Academic literature on the topic 'Bilan des émissions de gaz à effet de serre – France – Aquitaine (France)'

L’ambition de cet article est de dresser un bilan environnemental de l’élevage de bovins pour la viande en France, aussi exhaustif que possible, à partir des données scientifiques et statistiques disponibles. Les impacts environnementaux abordés sont les émissions de gaz à effet de serre, la pollution de l’eau et des sols, l’utilisation des ressources naturelles (énergie, phosphore, eau), l’utilisation des terres et la biodiversité végétale et animale. Les méthodologies d’évaluation et les indicateurs utilisés sont justifiés et discutés. Lorsque l’unité d’expression est le kg de viande, l’essentiel des impacts environnementaux provient de l’atelier naisseur en raison de la longue phase d’élevage pour obtenir un broutard. Les résultats sont très différents lorsque les impacts sont calculés par unité de surface, que le stockage de carbone dans les prairies est pris en compte et que les impacts positifs de ces systèmes sur la biodiversité et sur le paysage sont intégrés à l’analyse. Bien qu’ayant des atouts pour aborder la transition agroécologique du fait de la part importante de prairies permanentes leur permettant de tirer avantage des régulations biologiques, les systèmes naisseurs sont cependant engagés depuis 20 ans dans un processus d’agrandissement au détriment de leur durabilité.

Les impacts environnementaux liés aux productions animales sont pris en considération depuisau moins deux décennies. Mais jusqu’à une date récente, ils étaient considérés comme des «dommagescollatéraux» résultant de la nécessité de nourrir la planète. Depuis le rapport de la FAO«Livestock’s long shadow» (Steinfeld et al 2006), les préoccupations environnementales liées enparticulier aux gaz à effet de serre (GES) ont pris une importance croissante auprès des acteursdes filières animales et des décideurs politiques. Elles sont désormais au centre de la réflexion surle développement de l’élevage. En témoignent des documents dépassant le cadre de l’agriculturecomme la publication des propositions du «Grenelle 2» par le gouvernement français, ou la feuillede route de l’Union Européenne pour une baisse drastique des émissions de gaz carbonique àl’échéance de 2050. En fait, le problème est planétaire, car la consommation mondiale de produitsanimaux augmente, tendance appelée à se poursuivre en raison de l’évolution démographiqueet de l’accroissement de la part des produits animaux dans l’alimentation dans les pays endéveloppement et émergents (Gerber et al 2011). La revue INRA Productions animales a publié depuis plusieurs années de nombreux articlesrelatifs aux relations entre élevage et environnement, analysées sous divers angles. Récemmentdes articles relatifs aux polluants ou aux aspects environnementaux plus globaux ont été publiésdans le cadre de trois numéros thématiques : «Porcherie verte» avec notamment des articles surles éléments à risque et les émissions gazeuses lors de la gestion des effluents (Bonneau et al2008a, b), «Les nouveaux enjeux de la nutrition et de l’alimentation du porc» avec un article surles relations entre nutrition et excrétion de polluants (Dourmad et al 2009), et «Elevage en régionschaudes» avec un article consacré aux impacts et services environnementaux (Blanfort et al2011). Des articles ont également été publiés sur la quantification des émissions de méthane parles animaux d’élevage en France (Vermorel et al 2008) et sur la modélisation des émissions deméthane chez les ruminants (Sauvant et al 2009). Enfin, les moyens de réduire les rejets porcinset avicoles par la génétique ont été analysés (Mignon-Grasteau et al 2010). A signaler aussi lenuméro spécial «Elevage bio» en 2009, qui analysait les systèmes d’élevage biologique sans toutefoisdiscuter leurs avantages au plan environnemental. La réduction des émissions de GES par l’élevage est devenue un enjeu majeur des recherchessur les systèmes d’élevage et en nutrition animale. Ce dossier composé de quatre articles estconsacré aux GES en élevage bovin en mettant l’accent sur le méthane. En effet dans la plupartdes systèmes laitiers et à viande, le méthane est le gaz à effet de serre qui contribue le plus auxémissions, exprimées en équivalent gaz carbonique, comme le montre le premier article (Dollé etal 2011) qui replace les émissions de méthane dans l’ensemble des émissions de gaz à effet deserre. Un travail considérable a été réalisé pour évaluer et comparer les systèmes français, et lesINRA Productions Animales, 2011, numéro 5situer dans un contexte plus global : depuis quelques années les émissions induites par des systèmesd’élevage très divers sont étudiées dans le monde, principalement en Europe. Le deuxièmearticle (Sauvant et al 2011) analyse les relations étroites entre la production de méthane et les fermentationsdans le rumen selon la nature du régime alimentaire, puis discute la précision des principaleséquations empiriques de prévision de la production de méthane, ainsi que des modèlesmécanistes qui ont été développés. Des voies d’amélioration sont proposées. Dans un troisièmearticle (Popova et al 2011), les mécanismes de production de méthane dans le rumen sont analysés.Un intérêt particulier est porté au rôle des Archaea méthanogènes, microorganismes qui constituentun domaine spécifique du règne vivant et qui sont les seuls à produire du méthane à partirde l’hydrogène. La compréhension des mécanismes est un élément majeur pour prévoir les effetspossibles d’une ration, d’un additif, d’une biotechnologie sur la production de méthane. Laconnaissance actuelle de ces effets est présentée dans un quatrième article (Doreau et al 2011),centré sur les résultats obtenus in vivo. Il est en effet important de confronter les annonces faitesà partir d’essais in vitro, ou d’un seul essai in vivo mené sur le court terme, aux résultats d’étudesapprofondies reposant sur une base expérimentale solide. Ce dossier dresse un bilan des recherches et de l’état des connaissances sur le méthane entérique,et mentionne les principaux leviers d’action pour réduire les émissions des trois principauxgaz à effet de serre. Une vision plus large nécessiterait le développement d’aspects complémentaires.En premier lieu, celui des émissions de méthane et de protoxyde d’azote liées aux effluents.Elles sont toutefois très mal connues et éminemment variables, comme l’ont souligné Hassounaet al (2010) qui ont développé une méthode permettant de les évaluer en bâtiments. En deuxièmelieu, l'impact des nombreuses voies permettant de réduire les émissions de protoxyde d'azote auchamp doit être évalué. Ainsi, serait nécessaire une analyse portant sur les différents moyens permettantde limiter la fertilisation azotée minérale (fertilisation «de précision», recours aux légumineuses,inhibition des réactions de nitrification/dénitrification dans les sols, meilleure gestiondu pâturage…) qui sont seulement évoqués dans le texte de Dollé et al (2011). Enfin, la séquestrationde carbone par les prairies doit être prise en compte dans l’analyse de la contribution desélevages de ruminants au réchauffement climatique. Les valeurs actuellement retenues sont probablementsous-estimées (Soussana et al 2010), mais les résultats récents mettent en évidence unetrès grande variabilité de ce stockage de carbone, liée non seulement au type de végétation et auxconditions pédologiques, mais aussi, entre autres, au type d’exploitation par les animaux et auxaléas climatiques (Klumpp et al 2011). Le réchauffement climatique est actuellement considéré par les médias et les décideurs politiquescomme l’urgence en termes de protection de notre environnement. Cela ne doit pas faireoublier qu’il est nécessaire de prendre en compte simultanément l’épuisement de certaines ressourcescomme l’énergie fossile et les phosphates, la raréfaction des réserves en eau, la compétitionpour les surfaces agricoles, et la pollution de l’air, des sols et de l’eau par différentes moléculesminérales et organiques. L’analyse des impacts environnementaux, en tant que composantede la durabilité des systèmes d’élevage, doit donc être multifactorielle et prendre également encompte les services environnementaux et sociétaux de l’élevage, une activité qui fait vivre plusd’un milliard d’habitants de notre planète.

Le lait n’est pas tout à fait un aliment comme les autres puisqu’il est aussi produit par l’Homme. Cet aliment est indispensable à l’alimentation de l’enfant, car sa richesse nutritionnelle combinée à sa forme liquide en font une ration « tout en un » du jeune pendant ses premières semaines de vie. L’homme a très tôt domestiqué d’autres mammifères pour produire cet aliment nécessaire pour le jeune et l’a aussi intégré dans l’alimentation de l’adulte sous forme native ou après transformation. De fait, le lait est un des rares produits animaux avec l’oeuf qui est produit régulièrement et qu’il est possible d’obtenir sans tuer l’animal. Sa production fait pleinement partie de la fonction de reproduction et son prélèvement doit être géré pour ne pas handicaper le développement du jeune animal qui est également un élément d’avenir dans l’élevage. Les vaches laitières ont longtemps bénéficié de noms très personnalisés, voire de prénoms, jusqu’à ce que la traçabilité ne vienne proposer des identifiants plus proches du matricule de la sécurité sociale que des petits noms affectueux utilisés jusqu’alors. La traite est un moment particulier où l’éleveur se substitue au jeune pour prélever le lait plusieurs fois par jour. Tout ceci fait traditionnellement de l’élevage laitier un élevage qui associe étroitement l’homme et l’animal. Au commencement de la domestication et pendant longtemps, le principal défaut du lait a résidé dans sa faible aptitude à la conservation, nécessitant une consommation plutôt locale, le temps entre production et consommation devant rester le plus court possible. De fait, le développement de sa consommation dans les villes est récent et ne s’est pas fait sans quelques soucis (Fanica 2008). Bien entendu, les évolutions de l’industrie laitière et des transports ont permis de franchir ce double cap de la conservation et des distances, faisant en quelques décennies d’un produit local du peuple d’un terroir, riche d’identité, d’histoire et de culture (Faye et al 2010), un produit générique du commerce mondial qui s’échange entre continents suivant les règles de l’organisation mondiale du commerce et dont la demande augmente régulièrement. Ce passage du local au mondial ne s’effectue pas sans des changements radicaux des modes de production et de l’organisation des filières, avec des conséquences parfois importantes sur les territoires. La production de lait en France, pays traditionnel d’élevage bovin laitier, illustre parfaitement cette évolution et se trouve aujourd’hui à une période charnière. Riche d’une grande diversité de terroirs et de produits, la production française présente un profil original dont on ne sait pas aujourd’hui si c’est une force ou une faiblesse dans cette évolution. Depuis 1984, le système des quotas laitiers liés à la terre et non commercialisables en France a ralenti, comparativement aux pays voisins, l’évolution vers une spécialisation et une intensification des systèmes de production laitiers, mais il disparaîtra en 2015. Le contexte économique des prix des matières premières et du prix du lait devient beaucoup plus instable que par le passé. Le métier d’éleveur laitier, avec sa complexité, sa charge de travail importante, ses astreintes et la diminution de sa rémunération, devient moins attractif. La nécessaire prise en compte de l’impact de l’élevage sur l’environnement et plus globalement de la durabilité, constitue un nouveau défi qui est souvent vécu comme une contrainte supplémentaire. Cependant, les connaissances scientifiques et technologiques ont beaucoup progressé et offrent de nouveaux outils à l’élevage laitier pour construire une trajectoire originale dans cette évolution. Ce numéro spécial d’INRA Productions Animales se propose donc en quelques articles de faire un état des lieux des connaissances concernant la production laitière, ainsi que des nouveaux défis et des nouveaux outils qui s’offrent à la filière pour construire son avenir. Ce panorama n’est volontairement pas exhaustif et traitera prioritairement des vaches laitières avec cependant, lorsqu’il est apparu nécessaire, quelques exemples tirés de travaux réalisés chez les caprins. De même, il ne s’agit pas ici d’aborder la transformation du lait et les évolutions des nombreux produits transformés. Mais nous avons cherché à présenter un point sur un certain nombre de sujets en mettant en avant les avancées récentes et les défis scientifiques, techniques, économiques et organisationnels qui concernent la production laitière, en quatre grandes parties. La première plantera tout d’abord le décor du secteur laitier français. La deuxième présentera les nouvelles avancées des travaux sur la femelle laitière, la lactation et le lait. La troisième analysera les différents leviers que constituent la sélection génétique, la gestion de la santé, l’alimentation et la traite, pour mieux maîtriser la production de lait en élevage. Enfin, la dernière partie abordera des questions plus spécifiques concernant les systèmes d’élevage et leur futur. Le premier article de V. Chatellier et al fournit une analyse à la fois du bilan et des perspectives du secteur laitier français. Après une analyse du marché des produits laitiers au travers de la demande et de l’offre et des grandes stratégies des acteurs de la filière, cet article présente les spécificités françaises des exploitations laitières liées en particulier à la diversité des systèmes de production et des territoires. Cette double diversité se traduit également dans les écarts de productivité et des résultats économiques des exploitations dont la main-d’oeuvre reste majoritairement familiale, avec la question de son renouvellement qui se pose différemment selon les territoires. Enfin, à l’aune des changements importants de contexte qui se préparent avec la fin des quotas et les nouvelles relations qui se mettent en place entre producteurs et transformateurs, les auteurs étudient les différents scénarios qui en découlent et qui conduiront à l’écriture du futur du secteur laitier français dans les territoires et le marché mondial. La série d’articles sur l’animal et le lait débute par une approche systémique de l’animal laitier. La vache laitière est d’abord perçue au travers de sa fonction de production, et les modèles de prévision de la lactation se sont longtemps focalisés sur cette seule fonction. La notion d’animaux plus robustes et d’élevages plus durables (cf. Dossier « Robustesse... », Sauvant et Perez 2010) amène à revisiter cet angle d’approche pour l’élargir à ensemble des fonctions physiologiques en prenant mieux en compte les interactions entre les génotypes animaux et leurs environnements. La modélisation aborde cette complexité de deux façons contrastées, l’une plutôt ascendante en partant des mécanismes élémentaires et en les agrégeant, l’autre plutôt descendante, en partant de grandes propriétés émergeantes des principales fonctions et de leurs interactions, voire de leur compétition dans l’accès aux ressources nutritionnelles. La revue de Friggens et al aborde ainsi la question de la dynamique de partition des nutriments entre fonction physiologiques chez les vaches laitières en fonction du génotype en présentant plusieurs approches de modélisation. Cette revue s’attache à montrer l’intérêt de partir des propriétés émergeantes pour arriver à modéliser les réponses complexes (production, reproduction, composition du lait, état corporel…) d’une vache soumise à différentes conduites d’élevage au cours de sa carrière. Les outils de demain qui permettront d’optimiser la conduited’élevage face aux aléas économiques et climatiques dépendront de l’avancée de ces modèles et des connaissances scientifiques qui les sous-tendent. La fonction de lactation est la conséquence de nombreux mécanismes à l’échelle de l’animal, tout particulièrement au niveau de la glande mammaire. Le développement et le fonctionnement de cet organe caractérisé par sa cyclicité ont fait l’objet de nombreux travaux à l’Inra et dans de nombreuses équipes de recherches internationales. Il ne s’agissait pas ici de relater l’ensemble de ces travaux mais de consacrer un article aux dernières connaissances acquises sur les mécanismes de biosynthèse et de sécrétion des constituants du lait. L’article de Leroux et al présente les travaux sur la régulation de l’expression génique dans la glande mammaire avec un intérêt particulier pour les données acquises avec les nouveaux outils d’études globales de génomique expressionnelle. Ceux-ci apportent de nouvelles connaissances sur les effets des facteurs génétiques sur la biosynthèse et la sécrétion du lait, sur leur régulation nutritionnelle et sur l’interaction de ces facteurs. Ce dernier point constitue un champ d’investigation supplémentaire pour décrypter les secrets du fonctionnement mammaire avec notamment l’intervention de nouveaux acteurs que sont les petits ARN non codants (ou microARN) qui vient encore accroître la complexité du fonctionnement mammaire dans son rôle prépondérant lors de la lactation. Après avoir fait cet état des lieux des connaissances sur la biosynthèse et la sécrétion des constituants du lait au niveau de la glande mammaire, l’article de Léonil et al présente la complexité des fractions protéique et lipidique du lait et de leur assemblage en structures supramoléculaires. Ces structures finales sont sous la dépendance de la nature et de la variabilité des constituants, ellesmêmes dues aux polymorphismes des gènes responsables de leur synthèse. Ainsi, les auteurs font un état des lieux des connaissances sur la structure et le polymorphisme des gènes spécifiant les protéines coagulables du lait que sont les caséines pour arriver à l’organisation de ces dernières en micelles. Le rôle nutritionnel de ces protéines majeures du lait et leur fonction biologique sont revisitées à la lumière des connaissances croissantes sur les peptides bioactifs qu’elles contiennent. La fraction lipidique n’est pas en reste avec la présentation de sa complexité et de son organisation sous forme de globule gras ainsi que de son impact nutritionnel sur le consommateur. Enfin, la découverte récente, dans le lait, de petites particules (ou exosomes) véhiculant des protéines et des ARN ouvre de nouvelle voies d’investigation de l’impact du lait sur la santé du consommateur. La série d’articles consacrée aux leviers d’action dont disposent les éleveurs pour moduler la production laitière ainsi que la composition du lait débute par l’article de Brochard et al, qui retrace l’impact de la sélection génétique pour arriver aux apports de la sélection génomique des races bovines laitières. Un bref historique de la sélection génétique présente les progrès réalisés sur les caractères de production laitière mais aussi sur des caractères de robustesse (fertilité, mammites…) et permet ainsi de dresser le décor génétique des élevages français. L’avènement des outils de génomique grâce au séquençage du génome bovin a conduit à renouveler les perspectives de sélection des bovins laitiers (cf. Numéro spécial, «amélioration génétique" Mulsant et al 2011). La présentation brève de ces outils permet de mieux appréhender les retombées attendues. Les opportunités offertes par la sélection génomique sur les caractères laitiers sensu stricto se complètent et permettent également de proposer une sélection sur de nouveaux caractères. En effet, la prise en compte progressive d’autres caractères oriente la sélection vers une complexité accrue notamment grâce à l’établissement de nouvelles mesures phénotypiques. L’évolution vers une meilleure robustesse, une efficacité alimentaire optimisée mais aussi une empreinte environnementale réduite, sera d’autant plus envisageable que la sélection pourra s’appuyer sur des capacités de phénotypage de plus en plus fin et à grande échelle. Un autre facteur prépondérant dans l’élevage laitier concerne la gestion de la santé animale qui affecte, notamment, la durabilité des élevages sous l’angle socio-économique. Cette gestion complexe doit prendre en compte de nombreux paramètres tel que le nombre des traitements nécessaires, le temps passé, les pertes économiques directes à court et long terme, etc. Les infections ne touchent pas toutes directement la glande mammaire, mais en affectant l’animal, elles impactent la lactation, l’efficacité de production du troupeau et donc l’élevage. L’article de Seegers et al passe en revue sept maladies majeures classées en trois groupes affectant les bovins laitiers. Il présente les connaissances récentes acquises sur ces maladies et les perspectives qu’elles ouvrent pour mieux les maîtriser. Ces maladies ont bien souvent un impact économique fort sur les élevages et/ou sont transmissibles à l’Homme constituant ainsi des questionnements de recherche forts et pour lesquels les moyens d’actions sont aussi multiples que variés. De plus, les attentes sociétales visent à diminuer, autant que faire se peut, les intrants médicamenteux. L’alimentation est un levier de maîtrise de la production et de la composition du lait qui présente l’avantage d’avoir des effets rapides et réversibles. Bien que ce levier puisse également moduler la composition protéique du lait, l’impact prépondérant de l’alimentation sur la composition en acides gras du lait, dans le but de fournir aux consommateurs une qualité nutritionnelle du lait la plus favorable possible, a été mis en exergue par de nombreuses études. La détermination de la composition en acides gras des laits est de plus en plus précise, notamment du fait des nouvelles techniques qui permettent une meilleure caractérisation de ces profils. Outre l’impact de l’alimentation, les effets des apports nutritionnels chez le ruminant sur les teneurs en composés vitaminiques du lait sont également à prendre en compte dans la perspective de l’utilisation du lait comme source complémentaire naturelle de vitamines chez les sujets présentant une efficacité d’absorption réduite (tel que les jeunes ou à l’inverse les personnes âgées). L’article de Ferlay et al recense les principaux facteurs alimentaires (nature de la ration de base, supplémentation oléagineuse, différents types de suppléments lipidiques et leurs interactions) influençant la composition en acides gras et en vitamines du lait de vache. Enfin, la traite constitue un outil supplémentaire de pilotage des troupeaux en termes de production laitière mais aussi de qualité sanitaire, technologique et nutritionnelle du lait. De plus, une meilleure connaissance des effets des différentes pratiques de traite est cruciale dans le contexte actuel de gestion du travail dans les exploitations laitières (cf. Numéro spécial, « Travail en élevage », Hostiou et al 2012). Les moyens mis en oeuvre se situent à différents niveaux allant de la fréquence de traite aux systèmes de stockage des laits en passant par les réglages possibles ou les types de machines à traire. L’article de Guinard-Flament et al fait le point des connaissances actuelles sur les effets et les conséquences de modifications de la conduite des animaux à la traite. Il présente les effets de la fréquence de traite sur le niveau de production laitière et sur la composition du lait. Le contexte de la traite, avec les effets mécaniques de la machine à traire et celui du système de stockage, est également présenté dans ses multiples facettes pour souligner leur rôle prépondérant sur la qualité microbienne des laits. La conduite des vaches à la traite est également un moyen de gestion de la carrière d’une vache laitière à travers le pilotage de certaines phases du cycle de production (effets sur la reproduction et sur la durée de la lactation et leurs conséquences sur la santé de l’animal...). La dimension des systèmes d’élevage est dominée ces dernières années par la question environnementale, notamment depuis la parution du rapport de la FAO « Livestock’s long shadow » (Steinfeld et al 2006). L’élevage laitier, très consommateur de ressources de qualité, est concerné au premier rang par ce défi environnemental. Mais ces enjeux, peu perceptibles à l’échelle de l’élevage pourtant à l’origine de ces risques, sont difficiles à intégrer dans les objectifs des systèmes de production. L’article de Dollé et al sur les impacts environnementaux des systèmes bovins laitiers français apporte de nombreux éléments quantifiés sur les émissions des éléments à risque pour l’environnement par les élevages laitiers. Ces risques concernent bien entendu la qualité de l’eau, notamment via les excrétions d’azote et de phosphore, ce qui est connu depuis longtemps avec leurs impacts sur l’eutrophisation des cours d’eau et des côtes. Les risques liés à la qualité de l’air ont été pris en compte beaucoup plus récemment et concernent principalement les émissions d’ammoniac pouvant affecter la santé humaine et des gaz à effet de serre responsables du réchauffement climatique (cf. Dossier, « Gaz à effet de serre en élevage bovin : le méthane », Doreau et al 2011). Ensuite, l’article aborde la question de la biodiversité, auxiliaire de l’agriculture et des paysages, où l’élevage joue un rôle central au sein des territoires agricoles. L’article aborde pour finir la question de la quantification de ces impacts afin d’améliorer objectivement les performances environnementales des élevages et montre que performances environnementales et économiques en élevage laitier ne sont pas antinomiques. En guise de conclusion de ce numéro, J.L. Peyraud et K. Duhem se sont prêtés à un exercice d’analyse prospective des élevages laitiers et du lait de demain en reprenant certains des constats de l’article introductif, notamment sur la diversité des systèmes et des territoires, la restructuration rapide de la filière et la reconstruction du métier d’éleveur. La filière devra demain affronter la tension entre l’amélioration de la compétitivité et celle de la durabilité de l’élevage en tirant profit des innovations. La meilleure prise en compte des qualités nutritionnelles des produits et de l’évolution des demandes tout en améliorant l’intégration de l’élevage au sein des territoires constitue un double défi pour résoudre cette tension. L’analyse des auteurs prône cependant un maintien de la diversité et la complémentarité des systèmes dans une diversité de territoires pour mieux répondre aux enjeux de la société et des éleveurs. Ce numéro spécial montre combien la filière laitière est aujourd’hui plus que jamais à la croisée des chemins avec des défis économiques et sociétaux difficiles à relever dans un climat de plus en plus incertain. Entre diversité d'une part, et spécialisation et standardisation d'autre part, le chemin de la filière française reste complexe à définir. Les nombreuses évolutions des connaissances scientifiques permettent de disposer à court ou moyen terme de nouveaux outils pour relever ces défis. La sélection génomique pour disposer des animaux les plus adaptés à leur système, les modèles de prévision pour anticiper les aléas et leurs conséquences, les outils d’évaluation environnementale pour maîtriser les risques, les outils de monitoring et d’information des troupeaux d’élevage pour améliorer les conditions de travail et l’efficience des troupeaux, les possibilités de piloter la qualité des produits par les conduites d’élevage et en particulier l’alimentation, une meilleure connaissance des mécanismes de régulation de la lactation, la découverte de la richesse des constituants du lait et de leurs propriétés nutritionnelles et fonctionnelles sont autant d’atouts pour la filière pour affronter ces défis. A travers les articles de ce numéro, nous avons voulu illustrer quelques un de ces défis et des perspectives offertes par la recherche. L’enjeu sera de les mobiliser à bon escient dans le cadre de stratégies cohérentes. Cela nécessitera la collaboration de tous les acteurs de la recherche, de la formation, du développement et de la filière. A leur niveau, les articles de ce numéro, par les nombreuses signatures communes entre chercheurs, enseignants-chercheurs et ingénieurs de recherche-développement, témoignent de la vitalité des unités mixtes de recherche et des unités mixtes thématiques impliquées dans l’élevage laitier. De même, bon nombre de travaux relatés dans les articles de ce numéro sont le fruit de programmes de recherche co-financés et menés en collaboration étroite entre la recherche, les instituts technique et la filière. Nous y voyons un fort signe positif pour l'avenir de l'élevage laitier en France Cet avant-propos ne saurait s’achever sans remercier René Baumont et le comité de rédaction d’Inra Productions Animales pour l’initiative judicieuse de ce numéro spécial, mais aussi pour nous avoir aidés à mener à bien ce projet comprenant de nombreux auteurs, qui ont bien voulu se prêter à l’exercice difficile de la rédaction d’un article de synthèse qui conjugue la rigueur de l’information scientifique avec l’exigence de la rendre accessible à un large public. Ce numéro doit beaucoup aussi aux relectures constructives de nombreux collègues que nous remercions ici anonymement. Enfin, cet ouvrage doit aussi sa qualité à un travail remarquable d’édition technique assuré par Pascale Béraudque nous associons à ces remerciements. Nous avons eu la primeur de ces articles et nous espérons que vous partagerez l’intérêt que nous avons eu à leur lecture à la fois instructive, enrichissante et propice à nourrir notre réflexion pour le futur de la recherche-développement dans le domaine de l’élevage bovin laitier.Philippe FAVERDIN, Christine LEROUX RéférencesDoreau M., Baumont R., Perez J.M., (Eds) 2011. Dossier, Gaz à effet de serre en élevage bovin : le méthane. INRA Prod. Anim., 24, 411-474. Fanica P.O., 2008. Le lait, la vache et le citadin. Du XVIIe au XXe siècle. Editions Quae, Paris, France,520p. Faye B., Bonnet P., Corniaux C., Duteurtre G., 2010. Peuples du lait. Editions Quae, Paris France, 160p. Hostiou N., Dedieu B., Baumont R., (Eds) 2012. Numéro spécial, Travail en élevage. INRA Prod. Anim., 25, 83-220. Mulsant P., Bodin L., Coudurier B., Deretz S., Le Roy P., Quillet E., Perez J.M., (Eds) 2011. Numéro spécial, Amélioration génétique. INRA Prod. Anim., 24, 283-404. Sauvant D., Perez J.M., (Eds) 2010. Dossier, Robustesse, rusticité, flexibilité, plasticité, résilience… les nouveaux critères de qualité des animaux et des systèmes d'élevage. INRA Prod. Anim., 23, 1-102. Steinfeld H., Gerber P., Wassenaar T., Castel V., Rosales M., de Haan C., 2006. Livestock's long shadow: environmental issues and options. Food and Agriculture Organization of the United Nations,414p.

Le conseil régional d’Aquitaine a mis en place en 2005 un plan climat afin d’économiser 2883 ktCO2eq pour 2007-2013 afin de contribuer à l’effort national de réduction des émissions de gaz à effet de serre (GED). Cette thèse vise à effectuer des études afin de guider le conseil régional dans ce domaine et de surmonter les difficultés provenant d’une comptabilité régionale pauvre. L’analyse entrées-sorties a été retenue du fait qu’elle intègre la complexité des échanges interindustriels avec une étude sectorielle fine. La première partie de la thèse expose la méthode de construction d’une comptabilité régionale, à savoir la constitution d’un tableau entrées-sorties avec un inventaire des émissions de GES associé. La deuxième partie de la thèse montre différentes applications de l’analyse entrées-sorties afin de répondre à la problématique régionale sur les émissions de GES. L’intérêt de cette analyse est de calculer la contribution directe et indirecte des émissions des branches. En appliquant les méthodes d’optimisation, les adaptations économiques ont pu être estimées en vue de concilier les objectifs de réduction des émissions de GES et de croissance économique. L’utilisation de la méthode de décomposition structurelle a l’avantage de repérer les principales forces expliquant l’évolution des émissions de GES et, ainsi, d’utiliser ces résultats pour réaliser des prévisions des émissions régionales jusqu’en 2013. En outre, il a été possible de déterminer l’enveloppe du coût d’opportunité des projets de construction des infrastructures de transport afin de financer les projets de compensation provenant de leurs émissions en recourant aux méthodes d’optimisation
Regional council of Aquitaine, thanks to increasing area of competence because of different laws of decentralization, can contribute to national effort of reducing greenhouse gas emissions (GHG). In order to make it, It has implemented in 2005 a climate plan to avoid 2 883 ktCO2eq for 2007-2013. However, considering of poor regional accounting, it is confronted with a lack of study to implement efficiently its climate plan. The aim of this thesis is precisely to make some studies in order to guide regional council in this field. Input-output analysis was used because of its ability to integrate the complexity of interindustrial trade with a detailed sectored study. The aim of the first part of the thesis is to outline the method of constructing a regional accounting, namely a making of input-output table with a GHG emissions inventory associated. The second part of this thesis shows different applications of input-output analysis in order to answer to regional issues on GHG emissions. The first interest of input-output analysis is to calculate both direct and indirect contribution of sectors emissions. By applying optimization methods, economic restructuring could be estimated in order to reconcile both GHG emissions reduction and economic growth objectives. The use of structural decomposition analysis has advantage to pick out main forces explaining evolution of GHG emissions and, so, to use these results to make forecasting of regional GHG emissions until 2013. Moreover, it was possible to determine a budget of opportunity cost from construction of road and rail infrastructures leading to finance projects to offset theirs emissions by using optimisation methods

Au titre de ses engagements, la France doit comptabiliser annuellement les changements d'occupation du sol et les flux de carbone associés. Cet inventaire, réalisé par le Citepa, est délicat à évaluer, car les données sources sont complexes et contradictoires. En outre, ce secteur présente des enjeux stratégiques dans la lutte contre le changement climatique. Les limites de cet inventaire sont de plusieurs ordres : données sources imparfaites ; manque de connaissance sur les autres données existantes pouvant être utilisées; incertitude mal évaluée ; nécessité de validation de la pertinence des dynamiques estimées.L'objectif de cette thèse est d'analyser et d'évaluer les données sources (actuelles et potentielles) des matrices de changements d'occupation du sol afin d'améliorer la robustesse de l'inventaire. Il s'agit d'expertiser par une démarche scientifique la pertinence de l'inventaire. En particulier, il s'agit de comprendre les causes des incertitudes des données sources ; compiler les données disponibles et leurs métadonnées ; étudier qualitativement les dynamiques paysagères; et redéfinir un cadre méthodologique permettant d'estimer des taux de changements plus pertinents. Les résultats de ces travaux montrent que les niveaux de résolutions spatiales, thématiques et temporelles les plus précis entraînent la détection de faux positifs : la pertinence est à préférer à la précision, et les effets de dépendance d'échelle doivent être pris en compte. La thèse propose enfin un cadre d'interopérabilité afin d'intégrer des données hétérogènes au sein d'un nouveau protocole de modélisation alliant rééstimation des changements et allocation spatiale
France is required to account for annual land-cover changes and induced carbon fluxes). This inventory is difficult to calcula te, for data source are complex and contradictory. Moreover, this sector is important as its role in combating climate change is emphasized. This thesis proposes improvements to several identified methodological issues: imperfect data sources, Jack of knowledge about other potential sources„ poorly evaluated uncertainties, validation of landscape dynamics consistency..Thus, the objective of this thesis is to analyse and assess current and potential data sources for computing land-cover change area matrixes, in order to enhance the robustness of the inventory. A scientific approach is conducted to assess the inventory, to understand what causes uncertainties in land cover products, to compile datasets and their metadata, to study the landscape dynamics, and to define a new methodological framework allowing better and more consistent estimates of land cover change rates at national scale.This work suggests that the finest spatial, thematical and temporal resolution levels lead to overestimation of false positives. Accuracy and consistency are preferable to precision and scale dependency must be considered. Finally, we propose an interoperability framework for data integration, via a modeling protocol linking land cover change estimation and spatial allocation

À travers l'analyse de la politique climatique à l'échelle intercommunale, la question est aujourd'hui de savoir si le cadre règlementaire apparaît à la fois juridiquement efficace et effectif dans la réalisation des objectifs intercommunaux d'atténuation des émissions de gaz à effet de serre et d'adaptation au changement climatique. Cette analyse prend pour objet d'étude la constitution du plan climat de la Métropole Aix-Marseille-Provence, institution concernée par un ensemble des réformes territoriales, et ce notamment dans la construction de sa politique climatique métropolitaine
Through the analysis of the legal components of the climate action at an intercommunal scale, the question is whether the legal framework built in order to reach the objectives of GHG emissions mitigation and climate change adaptation appears suitable in terms of efficacy and implementation. We explore the establishment of the climate planning document of Aix-Marseille-Provence Metropolis, an institution affected by numerous structural changes in link with territorial reforms

Cette recherche a pour principal intérêt d'apporter une aide à la décision quant à la mise en place de la logistique verte dans les entreprises agroalimentaires françaises, en utilisant des techniques d'optimisation (technique d'optimisation de l'émission du CO2 d'une plate-forme distributeur vers les sites du client: une application au secteur agroalimentaire français). Nous démontrons que les entreprises sont essentiellement motivées par quatre facteurs qui sont la conformité aux réglementations gouvernementales qui deviennent de plus en plus strictes à l'égard de l'environnement, l'accès au marché qui devient restreint dans le cas où l'entreprise ne prend pas le virage vert, l'amélioration de l'image de l'entreprise et l'obtention d'un avantage concurrentiel. Cependant le manque d'information, les investissements élevés et la non visibilité du retour sur investissement constituent des freins à la mise en place d'une logistique verte. Devant la réticence des entreprises à la mise en place d'une logistique verte, la mutualisation des ressources logistiques est proposée comme un élément de solution permettant la mise en place d'une chaîne logistique verte. Il s'agit d'une construction entre partenaires indépendants des schémas logistiques qui optimisent leurs chaînes d'approvisionnement ou supply chains. Il en résulte une mise en commun de leurs ressources (entrepôts, plates-formes, moyens de transport, etc. ) et de leurs systèmes à travers la définition des réseaux logistiques mutualisés. L'évaluation de la performance de cette organisation est réalisée en premier lieu sur le plan environnemental à travers les gains en émissions de CO2 du transport afférant puis économique par les conséquences en coût de ces opérations et la différence avec une optimisation économique. Ce principe de mutualisation est appliqué à un ensemble de petites et moyennes entreprises dans le domaine de l'alimentaire qui servent un même client. Pour démontrer la performance de la mutualisation, la situation actuelle a été comparée à la situation après la mutualisation et ce, à travers une modélisation de l'émission du CO2. Les résultats obtenus montrent que la mutualisation entraîne dans tous les cas une réduction d'émission de CO2 significative et des variations de coûts significatives.

La réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) est l'un des problèmes d'action collective les plus importants et les plus urgents auxquels l'humanité doit faire face. Répondre à ce défi politique transversal et transnational semble exiger une action à plusieurs échelles de gouvernance : cela va des changements des comportement individuels à des modifications importantes des cadres réglementaires et des processus de décision locaux, nationaux et internationaux. Adoptant une approche interdisciplinaire, ce projet est élaboré à partir des théories de l'action collective, de l’économie institutionnelle, ainsi que de la gouvernance à multiniveaux et les outils d'expertise afin d’analyser ce qui semble être un modèle de gouvernance « polycentrique » capable d'atteindre les objectifs d'atténuation des GES. Ce projet pose plus globalement la question primordiale de savoir quels sont les changements de gouvernance nécessaires pour générer des réductions réelles et définitives des émissions de GES dans le secteur du transport urbain de passagers. L'atténuation des GES dépend non seulement de la capacité des acteurs de se coordonner, mais également des outils d'information nécessaires pour intégrer ces questions dans la prise de décision à plusieurs niveaux de gouvernance et tributaires des différentes priorités politiques hétérogènes. L'analyse et les conclusions résultant de cette recherche apportent un certain nombre de contributions à la fois à la littérature théorique, et à la pratique générale de la politique ainsi qu’au processus décisionnel spécifique à la France dans le domaine du transport, de la planification urbaine et la gouvernance climatique
The reduction of GHG emissions is one of the largest and most pressing collective-action problems facing humanity. Addressing this transversal, trans-boundary policy challenge requires action at multiple scales of governance: from behavioral changes by individuals to modifications of local, national and international regulatory frameworks and decision-making processes. Taking an interdisciplinary approach, this project draws on theories on collective action, institutional economics, multilevel governance, and indicators in decision making to analyze what appears to be an increasingly polycentric governance approach to achieving cross-scale action on GHG mitigation. This dissertation addresses the over-arching question of what governance changes are needed to deliver lasting GHG emissions reductions in the urban passenger transport sector in France? Achieving greenhouse gas mitigation is dependent not only on the ability of actors to coordinate action, but also on the information tools needed to integrate these issues into decision-making at multiple levels of government and across policy priorities. Thus, GHG mitigation must be linked as an often-complementary issue with existing policy priorities. The analyses and findings resulting from this dissertation have a number of contributions to make both to the theoretical literature as well as to general policy practice and the specific decision-making process in France in terms of transport, urban planning and climate governance

Les terres agricoles, qui occupent plus d'un tiers de la surface continentale de la Terre, contribuent au changement climatique et sont aussi affectées par ces changements puisque leur production est contrainte par les conditions climatiques et les ressources en eau. L'objectif principal de cette thèse est donc de quantifier et d'analyser la production et aussi les principales composantes des cycles biogéochimiques du carbone et de l'eau des agrosystèmes, pour des années climatiques contrastées, afin d'identifier les meilleures stratégies pour maintenir la production et réduire les impacts environnementaux. Ce travail a été focalisé sur les cultures de blé du sud-ouest de la France. Pour répondre à cet objectif nous proposons une approche de modélisation spatialisée qui combine : i) des données de télédétection optique à hautes résolutions spatiale et temporelle, ii) des modèles de culture semi-empiriques et iii) un ample dispositif de mesures in-situ pour la calibration et la validation des modèles. L'utilisation combinée de ces trois outils offre de nouvelles perspectives pour la modélisation et le suivi des agrosystèmes à l'échelle régionale et globale
The agricultural lands that occupy more than one third of Earth's terrestrial surface contribute to climate change and are also impacted by those changes, since their production is conditioned by climatic conditions and water resources. The main objective of this thesis is therefore to quantify and analyze the production and also the main components of the carbon and water biogeochemical cycles for crop ecosystems in contrasted climatic years, focusing specifically on the winter wheat crop, in order to identify the best strategies for maintaining crop production and reducing environmental impacts. The study area is located in southwest France. We propose a regional modeling approach that combines: i) high spatial and temporal resolutions optical remote sensing data, ii) simple crop models and iii) an extensive set of in-situ measurements for models' calibration and validation. The combined use of these three 'tools' opens new perspectives for advanced agro-ecosystems modeling and monitoring at regional or global scales

En réponse aux changements climatiques avérés et à une qualité de l'air qui se dégrade, la quantification des émissions de gaz à effet de serre et des polluants atmosphériques des régions urbanisées suscite un intérêt croissant. La meilleure description des émissions anthropiques actuellement disponible est proposée par les inventaires d'émission. Mais leurs estimations, fournies par secteur, reposent sur la combinaison de données d'activité et de facteurs d'émission déterminés sur bancs d'essai et qui ne représentent pas forcément bien les conditions réelles d'émission. Paris, en tant que 3e mégapole européenne, se place dans ce contexte et nous avons choisi d'utiliser des méthodes reposant sur l'acquisition de mesures in situ en région parisienne pour caractériser le signal urbain et vérifier les estimations de l'inventaire régional haute résolution d'Airparif. Les méthodes mises en place dans ce travail de thèse reposent sur l'utilisation conjointe de différents traceurs atmosphériques (CO, NOx, COV). En effet, ils sont co-émis au CO2 lors des processus de combustions incomplètes dans des proportions supposées caractéristiques du secteur d'émission. Les rapports de concentration entre les différentes espèces co-émises sont donc un outil de choix pour cette étude. Nous avons alors développé différentes méthodes d'évaluation de ces rapports pour caractériser les émissions pour l'une des sources prédominantes de CO2 à Paris (le trafic routier) ou dans le panache parisien. Les variabilités spatiale et saisonnière des rapports ont notamment pu être étudiées et les conclusions obtenues n'étaient pas forcément référencées dans les estimations des inventaires ou d'études antérieures. Nous avons comparé nos résultats aux estimations fournies par l'inventaire le plus récent d'Airparif qui apparait généralement surestimer ces rapports. Enfin, nous avons combiné les résultats de l'approche multi-espèces à ceux fournis par l'analyse des isotopes du carbone dans le CO2 (souvent utilisés comme référence pour l'étude des émissions anthropiques). D'après leur analyse, les émissions de CO2 à Paris sont majoritairement d'origine fossile (81 %) et l'utilisation des combustibles fossiles est répartie quasi équitablement. Finalement, l'accord satisfaisant trouvé entre les deux démarches (multi-espèces et isotopique) a permis d'affirmer leur pertinence pour l'étude des signaux urbains moyens
In response to changing air quality and climate, there is a growing interest in quantifying emissions ofatmospheric pollutants and greenhouse gases from urban areas. Currently emission inventories provide the most detailed description of anthropogenic emissions. However, their estimates rely on the combination of activity proxies and emission factors for individual source sectors calibrated for benchmarck situations that may significantly differ from real conditions. Paris, the third largest megacity in Europe, can be considered in this context. We used methods based on in situ measurements in this region to characterise the urban signal and independently assess the latest estimates from the regional inventory. The methods we developed rely on the joint analysis of atmospheric tracers (CO, NOx, VOCs) which are co-emitted with CO2 during incomplete combustion processes in ratios that are characteristic of each emission sector. These ratios between co-emitted species are thus an appropriate tool to study the urban signal. During this PhD, we developed several methods to evaluate the ratios using measurements for a major CO2 emission source in Paris (road traffic) or for measurements acquired in the urban atmosphere. We revealed spatial and seasonal variabilities in these ratios and the main conclusions were not necessarily in complete accordance with the ones from inventories or previous studies. We also compared our results to the estimates provided by the latest regional inventory, which appears to overestimate them in most cases. Finally, we combined the results obtained with the multi-species analysis to the ones provided by isotopic analyses (which are often used as a reference to study anthropogenic emissions). According to the analyses of these measurements, CO2 emissions in Paris came mostly from combustion of fossil fuels (81 %) and the use of each fossil fuel is almost equally distributed. Finally, the satisfactory agreement found between the two approaches (multi-species and isotopic one) confirmed their relevancefor the analysis of mean urban signals

Depuis la révolution industrielle, les croissances économique et démographique ont augmenté de manière exponentielle induisant l’augmentation de la combustion d’énergies fossiles, telles que le charbon, le pétrole, et le gaz naturel. La combustion de ces sources d’énergie conduit à l’émission de gaz à effet de serre, principalement le dioxyde de carbone (CO2) et le méthane (CH4), qui par leur accumulation dans l’atmosphère entraînent une augmentation de l’effet de serre. Selon le GIEC (Groupe d'experts Intergouvernemental sur l'Évolution du Climat), l’implication des émissions anthropiques dans l’augmentation de l’effet de serre est extrêmement probable avec un pourcentage de certitude qui dépasse 95%. Toutefois, l’estimation des bilans régionaux d'émissions de GES reste très incertaine. L’objectif de cette thèse est de contribuer à l’amélioration de l’estimation des bilans régionaux de GES en France, en utilisant pour la première fois les concentrations atmosphériques du CO2 et de CH4 mesurées par le réseau ICOS (Integrated Carbon Observation System) et la modélisation inverse à l’échelle régionale.Dans un premier temps, on s’est focalisé sur l’étude des concentrations mesurées de CO2, CH4 et CO (monoxyde de carbone) fournis par des stations de surface. Cette étude a pour objectif l'identification des mesures atmosphériques contaminées par les émissions locales (quelques kilomètres au tour de la station) et qui provoque ce qu’on appelle « les pics de concentrations ». Trois méthodes ont été appliquées sur des séries temporelles fournies par quatre stations du réseau ICOS, afin de déterminer leur degré de contamination. Les résultats des différentes méthodes ont été comparés entre eux, puis comparés à un inventaire de données contaminées préparé manuellement par les gestionnaires des stations. Cette comparaison a permis l’évaluation de la performance des trois méthodes pour la détection réussie des pics. À l’issue de ce travail, la méthode la plus performante a été proposée pour effectuer un nettoyage automatique des séries de mesure du réseau ICOS.Dans un deuxième temps, le modèle régional de chimie-transport CHIMERE est utilisé pour simuler les concentrations atmosphériques du CO2 et du CH4 de l’année 2014 sur un domaine centré sur la France. L’objectif de cette étude est d’étudier la sensibilité des concentrations simulées en utilisant différentes données d’entrées. Premièrement, on étudie la sensibilité des concentrations simulées par rapport au transport en utilisant deux modèles météorologiques AROME et ECMWF. Deuxièmes, on analyse la sensibilité des concentrations simulées face aux différentes cartes d’émissions. Dans cette dernière étape, on étudie les différences entre les cartes d’émissions anthropiques séparément des cartes d’émissions biogéniques. Ce travail nous permet de quantifier à la fois les erreurs liées aux transports et les erreurs liées aux flux d’émissions. La meilleure combinaison des données d’entrée va être sélectionnée pour l’étape d’inversion des flux.Dans un dernier plan, les mesures atmosphériques des concentrations de CO2 et du CH4 sont utilisées par le système d’inversion PYMAI (Berchet et coll., 2013 et 2015) afin d’estimer les bilans régionaux d'émissions des principaux GES en France. L’inversion s’est exécutée pour un mois d’hiver (janvier) et un mois d’été (juillet) en utilisant le modèle de transport CHIMERE forcé par ECMWF et les flux de surface (EDGAR et VPRM). Le résultat de ce travail permet une réduction des incertitudes des bilans nationaux à hauteur de 35 %, et la quantification les émissions de CO2 et de CH4 à l'échelle nationale et régionale. Par contre, cette inversion ne contraint que partiellement les flux d’émissions. Cependant, la question sur l’efficacité de la quantité d’informations disponibles ressort à nouveau
Since the industrial revolution, the economic and the demographic growths have increased exponentially,leading to an enhancement of the fossil fuels combustion, such as coal, oil, and natural gas. Consumingthese source of energy amplifies the greenhouse gas emissions, mainly carbon dioxide (CO2) and methane(CH4), whose accumulation in the atmosphere lead to the increase of the greenhouse effect. According tothe 5th assessment report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), it is extremely likely(95-100% of certainty) that the observed increase in the greenhouse effect is related to the increase of theanthropogenic emissions. However, the estimations of the GHG budget at the regional and the nationalscales remains highly uncertain. The aim of this thesis is to improve the estimation of the CO2 and CH4fluxes in France, using data assimilation techniques and atmospheric measurements provided by theIntegrated Carbon Observation System (ICOS) network.The first phase focuses on analyzing the measured CO2, CH4, and CO (Carbon monoxide) atmosphericconcentrations provided by surface monitoring stations. This study is concerned with the problem ofidentifying atmospheric data influenced by local emissions that can result in spikes in the GHG time series.Three methods are implemented on continuous measurements of four contrasted atmospheric sites. The aimof this analysis is to evaluate the performance of the used methods for the correctly detect the contaminateddata. This work allows us to select the most reliable method that was proposed to perform daily spikedetection in the ICOS Atmospheric Thematic Centre Quality Control (ATC-QC) software.Secondly, we simulate the atmospheric concentrations of CO2 and CH4 using the chemistry transport modelCHIMERE in a domain centered over France for the year 2014. The objective of this study is to evaluate thesensitivity of simulated concentrations using different input data (sensitivity to the meteorological transportand sensitivity to the surface fluxes). This work led to the quantification of both the transport and surfacefluxes errors based on the combination of different simulations. Thus, the most reliable combination of thebest input data was selected for the flux inversion study.Lastly, the measured CO2 and CH4 concentrations are used by the PYMAI inversion system (Berchet et al.,2013 and 2015) in order to estimate the CO2 and CH4 fluxes in France. The Inversion is performed for onemonth in winter (January) and one month in summer (July), using the transport model CHIMERE. Theinversion results have provided very interesting results for the regional estimation of the CO2 and CH4surface fluxes in France with an uncertainty reduction that may attain 35% of the national totals

Des études récentes ont souligné l’importance des émissions de dioxyde de carbone (CO2) par les eaux continentales, replaçant ainsi l’hydro-système comme compartiment actif du bilan carbone. Un premier objectif de cette thèse a été de comprendre et quantifier la dynamique du C aquatique le long du continuum aquatique de la Seine, empreint d’une très forte activité anthropique. Pour cela, un module de carbone inorganique (CI) a été développé au sein du modèle de fonctionnement biogéochimique des écosystèmes aquatiques, Riverstrahler, permettant de simuler les variations spatio-temporelles du C. Le second objectif était de quantifier les émissions aquatiques et terrestres afin de proposer une évaluation conjointe des trois principaux gaz à effet de serre (GES: CO2, méthane – CH4, protoxyde d’azote- N2O) à l’échelle du bassin. Les mesures de la pression partielle de CO2 (pCO2) dans des rivières drainant différentes occupations du sol, à différentes saisons, attestent que l’hydro-système Seine est sursaturé et une source d’émission de CO2 vers l’atmosphère. Le principal facteur de contrôle de pCO2 est la concentration en carbone organique dissout (COD) (R2 = 0,56, p < 0,05), modulée par les conditions hydro-climatiques et les contributions d'eaux souterraines. Dans les rivières amont, les concentrations en COD semblent reliées au stock de CO des sols, alors que sur l’axe principal de la Seine, elles dépendent des effluents de stations d’épuration. Sur le long terme (1970-2015) la pCO2 a clairement évolué conjointement à l’amélioration du traitement des eaux usées. Les bilans par modélisation (moyenne 2010-2013) montrent l’importance du CI apporté à l’hydro-système Seine (1138 ktC an-1) et une faible contribution des processus biogéochimiques (27 ktC an-1). Si une grande part du CI est exportée vers l’estuaire (69%), les émissions de CO2 dépassent 360 ktC an-1 (soit 30%). Les apports de carbone organique ne représentent que 104 ktC an-1. La production nette de l’écosystème (NEP) apparait négative, et indique le caractère hétérotrophe de la Seine. Cette nouvelle version du modèle Riverstrahler a été couplée au modèle estuarien C-GEM afin de proposer une description complète de la cascade du carbone dans le continuum rivière-estuaire. L’estuaire représente 34 % de la surface miroir de la Seine et contribue à hauteur de 23% des émissions aquatiques de CO2 du bassin, estimée à 445 kt C (année 2010). Les émissions de CO2 complétées par celles de N2O et CH4 montrent que les émissions aquatiques de GES représentent 3.7% des émissions totales du bassin de la Seine (2,276 kt CO2 équivalent an-1 dont 95,3% de CO2). Les émissions agricoles (14,295 ktCO2 équivalent an-1) et urbaines (44,713 ktCO2 équivalent an-1) contribuent respectivement pour 23.3 et 73.0%. Une reconstruction historique des émissions agricoles en France montre une augmentation par 4 de 1850 à 2014, soit 114,000 kt CO2 équivalent an-1 actuellement (CO2:22%, CH4:49%, N2O: 29%). Un scénario prolongeant la tendance actuelle à la spécialisation et l’intensification à l’horizon 2040, prédit une augmentation par 1.5 des émissions agricoles, alors qu’un second scenario, proposant un changement profond de l’agriculture française, réduirait les émissions actuelles de 50%
Several recent studies have highlighted significant fluxes of carbon dioxide (CO2) from inland waters in the global carbon cycling. The first main objective of this thesis was to quantify and understand carbon dynamics in the Seine River basin, which is deeply impacted by human activities. For this purpose a new inorganic carbon (IC) module was implemented in the biogeochemical Riverstrahler model, to simulate spatial and temporal variations in carbon forms in the drainage work. A second major objective was to size both aquatic and terrestrial emissions as a part of a joint assessment of three main GHGs (CO2, methane –CH4, and nitrous oxide –N2O). Field campaigns in rivers draining various land uses in different hydrological seasons, showed a supersaturation in CO2 of the Seine hydrosystem leading to CO2.emissions to the atmosphere. The main factor controlling the CO2 partial pressure (pCO2) was the concentration of dissolved organic carbon (DOC) (R2=0.56, n=119, p<0.05), modulated by hydro-climatic conditions and groundwater contribution. In small streams, DOC concentrations were dependent on the soil organic carbon stock. For the main stem, a long-term analysis (1970-2015) showed that pCO2 tracked urban pollution, decreasing from the 2000s after improvement of wastewater treatment. The validation of the IC module newly implemented in Riverstrahler showed that IC inputs to the Seine River dominated the overall carbon budget (1138 ktC yr-1 on average for the period 2010-2013) of which less than 2% was produced from biogeochemical processes (27 ktC yr-1). In addition, CO2 outgassing represented 30% of IC outputs while exports to the estuary represented 69% of IC outputs. OC inputs were comparatively lower, accounting only for 104 ktC yr-1. Analysis of the biogeochemical processes of the Seine River showed a negative net ecosystem production (NEP), the river being mostly heterotrophic. In order to complete the modeling of the fate of carbon in the Seine River, the Riverstrahler model was combined with the estuarine C-GEM model, towards an integrated approach to the Land-to-Ocean Aquatic continuum. Representing 34% of the river mirror area, the estuary thus contributes ~23% of the CO2 emitted from the whole estuary-river aquatic continuum (estimated at 445 kt C for the year 2010). In addition, analyses of available institutional databases and measurements of other GHGs (CH4 and N2O) enabled estimation of aquatic emissions at 3.7% of the Seine basin total emissions (2,276 ktCO2 equivalent yr-1), dominated by CO2 (95.3%), while agricultural (14,295 ktCO2 equivalent yr-1) and urban emissions (44,713 ktCO2 equivalent yr-1) accounted for 23.3% and 73.0%, respectively. A historical reconstruction of agricultural emissions for the whole of France (1850-2014) estimated that, among the 114,000 ktCO2 equivalent yr-1 emitted by the agricultural sector, 22% were represented by CO2, 49% by CH4 and 29% by N2O. Finally, two contrasting scenarios were explored (horizon 2040). The first, characterized by the current trend towards specialization and intensification, predicted an almost 1.5-fold increase in agricultural emissions. While the second, characterized by a transition to organic agriculture and dietary change, would reduce current emissions by about 50%