Characterizing and assessing ammonia volatilisation in the field in order to preserve air quality and optimise recycling and fertilisation
Caractériser et évaluer la volatilisation d’ammoniac au champ pour préserver la qualité de l’air et optimiser le recyclage et la fertilisation
Résumé
Reducing anthropogenic, and thus agricultural, ammonia emissions addresses several challenges: agronomic and therefore economic for the agricultural sector, on the one hand, and environmental, health and therefore also economic, but concerning the population as a whole, on the other hand. Ammonia volatilisation represents a significant loss of nitrogen for agriculture, and specifically for waste management and crop nutrition practices. Atmospheric ammonia also contributes to the degradation of air quality: after deposition, it is involved in acidification, eutrophication and the decline in biodiversity; it is also a precursor of fine particlate matters that are hiaghly dangerous for human health. My research activities aim at producing fundamental knowledge on ammonia volatilisation in the field, and cognitive and operational tools for their use in supporting research, technological eco-design, and public policy. They follow a trajectory that starts with the characterisation, understanding and modelling of a local and fugitive process, and goes all the way through to the evaluation of the associated agricultural practices in a context of increasingly prevalent context of climate change. My work is based on the three pillars of acquiring experimental data, integrating knowledge into modelling and contributing to the acquisition of knowledge on this process. Measurement under actual farming conditions, in agronomic trial networks and under controlled laboratory conditions has required major metrological development, leading to the production of tools such as micrometeorological methods, wind tunnels and the Caract'Air disposal. These systems are used in a complementary way in order to acquire references on the effects on ammonia volatilisation of different categories of factors: agricultural practices including the fertiliser type, the application and/or abatement method, the plant cover status, as well as soil type and status, and meteorological conditions. I have also been deeply involved in mechanistic modelling: the Volt'Air model that I co-developed relies on the explicit representation of a set of processes. It takes into account the factors known to influence ammonia volatilisation on the spatial and temporal scales of a volatilisation event. Integrative of knowledge, it is well-suited for research. We use it as a complement to experimental observations to analyze them and provide interpretation keys. I also use more stochastic approaches: they enable us to propose more operational modelling with the view of interoperability with integrative tools, in particular agroecosystem models. To understand volatilization at larger scales, we have developed the Cadastre_NH3 tool: it specifically combines Volt'Air with detailed, dynamic and georeferenced databases to calculate emissions related to the fertilisation of each crop in each small agricultural region at hourly time steps, covering the whole of France and of the crop year. Using this bottom-up inventory as a substitute for the top-down inventories of the national air quality forecasting platforms makes it possible to improve the calculations and target the practices to be promoted in terms of reducing background pollution and avoiding seasonal peaks in fine particulate matter pollution. My scientific project continues and aims to be more ambitious, for two reasons. I would like to extend my contributions to the characterization of a coherent set of emissions into the environment: I plan to broaden them (i) to other nitrogen and carbon gaseous emissions, typically pollutants and greenhouse gases, and (ii) to cropping systems integrating other substrates, typically legumes and crop residues. At the same time, I would like to embed our evaluation work in a framework of more complex challenges by responding to a new perspective on questions concerning agricultural ammonia, particularly with a stronger focus on the emerging context of Global Health.
La réduction des émissions d’ammoniac anthropiques, essentiellement agricoles, répond à un ensemble d’enjeux : agronomique et donc économique pour le secteur agricole, d’une part, et environnemental, sanitaire, et donc aussi économique mais concernant l’ensemble de la population, d’autre part. La volatilisation d’ammoniac représente en effet une perte significative d’azote pour l’agriculture, en particulier pour les pratiques de gestion des déchets et de nutrition des cultures. L’ammoniac atmosphérique contribue en outre à la dégradation de la qualité de l’air : après dépôt, il est impliqué dans l’acidification, l’eutrophisation et le déclin de la biodiversité ; c’est également un précurseur de particules fines particulièrement dangereuses pour la santé. Mes activités de recherche visent à la production de connaissances fondamentales sur la volatilisation d’ammoniac au champ, d’outils cognitifs et opérationnels en vue de leur utilisation en appui à la recherche, à l’écoconception technologique et aux politiques publiques. Elles s’inscrivent dans une trajectoire qui part de la caractérisation, compréhension, et modélisation d’un processus local et fugace, et qui va jusqu’à l’évaluation des pratiques agricoles associées dans un contexte de changement climatique de plus en plus prégnant. Mes travaux s’appuient sur les trois piliers que sont l’acquisition de données expérimentales, l’intégration des connaissances en modélisation et la contribution à l’acquisition de connaissance sur ce processus. La mesure en conditions de la pratique agricole, en réseaux d’essais agronomiques et en conditions contrôlées de laboratoire a nécessité d’importantes mises au point métrologiques qui ont conduit à la production d’outils, tels que les méthodes micrométéorologiques, les tunnels de ventilation et le dispositif Caract’Air. Ces dispositifs sont mobilisés de manière complémentaire dans l’objectif d’acquérir des références sur les effets sur la volatilisation d’ammoniac des différentes catégories de facteurs : les pratiques culturales incluant les types d’engrais, les pratiques d’apport et d’abattement des émissions, la présence et l’état d’un couvert végétal, ainsi que le type et l’état du sol, et les conditions météorologiques. Je me suis également beaucoup impliquée dans la modélisation mécaniste : le modèle Volt’Air que j’ai co-développé repose sur la représentation explicite d’un ensemble de processus et prend en compte les facteurs connus pour influencer la volatilisation d’ammoniac aux échelles spatiales et temporelles d’un évènement de volatilisation. Intégratif des connaissances, il est bien adapté à la recherche. Nous l’utilisons en complément des observations expérimentales pour les analyser et en donner des clés d’interprétation. Je mobilise en outre des approches plus stochastiques : elles permettent de proposer une modélisation plus opérationnelle dans un objectif d’interopérabilité avec des outils intégratifs, en particulier les modèles d’agroécosystèmes. Pour appréhender la volatilisation à des échelles supérieures, nous avons développé l’outil Cadastre_NH3 : il associe spécifiquement à Volt’Air les bases de données dynamiques et géoréférencées suffisamment fines pour calculer les émissions liées à la fertilisation de chaque culture dans chaque petite région agricole à des pas de temps horaires, couvrant la France métropolitaine et l’année culturale. L’utilisation de cet inventaire bottom-up en substitution aux inventaires top-down des plateformes nationales de prévision de la qualité l’air permet d’en améliorer les calculs et de cibler les pratiques à promouvoir en matière de réduction de la pollution de fond et d’évitement de pics saisonniers de pollution aux particules fines. Mon projet scientifique s’inscrit dans la continuité et se veut plus ambitieux, à double titre. Je souhaite étendre mes contributions à la caractérisation d’un ensemble cohérent d’émissions vers l’environnement en les élargissant (i) aux autres émissions gazeuses azotées et carbonées, typiquement polluantes et à effet de serre, et (ii) à des systèmes de cultures intégrant d’autres substrats, typiquement des légumineuses et des résidus de cultures. En parallèle, je souhaite insérer nos travaux d’évaluation dans un cadre d’enjeux plus complexes en répondant à une nouvelle mise en perspective des questions concernant l’ammoniac agricole, avec en particulier un plus fort ancrage dans le contexte émergent de Santé Globale.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
|---|---|
| Licence |
