Un outil de simulation adapté à la gestion des ressources en eau du

Un outil de simulation adapté à la gestion des ressources en eau du
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Le modèle économique
de l’agriculture irriguée
Focus
Un outil de simulation adapté à la gestion
des ressources en eau du territoire
dans le cadre d’une démarche participative
Le développement d’outils et de méthodes permettant des tester différents scénarios relatifs aux
systèmes de culture peut être un élément clé dans les instances de concertation ou de négociation
mises en place dans le cadre de la planification de ressource en eau à l’échelle de territoires.
Focus sur Pilote-Ter et Olympe, deux logiciels développés respectivement par Irstea et l’Inra, dont
l’articulation a permis de constituer un outil de simulation adapté à la gestion territorialisée des
ressources en eau dans le cadre d’une démarche participative.
L
es enjeux de l’agriculture portent, d’une part,
sur la reconnaissance de son rôle spécifique
à une échelle locale et, d’autre part, sur les
réponses qu’elle peut apporter aux grands
défis mondiaux en matière d’alimentation et
de gestion durable des ressources, et notamment de la ressource en eau. Les arbitrages sur ces
grandes questions impliquent l’élaboration de nouveaux
cadres de concertation et de régulation économique
ainsi que la formulation de stratégies de développement
économique et social.
Alimenter la réflexion et faciliter la prise de décision
des gestionnaires de la ressource s’avère primordial. En
effet, en situation de fortes variations du contexte local
(accès aux ressources, réglementation…), les équilibres
économiques peuvent se rompre. Si les modèles d’optimisations linéaires classiques peuvent contribuer à identifier les situations de rupture, ils ne fournissent pas une
aide à la décision pour rétablir de nouveaux équilibres
techniques et économiques. Il faut alors s’inscrire dans
une démarche de projet qui va prendre en compte les
évolutions possibles des pratiques agricoles, des activités des exploitations et des impacts sur le territoire, en
matière de ressource en eau, de revenu et en intégrant
de manière plus large, l’évolution de la société et de ses
attentes vis-à-vis de l’agriculture.
La mise en place de la directive cadre sur l’eau remet en
question les allocations d’eau pour l’agriculture dans de
nombreux territoires. C’est en effet ce secteur qui est le
plus couramment impacté par les restrictions d’usages,
qu’elles soient conjoncturelles (arrêtés sécheresse) ou
structurelles (diminution de l’allocation). Cependant, si
l’évaluation de l’impact agronomique et économique de
telles mesures nécessite la mise en place d’un dialogue
avec la profession agricole, des outils sont nécessaires
pour quantifier les effets de restrictions d’eau sur les rendements agricoles et sur l’économie des exploitations
et des territoires concernés. À cette fin, une méthode
opérationnelle a été développée. Elle est basée sur la
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modélisation technico-économique des parcelles, des
exploitations agricoles – entité économique où l’exploitant prend ses décisions – et du territoire (ensemble
d’exploitations agricoles). Ce travail de modélisation est
réalisé en concertation avec les acteurs du territoire pour
alimenter le modèle en informations relatives aux stratégies et pratiques d’irrigation, en fonction de différents
scénarios économiques, climatiques ou réglementaires.
Cet article présente plus particulièrement le fonctionnement et les spécificités de deux logiciels dont l’articulation constitue l’outil de simulation. Un logiciel
« Pilote-Ter », fondé sur un modèle de culture, fournit des
résultats en matière de rendements et demande en eau
pour un ensemble de cultures conduites sous différentes
conditions techniques (pratiques culturales, matériel) et
pédo-climatiques, observées localement. Ces résultats
sont implémentés dans le second logiciel, le simulateur
technico-économique « Olympe », qui produit des résultats économiques à l’échelle de l’exploitation et du territoire. Nous présentons ici les principes des deux modèles
Pilote-Ter et Olympe.
Présentation de Pilote-Ter
Pilote est un modèle de culture développé par Irstea dont
les principes sont précisés notamment dans les articles
de Mailhol et al. (1997) et de Khaledian et al. (2009). Le
modèle prend en charge de nombreuses cultures dont les
comportements face au stress hydrique ont été évaluées
dans différentes configurations (travaux en station expérimentale et suivis chez des agriculteurs). Il se compose
de deux modules principaux :
•• un module « Sol », qui modélise les transferts d’eau
dans le sol au moyen de trois compartiments (ou réservoirs) : un réservoir superficiel, qui gère les échanges
d’eau avec l’atmosphère (évaporation directe du sol et
transpiration de la culture dont la valeur est égale à la
transpiration maximum du couvert), un réservoir médian,
qui évolue avec l’enracinement (dans lequel la culture
Focus – Un outil de simulation adapté à la gestion
des ressources en eau du territoire dans le cadre d’une démarche participative
Le modèle économique
de l’agriculture irriguée
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 Représentation schématique des articulations entre les composantes de l‘outil pour un scénario climatique et économique donné.
prélève en fonction de son niveau de remplissage), et un
réservoir profond, situé sous le front racinaire et qui est
limité par l’enracinement maximum ;
•• un module « Plante », qui simule l’évolution de l’indice de surface foliaire (LAI, en anglais Leaf Area Index)
en fonction des conditions hydriques et des sommes de
températures correspondant aux différents stades du
développement de la plante. Il a en effet été montré que
le LAI est un bon indicateur de la capacité de production
de matière sèche de la plante, et donc du rendement
final de la culture.
Associée à des données climatiques (pluie, température
moyenne, évapotranspiration potentielle, rayonnement
global) de la période sur laquelle s’effectue la simulation, la combinaison des deux modules fournit, pour
une culture et des caractéristiques de sol données, une
estimation du rendement et de la consommation en eau
nécessaire pour atteindre ce rendement (les facteurs de
production autres que l’irrigation sont supposés être non
limitant). Pilote réalise un bilan hydrique complet sur la
période de simulation. La conduite de l’irrigation (dates
et quantités d’eau apportées) peut être définie par le logiciel en fonction de niveaux d’épuisement des réserves
pré-définis pour atteindre un rendement objectif ou par
l’utilisateur selon un calendrier d’irrigation. Le logiciel
évalue également le drainage, c’est-à-dire la quantité
d’eau perdue qui ne profite pas à la culture, fonction des
pluies et de la gestion de l’irrigation et de leur adéquation aux besoins des cultures, à la capacité de stockage
hydrique du sol, au climat.
Pour obtenir une estimation des besoins en eau et des
rendements à l’échelle d’une exploitation, et plus généralement d’un territoire, il est nécessaire de réaliser plusieurs simulations qui correspondent à des combinaisons
plante/sol/climat/pratiques agricoles. Pour y parvenir,
une application dénommée Pilote-Ter (pour territoire) a
été développée. Elle associe une base de données au
modèle de culture Pilote et permet de gérer des entrées
et sorties multiples du modèle à partir d’une interface
graphique unique. Les processus de simulation sont
automatisés et la saisie des paramètres nécessaires au
fonctionnement de Pilote (culture, sol, climat, conduite
de l’irrigation, dates de semis et de récolte) facilitée. Les
paramètres sont enregistrés dans la base de données, et
pour chaque simulation à réaliser, l’application génère
les fichiers nécessaires puis lance l’exécution de Pilote.
Il est ainsi possible de réaliser très rapidement un grand
nombre de simulations dont les résultats sont ensuite
agrégés pour obtenir une information synthétique sur
des exploitations types et l’ensemble du territoire, mais
en conservant accessibles l’ensemble des données et
calculs intermédiaires, pour élaborer des indicateurs à
la demande.
Ce travail a fait l’objet d’un contrat de partenariat
de recherche entre Irstea (UMR G-EAU) et le bureau
d’études Diataé, spécialisé dans le conseil en gestion de
territoires agricoles en relation avec les problématiques
liées à l’irrigation.
Présentation d’Olympe
Développé pour l’Institut national de la recherche agronomique par Jean-Marie Attonaty à partir de 1999, le
logiciel Olympe est un simulateur technico-économique. Il apporte une aide à la décision pour l’orientation stratégique de l’exploitation agricole aussi bien à
l’échelle individuelle que dans une démarche collective
(Attonaty et al., 2010).
Il s’appuie sur un ensemble de données (ateliers de production élémentaires – cultures, animaux – aléas sur
les prix et sur les quantités produites ou consommées,
typologie d’exploitations…) pour fournir des résultats
standards (compte d’entreprise, bilan, trésorerie), ainsi
que des outputs personnalisables par l’utilisateur (indicateurs, états de sortie, graphiques). Ces derniers permettent de synthétiser l’information nécessaire à la prise
de décision en facilitant l’analyse des résultats.
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de l’agriculture irriguée
Focus – Un outil de simulation adapté à la gestion
des ressources en eau du territoire dans le cadre d’une démarche participative
Sa fonction de simulateur permet de construire des
variantes ou scénarios d’un même cas étudié en prenant
en compte les aléas. Leur comparaison offre la possibilité de tester différentes hypothèses sur les conséquences
d’un changement technique, d’une réorientation de la
production à l’échelle d’une exploitation ou d’une région
ou de modifications de la réglementation (Politique agricole commune, par exemple) amenant des changements
de règles de calcul.
L’ensemble des données et des résultats peuvent être
transférés sur tableur.
Les liens entre les composantes de l’outil
L’articulation des différentes composantes de l’outil est
résumée sur la figure  qui fait apparaître l’origine des
données d’entrée utilisées et les principales échelles retenues. L’ensemble des informations issues des enquêtes,
des réseaux de références et des suivis ainsi que les bases
de données mobilisées, permettent d’établir une typologie
des exploitations du territoire. Pour les différentes exploitations-types, une modélisation agro-économique est mise
en œuvre en mobilisant à la fois Pilote-Ter et Olympe.
Grâce à l’application Pilote-Ter, le modèle de culture
Pilote dispose des indications nécessaires pour évaluer
les résultats agronomiques à l’échelle de l’ensemble des
parcelles de cultures des différentes exploitations types
en tenant compte des pratiques des agriculteurs. Cette
application permet en outre de prendre en compte l’aléa
climatique ou des restrictions d’accès à l’eau en gérant
plusieurs séries de scénarios.
Pour ces mêmes exploitations types, le logiciel Olympe
utilise les sorties de Pilote-Ter (rendements des différentes cultures, volume d’eau d’irrigation) et l’ensemble
des données technico-économiques pour calculer les
indicateurs économiques à l’échelle de ces unités de
gestion. L’aléa du marché couplé à l’aléa climatique peut
alors être pris en compte dans différents scénarios, pour
tenir compte de la volatilité des prix et évaluer leurs effets
sur les différents types d’exploitations.
En tenant compte des effectifs des différentes classes
d’exploitations issues de la typologie, on obtient ainsi
un modèle agro-économique agrégé à l’échelle du territoire, mais on fait aussi apparaître le poids des différentes
classes dans le résultat final.
L’outil est particulièrement adapté à une approche participative, car il permet de visualiser grâce à la base de
donnée Pilote-Ter et à la structure du logiciel Olympe luimême les différentes données prises en compte à l’échelle
de la parcelle, de l’exploitation ou du territoire et de les
modifier au cours des ateliers. Cependant, en général, les
travaux réalisés lors de ces ateliers concernent de manière
précise un ou quelques types d’exploitations.
Conclusion
Ces outils offrent une représentation dynamique de
l’agriculture en mettant en relation le niveau de décision
collectif (gestionnaires de la ressource) et le niveau de
décision individuel (exploitations agricoles). Il permet,
par agrégation, de projeter sur le territoire les stratégies
d’adaptations à de nouvelles contraintes définies avec
les agriculteurs et d’en évaluer les conséquences économiques et environnementales.
L’outil de simulation que constitue le couplage de ces
logiciels, repose sur trois points clés proposant ainsi un
support opérationnel pour la prise de décision :
•• une analyse basée sur les unités économiques de décisions (individuelles et collectives) ;
•• la modélisation des interactions multi-niveaux,
niveaux allant de la parcelle au territoire, en passant par
l’exploitation agricole ;
•• la construction de solutions contextualisées, car son
utilisation est associée à une méthode d’analyse du territoire fondée sur la participation des acteurs locaux.
Indispensable à l’utilisation efficace de tels outils dans
le paramétrage et l’acceptation des modèles, l’approche
participative est mise en œuvre dans le cadre d’ateliers. Ces outils jouent alors un rôle majeur pour la coconstruction des scénarios, la réalisation de simulations
avec les acteurs agricoles en prise directe avec la réalité du territoire. Il y a donc une réelle cohérence entre
les outils (Pilote-Ter et Olympe) et la méthode choisie ;
même si leur interfaçe peut encore être améliorée, les
outils développés rendent possibles les interactions
nécessaires dans l’approche participative. 
Les auteurs
Jacques FABRE, Laurent BRUNEL et Gabrielle RUCHETON
Diataé – 3191 Route de Mende, 34093 Montpellier Cedex 5
 jacques.fabre@diatae.com
 laurent.brunel@diatae.com
 gabrielle.rucheton@diatae.com
Jean-Claude MAILHOL et Pierre RUELLE
Irstea, centre de Montpellier, UMR-G-EAU
Gestion de l’eau, acteurs et usages
361 rue J.-F. Breton, BP 5095, 34196 Montpellier Cedex 5
 jean-claude.mailhol@irstea.fr
 pierre.ruelle@irstea.fr
Philippe LE GRUSSE
Institut agronomique méditerranéen de Montpellier
UMR G-EAU, Gestion de l’eau, acteurs et usages
3191 Route de Mende, 34093 Montpellier Cedex 5
 legrusse@iamm.fr
En savoir plus...
ATTONATY, J.-M., DEHEUVELS, O., LE BARS, M., LE GRUSSE, P., PENOT, E., SNOECK, D., 2010, Olympe : outil de
modélisation et de simulation des exploitations agricoles –Manuel d’utilisation, INRA/CIRAD/CIHEAM-IAMM éd., 87 p.
KHALEDIAN, M.-R, MAILHOL, J.-C., RUELLE, P., ROSIQUE, P., 2009, Adapting PILOTE model for water and yield
management under direct seeding system: the case of corn and durum wheat in a Mediterranean context, Agric. Water
Manag., 96(5), p. 757-770.
MAILHOL, J.-C., OLUFAYO, A., RUELLE, P., 1997, Sorghum and sunflower evapotranspiration and yield from simulated
leaf area index, Agric. Water Manag., n° 35, p. 167-182.
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© J.-M. Le Bars – Irstea
Irstea développe des outils pour évaluer les effets des restrictions d’eau sur les rendements
agricoles et sur l’économie des exploitations et des territroires concernés.
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