Modélisation et aide à la décision pour les exploitations et les filières agricoles

Aujourd’hui, la smart agriculture est considérée comme la solution à de nombreux problèmes agricoles. A l’aide des drones, des tracteurs et autres objets connectés et d’outils d’aide à la décision puissants, les agriculteurs peuvent adapter leurs opérations aux besoins des cultures. Si un drone détecte des plantes moins développées au milieu d’une parcelle, une dose d’engrais plus forte sera apportée localement pour accompagner le développement de la plante. Les perspectives de développement sont immenses pour une utilisation plus efficiente et moins polluante des engrais et produits phytosanitaires de synthèse.

Cependant, ces outils conçus pour les grandes cultures spécialisées (grandes fermes céréalières), restent difficiles à appliquer et à rentabiliser sur des fermes diversifiées (comme les fermes maraîchères auxquelles je m’intéresse particulièrement). La culture spécialisée sous serre est une exception ; dans ce milieu contrôlé et artificialisé, de nombreux modèles sont développés pour ajuster les paramètres de lumière, température, irrigation et nutrition nécessaires à chaque plante. Je m’intéresse aux outils d’aide à la décision qui accompagnent la montée en compétence du producteur diversifié pour mieux gérer son exploitation.

Il existe de nombreux approches pour traiter l’aide à la décision en agriculture, notamment dans le domaine de la Recherche Opérationnelle.

Le système de production agricole, un modèle du fonctionnement de l’exploitation agricole

L’analyse systémique est un outil intellectuel pour appréhender la complexité des situations réelles agricoles que nous étudions. L’analyse méthodique de l’organisation et du fonctionnement de l’agriculture à différents échelles nous donne une vision approchée et compréhensible
d’une réalité en constante évolution (Mazoyer et Roudart, 2002). Un système de production est la modélisation d’une exploitation type, représentant un ensemble d’exploitations possédant la même gamme de ressources et pratiquant une combinaison similaire et spécifique de systèmes de culture et de systèmes d’élevage (Garambois et Devienne, 2012).

Le système de production est un ensemble d’éléments en interaction dynamique, organisés pour atteindre un certain niveau de production. Il a une cohérence interne entre les éléments constituant le système. Le système de production fonctionne, évolue, se reproduit, se transforme ou disparaît en fonction de facteurs internes et externes. Modéliser le fonctionnement d’un système de production nécessite de définir un « état » du système, de l’imaginer stable à un moment donné (Cochet, 2011a). Le système agraire est quant à lui un « un mode d’exploitation du milieu, historiquement constitué et durable, adapté aux conditions bioclimatiques d’un espace donné, et répondant aux conditions et aux besoins sociaux du moment » (Mazoyer, 1987). Le système agraire caractérise de façon dynamique les interactions entre différents systèmes de production avec l’agroécosystème à l’échelle d’une région agricole cohérente.

Le modèle de système de production reste une représentation finalisée d’une situation réelle. Il ne traduit jamais la réalité dans toute sa complexité, mais est une tentative de compréhension et de reproduction des principaux processus guidant l’évolution d’un objet réel, une exploitation agricole.

Composition et caractéristiques d’un système de production

Le système de production traduit l’interaction complexe entre des processus naturels et une séquence spatiale et temporelle de techniques humaines pour agir sur ces processus biophysiques (Garcia et al., 2005; Le Gal et al., 2009). Un système de production agricole est la combinaison cohérente de systèmes de culture et d’élevage à l’échelle de l’exploitation agricole. Il mobilise des ressources disponibles sur la ferme (travail, capital, terres, matériels et connaissances) ou fournies par son environnement, afin de produire des biens et services, autoconsommés ou vendus hors de l’exploitation (Le Gal et al., 2011). Le fonctionnement du système de production est très lié à l’environnement naturel, social, politique et économique. Ainsi, un système de production implique plusieurs fermes, plusieurs familles, les populations et communautés proches, les acteurs économiques et politiques (Woodward et al., 2008)

Une des difficultés de la modélisation des systèmes de production réside dans le fait que de nombreuses règles de décision sont inaccessibles de prime abord à l’observateur, car implicites et subjectives pour le producteur (McCown, 2002). Au-delà des considérations purement techniques, il est nécessaire de faire appel aux sciences sociales pour déterminer les raisons des choix des producteurs et trouver la rationalité qui guide le fonctionnement du système de production (Cochet, 2011).

Le système de culture est une représentation logique de la succession des cultures et de la séquence des opérations pratiquées par l’agriculteur sur une parcelle ou d’un groupe de parcelles travaillées de façon similaire (Cochet et Devienne, 2006). Le système de culture est lié à la notion d’itinéraire technique. Le système d’élevage est la représentation du fonctionnement du troupeau ou d’un lot d’animaux menés de façon homogène. Il comprend notamment les stratégies de reproduction et d’alimentation.

Management et prise de décision

La plupart des exploitations françaises s’inscrivent dans ce que l’on appelle l’agriculture familiale, où cellule domestique et entreprise agricole sont fortement liées. En 2010, 69% des exploitations étaient des exploitations unipersonnelles (Grandjean et al., 2016). Les agriculteurs assurent aussi bien la gestion de l’entreprise que la réalisation des tâches quotidiennes. Le producteur décide souvent seul de la séquence des opérations et de leur mise en oeuvre pour atteindre ses objectifs en se fondant sur sa connaissance empirique de l’environnement (Garcia et al., 2005). Cela implique une interconnexion, souvent combinatoirement complexe, des niveaux de décisions, sur différentes échelles spatiales et temporelles (Le Gal et al., 2011; Jang et Klein, 2011).

La distinction entre les échelles stratégique, tactique et opérationnelle n’est pas toujours simple en fonction du problème étudié ! Je m’intéresse particulièrement à l’échelle de la ferme car c’est à cette échelle que les producteurs prennent leurs décisions, allouent leurs différentes ressources, priorisent les activités, décident les investissements. C’est aussi à cette échelle qu’ils prennent en compte les risques et aléas propres à l’agriculture et qu’ils définissent leur réponse à ces aléas aux différentes échelles spatiales et temporelles.