Les exploitations de polyculture-élevage sont de plus en plus reconnues au plan international comme limitant les problèmes environnementaux tout en permettant une agriculture productive et économiquement viable. Les incitations à la spécialisation de la PAC et la diminution de la main d'oeuvre agricole les ont néanmoins marginalisées en Europe. Cette thèse vise à éclairer les conditions de maintien d'exploitations de polyculture-élevage durables. Un travail en partenariat avec des agriculteurs, maires et conseillers agricoles a été conduit sur un cas d'étude en zone défavorisée simple française, les Coteaux de Gascogne. Nos travaux ont montré que, malgré une forte variabilité entre exploitations, la polyculture-élevage locale était un bon compromis par rapport à la spécialisation pour une durabilité environnementale et économique. Une analyse des trajectoires passées des exploitations nous a permis d'éclairer quatre types de « chemins pour durer » en polyculture-élevage. Parmi ceux-ci, deux sont apparus pertinents pour le maintien de la polyculture-élevage en contexte incertain : « maximiser l'autonomie » et « diversifier les ateliers ». Sur la base de ces deux types de trajectoires, nous avons co-construit avec les partenaires deux scénarios techniques prospectifs. Pour le type « maximiser l'autonomie », implanter des intercultures fourragères basées sur des légumineuses permettrait de favoriser l'autonomie alimentaire du troupeau en maintenant la fertilité des sols. Pour le type « diversifier les ateliers », finir des génisses permettrait de les valoriser en circuit court. Ces scénarios ont été adaptés puis simulés sur des exploitations locales. Ce type de démarche a permis i) d'impliquer fortement les acteurs locaux via des réunions collectives et ii) une approche prospective originale fondée sur une étude rétrospective intégrant le temps long. / Mixed crop-livestock farms are again attracting worldwide interest, as they are considered to be a good way to limit environmental problems while allowing a productive and economically viable agriculture. The incentives of the Common Agricultural Policy and decreasing workforce availability nevertheless marginalized these farms in Europe. This thesis aims at understanding the conditions for a survival of sustainable mixed crop-livestock farms. A partnership process with farmers, mayors and technical advisers has been led in a French less favoured area, the Coteaux de Gascogne. Our work has shown that even if a wide variability existed between farms, local mixed crop-livestock farming was a good trade-off compared to farm specialization concerning an environmental and economic sustainability. An analysis of farm past trajectories allowed us to enlighten four “paths to last” in mixed crop-livestock farming. Two of these ones appeared to be suitable paths to maintain mixed crop-livestock farms in a uncertain context: “maximizing autonomy” and “diversification of production units”. On the basis of these two types of trajectories, we have co-constructed with local actors two technical prospective scenarios. In line with the type “maximizing autonomy”, forage legume intercropping could enable to autonomously feed the bovine herd while maintaining soil fertility. In line with the type “diversification of production units”, fattening heifers would allow a commercialization through short circuit. These scenarios have been adapted and then simulated on local farms. This type of approach allowed to i) strongly involve local actors through collective meetings and ii) an original future study based on a retrospective study integrating long time changes.

La spécialisation des systèmes agricoles et des territoires montre ses limites, principalement d’un point de vue environnemental mais aussi économique si les prix augmentent. La diversification et l’intégration de culture et d’élevage au sein des exploitations apparaît être une solution de production plus durable, mais leur fonctionnement n’est pas totalement appréhendé. Nous émettons les hypothèses qu’il existe des conditions d’intégration sous lesquelles les systèmes de polyculture-élevage (PCE) sont effectivement plus durables que les systèmes spécialisés et que les méthodes de caractérisation et d’évaluation des systèmes de polyculture-élevage ne permettent pas d’identifier ces conditions. Dans l’objectif de vérifier ces hypothèses, nous avons développé le modèle Sheep’n’Crop pour simuler des systèmes de polyculture-élevage ovin allaitant contrastés auxquels deux types d’analyses ont été effectuées : (i) analyses d’indicateurs économiques, de productivité et environnementaux (GES, MJ, bilan N) à l’échelle de l’exploitation agricole et des ateliers de production en vue d’évaluer la durabilité des systèmes, et (ii) analyse d’efficience énergétique à partir de la méthode de frontière de production DEA pour caractériser la complémentarité des ateliers de culture et d’élevage. Ces analyses ont été menées sur trois stratégies de production à possibilités d’interactions décroissantes – systèmes intégrés, non-intégrés, diversifiés fictifs – au sein desquels l’organisation culture-élevage (% culture) et la saisonnalité de la production ovine (printemps ou automne) varient. L’évaluation de la durabilité montre que les interactions culture-élevage et une mise-bas de printemps permettent d’améliorer tous les indicateurs de durabilité, mais un pourcentage de culture élevé réduit les performances pour la consommation d’énergie non-renouvelable et le bilan azoté. La caractérisation de l’intégration des systèmes PCE par leur gain d’efficience énergétique – la complémentarité - montre que les systèmes intégrés et non-intégrés simulés sont plus efficients que les systèmes diversifiés fictifs de +6.4% et +0.4%. Le lien entre l’indicateur de complémentarité et la durabilité des systèmes est néanmoins difficile à établir étant donné l’existence de trade-off. Nous recommandons de compléter ces résultats en améliorant la considération des contextes pédoclimatiques et socio-économique, de l’efficience d’échelle de production, du niveau d’intensification de l’atelier animal et des effets agronomiques et techniques des interactions culture-élevage. / Specialization of farming systems and territories are not environmental-friendly, moreover those systems are threatened by the expected higher prices of inputs of production. Diversification and integration of crop and livestock at the farming system scale appears to be a valuable way to enhance farming system sustainability. We posit that they must be conditions of integration that permit mixed crop-livestock systems to be more sustainable than specialized systems and that existing methods of mixed crop-livestock systems characterization do not permit identifying those conditions. To test those hypothesis, we designed a whole-farm model – Sheep’n’Crop – that permits simulating contrasted mixed crop-livestock systems and evaluating (i) their sustainability through economic, productive and environmental (MJ, GHG, N balance) indicators and (ii) their energetic efficiency through a DEA production frontier analysis in order to characterize the complementarity that exists between crop and livestock subsystems. Those analyses were run on three contrasted farming system strategies, distinguished by a decreasing possibility of interactions between crop and livestock subsystems: integrated systems, non-integrated systems and virtual diversified systems. Those systems are also characterized by various crop-livestock organizations (% of crops) and lambing’s periods (spring or autumn). The analysis of sustainability indicates that crop-livestock interactions and spring seasonality permit enhancing each performance of sustainability. However, a high percentage of crops makes decrease the MJ consumption and N balance performances. The characterization of mixed crop-livestock systems through their energetic efficiency gains – the complementarity – show that integrated and non-integrated systems are respectively more efficient than virtual diversified systems by +6.4% and +0.4%. Comparing the complementarity index and indicators of sustainability of farming systems, we highlighted the existence of trade-off. Before analyzing and identifying the best trade-off compromise, we recommend completing our results by testing various pedoclimatic and socio-economic context, the effect of scale efficiencies, the effect of livestock intensification and increasing agronomic and technical effects of crop-livestock interactions.