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National audience; In French West Indies, local authorities have proposed composting as a sustainable practice for recycling organic wastes, as well as for orientating farmer towards the use of organic amendments to fertilize degraded tropical soils. The aim of this study was to identify the determinants of compost adoption in Guadeloupe (French West Indies). The study was based on a survey of 520 farmers covering a wide range of agro-ecological regions and cropping systems. Fourteen biophysical and socio-economic variables were used to explain compost adoption with a logit regression model. Our results revealed an adoption rate of 18%, which is mainly determined by the nature of cropping system at the farm level. Although banana, vegetable and tuber crops affected positively the adoption rate, sugarcane affected it negatively. Farmer experience, education and information also affected positively the adoption rate but their effect was less compared with that of the cropping system. Farmer's age and livestock activity had a slight negative effect on compost adoption. The logit model was used to simulate the effect of the analysed variables on adoption under different agricultural scenarios, and to propose the implementation of Agri-Environmental Schemes promoting the use of composts under tropical conditions.; Aux Antilles françaises, les autorités locales ont proposé le compostage comme une pratique durable pour le recyclage des déchets organiques, ainsi que pour orienter les agriculteurs vers l'utilisation d'amendements organiques pour fertiliser des sols tropicaux dégradés (Conseil Départemental de la Guadeloupe, 2011). Le but de cette étude était d'identifier les déterminants de l'adoption du compost en Guadeloupe (Antilles françaises). L'étude se base sur une enquête conduite auprès de 520 agriculteurs, couvrant un large éventail de régions agro-écologiques et de systèmes de culture. Quatorze variables biophysiques et socio-économiques ont été utilisées pour expliquer l'adoption du compost par les agriculteurs à l’aide d’un modèle de régression logistique binaire (modèle logit). Nos résultats ont révélé un taux d'adoption de 18%, principalement déterminé par l’orientation productive au niveau de la ferme. Bien que les cultures de banane, de légumes et de tubercules ont un effet positif sur l’adoption, la canne à sucre a un effet négatif. L’expérience de l’agriculteur, le niveau d’éducation et l’accès à l’information affectent également positivement le taux d’adoption, mais leur effet est moindre. L’âge de l’agriculteur et la pratique de l’élevage ont un léger effet négatif sur l’adoption du compost. Le modèle d’adoption logistique a été utilisé pour simuler l'effet des variables analysées sur l'adoption pour différents scénarios agricoles, et ainsi proposer des programmes agro-environnementaux favorisant l'utilisation des composts en Guadeloupe et dans des contextes tropicaux similaires.

Interest in renewable energy from agricultural biomass has increased in recent years. Among renewable energy sources, biomass is considered indeed as an attractive option for sustainable energy production. This is particularly true in the case of small tropical island states, where energy demand is increasing and the energy mix currently heavily relies on fossil imported resources. Diversifying and orientating the energy mix toward locally grown energy crops could therefore be a promising sustainable option. However, the introduction of such bioenergy systems under existing conditions and current agricultural models is still rather uncertain and requires achieving several sustainable goals. In order to build new sustainable energy systems, assessing the conditions for a sustainable and profitable biomass supply is a critical step prior to industrial investment. In this paper we present the results of an interdisciplinary research program aimed at identifying the agro-environmental, economic and industrial conditions for producing electricity from energy cane in Guadeloupe.

National audience; In order to build sustainable agricultural land systems, agronomist should adopt a landscape perspective by simulating 1) scenarios at the landscape scale, 2) farmers’ decision processes for cropping system choices, and 3) cropping systems performances at field scale. We here propose a modeling framework, based on a scenario approach with an optimization model to prototype sustainable land systems. The framework uses a regional bioeconomic model which integrates farmers’ decision process on the adoption of cropping systems at field scale. Farmers’ decisions are driven by a combination of spatially explicit biophysical conditions of their fields in a landscape and socio-economic condition of their farms in a regional and global context. The scenario method encompasses normative, exploratory, optimized scenarios to assess the potential of levers to improve the response of agricultural land systems to sustainability goals with scenarios. The framework was tested in Guadeloupe for defining a set of scenarios assessing several combinations of agronomic, technical, economic and social levers to build new agricultural land systems improving the contribution of agriculture to sustainable development. The pathway of scenario development proposed by the framework led to the definition of a multi-functional "Go sustainable" scenario in Guadeloupe that combined among others new cropping systems, with a reorientation of subsidies towards local productions, a more experienced workforce and a ban of food crops production on polluted soils. This scenario increased the food and energy self-sufficiency, the employment and decreased the risk of pollution in water bodies and the risk of contamination of crops due to polluted soils. This framework can be used to understand the potential of response to sustainability issues to help local decision makers in the definition and implementation of policies that take into account the diversity of farms and field conditions in the region.

International audience

National audience; Agricultural landscapes drive the provision of several ecosystem services. These landscapes are the partial results of farmer cropping system choices at the field and farm levels. Cropping system choice is driven by a range of parameters that act at the field, farm and regional scales such as biophysical parameters, farm structure and regional quotas. Bioeconomic models can assess ex ante the impacts of policies on landscapes resulting from the modification of farmer choices. They have scarcely been used for assessing new spatially-explicit agricultural landscapes with the integration of the field, farm and regional scales (Delmotte et al., 2013). To assess the effects of policies on the landscapes change and the regional sustainable development, we built a regional, spatially explicit, multi-scale bioeconomic model of farmer cropping system choices. The model is tested in Guadeloupe, a French archipelago in the Caribbean islands. The Multi-scale model of the crOpping Systems Arrangement and Its Contribution to sustAinable development MOSAICA produces new agricultural landscapes at the regional scale by optimising the allocation of cropping systems regionally at the field scale. It accounts for the constraints and opportunities at the field level (e.g. soil types), the farm level (e.g. the availability of production factors), and the regional level (e.g. the policies implemented). The inputs of MOSAICA are i) the geographic database of fields, ii) the database of activities that describe the cropping systems that can be allocated to fields and iii) a farm typology. The geographic database is composed of fields represented by polygons with relevant information for the cropping system allocation defined with geographical information systems, statistical data or farm surveys. The activities are cropping systems defined with technical coefficients and externalities derived from previously published papers, relevant documentation or expertise from local advisers. The farm typology is built with a classification tree that can help observe farming system changes across scenarios. For each farm type a risk aversion coefficient is allocated and used as the calibrating parameter of the model. The model optimizes the overall farmer's utilities, which includes the revenue and the risk aversion coefficient which is the calibrating parameter, similar for all the farms initially classified in the same type. The allocation of cropping systems is modelled through a set of equations that model the choice of cropping systems by farmers at different scales, namely the field, farm, sub-regional and regional scales. The prediction capacity of the model was assessed in Guadeloupe at field and regional scales by comparing the initial crop areas and the simulated ones and the initial and observed farm types at farm scale. The outputs of the model are the new agricultural landscape and the calculation of 19 sustainability indicators. These indicators assess the impact of agriculture on society and environment at a regional scale by accounting for cropping system externalities at plot scale and the location of these cropping systems throughout the region by using scale change methods. As an illustration of its possible interest, we used the model to assess the consequences of three scenarios accounting for expected future modifications of subsidies. In the “area reallocation” scenario, the subsidies are reallocated to each crop with an amount of 1768€.ha-1. The “workforce reallocation” is the reallocation of subsidies per unit of workforce with an amount of 15569€ per worker. The “decoupling” scenario is the decoupling of subsidies from production. Results from the evaluation were good at all the scale tested (similarity of 91% at regional scale, 80% at farm scale and 75% at field scale) which means that the model can be used for scenario analysis. The scenario modified the repartition of cropping systems in landscapes in a spatially explicit way. The results are summarized in this abstract at the regional scale.The general trends observed throughout the three scenarios demonstrate a sharp decrease in sugarcane and banana production over the island with their total disappearance in the "area reallocation" scenario and in the "decoupling" scenario only for banana farms. By contrast, the areas devoted to pasture and fallow fields increase and the area devoted to crop gardening and orchards increase more progressively, as well. The consequences of these new landscapes are assessed based on spatially explicit indicators at the regional scale. In terms of economic sustainability, these three developed scenarios were relevant because they performed better than the base year in terms of economic sustainability especially the “area reallocation” scenario with the increase of the agricultural added value to 138M€.yr-1 and the decrease of subsidies to 60M€.yr-1. For social sustainability, the scenarios performed better in terms of food self-sufficiency, especially scenario 3, with an increase of nearly 50% in food-self-sufficiency. In focusing on environmental sustainability, the pressure on biodiversity and water resources decreased over the three scenarios. The modelling of farmers cropping system choices and the creation of agricultural landscapes resulting from the modification of a set of rules at different spatial scales is useful for the prototyping of landscapes. This multi-scale modelling is especially important for addressing sustainability issues, such as food security or biodiversity preservation that require multi-scale strategies for resolution. Our set of indicators can even assess the trade-offs in the provision of services by displaying the direction of change in the indicator value between the base year and the scenarios. The bioeconomic model MOSAICA integrates the different scales involved in the decision-making process of farmers and policy makers, id est the plot, farm, sub-regional and regional scales. This integration of agricultural systems allows for the testing of the multi-scale policy and parameter changes that are involved in agricultural production and the assessment of these changes on the provision of ecosystem services with spatially explicit indicators. Our model could be relevant for testing spatially targeted policies aimed at improving the contribution of agriculture to sustainable development.

International audience; In order to cope with several actual and future major issues like climate change, natural resources depletion, protection of biodiversity, ensuring food security, innovative agricultural systems have to be developed. These systems have to satisfy a set of objectives at the field, the farm and the territory scales and their design has to take into account explicitly the interactions between these scales (Veldkamp & Lambin, 2001). We propose a simple framework to this end and apply it to two questions in Guadeloupe: 1) the ex ante assessment of low-input innovative cropping system and their potential of adoption by heterogeneous farmers and 2) the design of new mosaics of cropping systems satisfying several sustainability goals at the territorial level and taking into account farms’ constraints.

International audience; In order to insure the provision of food and services by agriculture while limiting its negative impacts, innovative agricultural systems have to be designed. The design of such systems has shown some limits in addressing regional and global issues. For instance, at the field scale, some cropping systems may fail to reach the objectives defined at the regional scale due to the low scaling integration and the spatial heterogeneity in the region. Model-based prototyping of agricultural landscapes can allow the impact assessment at regional level of drivers that act at field, farm and regional levels. In order to ascertain whether a combination of levers can drive agriculture towards sustainability, we designed a modeling framework, to explore successive steps of scenario development and assessment with indicators. To this end we introduce an approach based on several types of scenarios. The method is built to i) understand the potential levels of sustainability that can be reached by the cropping system mosaics and ii) gain knowledge on the potential levers of change of the cropping system mosaics. The framework guides the assessment of the consequences of several types of scenario, with a regional bioeconomic model, on the organization of cropping systems. Indicators are used to assess the cropping systems externalities at regional scale. An iterative approach is presented to guide the use of the model with different phases (Fig. 1): scenarios are built in a pre-modeling phase; they are implemented in a modeling phase for visualizing their consequences on the cropping system mosaics; the post-modeling phase assesses the contribution of the cropping system mosaics to sustainable development. We built our framework around the MOSAICA regional bioeconomic model (Chopin et al., submitted). MOSAICA optimizes the overall farmer's utilities by allocating cropping systems to their spatially located plots. The allocation process of cropping systems to plots, recorded in a geographical database, is driven by several types of constraints or objectives implemented at different spatial scales among which biophysical, economic, structure constraints at field, farm, sub-regional or regional scales. The optimization of farmer's utilities or other variables of the system produce new agricultural landscapes that are assessed with a set of sustainability indicators. In our framework, the MOSAICA model is used with four different types of scenario for prototyping agricultural landscapes for one specific goal (such as energy self-sufficiency). First, short-term optimized scenario provides a target value by optimizing one given sustainability indicator (e.g. the production of biomass for electricity). Secondly, an exploratory scenario combines several types of levers (economic, agronomic...) to reach the target value defined before (the overall farmer’s revenue is maximized). Thirdly, normative scenario is introduced to assess whether or not the target can be reached with the levers from the exploratory scenario. Fourthly, a long-term optimized scenario is parameterized to assess the relevance of levers to improve the long-term potential of the system (by optimizing the production of biomass with the levers selected). The levers that improve the state of the system for each objective, (increase food production, employment...) are selected and combined in a last exploratory scenario called "Go sustainable" scenario to improve the overall response of agricultural landscapes to sustainable development. We here present some results from the use of the framework in Guadeloupe, a French archipelago in the Caribbean for the energy self-sufficiency objective (Chopin et al., 2015). The levers tested are the decrease of subsidies for sugar, the setting up of a biomass industry for electricity production and the addition of a crop energy activity for farmers. The response to the sustainability objective increases with levers that help achieve the objective of producing 56MW.yr-1 and also improve the potential of response of the landscape in long-term scenario to 93MW.yr-1. The "Go sustainable scenario" which combines all the relevant levers selected for each of the five objectives improves the system by increasing its contribution to each objective selected (Fig. 2). For instance, the response of the food self-sufficiency objective increased by 150% and the overall agricultural value doubled compared to the initial landscape due to the development of crop-gardening, in the south of Guadeloupe, and energy crops within the entire region. The modeling framework guides the use of the regional model could be used in other regions to help identify the most appropriate levers to increase the response of agriculture to sustainable development. This holistic approach provides analysis of changes that occur at the regional, the farm and the field scale, and can highlight the evolution of externalities of cropping system mosaics in a quantitative and spatially explicit way.

International audience

International audience; Farming system design needs to adopt a landscape perspective in order to better respond to sustainability issues at the regional scale. Thus, we built a method at the regional scale to design agricultural land systems accounting for field characteristics and farm diversity, current farming systems and cropping systems, and the ecological processes (e.g. pollution of water bodies) at the regional scale. This method encompasses the definition of a farm typology to approach farmer's decision processes in term of cropping system choice. This farm typology is integrated within a regional bioeconomic model that produces new agricultural land systems by simulating farmers' decision processes in term of cropping system choices at plot scale, within the entire region. These new agricultural land systems are assessed with a set of indicators to provide information on their response to sustainability issues. This model coupled to the indicators are used within a scenario route to provide information on the relevance of combination of agronomic, economic, social and environmental levers to improve the contribution of agriculture to sustainable development. The method is applied in Guadeloupe for prototyping agricultural land systems that improve the response of agriculture to economic, social and environmental challenges with levers such as "agro ecological crop-gardening cropping systems", "energy crop", "changes in crop subsidies" and "availability of experienced workforce in farms". This method could be used in the Caribbean islands to help decision-makers improve the response of agriculture to sustainability challenges such as reaching food self-sufficiency, increasing employment and decreasing environmental impacts of agriculture. Coupling this approach to land use change study could provide a way of designing future sustainable islands.

In order to seek opportunities to mitigate emissions of greenhouse gases, increase carbon sequestration and build capacity of agricultural systems to adapt to climate change, innovative climate smart agricultural landscapes satisfying multiple sustainability goals have to be designed. Whereas several qualitative methods have been proposed to design new agricultural landscapes, we lack a holistic, quantitative, spatially explicit and integrated modelling framework to design new agricultural landscapes as a function of adaptation strategies. In this paper, we propose such a modeling framework, based on a scenario approach coupled to an optimization model which prototypes cropping system mosaics at the landscape scale. The finality of the modeling framework is to identify levers for building climate smart agricultural landscapes. To simulate the land use change, our modelling framework includes a bio-economic model that explicitly accounts for scenarios of 1) policies, markets and sustainability issues, 2) farmers’ decision process and 3) cropping system performances at the field scale, under heterogeneous socio-economic and biophysical farming situations. The modelling framework also includes a set of indicators aimed at assessing quantitatively the ability of the designed landscapes to be climate-smart. The implementation of the framework in Guadeloupe, a 1800km2 tropical island, proved to be relevant since we designed prototypes of climate-smart agricultural landscape satisfying the several sustainability goals targeted: climate change adaptation, sequestration of soil C, the increase in food and energy self-sufficiency and the decrease of the risk of pollution in water catchments. By providing quantitative information on the impacts of adaptation scenarios and on the trade-offs that have to be made, the framework can help policy makers to build a “triple win” climate-smart agriculture increasing food security, adaptation and mitigation.

Interest in renewable energy from agricultural biomass has increased in recent years. Among renewable energy sources, biomass is considered indeed as an attractive option for sustainable energy production. This is particularly true in the case of small tropical island states, where energy demand is increasing and the energy mix currently heavily relies on fossil imported resources. Diversifying and orientating the energy mix toward locally grown energy crops could therefore be a promising sustainable option. However, the introduction of such bioenergy systems under existing conditions and current agricultural models is still rather uncertain and requires achieving several sustainable goals. In order to build new sustainable energy systems, modelling the biomass supply is a critical step prior to investment. In this paper we propose an original modelling framework in order to tackle this issue in an integrated approach. Our framework consists in the linkage of three types of models: 1) a biophysical crop model to simulate agronomic options (including choice of genotypes, crop and soil management), 2) a farm scale model aimed at simulating farmer’s decisions to adopt growing biomass and 3) a spatially explicit model whose aim is to simulate at the regional scale the biomass supply and sustainability indicators. The framework is applied to the building of scenarios of fibercane-based energy systems at territorial scale in Guadeloupe, a small tropical island in the Caribbean. Through an optimisation module, it is possible to identify agro- economic scenarios of biomass systems satisfying multiple objectives and constraints in a sustainable way. We finally discuss about the genericity of our approach and on factors affecting the success of biomass systems implementation in small tropical island states.

La chlordécone (CLD), molécule organochlorée, persiste dans les sols des bananeraies où elle a été appliquée entre 1972 et 1993. Elle contaminera eaux, végétaux et population pour de nombreuses décennies. Le projet RivAGE aborde notamment la question de la gestion de cette pollution à travers la production et l'accompagnement d'innovations pour réduire l'exposition des populations et les impacts environnementaux associés aux usages de la CLD. Une première étape est d'aboutir à une représentation partagée des relations de "causes à effets" entre l'homme et l'environnement. Pour cela, le projet s'intéressera aux composantes physiques, biologiques, écologiques, socio-économiques de l'environnement. Une seconde étape consiste à identifier les innovations qui permettront de mieux gérer le risque de pollution et à accompagner les acteurs dans leur mise en oeuvre. Les observations sont conduites à l'échelle de deux sites ateliers, l'un en Guadeloupe, l'autre en Martinique. Les résultats escomptés sont à la fois des connaissances nouvelles sur la pollution par la CLD et aussi des produits opérationnels (modèles, pratiques agricoles...) qui contribueront à réduire l'exposition des populations et des écosystèmes.

Face à la multiplication et la complexité croissante des objectifs assignés à l’agriculture, les méthodologies de conception et d’évaluation ex ante de systèmes de culture innovants font l’objet d’un effort de recherche très soutenu. Cependant malgré le foisonnement de recherches et de productions d’outils disciplinaires, peu de recherches d’interface ont été entreprises, ce qui limite les possibilités d’évaluations ex ante globales des systèmes innovants, de la conception à l’adoption par les agriculteurs. L’objectif de cette thèse est de contribuer à l’avancée de ces travaux, en proposant une méthode transdisciplinaire d’évaluation ex ante de systèmes de culture innovants basée sur la combinaison d’outils de modélisation issus de l’agronomie et de l’économie. A partir d’une analyse de la littérature actuelle et de ses forces et faiblesses, nous construisons une méthode originale qui se décompose en 4 étapes : i) modélisation de la diversité des exploitations et prototypage de systèmes innovants plus durables, ii) utilisation d’un modèle de culture pour simuler le fonctionnement biophysique des innovations dans les types d’exploitations, iii) évaluation des impacts de l’adoption sur le fonctionnement et les performances des types d’exploitation à l’aide d’un modèle bio-économique d’exploitation, iv) modélisation ex ante de l’adoption par les planteurs à l’aide d’un modèle économétrique. La méthode est ensuite appliquée à la conception et à l’évaluation ex ante de prototypes de systèmes de cultures bananiers aux Antilles françaises, qui traversent actuellement une crise socio-économique et environnementale sévère. L’application de la première étape de la méthode a permis d’identifier 6 types d’exploitations très contrastés avec des problèmes de durabilité se déclinant différemment et de mettre au point 16 prototypes de systèmes innovants impliquant plante de couverture cultivées en association ou en rotation, nouvelles variétés de bananiers, et réduction de l’usage des intrants chimiques. La deuxième étape a montré que les performances agronomiques des prototypes peuvent varier considérablement d’un type d’exploitation à un autre, et que certains systèmes semblent très prometteurs sur le plan agronomique et environnemental. Cependant les modélisations réalisées en étape 3 et 4 montrent que d’une part, des innovations performantes à la parcelle peuvent poser des problèmes de trésorerie et de charge de travail à l’échelle de l’exploitation, et que d’autre part certaines innovations très prometteuses ont pourtant un taux d’adoption faible. Les résultats du modèle économétrique et des simulations réalisées en étapes 2 et 3 permettent alors de définir un ensemble de propositions d’action à destinations des acteurs de l’innovation et du développement en vue de maximiser les chances d’adoption de systèmes plus durables. Le dernier chapitre de cette thèse revient sur les forces et les faiblesses de la méthode et souligne sa généricité potentielle qui devrait donc permettre d’étendre son application à d’autres contextes afin d’assurer une meilleure adéquation entre les innovations produites par la recherche agronomique et les attentes des agriculteurs et de la société., Agricultural production is evolving towards systems able to provide multiple objectives in order to satisfy the complex concerns related to sustainability, therefore leading agricultural research to bear growing interest in the development of methodologies to allow the design and assessment of innovative cropping and farming systems able to fulfil these constraints. Although the number and the diversity of tools and concepts are increasing, only few transdisciplinary research have been done, therefore limiting the development of methodologies for integrated assessment from the design to the adoption of innovations by farmers. The objective of this thesis is to propose a trandisciplinary method for ex ante assessment of innovative cropping systems in order to palliate this shortcoming in the current research. After a survey of available assessment methodologies, we propose an original method which is made of a four-step approach: i) modelling farm diversity and prototyping innovative cropping systems, ii) use of a crop model to simulate the biophysical impacts of innovations for the different farm types, iii) development of a bio-economic farm model for assessment of the impacts of the adoption of innovations at farm level, and iv) econometric modelling of adoption by farmers. The method was then applied to the design and assessment of innovative cropping systems for banana production in the French West Indies, that are currently facing severe economic and environmental crisis. The first step led to the identification of six contrasting farm types and sixteen cropping systems prototypes, invoving rotation of banana with cover crop, intercropping, and regulation of pesticide use. The second step showed that the performances of innovation may differ greatly among fram types, and some systems appear to be promising from both agronomic and environmental critera. However simulations made in step 3 and 4 showed that promising innovations at field level maight have negative impacts at farm level while some promising innovation have low probability of adoption. Results of econometric model and bio-economic simulations made possible to define a set of proposals for local research and development stakeholders in order to improve the likelyhood of adoption of the innovations. In the last chapter we present a critical analysis of the advantages and shortcomings of our approach underling the genericity of the methodology, and the potential extension of its application to other context, for better matching the innovations with society and farmers demands.

The achievement of sustainable agriculture, economically viable, socially equitable, environmentally sound and capable of providing sufficient amounts of food in both quantity and quality for a population is a major challenge of agricultural research. In Guadeloupe, a French overseas territory located in the Caribbean, agriculture is currently facing some difficulties for reaching food self-sufficiency. Crop production weakly covers the needs of the population and consumers must buy expensive imported foodstuff. In this context, local and national decision-makers started thinking about the emergence of new local agricultural production in favor of food security by “the diversification of agricultural productions†towards local vegetables and fruits. However, achieving food self-sufficiency is highly complicated due to the multi-scale nature of this topic. Constraints for food crops cultivation can be found at each scale, the field with cropping systems not well adapted for the production of food crops, the farm with limited production resources, e.g. workforce, the region with a lack of water provision by specific water services. Agricultural policies can overcome these constraints by modifying the current state of the agricultural system at each spatial scale. In order to understand what would be the conditions for achieving food self-sufficiency, we built a static multi-scale bioeconomic model based on mathematical programming. This model simulates the decision process of 5336 farmers in Guadeloupe in terms of choice of cropping systems for their 25054 fields. A geographic database and activities compose the inputs of the model. The geographic database is built with a large range of geographical information encompassing the slope, the soil type, the altitude, the access to irrigation while the activities are a set of cropping systems determined by the expert knowledge of local farm advisers. that defined both allocation rules of the cropping systems at each spatial scale and mean outputs of cropping systems. A explorative scenario with new food crop systems at field scale, increased quantities of workforce at farm scale and extension of water provision areas at regional scale showed a large increase in food self-sufficiency. Such changes tested in our model appear as possible levers for actions that could be targeted by agricultural policies.

International audience; In 2009, yam production was 50 million tons all over the world (FAO, 2009). It is the main food crop in Guadeloupe and the fourth crop after sugar cane, banana and melon (Chambre d’Agriculture, 2009), all threes targeting the European market in majority. One priority and objective of agronomic research in the French Antilles is to foster the development of agrifood chains. Next to the well structured and dominating crops that are sugar and banana, yam production appears to be an informal and still not very well known sector. The objective of the present study is to characterize yam marketing chains in Guadeloupe. Yam producers and distributors were inquired for that purpose. The actors of yam marketing are numerous and the diversity of the marketing chains is high. Whereas imported yam is mostly sold via a structured network, locally produced yam is sold via informal networks in which the rules of coordination between actors are based on truthfulness and moral contracts. Marketing chains are contrasted and imply different types of exchange. For example in the direct sale chain, yam is sold directly from the producer to the consumer whereas yam that is sold in the supermarkets goes through a more important number of intermediaries. The different types of market retailing channels imply different requirements and constraints that influence farmers’ choices of commercialization. These reveal farmers’ strategies. Some producers rely mainly on yam for their income and prefer to maximize their profit by selling their production on farms or markets. For others, growing yam is only one production alongside their main crop and they prefer to sell it quickly thanks to intermediaries. Our results suggest that a way to develop yam agrifood chain is by improving the matching between supply and demand. Therefore, it is necessary to better know consumers’ expectations and to study the determinants of their buying choices for yam (warranty of origin and way of production, taste criteria, prices…).

National audience

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One of the major challenges in forest ecology is to understand the ecology, physiology and potential responses of the> 250000 species of vascular plants of the planet through the categorization of this diversity into functional groups. This approach is essentially based on functional traits analysis, but few investigations were made in tropical areas. The aim of this study was to determine functional groups in two contrasted tropical ecosystems, dry (DF) and mountain rain (MRF) forest (respectively rainfall of 1 200 mm/year and 10 000 mm/year). Guadeloupe Island in FWI presents both these ecosystems spread over less 100 km. In a first time, we developed an original species typology based on 7 "soft" traits, easy to measure (stomatal density, leaf trichom density, chlorophyll content, leaf nitrogen content, specific leaf area, wood density, leaf area, plant height). The method was based on principal component analysis (PCA) and agglomerative hierarchical clustering (AHC) applied to these traits measured at the individual level (Blazy et al., 2009). In a second time, we evaluated the relevance of these soft trait-based groups compared to a typology based on 5 "hard" ecophysiological traits, more costly to quantify but with higher functional significance (difference between predawn and minimum leaf water potential, stomatal conductance, maximal carbon assimilation rate, leaf water potential at 90% of loss of stem hydraulic conductivity). When performed on the dominant canopy species in DF and MRF (a total of 13 species and 60 mature individuals), the typological approach based on soft traits seems relevant to discriminate groups with a distinct functional reality. Through both ecosystems, we obtained 4 homogenous groups. Two were exclusively composed by DF's or MRF's species, indicating that a functional strategy can be linked to specific environmental conditions. The two other groups showed a mix of DF and MRF species indicating that different functional strategies can coexist in the same environment. These mixed groups seem distinct by their ecophysiological features, particularly in term of hydraulic characteristics. One group was composed by drought tolerant species, water spender species, with a high xylem embolism resistance, whereas the second one was composed by water saver species, less resistant to embolism. Therefore, a determination of functional groups based on soft traits could be useful to model ecosystem's responses to environmental changes on a global scale.

Parce qu'elle est basée en premier lieu sur l'utilisation de l'espace (de la parcelle au bassin versant), parce que les limites de parcelle restent impuissantes à arrêter les flux de matière, l'agriculture reste un élément clé de la gestion des milieux anthropisés et naturels. A travers sa relation à son environnement, l'agriculture constitue de fait un élément d'ingénierie écologique incontournable. Les questions liées aux pesticides en sont un témoignage exemplaire : (1) d'une part en raison de la gravité des impacts environnementaux générés (2) et d'autre part en raison des fortes injonctions à " l'écologisation " des pratiques. A l'interface entre agronomie et écologie, se pose la question de la contribution d'une ingénierie agroécologique à la gestion du milieu. On pose l'hypothèse que la connaissance des mécanismes de dispersion et de contamination des êtres vivants à l'échelle du bassin versant, en surface comme en souterrain, peut permettre d'identifier les processus écologiques à optimiser (fonction de rétention, séquestration... ) et les pratiques agricoles correspondantes pour préserver les ressources sols et eaux. C'est ce qu'étudie le projet RIvAGE dans le cas des Antilles qui associent une pollution sans précédent et des systèmes diversifiés. L'agriculture joue sur les processus de dispersion des polluants. Les pratiques agricoles interfèrent sur les apports (sources), les processus de rétention (stockage), de dégradation et de mobilisation par les eaux. Une première étape sera d'acquérir des connaissances sur les processus de contamination du milieu. Les processus suivants seront observés : rétention des polluants dans les sols, (re)mobilisation dans la solution du sol, transfert et impacts vers les cultures et les écosystèmes aquatiques (eau et animaux). Un système d'information permettra de regrouper puis de diffuser les connaissances produites auprès des ingénieurs de l'agroécologie. Une seconde étape sera alors d'identifier différentes innovations agroécologiques pour réduire la dépendance des agro-systèmes aux pesticides et restaurer la qualité des sols et des eaux. Un dispositif participatif permettra d'évaluer les innovations identifiées à l'échelle d'un territoire et de promouvoir les plus pertinentes. Il s'appuiera sur un modèle des représentations biotechniques, sociales, économiques des relations entre homme et environnement pour identifier les indicateurs d'évaluation des innovations. In fine, le projet contribuera à réduire l'exposition des populations et des écosystèmes aux pollutions par les pesticides en conciliant efficacité agronomique et environnementale et efficience économique.

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National audience; En Guadeloupe et en Martinique, la production bananière doit relever le défi de mieux conjuguer performances économiques et environnementales. Les pratiques intensives et la monoculture ont en effet eu pour conséquence le développement parasitaire, une baisse de la fertilité des sols et une contamination par les pesticides des sols et des écosystèmes. Pour améliorer la durabilité de la filière, des techniques d’assainissement et de restauration de la fertilité ont été mises au point depuis le début des années 1990. Ainsi, différents travaux ont montré l’intérêt d’introduire la jachère ou d’autres cultures en rotation, notamment pour maîtriser le parasitisme de façon à réduire l’utilisation des pesticides. Malgré la mise en place de dispositifs institutionnels de soutien à l'adoption des jachères, les niveaux d'adoption actuels apparaissent bas et contrastés selon les types d'exploitation. Dans cet article nous conduisons un état des lieux sur les niveaux actuels de pratiques des rotations en culture bananière, sur les performances associées à ces pratiques ainsi que sur les freins et motivations à l'adoption. L'étude des conditions d'adoption est envisagée selon deux approches: une approche ex post visant à expliquer pourquoi les planteurs ont ou n'ont pas adopté des pratiques de rotation, et une approche ex ante visant à identifier le consentement à l'adoption de différentes plantes de service candidates à une utilisation dans le cadre de rotations assainissantes en culture bananière. Après une revue bibliographique sur les déterminants de l'adoption de l'innovation en agriculture, notre stratégie de recherche s’est basée sur une enquête de terrain et une modélisation économétrique des décisions d'adoption. Si en Guadeloupe 68% des agriculteurs pratiquent une période de rotation ou de jachère, le niveau d'adoption des rotations est de seulement 28% en Martinique. Nos résultats confirment que la pratique de rotation est le plus souvent associée à de meilleurs rendements. Avec des niveaux compris entre 40 et 60%, le consentement des planteurs à adopter les plantes de service est moyen. Seul l’ananas en Martinique, avec un niveau de consentement de seulement 16%, semble peu prometteur en l’état. Dans les deux îles la jachère avec Brachiaria decumbens et la jachère spontanée contrôlée sont les deux modes de rotation qui recevraient le meilleur accueil par les planteurs. Les raisons de la non adoption des rotations sont multiples et parfois différenciées selon qu’il s’agisse de la situation de la Guadeloupe ou de la Martinique. Les principaux freins à l’adoption sont relatifs aux caractéristiques du parcellaire des exploitations. En effet, l’impossibilité de mécaniser le travail du sol, l’exiguïté du parcellaire et le manque de maîtrise foncière sont des freins à l’adoption très significatifs. Un autre frein à l'adoption des rotations est relatif au manque d'information et d’expérience en matière de rotations culturales. L’impossibilité de supporter une baisse transitoire du revenu est également un facteur de non adoption très significatif, alors que la recherche d’une diversification.

National audience; Dans la filière de production de banane aux Antilles, mieux conjuguer performances économiques et environnementales impose un changement de pratiques dans les systèmes de production. Pour contribuer à ce changement, la recherche agronomique développe des solutions techniques innovantes qui ne sont malheureusement pas toujours adoptées par les agriculteurs. Pour faire mieux converger les innovations agronomiques développées par la recherche avec les attentes et contraintes des producteurs, nous avons mis au point une méthode d’évaluation ex ante des conditions d’adoption. Quels systèmes innovants faut-il préconiser dans les différents types d’exploitations ? Quels impacts agro-environnementaux et économiques auront les innovations sur les exploitations et leur fonctionnement ? Quels seront les freins et les motivations à leur adoption ? Quelles politiques mettre en œuvre pour les favoriser ? L’objectif de la méthode que nous avons développée est de répondre à ces questions.La méthode d’évaluation que nous proposons est basée sur la combinaison de modèles agronomiques avec des modèles économiques. D’abord nous identifions par enquête la diversité régionale des exploitations, tant biophysique que socio-économique. Puis l’offre d’innovations agro-écologiques est recensée pour construire un pool de systèmes innovants plus ou moins complexes. Nous utilisons un modèle bio-économique pour prévoir quelles seront les conséquences de l’adoption des systèmes innovants dans les différents types d’exploitations. Les résultats de ces simulations sont alors utilisés pour questionner directement les agriculteurs sur leur consentement à adopter de tels systèmes, sous différents scénarios de prix et d’aides. La modélisation économétrique de ces choix permet enfin de révéler et quantifier les motivations et les freins à l’adoption, et de fonder une politique d’innovation adaptée aux diverses attentes des agriculteurs.En Guadeloupe et en Martinique, nous avons pu identifier une grande diversité de milieux physiques, de structures d’exploitations et de systèmes de culture. Pour renforcer la durabilité de ces divers modes de production, les solutions agro-écologiques candidates sont nombreuses. Celles-ci consistent en l’utilisation de plantes de services cultivées en association ou en rotation avec la banane, à l’intégration avec des systèmes d’élevage et au recours à de nouvelles variétés. Ces innovations ont été assemblées de manière cohérente en une vingtaine de prototypes de systèmes de production permettant de remplacer une gestion de la fertilité et des ravageurs qui est conventionnellement chimique, par une gestion plus durable, basée sur des régulations biologiques au sein de l’agro-écosystème. Nous avons ainsi identifié des options permettant de produire autant voire plus, tout en réduisant l’usage de pesticides de 25 à 50 % par rapport aux systèmes conventionnels. Ces systèmes sont néanmoins généralement plus consommateurs en main d’oeuvre et en savoirs. Notre méthode d’évaluation nous permet d’identifier trois types de recommandations pour concilier performances économiques, respect environnemental et fortes probabilités d’adoption par les agriculteurs : le ciblage des prototypes par type d’exploitation, le soutien à l’innovation via des subventions découplées et la poursuite de l’organisation de filière autour d’une production à haute valeur ajoutée.

En Guadeloupe et en Martinique, la production bananière doit relever le défi de mieux conjuguer performances économiques et environnementales. Alors que différentes innovations agro-écologiques sont en cours de développement, nous avons évalué un panel d’innovations et leurs conditions d’adoption dans différents types d’exploitation. Les enquêtes de terrain et les simulations réalisées montrent que les petites exploitations familiales de plaine devraient s’orienter vers l’introduction d’une culture d’ananas ou de la plante de service Brachiaria decumbens. Néanmoins certains freins liés aux faibles surfaces couplées à des contraintes de trésorerie peuvent limiter les adoptions. Pour lever ces contraintes, nous proposons la mise en place de dispositifs de soutien économique à la conversion. D’une manière générale les systèmes innovants étudiés amènent à une substitution des pesticides par du travail. Dans le cas des cultures associées cette substitution se fait généralement au détriment du revenu des planteurs. En zone de montagne, les pratiques de jachère spontanée et d’implantation de cultures intercalaires comme Canavalia ensiformis ou Impatiens sp semblent les plus indiquées. Pour les grandes exploitations, dont les performances économiques et environnementales sont déjà relativement élevées, le système de culture à base de Brachiaria decumbens semble le plus prometteur., In Guadeloupe and Martinique, banana production is challenged to better combine economic and environmental performance. While different agro-ecological innovations are being developed, we evaluated a range of innovations and their conditions of adoption in different types of farm. Field surveys and simulations show that small family farms should rotate bananas fields with a culture of pineapple or a service crop like Brachiaria decumbens. Nevertheless, some obstacles related to small areas coupled with liquidity constraints may limit adoptions. To overcome these constraints, we propose the introduction of economic measures to support conversion. Generally, innovative systems studied lead to a substitution of pesticide use by more work. In the case of intercropping techniques, this substitution generally reduces income of farmers. In mountain areas, spontaneous fallow practices and implementation of intercropping with legume Canavalia ensiformis or Impatiens sp seem most appropriate. For large farms, whose economic and environmental performance are already relatively high, the cropping system based on the use of Brachiaria decumbens in fallow and then in intercropping seems the most promising option.

National audience; L’igname est aujourd’hui cultivée sur une surface de 5 millions d’hectares dans le monde et représente une production de 54 millions de tonnes (FAO, 2010). En Guadeloupe, elle occupe la 4° place après la canne à sucre, la banane et le melon et représente la première culture vivrière (Chambre Agriculture, 2009). Véritable produit identitaire (Chia and Dulcire, 2008), elles sont cultivées par un quart des agriculteurs (Agreste 2009, a) et consommées de façon régulière par une grande partie de la population (Merlo, 2007). Malheureusement, c’est une culture aujourd’hui en perte de vitesse comme en atteste la réduction des surfaces cultivées depuis 1984 (Agreste 2009, b). En zone intertropicale, les agriculteurs doivent en effet faire face à un nombre de contraintes accrues telles que la diminution de la fertilité des sols (Verge et al., 2007), la pression parasitaire, la pression des adventices engendrant une augmentation des coûts de production (Cinna, communication personnelle). Par ailleurs, la demande émanant du marché reste peu caractérisée au niveau de la filière et est le fait de l’appréciation de chaque producteur à un niveau individuel. Face à ce constat, se pose aujourd’hui la question de savoir quelles ignames produire, dans quelles conditions et selon quel cahier des charges.Il n’existe pas moins de 20 variétés appartenant à 6 espèces cultivées chez les producteurs d’igname en Guadeloupe (Voisin, 2010). Cette diversité est aujourd’hui un atout pour la culture de l’igname et représente un enjeu en termes de promotion d’une agriculture et d’une alimentation locale de qualité. L’objectif de ce travail est de caractériser les systèmes de production à base d’ignames en Guadeloupe et de comprendre les fondements de la diversité variétale rencontrée dans ces systèmes. Son originalité réside dans le fait que la question est abordée sous l’angle des choix variétaux opérés par les agriculteurs, ceux-ci étant des acteurs clés des systèmes observés. Nous considérons que les déterminants de ces choix sont multiples et que la diversité variétale observée est une résultante de compromis effectués à différents niveaux par les agriculteurs. La méthode utilisée repose sur l’établissement d’une typologie des systèmes de production à base d’ignames en Guadeloupe à partir de données sur les assolements des exploitations. Afin de caractériser la diversité variétale rencontrée au sein de chaque type, un échantillon de 37 producteurs d’ignames stratifié selon la typologie établie a fait l’objet d’une enquête approfondie. Les déterminants des choix variétaux opérés par les agriculteurs sont également exposés. 7 types de systèmes de production à base d’ignames ont été mis en évidence. Ces systèmes apparaissent contrastés depuis des exploitations de petite taille assimilables au jardin créole et détentrices de la plus importante diversité spécifique, jusqu’au aux grandes exploitations orientées principalement vers des cultures d’exportation dans lesquelles l’igname est cultivée à la marge. Les caractéristiques organoleptiques et alimentaires des ignames s’avèrent être les plus déterminantes dans le choix des variétés, suivies des caractéristiques de conduite des cultures. La production semble ainsi être en partie guidée par le marché tandis que les variétés sont ensuite évaluées par les agriculteurs sur leur adaptation au milieu et les rendements obtenus. Les perspectives de ce travail sont la formulation de préconisations en matière de recherche agronomique sur les systèmes de culture à base d’igname et en amélioration variétale.

National audience; Face à la libéralisation du marché mondial, la culture de la banane en Guadeloupe s'est développée selon une logique de monoculture à haut niveau d'intrants chimiques. Si cette production constitue un élément important de l'économie de l'île, elle a néanmoins généré des problèmes environnementaux sévères dans un territoire où sont présents des écosystèmes fragiles. Pour limiter les impacts environnementaux de la culture, un programme de recherche portant sur la conception et l’évaluation de systèmes de cultures à bas niveaux d’intrants chimiques a été entrepris. Les premiers travaux engagés ont permis d’identifier 6 types d’exploitation contrastés en termes de pratiques techniques et de performances. Parallèlement, 18 prototypes de systèmes de culture innovants ont été définis en mobilisant diverses techniques innovantes comme l’introduction de plantes de service cultivées en association ou en rotation et de nouvelles variétés moins sensibles aux ravageurs. Permettant une évaluation globale, hiérarchisée et adaptable de la durabilité des systèmes de culture, l’outil MASC a été utilisé au sein de ce programme de recherche afin de déterminer ex ante quels prototypes seraient les plus appropriés pour chaque type d’exploitation. Pour ce faire nous avons évalué avec MASC les gains de durabilité permis par l'adoption des différents prototypes pour chaque type d’exploitation. L’outil a d’abord été adapté au contexte de la culture de la banane en Guadeloupe en adaptant la structure de l'arbre hiérarchique de représentation de la durabilité, le mode de calcul de certains critères d'évaluation, des pondérations d'agrégation et enfin les seuils de définition des classes qualitatives des critères. Après avoir évalué le niveau de durabilité des systèmes de cultures actuels pour les 6 types d’exploitations à partir de données d’enquêtes, nous avons évalué les niveaux de durabilité obtenus pour les 108 couples « systèmes innovants ; type d’exploitation ». Les attributs d’entrée de MASC ont été définis pour chacun de ces couples à partir d’évaluations à dire d’experts et de données de simulations réalisées avec les modèles SIMBA et BANAD. Les résultats obtenus montrent que les niveaux de durabilité des systèmes de culture actuels sont « faibles » dans 4 situations et « moyens » dans 2 autres. Parmi les 18 prototypes de systèmes innovants, aucun n’augmente le niveau de la durabilité totale pour les 2 types d’exploitation présentant un niveau actuel de durabilité « moyen » et 4 prototypes peuvent conduire à une baisse du niveau de durabilité. Pour les 4 autres types d’exploitation, 2 systèmes conduisent à un niveau de durabilité au moins « moyen » pour tous les types, et 2 systèmes conduisent à des niveaux de durabilité « élevés » pour 2 types d’exploitations. Les résultats fournis par cette étude montrent l’importance de la prise en compte de la diversité des contextes d’exploitation dans lesquelles les innovations sont insérées et la nécessité d’associer plusieurs innovations pour atteindre les niveaux de durabilité les plus élevés. L’outil MASC s’est révélé approprié par la relative complétude de son référentiel de représentation de la durabilité et la souplesse de sa structure qui lui permet d’être adapté à des contextes particuliers pour discriminer une large gamme de systèmes de culture innovants. Selon nous, le référentiel gagnerait néanmoins à être enrichi de critères relatifs au potentiel d’adoption des systèmes innovants, à la qualité des produits issus des systèmes et à leur adéquation avec les filières de distribution. Les perspectives de recherche que nous envisageons portent sur ces thématiques ainsi que sur l’implication des acteurs dans le paramétrage de la pondération des critères et sur la prise en compte de la dimension territoriale dans l’évaluation de la durabilité.

Nous proposons dans ce document l’utilisation de différents outils permettant de co-concevoir et co-évaluer ex ante des innovations agronomiques et des politiques de soutien visant à favoriser l’émergence de systèmes de production plus durables. Ces outils sont : les typologies d’exploitation micro-régionales, les modèles de simulations bio-économiques des fermes, les modèles économétriques d’adoption. Après avoir présenté ces différents outils, nous proposons un ensemble méthodologique combinant l’utilisation de ces derniers pour définir des politiques de soutien favorisant l’adoption de modes de production agricoles alternatifs. Les principales contributions de ces outils pour faciliter la définition d’une nouvelle PAC sont que leur utilisation permettraient de rendre les dispositifs d’innovation et de soutien plus efficaces en évaluant précocement leurs chances d’adoption et leurs conséquences économiques, environnementales et sociales. Cette évaluation précoce permettrait ainsi de calibrer au mieux les dispositifs d’aide, en les rendant plus conformes avec les attentes et contraintes des agriculteurs, tout en prenant en compte l’hétérogénéité spatiale de ces derniers. Leur utilisation devrait permettre de rendre la PAC plus proche de la réalité des attentes et contraintes des agriculteurs et ainsi de faciliter l’adoption d’une agriculture qui sera plus en conformité avec les attentes de la société et les grands défis planétaires que l’agriculture européenne devra relever.

SIMSERV was created to optimize the selection of species candidates to one or more services while shortening the time of selection. Basing itself on the technology of the expert systems, this approach offers the advantage of capitalizing expert knowledge in an exploitable and reusable database., Simserv a été créé pour optimiser la sélection de plantes candidates à un ou plusieurs services dans des agrosystèmes, tout en raccourcissant le temps de sélection. Se basant sur la technologie des systèmes experts, cette démarche permet de capitaliser la connaissance experte dans une base de données exploitable et réutilisable par le plus grand nombre.

Banana production in Guadeloupe was developed on intensive monoculture design with high level of inputs. Currently, this production is cutting through an economic and an environmental crisis. With this crisis, solution possibility lies in proposing sustainable innovative cropping systems. Evaluation and design of innovative systems require the use of tools for modeling and assessment. The research unit ASTRO of the French National Institute for Agricultural Research has developed a program to design banana innovative cropping systems. First results modelized the existing farm diversity through a typological and systemic approach. Then a panel of experts designed a set of innovative cropping systems. Assessment is a key step in a prototyping framework (i) to provide action effects (ex ante assessment); (ii) to identify causes (diagnosis); (iii) to monitor a process; (iv) to take stock of actions (ex post assessment). These assessments are essential in order to make a decision (piloting, proposed actions, improvements) or to communicate. For our case, we chose a qualitative model to assess the overall sustainability of analternative cropping system: the model MASC (MultiAttribute Assessment of the Sustainability of Cropping systems) (Sadok et al., 2009). First, we adapted MASC to banana production in Guadeloupe, changing the decision tree structure (representing sustainability), the utility functions, some methods used to calculate the input attributes, and the threshold for qualitative transformation of inputs. The sustainability of 18 prototypes was assessed taking into account the six-class typology. The data needed came from interviews and results from the mechanistic model BANAD (Blazy et al., 2010). MASC allowed identifying different sustainable issues through each farm type. Among the 108 pairs "prototype*farm type" assessed, 51 scored a low level of sustainability, 54 a medium level, and three a high level of sustainability. One of the prototypes gets a high level of sustainability in a farm type whereas this same prototype scores a low level in another farm type. Also, two prototypes seem promising, scoring at least a medium level of sustainability among all the farm types. Our results show that considering the diversity of farms is important in the assessment process. Alternative cropping systems do not generally have the same effects through different farm types. Furthermore, the promising prototypes have to be tested in situ to assess their agronomic and functional performances. Stakeholders should take part in the adapting process of MASC. MASC was appropriate for its flexible structure suitable to be adapted to specific contexts. It can discriminate satisfactorily among a wide range of innovative cropping systems.

Correspondance: gary@supagro.inra.fr; International audience