Stage M2 : Caractériser le métabolisme des filières agricoles françaises (échelles nationale et régionale) : une analyse fonds/flux

À propos d'Inria et de l'équipe STEEP

Inria est l’institut national de recherche dédié aux sciences et technologies du numérique. Il emploie 2600
personnes. L'équipe STEEP est une équipe de recherche interdisciplinaire du centre Inria de Grenoble dédiée aux questions de soutenabilité à des échelles nationales et infra-nationales.
Contexte SCALABLE est un projet de recherche financé par l’ADEME, qui associe le LESSEM (INRAE Grenoble), l’équipe STEEP de l'Inria Grenoble, Auvergne-Rhône-Alpes Énergie Environnement, l’entreprise TerriFlux et Grenoble Alpes Métropole représentant l'ensemble des membres du Projet Alimentaire interTerritorial « de la grande région grenobloise ». SCALABLE s’intéresse aux vulnérabilités métaboliques associées au fonctionnement des filières agricoles à différentes échelles territoriales (nationale, régionale, locale) : dans quelle mesure satisfait-on les besoins de la population de façon soutenable, et sans transfert de vulnérabilités vers d’autres territoires ? Le projet pourra in fine contribuer à éclairer le débat sur les échelles pertinentes de relocalisation des différents maillons des filières.

Cadre conceptuel du stage

Le métabolisme socio-économique désigne l'auto-reproduction et l'évolution des structures biophysiques des sociétés humaines. Il comprend les processus d'extraction, de transformation et de distribution des flux biophysiques qui sont contrôlés par les humains. Les structures biophysiques des sociétés (les "stocks") forment avec le métabolisme (les "flux") la base biophysique de l'économie (Pauliuk and Hertwich, 2015). Ces flux ont connu une croissance exponentielle depuis le milieu du 20e siècle et mettent aujourd’hui en danger les conditions de vie humaine sur Terre (Steffen et al., 2015). Les recherches sur le métabolisme des sociétés se déploient pour rendre compte de l'inscription de l'économie dans son substrat biophysique et dans les limites planétaires. Parmi celles-ci le cadre Musiasem (Giampietro et al., 2009) vise un analyse multi-niveaux du métabolisme, en se basant
sur le modèle fonds-flux développé par l'économiste N. Geogescu-Roegen. Le modèles fonds/flux permet de distinguer les éléments d’un système qui sont transformés au cours d’une période donnée (les flux) de ceux qui restent « identiques » (les fonds). Les flux (ex : production agricole) sont issus de fonds (surfaces agricoles, agriculteurs...) et ne peuvent advenir qu’à un certain rythme, caractéristique de chaque fond. La durabilité peut se concevoir comme la capacité d’un système à préserver (reproduire) ses fonds au cours du temps.
Cinq étapes peuvent être distinguées dans la méthodologie Musiasem :

1. définition du système hiérarchique (au sens de multi-niveaux, i.e., avec des niveaux de description des compartiments de plus en plus fins),
2. quantification des fonds impliqués dans les compartiments du système,
3. quantification des flux utilisés par les fonds associés aux compartiments,
4. production de matrices d’indicateurs multi-niveaux et multidimensionnelles décrivant des motifs métaboliques (en particulier, ratios flux/fonds),
5. analyse de la viabilité, désirabilité et faisabilité du système (voir ci-après).

Telle que définie dans Musiasem, la viabilité représente une contrainte de cohérence interne du système (ex : ce que l’on consomme doit nécessairement être produit localement ou importé ; il faut suffisamment de temps humain pour faire fonctionner les secteurs de production et de consommation ; etc.). La désirabilité représente la capacité du système à flécher une part importante des flux et des fonds vers les secteurs des ménages, des services ou des transports (par opposition aux secteurs primaires et secondaires). La faisabilité représente les contraintes biophysiques externes au système : en termes de besoins en ressources (en entrée du système) et de charge environnementale (en sortie).

Objectifs du stage

Le stage aura pour but d’utiliser le cadre d’analyse Musiasem pour mettre en relation les fonds et les flux associés aux filières agricoles françaises. Les notions de désirabilité, de faisabilité et de viabilité pourront bien entendu être discutées, élargies et complétées par d’autres notions, telle que le niveau d’ouverture du système (part des importations dans l’approvisionnement), la vulnérabilité du système etc.

Phasage

On distinguera au moins 4 phases :

1. quantification des données manquantes,
2. développement d’indicateurs et d’une méthode d’analyse des synergies/compromis entre dimensions du problème,
3. conception et programmation d’un modèle paramétrable,
4. implémentation du programme et analyse.

Flux et fonds visés prioritairement pour ce stage et travaux préexistants à mobiliser (étape 1)

Liste non limitative des fonds :

• Temps humain (sources diverses à compiler),
• Êtres humains (ex : santé des agriculteurs, renouvellement des générations lié à l’attractivité du métier,
• santé des consommateurs à travers leurs pratiques alimentaires, à réaliser)
• Utilisation des sols (statistiques publiques disponibles),
• Outils (équipements et infrastructures) de production et/ou de transformation (à réaliser).

Liste non limitative des flux :

• Énergie (stage Scalable réalisé en 2022),
• Azote (stage Scalable réalisé en 2022),
• Eau (à réaliser),
• Gaz à effet de serre (stage Scalable réalisé en 2022),
• Pesticides (stage Scalable réalisé en 2022)

Aspects méthodologiques et logiciels (étapes 2 et 3)

Le/la stagiaire développera un programme python (langage utilisé pour les autres modèles de l’équipe)
permettant de paramétrer l’intensité en flux et fonds des différents compartiments du modèle (ex : l’agriculture biologique ne consomme pas de pesticides mais mobilise davantage de main d’œuvre) et produisant en sortie la matrice multi-dimensionnelle Musiasem ainsi que les indicateurs associés (dont le mode de calcul devra être précisé). Ce programme permettra une analyse comparée de différentes alternatives pour le futur ainsi qu’une mise en évidence des synergies et compromis entre les aspects économiques, environnementaux, et de santé publique.

Ouvertures possibles

Des ouvertures pourront être faites (non limitatif) :

• Pour prendre en compte les enjeux économiques (flux monétaires, valeur ajoutée),
• Dans quelle mesure ces informations peuvent-elles éclairer les débats spécialisation vs. relocalisation des filières agricoles ?

Profil recherché :

• Connaissance préalable des enjeux socio-environnementaux, de l’agriculture et ou dans le domaine des sciences du vivant,
• Intérêt pour la modélisation,
• Curiosité intellectuelle,
• Capacité à gérer un grand nombre de données
• Programmation python
• Gestion de bases de données

Informations :

• Durée et période : 6 mois, à partir de février 2023
• Lieu : Inria Grenoble, site de Montbonnot
• Rémunération : environ 550 euros/mois, subventions transport et repas.

Contact : jean-yves.courtonne@inria.fr

Pour un aperçu du projet Scalable, liens vers le Compte-rendu et les Slides de présentation du séminaire de lancement du projet.

Références bibliographiques

ADEME, METREAU Eliane, BASIC, SEGRE Hugo, ALLIOT Christophe, LY Sylvain, BIO en Hauts-de-
France,

JOSEPH Mathilde, HALLEZ Simon. 2021. Diagnostic du système alimentaire des Hauts-de-
France, de sa durabilité et de sa résilience. Rapport complet. 85 pages.

Giampietro, M., Mayumi, K., & Ramos-Martin, J. (2009). Multi-scale integrated analysis of societal
and ecosystem metabolism (MuSIASEM): Theoretical concepts and basic rationale. Energy, 34(3),
313-322.

Giampietro, M., Aspinall, R. J., Bukkens, S. G., Benalcazar, J. J. C., Maurin, F. D., Flammini, A., ... &
Tovar, E. T. S. (2013). An innovative accounting framework for the food-energy-water nexus:
application of the MuSIASEM approach to three case studies.

Pauliuk, S., & Hertwich, E. G. (2015). Socioeconomic metabolism as paradigm for studying the
biophysical basis of human societies. Ecological Economics, 119, 83-93.

Steffen, W., Broadgate, W., Deutsch, L., Gaffney, O., & Ludwig, C. (2015). The trajectory of the
Anthropocene: the great acceleration. The Anthropocene Review, 2(1), 81-98.