Nourrir une population mondiale croissante dans un contexte de changements globaux pose de nouveaux défis à l’agriculture en termes d’efficience de production et d’impacts environnementaux. Rendre les systèmes agro-alimentaires plus soutenables nécessite de mieux recycler la biomasse et les nutriments, c’est-à-dire de tendre vers des flux de fertilisants, de produits végétaux, d’aliments du bétail, de coproduits et de déchets plus circulaires. À ce titre, il est nécessaire de développer de nouveaux outils pour mieux explorer et évaluer les échanges de matières entre les fermes et leurs partenaires économiques amont et aval dans les territoires. Dans le travail présent, l’état de l’art concernant les méthodes d’analyse, de modélisation et d’évaluation environnementale des flux de biomasse et d’éléments minéraux à différentes échelles est réalisé. Le modèle multi-agents FAN (« Flows in Agricultural Network») qui simule les flux des matières entre les fermes et leurs partenaires économiques dans les territoires agricoles a été développé. Les processus de FAN sont expliqués en détail et une analyse de sensibilité des variables clefs est présentée. Par ailleurs, le modèle FAN a été appliqué à un cas d’études en France pour évaluer la performance des scénarios contrastés visant à améliorer l’efficience d’utilisation des éléments minéraux, développer le recyclage de la matière, favoriser la production du biogaz ou reconcevoir les systèmes de production. Les sorties de simulations des scénarios sont analysées en termes de production alimentaire et énergétique, de flux de matières et de logistique, de cycle des nutriments et d’émissions de gaz à effet de serre. Ce travail montre l’utilité des outils de prospective et modèles multi-agents pour améliorer la durabilité des systèmes agricoles et des chaines alimentaires, pour créer et évaluer des solutions collectives tendant vers l’économie circulaire et pour prendre en charge les interactions entre acteurs économiques au sein des chaines et filières alimentaires complexes. / Feeding the growing global population in a context of global change raises new challenges for agriculture regarding its production efficiency and impacts on natural resources. Solutions for towards farming sustainability require to improve nutrient and biomass recycling in agro-food systems, i.e. to move from linear to more circular flows of fertilizers, crop products, feedstuff, by-products and organic wastes. Innovative tools exploring material exchanges between farms and their upstream and downstream partners in agro-food systems at the local scale are needed. In the present work, the state of the art about analysis methods, models and environmental tools addressing nutrient and biomass flows at different scales is reviewed. The FAN (“Flows in Agricultural Network”) model, an agent-based model that simulates a range of material flows among farms and their partners within agricultural districts is developed. FAN processes are explained in details and a sensitivity analysis to some key variables is performed. In addition, the FAN model is applied to a French case-study to assess the performances of contrasted scenarios aiming to enhance nutrient use efficiency, recycling strategies, biogas production and system redesign. The outcomes from the scenario simulation are analyzed are assessed in terms of food provisioning, nutrient cycling and greenhouse gas emissions. This work shows the usefulness of prospective, agent-based tools for greater farming and food-chain sustainability, to design and evaluate collective solutions for circular economy and to account for interactions among economic actors within complex agro-food systems.

Les milieux biologiques bruts, provenant des opérations de transformation de biomasse sont souvent caractérisés à la fois par leur caractère polluant et par un potentiel de valorisation important. Le développement de procédés adaptés au traitement de tels milieux complexes présente ainsi beaucoup d’intérêt. Les jus verts générés par la déshydratation de la luzerne (Medicago Sativa) sont caractérisés par une forte teneur en protéines. Outre leur valeur nutritionnelle importante, ces protéines ont des applications potentielles dans plusieurs domaines, notamment environnemental de part leur teneur élevée en Ribulose 1,5 Bisphosphate Carboxylase Oxydase (Rubisco), enzyme responsable de la fixation du CO2 chez les plantes. Dans ce travail la séparation sélective de la Rubisco à partir du jus de luzerne industriel centrifugé par chromatographie d’échange d’ions a été étudiée. Dans un premier temps une méthode d’analyse qualitative et quantitative a été mise au point pour la détection et la quantification de la Rubisco en solution et ainsi le suivi du procédé de séparation. Dans un deuxième temps, le procédé de séparation a été étudié en colonne, en lit fixe et en lit expansé, en utilisant le support échangeur d’anions Q Hyper Z et l’effet de la dilution du milieu sur la capacité dynamique du procédé a été analysé dans les deux cas. Les résultats obtenus ont montré que les deux modes de contact permettent d’avoir des capacités dynamiques de rétention du même ordre de grandeur que celles de la littérature. Après élution, la Rubisco a été concentrée jusqu’à 21 fois et les fractions produites étaient caractérisées par un grand degré de pureté. Par ailleurs, des études d’équilibre et cinétique d’échange ont été initiées dans ce travail et ont démontré que malgré la taille importante de la protéine d’intérêt (560 kDa) les limitations stériques à son transfert ne sont pas plus importantes que dans le cas de protéines plus simples et plus petites et que le support Q Hyper Z présente effectivement une grande affinité pour la protéine. Enfin une première approche théorique a été conduite pour la compréhension des interactions entre la protéine et l’échangeur dans ce milieu complexe. Elle a permis de confirmer l’importance de la prise en compte de la présence d’autres biomolécules dans le milieu sur la rétention de la Rubisco, peut être même plus que celle des sels / Biological raw material derived from bio-refinery processes, is often considered a source of pollution but it seems also to be a promising alternative to potential material recovery. The development of suitable processes for handling such complex biological material has so many concerns. Green juice produced from mechanical dehydration of Alfalfa (Medicago sativa) is an excellent source of protein with high nutritional quality. Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase oxygenase (Rubisco) is the most abundant protein in the green juice, with potential applications in many fields, such as human nutrition, pharmaceuticals, environmental… The aim of this study is to isolate and recover Rubisco produced from an industrial alfalfa green juice, by ion exchange chromatography process. First of all, a qualitative and quantitative analytical method was developed to provide reliable information about Rubisco content monitoring in the separation process. In a second step, the separation process was performed in fixed and expanded bed, using the anion exchanger Q Hyper Z. In both cases, the effect of the dilution of the green juice on the dynamic capacity of the columns was studied. The results showed that the dynamic capacity retention was similar in both columns to those reported in literature. After elution step, Rubisco was concentrated 21 times and produced with high level of purity. Furthermore, kinetic of ion exchange study was initiated. Despite the large size of the protein (560 kDa), steric limitations to mass transfer were not very significant when compared to those of conventional small proteins. The support Q Hyper Z showed an excellent affinity for the protein recovery. Finally, a first theoretical investigation has been conducted for understanding the retention mechanism between the protein and the separation column. This study shows the importance of taking into account the presence of other bio-molecules in order to perform the retention of Rubisco, perhaps even more than that of salts

L'économie circulaire (EC) émerge depuis les années 2000 dans le débat public, en opposition à l'économie linéaire, modèle dominant aux limites économiques et écologiques reconnues. Cette thèse constitue une première confrontation opérationnelle de l'EC à un système socio-écologique dépendant de la pêche, le Pays de la Cornouaille en Bretagne. Le système est délimité dans sa façade maritime avec la pêche côtière, seule considérée comme production locale.L'approche est systémique, multidimensionnelle et dynamique. L'analyse comporte trois volets : le premier sur l'amont du circuit en mer, le deuxième sur l'aval du système à terre et le dernier sur le système complet. Premièrement, le coût caché des rejets est visualisé via une analyse comptable de flux de matière ("Material Flow Cost Accounting" MFCA) adaptée à la pêche, proposé comme outil pertinent pour améliorer la performance économique et environnementale des pêcheurs. Deuxièmement, l’analyse de flux révèle une forte dépendance des activités à terre vis-à-vis des importations et exportations de bioressources halieutiques malgré un apport significatif de la pêche côtière à l'économie locale. Troisièmement, des scenarii sur le sous-système Sardine, du "business as usual" a l'EC, servent à proposer une trajectoire alternative de développement basée sur un "panier" de biens et services territorialises et la construction d'une valeur territoire à partir de ressources halieutiques locales. Pour atteindre cette EC durable, il s'agira d'optimiser l'utilisation des ressources locales et diminuer les externalités négatives, en plus d'aller vers une gouvernance partagée, adaptée à l'échelle du système socio-écologique considéré. / The years 2000 have favored the emergence of "Circular Economy" (CE) in the public debate, as opposed to the "linear economy", the dominant model that led to acknowledged economie and ecological limits. Our work is a first attempt to address the CE to a fishery-dependent socio-ecological System, the Cornouaille region in Brittany. The approach is systemic, multidimensional and dynamic. It implies the identification of marine boundaries, in which only Coastal fisheries are considered as a local production. The analysis is conducted along three main axes: an analysis of the upstream part at sea (fishing), an analysis looking at the downstream value chain, on land, and a third looking at the whole System. First, a Material Flow Cost Accounting (MFCA) analysis adapted to fisheries is proposed as a relevant tool to improve economy and environmental performance of fishers, providing evidence of hidden costs of fish discards.Second, the fish bioresource flow analysis indicates a strong dependency on importation and exportation flows to maintain land-based activities depending on sea products, albeit evidence of a significant contribution of Coastal fisheries to the local economy. Third, the exploration of the sardine sub-system through scenarii, ranging between from "business as usual" to those lined with CE, shows an alternative development trajectory, based upon a potential "basket of goods and services", a "territorial value", specifically linked to local fisheries. To achieve such a sustainable CE, we would need to not only aim at a more efficient use of local marine resources and decrease negative externalities, but also advocate for a shared governance, suited to the scale of the considered localised socio-ecological System.

Geographical indications (GIs) are one form of protective labelling used to indicate the origin of food and alcohol products. The role of protected geographical indicators as a promising sustainable rural development tool is the basis for this research. The protection of geographical indications is a rather controversial subject and much research is still required for both sides of the debate. The research method employed for this study is qualitative critical social science. Two Case studies are used to investigate the benefits brought to rural areas through the protection of GIs. The case studies include the GIs Jersey Royal and Welsh Lamb both from the United Kingdom a member of the European Union (the EU is in favour of extended protection of GIs for all agro-food products under the 1994 WTO/TRIPS agreement on geographical indications). Twenty-five indepth interviews were conducted for this study the duration of the interviews was approximately one hour. The study identifies predominantly indirect links between GIs and sustainable rural development, through economic and social benefits bought to rural areas by the GIs investigated - less of a connection was found to ecological elements. No considerable cost for GI protection was discovered. This finding suggests that GIs are worthwhile for implementation in New Zealand as a rural development tool.