Modèle Orfee (Optimization of Ruminant Farm for Economic and Environmental assessment) 

Description globale

Le modèle bioéconomique Orfee (Optimization of Ruminant Farm for Economic and Environmental assessment) (Mosnier et al., 2017) est un modèle de simulation élaboré pour explorer les systèmes d’élevages associant la production de cultures de rente en France. S’inscrivant dans la lignée d’autres modèles d’élevage tels que Opt’INRA (modèle utilisé en élevage avec pour fonction première la maximisation des bénéfices des exploitations simulées et renfermant 275 activités liées et limitées par 217 contraintes) (Veysset et al., 2005) et FSSIM (Louhichi et al., 2010). Il est utilisé pour optimiser les décisions relatives à la production agricole et herbagère, la production animale, les bâtiments et les matériaux, la composition des rations, l’utilisation des prairies et l’achat d’aliments. Le modèle maximise une fonction objective du type espérance-variance. La fonction objective (espérance du résultat courant net) est constituée par le total des revenus, y compris les ventes d’animaux (lait, carcasses, animaux maigres) et les paiements compensatoires (paiements découplés, paiements à la vache allaitante…) moins les coûts liés aux troupeaux, à la mécanisation (coûts de carburant, d’amortissement et de maintenance ou les coûts d’entreprise) et les bâtiments (amortissement et maintenance) (Mosnier et al., 2017). Le résultat courant net choisit comme objectif est un indicateur pertinent pour mesurer la rentabilité et l’efficience d’une exploitation. L’optimisation est réalisée sous une série de contraintes concernant l’alimentation des animaux, la démographie du troupeau, les opérations agricoles, la mécanisation, l’utilisation de l’espace, les ressources agricoles, les politiques et les processus biotechniques et biologiques liés aux animaux (Mosnier et al., 2017). Le modèle intègre diverses productions animales (bovins laitiers, bovins allaitants et ovins) repartis en différentes catégories. Les alternatives de production concernent les races car elles ont un impact sur les caractéristiques des animaux (poids vif et poids des carcasses, capacité d’ingestion, performances de reproduction, production de lait…). Différentes périodes de vêlage sont possibles afin de contrôler la mortalité des veaux ou de mieux adapter les besoins en aliments ou en maind’œuvre aux disponibilités en pâturages ou en main-d’œuvre. Les besoins en aliments  pour animaux sont exprimés chaque mois en termes d’énergie, de protéines et de capacité d’ingestion, afin de pouvoir adapter les rations aux contextes de production et de réglementation. Les opérations (distribution des aliments, traite, surveillance de la reproduction…) et les besoins en logement sont également spécifiés et ont un impact direct sur les besoins en main-d’œuvre. Les contraintes démographiques entre les catégories animales annuelles permettent de modéliser les processus de reproduction et de vieillissement. Pour couvrir les principales productions agricoles des systèmes étudiés ainsi que les cultures susceptibles d’améliorer l’autosuffisance alimentaire animale, des cultures dont graminées temporaires et permanentes) sont introduites avec diverses utilisations finales (ensilage, grain, nombre de coupes d’herbe…). L’accent a été mis sur la fourniture d’alternatives de production pour réduire la fertilisation, la protection des plantes et la consommation de carburant. La superficie cultivée est limitée par la superficie agricole utilisable de la ferme et par la superficie pouvant être labourée. Les opérations de culture peuvent être mises en œuvre grâce à différents types de machines. Le type de matériel de traite et de distribution d’aliments est paramétré par l’opérateur. Ils affectent le travail requis pour les différentes opérations du troupeau, contraignent l’alimentation et modifient les coûts de la machine et la consommation de carburant. Les exigences en matière de logement et de construction dépendent du nombre d’animaux et de la production de déjections. Les coûts sont proportionnels à leur capacité et à leurs caractéristiques (stabulation libre, cabine et type de fosse à fumier). Toutefois il s’agit d’un modèle d’optimisation pseudo dynamique, il est globalement statique avec des calculs intermédiaires prenant en compte des pas de temps mensuel pour l’élaboration des bilans. Le modèle est implémenté sous la plateforme de modélisation mathématique GAMS (General Algebraic Modeling System). Il s’agit d’une plateforme de modélisation mathématique permettant la description synthétique de modèles complexes (McCarl et al., 2004). 

Activités animales et principaux produits

Les types d’animaux sont caractérisés par la race (les races laitières (prim’Hostein, montbéliarde, normande) ou les races allaitantes (charolaise, limousine, salers, aubrac, blonde d’Aquitaine), l’objectif de production (âge au premier vêlage) ou type de produit animal ciblé, le niveau de la production laitière et la période de vêlage des femelles reproductrices. 59 Croissance animale : Deux courbes de croissance animale sont construites pour les deux races principales (charolais et prim’Hostein). Il existe également une alternance entre les taux de croissance moyens hivernaux et printaniers, surtout pour les génisses âgées de 3 ans au vêlage qui ont un taux de croissance moyen plus faible en hiver et mobilisent une croissance compensatoire au printemps. Le poids vif des vaches matures par défaut est défini selon les statistiques nationales de 2014 utilisées par (Agabriel et al., 2015) : charolais 700 kg, salers 613 kg, prim’Hostein de 645 kg, le montbéliarde 635 kg. Production de lait : La production de lait est définie par mois en fonction de la production laitière moyenne par jour et de l’équation de Wood (Wood, 1967) qui permet de spécifier la distribution du lait par mois. L’équation de Wood estime la quantité de lait produite en fonction de la semaine de lactation. On a un potentiel laitier de 8 L / jour pour les charolaises, 9 L / j pour les salers, 7 L / jour pour les limousines. Pour les vaches laitières selon (Agabriel et al., 2015), le potentiel laitier est basé sur la lactation standard (305j). 

Démographie des troupeaux

La mortalité n’est appliquée qu’aux veaux. Les valeurs par défaut sont fournies par race et sont modulées en fonction de la période de vêlage (Perrin et al., 2011). La prolifération est estimée en fonction de la fréquence des jumeaux enregistrés (Ledos and Moureaux, 2013) : prim’Holstein 1,034 ; normande 1,035 ; montbéliarde 1,041 ; charolaise 1,048 ; limousine 1.016 ; saler 1,024. Le taux de réforme minimum par défaut est proposé en fonction des pratiques actuelles observées dans les fermes : prim’Holstein 0,35 ; normande 0,25 ; montbéliarde 0,25 ; charolaise 0,23 ; limousine 0,23 ; saler 0,14.

Alimentation

Les exigences alimentaires : les besoins en aliments, la consommation d’aliments et la valeur des aliments sont calculés selon la méthodologie Inra (Brocard, 2010).Les exigences et le contenu des aliments ont deux valeurs pour caractériser la teneur en protéines : PDIE (protéines digestibles par l’intestin grêle grâce au contenu énergétique des aliments) et PDIN (Protéines Digestibles par l’Intestin grêle grâce à la teneur en azote des aliments pour animaux). Les besoins totaux des animaux en protéines et en énergie sont calculés comme la somme des besoins en entretien et en croissance pendant la gestation et la production de lait. La capacité d’ingestion est calculée pour chaque activité animale, sur une base mensuelle. Elle augmente avec le poids vif des animaux, la production de lait et l’activité physique, et diminue au cours du dernier stade de la gestion. Quatre blocs d’équations différents sont introduits pour la vache laitière, la vache allaitante, les veaux qui s’allaitent et pour les autres animaux.

La fonction objective

Le résultat courant La fonction objective dans Orfee (le résultat courant net) renvoie à une méthode de calcul d’un ratio comptable. Il se calcule à partir du résultat d’exploitation et du résultat financier. Il est constitué par la somme des produits d’exploitations et des produits financiers auxquels on soustrait la somme des charges d’exploitation et des charges financières. Il s’agit d’un indicateur pertinent permettant de mesurer la rentabilité de l’exploitation. Dans notre modèle la fonction objective est représentée comme suit : 61 Résultat courant = marge brute – (salaires + taxes) Marge brute = (produit total) – (charges opérationnelles + charges structurelles) Produit total = revenus issus des produits (lait, viande, cultures) + aides et subvention.