Agriculture, usage des sols et changement climatique

William DANG

CIRED

ATHENS, 2015

L'agriculture : un secteur utilisé pour de nombreux usages..concurrents

L'agriculture : un secteur impliqué de façon multiple dans le changement climatique

● Secteur émetteur de gaz à effet de serre

● Pouvant être mobilisé dans les réductions d'émissions de gaz  à effet de serre

● Impacté par le changement climatique

4

PLAN

I. L'Agriculture et le changement climatique

I. L'agriculture sur le changement climatique

II.Le changement climatique sur l'agriculture

II.L'agriculture comme levier d'action face au changement climatique

I. L'agriculture comme facteur d'atténuation

II.L'agriculture et l'adaptation

III.L'agriculture : interface entre environnement et développement

5

I.L'agriculture et le changement climatique

6

L'agriculture sur le changement climatique

● Diagnostic● Cycle du carbone● Cycle du méthane● Cycle de l'azote

7

Diagnostic

● Utilisation de combustibles fossiles, directe ou indirecte, très divers suivant le type d'agriculture, faible en proportion

– Intrants (gaz pour les intrants azotés)

– Carburants pour l'agriculture mécanisée

● Émissions d'autres gaz, encore mal connu

– CH 43 % des émissions : élevage, riziculture

– NO 82 % des émussions : engrais azotés, élevage

● Changement d'usage des sols et changement du stock de carbone

● Un secteur essentiel, un émetteur non négligeable ( >20%)

8

Émissions de l'agriculture en France

CITEPA, 2006-2013

9

Répartition des types de gaz 1970-2010

IPCC AR5 WG3 TS. Fig TS.3

10

Répartition sectorielle et groupe économique des GES

IPCC AR5 WG3 TS. Fig TS.3

11

Evolution des concentrations atmosphériques

IPCC AR5 chap6. Fig 6.6

12

Evolution des concentration atmosphériques

IPCC AR5 chap6. Fig 6.3

13

Cycle du carbone

IPCC AR5 chap6. Fig 6.1

14

Flux de carbone dans les différents réservoirs

IPCC AR5 chap6. Fig 6.8

15

Changement d'usage des sols et séquestration de carbone

Guo et Gifford. 2002

16

Émissions liés au changement d'usage des sols

17

Méthodes d'estimations des émissions liés aux iLUC

IPCC AR5 chap6. Fig 6.10

18

Cycle du méthane

IPCC AR5 chap6. Fig 6.2

19

Cycle de l'azote

IPCC AR5 chap6. Fig 6.4

20

Cycle de l'azote

21

II.Le changement climatique sur l'agriculture

22

Le changement climatique sur l'agriculture

● Les effets du changement climatique sur les plantes

● Les conséquences sur les rendements● Les conséquences économiques

23

Les effets du changement climatique sur les plantes

● Effets positifs– Modification des conditions de photosynthèse

● Fertilisation carbonée– C3 (blé et riz) : +20 % assimilation– C4 (maïs) : +10 % assimilation 

24

Les effets du changement climatique sur les plantes

● Effets positifs

● Température– Plus favorable pour les processus physiologiques dans les zones tempérées

● Plantes à cycles non déterminés– Allongement de la période de croissance

25

Les effets du changement climatique sur les plantes

● Effets négatifs– Phénologie

● Accélération du rythme, raccourcissement du temps de photosynthèse

– Eau● Augmentation du stress hydrique

– Température● Dépassement de la température optimale● Pas de levée de dormance

26

Les effets du changement climatique sur les plantes

Lenoir et al. Ecography, 2009

27

Les effets du changement climatique sur les plantes

Lebourgrois et al. SMF, 2011

28

Les effets du changement climatique sur les plantes

● Effets négatifs

– Événements extrêmes● Augmentation des occurrences et forces

– Variabilité climatique● « Zones de confort climatiques »

– Pathogènes, adventices

29

Les effets du changement climatique sur les plantes

Lebourgrois et al. SMF, 2011

● Forêt de pins Canada de l'Ouest

● 15 Mha disparu en 5 ans dévorés par des insectes

● Hiver pas assez froid pour contrôler population.

30

Les conséquences sur les rendements

● Exemples en France, étude mécaniste (CLIMATOR)

– Variétés d'hiver/d'été

– Échaudage et esquive

– Besoins en eau

– difficultés et opportunités● Etudes statistiques

– Durée de la saison ?

– … ou événements climatiques ?

31

Les conséquences sur les rendements

32

Les conséquences sur les rendements

33

Les conséquences sur les rendements

34

Les conséquences économiques

Agr

ic

For

est

Coa

st

En

ergy

Wat

er

Tot

al-250

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

Mil

liard

s U

SD

(90)

Evaluation des impacts du Changement Climatique (2060,+2°C)

AfricaAsiaLatin AmericaEuropeNorth AmericaOceania

35

II.L'agriculture comme levier d'action face au changement 

36

L'agriculture comme facteur d'atténuation

● Levier technique● Levier économique● Levier social

37

Usage de la bioénergie dans les scénarios d'atténuation du changement climatique

Substitution aux énergies fossiles : la bioénergie

HistoriqueRCP8.5RCP6.0RCP4.5RCP2.6

10

20

30

0

PgC/yr

38

Prospective de la répartition de la production d'énergie : scénario 450 ppm

39

Levier technique (Thierry Brunelle)

● ensemble des matières organiques d'origine végétale (algues incluses), animale ou fongique

● source d'énergie par combustion

● Après :

– Méthanisation (biogaz)

– Nouvelles transformation chimiques (biocarburant)

40

Les Biocarburants de 1ère génération

Biocarburant de 1ère génération

Filière alcool : fermentation des sucres

- Sucres simples: canne à sucre, betterave

- Amidon hydrolysé : blé, maïs, pomme de terre

=> Ethanol

Filière huile : La transestérification d’huiles végétales (Colza, Tournesol, Palmier à huile….) :

- Ester Méthylique d’Huile Végétale (EMHV)

- Ester Ethylique d’Huile Végétale (EEHV)

=> Biodiesel

41

Les Biocarburants de 2ème génération (ligno-cellulosique)

Amidonou

Sucre

Lignine Cellulose Sucre Alcool

Paille (blé,…)

Bois (Myscanthus, Jatropha)

Bagasse (canne à sucre)

Fourrage

1ère génération

2ème génération

42

Les Biocarburants de 3ème génération

Micro-Algues

Huile

Rendement théorique 30 à 100 fois supérieur que les oléagineux

classiques

Esters

(EMHV ou EEHV)

43

Chaleur

● Combustion du bois– Directement pour la chaleur

– Production d'électricité dans des centrales à co-génération

44

Biogaz

● Méthanisation par fermentation des déchets organiques

45

Répartition des usages de la biomasse

IPCC à partir de données IEA. 2008

46

Production mondiale

Lamers et al. (2011)

47

Coût des biocarburants

48

Evolution des coûts

49

Coût de la bioélectricité

50

Impacts environnementauxFeedstock Authors Year Region GHG reduction

Ethanol

Maize

Wang in (IEA, 2004) 2001 USA 32 - 25%

Levelton in (IEA, 2004) 2000 Canada 38%

Marland in (IEA, 2004) 1991 USA 21%

(Hill et al., 2006) (Tilman et al., 2006) 2006 USA 12%

Levy in (CONCAWE, 2002) in (IEA, 2004) 1993 Europe 33% - 30%

(Pimentel, 2001) in (IEA, 2004) 2001 USA -30%

Wheat

(ADEME et al., 2002) 2002 Europe 60%

Levy in (CONCAWE, 2002) in (IEA, 2004) 1993 Europe 32% - 35%

(Richards, 2000) in (CONCAWE, 2002) in (IEA, 2004)

2000 Europe 29%

(Punter et al., 2004) 2004 Europe 7% - 37%

ETSU in (CONCAWE, 2002) in (IEA, 2004) 1996 Europe 47%

UE in (CONCAWE, 2002) in (IEA, 2004) 1994 Europe 19%

Gover & al in (Jeuland et al., 2004) 1996 Europe 41%

UE in (Jeuland et al., 2004) 1994 Europe 1%

Sugarbeet

(ADEME et al., 2002) 2002 Europe 61%

UE in (CONCAWE, 2002) in (IEA, 2004) 1994 Europe 50%

(GM, 2002) in (IEA, 2004) 2002 Europe 41%

Levy in (CONCAWE, 2002) in (IEA, 2004) 1993 Europe 56% - 35%

UE in (Jeuland et al., 2004) 1994 Europe 25%

Sugarcane (Macedo et al., 2002) in (IEA, 2004) 2002 Brazil 92%

Dorin et al. (2009)

51

Changement indirect d'usage du sol

Searchinger et al. 2008

52

Comparaison en Analyse de cycle de vie

US EPA, 2009

53

Recours à la capture stockage de carbone (CCS)

54

Dette carbone

Fargione et al. 2008

55

Interactions avec les autres usages : prix

(World Bank, Base 100 = 2005)

● Consensus sur de l'effet des biocarburants sur les prix :– OECD-FAO, 2008 : sans les 

biocarburants, prix des céréales = -12%, prix huile végétale = -15%

– Rosegrant et al. (2008) : prix du maïs +26% à cause des plans nationaux de développement des biocarburants

– IFPRI : 30% de la hausse des prix des céréales entre 2000 et 2007 est attribuable aux biocarburants

56

Interactions avec les autres usages : prix

● Biocarburants dépendant de variables climatiques et économiques :

– Événements climatiques 

– Hausse du prix du pétrole ( à travers les engrais ) 

– Consommation mondiale ( notamment de la Chine ) 

– Spéculation

57

Interactions avec les autres usages : surfaces

Mellilo et al. 2009

58

Interactions avec les autres usages : surfaces

Roudart et Even. 2010

59

Levier économique : taxe carbone

● Demandes et déforestation exogènes

● Conversion calorie animale en calorie végétales

● Allocation des surfaces en minimisant coût sous contrainte de production

60

Levier économique : taxe carbone

Hausse exponentielle prix des engrais à 200 % à horizon 2050

61

Levier économique : taxe carbone

62

Levier social : diet

Dorin. 2011

63

Levier social : diet

Brunelle. 2014

Surfaces de cultures

Part système intensif

Consommation engrais

64

Levier social : pratiques agricoles

● 4 pour 1000 :

– Stocker dans les sols en améliorer les stocks de matière organique des sols de 4 pour 1000 par an

● Photosynthèse puis maintien dans les sols– suffirait à compenser l’ensemble des émissions de gaz à effet de 

serre de la planète annuellement

– Bénéfices :

● Biodiversité● Rétention d'eau

65

Levier social : pratiques agricoles

● 4 pour 1000 :

– Continuité du projet agro-écologique

● Amélioration des techniques de fertilisation● Couverture permanente des sols● Agro-foresterie

● Limitation du gaspillage alimentaire amont et aval

66

L'agriculture et l'adaptation

● Séquestration temporaire du carbone● Une nécessité ? 

67

Séquestration temporaire du carbone biologique : bonne idée ? (Vincent Gitz) 

● Garder le carbone stocké jusqu'à la fin des temps ? Coût d'opportunité et production agricole

● Sinon, le stockage temporaire pourrait ne pas être intéressant

68

Profils de la séquestration de carbone

● Reforestation

● Déforestation

69

Trajectoires optimales avec carburants fossiles seuls

70

Trajectoires optimales avec carburants fossiles seuls

[1] 2000-2040: avant de savoir: 

Séquestration modérée pour éviter les

coûts d'opportunités permanents de la

terre

[2] après 2040, lorsqu’on connaît 

la réalité des dommages:

Séquestration si besoin

«soupape de sécurité»

71

Une necessité ?

● Changement hétérogènes de la demande d'irrigation– Adaptation des infrastructures 

Neverre. 2014

72

Une necessité ?

● Secteur agricole : 

– 80% emplois

– 45% du PIB

– 90% des exportations

● Culture du café :

– 65% des apports de devises

73

III.L'agriculture : interface entre environnement et développement

74

Convergence de l'agriculture ? (Bruno Dorin)

● Convergence vers 2-3% dans pays développés (Larson & Mundak, 1997)

Part de l'agriculture dans la VAPart de l'agriculture dans l'emploi

Différence (Labour income gap)

Evolution des parts de l'agriculture dans la VA et l'emploi en fonction du PIB par tête (Dorin

et al., 2013)

75

Divergence des trajectoires de revenus

Convergence / Divergence des revenus 1970-2007 (Dorin et al., 2013)

76

Classification des trajectoires

-Forte demande-Croissance du revenu agricole plus que moyenne-Demande extérieure et pauvreté urbaine

-Substitution agriculteurs/moteurs-Productivité agricole plus forte que demande agricole et productivité moyenne du travail

-Productivité travail agricole moins forte que production et productivité moyenne du travail-Sauf augmentation des surface ==> réduction surface/capita

-Diminution et appauvrissement de la population agricole

Trajectoires Des transformations structurelles (Dorin et al., 2013)

77

Trajectoires de productivités agricoles

Trajectoires de productivité agricole (Dorin et al., 2013)

78