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.

Que ce soit en occupant les interstices des zones urbaines ou en disposant d'espaces qui lui sont spécifiquement dédiés, l'agriculture retrouve progressivement sa place au cœur des territoires où réside aujourd'hui la majorité de la population mondiale : les villes. L'agriculture urbaine aux fonctions multiples - alimentaire, écologique, sociale, culturelle, de santé publique - se réinstalle dans la plupart des villes à travers le monde. Bien que cette dynamique soit en expansion, elle fait face à une multitude d'enjeux, aussi variés que les fonctions portées par ces nouvelles formes d'agriculture en milieu urbain. Les acteurs impliqués, la compétition pour l'utilisation des sols, les pratiques agricoles adoptées, la valorisation économique, ainsi que les contributions à la communauté sont autant de questions cruciales qui influent sur son orientation. Pour appréhender, diagnostiquer et expliquer ces ensembles complexes, cette thèse propose l'approche systémique comme cadre d'analyse des formes d'agricultures urbaines. Cette approche théorique offre la possibilité de définir les éléments constitutifs d'une forme agricole (acteurs, pratiques, ressources) et de comprendre sa dynamique (histoire, territoire, échelle et flux). Les analyses systémiques permettent d'obtenir une vue d'ensemble de l'objet à l'étude, facilitant ainsi l'identification de questionnements spécifiques et de leviers d'amélioration ou d'orientation des fonctions d'une agriculture (productivité agricole, renforcement du tissu communautaire, préservation du savoir-faire, du terroir ou de la biodiversité, etc.). L'approche systémique se présente comme un outil théorique puissant, mais aussi complexe, particulièrement lorsqu'elle est appliquée à l'agriculture urbaine qui évolue dans des territoires où la multiplicité et la concentration des usages et de l'occupation des sols soulèvent des enjeux particuliers. Cette complexité explique en partie le faible nombre d'études portant sur la caractérisation systémique des formes d'agricultures urbaines. Cette recherche est motivée par deux objectifs principaux : premièrement, enrichir la littérature sur l'agriculture urbaine en proposant deux études de cas caractérisant des formes d'agricultures urbaines sous forme de systèmes, et deuxièmement, faciliter l'utilisation de l'approche systémique en présentant un protocole opératoire pour l'analyse systémique d'une forme d'agriculture urbaine. Face à la diversité des écoles de pensée sur les approches systémiques en agriculture, cette recherche interroge l'utilisation de deux approches spécifiques : celle des systèmes agraires et celle des systèmes agri-urbains, et examine leur mise en pratique. L'approche des systèmes agraires est traditionnellement utilisée pour étudier l'agriculture en milieu rural. Cette recherche explore son application pour l'étude d'une agriculture urbaine, évaluant ainsi sa pertinence et les conditions de son utilisation. L'approche des systèmes agri-urbains, développée spécifiquement pour l'étude des agricultures urbaines, met l'accent sur la compréhension du lien entre ville et agriculture. Cependant, son utilisation reste limitée, et sa démarche méthodologique doit encore être précisée. Cette recherche tente, à travers le retour d'expérience d'une étude utilisant l'approche des systèmes agri-urbains et la mise en perspective avec celle des systèmes agraires, d'identifier une méthodologie pour la caractérisation d'une forme d'agriculture urbaine sous forme de système agri-urbain. Les deux études de cas ont porté sur la caractérisation des formes d'agriculture urbaine à La Havane, à Cuba, selon l'approche des systèmes agraires, et à Québec, au Canada, selon celle des systèmes agri-urbains. Ces études ont permis de brosser un portrait historique et territorial des formes d'agriculture urbaine dans les deux villes, d'identifier des critères généraux de typologie de ces formes agricoles, de présenter la contribution alimentaire à La Havane et la contribution multifonctionnelle à Québec, et enfin de décrire les éléments de gouvernance de ces deux objets de recherche (acteurs, politiques, stratégies). D'un point de vue théorique, les conclusions tirées de la thèse suggèrent que l'approche des systèmes agraires peut être un instrument pertinent pour examiner les aspects de production alimentaire d'une agriculture urbaine. Il existe à travers le monde une diversité de formes d'agriculture urbaine, et un grand nombre sont des agricultures à vocation principalement nourricière. L'approche des systèmes agraires s'avère dans ces cas efficace pour évaluer et optimiser la productivité de ces formes agricoles. De plus, l'expérience acquise et la mise en perspective des études de cas ont permis la formulation d'un protocole opératoire en trois phases pour les analyses selon l'approche des systèmes agri-urbains : définition, sélection et caractérisation. Cette proposition de protocole a le potentiel de simplifier et de promouvoir l'application de cette approche systémique dans d'autres contextes d'étude. / Whether it's occupying the interstices of urban areas or having spaces specifically dedicated to them, agriculture is gradually regaining its place at the heart of territories predominantly inhabited by the global population - cities. Urban agriculture, with its diverse functions - food production, ecological sustainability, social engagement, cultural enrichment, and public health improvement - is being reinstated in most cities around the world. Despite its growing influence, urban agriculture encounters various challenges linked to the multifaceted functions it serves, such as the involvement of different stakeholders, the competition for land use, the adoption of agricultural practices, the economic value added, and the contributions to the community. These challenges are all crucial issues influencing the directions of urban agriculture. To apprehend, diagnose and explain these complex challenges, this thesis proposes the systems approach as a comprehensive framework for analyzing various forms of urban agriculture. This theoretical approach allows to define the constituent elements of an agricultural form (stakeholders, practices, resources) and to understand its dynamics (history, territory, scale and flows). Systemic analyses provide an overall view of the agricultural form under study and facilitate the identification of specific issues and levers for improving or orienting the functions of an agricultural form (agricultural productivity, community strengthening, preserving know-how, valorizing a terroir, or preserving a biodiversity, etc.). While the systems approach is a potent theoretical tool, its application to urban agriculture, evolving in areas with diverse and concentrated land uses, raises challenges. This complexity partly explains the scarcity of studies on the systemic characterization of forms of urban agriculture. The research is motivated by two primary objectives: firstly, to contribute to the literature on urban agriculture by presenting two case studies characterizing forms of urban agriculture as systems, and secondly, to facilitate the application of the systems approach by proposing an operational protocol for the systems analysis of urban agriculture forms. Given the diverse schools of thought on systems approaches in agriculture, the research questions the use of two specific approaches: agrarian systems and agri-urban systems, exploring their practical application on forms of urban agriculture. The agrarian systems approach, traditionally used to study agriculture in rural areas, is examined for its relevance and conditions to characterize a form of urban agriculture, while the agri-urban systems approach, designed for urban agriculture, is questioned for its limited use and unclear methodological approach. Through feedback from a case study using the agri-urban systems approach, and by putting it into perspective with a second case study using agrarian systems approach, this research attempts to identify a methodological procedure to characterizing a form of urban agriculture as an agri-urban system. The two case studies focus on characterizing urban agriculture, first, in Havana, Cuba, using the agrarian systems approach, and second, in Quebec City, Canada, using the agri-urban systems approach. These studies yielded comprehensive insights by: 1) presenting a historical and a territorial overview of urban agriculture in both cities, 2) establishing general typology criteria for the studied agricultural forms, 3) outlining the food-related impact in Havana and the multifunction contributions of urban agriculture in Quebec City, and 4) detailing the governance elements of these research subjects (stakeholders, policies, and strategies). From a theoretical point of view, the conclusions drawn from the thesis suggest that the agrarian systems approach can be a relevant instrument for examining the food production aspects of urban agriculture. There are a variety of forms of urban agriculture around the world, many of which are primarily food production oriented. In these cases, the farming systems approach proves effective for assessing and optimizing the productivity of these forms of agriculture. In addition, the experience acquired, and the perspective gained from the case studies have enabled to formulate a three-phase operating protocol for analyses using the agri-urban systems approach: definition, selection and characterization. This proposed protocol has the potential to simplify and promote the application of this systems approach in other study contexts.

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.

L'agroécologie, proposition holistique et complexe, à la fois globale et territorialisée, s'est érigée au cours des dernières décennies comme référent social permettant de décrire et de rassembler de nombreuses initiatives engagées dans la transformation des systèmes alimentaires. Elle repose sur des principes écologiques visant à restaurer les fonctions clés des agroécosystèmes. Elle s'appuie aussi sur une série de principes normatifs soulignant la nécessité de repenser les arrangements sociaux, économiques et politiques jugés responsables des crises écologiques et sociales auxquelles nos systèmes alimentaires et plus largement nos sociétés, sont aujourd'hui confrontés. Selon divers penseurs, l'agroécologie est toutefois à la croisée des chemins. Face à la multiplication des projets se revendiquant de l'agroécologie et face à son institutionnalisation grandissante, plusieurs s'inquiètent de voir ses dimensions sociopolitiques diluées. Pour complémenter les réflexions en cours sur la cooptation et la dépolitisation de l'agroécologie en milieu rural et en rapport aux environnements politiques aux échelles nationales et internationales, cette thèse propose une réflexion sur les dynamiques à l'œuvre en contexte urbain. Elle s'appuie sur l'étude du cas de Madrid, en Espagne, contexte où tout un mouvement social se réclame de l'agroécologie et où l'agroécologie a percolé dans la sphère institutionnelle. Alliant plus d'une centaine d'heures d'observation, 26 entretiens semi-dirigés et de la recherche documentaire, la thèse explore quatre expérimentations agroécologiques (deux jardins urbains et deux initiatives de distribution) ainsi que le paysage plus large de l'agroécologie à Madrid. Elle se structure autour de trois chapitres, qui prennent la forme d'articles scientifiques. Le premier chapitre offre un portrait des dynamiques marquant la circulation du référent agroécologique à Madrid. Il met en lumière un double rôle des acteurs du mouvement agroécologique dans la mobilité du référent. D'une part, les acteurs du mouvement contribuent à disséminer le projet agroécologique. D'autre part, ils travaillent à préserver son caractère transformationnel, et de ce fait, limitent sa circulation. Les résultats amènent à voir l'articulation de mobilisations et d'actes politiques traditionnels à des pratiques quotidiennes et discrètes, dont la nature politique est moins explicite, voire débattue. En explorant les pratiques fines d'apprentissage et le choix des balises, la recherche souligne l'influence des modèles et des élites de la connaissance, mais surtout la complexité des processus par lesquels l'agroécologie est assemblée localement. Le second chapitre explore l'évolution des pratiques du mouvement agroécologique et analyse le rapport que les acteurs entretiennent avec les dimensions contradictoires de leurs pratiques. L'opérationnalisation de l'agroécologie étant confrontée aux contraintes des régimes au sein desquels elle se déploie, les acteurs font des compromis pouvant être interprétés comme une forme de dépolitisation ou d'affaiblissement des dimensions politiques de l'agroécologie. Toutefois, les résultats suggèrent que ces compromis et ajustements, ainsi que les débats qu'ils nourrissent, témoignent d'une réflexion sociopolitique nuancée et d'une certaine politisation de l'agroécologie. Le troisième chapitre porte sur la rencontre entre luttes agroécologiques et luttes municipalistes opérée à Madrid. Il éclaire une trajectoire de mise en relation de ces deux projets et fait l'analyse des arrangements institutionnels et collaboratifs par lesquels les propositions agroécologiques ont été opérationnalisées. Le chapitre suggère qu'il y a certes des gains et des avancées, mais que ceux-ci restent fragiles ou limités par le rapport entretenu avec les enjeux alimentaires et agricoles, avec les formes de nature valorisées par l'agroécologie et avec la collaboration entre l'administration municipale et la société civile. Ces constats invitent à penser l'inscription des expérimentations dans le quotidien afin de favoriser les apprentissages et un repositionnement continu des individus. Cette thèse contribue au développement des connaissances sur la transformation de l'action collective et de l'action publique en matière d'aménagement du territoire et de développement des milieux urbains, en offrant un regard sur l'agroécologie urbaine et sur son appropriation par les acteurs locaux. En démontrant que le projet agroécologique s'inscrit dans une politisation des pratiques d'agriculture urbaine et de distribution de proximité, et qu'il s'est construit et déployé à partir des expérimentations locales, la thèse souligne la portée d'initiatives citoyennes dans l'opérationnalisation de changements sociaux et environnementaux. Elle éclaire la mécanique de construction de nouvelles normes, valeurs et pratiques collectives et contribue à la réflexion sur les approches permettant de comprendre les processus de transformations démocratiques et urbaines. / Agroecology, a holistic and complex proposal that is both global and territorial, has emerged over the last few decades as a social referent to describe and bring together numerous initiatives committed to transforming food systems. It is based on ecological principles aimed at restoring the key functions of agroecosystems. It is also based on a series of normative principles underlining the need to rethink the social, economic, and political arrangements deemed responsible for the ecological and social crises today faced by our food systems and more broadly our societies. Numerous thinkers however describe agroecology as being at a crossroads. Faced with the proliferation of agroecological claims and its growing institutionalization, many are concerned that its socio-political dimensions are being diluted. To complement current research on the cooptation and depolitization of agroecology in rural areas and in relation to institutional environments at national and international levels, this thesis explores the dynamics at work in an urban context. It is based on a case study of Madrid, Spain, a context where a whole social movement mobilizes the framework of agroecology, and where agroecology has percolated into public policies. Combining over a hundred hours of participant and non-participant observation, 26 semi-structured interviews and documentary research, it explores four agroecological experiments (two urban gardens and two distribution initiatives) as well as the wider trajectory of agroecology in Madrid. It is structured around three chapters. The first chapter offers a portrait of the dynamics that shape the circulation of the agroecological framework in Madrid. It highlights the dual role played by the actors of the agroecological movement. On the one hand, they help to disseminate the agroecological project. On the other, they work on protecting its transformational character, and thus limit its circulation. This chapter provides an insight into the links between traditional political acts, and discrete everyday practices which political nature is less explicit or even debated. By exploring the fine-grained learning practices and the choice of guidelines, it highlights the influence of models and knowledge elites, but above all the complexity of the processes by which agroecology is assembled locally. The second chapter explores the evolution of the agroecological movement's practices, and the reflexive stance that actors hold regarding the contradictory dimensions of their practices. The operationalization of agroecology being confronted with the constraints of the dominant regimes within which it evolves, actors make compromises that could be interpreted as a form of depoliticization or weakening of the political dimensions of agroecology. However, this chapter suggests that these compromises and adjustments, as well as the debates they fuel, testify of a nuanced sociopolitical vision and, in certain way, of a politization of agroecology. The third chapter focuses on the encounter between agroecological and municipalist struggles in Madrid. By analyzing the institutional and collaborative arrangements through which agroecological proposals have been operationalized, this research sheds light on a trajectory of linkage between the two projects, but also on the fragility of gains and advances. These constraints are linked to how people relate to food and agriculture, to the forms of nature promoted by agroecology, and to collaborative approaches. They suggest a need to consider the way experiments are lived and embedded in everyday life in order to promote learning and subjectivation processes. This thesis contributes to the development of knowledge on the transformation of collective action and public action in land-use planning and urban development by offering a look at urban agroecology and its appropriation by local actors. By demonstrating that the agroecological project has fed into a politicization of urban agriculture and local distribution practices, and that it has been built and deployed from local experimentation, this thesis highlights the significance of citizen initiatives in operationalizing social and environmental changes. It sheds lights on the mechanics of how new collective norms, values and practices are constructed, and on how to understand and study the processes of democratic and urban transformation.

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.