Mélanger les espèces pour produire des services écosystémiques : co-conception d'un prototype d'outil d'intégration et de partage des connaissances scientifiques et empiriques en mobilisant les concepts de l'écologie fonctionnelle

Mixing species to produce ecosystem services : co-design of a prototype tool for integrating and sharing scientific and empirical knowledge using functional ecology concepts

• Auteur / Autrice : Malick Sidiki Ouattara
• Direction : Muriel Valantin-Morison, Safia Mediene, Raphael Paut, Jérôme Labreuche
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Agro-écologie
• Date : Soutenance le 11/12/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, Alimentation, Biologie, Environnement, Santé
• Partenaire(s) de recherche : référent : AgroParisTech (France ; 2007-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Biosphera (2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Agronomie (Thiverval-Grignon, Yvelines ; 1964-....)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Arvalis-Institut du végétal (France)
• Jury : Président / Présidente : Jérôme Enjalbert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guénaëlle Corre-Hellou, Delphine Moreau, Lionel Alletto, Chloé Salembier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Guénaëlle Corre-Hellou, Delphine Moreau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diversité des espèces

Écologie agricole

Services écosystémiques

Mots clés libres

Atelier multiacteur

Expérimentation au champ

Hybridation des connaissances

Mélanges d'espèces

Modèle trait-Fonction-Service

Outil d'aide à la conception

Multi-Actor workshop

Field experiment

Knowledge hybridization

Species mixtures

Trait-Function-Service model

Design aid tool

Résumé

Dans une perspective de transition vers des systèmes de cultures agroécologiques, la diversification des agroécosystèmes via les mélanges d'espèces a été identifiée comme une pratique centrale. Les mélanges soigneusement conçus permettraient de rendre des services écosystémiques afin de soutenir une agriculture durable, résiliente et moins dépendante des intrants de synthèse. Toutefois, le choix adéquat des espèces constitutives d'un mélange, afin de rendre les services écosystémiques recherchés et adaptés localement, n'est pas aisé. L'approche trait-fonction-service de l'écologie fonctionnelle a été identifiée comme intéressante pour établir les règles d'assemblage des traits, afin de guider le choix des espèces d'un mélange en fonction du service recherché. Notre objectif est donc de proposer une méthode générique de conception des mélanges d'espèces basée sur une approche d'écologie fonctionnelle prenant en compte les conditions locales et les services écosystémiques recherchés.Dans ce travail de thèse, nous avons (i) compilé et analysé des données existantes, dans l'objectif de faire un état des lieux de la diversité des mélanges et des services rendus, (ii) conduit une expérimentation au champ dans le but d'étudier le comportement des espèces en culture pure vs. en mélange (iii) mené des ateliers de partage de connaissances afin de construire des règles d'assemblage pour la conception de mélanges et (iv) modélisé et développé un prototype d'outil d'aide à la conception des mélanges.Nos résultats ont montré que (i) 60% des mélanges réalisés étaient entre des céréales et des légumineuses et que les services les plus recherchés sont la régulation des adventices et le recyclage de l'azote, (ii) les valeurs de traits d'une culture pure et d'une culture en mélange étaient différentes et ne dépendaient pas seulement du trait considéré, mais aussi des espèces présentes dans le mélange, (iii) la réalisation d'un service écosystémique dépendait de plusieurs traits et qu'un même trait pouvait être important pour la réalisation de plusieurs services écosystémiques. De plus, nous avons montré que (iv) l'expertise de différents acteurs était complémentaire et permettait de combler des manques de connaissances et de décontextualiser certaines connaissances pour les rendre génériques, et (v) l'approche fonctionnelle est une base solide pour la conception des mélanges. Nous avons construit un prototype d'outil d'aide à la conception des mélanges d'espèces basé sur cette approche.Pour finir, il ressort que les différentes approches méthodologiques mobilisées (expérimentation, modélisation, ateliers de partage de connaissances, analyse de base de données) se sont avérées très complémentaires pour la conception du prototype EcosysteMIX.

In a transition to agroecological cropping systems, the diversification of agroecosystems through species mixtures has been identified as a central practice. Carefully-designed mixtures could provide ecosystem services to support sustainable, resilient agriculture and less dependence on synthetic inputs. However, it is not easy to choose the right species for a mixture, in order to deliver the ecosystem services sought and adapted locally. The trait-function-service approach of functional ecology has been identified as an interesting way to establish trait assembly rules, in order to guide the choice of species in a mixture according to the targeted service. Our aim is therefore to propose a generic method to design species mixtures based on a functional ecology approach, taking into account local conditions and the ecosystem services sought.In this PhD work, we (i) compiled and analyzed existing data, with the aim to assess the diversity of mixtures and the services provided, (ii) conducted a field experiment with the aim to study the behavior of species in sole crop vs. in mixture (iii) conducted knowledge sharing workshops in order to build assembly rules for the design of mixtures and (iv) modeled and developed a prototype tool to assist in the design of mixtures.Our results showed that (i) 60% of the mixtures made were between cereals and legumes, and that the most sought-after services were weed regulation and nitrogen recycling, (ii) the trait values of a sole crop and a mixed crop were different and depended not only on the trait considered, but also on the species present in the mixture, (iii) the realization of an ecosystem service depended on several traits, and that the same trait could be important for the realization of several ecosystem services. In addition, we showed that (iv) the expertise of different stakeholders was complementary and made it possible to fill knowledge gaps and decontextualize some knowledge to make it generic, and (v) the functional approach is a strong basis for the design of mixtures. We built a prototype tool to support the design of species mixtures based on this approach.Finally, the different methodological approaches used (experimentation, modelling, knowledge-sharing workshops, database analysis) proved to be highly complementary in the design of the EcosysteMIX prototype.