période 1980-2008 - Systèmes fourragers et climat

Programme soutenu par l’INRA et trois régions: Rhône-Alpes, Languedoc-Roussillon, Midi-Pyrénées
CLIMFOUREL
« Climat, fourrages, élevage du sud de la France face au changement climatique »
Analyse du changement climatique récent sur
l’arc péri-méditerranéen et relation avec la
production fourragère
F. Lelièvre, S. Satger, S. Sala, F. Volaire
INRA, UMR SYSTEM (Agronomie méditerranéenne et tropicale), Montpellier
Les données utilisées proviennent de Météo France et INRA AgroClim
INTRODUCTION
Impacts croissants des sécheresses dans les zones à
l’interface tempéré/méditerranéen
« Arc péri-méditerranéen»= la bande géographique bordant l’aire
méditerranéenne française; climat tempéré à influence médit. en
été (axe Toulouse, Albi, Millau, Montélimar, Digne) :
30-40 000 km² (500 km long. x 50-100 km de largeur)
Sécheresses d’été + fréquentes et + sévères :
- faible production des prairies de mai-juin à octobre;
- ouverture des stocks (foin, ensilage) dès l’été;
- achats massifs de fourrages (coût, baisse autonomie, pb pour AOC)
calamités/indemnités : 2003, 2005 et 2006
difficultés aussi en 2004 et 2009
En 2006, démarche des Chambres d’agriculture (Ardèche,
Lozère, …) vers les scientifiques « du sud » : INRA-Supagro
Projet CLIMFOUREL 2008-10
Colloque Changement climatique : Conséquences et enseignements pour les grandes cultures et l’élevage herbivore – 22 octobre 2009 - Paris
INTRODUCTION
Questions posées dans CLIMFOUREL
Les questions
1) Irrégularité et baisse de la disponibilité fourragère sont-elles
conjoncturelle ou structurelle?
2) Quelles adaptations en conduite de prairies, variétés à semer,
systèmes d’alimentation animale ?
Hypothèse initiale : une évolution structurelle
- effets déjà sensibles du changement climatique ?
- sensibilité particulière de l’interface tempéré/méditerranéen ?
Projet en partenariat et en réseau
Financeurs : INRA, CEMAGREF, régions RA, LR, MP
Participants : Zootechniciens et agronomes
- INRA Toulouse, Montpellier, Avignon
- Inst. Elev. Montpellier
- 8 ch. dép. agric. (Drôme, Ardèche, Lozère,…, Aveyron)
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1ère Partie
Caractérisation du changement
climatique passé
(période 1980-2008)
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METHODES
Région et stations d’étude
Caractérisation dynamique du climat
Ensemble péri-méditerranéen et médit, 11 stations Météo-F + INRA
séries 1980-2008 continues très fiables, 7 variables journalières
+ données mensuelles 1950-79 référence « avant changement »
Plateaux 600-700 m:
Colombier-le-Jeune MF, Ardèche
Mende MF, Lozère
Millau-Larzac MF, Hérault/Aveyron
PARIS
Lyon
Lyon
Valence
Valence
Millau
Toulouse
Marseille
Montpellier
200 km
Plaines :
Lyon-Bron MF, Rhône
Valence INRA, Drôme
Montélimar MF, Drôme
Avignon INRA, Vaucluse
Montpellier MF, Hérault
Carcassonne MF, Aude
Toulouse MF, H.te Garonne
Albi MF, Tarn
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METHODES
Données
Analyse des VARIATIONS INTERANNUELLES de variables
climatiques (moyennes annuelles, mensuelles, par
périodes de 3 ou 4 mois):
- Températures max, min, jour, mois, période, année
- Pluviométrie jour, mois, période, année
- ETPpm (pm=Penman-Monteith) mois, période, année
- Déficit climatique ETP-P et ratio P/ETP mois, période, année
Sur 29 ans, [1980-2008] tests de stabilité vs évolution par
régressions linéaires f(29 années);
Pentes des droites de régression f(années) sur 29 ans [1980-2008]
= tendances exprimées par décennie (/10 ans).
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METHODES
Position de la période étudiée
Température moyenne annuelle (°C) 1900-2003 de la France métropolitaine
1950
1980
Réchauffement lent environ de 1900 à 1950 (+0.5°C en 50 ans)
«
rapide depuis 1975 ou 1980
Stagnation ou léger refroidissement (de 1945-50 à 1975-79)
 période 1950-1979 = référence avant réchauffement rapide
1980-2008 = période de changement rapide, analysée
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METHODES
Caractérisation du climat moyen lieu-année
Ex : Température moyenne Toulouse
Tm oy annuelles Toulouse
16
2008
15
1950
1979
14
13
12
var_50-79
var_80-08
Ajust_50-79
Ajust_80-08
2008
2006
2004
2002
2000
1998
1996
1994
1992
1990
1988
1986
1984
1982
1980
1978
1976
1974
1972
1970
1968
1966
1964
1962
1960
1958
1956
1954
1952
1950
11
Ajust corr_80-08
La valeur représentative d’un paramètre climatique Y pour un
lieu et une année = valeur la plus probable = espérance e(Y)
1950-79 : climat stable, période-référence avant changement
climatique rapide:
e(y) = (moyenne 20-30 ans) = constante
1980-2008 : si climat évolutif : e(y) = a x + b (régression libre
sur 29 ans [1980-2008] = tendance « réelle »____
Mise en continuité des deux modèles e(y) 1950-79 et 1980-2008 :
- Ajout d’une année [x=1979; e(y)=moyenne 1950-79], et on fait une 2ème
régression sur 30 ans imposant ce point-origine = tendance « corrigée»____
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RESULTATS
2008
2006
2004
2002
2000
1998
1996
1994
1992
1990
1988
1986
1984
1982
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
1980
T moyenne (°C)
Températures moyennes annuelles de 1980 à 2008
années
Montpellier
Avignon / Carcassonne
Montélimar / Toulouse / Albi
Lyon-Bron / Valence
Millau-L / Colombier / Mende
Toutes stations
Augmentation significative sur toutes les stations, assez uniforme :
entre +0.45 et +0,55°C/décennie sur la région (+1.6 °C en 29 ans)
 Lyon : + 0.67°C /décennie (+ 2°C en 29 ans)
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RESULTATS
Tendances des températures moyennes mensuelles
1980-2008
1.2
°C/10 ans
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
J
F
M
A
M
J
Jt
A
S
O
N
D
Mois
Montpellier
Lyon-Bron / Valence
Ajustement tendance corrigée
Carcassonne / Avignon
Millau-L / Colombier / Mende
Montélimar / Toulouse / Albi
Toutes stations
 Augmentation moyenne : +0.5°C/décennie mais :
- ETE (de mai à août) : +0.7°C/décennie (+2.2°C en 29 ans)
- HIVER (novembre à février) : +0.35°C/décennie (+1°C en 29 ans)
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RESULTATS
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
2000
1999
1998
1997
1996
1995
1994
1993
1992
1991
1990
1989
1988
1987
1986
1985
1984
1983
1982
1981
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
1980
P (mm/4mois)
Pluviométrie de mai à août (saison sèche) 1980-2008
Années
Montpellier
Avignon / Carcassonne
Montélimar / Toulouse / Albi
Lyon-Bron / Valence
Millau-L / Colombier / Mende
Toutes stations
 Forte variabilité inter-annuelle
 pas de tendance d’évolution
 3 groupes : Montpellier < Avignon-Carcassonne < autres sites
 Des années ou suites d’années à été sec :
1986
1989-90-91
(1995)
2003-04-05-06
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RESULTATS
Évapotranspiration annuelle ETPpm 1980-2008
1500
ETPpm (mm/an)
1400
1300
1200
1100
1000
900
800
2008
2006
2004
2002
2000
1998
1996
1994
1992
1990
1988
1986
1984
1982
1980
700
Années
Montpellier
Lyon-Bron
Carcassonne / Montélimar
Millau-L / Colombier
Toulouse / Albi
Toutes stations
Toutes les régressions sont hautement significatives
 Plateaux : +42 mm/décennie (+125 mm en 29 ans)
 Plaines : +75 mm/décennie [50-94] (+217 mm en 29 ans)
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RESULTATS
Evapotranspiration ETPpm par périodes
Moyenne de 8 stations
800
Mai-août
ETPpm (mm/4mois)
700
600
500
400
300
200
2008
2006
2004
2002
2000
1998
1996
1994
1992
1990
1988
1986
1984
1982
1980
100
Années
Mai-Août
Sept.-Déc.
Janv.-Avril
Cumul mai-août : tendance : + 43 mm/décennie + 123 mm/ 29 ans,
=2/3 de la tendance annuelle en plaine (+38 à +56 mm/décennie),
=la quasi totalité en sur les plateaux (+32 à +40 mm/décennie).
Cumul sept-déc et janvier-avril : significatif (sauf plateaux)
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RESULTATS
Période mai-août 2008/1980 : Température moyenne
24.0
PLATEAUX
PLAINES
22.0
20.0
18.0
1980
2008
16.0
14.0
Montpellier
Avignon
Carcassone
Toulouse
Albi
Valence
Lyon-Bron
Millau-L
Colombierle-Jeune
10.0
Montélimar
12.0
Pour cette période été
- +2.2°C sur 29 ans:
- En plaine, les températures jusqu’à Albi et Lyon sont > à
Montpellier-1980 (niveau méditerranéen
)
- Soit une avancée des isothermes vers N et NO d’environ 300 km
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RESULTATS
Période mai-août 2008/1980 : Somme d’ETP
PLATEAUX
PLAINES
Montpellier
Avignon
Carcassone
Montélimar
Toulouse
Albi
Valence
Lyon-Bron
Millau-L
1980
2008
Colombierle-Jeune
800
750
700
650
600
550
500
450
400
350
300
- +123mm sur 29 ans (+132 mm en plaine, +95 mm sur les plateaux)
- En plaine toutes les ETP jusqu’à Albi et Lyon sont supérieures à
Montpellier-1980 (niveau méditerranéen
)
- Correspond à avancée iso-ETP de 300-400km vers N et NO
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RESULTATS
Période mai-août 2008/1980 :
Déficit hydrique (ETP-P)
 même progression que ETP (niveau méditerranéen
)
 Montélimar, Toulouse, Millau-Larzac passés en situation médit.
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RESULTATS
Importance du changement des paramètres
climatiques sur mai-août, 1980 à 2008
Indicateurs du déficit hydrique mai-août : ETP-P et P/ETP
(très important pour la production agricole et autres activités)
Stations
Colombier-le-Jeune
Lyon-Bron
Valence
Albi
Millau-L
Toulouse
Montélimar
Carcassone
Avignon
Montpellier
Moyenne régionale
Méditerranéen
P moy
287
296
269
248
234
224
258
182
177
126
1980
2008
e(ETP-P) e(P/ETP) e(ETP-P) e(P/ETP)
223
0.56
314
0.48
214
0.58
367
0.45
276
0.49
368
0.42
222
0.53
371
0.40
297
0.44
394
0.37
280
0.44
424
0.35
359
0.42
456
0.36
408
0.31
516
0.26
391
0.31
561
0.24
490
0.20
629
0.17
235
309
0.43
431
0.35
<200-220
>380
<0.35-0.37
>380
<0.35-0.37
-Montélimar, Toulouse et Millau ont en 2008 des niveaux moyen
d’aridité P/ETP et ETP-P = critères du climat méditerranéen
- Forte évolution Albi, Valence, Lyon : « pré-méditerranéens »
Température et ETP sont les facteurs de déplacement des lignes
d’iso-climat d’été ; Pluviométrie = facteur de résistance
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2ème Partie
Effet sur la production fourragère
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METHODES
Méthode d’analyse
On distingue trois périodes :
(1) Janvier à Avril : pluviométrie excédentaire; effet principal attendu
= températures (facteur limitant principal)
(2) Mai à Août : facteur limitant principal=déficit hydrique;
températures optimales; compensation CO2 ?
(3) Septembre à Décembre : déficit hydrique très variable; effet
positif des températures; compensation CO2 ?
Pour chaque période on modélise les 3 effets attendus :
Déficit hydrique : Baisse de production été+automne
 Températures (réchauffement) :

- précocité de développement au printemps;
- production + précoce au printemps et +tardive automne si humide

Concentration CO2 air (+50 ppm/30 ans) : meilleure croissance
sur périodes humides; effet moyen de +3.5% pour + 50 ppm de CO2
pour un couvert à dominante de graminées);
(a) par des modèles simples ; (b) globalement par STICS-herbe
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METHODES
Modélisation simplifiée de l’effet sécheresse
(été et automne)
R = production en MS/ha pour une période et une prairie moyenne
Rm = production de la même prairie irriguée à l’optimum
Ratios R/Rm calculés par :
R/Rm = 0 quand ETR/ETP < 0.2
R/Rm = 1.25(ETR/ETP)-0.25 quand 0.2 < ETR/ETP < 1 ,
Rend. parcelle non irriguée/
Rend. parcelle irriguée
R/Rm =1 Quand ETR = ETP ,
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
ETR/ETP estimé
été : (P+65)/ETP calculé
sur les 4 mois mai-aout
automne : par P/ETP
calculé du 20/08 au 15/10
ETR
/ ETP
(P+65)/ETP
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RESULTATS
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
2000
1999
1998
1997
1996
1995
1994
1993
1992
1991
1990
1989
1988
1987
1986
1985
1984
1983
1982
1981
0
1980
Rdmt parcelles non irriguées/Rdmt
parcelles irriguées
Variations inter-annuelle 1980-2008 de production
d’herbe mai-août en fonction du bilan hydrique simplifié
Années
Montpellier
Carcassonne / Montélimar
Lyon-Bron
Millau-L / Colombier
Toulouse / Albi
Variabilité inter-annuelle +++ et contrastes entre sites :
- Montpellier : production toujours basse : 0-30% de l’irrigué (1 à 1,5 tMS/ha).
- Carcassonne-Montélimar : 0-60% de l’irrigué. Tendance à la baisse.
- Toulouse, Albi, Millau-L, et Lyon-Valence : 5-20% à 80-100% de l’irrigué, soit
variations entre 1 et 7 tMS/ha sur la période.
Tendance générale à la baisse, mais non significative (variabilité +++)
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RESULTATS
Effet de la sécheresse estivale (mai à août) sur la
production fourragère - modèle simplifié - 1980 /2008
Modèle simplifié en remplaçant P et ETP mai-août par leur espérance :
e(P) = moy(1980-2008) ; e(ETP) = valeurs de la régression
Les ratio R/Rm sont transformés en nombre de jours de pleine croissance
de l’herbe mai-août selon la formule 123 x (R/Rm)
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Sites tempérés en 1980: -28% 2008/1980
Montpellier
Avignon
Carcassonne
Montélimar
Toulouse
Millau-L
Albi
Valence
Lyon-Bron
Colombierle-Jeune
1980
2008
Sites médit.-1980
- Sites médit.: nombre de jours de pousse faible dés 1980
- Autres sites (sauf Colombier): en moyenne -28% soit -18 jours
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RESULTATS
Modélisation de l’effet température sur la précocité
Somme des degrés-jours en base 0°C 1 février-30 avril
SDJ0
Toulouse, Albi,
Millau-L,
+128 à +143
Carcassonne,
Montpellier
Montélimar,
Avignon,
+145 à +168
Mende
Lyon, Valence,
+170 à +190
Colombier
Moyenne
+152
Jours
Jours/décennies
9 à 11
3 à 3.5
10 à 13
3.5 à 4.5
12 à 14
4 à 4.5
11
3.8
 Gain de 10 jours en 29 ans à l’Ouest de la région ;
13 jours en Rhône-Alpes
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RESULTATS
Modélisation de l’effet température sur la production
L’effet température est calculé par la variation [1980-2008] de 2 indices :
- somme de degrés jour base 0 (SDJ0)
- somme de degrés jour base 5 (SDJ5)
Cas des stations tempérées et péri-méditerranéennes de plaine
Lyon
Valence
Albi
Toulouse
Montélimar
Moyenne
% appliqué
fevrier-avril
SDJ0
SDJ5


16
35
18
36
15
29
14
28
16
33
25
septembre-novembre
SDJ0
SDJ5


10.8
18.0
10.2
16.3
9.9
15.8
10.0
16.0
10
17
15
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RESULTATS
Tendances de la production d’une prairie moyenne
péri-méditerranéenne de 1980 à 2008
tMS/ha
effet sécheresse
effet température
effet CO2
1.0
0.5
0.0
-0.5
-1.0
-1.5
-2.0
Variations moy.
1980-2008
(-11%)
tMS/ha
8.3
9
8
7
1980
2008
6
5.1
5
3.8
4
3
2
7.4
1.5 1.9
Productions moy.
1980-2008
1.7 1.7
1
0
Janv-Avril
Mai-Août
Sept-Déc
Année
- Effet sécheresse : -28% été ; -18% aut. ; total -1.75 tMS/ha (-21%)
- Effet température : +25% print. ; 10-15% aut. ; total +0.58 tMS/ha (+7%)
- Effet CO2 : faible ; total +0.25 tMS/ha (+3%)
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RESULTATS
Tendances de la production d’une prairie moyenne
péri-méditerranéenne de 1980 à 2008
Bilan global
1. Janv-Avril
2. Mai-Août
3. Sept-Déc
Total année
% var Rend. % var Rend. % var Rend. % var Rend.
Moyenne 1970-1979 Irrigué (tMS/ha)
1.5
7
2.7
11.2
Ratio moyen Sec/Irrigué vers 1980
1
0.73
0.68
0.76
Espérance de rend. en sec 1980
1.5
5.1
1.7
8.3
(tMS/ha)
effet sécheresse
0
-1.43
-0.31
0
-28
-18
-21 -1.74
Variations
effet température +25
0.37
0
0.21
0.58
0
+15
de 1980 à 2008
effet CO2
0.25
+3.5 0.06 +3.5 0.13 +3.5 0.06
en tMS/ha (et %)
Total variations +28
0.43
-1.3
-0.04
-0.9
-25
-3
-11
Espérance de rend. en sec 2008
1.9
3.8
1.7
7.4
(tMS/ha)
- Janv-Avril : effet température ++ et léger effet CO2
 +28% de production soit +0.43tMS/ha
- Mai-Août : Effet sécheresse à peine compensé par l’effet CO2
 -25%de production soit –1.3tMS/ha
- Sept-Déc : Les effets se compensent
 PERTE GLOBALE MOYENNE DE –11% soit –0.9tMS/ha en tendance
Colloque Changement climatique : Conséquences et enseignements pour les grandes cultures et l’élevage herbivore – 22 octobre 2009 - Paris
RESULTATS
Simulations STICS de la production d’une prairie
Lyon
Millau
Montpellier
1980-2008 Lyon et Millau
5
Production (t/ha)
4.5
4
Printemps :
+0.6 /+0.4 tMS/ha
Variations inter-annuelles +++
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008
10
Production (t/ha)
9
8
7
Eté :
-1.3 / -0.9 tMS/ha
Variations inter-annuelles +++
6
5
4
3
2
1
0
51980
Production (t/ha)
4.5
1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008
Années
4
Automne :
Pas de tendance
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008
Résultats comparables à ceux
de l’analyse simplifiée
Années
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RESULTATS
Variation de la production estivale des prairies
selon la latitude
La zone d’étude est soumise a un glissement progressif du climat
méditerranéen
45°N
42°N
Cette transition s’accompagne d’une très forte variabilité
autour de « l’année moyenne »
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Conclusions
1) Le climat de la zone de transition tempéré/médit a beaucoup évolué depuis
1980 : réchauffement +0.5°C/décennie, + faible en hiver, + fort en été.
2) Période mai-août, de 1980 à 2008 :
- températures : + 2.2 °C (déplacement isothermes de 300 km N et NO)
- ETP : +123 mm (déplacement iso-ETP de 300-400 km N et NO)
- la pluviométrie résiste (mais très variable entre années)
- le déficit hydrique été et d’automne  [(ETP-P) et P/ETP]
3) Extension du climat méditerranéen de 60 à 100 km vers N et NO depuis 1980
 - Montélimar, Millau-Larzac et Toulouse passées en climat méditerranéen;
- Albi, Valence, Lyon, passées du tempéré en « pré-méditerranéen »
Double impact du « transit temp-med » :
- baisse progressive de la production moyenne été
-  de la variabilité inter-annuelle été-automne (principal pb ressenti)
 Caractère structurel de la répétition de sécheresses sévères depuis 10 ans
dans ces régions : il faut adapter les systèmes d’alimentation animale
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Merci de votre attention
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