RL4. Évaluation des services écosystémiques fournis par les sols à différentes échelles spatiales

De nos jours, les sols ne sont plus considérés comme de simples supports de production, mais comme des systèmes fournissant différents services (soutien, régulation, fourniture et services culturels à partir du rapport MAE, 2005). Dans ce cadre, les objectifs de notre recherche sont d’abord d’identifier les principaux déterminants des différents services écosystémiques fournis par les sols, et ensuite d’élaborer les indicateurs nécessaires que nous devons définir, construire ou adapter à chaque contexte. Enfin, nous utilisons les services écosystémiques en tant qu’outils d’évaluation multicritères afin d’informer les différents acteurs (décideurs, propriétaires fonciers, agriculteurs) des gains et pertes en services du sol résultant de modifications de l’utilisation des sols, du système de production ou des pratiques agricoles.Toutes ces recherches sont basées sur et renouvellent les compétences "historiques" de l'équipe Sol (cycles biogéochimiques, devenir des contaminants, modélisation et cartographie des sols) ainsi que d'ECOSYS. 

Comme premier exemple de produit final et directement lié au premier sujet sur le recyclage des déchets organiques, Fiona Obriot a développé dans sa thèse un outil multicritères, basé sur 7 indices de qualités du sol et de la culture (fertilité du sol, biodiversité du sol, activités biologiques, propriétés physiques du sol, contamination du sol («disponible» et «total») et productivité des cultures) utilisés comme indicateurs des services du sol (Fig. 15) pour évaluer la manière dont les facteurs exogènes ou les pressions anthropiques (ici par le passage d'une fertilisation minérale à une fertilisation organique en recyclant les déchets organiques) améliorent la biodiversité des sols, l'apport d'éléments nutritifs aux cultures, l'atténuation du changement climatique et la régulation de l'eau par rapport à la fertilisation minérale, tout en maintenant ou même en augmentant le rendement et la qualité des cultures avec intensité, généralement en fonction de leurs caractéristiques. Les amendements organiques ont eu un effet négatif sur l'indice de contamination du sol lors de la prise en compte des concentrations totales, mais ont augmenté le service de filtration / séquestration / stockage / accumulation de substances toxiques dans les sols, comme le montre la diminution des fractions disponibles.

De même, Baptiste Grard dans sa thèse de doctorat (2017) sur le développement de l'agriculture urbaine sur les toits verts, a montré que les technosols, composés de déchets organiques et minéraux, fournissaient plusieurs services écosystémiques (par exemple, production alimentaire, atténuation du ruissellement, recyclage des déchets organiques) d'une importance considérable pour la régulation de la quantité d'eau de pluie renvoyée vers les réseaux urbains (les technosils constitués de compost et de bois broyé retenaient de 74 à 84% des eaux de pluie entrantes, Grard et al., 2018).

Enfin, dans le cadre du projet ASSETS (2015-2019, LabEx BASC) concernant les services écosystémiques fournis par les sols lors de l'urbanisation croissante du plateau de Saclay, nous avons montré que l'intensité du service d'approvisionnement en eau pour les plantes, quantifiée à travers l'eau disponible capacité (AWC) varie en fonction de l’intensité mais aussi de l’endommagement du sol. Avec une perte de service allant de 19% à 35%, la prise en compte de la qualité du sol peut limiter la perte de services écosystémiques associés à leur imperméabilisation (Fig. 16).

Notre recherche est liée au méta-programme de INRAE EcoServ qui a financé l'atelier international organisé par Philippe Baveye (Atelier sur les services des écosystèmes du sol, St Rémy-les-Chevreuse, 15-16 décembre 2015) et sur l'évaluation française des écosystèmes et Services écosystémiques (EFESE) à partir desquels les méthodes ont été utilisées dans les actifs du projet. Ils ont été développés en collaboration avec différents laboratoires de la région parisienne tels que HBAN, LSCE, ESE, SADAPT, Terres Inovia, unité Agronomie, mais également d’autres laboratoires français tels que Genial, LSE, AgroImpact, Agrotransfert.

Les acteurs du territoire sont également impliqués dans nos projets via des organisations telles que EPAPS et Terre et Cité pour des projets concernant le Plateau de Saclay, ou des entreprises telles que Culture en Ville, Elisol, Topager, le service Bio Yvelines, La boîte à champignons pour le projet microferme en zone urbaine.

Nous avons également contribué aux évaluations internationales des services écosystémiques en contribuant en tant qu'auteur principal à la première évaluation de la biodiversité et des services écosystémiques de l'Europe et de l'Asie centrale menée par le Groupe international sur la biodiversité et les services écosystémiques (IPBES, 2018).

Stratégie scientifique et projet

L'un des éléments clés de l'utilisation des services de sol dans la prise de décision est de pouvoir quantifier la prestation des services de sol avec suffisamment de précision et de commodité. Nous avons donc construit une expérience de terrain dédiée à la quantification de la fourniture effective de certains services du sol, à savoir la production d'aliments et d'eaux souterraines, la régulation du climat mondial par stockage du carbone et la médiation de déchets et de substances toxiques d'origine anthropique. Ces quantifications seront ensuite comparées à d'autres quantifications et évaluations, soit par modélisation mécanique, fonctionnelle et statistique, soit par un jugement d'expert de la parcelle aux petites régions agricoles, afin de déterminer le meilleur équilibre entre précision et efficacité. Différentes méthodes d'évaluation des services telles que les mesures directes, les simulations avec un modèle sol-plante et les approches expertes seront comparées (projet ASSETS du plateau de Saclay, post-doctorat de Maha Chalhoub et PhD Pauline Choquet).

L'utilisation des services pédologiques en tant qu'outil d'évaluation multicritères sera également étendue aux systèmes de production innovants en tant que micro-fermes urbaines dans le cadre du projet SEMOIRS. Les objectifs sont i) d'identifier les services qu'ils pourraient fournir à la ville (soutien à la biodiversité, fourniture d'aliments, régulation du cycle de l'eau, régulation du climat et des déchets organiques ainsi que des services culturels, tels que l'amélioration du paysage) et ii) d'aider les porteurs de projets, les urbanistes et les autorités locales pour concevoir et gérer cette forme d'agriculture urbaine en maximisant la fourniture de services écosystémiques.

Enfin, une modélisation intégrée sera mise en œuvre dans le projet PROTERR à l'aide de la plateforme MAELIA afin de prendre en compte à la fois la prestation de services écosystémiques et la prise de décision dans le contexte du recyclage des déchets organiques (RL1). Différents modèles seront utilisés sur la plate-forme MAELIA pour simuler le fonctionnement des systèmes de culture, la production de déchets et les flux. Un large éventail d'indicateurs sera calculé pour réaliser une évaluation multicritères à différentes échelles (du champ à une petite zone agricole), dont les couches spatiales sont susceptibles de provenir des approches spatiales présentées ci-dessus (RL3). L'effet de la prise de décision sera explicitement modélisé (modélisation à base d'agents) afin de tester l'effet de diverses réglementations. Ce projet sera mené en collaboration avec plusieurs laboratoires qui étudient le recyclage des déchets organiques et avec un laboratoire impliqué dans l’évaluation multicritères de systèmes agricoles (LAE).