Ecologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes

The main objective of GreenEO is to provide improved satellite-based environmental information to support sustainable nature protection practices across four competing land-use areas: cities, agricultural areas, forests, and ecosystems. Through combined exploitation of new Earth Observation products, digital infrastructure, and atmospheric and land surface models using machine learning and data assimilation, GreenEO will provide environmental information and stakeholder engagement practices to support the implementation of the Zero Pollution (ZP) and Biodiversity aspects of the European Green Deal (EGD). The project will serve as a proof-of-concept to enhance specific services provided by Copernicus and EUMETSAT in support of the EGD implementation. GreenEO aims to support the transition towards more sustainable land use practices in Europe and proposes a transformative governance system, relying on a data value chain enhanced with active stakeholder engagement and co-creation. The value chain proposes the uptake of satellite data, integrated in a modelling development chain and followed by value creation modelling applications. In cities, GreenEO will develop three satellite-based approaches of high-resolution urban-scale air quality maps to engage relevant stakeholders to support the ZP strategies. For agriculture, GreenEO will address impacts on nitrogen emissions, deposition, and biodiversity. It will create satellite-based high-resolution emission inventories, deposition, critical load exceedance maps, and identify areas with high recovery potential. GreenEO will develop a forest fire service that will revolutionize the monitoring of wildfires over Europe. GreenEO will create novel ecosystem monitoring indicators such as city greening indicators, ecosystem area and condition indicators. GreenEO will advance seamless climate-weather and environmental services in Europe, by proactive links to EUMETSAT, WMO, the Copernicus Services, EEA and EU Missions.

Le recyclage de produits résiduaires organiques (PRO) comme amendement en agriculture est une pratique vertueuse : il améliore les propriétés des sols et contribue à l'économie circulaire. Pourtant, les PRO contiennent des contaminants, notamment des substances per- et polyfluoroalkylées (PFAS), une vaste famille de molécules qui sont persistantes dans l'environnement, ou peuvent se transformer en substances qui le sont, et dont certaines nuisent à la santé des organismes vivants, homme compris. Nous avons récemment mesuré les concentrations en PFAS dans les PRO, les sols, les lixiviats et les cultures d'échantillons archivés du réseau SOERE PRO. Les PFAS sont omniprésents dans ces quatre matrices, que les sols soient amendés ou non, suggérant l'existence d'autres sources de PFAS que les PRO. La contamination des sols agricoles par les PFAS représente une menace pour les ressources en eau, la faune du sol, les cultures et in fine leurs consommateurs. Cependant, les études internationales et nationales disponibles ne permettent pas d'évaluer avec précision l'étendue et les niveaux de contamination par les PFAS, leurs sources et leur devenir dans les milieux agricoles. Une évaluation intégrée du recyclage des PRO en agriculture est donc nécessaire, de même que l’identification des autres sources de PFAS et l’amélioration de notre capacité à prévoir leur devenir : accumulation dans les sols et les organismes qui y vivent, lixiviation, biodisponibilité pour les cultures et la faune du sol. Ce projet abordera ces questions en s’appuyant sur : -l'analyse (i) ciblée de 84 PFAS incluant des molécules ultra-courtes et des pesticides catégorisés comme PFAS et (ii) non ciblée de certains échantillons, -la caractérisation de l'évolution temporelle de la contamination par les PFAS dans quatre sites du réseau SOERE PRO et quatre bassins versants, -l'exploration et la modélisation numérique de mécanismes peu étudiés contrôlant l'éco-dynamique des PFAS dans le continuum PRO–sol–eau–plante, -la quantification de la toxicité chronique des PFAS pour les annélides oligochètes et la production de donnés qui permettront de mieux estimer l'exposition de l'homme à travers la consommation d'eau et de produits agricoles, -l'utilisation de TyPol, un outil statistique, pour extrapoler les connaissances acquises sur les molécules suivies à des molécules non étudiées.

With a share of 34 %, bio-waste is the largest single component of municipal waste in the EU. Recycling of bio-waste is key for meeting the EU target to recycle 65 % of municipal waste by 2035. Bio-waste can significantly contribute to a more circular economy, delivering valuable soil-improving material and fertiliser as well as biogas, a source of renewable energy. Biochar is a pure, high carbon form of charcoal, obtained through the pyrolysis of biomass, such as bio-waste. Biochar helps regenerate soils by enhancing water-holding capacity, nutrient uptake, soil fertility stimulating microbial activity and diversity and acts as a carbon sink. However, a lack of understanding and evidence of the agronomic benefits and economic returns mean that biochar faces barriers to become a widespread soil improver. Biogas from anaerobic digestion (AD) is a renewable energy source. Yet the cost of disposal of its effluents (digestates) reduces profitability and uptake of new AD projects, even though the digestate is rich in nutrients and can be used as a biofertilizer. Research shows that the combination of digestate and biochar creates a biofertilizer with increased fertility, improved stability and excellent soil regeneration properties. Furthermore, biochar could be a powerful additive to enhance microbiological activity in AD plants. The FENIX project will optimise Biochar for different soils using AD digestate. FENIX will demonstrate the agronomic and economic returns of its soil improver in field tests (TRL 8) in three countries in the West and South of Europe. FENIX brings together partners that cover the full value chain and with entrepreneurs that will be ready to take up the project results. Successful completion of the project will contribute to the recovery of abandoned poor soils, increase EU’s soil quality and water retention capacity, climate change mitigation, secure and independent energy supply, and sustainable bio-waste management.

Le projet évaluera l’impact de sécheresse plus fréquentes et plus intenses sur les émissions de CO2 des sols sous climat tempéré et la manière dont ces relations sont modulées par les systèmes agricoles. . Le projet proposera une méthodologie de changement d’échelle afin d’améliorer la prédiction des modèles de décomposition de la matière organique des sols à l’échelle continentale à partir de l’identification des mécanismes clés se produisant à l’échelle microscopique des habitats microbiens du sol. Nous soumettrons de petites carottes de sol échantillonnées sous différents sols et gestions agricoles à des cycles d’humectation/dessication dans lesquels la durée de sécheresse ainsi que la fréquence et le nombre de cycles seront variés jusqu’à mimer un climat semi-aride. Le projet testera les principales hypothèses expliquant les flushes de CO2 lors de la ré-humectation, et qui sont la libération des produits microbiens créés pendant les cycles (enzymes extra-cellulaires, osmolytes, cellules microbiennes mortes) et la modification de l’architecture du sol responsable de la libération de la matière organique du sol auparavant physiquement protégée des microorganismes. Pour ce faire, le projet : i) combinera un ensemble sans précédent d'outils d'imagerie de données multi-échelles et multi-temporelles décrivant la dynamique des micro-habitats du sol (de l'échelle du µm à celle du cm) et ii) produira d'ambitieux et nouveaux modèles 3D à micro-échelle de décomposition de la matière organique des sols qui simuleront pour la première fois la dynamique de l'architecture du sol, de l'eau, de la diversité et de l'activité microbienne. Les connaissances mécanistes acquises à partir des études à micro-échelle seront transférées au modèle ORCHIDEE de surface terrestre en incluant de nouvelles fonctions statistiques émergentes émulant les modèles à micro-échelle. La nouvelle version d'ORCHIDEE sera évaluée par rapport à la base de données continentale sur la respiration du sol.

Les aires de captage d’eau destinées à la consommation humaine sont menacées par des pollutions pouvant être d’origine agricole, industrielle voire domestique, ce qui peut conduire à fermer définitivement des captages d’eau potable. Parallèlement, certains sols cultivés voient diminuer leur teneur en matières organiques, notamment du fait de la réduction des ressources organiques dans des territoires où l’élevage a quasiment disparu, ce qui conduit à terme à une perte de leur fertilité. La transition des systèmes agricoles doit inverser ces tendances et l’agriculture peut au contraire devenir régénératrice en participant à la régénération des biens communs comme l’eau et le sol. Le miscanthus, une graminée pérenne ne nécessitant pas d’intrants chimiques à l’exception de désherbage en début de culture, permettrait d’accélérer la reconquête de la qualité de l’eau en le cultivant dans les aires d’alimentation de captage (AAC). Les contaminations ciblées sont les nitrates et les résidus de pesticides (matières actives et produits de transformation) qui restent problématiques dans de très nombreuses AAC. Valoriser la paille de miscanthus par les agriculteurs situés en périphérie de l’aire de captage, en litière puis amendement organique, engendrerait une circularité de la bioéconomie à l’échelle du territoire. Mais un seul clone étant cultivé pour cette culture récente en France, la diversification variétale s’impose. Dans ce contexte, quatre unités de recherche de l’Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’alimentation et l’Environnement (BioEcoAgro, EcoSys, HYCAR et IJPB) et l’entreprise privée Novabiom ont uni leurs compétences complémentaires (agronomie, écophysiologie, transferts hydrologiques, modélisation et génétique) pour proposer le projet finalisé MisEauVert qui s’intitule : « Les services écosystémiques du miscanthus pour restaurer la qualité de l’eau et la fertilité des sols ». Il est destiné à mettre en évidence les services écosystémiques fournis par l'implantation de cette culture pérenne pour préserver la qualité de l’eau et restaurer la fertilité des sols. Ainsi, du miscanthus a été implanté dès 2022 dans l’AAC de Vernouillet près de Dreux sous l’impulsion de l’agence de l'eau Seine-Normandie et la communauté d’agglomération « l’Agglo du Pays de Dreux » et va servir d’objet d’étude. Le projet est structuré selon quatre activités scientifiques : - Production de miscanthus dans l’aire de captage - Protection du sol et de l’eau au sein de l’aire de captage - Utilisation en cascade de la biomasse de miscanthus valorisant la litière animale puis l’amendement organique - Développement d’outils et de géniteurs pour élargir l’offre de variétés. Outre la gestion du projet, une dernière activité porte sur une analyse globale de la valeur ajoutée et de l’impact du projet ainsi que sur les synergies entre les parties prenantes (experts scientifiques, entreprises, agriculteurs, autorités locales et agences de l’eau) avec des intérêts et des contextes culturels différents, ce qui est nécessaire pour faire émerger un partenariat efficace de recherche-action à l'échelle des territoires agricoles.

Les fonctions du sol sont fortement perturbées par l’utilisation des pesticides qui affectent les organismes non-cibles. Les processus évolutifs jouent un rôle majeur dans la résilience des populations par le biais de rétroactions éco-évolutives. Ces rétroactions peuvent limiter le risque d'extinction en favorisant une adaptation rapide au stress environnemental, mais leur succès dépend de la densité de population et de sa composition génétique. Bien que la faune du sol s'adapte aux pesticides, plusieurs questions sur la rapidité d'adaptation et ses coûts pour les fonctions écosystémiques restent sans réponse. EEWORM étudiera la dynamique éco-évolutive des populations du ver de terre Aporrectodea caliginosa, un ingénieur du sol majeur des agroécosystèmes, exposé à un mélange de pesticides représentatif des sols agricoles français. Je calibrerai un modèle de toxicocinétique-toxicodynamique permettant de prédire le résultat d'un mélange d'époxiconazole et d'imidaclopride, deux pesticides dominants dans les sols agricoles, sur la croissance, la reproduction et l'activité des vers de terre ainsi que sur les fonctions de minéralisation du carbone organic (WP1). Je mesurerai ensuite la variation individuelle dans les traits d’histoire de vie dans une expérience séparée (WP2). J’identifierai une combinaison de quatre concentrations pour la mixture de pesticides allant de faible à for effets sur l’ensemble des phénotypes mesurés en WP1. J’exposerai ensuite une cohorte de ver de terre à chaque dose sur l’ensemble de leur cycle vital afin de mesurer la variation individuelle dans la croissance, la reproduction et l’activité. Cette étape permettra d’ajuste le modèle TKTD en prenant en compte les différences individuelles d’histoire de vie et dans les paramètres de sensibilité aux pesticides. Le succès reproducteur sera ensuite utilisé comme proxy pour la valeur adaptative des individus afin de déterminer l’intensité et la forme de la sélection induite par l’exposition aux pesticides pour chaque dose utilisée. Le WP3 testera si la tolérance aux pesticides émerge également via des effets transgénérationnels en divisant la population F0 issue du WP2 en groupes contrôles ou exposés. Ce WP permettra de tester différents scénarios par lesquels des effets transgénérationnels peuvent se manifester : soit en limitant la capacité de récupération de la progéniture issue de parents exposés aux pesticides, soit en induisant une habituation ou une sensibilisation aux pesticides. Les données issues des WP2 et 3 permettront ainsi d’estimer la part relative de la sélection et de la plasticité transgénérationnelle dans l’expression des traits d’histoire de vie de vers de terre et dans leurs mécanismes de tolérance aux pesticides. Ces données serviront de base à un modèle individu-centré (WP4) pour prédire l’impact des pesticides sur la dynamique des populations de vers de terre et ses effets sur la minéralisation du carbone. En combinant nouvelles approches expérimentales pour estimer les effets évolutifs des pesticides et approches de modélisation avancées, EEWORM répondra à une question environnementale urgente : A quelle vitesse un ingénieur du sol s'adapte-il aux pesticides et à quels coûts pour les fonctions du sol ? Ce projet est une occasion unique pour moi de mener des recherches novatrices en écotoxicologie évolutive en tant que chargé de recherche nouvellement recruté à INRAE.

The Green ERA-Hub (GEH) represents 15 currently active EU ERA-Net Cofunds and self-sustained initiatives in the field of Agri-food and biotechnology. Together with already ended predecessor initiatives, they represent 29 co-ordination actions in which more than 1100 Mio Euro funding has been mobilised via 89 transnational calls. The ERA-Net scheme is a success model for transnational co-operation of national research programmes. The partners consider GEH an ideal measure to continue and extend this fruitful co-operation. The aims of GEH are to: - continue to build on previous achievements and further enhance cross-sector collaborations between Agri-food and biotechnology ERA-Nets, through joint transnational funding of collaborative research projects - valorise and implement joint activities supporting the market, regulatory or societal uptake of results after the end of individual ERA-Nets - identify common research and innovation priorities, agreed upon by the participating national programmes, and address them via new joint calls - preserve best practice and managerial competences - contribute to the planning and complement the implementation of the new HEU Partnerships and Missions - broaden the actions and impact of initiatives towards stakeholders and in terms of geographical coverage - contribute to achieve the strategic goals of the SDGs, in particular zero hunger, industry innovation and infrastructure, responsible consumption and production, life on land, partnership for the goals, the farm2fork strategy and EU's Green Deal. GEH will provide clear perspectives for ERA-Net (Cofunds), national research funders and researchers in the Agri-food and biotechnology sector to find dedicated support at the level of information, communication, co-operation, networking and joint transnational funding that best fits their needs. In turn, GEH will contribute to maintaining and strengthening EU's highly competitive position in Agri-food and biotechnology research.

To reach the targets of the Paris Agreement commitments for land degradation neutrality, for biodiversity, and to support the EU Green Deal, Europe needs to join its research and innovation forces on soil carbon with those around the globe in a coordinated manner. To scale up efforts for conserving and increasing soil carbon stocks and harness the co-benefits for climate change mitigation and adaptation, soil health and food security international coordination of research efforts is essential. In this context the EC supported a 1st Coordination action (CIRCASA) led by INRAE which brought together over 100 key stakeholders and 500 scientists from around the world who formalised an interest in establishing an International Research Consortium (IRC) on Soil Carbon built around an initial strategic research and innovation agenda (SRIA) focusing on agricultural soils. Operationalising the IRC requires further mobilization of the international community of stakeholders working on agricultural soil carbon but also other land uses and therefore expanding the initial SRIA as well as developing with international funding bodies an implementation plan and a central knowledge platform offering services to this community. The main goal of ORCaSa is therefore to launch and roll out the initial operational phases of the IRC on Soil Carbon so that by 2024 the IRC has established an international position as the coordinator of soil carbon research and innovation and related issues at global level offering a unique SRIA and implementation plan, supporting knowledge platform and enable the preparation of a disruptive low cost international recognized MRV system. To reach this overall goal, ORCaSa brings together European partners and 6 regional nodes covering the 5 continents around an ambitious 3-year work plan working hand in hand with the international every step of the way.

As part of the European Green Deal, the EU must achieve climate neutrality by 2050. The land use sector has a key role to play, which is recognized in the “Fit for 55 package”, where a climate neutrality target for the Agriculture, Forestry, and Other Land Use (AFOLU) is set for 2035. To enable fundamental transformations in the land use sector necessary to achieve the Green Deal, LAMASUS proposes a step change in land use sector governance from policy formulation to implementation to monitoring. LAMASUS builds on i) decades of experience in direct policy support, ii) unique modeling tools, such as GLOBIOM, the only model that integrates agricultural and land use sectors, and CAPRI, MAGNET and CLUE, which underlie JRC’s land use policy assessments, and iii) novel approaches mobilizing machine learning and citizen science. The project is driven by four key elements: EVIDENCE – dynamic monitoring of land use, management and related policies for evaluation and model calibration; UNDERSTANDING – state-of-the-art econometric and biophysical models to assess the role of past policies on changes in land use and management, and their economic and environmental impacts; TOOLS – a highly-integrated policy modeling framework with full sectorial coverage from agriculture and forestry to the whole economy, accounting for carbon, biodiversity and all relevant sustainability dimensions, at multiple scales (land use actors, country, EU level, global); GUIDANCE – a multi-level stakeholder dialogue for co-design of agriculture, forestry and climate policies by the EC, national and local governments and citizens, made accessible to stakeholders across multiple spatial scales through the novel web-based LAMASUS Portal. In this way, LAMUSUS will create a new level of societal engagement in which local actors contribute to the design of effective and efficient EU policies for climate neutrality and will serve as an exemplar for other policy processes within the European Green Deal.

Les sols sont des régulateurs clés du cycle global du carbone (C). Les amendements organiques des sols sont considérés comme appropriés pour séquestrer le C dans le sous-sol et contribuent à l'atténuation du changement climatique. Avec l'évolution des systèmes de valorisation de la biomasse et l'utilisation des centrales énergétiques, les amendements organiques utilisés en agriculture se sont diversifiés. La diversité des amendements de qualité différente (compost, digestat, biochar) remet en question notre capacité à juger de la persistance à long terme de l'amendement C dans les sols avant application. La persistance du C dans le sol est principalement une propriété de l'écosystème, mais les propriétés intrinsèques de la matière organique (MO) influencent toujours sa persistance. Récemment, une corrélation positive significative entre la décomposition microbienne à court terme (24 heures) de la MO dissoute et son retour sur investissement (ROI) énergétique a été découverte. Le retour sur investissement énergétique est le rapport entre le contenu énergétique total et l'énergie d'activation de la MO, indiquant le gain énergétique net pour les décomposeurs microbiens après un investissement énergétique initial. Il reste cependant inconnu si le ROI énergétique est un indicateur approprié pour prédire la persistance à long terme des amendements organiques dans le sol. Ce projet vise à évaluer les liens entre le retour sur investissement énergétique des amendements organiques et leur persistance à court et long terme (jours à année, année à décennies) dans les sols. Ainsi, il contribuera à notre compréhension générale de la persistance de la MO dans le sol. Son hypothèse globale est que les micro-organismes du sol décomposent préférentiellement les amendements organiques avec un retour sur investissement énergétique relativement élevé, conduisant à une persistance plus longue des amendements organiques avec un retour sur investissement énergétique relativement faible.