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Les modèles d'exploitation agricole simulent les productions d'une exploitation dans sa globalité. Ils peuvent être à vocation économique, agronomique ou environnementale. Les modèles d'exploitation conçus pour réaliser des bilans environnementaux calculent les émissions de GES à partir des prairies, des cultures mais aussi des bâtiments d'élevage.

Le modèle d'exploitation FARMSIM a été développé en Visual Basic à Clermont-Ferrand par  l'UREP dans le cadre du projet GREENGRASS (2002-2004). Il a été recodé en JAVA en 2007 (FARMSIM-JAVA). C'est à l'origine une démarche développée pour standardiser les calculs d'émissions de GES des fermes européennes. FARMSIM modélise une ferme dans son intégralité. Il a été conçu pour être un outil permettant à la fois de :

• décrire de manière consistante et standardisée les flux de carbone et d'azote pour les fermes d'élevage  (élevage laitier ou à viande, polyculture élevage,…)
• structurer la collecte de l'ensemble des données " fermes " nécessaires au calcul du bilan des GES à l'échelle de l'exploitation agricole.
• préparer les fichiers d'entrées des modèles utilisés pour calculer le bilan de GES des composantes de la ferme.

Structure

Le modèle FARMSIM utilise 2 outils différents : la méthodologie IPCC Tiers II (en français, GIEC : groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat)et le couplage avec un modèle mécaniste PASIM.

• La méthodologie IPCC est une méthodologie basée sur des facteurs d'émissions. Des coefficients de conversion sont mesurés : par exemple on estime qu'une vache laitière émet 118 kg de CH4/tête/an. Cette méthode présente l'avantage d'être facile à utiliser mais elle est peu précise car l'effet de paramètres comme la météo, la structure du sol ou la gestion du troupeau qui influent directement sur les émissions de GES et de composés azotés ne sont pas pris en compte. Dans FARMSIM la méthodologie IPCC est utilisée pour calculer les émissions de N2O et de CH4 issues du traitement et du stockage des déjections animales, les émissions de CH4 issus de la fermentation entérique au cours de la période de stabulation, les émissions directes et indirectes de N2O issues des cultures. Le principal défaut de ces coefficients est leur grande marge d'incertitude et leur généricité (coefficient régionaux).
• Le modèle FARMSIM a été couplé au modèle dynamique de prairie PASIM. C'est un modèle mécaniste qui simule la production de fourrage et les émissions de gaz à effet de serre (CO2 , N2O, et CH4) liées à l'activité végétale des prairies (photosynthèse et respiration) et à l'activité des animaux au pâturage (respiration, fermentation entérique dans le cas de ruminants,…). Il simule également la production de la prairie, l'ingestion par l'herbivore, ainsi que flux de carbone, d'azote, d'eau et d'énergie dans l'écosystème en fonction des variables climatiques et d'autres paramètres d'entrée concernant le sol et la gestion par l'éleveur (fauche, pâture, fertilisation). Il permet de différencier chaque processus et d'attribuer ainsi à chacun les émissions de GES.

Évolution du modèle en 2007

• - Le recodage de FARMSIM en langage Java, plus largement utilisé que le VisualBasic , visait à améliorer la portabilité du modèle FARMSIM d'un système d'exploitation à un autre (Linux, Windows, Mac).
• - Le couplage de FARMSIM avec le modèle de cultures mécaniste CERESEGC a permis de remplacer les calculs effectués par la méthodologie IPPC par des simulations des émissions des cultures.

Couplage FARMSIM-CERES-EGC

Le modèle de culture choisi est CERES-EGC à l'UMR EGC 5Environnement et Grandes Cultures). CERES-EGC est un modèle de culture adapté d'une famille de modèles de culture développés dans les années 1980 par Jones et Kiniry aux Etats-Unis. C'est à l'origine un modèle d'aide à la décision uniquement destiné à augmenter les rendements. Il a été repris par l'UMR EGC pour y rajouter des modules de bilans environnementaux qui calculent par exemple le lessivage des nitrates ou les émissions de N2O, NH3 ou NOx.

CERES-EGC modélise la croissance et le développement de la plante, les transferts de chaleur, d'eau et de solutés et les différents flux de carbone et de nitrates lors des phases de minéralisation, immobilisation par la plante, nitrification et dénitrification à partir d'informations sur l'atmosphère, le sol et le sous-sol et la gestion du couvert végétal.

Structure de FARMSIM-JAVA (Drouet et al, 2008), modèle FARMSIM couplé avec le modèle dynamique de prairie, PASIM, et celui de culture, CERES-EGC.

Le modèle FARMSIM-JAVA comporte neuf modules (Fig. 5) dont les paramètres sont renseignés en utilisant l'interface également développée en langage Java et associée au modèle.

Déroulement d'une simulation

FARMSIM et PASIM communiquent au moyen de fichiers textes (dans les versions antérieures à 2009). L'utilisateur fournit dans l'interface les paramètres nécessaires pour faire les calculs relatifs à la méthodologie IPCC et à PASIM. FARMSIM effectue les calculs liés à la méthodologie IPCC et sauvegarde les résultats dans un fichier texte.  Puis il génère les fichiers textes nécessaires pour faire tourner PASIM. Lorsque la simulation est finie, FARMSIM lit les fichiers de sortie de PASIM en extrait les résultats importants et synthétise les résultats dans une feuille de calcul.

Les résultats du modèle sont sortis sous forme de tableaux :

• Pour synthétiser les valeurs de CO2, de CH4 et de N2O on utilise, le critère du pouvoir de réchauffement global noté " PRG ".

Pour des informations complémentaires, veuillez contacter Raphaël Martin au 04 43 76 16 08  - @ raphael.martin[at]inra.fr