Analyse et modélisation des effets du système de culture et de la situation de production sur les principaux bioagresseurs du tournesol

Analysis and modeling the effects of cropping system and production situation on the major sunflower pests

• Auteur / Autrice : Marie-Anne Vedy-Zecchini
• Direction : Jean-Noël Aubertot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Agrosystèmes, Écosystèmes et Environnement
• Date : Soutenance le 09/01/2020
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences écologiques, vétérinaires, agronomiques et bioingénieries (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : AGroécologie, Innovations, TeRritoires (Castanet-Tolosan, Haute-Garonne ; 2003-....)
• Jury : Président / Présidente : Frédérick Garcia
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Noël Aubertot, Jean-Philippe Deguine, Xavier Pinochet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Didier Andrivon, Marc Bardin, Muriel Valentin-Morison

Mots clés

Mots clés contrôlés

Leptosphaeria

Écologie agricole

Tournesol

Mots clés libres

Helianthus annuus

Diaporthe helianthi

Leptosphaeria lindquistii

Orobanche cumana

Modèle qualitatif

Modèle épidémiologique

Optimisation

Protection AgroEcologique des Cultures

Helianthus annuus

Leptosphaeria lindquistii

Orobanche cumana

Qualitative model

Agroecological Crop Protection

Epidemiological model

Optimization

Diaporthe helianthi

Résumé

Le tournesol présente de nombreux atouts agroécologiques (résistance aux stress abiotiques, faible Indice de Fréquence de Traitement, bon précédent cultural, entretien de la biodiversité des pollinisateurs), mais ses surfaces et son rendement stagnent depuis près de 30 ans. Ces stagnations sont notamment dues à un cortège de bioagresseurs dont il est la cible. Dans un contexte d'objectif de réduction de l'utilisation des pesticides, les méthodes non chimiques de prophylaxie (ou préventives) doivent être valorisées face aux bioagresseurs. Or, il est difficile de prévoir l'effet du changement d'une ou plusieurs pratiques culturales sur l'ensemble de bioagresseurs. Les outils de modélisation sont des outils indispensables pour aborder cette question. Trois bioagresseurs ont été considérés lors de cette thèse : deux champignons phytopathogènes, le phomopsis (Diaporthe helianthi) et le phoma (Leptosphaeria lindquistii), en raison des connaissances et des jeux de données disponibles ; et une plante parasitant exclusivement le tournesol, l’orobanche (Orobanche cumana) en raison de l'importance agronomique des dommages qu'elle entraîne. Elle est récemment apparue en France et prolifère rapidement. Ces trois bioagresseurs peuvent avoir un haut niveau de nuisibilité. Le travail de thèse aborde trois questions. i) Comment gérer la production d’inoculum primaire de ces bioagresseurs ? ii) Comment synthétiser les savoirs disponibles sur les effets des pratiques agricoles et de la situation de production sur les cycles biologiques de ces bioagresseurs ? iii) Comment améliorer les méthodes de modélisation mobilisées ? Des synthèses des littératures scientifique et technique ont été réalisées. L’expertise de phytopathologistes, de malherbologues et d’agronomes a été élicitée et formalisée. Des méthodes algorithmiques originales ont été développées pour adapter deux modèles génériques à différents bioagresseurs. Le modèle dynamique générique SimMat a été mobilisé pour aborder la première question. Ce modèle prédit les effets de la pluviométrie et de la température sur la reproduction sexuée de champignons ascomycètes. Il a été adapté au phomopsis et au phoma du tournesol. La seconde question a été abordée à l'aide de l'approche IPSIM (Injury Profile SIMulator), qui permet de développer des modèles qualitatifs prédisant les effets du système de culture et de la situation de production sur les dégâts causés par un ou plusieurs bioagresseurs. Deux modèles qualitatifs ont été créés : un pour le phomopsis, un pour le phoma. Des modèles préliminaires ont été proposés pour le phoma et l’orobanche. L'ensemble de ces modèles a été adapté aux bioagresseurs grâce à des méthodes innovantes pour améliorer leurs qualités prédictives. En particulier, une méthode d'hybridation de l’expertise et des informations contenues dans les jeux de données a été proposée. La thèse a donc permis de développer un ensemble de modèles contribuant à la gestion des stress biotiques du tournesol, et des innovations méthodologiques génériques pour la modélisation. On dispose désormais d'outils opérationnels pour contribuer à la mise en place de stratégies de protection agroécologique du tournesol.

Sunflower has many agroecological benefits (resistance to abiotic stresses, low Treatment Frequency Index, maintenance of pollinator biodiversity), but its surface area and yield have stagnated for nearly 30 years. These stagnations are due in particular to a collection of pests. In a context of pesticide reduction, non-chemical prophylactic (or preventive) methods must be promoted against pests. However, it is difficult to predict the effects of one or more cropping practice(s) on pest development. Models are essential tools to reach this objective. Three pests were considered in this thesis: two phytopathogenic fungi, phomopsis stem canker (Diaporthe helianthi) and phoma (Leptosphaeria lindquistii), because of the available knowledge and datasets; and a plant parasitizing exclusively sunflower, broomrape (Orobanche cumana) because of the damages it generates. Indeed, it has recently appeared in France and is rapidly expanding. These three pests can generate significant crop losses. The conducted work addressed three questions: i) How to manage primary inoculum production of these pests? ii) How to value the available knowledge on the effects of cropping practices and production situations on the biological cycles of these pests? iii) How to improve the modeling methods used? Syntheses of scientific and technical literature have been conducted. The expertise of plant pathologists and agronomists has been elicited and formalized. Original algorithms have been developed in order to adapt two generic models to different pests. The generic SimMat dynamic model was used to address the first question. This model predicts the effects of rainfall and temperature on the sexual reproduction of ascomycete fungi. It has been adapted to phomopsis and phoma of sunflower. The second question was addressed using the IPSIM (Injury Profile SIMulator) approach, which allows the development of qualitative models predicting the effects of cropping practices and production situations on injuries caused by one or several pest(s). Two qualitative models were created for phomopsis stem canker and phoma and the model for phomopsis stem canker was evaluated. A preliminary model has been proposed for broomrape. Four of these models have been adapted using innovative methods to improve their predictive qualities. In particular, a method for hybridizing expert knowledge and the information contained in the datasets has been developed. The thesis therefore made it possible to develop a set of models contributing to the management of biotic stresses of sunflower, and generic methodological breakthroughs for modeling. Operational tools are now available to contribute to the implementation of agroecological protection strategies for sunflower