Fonctionnement actuel et trajectoires biogéochimiques des systèmes agro-alimentaires territoriaux français : analyse des flux de carbone, d’azote et de phsophore (1852-2014)

Biogeochemical functioning and trajectories of French territorial agricultural systems : carbon, nitrogen and phosphorus fluxes (1852-2014)

• Auteur / Autrice : Julia Le Noë
• Direction : Josette Garnier, Gilles Billen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'environnement
• Date : Soutenance le 24/09/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Géosciences, ressources naturelles et environnement (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Milieux environnementaux, transferts et interactions dans les hydrosystèmes et les sols (Paris ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : François Baudin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Simone Gingrich, Petros Chatzimpiros
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sabine Barles, Thomas Nesme

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cycles biogéochimiques

1800-....

France

Sol, Utilisation agricole du

Environnement

Engrais et amendements

Mots clés libres

Cycle de l'azote

Cycle du phosphore

Cycle du carbone

Système agro-alimentaire

Métabolisme socio-écologique

Long terme

Socio-ecological metabolism

Nutrient cycling

Agro-food system

Résumé

Cette thèse décrit les systèmes de production agricole en termes de flux biogéochimiques d’azote (N), de phosphore (P) et de carbone (C) dans les territoires français de 1852 à 2014 suivant une approche socio-écologique qui permet d’appréhender les logiques qui les gouvernent. Les résultats obtenus mettent en lumière à l’échelle des territoires français le lien systémique entre structures de production, bilans N et P et variations des stocks de C organique dans les sols agricoles. Les systèmes agricoles intensifs et spécialisés engendrent les pertes environnementales et les consommations de ressources par unité de surface agricole les plus considérables et accentuent l’ouverture des cycles d’N et de P. Cependant, c’est seulement après la seconde guerre mondiale que certaines régions françaises se sont spécialisées dans la grande culture ou, à partir des années 1980, dans l’élevage intensif. La période des années 1950 à 1980 est marquée par l’accélération des rendements des cultures végétales, de la densité de cheptel et de l’usage des fertilisants minéraux. Les conséquences en ont été une augmentation des bilans N et P et des apports de C aux sols agricoles, causant des pertes considérables d’N vers l’hydrosphère et l’atmosphère et l’augmentation des stocks de P et de C dans les sols. Néanmoins, l’accumulation du C n’a été rendue possible que par le recours aux fertilisants minéraux et au machinisme agricole consommant des énergies fossiles. Ainsi, le stockage du C dans les sols représente un effet secondaire du passage d’un métabolisme énergétique dépendant de l’énergie solaire à un métabolisme fondé sur la combustion d’énergie fossile.

This work investigates agricultural systems from the angle of nitrogen (N), phosphorus (P) and carbon (C) fluxes in French regions from 1852 to 2014, following a socio-metabolic approach stressing out the underlying logic behind these material fluxes. Results brought out by this research highlight the systemic relation between production pattern and N and P balances, and changes in soil organic C stocks in agricultural soil. Intensive specialized agricultural systems generate high environmental losses and resource consumption per unit agricultural surface and present largely open nutrient cycles due to substantial trade flows. Conversely, integrated crop and livestock farming have more limited N and P consumption and lead to lower air and water contamination. Long-term analysis shows that only after the Second World War, under the pressure of strong interventionist policies, some French regions specialized into crop or livestock farming. Particularly, the period from the 1950’s to the 1980’s was marked by a concomitant acceleration in crops yields, livestock production and use of mineral fertilizers. This resulted in increased N and P balances over cropland and grassland and growing C inputs to cropland, causing important losses of N to the hydrosphere and atmosphere, together with the accumulation of P and C stocks in soils. However, C accumulation resulting from increased crop production was permitted by the increased recourse to mineral fertilizers and agricultural machinery which consumes fossil-fuel energy. Therefore, C storage in cropland was a side-effect of the shift from an energy metabolism based on solar energy to one based on fossil-fuel combustion.