La biogéochimie territoriale analyse le fonctionnement des régions sous l'angle de leur métabolisme, c'est-à-dire des flux de matière produits et transformés dans les territoires et échangés entre eux. Une telle démarche, qui s'applique aussi bien aux systèmes industriels qu'aux systèmes agricoles, permet de définir la polyculture-élevage par ses caractéristiques de mixité d'activité, d'autonomie vis-à-vis des intrants et de connexion entre culture et élevage sur le plan des sources de fertilisation des terres et d'alimentation animale. L'analyse montre pourtant aujourd'hui une très forte spécialisation territoriale, avec d'énormes territoires de grande culture quasi dépourvus d'élevage, à côté d'autres où les densités animales, dépendantes de l'importation de protéines fourragères, se sont accrues à des niveaux insoutenables. Cette spécialisation pose des problèmes majeurs de contamination environnementale engendrée par l'ouverture des cycles qu'elle provoque, et est aussi la cause d'une grande fragilité des systèmes agricoles face aux fluctuations des marchés et du prix des intrants, ce qui appelle à réfléchir à des systèmes alternatifs. Dans trois domaines, des enjeux forts de changement sont susceptibles d'infléchir les trajectoires futures du système agro-alimentaire français. Le premier est constitué par l'essor de l'agriculture biologique qui fait la démonstration de la possibilité technique d'une production agricole sans recours aux intrants chimiques, mais qui nécessite une connexion agriculture-élevage. Cet essor s'accompagne souvent d'une volonté de réduction des distances d’approvisionnement, avec une forte préférence pour les circuits locaux, ainsi que la recherche d'une plus grande autonomie des exploitations. Enfin, la remise en question de la part de produits animaux dans le régime alimentaire humain est un sujet de débat aujourd'hui très vif, tant sur le plan sanitaire et diététique que sur le plan éthique. Nous présentons ici un scénario radical de réorganisation du système agro-alimentaire français qui visent à accroître l'autonomie protéique des territoires, et à reconnecter la production agricole avec une consommation alimentaire moins riche qu'actuellement en protéine animales. L'approche est basée sur l'analyse des relations entre les flux d’azote qui sous-tendent le fonctionnement actuel du système agro-alimentaire française divisé en 33 régions (GRAFS, Generalized Representation of Agro-Food Systems), Le Noë et al., 2017). Le scénario "Bio-Autonome Demitarien" est construit en modifiant les densités de cheptel, les systèmes de culture et la demande alimentaire locale dans chacune des régions, tout en respectant les contraintes inhérentes au fonctionnement agronomique du système. Les performances agronomiques et environnementales de ce scénario sont comparées à celles d'un autre scénario poursuivant les tendances d'ouverture et de spécialisation à l’œuvre depuis les dernières décennies. Les résultats montrent que le scénario de reconnexion permet de nourrir la population nationale et d'exporter encore des produits agricoles, tout en satisfaisant bien mieux les critères environnementaux comme celui de la production d'une eau potable de qualité et la réduction des émissions de gaz à effet de serre.