Ce projet vise à faire une première évaluation de l’impact potentiel des changements climatiques (CC) sur la durabilité technico-économique et agroenvironnementale des fermes laitières au Québec. Des projections des indicateurs agroclimatiques, selon un scénario initial et deux scénarios climatiques futurs, ont été utilisées pour évaluer l’impact potentiel des (CC). Ces projections laissent présager des rendements supérieurs pour le maïs, le soya, l’ensilage de maïs ainsi que la luzerne. Une diminution de la valeur nutritive des fourrages devrait être observée. Le modèle global de ferme laitière N-CyCLES a été utilisé pour évaluer les impacts économiques et agroenvironnementaux dans deux régions du Québec, une périphérique et une centrale. Sans adaptation des rotations des cultures aux (CC), le bénéfice net des fermes laitières pourrait légèrement diminuer dans la région périphérique évaluée alors que s’il y a une adaptation, il pourrait augmenter dans les deux régions. Les résultats environnementaux sont variables entre les scénarios.

Dans un contexte de montée des revendications sociales et de crise des modèles de développement, ce travail interroge les transformations des territoires oasiens du sud tunisien à partir d’une analyse de la diversification des pratiques de mise en valeur des ressources locales. La recherche porte une attention particulière aux innovations économiques, sociales et techniques qui caractérisent certaines formes émergentes de valorisation et à la dimension politique qu’elles revêtent. Adoptant une approche de géographie sociale, l’analyse s’appuie sur une comparaison de l’oasis continentale de Tozeur et de l’oasis littorale de Gabès permettant de cerner la diversité des processus qui influencent les dynamiques de ces territoires. Cette démarche met en question une approche des oasis comme des milieux d’exception et souligne la nécessité d’intégrer dans l’analyse la diversité des acteurs déployant leurs stratégies dans les territoires oasiens et de réinsérer ces derniers dans leur contexte politique régional et national. Il ressort de l’analyse que la transformation des territoires oasiens est caractérisée par des dynamiques en partie contradictoires ; d’un côté les politiques nationales de développement ont eu pour effet de marginaliser les oasis anciennes, les soumettant à une série de menaces­ – désertification, urbanisation, abandon –­ qui remettent en cause leur pérennité ; de l’autre côté, la montée de préoccupations environnementales et l’émergence de nouvelles demandes touristiques et en matière de cadre de vie a favorisé une dynamique de requalification patrimoniale des oasis procédant d’une idéalisation de leurs systèmes traditionnels médiatisée par une scène associative en pleine expansion. La diversification des formes de valorisation des territoires oasiens – entre petite agriculture familiale, projets d’agrobusiness, activités de loisirs, agroécologie ou écotourisme, induisent aussi des concurrences accrues pour l’accès aux ressources foncières et hydriques et un renforcement du processus de différenciation sociale et spatiale au sein des territoires oasiens. Ainsi, les phénomènes observés soulignent l’ambivalence de cette dynamique de « sauvegarde des oasis », de plus en plus politisée, qui participe au débat sur la redéfinition des modèles de développement dans la Tunisie post­2011. / In a context of rising social demands and a crisis in development models, this work questions the transformations of the oasis territories of southern Tunisia drawing on an analysis of the diversification of practices of local resource exploitation. The research devotes particular attention to the economic, social and technological innovations that characterize certain emerging forms of valorization and to the political dimension they carry. Adopting a social geography approach, the analysis is based on a comparison of the continental oasis of Tozeur and the coastal oasis of Gabès, making it possible to identify the diversity of the processes that influence the dynamics of these territories. This approach calls into question an understanding of oases as exceptional environments and underlines the need to integrate into the analysis the diversity of actors deploying their strategies in the oasis territories and to reintegrate the latter into their regional and national political context. The analysis shows that the transformation of oasis territories is characterized by partly contradictory dynamics; on the one hand, national development policies have had the effect of marginalizing ancient oases, subjecting them to a series of threats – ­desertification, urbanization, abandonment ­ that call into question their sustainability; on the other hand, the rise of environmental concerns and the emergence of new tourism and living environment related demands has fostered a dynamics of heritage re­qualification of oases based on an idealization of their traditional systems that is publicized by a booming associative sector. The diversification of valorization forms of oasis territories ­ranging from small family farming to agribusiness projects and leisure activities, agroecology or ecotourism ­also leads to increased competition for access to land and water resources and to a strengthened process of social and spatial differentiation within oasis territories. Thus, the phenomena observed underline the ambivalence of this increasingly politicized "oasis preservation" dynamics that contributes to the debate on the redefinition of development models in post­ 2011 Tunisia.

Pour prévoir la production, les systèmes de surveillance de la sécurité alimentaire doivent être renseignés par des données sur les surfaces cultivées et sur le rendement. Ces données peuvent être estimées par les systèmes d'observations satellitaires à moyenne résolution spatiale, qui, par leur vision synoptique, constituent une source d'information particulièrement adéquate. En Afrique de l'Ouest, l'estimation des surfaces cultivées par télédétection reste cependant problématique en raison d'un domaine cultivé fragmenté, d'une grande hétérogénéité spatiale due aux conditions environnementales et aux pratiques culturales, et de la synchronisation des phénologies des agrosystèmes et des écosystèmes liée au régime des précipitations. Dans ce contexte, cette thèse présente, en trois volets, des développements méthodologiques originaux pour la caractérisation des systèmes agricoles d'Afrique de l'Ouest par télédétection. Les méthodes ont été développées à partir de séries temporelles MODIS (250 m à 500 m de résolutionspatiale) acquises sur le Mali. (i) La cartographie des surfaces cultivées a été réalisée à partir d'indices spectraux, spatiaux, texturaux et temporels dérivés des images. Deux approches ont été appliquées : une approche de type ISODATA consécutive à une segmentation du territoire basée sur les images MODIS et une approche de fouille de données basée sur des « motifs séquentiels ». Les produits cartographiques obtenus présentent une meilleure précision que les produits globaux « occupation du sol » existants (70% vs 50% en moyenne). Cependant, une part importante des erreurs d'omission et de commission (de 20% à 40%) reste incompressible en raison de la fragmentation du domaine cultivé. (ii) La cartographie des types de systèmes agricoles a nécessité un premier travail de typologie effectué à partir d'une BD d'enquêtes de terrain de l'Institut d' Economie Rurale de Bamako sur 100 villages. Trois types de systèmes agricoles ont été déterminés à l'échelle du village : céréales dominantes (mil, sorgho), cultures intensives dominantes (maïs, coton) et mélange de sorgho et de coton. La classification des systèmes agricoles à partir des indicateurs de télédétection précédemment cités a été produite par un algorithme de type Random Forest avec une précision globale de 60%. Les résultats mettent en évidence une combinaison optimale d'indicateurs comprenant le NDVI ainsi que la texture pour la caractérisation des systèmes agricoles. (iii) Enfin, pour le suivi des cultures, le produit phénologique MODIS a été testé et évalué à partir de variables phénologiques obtenues par simulations agro-météorologiques du modèle de plante SARRA-H. Les résultats montrent que ce produit comporte des incohérences dues au fort ennuagement de début de saison des pluies. Après suppression des données aberrantes, on montre que les dates de transition phénologique des surfaces cultivées issues de MODIS sont plus précoces de 20 jours comparées aux sorties du modèle de culture, en raison notamment de la nature mixte « agro-écosystème » des surfaces à l'échelle du pixel MODIS. Les résultats de cette thèse permettent de dégager de nouvelles pistes de couplage entre télédétection, données de terrain et modélisation agro-météorologique en apportant une information continue dans le temps et dans l'espace sur la caractérisation du domaine cultivé au « Sahel ». / For food security systems, data on cultivated surfaces and yields are a prerequisite for agricultural production forecast. Moderate resolution satellite remote-sensing systems offer a synoptic vision that makes them a particularly appropriate information source for the estimation of such data. However, the estimation of cultivated surfaces is still challenging in West Africa, because of highly fragmented farmland, specific weather conditions resulting in high regional variability in terms of agricultural systems and practices, and synchronized phenology of crops and natural vegetation due to the rainfall regime. In this context, this thesis presents three original methodological approaches for the characterization of agricultural systems in West Africa by remote sensing. These methods were developed using MODIS time series (from 250 to 500 m spatial resolution) acquired for Mali. (i) The mapping of cultivated areas was carried out with spectral, spatial and textural indices derived from the images. Two approaches were chosen: one of ISODATA type following a segmentation of the territory based on MODIS imagery, and the other of data mining type based on ‘sequential patterns'. The crop map obtained showed a better precision than that of the existing land cover global products (70% vs 50% in average). Furthermore, it was shown that a significant part of user and producer errors (20 to 40%) could not be compressed due to farmland fragmentation. (ii) The mapping of agricultural system types first required the definition of a typology derived from an IER (Institute of Rural Economy in Mali) field survey data base on 100 villages. Three types of agricultural systems were determined at the village scale: mainly cereals (millet, sorghum), mainly intensive crops (maize, cotton) and a mixture of sorghum and cotton. The classification of agricultural systems using the aforementioned remote sensing indicators was carried out by a Random Forest type algorithm with an overall accuracy of 62%. Results bring to light the important part played by temporal NDVI and texture in agricultural system characterization. (iii) Finally, for crop monitoring, the MODIS phenological product was tested and assessed using phenological variables obtained from agro-meteorological simulations made by the SARRA-H plant model. Results show that this product contains inconsistencies due to the significant cloud cover linked with the start of the raining season. After the suppression of incongruous data, the phenological transition dates for crop land derived from MODIS were shown to be earlier by 20 days than the SARRA-H-simulated transition dates, due mainly to the ‘agro-ecosystem' mixed nature of surfaces at MODIS pixels scale. The results of this thesis highlight new possibilities for the combinination of remote sensing, field data and agro-meteorological modelling, delivering nonstop information in time and space on the characterization of “Sahel” farmland.

Les systèmes agricoles sont en constante évolution sous les effets conjugués d'innovations techniques et organisationnelles et de changements du contexte socio-économique. A l'échelle d'un territoire, des acteurs locaux peuvent encourager et accompagner des changements de ce type s'ils ont une vision claire de leurs impacts potentiels. L'objectif de cette thèse est d'élaborer et d'appliquer une démarche permettant d'assister agriculteurs et autres acteurs locaux d'un territoire dans la construction et l'évaluation de scénarios d'évolutions des systèmes agricoles. Une démarche basée sur des approches permettant une analyse prospective, multicritères, multi-échelles et participative d'évaluation des systèmes agricoles a été développée. Elle a été mise en oeuvre en Camargue (sud-est de la France), avec des exploitants céréaliers et des acteurs de la production agricole et de la gestion du territoire. Des scénarios portant sur la réforme de la politique agricole commune (PAC) en 2012-2014, ainsi que sur des objectifs nationaux de réduction de la consommation de pesticides et de développement de l'agriculture biologique ont été développés. Ces perspectives d'évolution des systèmes agricoles camarguais ont été évaluées, via la formalisation de nombreuses données et connaissances. Deux outils de modélisation ont été utilisés : un modèle multi-agent a permis la mise en place de séances de simulation interactives avec des agriculteurs, et un modèle bioéconomique a été développé et utilisé avec des acteurs locaux tels que le syndicat des riziculteurs et le parc naturel régional. Les scénarios portant sur la réforme de la PAC ont confirmé la dépendance des exploitations rizicoles aux subventions. Des agriculteurs ont testé différentes stratégies d'adaptation de leurs exploitations à la suppression de l'aide couplée à la production rizicole. Ces stratégies, souvent basées sur la diversification des activités ou sur la conversion à l'agriculture biologique, ne permettaient pas de compenser les pertes économiques liées à la disparition de l'aide couplée. A l'échelle du territoire, ces stratégies réduiraient fortement la surface cultivée en riz, avec des impacts importants sur d'autres activités en lien avec la production agricole. Cependant ces stratégies vont dans le sens des objectifs gouvernementaux de réduction des impacts de l'agriculture sur l'environnement. Des scénarios portant spécifiquement sur ces objectifs ont permis d'identifier des marges de manoeuvre importantes au niveau des exploitations céréalières camarguaises. Cette thèse propose un cadre pour la mise en oeuvre de démarches d'évaluation des systèmes agricoles dans un territoire, qui associe les agriculteurs et les acteurs locaux à différentes étapes, depuis leur engagement pour le choix des scénarios, l'acquisition et l'analyse des données, la construction des outils de simulation et l'évaluation de scénarios. La combinaison de différents outils de modélisation pour la réalisation de réflexions collectives, pourrait contribuer à la mise en place d'actions pour un développement durable de l'agriculture.

Le développement des activités d'élevage dans le monde fait actuellement l'objet de nombreuses interrogations, notamment en ce qui concerne leurs impacts sur l'environnement. Dans un tel contexte, les éleveurs peuvent être amenés à vouloir reconcevoir leurs systèmes d'élevage afin de mieux intégrer les exigences du développement durable. La modélisation systémique est un bon outil pour acquérir une vision holistique des systèmes ; j'interroge donc ses capacités à accompagner de telles dynamiques. Ma question de recherche est la suivante : " Comment modéliser le fonctionnement des systèmes d'élevage pour accompagner les éleveurs dans des processus de reconception de leurs systèmes d'élevage ? ". Pour y répondre, je mets en place une démarche comprenant deux volets complémentaires: (i) une analyse des modèles de systèmes d'élevage disponibles dans la littérature afin d'identifier leurs intérêts et leurs limites pour accompagner les éleveurs dans de telles dynamiques ; (ii) la proposition d'une méthode pour construire des modèles conceptuels du fonctionnement des systèmes d'élevage qui soient réellement structurés par la participation d'éleveurs. Cette méthode a été conçue et testée avec des groupes d'éleveurs laitiers convertis et en cours de conversion à l'agriculture biologique dans le Parc Naturel Régional du Pilat (42). Les résultats montrent : (i) qu'une modélisation participative du fonctionnement des systèmes d'élevage réalisée en petits groupes d'éleveurs est un bon moyen pour stimuler leurs réflexions individuelles et collectives, et donc pour accompagner les processus de reconception de leurs systèmes d'élevage ; (ii) que les modèles co-construits avec les éleveurs via cette démarche participative présentent, par rapport aux modèles de systèmes d'élevage disponibles dans la littérature, des qualités en matière d'intégration de différents sous-systèmes, différents points de vue disciplinaires et différentes échelles de temps. Ainsi, ma thèse offre des pistes pour renouveler les cadres d'analyse de la zootechnie des systèmes d'élevage et pour resserrer les liens entre ses deux objectifs que sont " comprendre le fonctionnement des systèmes d'élevage " et " accompagner leurs évolutions vers davantage de durabilité ". En ce sens, il s'agit de renforcer la contribution de la discipline aux innovations systémiques en élevage.

Pour prévoir la production, les systèmes de surveillance de la sécurité alimentaire doivent être renseignés par des données sur les surfaces cultivées et sur le rendement. Ces données peuvent être estimées par les systèmes d'observations satellitaires à moyenne résolution spatiale, qui, par leur vision synoptique, constituent une source d'information particulièrement adéquate. En Afrique de l'Ouest, l'estimation des surfaces cultivées par télédétection reste cependant problématique en raison d'un domaine cultivé fragmenté, d'une grande hétérogénéité spatiale due aux conditions environnementales et aux pratiques culturales, et de la synchronisation des phénologies des agrosystèmes et des écosystèmes liée au régime des précipitations. Dans ce contexte, cette thèse présente, en trois volets, des développements méthodologiques originaux pour la caractérisation des systèmes agricoles d'Afrique de l'Ouest par télédétection. Les méthodes ont été développées à partir de séries temporelles MODIS (250 m à 500 m de résolutionspatiale) acquises sur le Mali. (i) La cartographie des surfaces cultivées a été réalisée à partir d'indices spectraux, spatiaux, texturaux et temporels dérivés des images. Deux approches ont été appliquées : une approche de type ISODATA consécutive à une segmentation du territoire basée sur les images MODIS et une approche de fouille de données basée sur des " motifs séquentiels ". Les produits cartographiques obtenus présentent une meilleure précision que les produits globaux " occupation du sol " existants (70% vs 50% en moyenne). Cependant, une part importante des erreurs d'omission et de commission (de 20% à 40%) reste incompressible en raison de la fragmentation du domaine cultivé. (ii) La cartographie des types de systèmes agricoles a nécessité un premier travail de typologie effectué à partir d'une BD d'enquêtes de terrain de l'Institut d' Economie Rurale de Bamako sur 100 villages. Trois types de systèmes agricoles ont été déterminés à l'échelle du village : céréales dominantes (mil, sorgho), cultures intensives dominantes (maïs, coton) et mélange de sorgho et de coton. La classification des systèmes agricoles à partir des indicateurs de télédétection précédemment cités a été produite par un algorithme de type Random Forest avec une précision globale de 60%. Les résultats mettent en évidence une combinaison optimale d'indicateurs comprenant le NDVI ainsi que la texture pour la caractérisation des systèmes agricoles. (iii) Enfin, pour le suivi des cultures, le produit phénologique MODIS a été testé et évalué à partir de variables phénologiques obtenues par simulations agro-météorologiques du modèle de plante SARRA-H. Les résultats montrent que ce produit comporte des incohérences dues au fort ennuagement de début de saison des pluies. Après suppression des données aberrantes, on montre que les dates de transition phénologique des surfaces cultivées issues de MODIS sont plus précoces de 20 jours comparées aux sorties du modèle de culture, en raison notamment de la nature mixte " agro-écosystème " des surfaces à l'échelle du pixel MODIS. Les résultats de cette thèse permettent de dégager de nouvelles pistes de couplage entre télédétection, données de terrain et modélisation agro-météorologique en apportant une information continue dans le temps et dans l'espace sur la caractérisation du domaine cultivé au " Sahel ".

Depuis la seconde moitié du XXème siècle, l'utilisation massive des engrais desynthèse a contribué à l'augmentation des rendements mais aussi à l'accumulation d'élémentsminéraux dans les systèmes agricoles. La limitation de cette accumulation passe par unmeilleur recyclage des éléments minéraux déjà présents dans les systèmes agricoles.L'agriculture biologique, qui interdit le recours aux engrais de synthèse, peut être considéréecomme un prototype d'agriculture à même d'améliorer ce recyclage. L'objectif de cette thèse a été d'identifier les stratégies mises en place par les agriculteurs biologiques pour s'approvisionner en éléments minéraux. Cet objectif a été décliné en sous-objectifs qui ont été(i) d'identifier les pratiques d'approvisionnement en fertilisants et aliments des agriculteursbiologiques, (ii) d'en comprendre les déterminants et (iii) d'évaluer la performance de ces pratiques vis-à-vis du recyclage de l'azote, du phosphore et du potassium. Pour ce faire, 63exploitations biologiques ont été enquêtées afin de recueillir des données concernant la natureet la quantité des matières échangées, ainsi que les fournisseurs et les collecteurs en relation avec ces exploitations. Afin d'étudier l'influence du contexte local, les enquêtes ont été menées dans trois régions agricoles sélectionnées en fonction de leur degré de spécialisation (productions végétales, productions animales et mixte). L'intensité du recyclagelocal a été évaluée grâce à deux indicateurs : l'autonomie, définie comme le ratio entre laquantité d'éléments minéraux provenant d'échanges entre exploitations et la quantité totale d'éléments minéraux entrant dans les exploitations biologiques de la région, et le degré de bouclage des cycles, défini comme la proportion d'éléments minéraux passant au moins deux fois par la même exploitation au sein de la région étudiée. Un premier niveau d'analyse, àl'échelle de l'exploitation, a mis en évidence les déterminants de l'approvisionnement en éléments minéraux des exploitations biologiques. Il a montré que les exploitations biologiques spécialisées dans les productions végétales importaient des quantités importantes defertilisants organiques en provenance de l'agriculture conventionnelle. Un second niveau d'analyse, à l'échelle régionale, a montré que la proximité entre des exploitations agricoles spécialisées dans les productions végétales et d'autres spécialisées dans les productions animales favorisait les échanges entre ces exploitations. Ces échanges permettaient d'améliorer l'autonomie locale même si le degré de bouclage des cycles restait faible. Enfin, une approche par modélisation a permis de quantifier la fraction du phosphore des produits biologiques qui dérive des engrais de synthèse, notamment suite aux échanges entre lesexploitations biologiques et conventionnelles. Plus de deux tiers du phosphore composant les productions biologiques étaient du phosphore initialement issu d'apports d'engrais de synthèse. Les résultats obtenus dans cette thèse ont permis de discuter des forme d'organisation des systèmes agricoles à même d'améliorer le recyclage des éléments minéraux, mais aussi des possibilités de développement de l'agriculture biologique.

Identifier les « hotspots » environnementaux de l’agriculture est crucial dans un contexte où l’humanité doit produire plus et polluer moins. L’Analyse du Cycle de Vie (ACV) est un outil puissant pour évaluer les impacts environnementaux des systèmes agricoles, mais souffre encore de lacunes, notamment pour l’évaluation des impacts lies à la consommation d’eau douce et la salinisation des eaux et des sols. La complexité fondamentale réside dans le double statut de l’eau et du sol en ACV qui sont à la fois des ressources et des compartiments. Les trois questions auxquelles la thèse répond sont: Comment mieux évaluer les impacts associés aux flux d’eau et de sels? Quel modèle devrait être développé pour un inventaire pertinent des flux d’eau et de sels au champ? Le modèle développé est-il opérationnel pour une étude ACV d’une culture pérenne? La première question a été traitée grâce à une revue de la littérature sur les impacts salinisations en ACV. Cette revue détaille les principaux mécanismes environnementaux de la salinisation, les facteurs impliqués, et discute du statut du sol et de l’eau, notamment en définissant une frontière cohérente entre technosphère et écosphere. Pour répondre à la seconde question, une analyse critique des bases de données d’inventaire eau et ACV de produits agroalimentaires a montré leur inaptitude pour l’ecodesign basé sur l’ACV: elles fournissent des estimations d’eau consommée théorique, se basent sur des données et méthodes qui présentent des limites, et ne permettent pas le calcul des impacts liés à l’usage consommateur et dégradant de l’eau. Pour l’ecodesign des systèmes agricoles basé sur l’ACV, l’inventaire des flux d’eau et de sels devrait se fonder sur un modèle simulant l’évapotranspiration, la percolation profonde et le ruissèlement, prenant en compte les spécificités de la culture, les conditions pédoclimatiques et les pratiques agricoles. Le modèle Aquacrop de la FAO est un modèle pertinent et opérationnel pour les cultures herbacées, mais il n’existe pas de modèle dédié aux cultures pérennes pour le moment. Pour pallier à ce manque, un modèle simple et « sur mesure », appelé E.T., a été élaboré pour l’inventaire des flux d’eau et de sels au champ, pour les cultures annuelles et pérennes. Le modèle combine un bilan journalier de l’eau et des sels, prenant en compte le sol, le climat, les pratiques agricoles et d’éventuels stress salin ou hydrique. Un premier test du modèle a démontré son pouvoir discriminant des pratiques agricoles et sa robustesse. Son domaine de validité peut être étendu et sa précision augmentée grâce aux recommandations fournies. E.T. a aussi été appliquée dans une ACV de Mandarine cultivée au Maroc. Pour la plupart des catégories d’impacts, l’usage d’électricité pour l’irrigation était un contributeur majeur, révélant une forte connexion entre l’eau et l’énergie. L’usage d’eau avait une contribution majeure aux dommages sur les trois aires de protection. Dans l’ensemble, pour améliorer davantage la prise en compte des impacts liés à l’usage de l’eau (dont la salinisation) nous recommandons d’adopter une approche plus mécaniste et hydrologique. / Identifying the environmental hot spots of agriculture is crucial in a context where humanity has to produce more food and pollute less. Life Cycle Assessment (LCA) is a powerful tool to evaluate the environmental impacts of agricultural systems, but is still fraught with shortcomings, notably for the evaluation of impacts of freshwater use and of salinisation of water and soil. The core complexity lies in the double status of water and soil resources in LCA which are both a resource and a compartment. The three questions answered by the thesis were: How to better assess the impacts associated with water and salts fluxes? What model should be developed for a relevant inventory of field water and salts fluxes? Is the developed model operational for an LCA study on a perennial crop? The first question was answered through a literature review on salinisation impacts in LCA. It revealed the main environmental mechanisms of salinisation, the factors involved, and discussed the soil and water status, notably through a consistent definition of the technosphere and ecosphere boundary. To answer the second question, a critical analysis of water inventory and agri-food LCA databases showed their inadequacy for the LCA-based ecodesign of cropping systems: they provide estimates of theoretical water consumed, rely on data and methods presenting limitations, and do not support the calculation of both consumptive and degradative water use impacts. For the LCA-based ecodesign of cropping systems, the inventory of water flows should be based on a model simulating evapotranspiration, deep percolation and runoff accounting for crop specificities, pedo-climatic conditions and agricultural managements. For herbaceous crops, the FAO Aquacrop model constitutes a relevant and operational model, but no dedicated model is available to-date for perennials. To fill this gap, a tailored and simple model, so called E.T., was elaborated for the inventory of field water and salt flows for annual and perennial crops. The model combines daily water and salts balances, accounting for soil, climate, agricultural practices and possible crop water and salinity stresses. A first testing of the E.T. model demonstrated its discriminating power for agricultural practices and its robustness. Its validity domain can be extended and its accuracy increased thanks to the recommendations provided. E.T. was also tested in the LCA of a Mandarin grown in Morocco. For most impact categories, electricity use for irrigation was the main contributor revealing a water-energy nexus. Water use had a major contribution to damages for all areas of protection. Overall, to further improve the assessment of impacts due to water use (including salinization impacts) we recommend using a more mechanistic and hydrological approach.

Aujourd’hui, dans un nombre croissant d’initiatives de la R&D agricole, on cherche à apprendre de pratiques ‘innovantes’ d’agriculteurs, pour soutenir l’évolution des systèmes agricoles, souvent dans le projet de l’agroécologie. Ces initiatives émergent dans un contexte où, en agronomie, on explore de nouveaux itinéraires de production de connaissance pour faire face aux enjeux contemporains qui induisent des questions inédites comme : Comment prendre en compte, dans la conception de systèmes agroécologiques, des équilibres naturels peu prédictibles et en partie inconnus ? Quelles représentations des processus agronomiques permettent d’imaginer des systèmes affranchis des intrants de synthèse? Ou encore, quelles connaissances produire pour concevoir des solutions techniques propres aux situations et attentes de chaque agriculteur ?… Dans cette thèse, nous faisons l’hypothèse que l’étude de pratiques innovantes d’agriculteurs serait une voie, empruntée par certains acteurs, pour explorer de nouvelles manières de produire dans le contexte actuel. En particulier, nous explorons comment et à quelles conditions l’étude de pratiques jugées innovantes d’agriculteurs peut stimuler la conception de systèmes agricoles aujourd’hui.Un détour par l’histoire de l’agronomie nous permet de mettre en perspective cette dynamique contemporaine avec les façons dont des agronomes ont, par le passé, étudié des pratiques d’agriculteurs pour générer des prescriptions visant à faire évoluer les pratiques en ferme. Dès les fondements de l’agronomie, au 18ème siècle, certains s’inspiraient de pratiques d’agriculteurs ; puis, en lien avec l’évolution de la discipline, ce lien aux pratiques est devenu marginal dans de nombreux travaux. Nous montrons que le rapport aux pratiques d’agriculteurs se renouvelle face aux enjeux contemporains de l’agriculture et c’est ce renouvellement que nous approfondissons ensuite avec un focus sur l’étude de pratiques innovantes d’agriculteurs. Par l’étude d’un panorama d’initiatives contemporaines, nous montrons qu’il existe différentes manières d’étudier des pratiques innovantes d’agriculteurs et nous proposons une manière d’organiser cette diversité. D’abord, nous montrons ce qu’apporte l’étude de ‘pratiques innovantes’ à ceux qui la réalise (fédérer une communauté de concepteurs, renouveler les représentations agronomiques, acquérir des connaissances sur des systèmes techniques inconnus…). Nous identifions des traits communs dans les raisonnements sous-jacents à l’étude de pratiques innovantes (ex. s’orienter vers des pratiques innovantes en formulant un inconnu désirable), et des variantes dans leurs réalisations (ex. différents types d’analyses systémiques) qui, parfois, influent sur ce qu’en apprennent leurs initiateurs. Enfin, nous montons que ce travail permet d’enrichir de différentes façons des dynamiques collectives de conception de systèmes agricoles innovants : à la fois en stimulant, par l’étude de pratiques, l’émergence de nouveaux systèmes techniques en ferme ; et en contribuant à la génération de prescriptions agronomiques originales venant soutenir la conception par les agriculteurs (témoignages contextualisés, logiques d’action génériques ...).Ces initiatives illustrent l’émergence, en agronomie, de formes originales de contributions à des dynamiques de conception distribuée dans les territoires agricoles. Cette thèse éclaire des ressorts et des modalités de réalisation de l’étude de pratiques innovantes d’agriculteurs et ses relations à des activités de conception, et elle contribue à la formulation de repères pour penser leur articulation dans l’action. / Today, in an increasing number of initiatives in the R&D agricultural sector, we want to learn from farmer’s innovative practices to foster change in agriculture toward agroecology. These initiatives, still poorly known, emerge in a context where agronomists explore new ways to produce knowledge to face current issues and answer new questions such as : while designing agroecological farming systems, how to deal with natural regulations, partly unknown and poorly predictable? What kind of models of agroecosystems allow to imagine chemical-free cropping systems? Or, what knowledge should we produce to design technical options adapted to every farmer’s expectations? … In this thesis, we assume that studying farmer’s innovative practices would be one way, taken by certain actors, to explore innovative farming systems today. More precisely, we explore how and in which conditions the study of farmer’s innovative practices could foster the design of agricultural systems.First, by exploring the history of agronomy, we show that since the foundation of the discipline, in the 18th century, agronomists draw inspiration from farmer’s practices; then, with the evolution of the discipline, the study of farmer’s practices marginalised. Today, new ways to study farmer’s practices emerge, in relation with contemporaneous challenges and we then propose to focus on ways to study ‘farmer’s innovative practices’. Through the analysis of a panorama of 14 initiatives from the agricultural R&D sector we show that it exists various ways to study farmer’s innovative practices, and we propose to organize this diversity. First, we shed light on what people get from the study of innovative practices depending on their own situation (to federate a designer’s community, to renew agronomic models, to get knowledge on unknown technical systems…). We then shed light on common traits in agronomist’s reasoning underlying the study of farmer’s innovative practices (ex. They all spot innovative practices formulating desirable unknown), and we show variants in ways to analyse them (ex. various systemic analysis). We finally show that studying innovative practices allows to enrich collective design dynamics: by fostering the emergence of new technical systems on farm, and by contributing to the emergence of original prescriptions aiming to support the design on farm of innovative systems (contextualised testimonies, generic action logics…)These initiatives illustrate the emergence of original forms of contributions, in agronomy, in a distributed design organisation, spread in territories. This thesis contribute to the understanding of what’s studying farmer’s innovative practices in relation to a design activity, and it gets to the formulation of reflexive keys to study farmer’s practices while designing in agronomy.

Depuis la seconde moitié du XXème siècle, l'utilisation massive des engrais desynthèse a contribué à l’augmentation des rendements mais aussi à l’accumulation d’élémentsminéraux dans les systèmes agricoles. La limitation de cette accumulation passe par unmeilleur recyclage des éléments minéraux déjà présents dans les systèmes agricoles.L'agriculture biologique, qui interdit le recours aux engrais de synthèse, peut être considéréecomme un prototype d’agriculture à même d’améliorer ce recyclage. L’objectif de cette thèse a été d’identifier les stratégies mises en place par les agriculteurs biologiques pour s’approvisionner en éléments minéraux. Cet objectif a été décliné en sous-objectifs qui ont été(i) d’identifier les pratiques d’approvisionnement en fertilisants et aliments des agriculteursbiologiques, (ii) d’en comprendre les déterminants et (iii) d’évaluer la performance de ces pratiques vis-à-vis du recyclage de l’azote, du phosphore et du potassium. Pour ce faire, 63exploitations biologiques ont été enquêtées afin de recueillir des données concernant la natureet la quantité des matières échangées, ainsi que les fournisseurs et les collecteurs en relation avec ces exploitations. Afin d’étudier l’influence du contexte local, les enquêtes ont été menées dans trois régions agricoles sélectionnées en fonction de leur degré de spécialisation (productions végétales, productions animales et mixte). L’intensité du recyclagelocal a été évaluée grâce à deux indicateurs : l’autonomie, définie comme le ratio entre laquantité d’éléments minéraux provenant d’échanges entre exploitations et la quantité totale d’éléments minéraux entrant dans les exploitations biologiques de la région, et le degré de bouclage des cycles, défini comme la proportion d'éléments minéraux passant au moins deux fois par la même exploitation au sein de la région étudiée. Un premier niveau d’analyse, àl’échelle de l’exploitation, a mis en évidence les déterminants de l’approvisionnement en éléments minéraux des exploitations biologiques. Il a montré que les exploitations biologiques spécialisées dans les productions végétales importaient des quantités importantes defertilisants organiques en provenance de l’agriculture conventionnelle. Un second niveau d’analyse, à l’échelle régionale, a montré que la proximité entre des exploitations agricoles spécialisées dans les productions végétales et d’autres spécialisées dans les productions animales favorisait les échanges entre ces exploitations. Ces échanges permettaient d’améliorer l’autonomie locale même si le degré de bouclage des cycles restait faible. Enfin, une approche par modélisation a permis de quantifier la fraction du phosphore des produits biologiques qui dérive des engrais de synthèse, notamment suite aux échanges entre lesexploitations biologiques et conventionnelles. Plus de deux tiers du phosphore composant les productions biologiques étaient du phosphore initialement issu d’apports d’engrais de synthèse. Les résultats obtenus dans cette thèse ont permis de discuter des forme d’organisation des systèmes agricoles à même d’améliorer le recyclage des éléments minéraux, mais aussi des possibilités de développement de l’agriculture biologique. / From the second half of the 20th century, massive application of artificial fertilisersworldwide has contributed to crop yield increases but also to accumulation of nutrients inagricultural systems. Preventing such accumulation is possible through better nutrientrecycling within agrosystems. Organic farming bans artificial fertilisers and may beconsidered as prototype of agriculture that recycles nutrients efficiently. The objective of thisPhD was to identify the strategies of organic farmers to source nutrients. This objective hasbeen broken down into three tasks: (i) identification of the fertilising materials and feedsinputs of organic farms, (ii) identification of the determinants of these inputs and (iii)assessment of their efficiency in recycling nitrogen, phosphorus and potassium. This workwas based on interviews with 63 organic farmers about their inputs and outputs (nature andamounts of trade products, type of suppliers and collectors). In order to account for theimportance of the local context, the interviews were conducted in three French agriculturaldistricts defined by their farming specialisation: these districts were specialised either in cropproduction or animal production or were kept mixed. Local nutrient recycling has beenassessed through two indicators: the autonomy was defined as the ratio between the amount ofnutrients coming from exchanges among farms and the sum of inputs to the organic farms ofthe district. The cycling index was defined as the proportion of nutrients flowing at least twicethrough the same farm. The analysis was implemented at two different scales. At farm scale,the analysis focused on the nutrient supply of organic farms. Results showed that arableorganic farms imported large amounts of organic fertilising materials from conventionalfarming. At regional scale, results showed that the proximity between arable and animal farmsfostered exchanges among farms. These exchanges increased local autonomy. However, evenfor the mixed district, the cycling index remained low. Finally, a modelling approachquantified the fraction of phosphorus in organic products that derived from artificialfertilisers. Results showed that more than two-thirds of phosphorus composing these productsderived from artificial fertilisers. These results may help to design farming systems thatenhance nutrient recycling and to discuss the possibility of organic farming development.