Conception innovante d'une méthode de fertilisation azotée : Articulation entre diagnostic des usages, ateliers participatifs et modélisation

par Clemence Ravier

Projet de thèse en Sciences agronomiques

Sous la direction de Jean-Marc Meynard.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Agriculture, Alimentation, Biologie, Environnement, Santé (2015-.... ; Paris) , en partenariat avec Agronomie-Grignon - UMR AgroParisTech/INRA (laboratoire) et de AgroParis Tech (France) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 02-09-2013 .


  • Résumé

    Depuis 40 ans, le raisonnement de la fertilisation azotée a bénéficié des progrès de la recherche et du développement agronomique, largement orientés par le consensus autour de la méthode du bilan. Les travaux antérieurs pour améliorer la gestion de la fertilisation azotée ont essentiellement consistés à affiner l'estimation des termes de la méthode du bilan, standardiser son usage et développer des outils de conseils permettant d'ajuster la dose calculée. Aujourd'hui, le raisonnement de la fertilisation azotée repose sur 3 principes fondamentaux: l'utilisation de la méthode du bilan et la fixation d'un objectif de rendement pour calculer une dose d'engrais a priori; un fractionnement calé sur des stade ou des dates calendaires ; et le maintient d'une nutrition azotée non limitante tout au long du cycle. Or les évolutions de contexte : durcissement de la réglementation, pollutions environnementales, stagnation des rendements et exigence qualitative, appellent a renouveler ce paradigme. Dans une démarche de conception innovante, nous proposons d'explorer de nouveaux modes de raisonnement en adéquation avec la multiplicité des enjeux autour de l'azote. Le travail de conception s'appuie sur les limites de la mise en œuvre des méthodes et outils existants, l'état des connaissances scientifiques et techniques, et s'inscrit dans un cadre de travail participatif avec des ateliers de conception et une prise en main par des futurs utilisateurs du prototype. Il se structure en 3 étapes : 1) Un diagnostic des usages des méthodes et outils existants pour identifier leurs limites et définir les besoins pour de futurs outils. Nous avons combiné une analyse des travaux des groupes régionaux d'expertise nitrate en charge de l'homogénéisation de la mise en œuvre de la méthode du bilan dans le cadre de la 5ème réforme de la Directive Nitrate et des enquêtes auprès d'experts, de conseillers agricoles et d'agriculteurs ; 2) Une phase d'exploration de solutions innovantes pour arriver à l'élaboration de prototypes. Nous avons animé des ateliers de conception, regroupant des acteurs avec des compétences spécifiques sur les processus liés à l'azote et sur les démarche de conception en agriculture, durant lesquels les bases de nouvelles méthodes de raisonnement de la fertilisation azotée, les connaissances nécessaires pour concevoir un prototype et les modalité de sa mise en œuvre ont été discutées; et 3) Un test de l'usage d'un prototype en vue d'évaluer sa pertinence du point de vue des utilisateurs. Le prototype a été déployé dans 2 groupes d'agriculteurs dans 2 régions différentes. Les agriculteurs et leurs conseillers ont pris en main le prototype pour décider les apports d'engrais azoté sur le blé en suivant la méthode innovante proposée. Cette démarche a permis d'aboutir à un prototype d'outil d'aide à la décision innovant. L'analyse des controverses autour de la mise en œuvre des méthodes et outils existants, montre une forte ambiguïté sur l'objectif de rendement. En pratique les agriculteurs tendent à le fixer comme un rendement espéré plutôt que comme une moyenne. Alors que l'analyse de sol est une méthode scientifique, rigoureuse et précise pour estimer l'azote minéral dans le sol à la sortie de l'hiver, dans la pratique sa fiabilité est remise en cause. A partir des principes fondamentaux du paradigme actuel qui semblent être des obstacles à l'amélioration du raisonnement de la fertilisation azotée, nous avons formulé des concepts innovants, en rupture avec le paradigme actuel e.g. une méthode de raisonnement de la fertilisation azotée sans objectif de rendement. Lors d'ateliers de conceptions, structurés selon le formalisme de la théorie de l'innovation C-K, les réflexions collectives autour de ces concepts ont ouvert le champ des connaissances, en intégrant des connaissances existantes qui n'étaient pas valorisées dans le paradigme actuel et en faisant émerger de nouvelles connaissances à produire e.g. une trajectoire d'indice de nutrition azotée minimum avec des carences temporaires non préjudiciables. Pour passer des idées générées collectivement à un prototype d'outil d'aide à la décision innovant, nous avons également adapter l'usage d'un outil de pilotage existant pour suivre l'état de nutrition azotée du couvert tout au long du cycle et utilisé le modèle Azodyn pour construire des règles de décisions. Finalement, le test en situation d'usage du prototype a permis de valider l'adéquation du prototype conçu avec les pratiques agricoles.

  • Titre traduit

    Innovative design of a method for managing nitrogen fertilization: combining diagnosis of uses with participatory workshops and modeling


  • Résumé

    The improvement of fertilisation rates and dividing fertilisation of nitrogen is recognized as an essential issue to reduce energy consumption from agricultural activities, air pollution especially from releasing of nitrous oxide into the atmosphere and aquatic environment pollution from nitrogen compounds. In this line, the reasoning of nitrogen fertilisation was largely studied in the past, yet oriented since twenty years, in France, towards the predictive balance-sheet method, making consensus among scientific and politics. However, recent experiences from INRA and Arvalis, suggested that the formal requirement of the method itself may be an obstacle to further improvement of fertilisation. For instance, the notion of targeted yield is subject to possible ambiguity which can lead to over fertilisation (possible yield or desired yield?); temporary deficiencies of nitrogen are known to be possible without negative impact on yield and quality, however, it is not taking into account in the current reasoning of nitrogen fertilisation. In this project, we made the hypothesis that current knowledge could be considered to move to news formalisms to reason nitrogen fertilisation that are different from the one proposed 40 years ago by Hébert and Rémy, and that could permit a more accurate adjustment of fertilisation rates: considering possibility to manage temporary deficiencies favourable to increase fertilizer efficiency (trajectory of nutrition that can optimise yield and quality), taking account of seasonal climatic prediction... The main issue is to investigate new concepts for reasoning fertilisation based on scientific and technical knowledge, and within a participatory approach, on innovative farmers' practices. The results should answer to current expectations in terms of productivity and environmental impact while being adapted to a certain diversity of agricultural conditions and accessible to users. The major originality of this project is to go into innovative conception in the field of agronomy with theoretical approach developed in management sciences (Hatchuel and Weil, 2002). The purpose is not to reverse all scientific knowledge about nitrogen cycle and those gained for fertilisation but to ease out from a paradigm that appear to us as un obstacle to improve the reasoning of the nitrogen fertilisation to decrease green house gases emission and consumption of non-renewable resources.