Les cultures à haute valeur ajoutée comme la pomme de terre (Solanum tuberosum L.), sont de bons candidats pour l'adoption de l'agriculture de précision en raison des coûts de production particulièrement élevés. Les quantités de fertilisants requises alimentent le défi permanent de la recherche de l’optimisation de fertilisation spécifique à chaque agroécosystème. La modélisation fournit une trousse d’outils pour l’aide à la décision. En ce qui concerne la fertilisation, le rendement est habituellement relié à des doses variables d’un fertilisant à l'aide de fonctions simples(quadratique, linéaire ou linéaire-quadratique,Mitscherlich ou autres). Même si ces fonctions ne devraient être utilisées que pour décrire le comportement des données expérimentales, elles ont été largement utilisées pour prédire les doses optimales de fertilisants. Ce projet de recherche a proposé un modèle de recommandation des doses optimales d’azote (N), de phosphore (P) et de potassium (K)pour la culture de pomme de terre en exploitant les techniques d’autoapprentissage. Dans une première partie, il a d’abord été question de regrouper les cultivars sur la base de la composition chimique de la feuille diagnostique en utilisant une classification non supervisée. Ce regroupement a permis de montrer que les cultivars étudiés sont associés à une composition ionomique spécifique. Ensuite, dans une perspective de prédiction de catégories de rendement en fonction de la composition foliaire, les algorithmes des k plus proches voisins (KNN), des forêts aléatoires (RF) et des machines à vecteurs de supports(SVM) ont montré un potentiel de diagnostic acceptable, avec une précision de 70 %,pour détecter un déséquilibre nutritionnel en cours de saison. Enfin, le vecteur de perturbation de l’espace de composition d’Aitchison pourrait être un bon indicateur pour détecter la présence et l’ampleur d’un déséquilibre nutritionnel en cours de saison. Dans la deuxième partie, les modèles d’autoapprentissage utilisant les algorithmes des KNN,des RF, des réseaux neuronaux (NN) et des processus gaussiens (PG), ont prédit le rendement et le poids spécifique en fonction des conditions expérimentales de façon pratiquement similaire avec des coefficients de détermination (R²) supérieurs à celui du modèle de Mitscherlich. Les R² étaient de 0,52 pour les KNN, de 0,59 pour les RF, de 0,49 pour les NN, de 0,58 pour les PG et de 0,37 pour le modèle de Mitscherlich. Les R² des modèles de prédiction de la balance des tubercules de taille moyenne (R² = 0,60 –0,69) et du poids spécifique (R² = 0,58 – 0,67) étaient plus élevés comparés aux R² de la balance des tubercules de grande taille (R² = 0,55 – 0,64) et du rendement vendable. Des dissemblances importantes sont apparues entre les modèles dans le rendu des courbes de réponse et la prédiction des doses agroéconomiques optimales de N, P et K. C'est prédictions étaient spécifiques au site. Les processus gaussiens étaient plus appropriés en raison de leur capacité d’élaborer des surfaces de réponse lisses et des recommandations probabilistes. / High-value crops, like potato (Solanum tuberosumL.), are good candidates for the adoption of Precision Agriculture because of the high cost of inputs.The large amount of potato fertilizers requirement makes it economically and environmentally important for producers to determinate site-specific fertilizers dosages. Crop performance responses to fertilizer inputs have yet been modeled using simple functions like quadratic, linear-plateau or Mitscherlich. Even though they should only be used to describe experimental data, such models are used to predict optimal fertilizer doses considering the cost of the fertilizer and crop sales. As large amounts of data are being assembled in repeated observational data sets, machine learning models can become useful to predict and detect patterns in data without hardly presuming how a response curve should behave.This project generated models recommending optimal economic doses of nitrogen (N), phosphorus (P) and potassium (K) for potato crops using machine learning techniques. We assessed the validity of cultivar grouping as new predictive feature, and predicted potato tuber yields using foliar ionomes. A density-based clustering algorithm (dbscan) failed to delineate groups of high-yield cultivars linked to specific cultivar ionomic composition. Algorithms of k-nearest neighbors (KNN), random forests (RF) and support vector machines (SVM) showed a fair diagnostic potential to detect in-season nutritional imbalance, with practically similar accuracy of 70%. The perturbation vector of Aitchison compositional space appeared a good indicator indetecting the presence and magnitude of a nutritional imbalance. Moreover, machine-learning models using KNN, RF, neural networks (NN) and Gaussian processes (GP) algorithms returned almost similar coefficients of determination (R²) superior to that of the Mitscherlich model. The R² values were 0.52, 0.59, 0.49 and 0.58 respectively for the KNN, RF, ANN,and GP, and 0.37 with the Mitscherlich model to predict marketable yield.The models were somewhat more efficient to predict medium-size tubers (R²= 0.60–0.69) and tuber specific gravity (R²= 0.58–0.67) than large-size tubers (R²= 0.55–0.64) and marketable yield. Disagreements appeared between models in site-specific response curves and optimal economic or agronomic N, P, and K doses prediction. However, GP models stood up as the most promising algorithm due to its built-in ability to develop smooth response surfaces and recommendations within a probabilistic risk-assessment framework.

La culture aisée de la pomme de terre et les vertus nutritionnelles de ses tubercules font de celle-ci une plante dominante en agriculture et une denrée alimentaire appréciée à l'échelle mondiale. Malheureusement, les changements climatiques menacent nos capacités de production de cette culture puisque les variétés modernes de pomme de terre sont vulnérables au stress hydrique en raison de leur système racinaire ténu et peu profond. En réponse à cette problématique, la littérature récente au sujet des cystatines suggère que la surexpression de ces inhibiteurs de protéases à cystéine pourrait contribuer à l'amélioration de la tolérance végétale au déficit hydrique, notamment par l'induction d'effets pléiotropiques bénéfiques dans la plante. Dans cette étude, nous avons examiné les impacts de l'expression constitutive de la cystatine recombinante de tomate SlCYS8 dans le tissu foliaire de lignées de pomme de terre transgéniques. La tolérance au stress hydrique des lignées modifiées a été analysée *in vitro* sur des plantules soumises à un choc osmotique, puis sur des plants acclimatés *ex vitro* cultivés en serre sous différents régimes d'irrigation. Les lignées SlCYS8 ont présenté un ratio 'biomasse racinaire/biomasse aérienne' accru en conditions de déficit hydrique ainsi qu'un meilleur rendement en tubercules cultivés en serre toutes conditions d'irrigation confondues. Ces observations suggérant un effet positif de la cystatine sur la tolérance au stress hydrique et le rendement agronomique des lignées modifiées ont été corroborées par une analyse du profil protéomique foliaire démontrant la mise en place d'effets pléiotropiques sur les sous-protéomes du stress, du métabolisme primaire et de photosynthèse. Ensemble, nos données morphologiques et protéomiques confirment le potentiel de la cystatine de tomate SlCYS8 comme outil éventuel pour l'amélioration du degré de tolérance de la pomme de terre au stress hydrique, et ce, en l'absence d'un compromis entre la croissance et l'activation des défenses de la plante.

L'application commerciale de la culture in vitro est limitée à la propagation massive de certaines espèces végétales en raison des pertes excessives rencontrée lors de la phase de l'acclimatation. On pense que le saccharose ajouté au milieu de culture serait responsable de ce problème. L'objectif de cette thèse était d'approfondir nos connaissances sur les effets du saccharose exogène et des conditions in vitro sur la croissance, la physiologie et la biochimie des plantules de pomme de terre (Solanum tuberosum L.) in vitro et ex vitro. Comme prémisse à la recherche nous nous sommes intéressés à déterminer comment le sucre est absorbé et transporté dans les plantules. Les plantules autotrophes et mixotrophes absorbent et métabolisent le sucre de manière très distincte. Les premières absorbent et transloquent de faibles quantités de saccharose et relâchent même de fortes quantités des sucres dans le milieu. Les plantules mixotrophes accumulent des sucres radioactifs dans la tige et dans les feuilles. Grâce à une approche métabolomique nous avons étudié de manière approfondie la réponse métabolique des plantules in vitro et ex vitro de sucres exogènes. Nos données de métabolomique expliquent certains des problèmes trouvés dans les conditions de culture in vitro et leur impact sur l'acclimatation ex vitro. Par exemple, l'analyse métabolomique révèle que les conditions de culture in vitro ont provoqué des changements très importants des métabolismes de l'azote et du carbone; des niveaux plus élevés d'acides aminés, de metabolites de stress, de polyamines, d'intermédiaires de la photorespiration, de sucres alcools osmotiquement actifs, et des niveaux inférieurs des intermédiaires du cycle de Krebs et de la glycolyse, caractérisent le phénotype métabolique distinct des plantules in vitro mixotrophes. Nous suggérons que ces changements dans les niveaux d'accumulation des metabolites représentent une réponse adaptative de la plantule in vitro à la quantité excessive d'azote dans le milieu de culture MS et aux conditions de stress osmotique causés par la présence de sucre exogène.

Avec l'avancement des connaissances cartographiques en hydrologie forestière, il est maintenant envisageable de déterminer les limites inférieures aquatique et terrestre des écotones riverains à partir de données topographiques à haute résolution spatiale. L'utilisation d'informations dérivées des données LiDAR aéroportées pourrait permettre de localiser précisément et de décrire la transition entre les milieux aquatiques et terrestres. Quatre variables géospatiales ont été utilisées, soit le *Depth-to-Water* (DTW), le *Topographic Wetness Index* (TWI), le Modèle de Hauteur de Canopée (MHC) et la différence d'élévation adjacente (DEA) issue d'un modèle numérique de terrain (MNT). Des inventaires sur le terrain pour décrire et documenter la zone de transition riveraine ont été réalisés en2019 et 2020 dans six bassins versants localisés dans trois régions écologiques différentes du Québec (Dépression de la Tuque, Massif de la Jacques-Cartier, Plateau de l'Abitibi). Au total, 3 743 stations de caractérisation réparties le long de 896 transects de longueurs variables ont été inventoriées. Les valeurs relatives aux différentes variables géospatiales utilisées ont été extraites à partir des données d'observations collectées sur le terrain. Les résultats ont montré que chacune des variables géospatiales utilisées permet d'identifier cartographiquement, à différents niveaux, les limites aquatiques et terrestres des écotones riverains sur le territoire. Il fut démontré que la DEA et le MHC forment la combinaison la plus parcimonieuse pour identifier lesdites limites. Ainsi, il a été possible d'évaluer les capacités des variables géospatiales pour identifier des limites représentant les écotones riverains selon une définition qui intègre et respecte les différents processus écologiques liés au milieu riverain. Elles pourraient être utilisées de façon fiable dès maintenant par les différents intervenants des environnements forestiers, assurant une protection adéquate des composantes hydrologiques et riveraines et qui répondent au besoin actuel de gestion et de planification.

Lors de cette étude, 47 nouveaux âges ont été obtenus par la technique Cassignol-Gillot, complétant à 128 âges le nombre de données disponibles sur l'île de Basse-Terre. La très bonne reproductibilité des âges obtenus dans cette étude, et la cohérence de ces derniers sur l'ensemble des massifs, appuie l'utilisation de la méthode K-Ar pour la datation des laves des Petites Antilles. Les données géochronologiques ont été associés à des analyses géochimiques et géomorphologiques dans le but de contraindre l'évolution spatio-temporelle du volcanisme de Basse-Terre, mais également d'apporter de nouvelles contraintes sur les taux de construction et d'érosion en contexte tropical.Le volcanisme récent de Basse-Terre, i.e. inférieur à 1 Ma, se concentre dans la moitié sud de l'île. Composée de trois massifs volcaniques (Piton de Bouillante, Sud Chaîne Axiale et le Complexe Volcanique de Grande-Découverte), son activité a débuté au nord-ouest par la mise en place du Piton de Bouillante entre 906 ± 13 et 712 ± 12 ka, avec un taux de construction de 0.7 ± 0.2 km3/kyr. Les nouvelles données obtenues lors de cette étude montrent qu'aucun effondrement de flanc majeur n'a affecté cet édifice. L'activité volcanique a ensuite rapidement migrée vers le sud-est pour former entre 681 ± 12 et 509 ± 10 ka les volcans de Moustique, Matéliane, Capesterre et Icaque, qui constitue le massif Sud Chaine Axiale. La contemporanéité des âges obtenus sur l'ensemble des édifices, et le taux de construction calculé à 0.5 km 3/kyr, appuient la mise en place du sud de la Chaine Axiale par un unique massif volcanique, contredisant les hypothèses d'effondrement de flanc précédemment proposées. L'homogénéité géochimique observée sur l'ensemble du massif supporte l'hypothèse d'un seul édifice. Entre 500 et 450 ka, le flanc ouest du massif Sud Chaîne Axial a été affecté par un slump actuellement matérialisé par le volcan d'Icaque. La dépression formée a permis la mise en place du volcan du Sans-Toucher entre 451 ± 13 et 412 ± 8 ka. Entre 400 et 200 ka, très peu d'activité effusive a pu être mise en évidence. Depuis 200 ka, l'activité volcanique se concentre dans le sud de l'île, avec la mise en place du Complexe Volcanique de la Grande-Découverte, par une succession de phases de construction et de destruction. La dernière activité volcanique a permis la construction du dôme actuel de La Soufrière. Les investigations géomorphologiques nous ont également permis de contraindre les taux d'érosion ayant affecté l'île de Basse-Terre. Ainsi, le Piton de Bouillant subit une érosion de 1 250 ± 700 t/km'/an depuis 700 ka. Pour les volcans du Sans-Toucher, et des Monts-Caraïbes, nous avons obtenus un taux d'érosion similaire, respectivement de 940 ± 380 et 610± 550 t/km2/an. Malgré une localisation et une morphologie initiale différentes, la similarité des taux d'érosion obtenus pour les volcans de Basse-Terre met en évidence l'absence d'un effet barrière sur l'érosion à long terme, pourtant majeur à plus courte échelle de temps. / In this study, forty-seven new ages have been obtained by the Cassignol-Gillot technique, increasing to 128, the geochronological database available for the Basse-Terre Island. The very good reproducibility of the ages obtained in this study, added to a strickly consistency observed between the volcanic edifices, support the use of the K-Ar method in the dating of the Lesser Antilles lavas. This new geochronological dataset has been combined with geochemical and geomorphological analyses in order to constrain the volcanic history of Southern Basse-Terre Island as well as to compute construction and erosion rates.Southern part of Basse-Terre hosts the recent volcanic activity since the last 1 Myr. Composed by three volcanic massifs (Piton de Bouillante, Southern Axial Chain and the Grande-Découverte Volcanic Complex), its activity has begun in the northwest part by the construction of the Piton de Bouillante between 906 ± 13 and 712 ± 12 ka, with a construction rate of 0.7 ± 0.2 km3/kyr. Our new data show that no major flank collapse have affected this volcano. Then, volcanic activity has migrated to the southeast, constructing between 681 ± 12 and 509 ± 10 ka the Southern Axial Chain massif, composed by Moustique, Matéliane, Capesterre and Icaque volcanoes. The contemporaneity of the ages for the whole massif together with the construction rate computed at 0.5 km3/kyr suggest the formation of the southern Axial Chain by a unique volcanic edifice, which did not experienced major flank collapses as previously proposed. The geochemical homogeneity observed throughout the massif supports this single volcano hypothesis. Between 500 and 450 ka, a slump has affected the western part of the Southern Axial Chain and forming the Icaque volcano. The resulting depression has allowed the construction of the Sans-Toucher volcano from 451 ± 13 to 412 ± 8 ka. After the construction of the Sans-Toucher volcano, only few evidences for an effusive activity occurring between 400 and 200 ka can be found. Since 200 ka, volcanic activity is present in the southern part with the construction of the Grande-Découverte Volcanic complex (GDVC), alternating constructive and destructive phase. The last volcanic activity formed the 1530 AD La Soufrière dome. Geomorphological investigations have also allowed us to constrain the erosion rates having affected Basse-Terre Island. Thus, Piton de Bouillante volcano have suffered of an erosion rate of 1,250 ± 700 t/km²/yr since 700 ka. We have obtained for the Sans-Toucher and Monts-Caraïbes volcanoes similar rates of 940 ± 380 and 610 ± 550 t/km²/yr, respectively. Despite a different location and different initial morphology, the similarity erosion rates observed for each massif suggest that the barrier effect does not significantly affect the long-term erosion budget while it plays a major role at much shorter time-scale.

En partant d’études plus récentes qui visent à élucider de quelle façon des accessions de pommes de terre sauvages sont résistantes envers les pucerons, notamment le puceron de la pomme de terre, Macrosiphum euphorbiae (Thomas), et le puceron vert du pêcher, Myzus persicae (Sulzer), et également envers le doryphore de la pomme, Leptinotarsa decemlineata (Say), on a choisi 16 variétés de Solanum sauvages. Il est important de noter dès le début, que pour la grande majorité de variétés de plantes utilisées dans notre étude, on avait des informations sur leur résistance envers les trois insectes ravageurs déjà nommés, mais pas nécessairement au niveau des accessions. On a mis en place deux dispositifs expérimentaux pour vérifier la résistance relative envers ces deux pucerons. Les deux dispositifs ont été déployés dans un champ qui faisait partie d’une ferme commerciale de pomme de terre, à 80 km au sud-est de Montréal. Le premier dispositif comportait 12 accessions de Solanum sauvages et un témoin, Solanum tuberosum, une variété commerciale. Les plantes ont été distribuées au hasard sur une ligne. La ligne a été répliquée trois fois. L’infestation des plantes a été faite de façon naturelle. Le comptage des pucerons et d’autres insectes trouvés sur les plantes a été effectué hebdomadairement. Les résultats obtenus démontrent que Solanum oplocense et Solanum tarijense semblent être plus vulnérables aux deux pucerons. Le deuxième dispositif a été utilisé pour étudier les plantes et les pucerons en milieu semi-contrôlé. On a choisi 8 plantes, 7 accessions sauvages et une commerciale (témoin), qui ont été encagées et ensuite infestées avec 30 pucerons. Les pucerons trouvés sur chaque plante ont été comptés hebdomadairement pendant 6 semaines. On a observé que sur le témoin, les populations des deux pucerons augmentent progressivement et atteignent le maximum dans la quatrième semaine, avec une moyenne de 6460 pucerons de la pomme de terre et 7790 pucerons vert du pêcher. Par contre, sur les autres accessions sauvages, les pucerons se sont établis en plus faibles populations. Par exemple, sur Solanum polyadenium, le maximum a été atteint à la cinquième semaine quand il y avait en moyenne 250 M. euphorbiae et 298 M. persicae. Toutes les variétés sauvages utilisées ont démontré des niveaux différents de résistance envers les deux pucerons; S. polyadenium a été trouvé très résistante, S. tarijense résistante et S. pinnatisectum susceptible d’être résistante. La colonisation de la même variété de plante, par chaque espèce de pucerons a été relativement similaire. La densité des morphes ailés a été un bon indicateur de traits de résistance. Ces résultats démontrent le potentiel de résistance de certaines accessions de pommes de terre sauvages. Quelques variétés qui présentaient de la résistance envers le doryphore, présentent aussi de la résistance envers les deux pucerons. Une nouvelle méthode pour sélectionner les plantes qui présentent des traits potentiels de résistance envers les pucerons a été mise en place. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Solanum sauvages, Myzus persicae, Macrosiphum euphorbia, résistance

Texte remanié de: Doctoral dissertation--Marburg--University. / La publication porte l'ISSN 0169-8834. Bibliogr. p. 243-258.

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2008. / Bibliogr.: f. 131-154. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2007. / Bibliogr.: f. 66-73. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Thèse ( Ph.D.)--Université Laval, 2004. / Titre de l'écran-titre (visionné le 29 novembre 2004). Bibliogr.