Programme soutenu par l’INRA et trois régions: Rhône-Alpes, Languedoc-Roussillon,...

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 »

INRA, UMR SYSTEM (Agronomie méditerranéenne et tropicale), Montpellier

Analyse du changement climatique récent sur l’arc péri-méditerranéen et relation avec la

production fourragère

F. Lelièvre, S. Satger, S. Sala, F. Volaire

Les données utilisées proviennent de Météo France et INRA AgroClim

Colloque Changement climatique : Conséquences et enseignements pour les grandes cultures et l’élevage herbivore – 22 octobre 2009 - Paris

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)

INTRODUCTION

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


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 réseauFinanceurs : INRA, CEMAGREF, régions RA, LR, MPParticipants : Zootechniciens et agronomes

- INRA Toulouse, Montpellier, Avignon- Inst. Elev. Montpellier- 8 ch. dép. agric. (Drôme, Ardèche, Lozère,…,

Aveyron)

INTRODUCTION


1ère Partie

Caractérisation du changement climatique passé

(période 1980-2008)


Région et stations d’étude

Caractérisation dynamique du climatEnsemble 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 »

PARIS

Lyon

Marseille

Toulouse

Montpellier

Millau

Valence

200 km

PARIS

Lyon

Marseille

Toulouse

Montpellier

Millau

Valence

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

Plateaux 600-700 m: Colombier-le-Jeune MF, ArdècheMende MF, Lozère Millau-Larzac MF, Hérault/Aveyron

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).

METHODES


Position de la période étudiée

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

Figure 1: Température moyenne annuelle sur la France métropolitaine (°C)

9,00

10,00

11,00

12,00

13,00

14,00

19801950

Température moyenne annuelle (°C) 1900-2003 de la France métropolitaine

METHODES


Caractérisation du climat moyen lieu-année

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»____

METHODES

Tmoy annuelles Toulouse

11

12

13

14

15

16

1950

1952

1954

1956

1958

1960

1962

1964

1966

1968

1970

1972

1974

1976

1978

1980

1982

1984

1986

1988

1990

1992

1994

1996

1998

2000

2002

2004

2006

2008

var_50-79 var_80-08 Ajust_50-79 Ajust_80-08 Ajust corr_80-08

1950 1979

Ex : Température moyenne Toulouse

2008

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 »____


Températures moyennes annuelles de 1980 à 2008

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)

89

1011121314151617

1980

1982

1984

1986

1988

1990

1992

1994

1996

1998

2000

2002

2004

2006

2008

années

T m

oye

nn

e (

°C)

Montpellier Avignon / Carcassonne Montélimar / Toulouse / Albi

Lyon-Bron / Valence Millau-L / Colombier / Mende Toutes stations

RESULTATS


Tendances des températures moyennes mensuelles 1980-2008

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)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

J F M A M J Jt A S O N D

Mois

°C/1

0 an

s

Montpellier Carcassonne / Avignon Montélimar / Toulouse / Albi


Ajustement tendance corrigée

RESULTATS


Pluviométrie de mai à août (saison sèche) 1980-2008

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

050

100150200250300350400450500

1980

1981

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

Années

P (

mm

/4m

ois

)

Montpellier Avignon / Carcassonne Montélimar / Toulouse / Albi


RESULTATS


Évapotranspiration annuelle ETPpm 1980-2008

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)

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1980

1982

1984

1986

1988

1990

1992

1994

1996

1998

2000

2002

2004

2006

2008

Années

ET

Pp

m (

mm

/an

)

Montpellier Carcassonne / Montélimar Toulouse / AlbiLyon-Bron Millau-L / Colombier Toutes stations

RESULTATS


Evapotranspiration ETPpm par périodes

100

200

300

400

500

600

700

800

1980

1982

1984

1986

1988

1990

1992

1994

1996

1998

2000

2002

2004

2006

2008

Années

ET

Pp

m (

mm

/4m

ois

)

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)

RESULTATS

Moyenne de 8 stations

Mai-août


Période mai-août 2008/1980 : Température moyenne

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

10.0

12.0

14.0

16.0

18.0

20.0

22.0

24.0

Col

ombi

er-

le-J

eune

Mill

au-L

Lyon

-Bro

n

Val

ence

Alb

i

Tou

lous

e

Mon

télim

ar

Car

cass

one

Avi

gnon

Mon

tpel

lier

1980

2008

PLATEAUX PLAINES

RESULTATS


Période mai-août 2008/1980 : Somme d’ETP

- +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

300350400

450500550600650

700750800

Col

ombi

er-

le-J

eune

Mill

au-L

Lyon

-Bro

n

Val

ence

Alb

i

Tou

lous

e

Mon

télim

ar

Car

cass

one

Avi

gnon

Mon

tpel

lier

1980

2008

PLATEAUX PLAINES

RESULTATS


Période mai-août 2008/1980 : Déficit hydrique (ETP-P)

même progression que ETP (niveau méditerranéen ) Montélimar, Toulouse, Millau-Larzac passés en situation médit.

0

100

200

300

400

500

600

700

e(E

TP-P

) m

ai-août (m

m)

1980

2008

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 e(ETP-P) e(P/ETP) e(ETP-P) e(P/ETP)Colombier-le-Jeune 287 223 0.56 314 0.48

Lyon-Bron 296 214 0.58 367 0.45Valence 269 276 0.49 368 0.42

Albi 248 222 0.53 371 0.40Millau-L 234 297 0.44 394 0.37

Toulouse 224 280 0.44 424 0.35Montélimar 258 359 0.42 456 0.36Carcassone 182 408 0.31 516 0.26

Avignon 177 391 0.31 561 0.24Montpellier 126 490 0.20 629 0.17

Moyenne régionale 235 309 0.43 431 0.35

Méditerranéen <200-220 >380 <0.35-0.37 >380 <0.35-0.37

1980 2008P moy

-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 »

RESULTATS

Température et ETP sont les facteurs de déplacement des lignes d’iso-climat d’été ; Pluviométrie = facteur de résistance


2ème Partie

Effet sur la production fourragère


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 ?

METHODES

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


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 ,

R/Rm =1 Quand ETR = ETP ,

METHODES

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

(P+65)/ETP

Ren

d. p

arce

lle n

on

irri

gu

ée/

Ren

d. p

arce

lle ir

rig

uée

ETR / ETP

ETR/ETP estiméété : (P+65)/ETP calculé sur les 4 mois mai-aoutautomne : par P/ETP calculé du 20/08 au 15/10


0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1980

1981

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

Années

Rd

mt

pa

rce

lle

s n

on

irr

igu

ée

s/R

dm

t

pa

rce

lle

s i

rrig

ué

es

Montpellier Carcassonne / Montélimar Toulouse / Albi

Lyon-Bron Millau-L / Colombier

Variations inter-annuelle 1980-2008 de production d’herbe mai-août en fonction du bilan hydrique simplifié

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.

RESULTATS

- 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 +++)


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)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90C

olo

mbie

r-

le-J

eune

Lyon-B

ron

Vale

nce

Alb

i

Milla

u-L

Toulo

use

Monté

lim

ar

Carc

assonne

Avig

non

Montp

ellie

r

1980

2008

Sites tempérés en 1980: -28% 2008/1980

Sites médit.-1980

- Sites médit.: nombre de jours de pousse faible dés 1980

- Autres sites (sauf Colombier): en moyenne -28% soit -18 jours

RESULTATS


Modélisation de l’effet température sur la précocité

Gain de 10 jours en 29 ans à l’Ouest de la région ;

SDJ0 Jours Jours/décennies

Toulouse, Albi, Millau-L, Carcassonne, Montpellier

+128 à +143 9 à 11 3 à 3.5

Montélimar, Avignon, Mende

+145 à +168 10 à 13 3.5 à 4.5

Lyon, Valence, Colombier

+170 à +190 12 à 14 4 à 4.5

Moyenne +152 11 3.8

13 jours en Rhône-Alpes

Somme des degrés-jours en base 0°C 1 février-30 avril

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

SDJ0SDJ5

SDJ0SDJ5

Lyon Valence 16 35 10.8 18.0

Albi 18 36 10.2 16.3Toulouse 15 29 9.9 15.8

Montélimar 14 28 10.0 16.0Moyenne 16 33 10 17

% appliqué

fevrier-avril septembre-novembre

25 15

RESULTATS


Tendances de la production d’une prairie moyenne péri-méditerranéenne de 1980 à 2008

Variations moy. 1980-2008 (-11%)

Productions moy. 1980-2008

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

effet sécheresse effet température effet CO2

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Janv-Avril Mai-Août Sept-Déc Année

19802008

tMS/ha8.3

7.4

5.13.8

1.7 1.71.5 1.9

tMS/ha

- 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%)

RESULTATS


- 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

Bilan global% var % var % var % var

- - - -

- - - -

- - - -

0 -28 -18 -21

+25 0 +15

+3.5 +3.5 +3.5

+28 -25 -3 -11 -0.9

Espérance de rend. en sec 2008 (tMS/ha)

1.9 3.8 1.7 7.4

Total variations 0.43 -1.3 -0.04

0.21 0.58

effet CO2 0.06 0.13 0.06 0.25

8.3

Variations de 1980 à 2008

en tMS/ha (et %)

effet sécheresse 0 -1.43 -0.31 -1.74

effet température 0.37 0

Espérance de rend. en sec 1980 (tMS/ha)

1.5 5.1 1.7

11.2

Ratio moyen Sec/Irrigué vers 1980 1 0.73 0.68 0.76

Moyenne 1970-1979 Irrigué (tMS/ha) 1.5 7 2.7

Total année

Rend. Rend. Rend. Rend.

1. Janv-Avril 2. Mai-Août 3. Sept-Déc

PERTE GLOBALE MOYENNE DE –11% soit –0.9tMS/ha en tendance

Tendances de la production d’une prairie moyenne péri-méditerranéenne de 1980 à 2008

RESULTATS


Simulations STICS de la production d’une prairie

Résultats comparables à ceux de l’analyse simplifiée

1980-2008 Lyon et MillauPrintemps : +0.6 /+0.4 tMS/ha Variations inter-annuelles +++

Eté : -1.3 / -0.9 tMS/ha Variations inter-annuelles +++

Automne : Pas de tendance

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008

Années

Pro

du

cti

on

(t/

ha

)

Lyon Millau Montpellier

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008

Années

Pro

du

cti

on

(t/

ha

)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008

Années

Pro

du

cti

on

(t/

ha

)

RESULTATS


Variation de la production estivale des prairies selon la latitude

La zone d’étude est soumise a un glissement progressif du climat méditerranéen

Cette transition s’accompagne d’une très forte variabilité autour de « l’année moyenne »

Latitude0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080

Pro

du

cti

on

fo

urr

ag

ère

15

ma

i -

15

se

pt.

(se

c e

n %

irr

igu

é)

Transit Temp-Med MéditerTempéré

Changement

climatique2-6 km/an

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Changement

climatique2-6 km/an

RESULTATS

45°N 42°N


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;

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

- Albi, Valence, Lyon, passées du tempéré en « pré-méditerranéen »

Conclusions1) 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]


Merci de votre attention

Programme soutenu par l’INRA et trois régions: Rhône-Alpes, Languedoc-Roussillon,...

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