Description
Pietro Barbieri a soutenu son HDR intitulée « Analyse et modélisation multi-échelle des cycles biogéochimiques dans un contexte de transition agroécologique des systèmes agro-alimentaires » le mardi 10 février 2026.Le jury était composé de :
- CAROF Matthieu, Maître de Conférences, l’Institut Agro Rennes-Angers, HDR, rapporteur
- Mme METAY Aurélie, Professeure, L’Institut Agro – Montpellier SupAgro, HDR, rapporteur
- BOCKSTALLER Christian, Ingénieur de Recherche, INRAE, HDR, rapporteur
- MALEZIEUX Eric, Directeur de Recherche, CIRAD, HDR, examinateur
- Mme LE CADRE Edith, Professeure, l’Institut Agro Rennes-Angers, HDR, examinatrice
- WEZEL Alexander, Directeur de Recherche, ISARA Lyon, HDR, examinateur
Résumé
L’agriculture biologique (AB) et les systèmes agroécologiques, comme l’agroforesterie, sont souvent proposés comme des solutions pour opérer la transition agroécologique des systèmes agricoles. Cependant, leur développement à grande échelle soulève des défis majeurs, notamment en ce qui concerne la gestion des nutriments essentiels (azote, phosphore, carbone), ainsi que leurs impacts sur le climat et la productivité.
Mes recherches se sont concentrées sur l’étude de scénarios prospectifs d’expansion massive de l’AB (à l’échelle continentale et mondiale), en utilisant une approche par modélisation. Les résultats de ces exercices de modélisation soulèvent plusieurs enjeux clés.
En ce qui concerne la gestion de la disponibilité en azote pour la croissance des cultures, les légumineuses, qui fixent l’azote atmosphérique, jouent un rôle central dans l’AB. Cependant, leur intégration doit être équilibrée pour éviter de compromettre la production alimentaire. Une transition totale vers l’AB pourrait augmenter la fixation d’azote de 44 %, mais aussi réduire les apports nets de 55 % du fait de l’arrêt des engrais de synthèse. Des rotations culturales diversifiées et une gestion optimisée des transferts de nutriments entre prairies et cultures seront donc nécessaires.
En ce qui concerne la ressource en phosphore (P), les ressources disponibles pour la fertilisation des cultures en AB sont limitées en l’absence de recours aux engrais minéraux solubles, et le phosphore pourrait donc devenir un facteur limitant à long terme. Les résultats de mes simulations indiquent une baisse de 10 % de la productivité des cultures après 100 ans dans un scénario 100 % AB, en raison de l’épuisement des stocks de phosphore (P) dans les sols. Le recyclage du phosphore et une gestion durable des sols sont donc essentiels. Enfin, en ce qui concerne les impacts potentiels sur le cycle du carbone et les émissions de gaz à effet de serre, mes recherches montrent que l’agriculture biologique pourrait réduire les émissions de N₂O et de CH₄, mais aussi que le déstockage de carbone des sols et les changements d’affectation des terres pourraient augmenter les émissions de CO₂ en cas de généralisation. Des pratiques telles que les cultures intermédiaires et le recyclage des résidus peuvent atténuer ces effets en favorisant le stockage de carbone dans les sols.
Mes recherches soulignent une gamme de stratégies envisageables à l’échelle territoriale dans des scénarios d’expansion de l’AB basés sur la fermeture des cycles de nutriments. L’intégration de l’élevage aux cultures, le recyclage des déchets organiques et l’intégration des cultures pérennes aux systèmes de cultures arables en font partie.
Enfin, les recherches sur la modélisation de l’adoption de systèmes de production alternatifs à grande échelle soulignent l’importance d’une approche par modélisation intégrée systémique et multi-échelles pour mieux comprendre les interactions entre nutriments, climat et pratiques agricoles.