L’objectif du projet présenté dans ce mémoire de maitrise est d’évaluer l’effet du remplacement de la fléole des prés par la fétuque élevée, offertes en espèce pure ou en mélange avec la luzerne, et de vérifier l’impact de la méthode de conservation de la fétuque élevée, soit en ensilage préfané (35 % de matière sèche, MS) ou demi-sec (55 % de MS), sur les performances des vaches en lactation. Pour ce faire, cinq traitements ont été testés : 1) fléole des prés (70 % de la ration) en ensilage préfané ; 2) fléole des prés (42 % de la ration) + luzerne (28 % de la ration) en ensilages préfanés ; 3) fétuque élevée (70 % de la ration) en ensilage préfané ; 4) fétuque élevée (42 % de la ration) + luzerne (28 % de la ration) en ensilages préfanés ; 5) fétuque élevée (70 % de la ration) en ensilage demi-sec. Quinze vaches Holstein (128 +- 33 JEL) ont été distribuées dans un triple carré latin 5 × 5. Afin de comparer les traitements, les contrastes a priori suivants ont été réalisés : 1) fléole des prés-ensilage préfané vs fétuque élevée-ensilage préfané [(FP et FP + L) vs (FE et FE + L)]; 2) espèces pures-ensilage préfané vs mélanges-ensilage préfané [(FP et FE) vs (FP + L et FE + L)]; 3) interaction entre l’espèce de graminée fourragère et le mélange, pour les traitements à base d’ensilage préfané; et 4) ensilage préfané de fétuque élevée vs ensilage demi-sec de fétuque élevée [FE vs. FE (DS)]. Les contrastes ont été considérés comme significativement différents à des valeurs de P <= 0,05 et une tendance a été considérée quand 0,05 < P < 0,10. Les résultats ont démontré que l’espèce de graminée n’a pas influencé la consommation volontaire de matière sèche, la production laitière, et la teneur en gras du lait. La prise alimentaire et la production laitière ont été supérieures avec les mélanges fourragers, mais la teneur en gras du lait n’a pas été avantagée par ces derniers. La teneur en protéine du lait n’a pas été affectée par l’espèce de graminée pour les traitements à base de mélange fourrager, mais a été supérieure avec la fléole des prés pour les traitements de graminées seules. Les vaches ont consommé davantage de fétuque élevée sous forme d’ensilage préfané comparativement à l’ensilage demi-sec, mais la production laitière et la teneur en gras du lait n’ont pas été affectées par le mode de conservation. En somme, les résultats démontrent que la fétuque élevée est une bonne alternative à la fléole des prés pour les vaches en lactation et confirment les effets bénéfiques des mélanges fourragers dans leur ration.

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La luzerne est une légumineuse fourragère pérenne qui présente de nombreux avantages agronomiques et environnementaux. La performance des associations luzerne - graminées est conditionnée par la production de biomasse et la teneur en protéines de chaque espèce et sa survie. L’effet de la variabilité génétique de la luzerne sur les composantes du rendement dans les associations est mal connu. Dans ce contexte, cette thèse a deux objectifs : i) caractériser la diversité génétique pour les caractères liés à la production et à la qualité de la luzerne dans l’association ii) analyser le contrôle génétique de ces caractères. Deux dispositifs comprenant trois traitements (mélange luzerne-fétuque, monoculture et isolé) ont été mis en place. Le premier comprenant 46 génotypes contrastés de luzerne a été phénotypé sur deux ans pour l’architecture, la biomasse et la concentration en protéines. Le deuxième composé d’une population F1 de 198 individus, a été phénotypé sur une année. Cette population F1 a été génotypée avec des marqueurs SSR et DArT pour établir une carte génétique. Une large variation génétique entre les génotypes de luzerne a été montrée. Cette variation affecte la hauteur et la teneur en protéines de la fétuque associée. On a observé que les caractères mesurés en isolé ou en monoculture sont relativement prédictifs des mêmes caractères en mélange, mais une évaluation des génotypes en mélange reste indispensable. La détection de QTL montre que certains QTL sont communs aux différents traitements. Chaque QTL explique de 6 à 23% de la variation observée pour la hauteur et la biomasse. Des pistes méthodologiques pour la sélection sont envisagées. / Alfalfa is a perennial forage legume that has many agronomic and environmental benefits. The performance of alfalfa - grass mixtures depends on biomass production and protein content of each species and its survival. The effect of genetic variation on alfalfa yield components in mixtures is little described. In this context, this thesis has two objectives: i) to characterize the genetic diversity for traits related to alfalfa production and quality in mixture ii) to analyze the genetic control of these traits. Two designs that included three treatments (alfalfa - fescue mixture, monoculture and spaced plants) were established. The first design comprised 46 contrasting alfalfa genotypes which were phenotyped over two years for architecture, biomass and protein concentration. The second design comprised an F1 population of 198 individuals being phenotyped over one year. The F1 population was genotyped with SSR and DArT markers to construct a genetic map. A wide genetic variation among alfalfa genotypes was shown. This variation affected the height and protein content of associated fescue. It was observed that the measured traits of spaced plants or in monoculture are relatively predictive of the same traits in the mixture, but genotype evaluation in mixture is required. QTL detection shows that some QTL were common to different treatments. Each QTL explained 6-23 % of the variation for height and biomass. Some methodologies for selection are proposed.

Du biochar, de l’hydrogel et des symbiotes végétaux ont été testés comme amendements et biostimulants pour la croissance végétale de Festuca rubra, Trifolium repens L et Avena sativa L hydro-ensemencées sur des résidus aurifères fins et des roches stériles. Un essai de germination indique que les deux biochars ont favorisé la germination des plantes entre 61% et 91%, sauf dans le cas d’une combinaison du biochar BQ-Érable-500-3 avec le trèfle blanc. Une première expérience consistait en trois doses d’hydrogel (0g/kg, 10g/kg, 15g/kg de substrats) combinées avec 0% ou 15% v/v de biochar BQ-Érable-500-3 sur la croissance de A. sativa, F. rubra et T. repens hydro-ensemencées sur ces résidus en conditions contrôlées. L’ajout d’hydrogel avec du biochar a augmenté entre 20% et 27% la biomasse par rapport au témoin sans biochar. L’addition de biochar BQ-Érable-500-3 à 15% v/v aux résidus miniers n’a pas eu d’effets sur les biomasses aériennes et totales des plantes dans le mésocosme. Une interaction a été observée entre l’hydrogel et le biochar. Cependant, celle-ci a été négativement influencée par le taux élevé de biochar appliqué. Dans une deuxième expérience, les effets interactifs de deux biochars avec 15% v/v ou sans biochar (0%) et d’un consortium microbien constitué de deux souches de bactérie fixatrice d’azote (Rhizobium leguminosarum biovar trifoli FH345K et Rhizobium leguminosarum biovar trifoli USDA2046), une souche de bactérie fixatrice libre du diazote (Pseudomonas putida MBN 0213) et une souche de champignon mycorhizien arbusculaire (AMF) (Rhizophagus irregularis DAOM 197198) ont été observés en utilisant des mésocosmes en serre. Le biochar fait avec des écorces d’érable à 7000C a augmenté de 20% la masse totale des plantes comparativement au traitement sans biochar, mais pas avec l’autre biochar fait avec 75% de bois et d’écorces d’érable à 5000C. Il n’y avait pas d’interaction entre le biochar et le consortium microbien. Les deux mélanges végétaux avaient la même biomasse aérienne totale malgré un ratio de population de chaque espèce différente. Par conséquent, l’hydrogel et le biochar seraient bénéfiques pour la croissance végétale, avec l’un ou l’autre des mélanges végétaux, dans des milieux de croissance difficiles pour les plantes tels que les résidus miniers. Par contre, l’effet du biochar sur la croissance dépend du type de biochar. Mots clés : biochar, restauration minière, hydrogel, exploitation aurifère, Avena sativa, Trifolium repens L, Festuca rubra / Biochar, hydrogel and plant symbionts were tested as amendments and biostimulants for plant growth of Festuca rubra, Trifolium repens L and Avena sativa L hydro-seeded on gold mine fine tailings and waste rock. A germination test indicated that both biochars favored plant germination between 61% and 91%, except for combination BQ-Érable-500-3with white clover. A first experiment consisting of three hydrogel doses (0 g/kg, 10 g/kg, 15 g/kg of substrate) combined with 0% or 15% v / v of biochar was conducted on the growth of hydro-seeded A. sativa, F. rubra and T. repens planted together on these gold mine tailings under controlled conditions. The addition of hydrogel to biochar increased plant biomass between 20% and 27% compared to the control without biochar. The addition of biochar at 15% v/v to tailings had no effects on the aboveground and total biomass of plants in the mesocosm experiment. An interaction was observed between the hydrogel and the biochar. However, this interaction was negatively influenced by the high rate of biochar applied. In a second experiment, the interaction of both biochars with 15% v/v or without biochar (0%) and of a microbial consortium including two dinitrogen fixing symbiotic bacteria strains (Rhizobium leguminosarum biovar trifoli FH345K and Rhizobium leguminosarum biovar trifoli USDA2046), a free-free-living dinitrogen-fixing bacteria strain (Pseudomonas putida MBN 0213) and a fungal strain of arbuscular mycorrhizal (AMF) (Rhizophagus irregularis DAOM 197198) were observed in mesocosm greenhouse experiment. Biochar made with maple bark at 7000C increased plant biomass by 20% compared to treatment without biochar, but the other biochar made of 75% of wood and bark maple at 500 0C did not influence growth. There was no interaction between biochar and the microbial consortium. Despite their differences in individual biomass, the two plant mixtures did not behave differently in terms of total above ground biomass. These results suggest that hydrogel and biochar are beneficial for plant growth, with either of the plant mixtures, in environments difficult for plants growth such as tailings. On the other hand, the effect of biochar on plant growth depends of the biochar type. Keywords: Biochar, mine reclamation, hydrogel, gold mining, Avena sativa, Trifolium repens, Festuca rubra

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Le changement climatique entraîne un changement profond des régimes thermiques qui a des conséquences importantes sur la croissance des plantes. Toutefois, les effets des températures extrêmes ont été peu étudiés chez espèces fourragères pérennes, et ne sont pas intégrés dans les modèles actuels de prairie. Or ces modèles ont un rôle central à jouer dans le développement de stratégies d'adaptation au changement climatique. Dans ce contexte, cette thèse a cherché à approfondir la compréhension de la réponse de la luzerne et de la fétuque élevée à une large gamme de températures et à améliorer la prise en compte de ces réponses dans le modèle STICS. Un volet de travail expérimental en conditions contrôlées n'a pas permis de mettre en évidence de différences de réponses entre génotypes d'origine contrastées (tempéré/Méditerranéen) pour différents processus de croissance et de développement des deux espèces. En revanche, il est apparu des différences significatives entre les réponses normalisées de différents processus ; l'allongement des tiges en particulier se distinguant nettement des autres processus chez la luzerne. La réponse de la photosynthèse à la température a montré une forte acclimatation à la température de croissance, aussi bien pour des génotypes d'origine tempérée que méditerranéenne. Ces derniers sont apparus plus sensibles aux températures élevées du fait d'une désactivation de la RUBISCO. La modification des formalismes de réponse à la température de la croissance et du développement dans STICS (fonction non linéaire, pas de temps) a eu un fort impact sur le cumul de temps thermique pour des scénarios climatiques « futurs ». Toutefois, du fait de l'effet majoritaire d'autres stress conjoints durant les périodes de stress thermique et d'une rapide saturation du rayonnement intercepté, l'impact sur les projections de production fourragère s'est avéré limité pour les conditions testées. Au total ces résultats suggèrent que les productions fourragères pourraient être moins exposées au stress thermique que les cultures annuelles. / Due to climate change, the global average temperature is expected to rise with marked impacts on crop growth. However, extreme temperature's impacts on perennial herbaceous species have received much less attention to date than other crops and aren’t currently implemented in grassland models. Yet, grassland models have a major role to play in defining adaptation options to global warming’s impacts on agriculture. In this context, our aims were to characterise the responses to temperature of two major perennial forage species over a large range of growth temperature and to improve the temperature response formalisms in the STICS model. First, experiment conducted in growth chambers indicated that the responses of normalized developmental rates did not differ between genotypes from contrasting thermal areas (Mediterranean/temperate) within each species. On the other hand, the responses to temperature of normalised rates differed significantly between several of the physiological processes studied; in particular stem elongation rate differed from other developmental rates in alfalfa. Irrespective of cultivar origin, a remarkable acclimation of photosynthesis to growth temperature was observed. Mediterranean genotypes displayed a greater sensitivity of the maximum rate of Rubisco carboxylation to elevated temperatures. Modifications of temperature formalism in the STICS crop model (implementation of nonlinear response, hourly/daily step of response) had a significant impact on thermal time accumulation and crop development for future climate scenarios. However, due to larger effects of water stress and to saturation of radiation interception, impacts on projections of grassland dry matter production were limited. This result suggests that grassland production could be less exposed to thermal stress than annual crops.

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L’objectif était d’évaluer le potentiel agronomique, soit l’établissement, la survie hivernale, la production de biomasse et la valeur nutritive de nouvelles espèces fourragères riches en tanins condensés ou en lactones sesquiterpènes cultivées en semis pur et en association avec deux graminées fourragères, la fléole des prés (Phleum pratense L.) et la fétuque des prés (Festuca pratense Huds.), et ce, en gestion de pâturage dans quatre régions climatiques du Québec. L’expérience au champ s’est déroulée aux stations de recherche de Sainte-Anne-de-Bellevue (Montréal), Saint-Augustin-de-Desmaures (Capitale-Nationale), La Pocatière (Bas-Saint-Laurent) et Normandin (Saguenay-Lac-Saint-Jean), pendant deux années (2016 et 2017). Sur l’ensemble des stations en 2017, la chicorée (Cichorium intybus L.) et le lotier corniculé (Lotus corniculatus L.) ont eu des rendements satisfaisants comparés à celui de la luzerne, et ce, à tous les sites, alors que le sainfoin (Onobrychis viciifolia Scop.) a moins bien performé. Le sainfoin avait des teneurs en tanins condensés (moyenne de 10,7 g kg-1 MS) et en protéines moyennement et lentement dégradables dans le rumen les plus élevées. / The objective was to evaluate the agronomic potential, namely establishment, winter survival, biomass production, and nutritive value of novel forage species with a high content of condensed tanins or sesquiterpene lactones grown in pure stand or in mixture with two forage grasses, timothy (Phleum pratense L.) and meadow fescue (Festuca pratense Huds.), under pasture management in four climatic regions of Quebec. The field experiment took place in Sainte-Anne-de-Bellevue (Montreal region), Saint-Augustin-de- Desmaures (Capitale-Nationale region), La Pocatière (Bas-Saint-Laurent region), and Normandin (Saguenay-Lac-Saint-Jean region), over two years (2016 and 2017). At all study sites in 2017, chicory (Cichorium intybus L.) and birdsfoot trefoil (Lotus corniculatus L.) had satisfactory yields compared to alfalfa at all sites, while sainfoin (Onobrychis vicifolia Scop.) did not perform well. Sainfoin had the highest content of condensed tanins (average of 10.7 g kg-1 dry matter) and moderately and slowly degradable proteins.