En zone de grande culture spécialisées, les systèmes de production céréaliers intensifs basés sur une fertilisation presque exclusivement minérale et l'usage systémique de pesticides, compromettent gravement la qualité des ressources en eaux souterraines et de surface pour la consommation humaine et la santé des écosystèmes aquatiques. L'agriculture biologique qui proscrit l'usage d'intrants de synthèse apparaît comme une alternative crédible pour concilier production agricole et production d'eau de qualité. Néanmoins, les exploitations bio montrent la même spécialisation régionale que l'agriculture conventionnelle. Outre les problèmes de fertilité des sols que pose cette spécialisation, la rupture de la complémentarité culture-élevage peut également engendrer des risques pour la qualité de l'eau en AB, par un recours massif à des sources d'azote organiques exogènes à minéralisation rapide (fientes de poules, vinasses, etc.), et surtout par l'absence de débouchés pour les légumineuses fourragères, qui broyées et laissées sur place alimentent un surplus d'azote lixiviable (Anglade et al., 2015). Sur l'exemple de deux petits territoires emblématiques de ces régions spécialisées, jadis occupées par une polyculture-élevage traditionnelle, le bassin de l'Orgeval en Brie Laitière, et l'aire d'alimentation de captage (AAC) de la Plaine du Saulce dans les plateaux de Bourgogne, nous comparons les performances agro-environnementales des systèmes actuels (pratiques courantes et optimisation réglementaire de la fertilisation minérale), et de systèmes alternatifs (grandes cultures biologiques et polyculture-élevage biologique)). Le cadre conceptuel d'analyse est basé sur une description territoriale des flux d'azote, en adaptant le concept de bilan d'azote des sols sur l'ensemble d'un cycle de rotation culturale pour évaluer de manière négative, la fertilisation totale (engrais de synthèse et organiques, fixation symbiotique, dépôts atmosphériques) (F), la production totale récoltée (Y), l'efficience d'utilisation de l'azote (NUE=Y/F), et le surplus (S=F-Y) non valorisé par la production susceptible d'être lixivié. Nous montrons ainsi sur ces territoires que l'agriculture raisonnée (même ajustée au plus près des besoins de la croissance végétale et avec implantation de CIPAN) ne garantit pas l'infiltration de flux sous-racinaires compatibles avec la norme de potabilité. En revanche, la re-conception de systèmes de production biologiques, visant à la fois la reconnexion avec l'élevage (élevage ovin dans l'Auxerrois (Anglade et al. accepté) et élevage laitier dans la Brie (Garnier et al., 2016), l'autonomie azotée et la diversification des cultures constitue la meilleure voie pour réconcilier production agricole et production d'eau de qualité. La comparaison des scénarios prospectifs avec l'état des systèmes agricoles en 1955, montre des performances productives nettement supérieures car bénéficiant des progrès de l'agronomie et de l'agro-écologie.