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Sécheresse

et agriculture

Réduire la vulnérabilité

de l"agriculture à un risque accru de manque d"eau

Expertise scientifique collective

Rapport d"expertise réalisé par l"INRA

à la demande du Ministère de l"Agriculture et de la Pêche

Octobre 2006

Photo : © Philippe Debaeke

Sécheresse et agriculture

Réduire la vulnérabilité de l'agriculture

à un risque accru de manque d'eau

Une Expertise scientifique collective réalisée par l'INRA à la demande du Ministère de l'agriculture et de la pêche (MAP)

Octobre 2006

Pour citer le rapport :

Amigues J.P., P. Debaeke, B. Itier, G. Lemaire, B. Seguin, F. Tardieu, A. Thomas (éditeurs), 2006.

Sécheresse et agriculture. Réduire la vulnérabilité de l'agriculture à un risque accru de manque d'eau.

Expertise scientifique collective, Rapport, INRA (France), 380 pages + annexes

Ce rapport a été élaboré par les experts scientifiques sans condition d'approbation préalable par les

commanditaires ou l'INRA. La liste des auteurs et contributeurs de l'expertise figure en Annexe.

Responsable de la publication :

Bernard Itier, Président du Centre INRA de Montpellier itier@ensam.inra.fr

Secrétariat d'édition :

Unité Expertise scientifique collective, INRA

Institut National de la Recherche Agronomique

147 rue de l'Université - 75338 Paris cedex 07

Tél : + 33(0)1 42 75 90 00 - Fax : + 33(0)1 47 05 99 66

ESCo "Sécheresse et agriculture"

3

Sommaire

Introduction 7

1. Sécheresse et agriculture : état des lieux et enjeux 10

1.1. Sécheresses, sensibilité des productions agricoles au manque d'eau

et impacts de l'agriculture sur les ressources en eau 11

1.1.1. Sécheresse, climat et hydrologie 12

1.1.1.1. Le cycle de l'eau

1.1.1.2. Le bilan hydrique et le bilan d'énergie de surface

1.1.1.3. Le bilan hydrologique

1.1.1.4. La ressource en eau et l'agriculture : définitions de la sécheresse

1.1.1.5. Effet de l'agriculture sur la ressource en eau et le climat en France

1.1.1.6. La ressource en eau en France

Références bibliographiques

Annexes

1.1.2. Perception de la sécheresse par la plante. Conséquences sur la productivité

et sur la qualité des produits récoltés 49

1.1.2.1. Définitions de la sécheresse pour la plante

1.1.2.2. Conséquences de la sécheresse sur le fonctionnement des plantes

1.1.2.3. Expression des gènes

1.1.2.4. Conséquences de périodes de déficit hydrique sur la qualité des produits récoltés

1.1.2.5. Conséquences en termes de stratégies de tolérance à la sécheresse et de tolérances

relatives de différentes espèces au déficit hydrique

Références bibliographiques

Annexe

1.1.3. Sensibilité à la sécheresse des systèmes de culture (grandes cultures, vigne

et arboriculture fruitière) 68

1.1.3.1. La sécheresse agricole dans le contexte français

1.1.3.2. Les impacts annuels et pluriannuels de la sécheresse

1.1.3.3. Réaction des agriculteurs face à la sécheresse

1.1.3.4. Le conseil en irrigation

Références bibliographiques

Annexe

1.1.4. Sensibilité à la sécheresse des systèmes fourragers et de l'élevage des herbivores 88

1.1.4.1. Introduction

1.1.4.2. La variabilité de la production des prairies en fonction du climat. Outils d'analyse

1.1.4.3. L'ajustement à la variabilité du climat fait partie inhérente des systèmes fourragers et des

systèmes d'élevage des ruminants

1.1.4.4. Les dégâts de la sécheresse sur les prairies naturelles

1.1.4.5. La sécheresse chez les herbivores

1.1.4.6. Adaptation régionale des systèmes d'élevage d'herbivores aux conditions

de sécheresse

Références bibliographiques

1.1.5. Impacts des modes d'occupation des sols par l'agriculture sur la recharge des aquifères

et la gestion des ressources en eau 108

1.1.5.1. Problématique territoriale de la gestion des ressources en eau

1.1.5.2. Des tentatives de simulation de l'Infiltration Efficace

1.1.5.3. L'utilisation des systèmes de fonctionnement de culture

1.1.5.4. Conclusion

Références bibliographiques

ESCo "Sécheresse et agriculture"

4

1.2. Usages agricoles et ressource en eau 127

1.2.1. Eau et usages agricoles en France 130

1.2.1.1. Etat des lieux de l'usage agricole de l'eau en France

1.2.1.2. Diversité régionale des problèmes de sécheresse, de pénurie d'eau et de gestion

quantitative de la ressource

1.2.1.3. La petite hydraulique agricole : les retenues collinaires

1.2.1.4. Impacts des sécheresses passées

1.2.1.5. Economie de l'irrigation

1.2.2. Le droit de l'eau 146

1.2.2.1. L'eau objet de protection

1.2.2.2 L'eau objet de conciliation

1.2.2.3 L'eau objet d'appropriation

1.2.3. Les dispositifs et les acteurs de l'eau 157

1.2.3.1. Les acteurs de l'eau : le rôle de l'Etat

1.2.3.2. Les acteurs locaux

1.2.4. Territoires et acteurs 161

1.2.4.1. Les dynamiques de l'irrigation

1.2.4.2. Les territoires hydrauliques. Qui irrigue, comment et où ?

1.2.4.3. L'eau et ses usages dans les dynamiques territoriales. De l'eau support à l'eau facteur

de développement

1.2.5. Gestion collective localisée 173

1.2.5.1. Evolution de la gestion de la sécheresse dans l'action publique

1.2.5.2. Une situation de dérégulation croissante de la gestion quantitative de l'eau

1.2.5.3. Les voies concrètes de régulation actuellement observables visant à gérer la pénurie

en eau et à améliorer la gestion quantitative de l'eau

Références bibliographiques

Annexe

1.3. Evolutions climatiques et économiques : enjeux et questions 208

1.3.1. Le changement climatique 209

1.3.1.1. Le contexte de l'effet de serre et de son renforcement anthropique

1.3.1.2. Le changement climatique : les prédictions pour le futur

1.3.1.3. Le changement climatique : les impacts sur la production végétale

1.3.1.4. Le changement climatique : les évolutions récentes à l'échelle globale

1.3.1.5. Les impacts observés sur les écosystèmes terrestres

1.3.1.6. Réchauffement climatique et ressources en eau

1.3.1.7. Conséquences pour l'expertise

Références bibliographiques

1.3.2. Enjeux économiques et politiques 225

1.3.2.1. Les conséquences de la réforme de la PAC

1.3.2.2. Les enjeux de la politique de l'eau

Références bibliographiques

2. Adaptations de l'agriculture au risque de sécheresse 241

2.1. Amélioration génétique de la tolérance des cultures à la sécheresse 242

2.1.1. Le progrès génétique déjà obtenu 243

2.1.1.1. Stratégies génétiques utilisées : sélection classique, sélection assistée par marqueurs,

transgenèse

2.1.1.2. La sélection classique

ESCo "Sécheresse et agriculture"

5

2.1.1.3. La sélection ciblée

2.1.1.4. Les transferts de gènes

2.1.2. Voies possibles pour l'amélioration de la tolérance au déficit hydrique 249

2.1.2.1. Cadre d'analyse

2.1.2.2. Les stratégies "conservatrices" : esquive et évitement

2.1.2.3. L'augmentation de l'efficience de l'eau

2.1.2.4. Les stratégies de maintien de la croissance

2.1.3. Conclusion 253

Références bibliographiques

2.2. Adaptations agronomiques au risque de sécheresse 258

2.2.1. Systèmes de grande culture 259

2.2.1.1. Bases pour le raisonnement des itinéraires techniques en conditions d'eau limitante

2.2.1.2. Cas des systèmes pas ou peu irrigués

2.2.1.3. Cas des systèmes fortement irrigués

2.2.1.4. Conclusion : Quelles solutions pour les systèmes de grande culture ?

Références bibliographiques

2.2.2. Cultures pérennes 307

2.2.2.1. Réduire la sensibilité des systèmes de culture à des sécheresses excessives

2.2.2.2. Evaluer l'opportunité d'introduire l'irrigation

2.2.2.3. Gérer plus efficacement les systèmes irrigués

Références bibliographiques

2.2.3. Systèmes fourragers et élevage 312

2.2.3.1. Le maïs ensilage, une ressource fourragère essentielle... mais parfois remise en cause

2.2.3.2. Le sorgho grain ensilé, une alternative possible au maïs en région sèche avec des atouts

environnementaux

2.2.3.3. Une stratégie fourragère pour valoriser au mieux les ressources naturelles en eau : pluies

et réserves du sol

Références bibliographiques

2.3. Adaptations socio-économiques au risque de sécheresse 323

2.3.1. Adaptation socio-économique à l'échelle de l'exploitation 324

2.3.1.1. Le manque d'eau : la nécessaire analyse (micro-)économique

2.3.1.2. De l'importance du timing de l'irrigation

2.3.1.3. Evaluation économique du risque

2.3.1.4. Irrigation et risque de production : analyse empirique des stratégies

2.3.1.5. La valeur de l'information

2.3.2. Assurances contre la sécheresse 336

2.3.2.1. Les mesures de couverture privées contre le risque de sécheresse

2.3.2.2. Expériences d'assurances sécheresse

2.3.2.3. Les limites des modèles d'assurance classiques

2.3.2.4. Les autres mesures de couverture contre le risque de sécheresse

2.3.2.5. Commentaires et esquisses de conclusions sur les assurances sécheresse

2.3.3. Adaptation collective à la sécheresse 342

2.3.3.1. Problématique américaine des marchés pour services écosystémiques

2.3.3.2. Les principes

2.3.3.3. Trois études de cas

2.3.3.4. Les enjeux du choix des instruments

2.3.3.5. Application à un nouveau cas australien

2.3.3.6. Critiques contre ces compensations et leurs conséquences gênantes

2.3.3.7. Des échanges de volumes d'eau en Californie

2.3.3.8. Le Plan pour l'Eau de la Californie

ESCo "Sécheresse et agriculture"

2.3.3.9. Quelques questions relatives à la gestion collective dans le cas français

2.3.3.10. Conclusion

2.3.4. Les outils économiques dans le cadre de la politique de l'eau

Références bibliographiques

Annexe

1. Sécheresse et agriculture :

état des lieux et enjeux

1.1. Sécheresses, sensibilité des productions

agricoles au manque d'eau et impacts de l'agriculture sur les ressources en eau ESCo "Sécheresse et agriculture" - Chapitre 1.1. 12

1.1.1. Sécheresse, climat et hydrologie

Bernard Seguin (INRA Avignon)

Historiquement, l'eau a toujours été un facteur essentiel pour le développement de l'agriculture, et elle

est devenue un enjeu géopolitique majeur dans le contexte du XXI e siècle. Cette question fait l'objet

d'une documentation abondante, que nous laisserons de côté pour nous concentrer sur le territoire

métropolitain. Même dans ce cadre géographique restreint, la compétition entre les différents usages

de l'eau s'est faîte progressivement plus sévère, et la légitimité de la demande de l'agriculture est plus

souvent questionnée que par le passé. Il faut dire que les surfaces irriguées (qui représentent

actuellement les des surfaces équipées pour l'irrigation) ont notablement progressé : 1,8 millions

d'ha en 2003 (Agreste 2005) contre 1,6 en 2000 (Gleyses et Rieu, 2004), 1,1 en 1988 et 0,5 en 1970 (Terrible, 1993).

La répétition des épisodes de sécheresse, en particulier après 1976, est elle-même en grande partie à

l'origine de l'extension des surfaces irriguées, l'irrigation apparaissant comme la seule parade pour

régulariser et stabiliser la production. Il est symptomatique de noter maintenant que la sécheresse de

1976 avait, à l'époque, été identifiée comme "un événement qui ne se reproduira sans doute pas, du

moins avec la même gravité, avant 100 ou 200 ans" (Hallaire, 1977), et que, du coup, l"irrigation

devait être considérée "comme un atout supplémentaire, réservé à la limite, au passage de quelques

caps difficiles". Si la première affirmation a été grandement démentie, la deuxième reprend son sens

dans un contexte différent où la sécheresse ne peut plus être considérée comme un accident climatique

exceptionnel (cet aspect sera discuté dans la partie du chapitre 1.3. portant sur le changement climatique).

1.1.1.1. Le cycle de l'eau

Avant

d"aborder l"analyse des données d"entrée qui permettent de caractériser la sécheresse au niveau

de la France métropolitaine, il apparaît nécessaire de rappeler les bases sur lesquelles s"appuie son

évaluation.

Figure 1. Le cycle de l'eau (d'après le site www.oieau.fr)

Ces cinq réservoirs d'eau de la planète subissent des transferts incessants selon un cycle bien connu

dont la phase initiale est l'évaporation des eaux de surface des océans et des continents. Chaque jour,

plus de 1 000 milliards de tonnes d'eau passent dans l'atmosphère, qu'elles quitteront un peu plus tard

L'eau de notre planète (environ 1 385

millions de km 3 ) est répartie dans cinq réservoirs interconnectés : les océans, les glaces permanentes, les eaux douces terrestres et la vapeur d'eau atmosphérique.

Quant à l'eau contenue dans les

cellules vivantes, elle correspond à moins de 0,0001% de l'ensemble. ESCo "Sécheresse et agriculture" - Chapitre 1.1.

sous forme de précipitations. Une partie de l'eau retombée subit à nouveau les phénomènes

d'évapotranspiration (évaporation à la surface des sols et des organes végétaux, et transpiration des

plantes). Le reste est drainé vers les nappes ou ruisselle vers les cours d"eau, et finalement les océans.

Dans le cadre de ce cycle de l'eau, la production agricole est d'abord déterminée par l'eau sur

laquelle les cultures sont susceptibles de s"alimenter (dans le réservoir superficiel constitué par le sol)

par l"absorption racinaire pour élaborer de la biomasse végétale par le processus de la photosynthèse

(comme cela sera détaillé dans la section 1.1.2). Elle va elle-même ensuite conditionner la suite du

circuit de l"eau tombée sous forme de pluie, soit par le drainage en profondeur dans le sol, soit par

ruissellement, dont une partie va alimenter les ressources en eau sur lesquelles pourra éventuellement

être prélevée l"eau d"irrigation lorsque le réservoir du sol est insuffisamment alimenté. Nous allons

aborder successivement ces deux phases du cycle de l"eau, que l"on peut quantifier schématiquement

par deux types de bilan de l"eau : le bilan hydrique d"une part, le bilan hydrologique d"autre part.

1.1.1.2. Le bilan hydrique et le bilan d'énergie de surface

1.1.1.2.1. Le bilan hydrique (d'après Itier et al.,1996)

Figure 2. Schéma du bilan hydrique à l'échelle d'un couvert végétal

SPIETRDRcEc=++±

S P Irr Ec ETR S Rc D T E RU

Bilan avec :

. le réservoir sol (S) de capacité RU (réserve utile), . les entrées : P (pluie) - E c (écoulement) + I rr (irrigation)+ Rc (remontées capillaires) . les sorties : ETR (évapotranspiration, somme de l'évaporation du sol E et de la transpiration du couvert T) et D (drainage). ESCo "Sécheresse et agriculture" - Chapitre 1.1. 14

En pratique, on utilise généralement une équation simplifiée dans laquelle les termes d"écoulement

latéral et de remontées capillaires ont été négligés :

SPIETRD=+

Pour l'écoulement latéral, il s'agit évidemment d'une approximation qui n'est justifiée qu'en terrain

plat. Dans le cas contraire, le ruissellement constitue un terme significatif pour le bilan hydrologique,

mais nous considérerons qu'il ne fait pas partie du contexte de notre travail. Pour les remontées

capillaires, s'il est possible de les négliger dans le cas général, c'est moins vraisemblablement le cas

en situation de forte sécheresse : en 1976, Daudet et al. (1978) ont ainsi pu évaluer leur contribution

(couches profondes en dessous de 170 cm) à la moitié des 300 mm prélevés par le blé d'hiver sur le

site de la Minière, dans les Yvelines. L'ensemble des processus qui déterminent, pour un apport d'eau P+I donné, les termes

S, ETR et D,

est détaillé en Annexe 1.

1.1.1.2.2. Le bilan d'énergie, déterminant de l'évapotranspiration dans le bilan hydrique

Dans l'équation du bilan hydrique, le terme ETR est régulé par l'eau disponible dans le sol (qui

représente en quelque sorte l'offre du système sol-plante-atmosphère). Mais, lorsque celle-ci n'est pas

limitante, il est plafonné par un autre facteur climatique (qui conduit à une notion de valeur

potentielle), à savoir l'énergie nécessaire à l'évaporation de l'eau, puisque celle-ci correspond à un

changement d'état mettant en jeu la chaleur latente de vaporisation L (de l'ordre de 600 calories pour

un gramme d'eau). Cette limite maximale 'potentielle', qui représente la demande exercée par le

climat, est fixée à chaque instant par un autre bilan : le bilan d'énergie de surface (voir figure 3).

Ce bilan d'énergie fait intervenir, en premier lieu, l'énergie radiative disponible pour une surface au

sol, qui correspond au rayonnement net R n (1- ) R g - (R a - R s ), tenant compte non seulement du rayonnement solaire absorbé (1- ) R g par une surface d'albedo recevant un rayonnement solaire global R g , mais aussi des rayonnements de grande longueur d'onde reçus par la surface en provenance de l'atmosphère R a et émis par la surface R s . A chaque instant, cette énergie est convertie en flux de

chaleur échangés par la surface avec l'atmosphère sous forme latente (L x ETR) ou sensible par

convection (H), ainsi qu'avec le sol sous-jacent par conduction (G). Le bilan d'énergie instantané s'écrit donc (avec des flux en W/m 2 R n = L x ETR + H+ G. Représentation schématique des termes du bilan d'énergie de surface

(a/ en haut : le bilan radiatif ; b/ en bas : le bilan d'énergie en conditions de jour à gauche et de nuit à droite)

R n (1- á) R g - (R a - R s R g áR g R a R s Jour Nuit R n LE H G R n G H

LE ou C

b a ESCo "Sécheresse et agriculture" - Chapitre 1.1.

1.1.1.3. Le bilan hydrologique

Figure 4. Schématisation du cycle de l'eau dans le bulletin hydrologique du RNDE, disponible sur le site du MEDD www.ecologie.gouv.fr (d"après www.oieau.fr et

Il est intéressant de noter que cette vision conduit à la notion de pluie efficace pour les hydrologues

(pluie moins évapotranspiration, voir le glossaire), qui est radicalement différente de celle de pluie

efficace pour un agronome considérant le bilan hydrique (pluie parvenant au sol pour alimenter le réservoir, donc pluie moins interception par le feuillage et moins ruissellement). ESCo "Sécheresse et agriculture" - Chapitre 1.1. 16

Océans et mer

Lacs et réservoirs

Marais

Canaux fluviaux

Humidité du sol

Eau souterraine

Calottes glaciaires et glaciers

Eau atmosphérique

Eau biosphérique

2500
0,25 0,007 0,003 0,13 120
60
0,025

0,0101

environ 4000 ans environ 10 ans

1 à 10 ans

environ 2 semaines

2 semaines - 1 an

2 semaines - 10 000 ans

10 à 1000 ans

environ 10 jours environ 1 semaine

* Calculé comme si l'emmagasinement était uniformément réparti sur toute la surface de la terre.

Ces rappels mettent en évidence que l'eau disponible pour l'agriculture provient à la fois du remplissage du réservoir superficiel du sol explorable par les racines et de la ressource

complémentaire éventuellement disponible pour l"irrigation (A titre d"exemple, le volume d"eau stocké

dans les sols d"un bassin versant en Tunisie a pu être estimé à un million de m 3 , environ 7 fois la

capacité de stockage du lac collinaire construit pour permettre l"irrigation des cultures ; Mekki,

2003).

1.1.1.4.1. Sécheresse agricole et sécheresse hydrologique

La sécheresse est définie avant tout comme un déficit hydrique marqué, dont l'origine se trouve

essentiellement dans la faiblesse des précipitations sur une période prolongée par rapport à la

moyenne des apports observés sur cette période. Ce manque de pluie a une incidence directe sur la

végétation cultivée : on parle alors de sécheresse agricole ou édaphique (liée à la réserve en eau du

sol). Il réduit l'alimentation des différents compartiments du bassin versant (surface, sol, sous-sol...) :

on parle de sécheresse hydrologique pour un déficit d'écoulement dans les cours d'eau et de

sécheresse phréatique pour un déficit dans les nappes. La gravité de ce manque de pluie est fonction

à la fois de l'ampleur du déficit et de la longueur de la période de déficit. Les indicateurs peuvent être

multiples, avec en premier lieu des déficits pluviométriques, mais également des débits faibles dans les

cours d'eau, des niveaux bas des nappes phréatiques, des situations prolongées de stress hydrique de la

végétation, ces différents indicateurs étant généralement liés.

Le déficit hydrique peut résulter en premier lieu de conditions physiques que l'on ne peut corriger :

défaut structurel de stockage en eau du sol (profondeur, structure, texture, pierrosité...), défaut de

pluviométrie en interculture ou en période de végétation associée à une forte demande évaporative

(rayonnement et températures élevés). La contrainte hydrique est souvent associée à des contraintes

thermiques (hautes températures). L'incapacité de relayer suffisamment le défaut de ressource

édaphique et pluviométrique par une irrigation, tant pour des raisons de disponibilité totale que de

constituent le sous-sol présentent un ensemble de "vides" où l'eau s'accumule. Ces "vides" sont tout petits, de la taille du millimètre. Ce sont les espaces entre les grains de sable ou de gravier pour les roches faites de sédiments, ou les trous minuscules qui existent dans les roches de craie. Ce sont aussiquotesdbs_dbs32.pdfusesText_38

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