Cette thèse visait à (1) caractériser l'impact de la densité de plantation (DP) et des conditions pédoclimatiques sur la physiologie des peupliers et des saules dédiés à la production de biomasse, (2) évaluer la variabilité génétique de caractères liés à la productivité, l'efficience d'utilisation de l'eau (WUE) et l'efficience d'utilisation de l'azote (NUE) dans une perspective de sélection variétale, et (3) à juger des relations entre ces caractères. Quatre dispositifs expérimentaux ont été installés dans le nord de la France. Nos résultats montrent que la DP affecte la production de biomasse et WUE de façon site-dépendante. Dans des conditions de croissance très favorables, les arbres cultivés à forte DP étaient plus haut, moins épais et avaient de plus faibles WUE, reflétant une compétition pour la lumière. Dans des conditions de croissance peu favorables, les arbres cultivés forte DP avaient de plus fortes WUE et de plus faibles circonférences, indiquant une compétition pour l'eau. Un lien positif entre biomasse aérienne et WUE a été détecté pour le saule et le peuplier dans les sites où la compétition était réduite. Une canopée plus développée s'associe à des pertes en eau par transpiration plus importante à l'échelle de l'arbre. Celles-ci sont compensées à l'échelle foliaire par une meilleure régulation stomatique. L'absence d'antagonisme entre WUE, NUE et la production de biomasse suggère la possibilité de sélectionner indépendamment sur les trois caractères. Cependant, les interactions Génotype x Site montrent la difficulté d'identifier des génotypes performants pour des stations d'accueil différentes. La sélection doit être réalisée de façon site-dépendante / This work aimed (1) at characterizing the impact of planting density (PD) and pedoclimatic conditions (sites) on the physiology of poplar and willow dedicated to biomass production, (2) at evaluating the genetic variability of productivity-related traits, water-use efficiency (WUE) and nitrogen-use efficiency (NUE) in a perspective of plant breeding, and (3) at assessing the relationships among these traits. Four experimental plantations were established in northern France. Our results show that PD affects biomass production and WUE depending on sites. Under most favorable growth conditions, trees grown at higher density displayed taller stems, lower stem circumference, and lower WUE, than trees grown at lower density indicating that increased tree density mainly accentuated competition for light. Under less favorable conditions, an increase of PD involved higher WUE and lower stem circumference, likely because of an increased competition for water. Positive links between biomass production and WUE were detected for poplar and willow under environmental conditions where competition for resources was reduced. A large canopy is associated to potentially more important transpiration water losses at plant level. This could be compensated at leaf level through a better stomatal regulation. The absence of antagonism between biomass production, WUE, and NUE suggests the possibility to select genotypes for these three traits independently. Moreover, the Genotype x Site interactions indicated the difficulty to identify good genotypes for a large set of site conditions suggesting that the selection has to be realized depending on the site conditions

Le raisonnement de la fertilisation azotée du blé a, depuis 40 ans, été largement orienté par le consensus autour de la méthode du bilan, avec comme principes fondamentaux : une nutrition azotée non limitante tout au long du cycle et l’estimation, de manière indépendante, des différents termes de l’équation du bilan pour caractériser la fourniture du sol et les besoins en azote de la plante. Au regard des enjeux de réduction des pollutions environnementales, de l’évolution des exigences qualitative du marché, ainsi que des difficultés de mise en oeuvre de la méthode, on s’interroge sur l’opportunité de renouveler ce paradigme. Pour proposer une nouvelle méthode qui réponde aux divers enjeux concernant l’azote, qui valorise au mieux les connaissances disponibles et dont la mise en oeuvre est cohérente avec les moyens des acteurs, nous avons mis en oeuvre une démarche de conception innovante, structurée en 3 étapes : un diagnostic des usages des outils actuels, une phase de conception, incluant des ateliers de conception et la mise au point de règle de décision à l’aide d’un modèle, et un test d’usage du prototype conçu.Le diagnostic des usages a mis en évidence plusieurs obstacles à la mise en oeuvre de la méthode du bilan, dont la fixation de l’objectif de rendement, ce qui a orienté la phase de conception vers l’exploration d’un concept de méthode de fertilisation azotée permettant de s’en affranchir. La méthode mise au point est basée sur le suivi régulier de l’état de nutrition azotée de la plante, l’acceptation de carences en azote non préjudiciables et des règles de décision tenant compte des conditions météorologiques au moment de l’apport. Nous montrons que la conception a rendu nécessaire la production de nouvelles connaissances, mais aussi la diversification des ressources et des compétences habituellement mobilisées. Ce travail enrichit les méthodes de conception d’outils d’aide à la décision en montrant comment l’articulation des 3 étapes permet de sortir du paradigme qui domine la fertilisation azotée depuis des décennies et d’élaborer un outil palliant les défauts des outils actuels. / Decisions about nitrogen fertilizer application on wheat have, for the last 40 years, been based on the balance sheet method, with the following underlying principles: non-limiting nitrogen nutrition throughout the crop cycle, and independent estimation of the various terms of the equation, to characterize soil nitrogen supply and plant nitrogen needs. Environmental pollution, changes in the qualitative requirements of the market and difficulties implementing this method have raised questions about whether it might be appropriate to switch to new ways of managing nitrogen fertilizer. We developed a new method meeting the diverse constraints relating to nitrogen use, making the best use of available knowledge and easily applicable by users, through a 3-steps innovative design approach: a diagnosis of the use of current tools, a design phase including design workshops, production of new knowledge, a modelbased prototyping, and the testing of a prototype method.The diagnosis of uses identified several barriers to the implementation of the balance sheet method, including the need to set a target yield. This directed the design phase towards the exploration of new ways of managing nitrogen fertilizer that did not require the fixing of a target yield. The method developed is based on the regular monitoring of plant nitrogen nutrition, the toleration of periods of nitrogen deficiency that are not prejudicial and the use of decision rules taking weather conditions at the time of nitrogen application into account.This design required the generation of new knowledge and a diversification of the resources and skills usually mobilized. This work enriches the methods for designing decision support tools and shows how a combination of 3 steps can be used to develop a tool for managing nitrogen fertilizer applications completely different from the dominant paradigm of the last 40 years, and compensating the defects of current methods.