Design of cropping systems combining production and ecosystem services: developing a methodology combining numerical modeling and participation of farmers : application to coffee-based agroforestry in Costa Rica

Face aux besoins croissants pour une production agricole durable, les systèmes de culture évoluent vers des systèmes qui accomplissent des objectifs environnementaux et agricoles multiples. La recherche en conception de systèmes de cultures (CSC) s'intéresse à l'effet des pratiques et de l'environnement sur les systèmes de culture et leur performance. L'interaction entre production et services ecosystémiques, et la quantification de ces relations, sont un aspect clé de ce domaine de recherche. Une variété d'approches ont été théorisées, tels que l'utilisation de modèles et la mobilisation de connaissances expertes. Les modèles permettent de tester rapidement et à faible coût l'effet de pratiques agricoles dans une variété de conditions, mais l'application de conclusions théoriques à la parcelle peut être limitée par des contraintes locales ainsi que des obstacles à la communication chercheur-agriculteur. Mobiliser les agriculteurs et autres acteurs pertinents pour la CSC peut aider à surmonter ces obstacles ; cependant, cela limite l'innovation au cadre des connaissances expertes. L'objectif de cette thèse est de combiner la modélisation et des méthodes participatives pour une méthode de CSC qui exploite le potentiel de la modélisation numérique tout en s'assurant que les solutions proposées prennent en compte les contraintes environnementales et socioéconomiques. Après avoir revu l'état d'avancement de la recherche en prototypage et en CSC, nous proposons un cadre méthodologique divisé en quatre parties ; a) combiner une typologie des pratiques et un modèle conceptuel pour évaluer la diversité des pratiques, contraintes et trade-offs dans une zone de production ; b) acquérir des données de terrain pour quantifier les trade-offs pertinents entre production et services écosystémiques ; c) sélectionner et préparer un modèle numérique approprié pour simuler les effets des pratiques sur la production et l'apport de services ; et d) évaluer si l'interaction d'agriculteurs avec le modèle numérique peut générer des systèmes de culture potentiels qui répondraient aux objectifs agro-environnementaux posées (apport d'un service écosystémique) ainsi qu'être acceptables pour les agriculteurs qui les adapteraient à l'expérimentation dans leurs parcelles. The systèmes agroforestiers à base de café (cafés/arbres d'ombrage) du Costa Rica central ont étés le système de culture choisi pour répondre à ces questions. Les systèmes agroforestiers offrent de nombreuses occasions d'étudier et évaluer les services écosystémiques apportés, en plus de la production principale. L'association de deux cultures pérennes place l'évaluation de la performance à long terme et de la durabilité des systèmes au centre de la question. La culture du café au Costa Rica fait vivre une part importante de la population, et est aussi basée sur la gestion intensive d'une culture à haute valeur d'exportation, vulnérable aux fluctuations des prix sur le marché mondial ainsi qu'au changements climatiques. Des pentes raides et une saison des pluies importante créent des problèmes d'érosion significatifs ; cependant, certaines pratiques de contrôle de l'érosion (utilisation d'arbres d'ombrage et d'adventices) impactent la production de café. La réconciliation de ces deux aspects nous offrent l'occasion de tester notre cadre méthodologique dans une situation où une solide argumentation technique serait nécessaire pour encourager les expérimentations dans les parcelles. Enfin, le dernier chapitre porte une réflexion d'ensemble sur l'importance de choisir et préparer correctement un modèle agronomique adéquat, les applications potentielles de cette méthodologie, ainsi que les recommandations que nous avons pu effectuer en termes de pratiques de contrôle de l'érosion dans la zone d'étude. (Résumé d'auteur)