Caractérisation des systèmes de culture associés à la méthanisation sans élevage et évaluation de leurs performances agro-environnementales sous différents scénarios climatiques

La méthanisation est en fort développement en Europe, particulièrement en France où se déploie notamment la méthanisation sans élevage. Celle-ci repose sur le recours aux cultures intermédiaires à vocation énergétique (CIVE) et aux intrants agro-industriels. Les CIVE sont promues pour leurs divers bénéfices (couverture des sols, stockage de carbone…). Cependant, leur usage soulève des inquiétudes, notamment en termes de besoins en eau et en nutriments ou encore de pertes de rendement sur les cultures principales. Malgré ces enjeux, les systèmes de culture associés à la méthanisation sans élevage restent peu documentés dans leurs conditions réelles de déploiement et sont donc mal considérés dans les évaluations environnementales de la méthanisation. Par ailleurs, l'impact du changement climatique sur ces systèmes reste encore peu été étudié.Cette thèse vise à combler ces lacunes à travers deux objectifs : 1) caractériser les systèmes de culture mis en œuvre avec méthanisation sans élevage et les logiques de changements d'assolement associées ; 2) évaluer leurs performances agro-environnementales selon divers scénarios climatiques.Trois approches ont été mobilisées. Premièrement, une analyse croisée de bases de données cartographiques a permis d'identifier, à l'échelle nationale, les changements d'assolement associés à l'installation de méthaniseurs. En moyenne, une diminution du blé et du colza a été observée, au profit du maïs et d'autres céréales (seigle, triticale, sorgho, …), ainsi qu'une stabilité des surfaces en « fourrages et prairies », avec des dynamiques spécifiques selon les régions. Les changements étaient plus marqués dans les exploitations en grandes cultures et associées à des méthaniseurs en injection. Deuxièmement, des enquêtes ont été menées auprès d'agriculteurs méthaniseurs sans élevage dans le bassin parisien. Elles ont permis de documenter et de comprendre les systèmes de culture mis en œuvre. Les CIVE occupaient en moyenne chaque année 30% de la SAU, grâce à une diminution des soles en blé et colza au profit de l'orge, du seigle, du maïs et du sorgho (cultures principales et/ou CIVE). Les CIVE étaient conduites de façon à maximiser leur biomasse (usage majoritaire de pesticides, irrigation des CIVE d'été sur une ferme sur deux, fertilisation, récolte tardive des CIVE d'hiver amenant des pertes de rendement fréquentes sur la culture principale). Par ailleurs, le digestat était épandu majoritairement en sortie d'hiver sur céréales (CIVE ou non). Les économies d'engrais étaient variables d'une ferme à l'autre et dépendantes de la quantité d'intrants agro-industriels méthanisés. Enfin, une modélisation des performances agro-environnementales de ces systèmes a été réalisée via les modèles PROLEG et SysMetha, selon deux scénarios de changement climatique et trois modèles climatiques, le tout en s'appuyant sur les pratiques observées sur le terrain. Les résultats ont montré une amélioration du bilan GES, une augmentation du stockage de carbone dans les sols et une diminution de l'utilisation d'engrais de synthèse, mais une augmentation des pertes azotées par volatilisation et sous forme de N2O, ainsi qu'une réduction de la lame drainante et de la production alimentaire. Le changement climatique, quant à lui, tend à réduire le stockage de carbone et les rendements, ainsi qu'à augmenter le bilan GES, aussi bien dans les cas avec et sans méthanisation.Ainsi, si la méthanisation sans élevage constitue un levier pertinent pour la transition énergétique, sa mise en œuvre doit s'accompagner d'une gestion des systèmes culturaux limitant les impacts négatifs et garantissant une durabilité agronomique et environnementale.