Does complementarity between crop and livestock enhance farming system sustainability? : A modelling approach applied to mixed crop and sheep-for-meat farming systems

La spécialisation des systèmes agricoles et des territoires montre ses limites, principalement d’un point de vue environnemental mais aussi économique si les prix augmentent. La diversification et l’intégration de culture et d’élevage au sein des exploitations apparaît être une solution de production plus durable, mais leur fonctionnement n’est pas totalement appréhendé. Nous émettons les hypothèses qu’il existe des conditions d’intégration sous lesquelles les systèmes de polyculture-élevage (PCE) sont effectivement plus durables que les systèmes spécialisés et que les méthodes de caractérisation et d’évaluation des systèmes de polyculture-élevage ne permettent pas d’identifier ces conditions. Dans l’objectif de vérifier ces hypothèses, nous avons développé le modèle Sheep’n’Crop pour simuler des systèmes de polyculture-élevage ovin allaitant contrastés auxquels deux types d’analyses ont été effectuées : (i) analyses d’indicateurs économiques, de productivité et environnementaux (GES, MJ, bilan N) à l’échelle de l’exploitation agricole et des ateliers de production en vue d’évaluer la durabilité des systèmes, et (ii) analyse d’efficience énergétique à partir de la méthode de frontière de production DEA pour caractériser la complémentarité des ateliers de culture et d’élevage. Ces analyses ont été menées sur trois stratégies de production à possibilités d’interactions décroissantes – systèmes intégrés, non-intégrés, diversifiés fictifs – au sein desquels l’organisation culture-élevage (% culture) et la saisonnalité de la production ovine (printemps ou automne) varient. L’évaluation de la durabilité montre que les interactions culture-élevage et une mise-bas de printemps permettent d’améliorer tous les indicateurs de durabilité, mais un pourcentage de culture élevé réduit les performances pour la consommation d’énergie non-renouvelable et le bilan azoté. La caractérisation de l’intégration des systèmes PCE par leur gain d’efficience énergétique – la complémentarité - montre que les systèmes intégrés et non-intégrés simulés sont plus efficients que les systèmes diversifiés fictifs de +6.4% et +0.4%. Le lien entre l’indicateur de complémentarité et la durabilité des systèmes est néanmoins difficile à établir étant donné l’existence de trade-off. Nous recommandons de compléter ces résultats en améliorant la considération des contextes pédoclimatiques et socio-économique, de l’efficience d’échelle de production, du niveau d’intensification de l’atelier animal et des effets agronomiques et techniques des interactions culture-élevage.Specialization of farming systems and territories are not environmental-friendly, moreover those systems are threatened by the expected higher prices of inputs of production. Diversification and integration of crop and livestock at the farming system scale appears to be a valuable way to enhance farming system sustainability. We posit that they must be conditions of integration that permit mixed crop-livestock systems to be more sustainable than specialized systems and that existing methods of mixed crop-livestock systems characterization do not permit identifying those conditions. To test those hypothesis, we designed a whole-farm model – Sheep’n’Crop – that permits simulating contrasted mixed crop-livestock systems and evaluating (i) their sustainability through economic, productive and environmental (MJ, GHG, N balance) indicators and (ii) their energetic efficiency through a DEA production frontier analysis in order to characterize the complementarity that exists between crop and livestock subsystems. Those analyses were run on three contrasted farming system strategies, distinguished by a decreasing possibility of interactions between crop and livestock subsystems: integrated systems, non-integrated systems and virtual diversified systems. Those systems are also characterized by various crop-livestock organizations (% of crops) and lambing’s periods (spring or autumn). The analysis of sustainability indicates that crop-livestock interactions and spring seasonality permit enhancing each performance of sustainability. However, a high percentage of crops makes decrease the MJ consumption and N balance performances. The characterization of mixed crop-livestock systems through their energetic efficiency gains – the complementarity – show that integrated and non-integrated systems are respectively more efficient than virtual diversified systems by +6.4% and +0.4%. Comparing the complementarity index and indicators of sustainability of farming systems, we highlighted the existence of trade-off. Before analyzing and identifying the best trade-off compromise, we recommend completing our results by testing various pedoclimatic and socio-economic context, the effect of scale efficiencies, the effect of livestock intensification and increasing agronomic and technical effects of crop-livestock interactions