Intégration de l'Agroécologie dans la modélisation Agro-hydrologique de bassins versants : estimation de l'impact des pratiques sur le cycle de l'eau en contexte de changement climatique. // Integration of agroecology into agro-hydrological watershed mode

Le projet de thèse se place dans le contexte du projet Bassin Adour-Garonne : Hydrologie, Environnement et Economie Réunis par l'Agroécologie, lancé en janvier 2025 pour 5 ans, qui se positionne sur le développement d'approches innovantes permettant la production de scenarios dans le cadre d'un accompagnement des réflexions sur le pacte de transition agroécologique porté par l'Agence de l'eau. Le sujet de thèse se concentrera sur la nécessité de mieux cerner les effets sur les flux d'eau à moyenne et large échelle d'un changement de pratiques agricoles vers des pratiques d'agriculture de conservation (AC). Ces travaux viseront à la mise en place d'une modélisation pour simuler le fonctionnement agro-hydrologique de bassins versants, avec le modèle SWAT+, en prenant en considération des stratégies d'agro-écologisation couplant AC et infrastructure paysagère de type haie. En effet, la plupart des études portant sur la compréhension du fonctionnement hydrologique des parcelles traitées en AC se concentrent sur l'effet d'un facteur, au mieux deux, et avec une volonté d'isoler leur contribution. C'est l'une des limites des connaissances actuelles. L'autre verrou sur lequel ce projet de recherche va se pencher, est la spatialisation, en visant une étude à l'échelle du bassin versant. Le projet se décompose donc en trois grands volets :

• Développer et/ou une paramétriser spécifiquement le modèle, pour y prendre en compte les différentes techniques et structures agroécologiques ciblées. Cette première étape constitue un préalable à l'estimation des flux à l'échelle des bassins « pilotes ». Il existe en effet encore très peu de travaux visant à inclure spécifiquement ces pratiques dans les modèles agro-hydrologiques à l'échelle des bassins versants, ce qui limite mécaniquement l'étude de leurs impacts à des échelles plus large que celle de la parcelle.

• Evaluer, par des approches combinant télédétection et modélisation agrohydrologique, les effets de ces systèmes de culture sur la répartition des flux d'eau entre évapotranspiration, ruissellement et infiltration, ainsi que sur la production de biomasse. L'idée étant alors de réaliser une première analyse de robustesse face aux changements globaux, en examinant des années climatiques particulières pour évaluer les réponses des systèmes. Ces travaux de modélisation sont envisagés sur un ou deux sous-bassins versants du système Garonne.

• Tester des scénarios de développement substantiel des pratiques agroécologiques, tout en prenant en compte les projections climatiques, à partir des narratifs utilisés dans le projet Explore 2 afin d'estimer si ces pratiques peuvent représenter un levier d'adaptation des systèmes agricoles régionaux.

L'originalité du travail proposé réside donc dans la mise en œuvre d'une démarche systémique pour évaluer les effets combinant plusieurs leviers agronomiques organisés et articulés entre eux. Le dispositif mobilisé dans cette thèse permettra d'évaluer la résultante des combinaisons de leviers et d'étudier les effets du changement climatique sur le bilan hydrique des bassins versants dominés par l'agriculture conventionnelle et de conservation. Il s'agira ainsi d'apporter une contribution originale aux réflexions sur les évolutions des systèmes agricoles. Les questions scientifiques auxquelles va tenter de répondre le travail de recherche seront donc :
• Comment prendre en compte l'impact des techniques d'agroécologie dans la gestion de la ressource en eau à l'échelle des bassins versants via des outils de modélisation ?
• Quel est l'effet du déploiement conjugué de différentes techniques d'AC et d'infrastructures agroécologiques paysagères sur la circulation et l'utilisation de la ressource en eau ?
• Permettent-elles une utilisation optimisée et parcimonieuse de la ressource ?
• Permettent-elles une plus grande robustesse aux changements globaux ?
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

The PhD project is part of the Adour-Garonne Basin Project: Hydrology, Environment, and Economy United by Agroecology, launched in January 2025 for five years. This project focuses on developing innovative approaches to produce scenarios that will support discussions on the agroecological transition pact led by the Garonne water agency. The PhD topic will focus on the need to better understand the effects on water pathways at medium and large scales of a shift in agricultural practices toward conservation agriculture (CA). This research aims to develop a modeling approach to simulate the agro-hydrological functioning of watersheds using the SWAT+ model, considering agroecological strategies that combine CA with landscape infrastructures such as hedgerows. Indeed, most studies on understanding the hydrological functioning of CA-treated plots focus on the effect of a single factor, or at best two, with an intention to isolate their contribution. This is one of the limitations of current knowledge. Another challenge that this research project will address is spatialization, aiming for a study at the watershed scale. The project is therefore structured into three main working phases:
• Develop and/or specifically parameterize the model to account for the different targeted agroecological techniques and structures. This first step is a prerequisite for estimating water flows at the scale of the studied watersheds. Indeed, very few studies have specifically aimed to include these practices into agro-hydrological models at watershed scale, which mechanically limits the study of their impacts at scales larger than the plot level.
• Evaluate, through approaches combining remote sensing and agro-hydrological modeling, the effects of these cropping systems on the distribution of water flows between evapotranspiration, runoff, and infiltration, as well as on biomass production. The idea is to conduct an initial robustness analysis in response to global changes by examining specific climatic years to assess the systems' responses. These modeling efforts are planned for one or two sub-watersheds within the Garonne system.
• Test scenarios of substantial development of agroecological practices, while considering climate projections, based on the narratives used in the Explore 2 project, in order to estimate whether these practices can serve as an adaptation lever for the regional agricultural systems.
The originality of the proposed work lies in the implementation of a systemic approach to evaluate the combined effects of multiple agronomic levers that are structured and interconnected. The methodology employed in this thesis will make it possible to assess the combined results of these levers and to study the effects of climate change on the water balance of watersheds dominated by both conventional and conservation agriculture. This research will thus provide an original contribution to discussions on the evolution and support of agricultural systems. The scientific questions this research will seek to answer are:
• How can the impact of agroecological techniques on water resource management at the watershed scale be incorporated into watershed modeling tools?
• What is the effect of the combined deployment of different CA techniques and agroecological landscape infrastructures on water circulation and resource use?
• Do they allow for an optimized and frugal use of the resource?
• Do they enhance resilience to global changes?
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Début de la thèse : 01/10/2025

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Concours pour un contrat doctoral

Université de Toulouse

173 SDU2E - Sciences de l'Univers, de l'Environnement et de l'Espace

Le candidat devra posséder les compétences et qualifications suivantes : • Formation : Master 2 ou Ecoles d'ingénieur (en cours ou validé) en sciences de l'environnement, hydrologie, agronomie ou domaine connexe • Compétences techniques : o Connaissances en SIG et en modélisation agro-hydrologique ou environnementale o Maîtrise indispensable d'outils de programmation (Python, R et/ou Fortran) • Aptitudes personnelles : o Intérêt pour la recherche scientifique o Capacité d'analyse et de synthèse o Rigueur scientifique, autonomie et capacité à rendre compte o Bon niveau en anglais scientifique
The candidate must have the following skills and qualifications: • Education: Master's degree (MSc) or Engineering school diploma (ongoing or completed) in environmental sciences, hydrology, agronomy, or a related field. • Technical skills: o Knowledge of GIS and agro-hydrological or environmental modeling. o Proficiency in programming tools (Python, R, and/or Fortran) is essential. • Personal skills: o Interest in scientific research. o Strong analytical and synthesis skills. o Scientific rigor, autonomy, and ability to report findings. o Good level of scientific English.