH) par département Calvados Manche Orne Bonne restitution globale des grandes catégories de sols cultivées à l’échelle départementale

Comparaison des surfaces cultivées Evolution cantonale de la STH (53% de la SAU en 2000) D’après statistiques agricoles (RGA, SISA) D’après la BDD Pratiques agricoles «Bocages normands »

Comparaison des surfaces cultivées Principales cultures par département et par canton Le blé tendre (13,5% de la SAU en 2000) Bonne estimation globale et locale sauf en littoral Manche

Comparaison des surfaces cultivées Principales cultures par département et par canton Le maïs fourrage (12 % de la SAU en 2000) Bon calage général avec les données SAA

Comparaison des surfaces cultivées Principales cultures par département et par canton Les prairies temporaires (7 % de la SAU en 2000) Décalage important entre données SAA et RGA sur la période 70-94 Calage correct avec le RGA Sous-estimation dans la zone littorale et au sud de la Manche

Comparaison des surfaces cultivées Principales cultures par département et par canton L’orge (3 % de la SAU en 2000) Calage correct avec le RGA au niveau départemental et cantonal

Comparaison des surfaces cultivées Principales cultures par département et par canton Le colza (2% de la SAU en 2000) 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 moy_P1 moy_P2 moy_P3 14 50 61 en ha Très forte sous-estimation des surfaces en période 2 et 3 pour les départements du Calvados et de l’Orne (1/3 à 2/3 en moins)

Le pois protéagineux (2% de la SAU en 2000) Comparaison des surfaces cultivées Principales cultures par département et par canton Le pois protéagineux (2% de la SAU en 2000) Surestimation forte à moyenne des surfaces en pois en période 2 et 3 pour les 3 départements

Comparaison des surfaces cultivées Principales cultures par département et par canton Le maïs grain (1% de la SAU en 2000) Estimation correcte pour le Calvados mais très mauvaise pour la Manche et l’Orne

Les autres céréales (0,7% de la SAU en 2000) Comparaison des surfaces cultivées Principales cultures par département et par canton Les autres céréales (0,7% de la SAU en 2000) 2000 4000 6000 8000 10000 12000 moy_P1 moy_P2 moy_P3 14 50 61 en ha Prise en compte de l’avoine uniquement dans la BDD Non prise en compte des surfaces cultivées sur la période 2 et 3 Sous-estimation pour la période 1 dans la Manche et dans l’Orne

La betterave (0,5% de la SAU en 2000) Comparaison des surfaces cultivées Principales cultures par département et par canton La betterave (0,5% de la SAU en 2000) Forte surestimation des surfaces en betterave en période 1 pour les 3 départements : prise en compte des surfaces en betterave fourragère qui ont disparu par la suite

Le lin textile (0,4% de la SAU en 2000) Comparaison des surfaces cultivées Principales cultures par département et par canton Le lin textile (0,4% de la SAU en 2000) Sous-estimation dans la Calvados sur la période 1 Surestimation légère dans la Manche (zone côtière) Sous-estimation dans l’Orne en période 2 et 3

Comparaison des surfaces cultivées Principales cultures par département et par canton Les légumes La pomme de terre Concentration des surfaces cultivées dans les 3 à 4 cantons les plus caractéristiques (effet de la typologie)

Conclusion sur les surfaces estimées Estimation correcte des surfaces pour les cultures les plus représentées (STH, blé, orge, mf) mais des biais parfois importants pour les autres cultures (colza, pois, etc.) Non prise en compte de certaines cultures comme les prairies artificielles, les autres céréales après 1984, … Certains biais sont liés à la typologie qui peut conduire à retrouver une culture dans une zone dans laquelle elle ne devrait pas se trouver, d’autres à des erreurs d’interprétation des stats agricoles (ex: colza énergétique)

Extraction des ITK par culture et par période à l’échelle départementale CIPAN fortement surestimé par les experts notamment dans le cas du blé Non-labour fortement surestimé par les experts notamment dans le cas du blé et du pois

Extraction des ITK par culture et par période à l’échelle départementale qq évolutions des dates de récolte dans le temps mais interprétation difficile Concordance des dates entre BDD et SSP Augmentation généralisée des rendements dans le temps, sauf pour le pois Tendance à la surestimation des rdt moyens par les experts pas d’évolution notable des dates de semis dans le temps décalage imp entre données BDD et SSP pour le mf et le colza

Extraction des ITK par culture et par période à l’échelle départementale QN orga significative uniquement sur maïs et + faible dans le Calvados Sous-estimation par les experts des apports de fumier sur céréales et prairies Bonne estimation pour le Mf bonne estimation par les experts sauf pour les ferti sur prairies très surestimées Nb apports globalement sur-estimé par les experts surtout pour les prairies

Extraction des ITK par culture et par période à l’échelle cantonale L’extraction et la cartographie des résultats à l’échelle cantonale permet de vérifier la cohérence territoriale des résultats Rappel : méthode consiste à enquêter un expert pour une zone donnée et si possible pour l’ensemble de la période couverte par l’étude Conséquence : il y a donc une certaine cohérence temporelle des résultats entre les différentes périodes mais pas forcément géographique Il faudrait donc une nouvelle rencontre à postériori avec les experts pour améliorer la cohérence entre zones d’ITK

Extraction des ITK par culture et par période à l’échelle cantonale Le blé tendre Rdt en augmentation dans la temps + élevés dans Plaine de Caen, Avranchin et pointe de la Manche ? Pas d’augmentation majeure de la ferti sauf dans le nord de la Manche Fort développement du nb d’apport sur blé (de < 2 à >3) surtout dans l’Orne et le Nord de la Manche

Extraction des ITK par culture et par période à l’échelle cantonale Le blé tendre CIPAN avant blé uniquement dans Plaine de Caen ? Développement du non-labour localisé essentiellement dans l’Orne

Extraction des ITK par culture et par période à l’échelle cantonale Le maïs fourrage Rdt en augmentation, surtout dans le sud de la région (Avranchin, Mortanais) 2ème apport d’N minéral dans la Plaine de Caen Diminution des doses d’azote dans le temps Incohérence territoriale au niveau du sud-ouest de la BN (apport nul ?)

Extraction des ITK par culture et par période à l’échelle cantonale Le maïs fourrage Fertilisation orga systématique sauf dans la plaine de Caen Doses en diminution surtout dans le Calvados et dans l’Orne

Extraction des ITK par culture et par période à l’échelle cantonale Le maïs fourrage CIPAN avant maïs dès les années 70 ? Fort développement durant la dernière décennie (Calvados et Avranchin) Non-labour apparu au cours de la dernière période surtout dans la Bocage du Calvados (?) et le Perche Ornais

Extraction des ITK par culture et par période à l’échelle cantonale Les prairies temporaires Rdt en augmentation + faible dans l’Avranchin ? Uniformisation de la fertilisation au cours du temps (avant + forte dans la Manche et la Plaine de Caen) Généralisation du 4ème apport d’N minéral

Extraction des ITK par culture et par période à l’échelle cantonale Les prairies permanentes : fertilisation minérale Diminution de la ferti sur prairie, surtout dans sud Manche Idem pour le nb d’apport compris entre 1 et 2 sur la majeure partie de la basse-Normandie

Extraction des ITK par culture et par période à l’échelle cantonale Les prairies permanentes : usage des prairies Prairies fauchées : spécialité du Cotentin ? Absence de surface sur le reste de la Manche ? Prairies pâturées : très développées dans le quart nord-ouest de la BN (> 65%) ? Prairies mixtes : très développées dans le Pays d’Auge ? Recul dans l’Avranchin ?

Extraction des ITK par culture et par période à l’échelle cantonale Les prairies permanentes : le chargement moyen Prairies pâturées Chargement de printemps (en UGB/ha) Chargement d’été-automne Prairies mixtes Manque de cohérence territoriale : (ex : les zones les plus fertilisées ne sont pas les plus pâturées)

Synthèse finale : les cartes de pression azotée par période et par canton Permettent de regrouper par unité de surface l’ensemble des cultures, (pondérées par leur % de surface dans la SAU) et tous les types d’engrais apportés: (fertilisation organique et minérale exprimées en unités d’azote grâce à la conversion des doses de fumier et lisier en fonction de teneur en azote moyenne) Pondération des doses en fonction du pourcentage de l’ITK pour une culture donnée dans le canton

Pression azotée totale / TL Pression azotée organique / TL Pression azotée minérale / TL Pression azotée organique / SAU Pression azotée minérale / SAU Pression azotée minérale / STH Pression azotée totale / SAU

Pression azotée totale / SAU

Pression azotée absolue totale

Validation à partir des données communes BDD / SSP Résultats issus de la Base de données Résultats issus des enquêtes SSP Modification des surfaces en prairies permanentes en incluant la STH non professionnelle (enquêtes SSP concernent tous les types de prairies)

Validation à partir des données communes BDD / SSP Synthèse par culture Synthèse par département En cumulant tous les types de ferti et les surfaces traitées, on obtient une meilleure comparaison de la pression azotée par culture et par département La pression azotée par département est légèrement surestimée par les experts sur la dernière période (données SSP rep. entre 83 et 89% de la pression estimée)