De l'eau au moulin

Published on 9 octobre 2017 |

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[Indicateurs]Vous avez dit MEANS?

Evaluer la durabilité environnementale, économique et sociale des produits de l’agriculture et des produits transformés est aujourd’hui nécessaire, mais encore faut-il disposer des outils appropriés. A l’Inra, huit départements de recherche ont soutenu l’initiative Means, une plateforme d’outils informatiques pour l’analyse multicritères des produits et des systèmes agro-alimentaires. Ses utilisateurs, chercheurs, partenaires ou professionnels des filières, sont invités à améliorer les connaissances de la communauté en mutualisant leurs données et modèles.

Hayo M.G. van der Werf, Julie Auberger, Caroline Malnoë, Joël Aubin
UMR SAS, Inra, Agrocampus Ouest, 35000 Rennes

contact : julie.auberger@inrae.fr

Les défis posés aux systèmes agricoles et alimentaires

Réduire les impacts environnementaux

En 1972, le rapport du club de Rome « Halte à la croissance » a soulevé la question des impacts des activités humaines sur l’environnement. Il soutient qu’il existe des limites d’émissions de polluants et de consommations de ressources à ne pas dépasser afin d’éviter un effondrement de l’économie et de la population. Quarante ans plus tard, de nombreuses études confirment que le niveau actuel des impacts environnementaux met en péril la stabilité de l’écosystème global et menace par conséquent la pérennité des sociétés humaines (Millenium Ecosystem Assessment, 2005 ; Barnosky et al., 2012 ; IPCC, 2013). Les impacts du changement climatique, de la perte de biodiversité, des flux biogéochimiques d’azote et de phosphore vers les nappes phréatiques et l’utilisation anthropique des écosystèmes terrestres ont largement dépassé les limites permises par la planète¹ (Rockström et al., 2009 ; Steffen et al., 2015). Aujourd’hui un risque de changements environnementaux abrupts existe.

Au niveau mondial, les systèmes de production agricole sont les premiers responsables de la perte de biodiversité et des émissions d’azote et de phosphore dans l’environnement (Foley et al., 2011). La production alimentaire est responsable pour 25 à 35% des émissions de gaz à effet de serre, dont à peu près la moitié est due à la déforestation (Godfray et Garnett, 2014). La consommation d’eau douce est pour 80 à 90% due à l’irrigation (Foley et al., 2011).

Augmenter la production

Il est donc urgent de réduire les impacts environnementaux des systèmes agro-alimentaires, dans un contexte où en 2050 il faudra 70% à 100% plus de produits agricoles qu’actuellement pour satisfaire à la demande alimentaire (Godfray et al., 2010). Est-il souhaitable d’augmenter la production agricole d’autant ? (Tomlinson, 2013). Cette demande accrue résultera d’une part de la croissance démographique avec une population humaine qui atteindra environ 9 milliards de personnes en 2050. Elle résultera d’autre part de la croissance économique qui augmentera la demande en produits animaux dont les impacts sur l’environnement sont importants et qui nécessitent beaucoup de terres, d’énergie et d’eau. Pour atteindre une sécurité alimentaire durable (Godfray et al., 2010) l’agriculture mondiale est ainsi face à un défi extraordinaire : diminuer ses impacts, tout en faisant face à une demande en augmentation, et cela dans un contexte de changement climatique qui menace sa productivité (Bommarco et al., 2013).

Pour relever ce défi les concepts les plus en vogue sont l’intensification écologique, voire l’intensification durable, et l’agroécologie. Les deux premiers termes désignent une intensification qui devrait permettre de produire plus par hectare de terre, tout en diminuant les impacts environnementaux (Garnett et al., 2013 ; Bommarco et al., 2013). L’agroécologie repose sur l’étude des interactions entre les plantes, les animaux, les êtres humains et l’environnement au sein des systèmes agricoles (Dalgaard et al., 2003) et propose des systèmes agricoles basés sur les processus naturels plutôt que sur les intrants industriels. La mise en œuvre de l’agroécologie ou de l’intensification écologique doit tenir compte du contexte local : dans certains contextes il sera possible d’augmenter les rendements tout en réduisant les impacts ; dans d’autres, la réduction des impacts ne pourra se faire qu’au prix d’un moindre rendement (Wezel et al., 2009 ; Garnett et al., 2013).
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Transformer le système alimentaire

Pour les systèmes agricoles intensifs à niveau élevé d’intrants, il sera très difficile de réduire les impacts environnementaux de l’agriculture tout en augmentant fortement sa production (Griffon, 2013). Par conséquent une limitation de la demande en produits agricoles fait partie de la solution (Garnett, 2014 ; Tilman and Clark, 2014). A production végétale constante, la disponibilité alimentaire peut être augmentée en utilisant moins de biomasse végétale pour l’alimentation animale et pour la production de bioénergie et en réduisant les pertes dans le système agro-alimentaire (Foley et al., 2011). Ces pertes correspondent actuellement à environ 30% de la production agricole.

Il faut donc explorer des scénarios de transformation du système alimentaire qui intègrent des pistes de réduction des pertes tout au long de la chaîne alimentaire (du champ jusqu’à l’assiette), et des régimes alimentaires contenant moins de produits animaux, tout en étant équilibrés sur le plan nutritionnel, acceptés socialement et agréables à manger. Dans cette exploration de scénarios d’autres facteurs sont à prendre en compte : les demandes émergentes concernant le bien-être animal, les produits alimentaires locaux, voire issus de l’agriculture biologique, ou encore les aliments santé, halal, sans gluten ou peu transformés (Esnouf et al., 2015).

L’évaluation multicritère de la durabilité

Prendre en compte de multiples critères

Ces « nouveaux » systèmes agricoles et alimentaires devront répondre à de nombreuses exigences relatives à l’environnement, à l’économie et au bien-être d’une diversité d’acteurs : agriculteurs, citoyens, consommateurs, transformateurs, responsables politiques. Ils doivent être analysés à différents niveaux spatiaux et organisationnels : la parcelle, la ferme, le territoire, le régime ou le système alimentaire.

Pour les évaluer deux démarches complémentaires peuvent être mises en œuvre : mesurer un grand nombre de critères, ce qui est possible pour les systèmes existants, ou les estimer à l’aide de modèles mathématiques, notamment lorsqu’on veut évaluer les impacts environnementaux, difficiles voire impossibles à mesurer.

L’évaluation multicritère² est « un outil d’aide à la décision qui permet de classer plusieurs alternatives en ordre de préférence sur la base de plusieurs critères dont les unités peuvent être différentes » (Zopounidis et Doumpos, 2002). Dans une évaluation multicritère on peut distinguer deux parties : 1) renseigner plusieurs critères pour les actions ou scénarios³  alternatifs en question, et 2) identifier la ou les actions ou scénarios qui sont préférables, rendre un avis et prendre une décision.

Différentes étapes sont nécessaires pour conduire ce type de démarches (Tableau 1), qui nécessitent rigueur et réflexion. Un cadre conceptuel, qui organise l’emboitement des critères et indicateurs, et un cadre méthodologique qui fixe les règles de calcul, sont fondamentaux (Lairez, Feschet et al. 2015).

Compte tenu du nombre de notions à manipuler et de la quantité d’informations à gérer, il est préférable de passer par des outils qui permettent aux non-spécialistes d’accéder aux évaluations multicritères.

L’ACV, une méthode d’évaluation multicritère

L’évaluation multicritère des systèmes ou des produits agricoles peut être utilisée par une grande diversité d’acteurs. A l’échelle nationale, l’exemple le plus connu est l’affichage environnemental des produits de consommation envisagé dans le cadre du Grenelle de l’Environnement. La méthode utilisée pour calculer les indicateurs d’impact environnemental à afficher, est l’Analyse du Cycle de Vie (ACV) qui permet d’évaluer la dimension environnementale de la durabilité de façon multicritère.

L’ACV est une méthode de référence pour l’analyse des impacts environnementaux des systèmes de production pour l’ensemble des secteurs de l’économie, d’où son intérêt pour l’affichage environnemental des produits de consommation. L’ACV évalue les impacts environnementaux « d’un produit, d’un service ou d’un système en relation à une fonction particulière et ceci en considérant toutes les étapes de son cycle de vie » (Jolliet et al., 2010), c’est à dire toutes les étapes de la vie d’un produit « du berceau à la tombe », de l’extraction des matières premières nécessaires à sa création, la production des intrants nécessaires, la fabrication du produit, son utilisation, sa mise au rebut ou recyclage et le transport des matériaux entre ces étapes. L’ACV est une méthode transparente et normalisée par les normes ISO 14040 et 14044 (ISO, 2006a, b). L’approche « cycle de vie » permet ainsi de mettre en évidence les transferts éventuels d’impacts entre étapes du cycle de vie par exemple le transfert de pollution depuis la production agricole vers la production des intrants (Auberger et al., 2013).

Pour mettre en œuvre une ACV d’un système ou d’un produit, il est nécessaire de définir précisément le système d’étude et de quantifier tous les intrants et les sortants du système, que ces sortants soient les sortants d’intérêt (par exemple : des grains de blé), ou des sortants non souhaités comme des polluants émis vers l’environnement (nitrate, ammoniac, pesticides etc.). A partir de l’ensemble de ces données, des indicateurs d’impact environnemental sont calculés, et un travail d’interprétation peut alors être mené, par exemple pour identifier les points chauds du système.

Il est alors possible de proposer des voies d’amélioration agissant sur les leviers les plus critiques. L’ACV peut donc être utilisée comme une méthode pour éco-concevoir de nouveaux systèmes de production, dans une boucle de progrès évaluation/conception.

Cependant, la mise en œuvre de l’ACV est un travail long, qui nécessite de manipuler un grand nombre de données (itinéraires techniques, caractéristiques des intrants), et de modèles pour estimer les flux de polluants émis vers l’environnement. L’utilisation d’un outil logiciel⁴ permet d’assurer la reproductibilité de l’étude en uniformisant la trame des données à collecter, les algorithmes qui permettent d’estimer les flux de polluants, les paramètres qui entrent en jeu dans les algorithmes etc. Récemment encore ce type d’outil n’était pas disponible pour les productions agricoles. C’est une des raisons qui ont amené l’Inra à créer la plateforme Means.

Et maintenant, Means

L’Inra développe depuis 2012 la plateforme MEANS (MulticritEria AssessmeNt of Sustainability) qui associe des logiciels d’évaluation multicritère (pour l’étude des dimensions environnementales, économiques et sociales de la durabilité) et des bases de données issues de ses programmes de recherche ou disponibles au plan international. Means est dédiée à l’évaluation multicritère des systèmes de production végétale, animale, et de transformation des produits issus de l’agriculture. La plateforme a pour vocation initiale de contribuer, par les outils qu’elle met à disposition, à la réalisation de programmes de recherche, ou de recherche et développement, conduits par les équipes de l’Inra et leurs partenaires. Son audience est maintenant élargie aux professionnels des filières agricoles et agro-alimentaires. La plateforme (www.inra.fr/means) est accessible à tout utilisateur, sous condition de licence.

Depuis 2014, un partenariat avec l’Ademe dans le cadre du programme Agribalyse (Colomb et al., 2015) a permis d’accélérer le développement de la plateforme.

La structure des outils hébergés par la plateforme Means est une implémentation informatique de la démarche utilisée dans différentes méthodes d’évaluation multicritère de manière à permettre leur intégration (exemples : Analyse du Cycle de Vie (ACV ; Encadré 1), Indigo, Emergy, Empreinte écologique…). La plateforme est conçue pour guider l’utilisateur dans les étapes une à cinq de l’évaluation multicritère (Tableau 1, Figure 1) et lui permettre la mise en œuvre des étapes six et sept. Elle propose une interface dans laquelle l’utilisateur peut choisir une méthode d’évaluation multicritère. Selon le système étudié (grandes cultures, production animale par exemple), Means propose des formulaires de saisie adaptés, et permet d’appliquer les calculs nécessaires pour la méthode choisie. Actuellement, seule la méthode ACV, appliquée aux systèmes de production agricole est disponible dans la plateforme Means. A moyen terme des indicateurs de la méthode Indigo puis la méthode Indigo dans son ensemble seront intégrés dans Means, ainsi que des méthodes d’évaluation économique des systèmes agricoles.

Pour l’étape huit, qui correspond à l’interprétation ou l’agrégation d’indicateurs, la plateforme n’héberge pas encore de logiciel dédié.

La plateforme Means héberge actuellement deux logiciels de calcul qui permettent aux utilisateurs de réaliser leurs évaluations multicritères (Figure 2) :

• Means-InOut, développé par l’équipe de la plateforme, et qui constitue l’originalité de Means,
• Un logiciel commercial de calcul des indicateurs, dédié à l’ACV, auquel l’utilisateur a accès via la plateforme.

Ces deux logiciels sont accessibles via internet (www.inra.fr/means/Les-logiciels-MEANS). Chacun d’eux inclut une base de données, que l’utilisateur peut consulter et utiliser via le logiciel. Means-InOut guide l’utilisateur dans les étapes une à cinq de l’analyse multicritère, lui permet de renseigner ses choix méthodologiques et de réaliser l’étape six et une partie des calculs de l’étape sept (calcul des flux de substances polluantes dus au système étudié) (Tableau 1). Le logiciel commercial permet de finaliser le calcul des indicateurs, à partir des données générées via Means-InOut (fin de l’étape sept).

Aux utilisateurs experts des systèmes d’étude mais non spécialistes des méthodes d’évaluation multicritère, Means propose une méthodologie clefs en main, validée et robuste, basée sur une description fine des systèmes telle que définie dans le programme Agribalyse (Koch et Salou, 2016). Aux utilisateurs spécialistes des méthodes d’évaluation multicritère, Means doit proposer à terme différents choix dans la mise en œuvre des calculs de flux et d’émissions de ressources.

Le site web de Means met aussi à disposition des outils informatiques (soit hébergés soit via des liens internet) dédiés à plusieurs méthodes d’évaluation multicritère développées par l’Inra telles que DEXiPM (Pelzer et al., 2012) et MASC (Sadok et al., 2009).

La mise en œuvre d’évaluations multicritères demande l’utilisation d’un grand nombre de données, des données de référence utilisées dans les calculs et des données d’itinéraire technique décrivant les systèmes. La plateforme Means mutualise ces données, afin de capitaliser les ressources de l’Inra mais aussi des autres utilisateurs, pour l’évaluation multicritère. Un partenariat Inra-Cirad est en construction pour intégrer également les ressources du Cirad dans la plateforme Means, aussi bien sur la connaissance des systèmes de production tropicaux et de leur diversité, que sur les modèles et méthodes pour les évaluer.

Un exemple : l’étude de la filière fruits et légumes

Pour qu’un affichage environnemental permette de comparer les impacts des produits, par exemple ceux d’un kg de viande de bœuf avec ceux d’un kg de viande de dinde, il est nécessaire que les indicateurs d’impact aient été calculés avec la même méthode. Le programme Agribalyse (2010-2013) a permis de calculer les indicateurs d’impact pour 25 groupes de produits végétaux (blé dur, blé tendre, maïs, colza, pommes de terre, pommes…) et 14 groupes de produits animaux (lait, viande bovine, viande de volaille…). Il a également livré une méthodologie complète et harmonisée pour estimer les impacts des produits agricoles. Elle comprend la définition des systèmes, de leurs fonctions, de leur périmètre, et un jeu de modèles qui permet d’estimer les flux de polluants dus à la production agricole (Colomb et al, 2015).

L’Ademe et le CTIFL ont ensuite souhaité approfondir les travaux d’évaluation environnementale multicritère sur la filière fruits et légumes : « Agribalyse 2 – Fruits et Légumes » a démarré en 2015. Les produits de cette filière consomment de nombreux intrants comme les pesticides dans les vergers ou l’énergie dans les serres chauffées (Torrellas et al., 2012). Engager des démarches d’écoconception est donc un enjeu fort pour cette filière⁵ . Dans ce cadre, le CTIFL réalise l’ACV des dix fruits et légumes les plus consommés par les Français.

L’Ademe et le CTIFL ont choisi d’utiliser Means-InOut comme outil pour l’évaluation multicritère par l’ACV de la production de fruits et légumes. Ce projet a permis d’engager une collaboration directe entre l’Inra et le CTIFL pour définir et développer des fonctionnalités dédiées à la production de fruits et légumes.

La production de légumes présente une grande diversité. Selon le légume cultivé, le cycle de production comprend ou non la production de plants. Par ailleurs, pour un même légume, selon les régions, on rencontre des modes de production différents : la tomate peut ainsi être cultivée en plein champ, sous abri en sol ou hors sol. Means-InOut doit représenter l’ensemble de cette diversité et seulement les cycles et modes de production conformes aux réalités des filières.

Pour adapter Means-InOut à la production de fruits et légumes (Figure 3), le travail entre Inra et CTIFL a consisté pour chacun des produits à :

– Définir le cycle de production : les sous-systèmes⁶ et les relations entre sous-systèmes (production des semences de légumes, production de plants de légumes, puis culture…) ;

– Définir les modes de production de chaque sous-système (production de plein champ ou sous-abri, en sol ou hors sol) ;

– Associer à chaque couple sous-système-mode de production les formulaires de saisie (avec l’ajout de données de références : intrants…) et les modèles d’émissions de polluants qui correspondent aux caractéristiques définies ;

– Rechercher et fixer les valeurs des paramètres pour chaque produit (fixation d’azote par un verger de noyers, taux de matière sèche des produits…).

Pour que l’outil soit bien adapté aux besoins des filières, il doit donc intégrer de la connaissance experte, issue des acteurs de terrain et des spécialistes de la filière, notamment dans la phase de définition des modes de production pour chaque sous-système. Cette version de l’application développée pour la filière Fruit et Légumes a été livrée en 2016.

Vers l’interopérabilité des plateformes et des bases

Actuellement Means propose une méthodologie robuste pour l’évaluation des systèmes agricoles, basée sur des modèles simples du fonctionnement de ces systèmes et de l’ensemble des émissions qu’ils génèrent. Plusieurs autres plateformes et outils proposent des modèles de simulation ou des bases de données qu’il peut être intéressant d’utiliser lors d’une évaluation multicritère. Une ambition de Means est d’être interopérable avec ces derniers. On peut citer la plateforme Record (www.inra.fr/record), qui héberge des modèles plus complexes du fonctionnement des systèmes de production, sensibles aux conditions pédo-climatiques mais qui ne calculent pas l’ensemble des émissions. Ou encore la plateforme Plastic Cepia (www.pfl-cepia.inra.fr) dédiée à des systèmes spécialisés : systèmes de transformation des produits, et qui fournit divers outils et bases de données

Ainsi, un des projets à moyen terme est d’offrir la possibilité depuis Means-InOut de faire appel à des modèles plus complexes hébergés par la plateforme Record via des web services. Par exemple, pour les polluants les plus critiques, les calculs d’émission seraient réalisés par la plateforme Record et Means-InOut permettrait l’intégration de ces résultats aux données de description du système pour l’évaluation multicritère.

Les données de référence permettant la description de certains systèmes existent dans d’autres outils et il sera intéressant de faire appel à des bases de données externes directement pour générer les formulaires de saisie des itinéraires techniques, par exemple pour les procédés de transformation avec la base de données Bagatel hébergée par la plateforme Plastic.

Conclusion

La plateforme informatique Means a été créée pour mutualiser un ensemble de bases de données et d’outils de calcul, de façon à faciliter l’évaluation multicritère des systèmes agricoles et agro-alimentaires. Les outils hébergés sont inspirés du cadre méthodologique et conceptuel de l’analyse du cycle de vie. Actuellement, le logiciel Means-InOut (accessible à tout utilisateur) permet, à partir de l’itinéraire technique, de réaliser un inventaire des intrants et sortants de systèmes agricoles et un logiciel commercial permet le calcul d’indicateurs d’impact environnemental. Means-InOut couvre l’ensemble des productions végétales et animales françaises.

La plateforme fournit d’autre part des liens vers plusieurs autres méthodes et outils d’évaluation multicritère. Les outils hébergés et ces autres méthodes mises à disposition sont indépendants. Un utilisateur qui souhaite utiliser les différents outils doit saisir ses données brutes dans chacun. A terme Means permettra de créer des liens entre eux et d’accéder à de nouveaux méthodes et outils pour l’étude des dimensions environnementale, économique et sociale de la durabilité.

D’une démarche basée sur l’ACV, la plateforme Means s’est élargie aux méthodes d’évaluation multicritères de la durabilité des systèmes agricoles et alimentaires à la demande de l’Inra. C’est un objectif très large et ambitieux qui doit répondre à une demande foisonnante : celle des scientifiques cherchant à comprendre les mécanismes qui régissent le fonctionnement et les performances des systèmes, celle des filières qui souhaitent s’évaluer avec des outils clé en main, objectifs et rigoureux, et les pouvoirs publics qui cherchent à assurer la pérennité des démarches d’évaluation et à générer des données fiables. Faire entrer l’agriculture dans une culture d’écoconception est un objectif ambitieux qui va nécessiter d’associer les acteurs autour d’actions communes. Le partage des données et des compétences en est une des clés. Nous espérons que Means pourra y contribuer de façon opérationnelle.

Pour retrouver les références bibliographiques de l’article, voir ici

1. Planetary boundaries en anglais, c’est à dire les limites environnementales à ne pas dépasser au niveau de la planète
2. En français, “évaluation multicritère” et “analyse multicritère” sont synonymes. Dans la littérature scientifique l’expression en anglais multicriteria analysis est utilisée le plus souvent. Dans ce chapitre nous utilisons l’expression évaluation multicritère
3. Un scénario est une description d’un futur possible et du chemin pour y parvenir (Godet, 1986). Dans ce texte nous utilisons le terme scénario pour désigner un système, une action, ou une situation future ou déjà existante
4. Outil logiciel : logiciel, ou tableur paramétré, qui permet de mettre en œuvre une ou plusieurs méthodes d’évaluation multicritère
5. L’écoconception consiste à intégrer la protection de l’environnement dès la conception des biens ou services
6. Sous-système : partie d’un système qui est conduite de manière homogène, et qui a un objectif de production dans le système global

Tags: ACV, Agribalyse, alimentation, analyse de cycle de vie, écoconception, évaluation multicritère, indicateurs, systèmes agricoles

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