Au Canada, 84 % de la production de laitue provient du Québec et s'effectue essentiellement sur des sols organiques. Toutefois, elle possède des risques importants de stress hydrique (brûlure de la pointe) lors de périodes à forte demande d'évapotranspiration qui peuvent être accentuées par une variabilité spatiale importante des propriétés physiques du sol. Une étude visant à évaluer la performance (consommation en eau et en énergie, lessivage et rendements) de deux échelles de gestion de l'irrigation de la laitue et à étudier les mécanismes de transport de l'eau dans le sol et leurs implications dans l'apparition de symptômes de brûlure de la pointe a été réalisée. Les résultats ont démontré la pertinence d'une gestion fine de l'irrigation, se soldant par un gain de rendement de l'ordre de 17 % lorsque le potentiel matriciel de départ de l'irrigation est maintenu à - 15 kPa lors de période à forte demande d'évapotranspiration.

L’agrivoltaïque, combinaison de panneaux photovoltaïques et d’une culture sur le même sol, a été proposé en 1982 comme solution au conflit d’usage des sols. Lancé en 2010 à Montpellier, le concept associant panneaux fixes et diverses cultures a fait la preuve d’une productivité combinée de la parcelle améliorée grâce, notamment, à l’acclimatation de la culture à l’ombre. Dans cette thèse, les panneaux fixes ont été échangés par des panneaux orientables au cours de la journée. L’objectif était d’optimiser l’orientation des panneaux pour maximiser la productivité combinée de la parcelle sans pénaliser la culture. Pour cela, la croissance et le développement de laitues ont été analysés en conditions contrôlées et en plein champ sous différentes modalités d’ombrage par panneaux fixes ou mobiles. Les panneaux mobiles ont permis d’améliorer la productivité combinée de la parcelle par rapport à des panneaux fixes, avec un maintien de la production agricole dans certaines conditions. Une approche écophysiologique basée sur le développement de la plante, sa capacité à intercepter et convertir le rayonnement en biomasse, a révélé que les modalités d’ombrage avaient peu d’impact sur la mise en place de la surface foliaire malgré des différences de biomasse accumulée en rapport avec le rayonnement transmis à la plante. Des modifications du développement foliaire ont conduit à une meilleure utilisation du rayonnement transmis lorsque celui-ci était réduit. Ce travail a débouché sur une modélisation de l’impact de l’orientation des panneaux sur la biomasse des laitues permettant d’optimiser le pilotage des panneaux en fonction du scénario climatique et des objectifs de productions. / Agrivoltaic systems, combining solar panels and crops on the same land were proposed in the early 1980’s as a solution to solve land use conflict. Introduced in 2010 in Montpellier, the concept has proven itself associating fixed panels to multiple food crops. Total land productivity was improved, thanks to plant acclimation to shade. In this thesis, fixed panels were replaced with mobile panels, adjustable along the day. The aim of this work was to optimize solar panel orientations to maximise total land productivity without threatening the crop culture. Growth and development of lettuces were analysed in controlled conditions and in the field under several shading conditions by fixed or mobile panels. Total land productivity was improved with mobile panels in comparison with fixed panels, maintaining lettuce yield under certain conditions. Through an ecophysiological approach based on plant development and its ability to intercept and convert light into biomass, the different shading conditions were shown to have a small impact in the plant leaf area dynamic despite large differences in accumulated dry mass associated with transmitted radiation at the plant level. This was due to differences in leaf development resulted in higher use of the transmitted radiation when it was reduced. This study proposed a modelling approach of the incidence of panel orientations on lettuce dry mass at harvest. The model allows an optimisation of solar panels controlling as a function of climate scenario and crop and electricity production objectives.

La tache bactérienne (Xanthomonas campestris pv. vitians) cause d’importantes pertes économiques dans la culture de la laitue (Lactuca sativa) lorsque les conditions sont propices à son développement. Un seul produit étant homologué au Canada contre cette maladie, peu d’options s’offrent aux producteurs pour lutter contre cette dernière. Cette étude avait pour objectif d’évaluer différents sels (benzoate de sodium, bicarbonate de sodium, carbonate de sodium, métabisulfite de sodium et sorbate de potassium) et extraits végétaux à base de feuilles de chêne (Quercus rubra), choux frisés (Brassica oleracea var. sabellica) et clous de girofle (Syzygium aromaticum) pour lutter contre la tache bactérienne. Sur la base des concentrations bactéricides minimales (CBMs), les sels se sont avérés plus toxiques envers X. campestris pv. vitians que les extraits végétaux avec des valeurs de CBM inférieures. Parmi les extraits végétaux testés, les extraits à l’éthanol de feuilles de chêne et les extraits de clous de girofle se sont révélés les plus toxiques envers la bactérie. Le bioessai I a montré l’efficacité du carbonate de sodium et du benzoate de sodium à réprimer la maladie en présence d’une pression de maladie faible à modérée. De même, différents extraits de clous de girofle, feuilles de chêne et choux frisés (en combinaison ou non avec un sel) ont permis une réduction marquée de la maladie lors des bioessais II et III. En présence d’une forte pression de maladie (bioessai IV), aucun des traitements ayant causé une réduction intéressante de la tache bactérienne lors des essais I, II et III n’a toutefois mené à une réduction suffisamment importante de la maladie pour permettre la commercialisation des laitues. Plusieurs extraits végétaux et sels ont montré au cours de cette étude un potentiel prophylactique intéressant qui pourrait éventuellement être exploité dans un programme de lutte intégrée contre la tache bactérienne de la laitue.

L'irrigation des cultures maraîchères en sols organiques est une pratique qui doit être optimisée, car elle a un impact sur le rendement des cultures et peut entraîner le lessivage d'éléments fertilisants vers la nappe phréatique. Dans le cadre de ce projet, le premier objectif était d'évaluer quatre méthodes d'estimation des flux d'eau : une case lysimétrique (méthode de référence), un bilan hydrique simple, un bilan hydrique avec changement de stock en eau du sol et la loi de Darcy. Le deuxième objectif consistait à mesurer l'impact de différentes régies d'irrigation sur le rendement des laitues romaines et sur le lessivage des nitrates, des phosphates et des bromures. Les résultats ont démontré que les méthodes d'estimation surestiment le drainage par rapport à celui mesuré dans les cases lysimétriques. Les pertes en azote et en phosphore ont été faibles et peu influencées par les traitements d'irrigation, tout comme les rendements. / Irrigation has to be optimised because of its impact on yield and solute leaching to groundwater. The first objective of this project was thus to compare four methods of estimating water flux: a lysimeter pan (reference method), a flux based on daily evapotranspirative demand, a water balance computed from changes in water storage and évapotranspiration demand and finally, an estimation based on Darcy's law. The second objective was to evaluate the impact of irrigation on lettuce yield and on nitrate, phosphate and bromide leaching in organic soil. Our data suggest that the estimation methods overestimate the drainage, compared to the one calculated with the lysimeter pan. Also, no effect on leaching and on yield was observed from irrigation treatments, and solute losses toward groundwater were small.

Québec Université Laval, Bibliothèque 2017

La laitue est l’un des cinq légumes les plus consommés au Canada et le plus cultivé au Québec. Des 3400 hectares de laitue produite au Canada, environ 80% sont cultivés dans les sols organiques du Sud du Québec, soit 2800 ha. L’industrie de la laitue au Québec fait face à un problème grandissant qui la rend vulnérable. En effet, la concentration de cette culture, dans une seule région, augmente les risques d’interruption de l’approvisionnement causés par des événements météorologiques défavorables, principalement les températures élevées, la canicule, les pluies abondantes, etc., ce qui entraîne des problèmes comme la brûlure de la pointe, la montaison, la nervation brune et des pourritures. Cette recherche vise à développer une culture durable de laitue de transformation en sol minéral dans l’Est du Québec. Pour ce faire, trois traitements de fertilisation azotée ont été établis à quatre dates de transplantation en 2011 et à trois dates de transplantation en 2012. En 2011, nous avons comparé deux types de laitue : la romaine (var. Green Tower ) et la pommée (var. Estival ). La laitue romaine a été récoltée pour le cœur et pour la rosette. En 2012, deux cultivars de laitue romaine (Green Tower et Sunbelt) et deux cultivars de laitue pommée (Estival et PYB7101) ont été étudiés. Les résultats démontrent que les traitements avec fertilisation granulaire de 70 kg N/ha (F0A) et la fertilisation liquide de 120 kg N/ha (F2) ont donné des meilleurs rendements de masse totale et commerciale sur les deux types de laitue. Les conditions climatiques de l’Île d’Orléans et probablement de l`Est du Québec s’avèrent avantageuses pour la production de laitue de qualité. Les pertes causées par la brûlure de la pointe ont été en moyenne de 6 % pour les saisons 2011 et 2012. Aucun cas de montaison accélérée n'a été observé.

La tache bactérienne (Xanthomonas campestris pv. vitians) et la maladie des taches et des nervures noires (Pseudomonas cichorii) sont responsables de lourdes pertes dans la culture de la laitue. Comme très peu de produits phytosanitaires sont présentement homologués au Canada pour lutter contre les maladies bactériennes de la laitue, peu d'options s'offrent aux producteurs. Il est donc urgent de développer des produits antibactériens qui pourraient rapidement trouver des applications dans cette culture. L'exploitation des propriétés antimicrobiennes de différents sels utilisés dans l'industrie alimentaire ou d'extraits végétaux apparaît une voie prometteuse. Cette étude, comportant cinq volets, s'inscrit dans ce contexte. Au cours du premier volet des travaux, la phytotoxicité de cinq sels (benzoate de sodium, bicarbonate de sodium, carbonate de sodium, métabisulfite de sodium, sorbate de potassium) a été déterminée au moyen d'essais in vitro avec des disques foliaires de laitue et d'essais en serre avec des plants de laitue. Appliqués sur des plants de laitue, inoculés avec P. cichorii, à une concentration ne causant que des symptômes faibles ou modérés de phytotoxicité, les sels à l'étude n'ont pas affecté significativement (p ≤ 0,01) la survie de P. cichorii sur le tissu foliaire et n'ont pas réduit significativement (p ≤ 0,01) la gravité de la maladie des taches et des nervures noires. Au cours du deuxième volet des travaux, différents extraits hydro-éthanoliques à base de résidus d'espèces horticoles ou d'essences forestières ont été testés in vitro pour leur activité antibactérienne envers X. campestris pv. vitians et P. cichorii. Les résultats obtenus montrent d'une part, que les extraits d'essences forestières présentent une plus forte activité antibactérienne et d'autre part, que l'activité antibactérienne varie selon l'espèce et la structure utilisées dans la préparation de l'extrait et selon le lot considéré d'un même extrait. Davantage d'extraits de résidus d'essences forestières ont été soumis, au cours du troisième volet des travaux, à un test de diffusion sur gélose afin d'évaluer leur activité antibactérienne. Selon le diamètre de la zone d'inhibition, l'extrait éthanolique de feuilles d'érable à sucre récoltées au sol à l'automne (FESRSA) ainsi que les extraits hydro-éthanoliques (50%, v/v) de FESRSA et de feuilles vertes d'érable à sucre ont montré la plus forte activité antibactérienne contre P. cichorii et X. campestris pv. vitians. Chez des plants de laitue cultivés en serre, inoculés avec l'une ou l'autre de ces bactéries, l'application foliaire de l'extrait éthanolique de FESRSA (3,2 g/L) a réduit significativement (p ≤ 0,05) la gravité de la tache bactérienne et ce, sans causer de symptômes de phytotoxicité susceptibles de nuire à la commercialisation de la laitue. L'extrait éthanolique de FESRSA (1,6 et 3,2 g/L) a également réduit significativement la gravité de la maladie des taches et des nervures noires (une expérience sur deux). L'extrait de FESRSA a été fractionné par chromatographie en phase liquide à haute performance (CLHP) et le composé antibactérien présent dans l'extrait a été identifié à l'aide d'un système UPLC/Q-Tof-MS (quatrième volet). La géraniine (C₄₁H₂₈O₂₇, 952,0818 g/mol), identifiée comme le principal composé antibactérien, a par la suite été purifiée par CLHP préparative et son activité antibactérienne in vitro a été déterminée pour les deux bactéries à l'étude. Sur la base des concentrations minimales inhibitrices et des concentrations minimales létales, la bactérie X. campestris pv. vitians s'est avérée davantage sensible à la géraniine. Dans le but d'en connaître davantage sur le mécanisme responsable de l'activité antibactérienne de la géraniine, l'effet de cette dernière sur l'intégrité de la membrane plasmique et l'ultrastructure bactérienne a été étudié chez X. campestris pv. vitians (cinquième volet). Les observations en microscopie électronique en transmission révèlent que la géraniine a causé des altérations morphologiques chez cette bactérie, y compris une dégradation de ses enveloppes, comme le suggèrent également les essais réalisés avec un fluorochrome (SYTOX Green) marquant les acides nucléiques et pénétrant uniquement les membranes endommagées. Les résultats obtenus au cours de cette étude contribuent à l'avancement des connaissances dans le domaine des composés antibactériens, notamment celles relatives à leur utilisation à des fins phytosanitaires chez la laitue. Cette étude pourrait éventuellement mener à la mise au point d'un nouveau produit phytosanitaire à base de FESRSA pour lutter contre les maladies bactériennes de la laitue tout en favorisant la valorisation de résidus lignocellulosiques.

Le Québec produit 87 % des laitues et 38 % des oignons au Canada, essentiellement en sols organiques, mais la fertilisation azotée de ces cultures maraîchères est difficile à maîtriser. Les apports inadéquats en azote, peuvent générer de déséquilibres nutritionnels chez les plantes et augmenter les risques de contamination des eaux de surface et souterraines. Notre but est d’élaborer des modèles de diagnostic nutritif et des recommandations en N pour la laitue et l’oignon selon les teneurs en C et N disponibles dans le sol et des balances entre les macroéléments dans les tissus foliaires. Vingt-quatre et treize essais de fertilisation azotée de la laitue et de l’oignon, respectivement, ont été menés de 2002 à 2006 dans les sols organiques du sud-ouest du Québec. Chaque culture a reçu quatre doses de N de zéro à 150-180 kg N ha-1 appliquées avant le semis ou fractionnées. Les résultats des analyses C et N des sols et N, P, K, Ca et Mg foliaires ont été transformés en log ratios isométriques (ILRs) pour tenir compte des interactions entre les éléments et combiner en une valeur de remplissage (Fv) les autres composantes des cendres telles que, oligoéléments, S, O et H. Les ILRs sont orthogonaux les uns par rapport aux autres, et donc, une distance multivariée comme celle de Mahalanobis (M^2) peut être calculée par rapport à une composition de référence. Les ILRs peuvent être étalonnés sur la réponse des cultures en terme de rendements, puis classés en groupes des sols par méta-analyse pour les analyses de sol, et en groupes des «Vrais Négatifs» (VN), «Vrais Positifs» (VP), «Faux Négatifs» (FN) et «Faux Positifs» (FP) par la méthode Cate-Nelson dans le cas des analyses foliaires. Trois groupes de fertilité de sol ont été délimités pour la laitue de part et d’autre des valeurs de M^2 de 1,0 et 5,5, pour la conduite des méta-analyses en utilisant le ratio de réponse comme taille d’effet. Pour l’oignon, deux groupes ont été délimités de part et d’autre de la distance M^2 de 5,5. Un modèle quadratique pour la laitue et un modèle linéaire pour l’oignon ont été élaborés. Les valeurs de M^2 de 8,4 et de 19,6 sont les limites supérieures pour les modèles de recommandations de N pour la laitue et l’oignon, respectivement. Pour ce qui est des analyses foliaires, les groupes précédents permettent d’élaborer des normes d'équilibre des éléments nutritifs à haut rendement pour la laitue et l’oignon, ce qui facilite l'interprétation des interactions entre les éléments à l'aide d'un dendrogramme. Les seuils critiques de rendement étaient 44 Mg ha-1 pour la laitue et 50 Mg ha-1 pour l’oignon. Les distances de Mahalanobis critiques de 3,09 et 3,03 délimitaient l’équilibre du déséquilibre nutritif chez la laitue et l’oignon, respectivement. La technique de transformation de l’ILR a montré une plus grande précision diagnostique que le Système Intégré de Diagnostic et de Recommandation (DRIS), évaluée en 78% pour la laitue et 87% pour l’oignon. La balance [Fv / Quebec produces 87% of lettuces and 38% of onions in Canada, mostly in organic soils, but the nitrogen fertilization of these crops is difficult to manage. Inadequate nitrogen intake regardless of local conditions can generate nutritional imbalances in the plant and increase the risk of contamination of surface and ground waters. Our objective was to develop nutrient diagnostic models and N recommendations for lettuce and onion according to the contents of C and N in the soil and to balances between macronutrients in leaf tissues. Twenty-four and thirteen nitrogen fertilization trials were conducted on lettuce and onion crops, respectively, in organic soils of southwestern Quebec from 2002 to 2006. Every crop received four doses of N from zero to 150-180 kg N ha-1 applied before planting or split-applied. To account for interactions between elements, the results of C and N analyses in soils and N, P, K, Ca and Mg analyses in leaf tissues were completed by a filling value (Fv) to close the compositional vector then transformed into log isometric ratios (ILRs). Because ILRs are orthogonal to each other, a Mahalanobis distance (M^2) can be computed from a reference composition. The ILRs were calibrated against crop response and classified into soil groups by meta-analysis for soil analyses, as "True Negatives" (TN), "True Positives" (TP), "False negatives" (FN) and "False Positives" (FP) specimens by the Cate-Nelson method in the case of foliar analyses. A Mahalanobis distance (M^2) was computed between experimental ILRs and reference ILRs. We delineated three groups of soil fertility for lettuce about M^2 values of 1.0 and 5.5 to conduct meta-analysis using response ratio as effect size. For onion, we delineated two groups about the M^2 value of 5.5. The M^2 values of 8.4 and 19.6 were the upper limits for recommendation models N for lettuce and onion, respectively. We obtained a quadratic model for lettuce and a linear model for onion. Balance standards of nutrients were elaborate at from foliar analyses high yield for lettuce and onion using Cate-Nelson analysis. Nutrient interactions were arranged in a dendrogram. Yield critical thresholds were 44 Mg ha-1 for lettuce and 50 Mg ha-1 for onion. Mahalanobis distances of 3.09 and 3.03 delineated critical balance of imbalance for lettuce and onion, respectively. The ILR transformation technique showed greater diagnostic accuracy than DRIS, evaluated in 78% for lettuce and 87% for onion. Balance [Fv

Ce projet avait pour objectif d’évaluer l’efficacité de certains sels utilisés comme agents de conservation dans l’industrie agroalimentaire et pharmaceutique pour lutter contre la maladie des taches et des nervures noires de la laitue (Lactuca sativa), causée par la bactérie Pseudomonas cichorii. L’étude a permis 1) de déterminer les concentrations minimales inhibitrices (MICs) des sels et de mélanges de ces sels envers des souches virulentes de P. cichorii et 2) d’évaluer l’effet de ces sels et mélanges de sels, appliqués à des concentrations avoisinant les MICs, sur le développement de la maladie. Les résultats obtenus montrent une réduction significative, bien que partielle et variable, de la gravité des symptômes de maladie suite à l’application de NaHCO3 (160 mM), de AlCl3 (4 mM) et des mélanges Na2S2O5 + CaCl2 (12 mM), Na2S2O5 + AlCl3 (4 mM) et Na2S2O5 + NaHCO3 (125 mM). À la lumière des résultats obtenus, il est clair que les sels testés dans le cadre de cette étude ne permettent pas une réduction suffisamment marquée de la maladie pour envisager la commercialisation des plants. On ne peut toutefois exclure la possibilité que ces sels puissent permettre une réduction suffisante de la maladie des taches et des nervures noires lorsqu’utilisés avec des méthodes complémentaires de lutte dans un programme de lutte intégrée.

L’agrivoltaïque, association sur une même surface d’une production agricole et d’une production d’énergie d’origine photovoltaïque, apparait aujourd’hui comme une solution innovante pour atténuer les effets du changement climatique, notamment sur le secteur agricole. Déjà imaginé en 1982, les premières expérimentations débutées à Montpellier (France) en 2010 ont montré la pertinence de cette association à travers un maintien des rendements sous certaines conditions, une meilleure efficience d’utilisation du sol ainsi qu’une diminution de la consommation en eau des cultures sous ombrage. Suite à ces travaux pionniers réalisés sous des panneaux photovoltaïques à inclinaison fixe, l’utilisation de panneaux dynamiques à inclinaison variable est apparue nécessaire pour réduire l’hétérogénéité du rayonnement disponible pour la culture mais aussi, adapter la stratégie d’ombrage aux besoins radiatifs de la culture au cours de son développement.La présente thèse avait pour objectif de caractériser et de modéliser l’impact de la présence de panneaux solaires sur le bilan hydrique d’une culture conduite sous dispositif agrivoltaïque dynamique en vue d’optimiser la stratégie d’irrigation et le pilotage de l’inclinaison des panneaux. Les expérimentations menées sur une culture de laitues ont mis en évidence l’intérêt de panneaux dynamiques afin de réduire les hétérogénéités radiatives. Le développement d’un modèle de redistribution des pluies par les panneaux photovoltaïques a permis la mise en œuvre d’une stratégie de pilotage de l’inclinaison en temps réel a permis d’homogénéiser les cumuls observés au sol. L’adaptation d’un modèle de bilan hydrique et de développement de culture par l’ajout d’un module décrivant la dynamique stomatique sous ombrage fluctuant a permis de décrire la consommation en eau de la culture et son développement sous différentes stratégies de pilotage de l’ombrage. Enfin, différentes stratégies de pilotage de l’inclinaison des panneaux photovoltaïque ont pu être simulées et évaluées à l’aide d’un indicateur globale intégrant l’efficience d’utilisation du sol, la productivité de l’eau, le décalage de maturité et les sources d’hétérogénéités pouvant affecter la production de laitues. / Agrivoltaism, defined as the association on the same land of agricultural and photovoltaic energy production, appears as an innovating concept to dampen some of the effects of climate change, in the agricultural sector. Although the concept was already imagined in 1982, the first experimentations started in 2010 at Montpellier (France) and showed the relevance of this combination by the maintenance of crop yield under certain conditions, the increase of land use efficiency and a reduction of water consumption for the tested crops. Following this pioneering work done under fixed (but not horizontal) photovoltaic panels, the use of "dynamic" panels, i.e. panels with a variable tilting angle, appears necessary to reduce the spatial heterogeneity of the transmitted radiation but also to adapt the shading strategy to the radiation amount required for crop growth.This thesis aims to characterize and to model the impact of the photovoltaic panels on the water budget of the cultivated plot and to progress towards the optimization of irrigation strategies in such systems controlled by the variations in time of the tilting angle of the panels. Experimentations conduced on lettuces showed the benefits of "dynamic" photovoltaic panels to reduce the radiative heterogeneity. Accounting for rain redistribution by the solar panels permits the implementation of a real time strategy to reduce rainfall heterogeneity on the ground surface. The derivation of a water budget and crop development model which describes the dynamics of stomatal conductance under fluctuating shading allows a better simulation of water consumption and crop development for different shading strategies. Finally, various strategies for the piloting of the solar panels could be tested and evaluated by a new, global index combining land use efficiency, water productivity, maturity delays and heterogeneities (in rain and radiation) which can impact production.