Classification des terres agricoles selon leurs aptitudes physiques à recevoir des engrais de fenne à l'aide d'un système expert Rapport de recherche no. 374, Volume 4 MÉTHODOLOGIE D'ÉVALUATION ET CHOIX STRATÉGIQUES DANS LA GESTION DES SURPLUS DE FUMIERS ET LISIERS Éditeurs: Jean-Louis Sasseville et Jean Nolet Rapport rédigé pour Ministère de l'Environnement et de la Faune Volume 4 Classification des terres agricoles selon leurs aptitudes physiques à recevoir des engrais de ferme à l'aide d'un système expert Auteurs: Suzanne Lavoie, Michel C. Nolin, Jean-Louis Sasseville Rapport de recherche (no. 374) INRS - Eau, Université du Québec et Consultants BPR Novembre 1994 Équipe de recherche : Jean Louis Sasseville (coordonnateur et directeur scientifique), Camil Dutil (responsable, Consultants BPR), Olivier Banton (professeur, INRS-Eau), Jean-Yves Drolet (Consultants BPR), Jean Nolet (Chargé de projet, INRS-Eau), Gilles Gagné (chargé de projet, Consultants BPR), Jean-Pierre Dutil (Consultants BPR), Suzanne Lavoie (Étudiante de M. Sc. INRS-Eau) REMERCIEMENTS Ce volume consiste presque intégralement en ma thèse de maîtrise et je dois remercier pour leurs commentaires et leur support, mon directeur de thèse Jean-Louis Sasseville et Michel C. Nolin, du Centre de recherches sur les terres et les ressources biologiques (CRTRB) d'Agriculture et Agro-alimentaire Canada. Celui-ci a agi en tant que codirecteur de ce projet de recherche ainsi que Richard Marceau de l'École nationale d'administration publique (ENAP) que je remercie également pour nos discussions enrichissantes portant sur les questions de politiques environnementales et d'économie du secteur public. Ce projet n'aurait pu se réaliser sans l'aide du CRTRB de Sainte-Foy qui m'a permis l'accès à leur base de données et l'utilisation de leurs équipements. RÉsuMÉ L'objectif de ce travail était d'intégrer le facteur "sol" dans l'évaluation de la capacité de réception d'un territoire donné face aux activités d'épandage d'engrais de ferme. Dans les premiers chapitres, l'importance du facteur "sol" dans la définition de la capacité de réception a été démontrée. En effet, le mouvement de l'eau sur et dans les sols gouverne les pertes d'éléments vers les eaux souterraines et de surface, pertes dont l'ampleur dépend de plusieurs processus physiques et biochimiques. La texture et la stratigraphie des sols commandent ce mouvement de l'eau d'où le choix, dans ce volume, d'évaluer indirectement la capacité de réception des sols à partir des séries de sols. La disponibilité des données pédologiques sous forme de rapports et de cartes a également motivé ce choix. L'approche système expert a été retenue en raison de sa flexibilité et de la précision des données disponibles. Le système expert a été développé à l'aide du logiciel ALES spécifiquement conçu pour l'évaluation des terres selon le cadre proposé par la FAO. Selon la méthode d'évaluation proposée, la définition de la capacité de réception consiste à une évaluation environnementale en deux composantes. La première estime le potentiel de recyclage des éléments nutritifs épandus par les cultures à partir de l'aptitude des sols à supporter la production d'une culture donnée. Ainsi, l'estimation des rendements potentiels a permis de déduire la quantité d'éléments (NPK kg/ha) potentiellement prélevés par le maïs. La deuxième composante s'appuie sur l'évaluation des risques de pertes à l'environnement des éléments nutritifs contenus dans les engrais de ferme. Parmi, les critères diagnostiques utilisés, l'évaluation des risques de ruissellement et d'érosion hydrique et des risques de lessivage définissent le mieux les risques environnementaux. L'approche utilisée permet également d'évaluer différents scénarios d'épandage et leurs impacts sur la capacité de réception, par la définition de types d'utilisation des terres. Quatorze unités cartographiques du sud-est de la plaine de Montréal ont été classifiées en fonction de cette capacité sur la base des qualités permanentes et des caractéristiques des terres. Le système expert permet une estimation rapide de la capacité de réception d'un territoire face aux activités d'épandage de lisier de porc. Il ressort de cette étude que le système développé s'avère un outil intéressant d'aide à la prise de décision. Il permet la prise en compte des disparités régionales, facteur important d'équité et d'efficacité dans l'élaboration et l'application de politiques tant environnementales qu'agricoles. Aussi, le choix d'un mécanisme de contrôle et son applicabilité sur le terrain peuvent être vérifiés rapidement. Le système permet également une analyse économique de différents scénarios d'épandage et des mécanismes de contrôle. INRS-Eau et Consultants BPR AVANT-PROPOS Un peu partout dans le monde, on a constaté les effets nocifs des régimes intensifs de production agricoles sur la santé humaine et la qualité de l'environnement: la contamination des eaux de surface et des eaux souterraines par les fertilisants et les biocides, la pollution atmosphérique, l'infestation par des bactéries pathogènes des sols et des cours d'eau et la dégradation de la qualité des sols en sont des exemples frappants. Mais les effets pervers de certaines pratiques agricoles ne se limitent pas à ce type de dommages sociaux. Elles entament le potentiel futur des sols arables en favorisant l'érosion, la compaction, la surfertilisation ou encore l'acidification des sols, créant ainsi des dommages irréversibles ou extrêmement coûteux à restaurer. 1,2 Malheureusement, le problème s'accentue toujours. Des recherches récentes ont montré, qu'aux États-Unis, la pollution diffuse est la cause principale de la pollution de l'eau et que l'agriculture en est la plus importante composante. Ces recherches montrent aussi que la contamination des nappes phréatiques constitue un problème environnemental majeur : l'accumulation chronique des nitrates, par exemple, jusqu'à des niveaux qui compromettent l'utilisation économique des eaux souterraines, accentuera considérablement la rareté de la ressource eau dans l'avenir.3 ,4 Ces problèmes mettent en perspective les relations de causalités et de réciprocités entre l'agriculture et l'environnement. On a en effet constaté que « l'agriculture était maintenant parvenue à un stade où il était possible de donner aux exploitations une rentabilité à court terme qui dispense de sauvegarder la relation d'harmonie et d'interdépendance entre l'agriculture et l'environnement»s et que ce désintéressement pour la sauvegarde du milieu de vie engendrait des problèmes qui, dans plusieurs cas, sont quasi-irréversibles. Ainsi, depuis le début des années 80, le monde agricole et la société en général sont passés d'une vision restreinte de la production agricole à une vision plus large, qui intègre des préoccupations environnementales. Aujourd'hui, les ressources naturelles ne sont plus simplement considérées en fonction de leur valeur comme intrants à la production agricole, mais aussi, à l'inverse, en fonction de l'impact de la production agricole sur leur dégradation. Cette prise de conscience des problèmes environnementaux liés à l'agriculture a engendré des changements d'attitude chez la population qui devient progressivement moins tolérante face aux agressions que fait subir l'agriculture à son environnement. C'est ainsi que des 1 OCDE. Politiques de l'agriculture et de l'environnement: Possibilités d'intégration. Paris: 1989. 2 Tabi et al. Inventaire des problèmes de dégradation des sols agricoles du Québec. 1990. 3 Duda, A. M et R. J. Johnson. "Cost Effective Targeting of Agricultural Nonpoint-Source Pollution Controls." Journal ofSoil and Water Conservation. 1985. ~ Spofford, W. O. et al. "Sources of Uncertainty in Economic Analyses of Management Strategies for Controlling Groundwater Contamination." American Journal ofAgricultural Economies. 1986: pp. 1234- 1239. 5 MAPAQ. Vers une politique de développement durable du secteur bioalimentaire. Québec: Document de consultation; 1993 Nov. INRS-Eau et Consultants BPR viii entreprises agricoles ont de plus en plus de difficultés à s'implanter ou à se développer étant donné les répercussions que peuvent avoir leurs activités sur la qualité du milieu ambiant à cause des odeurs, de la pollution de l'eau, du bruit causé par certains équipements ou de la poussière et des produits chimiques toxiques transportés par le vent. Au Québec, cette désapprobation populaire trouve son écho au niveau politique notamment lorsque «plusieurs corporations municipales établissent des règlements restreignant l'activité agricole »6. ou encore, dans les politiques d'aide mises de l'avant par le ministère de l'Environnement et de la Faune et le ministère de l'Agriculture, des Pêcheries et de l'Alimentation. L'intérêt public général, le souci d'équité, la place des générations futures, l'incapacité du marché à prendre en compte les facteurs environnementaux dans le processus de production et la nécessité de venir en aide aux producteurs sont les principaux facteurs qui ont justifié à ce jour l'intervention de l'État dans le contrôle de la pollution de l'eau. Les producteurs et intervenants du secteur agro-alimentaire sont pour leur part conscients des problèmes engendrés par les productions animales : la déclaration des partenaires du secteur agro-alimentaire, lors du sommet de l'agriculture québécoise, qui fait de la conquête des marchés l'objectif des prochaines années précise en effet « que cette conquête doit se faire dans le respect des ressources» ... « ceci signifie entre autres qu'il faut garder à l'esprit ... que la qualité de l'eau constituera au cours des prochaines années un avantage comparatif de plus en plus important pour le secteur bioalimentaire, puisque l'irrigation des cultures, l'abreuvement des animaux et l'aquiculture sont impensables avec de l'eau contaminée ».7 . Parmi les activités agricoles qui préoccupent le plus les autorités gouvernementales québécoises, on retrouve l'élevage intensif d'animaux. En effet, on produit annuellement au Québec plus de 32 millions de m3 de déjections animales annuelles dont il faut disposer d'une façon sécuritaire, ceci aux coûts les plus faibles8 Quelle est la nature sociale et • économique du problème posé par les élevages intensifs? Comment y faire face? Quelles solutions lui apportées? Voilà l'objet de la présente recherche: fournir aux décideurs publics un cadre conceptuel pour l'élaboration d'une politique de contrôle de la pollution issue de la manutention des effluents d'élevage ainsi qu'un outil d'aide à la prise de décisions favorisant leur gestion optimale. Il se subdivise en cinq activités principales : L'analyse des tendances à l'industrialisation permet d'inscrire la valorisation technologique des effluents d'élevage et les politiques de contrôle de la pollution agricole dans leur contexte et de vérifier si l'industrialisation des pratiques favorisent ou non le contrôle de la pollution d'origine agricole. 6 Idem 7 Idem, note 6 8 MAPAQ. Vers une politique de développement durable du secteur bioalimentaire. Québec: Document de consultation; 1993 Nov. INRS-Eau et Consultants BPR ix Le cadre conceptuel du contrôle où les concepts nécessaires pour appréhender les divers aspects du problème de réduction des pollutions issues des surplus de fumiers et lisiers seront expliqués et traduits en stratégies de contrôle. L'établissement des contraintes environnementales et leur transposition à la politique de contrôle selon deux méthodes: par l'établissement de relations doses réponses à l'aide de modèles de processus et par la classification des terres agricoles selon aptitudes physiques à supporter de façon viable les activités d'épandage. L'analyse des différentes technologies et modes de gestion des lisiers disponibles à l'aide d'une grille d'analyse qui établit des critères de faisabilité économique, environnementale, agronomique et sociale. La formulation de deux hypothèses de contrôle de la pollution issue de la gestion des fumiers et leur évaluation (simulation) sur la base de leur faisabilité économique, environnementale, agronomique et technologique. L'analyse des diverses options qui s'offrent au gouvernement en terme de contrôle de la pollution agricole et de gestion des eftluents d'élevage en tenant compte de leur efficacité et de leur impact sur l'équité. Ce grand projet méthodologique sur l'élaboration de politiques de contrôle de la pollution d'origine agricole a donné lieu à sept rapports de recherche: Volume 1. Tendances à l'industrialisation dans les principales productions animales au Québec et augmentation des capacités de contrôle de la pollution Ce rapport trace un portrait des principaux secteurs de production animale, soit le lait, le porc, le bovin et la volaille. On y évalue la place que chacun de ces secteurs occupera dans le paysage rural québécois dans l'avenir. On y discute du problème de gestion des fumiers et des lisiers et des tendances à son accentuation, cela sur la base de l'évolution probable de chacun de ces secteurs, établie en considérant les tendances à la libéralisation des marchés constatés actuellement au niveau international. Dans cette perspective, les implications du projet Dunkel sont mises en évidence. On y constate que les productions québécoises très protégées ou subventionnées telles le lait, le bovin et l'avicole risque de souffrir des réductions à moyen terme. Seule la production porcine, la plus dommageable pour l'environnement, voit ses perspectives améliorées. Une accentuation des problèmes environnementaux résultant de la gestion inadéquate des fumiers serait donc à craindre si les politiques environnementales actuellement en vigueur ne sont pas améliorées. Ce rapport met l'accent sur le fait que l'industrialisation et la concentration dans le secteur porcin à la source du problème environnemental actuel sont aussi des facteurs susceptibles de contribuer à sa solution, notamment par la valorisation technologique des fumiers et des lisiers. Volume 2. Cadre théorique pour le contrôle de la pollution en provenance des principales productions animales Dans ce rapport, trois théories ont été utilisées pour comprendre la structure et la dynamique socio-économique de la production de la pollution agricole. La théorie INRS-Eau et Consultants BPR x économique néoclassique qui décrit la pollution de l'eau comme originant de trois sources de demande conflictuelles sur le marché de l'utilisation de l'eau. La demande pour l'eau à des fins de consommation et la demande pour l'eau à des fins de loisirs sont incompatibles avec la demande pour l'eau comme lieu de déversement des déchets lorsque ce dernier usage est poussé trop loin. Ce déséquilibre entre l'offre et la demande pour l'eau est présenté comme résultant de l'absence de droits de propriété bien définis pour cette ressource. Selon la perspective néo-classique, différents instruments sont susceptibles de permettre le contrôle efficace de la pollution : les plus étudiés sont les redevances, les subventions à la dépollution et les permis d'émission négociables parce que, dit-on, ils tiennent compte du fait que le coût marginal de dépollution est croissant, que les coûts de contrôle varient entre les firmes et que différentes technologies sont utilisables pour réduire la pollution. La théorie du choix public permet de comprendre les difficultés que l'on rencontre dans la réalité lorsque l'on cherche à mettre en place une politique de contrôle utilisant l'un ou l'autre de ces instruments : la logique du positionnement politique et stratégique des divers intervenants s'explique par la recherche de la maximisation de leur intérêt égocentrique. C'est ainsi que s'explique que le politicien, l'entrepreneur, le producteur agricole et le bureaucrate favorisent la subvention comme mode d'intervention, engendrant ainsi un déséquilibre entre le support apporté à la subvention et celui apporté à la taxe, qui elle n'est défendue que par les consommateurs et les contribuables. De son côté, la théorie de l'approche conciliatoire, sur la base des modes explicatifs de la théorie économique, propose une façon de réaliser les choix où chacun des intervenants, conscient des objectifs et des contraintes des autres intervenants, reconnaît la légitimité de la position de l'autre dans l'optique de trouver un compromis bénéfique, tant à la société qu'à eux mêmes. Il ressort des différents arguments en faveur et contre les instruments économiques présentés dans le cadre théorique que, bien que plus critiquée en ce qui a trait à l'efficacité, la subvention apparaît plus aisément applicable. Un problème commun à la fois aux redevances, aux subventions et aux permis d'émission négociables est cependant mis en évidence, il s'agit du problème associé à la mesure de la pollution de chacun des producteurs agricoles. Ce problème est d'une importance capitale si des incitatifs économiques efficaces doivent être mis en oeuvre dans le but de contrôler la pollution. Comme la science est incapable de fournir un instrument simple pour mesurer la pollution d'origine diffuse, il est suggéré, ici, de contourner le problème en basant la mise en oeuvre d'une politique environnementale non pas sur la quantité de polluants retrouvée dans l'eau, mais sur le respect de la capacité-support du sol qui elle détermine le niveau de la pollution. Si la "vérité sur la capacité support" est plus facilement mesurable que la pollution de chacun des producteurs, une avenue intéressante s'offre ici à l'agence de contrôle. Volume 3. Méthode de détermination des droits de pollution formulation des relations dose-réponse Ce rapport tente de vérifier si le niveau des connaissances scientifiques sur la propagation de la pollution dans les sols et dans l'eau est suffisant pour permettre l'application efficace d'instruments économiques. Partant de l'hypothèse que la meilleure manière de disposer les lisiers est l'épandage, on cherche à y montrer qu'il est possible, sur la base d'une convention entre les intervenants, de traiter le problème du contrôle de la pollution en établissant la contribution potentielle d'un producteur à la pollution d'un cours d'eau. On pourrait ainsi taxer ou subventionner selon la contribution de chacun à la détérioration ou à l'amélioration de la qualité de l'eau. La méthode choisie pour y parvenir est la modélisation des apports INRS-Eau et Consultants BPR xi subordonnés au concept « doses épandues-réponse en apport de polluant au cours d'eau ». Après avoir caractérisé les fertilisants organiques et le cycle des substances nutritives, on y traite des avantages et des inconvénients des fumiers et lisiers au moment de l'épandage, de l'évaluation des apports au cours d'eau en substances altéragènes, des besoins et de la disponibilité en nutriments, des caractéristiques des sols contrôlant le transport et la transformation des nutriments, et enfin des conditions climatiques et de drainage des sols influençant les transformations et les charges des substances polluantes. Finalement, en dernière étape, on y procède à l'établissement des relations « doses-réponses» à l'aide des logiciels AGRIFLUX et FÈCES, ceci permettant de démontrer qu'il est possible d'établir la capacité-support d'une parcelle de sols sur la base d'un nombre restreint de paramètres. Volume 4. Aptitudes physiques des sols agricoles à recevoir des engrais de ferme : classification à l'aide d'un système expert Ce rapport explore la possibilité d'attribuer une valeur à la capacité support des terres agricoles en regard des productions porcines à partir des données pédologiques disponibles et des connaissances actuelles sur les impacts de l'épandage du lisier de porc. Un premier objectif vise l'intégration du facteur sol dans l'estimation des superficies disponibles pour l'épandage sécuritaire des engrais de ferme. Un deuxième objectif analyse la pertinence d'un système expert comme outil d'aide à la prise de décision. Dans un premier temps, sont identifiés les facteurs intrinsèques du sol affectant le transport des éléments potentiellement polluants vers les eaux de surface et souterraines. Ceci permet de dégager les qualités de sols nécessaires à l'épandage sécuritaire. Ensuite la méthode d'évaluation des terres proposée par la FAO (1976) a été adaptée pour classifier les séries de sols selon leurs aptitudes physiques à recevoir des lisiers de porcs. Cette méthode d'évaluation permet de tenir compte des disparités régionales, tant physiques que sociales, en estimant les superficies disponibles pour l'épandage selon des critères spécifiques à une région par exemple, la protection des eaux de surface ou la protection des aquifères pour une autre. En effet, les problèmes de pollution sont souvent locaux et varient selon les régions tant au niveau des activités humaines (utilisation du territoire) que de leur environnement physique distinct (hydrologie, géologie, climat, pédologie, etc.). Le système expert, développé pour l'interprétation des données pédologiques, permet d'identifier rapidement les facteurs physiques limitant et de classer les sols en fonction de critères spécifiques et des mesures préventives ou correctives apportées par le producteur agricole en we de minimiser les pertes à l'environnement. Volume 5. L'évaluation des technologies de gestion du lisier de porcs dans le cadre de l'établissement d'une politique de contrôle de la pollution provenant des productions animales Le développement d'une politique de contrôle de la pollution originant des productions animales doit prendre en considération, non seulement les mesures administratives pouvant être apportées aux méthodes actuelles de gestion des fumiers ou lisiers, mais le potentiel technologique permettant l'amélioration des systèmes de production. Plusieurs novations technologiques sont potentiellement applicables pour modifier la chaîne actuelle de gestion dans le cadre de la production d'effluents d'élevage et, plus particulièrement, dans le cas des élevages porcins. Ces technologies ont cependant des incidences agronomiques, zootechniques, environnementales, économiques, sociales ou politiques. Ce rapport INRS-Eau et Consultants BPR