La transition d'une agriculture diversifiée à un système productiviste a entraîné une perte de diversité cultivée et pose de nombreux enjeux environnementaux, sociétaux et de santé. Des alternatives telles que l'agro-écologie ont émergé, reposant sur la valorisation de l'agro-biodiversité, notamment de la diversité génétique au sein des agroécosystèmes. Constatant qu'aucune des variétés du catalogue n'est adaptée à leurs besoins, des paysan.ne.s et animateur.trice.s du Réseau Semences Paysannes (RSP) mènent depuis 2006, en collaboration avec l'équipe DEAP (Diversité, Évolution et Adaptation des Populations) de l'UMR GQE Le Moulon, un projet de sélection participative (SP) du blé tendre. Ces paysan.ne.s mobilisent la diversité pour sélectionner des populations adaptées à leurs pratiques, terroirs et débouchés, dans le but de retrouver une autonomie semencière et une cohérence de leur système. Ma thèse porte sur l'étude des impacts des pratiques de gestion collective et de sélection paysanne sur la diversité cultivée du blé et l'adaptation des populations. Elle vise à proposer des adaptations éventuelles des pratiques de SP existantes et d'appuyer la mise en place de nouveaux projets. Les impacts de pratiques de création et sélection à la ferme de mélanges de populations sur leur comportement agronomique et morphologique ont été évalués par une expérimentation en collaboration avec une quinzaine de paysan.ne.s et animateur.trice.s du RSP. Dans une deuxième partie nous avons étudié les impacts de la sélection naturelle et la sélection paysanne sur l'évolution des populations, leur stabilité et leur adaptation aux environnements au cours du projet de SP blé. Ensuite une étude prospective a porté sur les impacts de l'adoption de peuplements hétérogènes sur la diversité cultivée à l'échelle du paysage, par l'évaluation de la diversité des populations issues de SP, la simulation de scénarii d'adoption des peuplements hétérogènes et l'utilisation d'indicateurs de la diversité cultivée. Enfin, je me suis intéressée aux impacts qu'ont les paramètres du dispositif expérimental mis en place sur les fermes sur l'ajustement et la précision des estimations par les modèles Bayésiens utilisés, afin d'améliorer notre capacité à détecter des différences significatives entre populations et de donner des recommandations pour d'autres projets d'évaluation décentralisée de variétés utilisant les dispositifs et modèles développés dans projet SP blé français. / The transition from a diversified agriculture to a productivist system has led to a decline in cultivated diversity and raises many environmental, societal and health issues. Alternatives such as agro-ecology have emerged, based in particular on the enhancement of agro-biodiversity and genetic diversity within agro-ecosystems. Considering that there are no varieties adapted to their needs in the catalogue, farmers and facilitators from the Réseau Semences Paysannes (RSP) have been conducting a participatory breeding project (PPB) for bread wheat since 2006, in collaboration with the DEAP (Diversity, Evolution and Adaptation of Populations) team at UMR GQE Le Moulon. These farmers are mobilizing diversity to select populations adapted to their practices, terroir and outlets, with the aim of regaining their seed autonomy and a coherence of their system. My thesis focuses on the study of the impacts of collective management and peasant selection practices on wheat crop diversity and population adaptation. It aims to propose possible adaptation of existing PPB practices and to support the implementation of new projects. The impacts of on-farm creation and selection practices of population mixtures on their agronomic and morphological behaviour were evaluated through an experiment in collaboration with about fifteen farmers and facilitators from the RSP. In a second part we studied the impacts of natural selection and peasant selection on the evolution of populations, their stability and adaptation to environments during the wheat PPB project. Then a prospective study on the impacts of the adoption of heterogeneous varieties on cultivated diversity at the landscape level was conducted, by assessing the diversity of populations from PPB, simulating adoption of heterogeneous varieties scenarii and using cultivated diversity indicators. Finally, the impacts of the on-farm experimental design parameters on the adjustment and accuracy of estimates from Bayesian models were assessed, to improve our ability to detect significant differences between populations and to provide recommendations for other decentralized variety evaluation projects using the designs and models developed in the French wheat PPB project.

Les mélanges de variétés de céréales connaissent un regain d’intérêt récent, mais les méthodes pour évaluer et sélectionner des variétés sur l’aptitude au mélange ainsi que pour la conception des mélanges restent peu développées. Il a été montré que les performances de génotypes en culture pure pouvaient différer significativement de leurs performances en mélange, rendant la prédiction des performances de mélanges difficile. Mais évaluer tous les mélanges possibles entre génotypes devient techniquement impossible pour de larges panels. Ainsi, des méthodes expérimentales et statistiques sont nécessaires pour identifier les génotypes qui présentent les meilleures aptitudes au mélange, et pour prédire les meilleures combinaisons de génotypes, à partir de l’observation d’un nombre limité de mélanges.Dans une première partie, nous avons d’abord synthétisé les différentes méthodes proposées dans la littérature pour étudier les interactions plante-plante, en distinguant i) celles basées sur les performances des mélanges, permettant d’estimer des Aptitudes Générale et Spécifique au Mélange, ii) celles où les performances de chaque génotype en mélange sont accessibles, permettant d’estimer des effets Producteur et Associé. Nous avons ensuite proposé un cadre statistique basé sur des modèles mixtes pour estimer l’aptitude au mélange dans des dispositifs incomplets. Ces modèles d’Aptitude au Mélange et le modèle Producteur-Associés ont été appliqués à un panel diversifié de génotypes de blé tendre d’hiver observé dans différents dispositifs expérimentaux, révélant des interactions entre plantes de génotypes différents. Puis, les capacités de ces dispositifs et modèles à prédire les performances de mélanges de validation ont été comparées. Nous avons finalement discuté l’application de ces cadres méthodologiques à l’évaluation de l’aptitude au mélange et la possibilité de les intégrer dans des programmes de sélection.Dans une seconde partie, nous avons réalisé une synthèse bibliographique pour proposer des règles d’association afin de mieux assembler les traits reliés aux interactions entre variétés, et concevoir des idéotypes de mélanges qui favorisent les complémentarités inter-variétés. Lors d’ateliers participatifs impliquant des agriculteurs biologiques, ces règles ont ensuite été validées, infirmées, ou complétées, puis utilisées pour la conception d’idéotypes de mélanges qui correspondent aux pratiques et aux environnements des agriculteurs. Les mélanges conçus sur la base de ces règles ont ensuite été évalués à la ferme sur des critères agronomiques et sur les besoins spécifiques des agriculteurs. Les deux approches complémentaires de la thèse révèlent la possibilité de développer des mélanges variétaux localement adaptés. / Cereal variety mixtures have recently known a renewed interest but methods for screening and breeding varieties for mixing ability, or designing mixtures remain poorly developed. It has been shown that the performance in pure stand of a genotype can significantly differ from its performance in mixture, thus making mixture performance difficult to predict. But testing all the possible mixtures turns technically impossible when using large panels of genotypes. Therefore experimental and statistical methods are necessary to identify the genotypes with the best mixing ability, as well as try to predict the best combinations, from the observation of a limited number of mixtures.In a first part, we have reviewed different methods proposed in the literature to study these plant-to-plant interactions, contrasting i) the ones based on mixture performances, producing General and Specific Mixing Ability estimates, from ii) the ones where the performance of each genotype in the mixture is observed, allowing to estimate Producer and Associate effects. We have then proposed a statistical framework based on mixed models to estimate Mixing Ability in incomplete designs. These Mixing Ability models and the Producer-Associates model have been applied to a diverse panel of bread winter wheat genotypes observed in different experimental designs, revealing interactions between plants of different genotypes. Then the ability of these designs and models to predict the performance of validation mixtures have been compared. We finally discussed how these methodological frameworks can be applied to screening for mixing ability and the possibility to integrate them in breeding programs.In a second part, we performed a literature survey to propose assembly rules for better combining traits associated to plant interactions, and designing mixture idéotypes that favor the complementarities between varieties. During participatory workshops involving organic farmers, these rules have been validated, invalidated, adapted or implemented, and then used for designing mixture ideotypes that fit farmers’ practices and environments. The designed mixtures based on these rules have been assessed in on-farm trials for agronomic criteria and farmers’ specific requirements. The two complementary approaches of this thesis unleash the potential for developing locally adapted cultivar mixtures.

Augmenter la diversité végétale au sein même du champ permet de réguler les populations de ravageurs dans de nombreux agroécosystèmes. Les mélanges variétaux (diversité intraspécifique) ou les associations de cultures avec une plante compagne (diversité interspécifique) sont considérées comme des pratiques agroécologiques prometteuses pour les systèmes de culture à bas intrants ou l'agriculture biologique. En effet, ces pratiques favorisent de nombreux services écosystémiques tels que la régulation des ravageurs, des maladies ou des adventices, ainsi que la fertilisation azotée. Cependant, le potentiel de régulation des ravageurs du blé par la combinaison de ces deux pratiques de diversification n'a pas encore été étudié.Nous avons combiné ces deux pratiques dans le cadre d'expérimentations menées en plein champ et sur deux saisons de culture, afin d'examiner leurs impacts sur les populations de pucerons et d'ennemis naturels. Nous avons également évalué le potentiel de régulation des ravageurs en mesurant les taux de prédation de proies sentinelles.La combinaison des diversités intra- et interspécifique n'est pas plus performante pour réduire les populations de pucerons que les pratiques prises séparément. L'association de culture blé-trèfle tend à être moins infestée par les pucerons, tandis que le mélange variétal est plus infesté que la variété la moins sensible. Les variations annuelles des conditions climatiques impactent fortement le développement du blé et du trèfle, ainsi que la date d'apparition du pic de puceron. Le rendement du blé, ainsi que le taux d'azote du grain sont réduits par l'association de culture par 7 à 10%, mais pas par le mélange variétal. La présence d'un couvert de trèfle dans les champs de blé, semble avoir favorisé la biodiversité fonctionnelle, particulièrement les ennemis naturels tels que les carabes, mais pas le mélange variétal. Les résultats sont variables selon la famille d'arthropodes concernée et leur position au sein du couvert végétal (au sol ou dans le feuillage). Le couvert de trèfle et le champ ont influencé la composition de la communauté de carabes prédateurs. Les taux de prédation des proies sentinelles n'ont pas été impactés par les pratiques de diversifications.En laboratoire, nous avons évalué comment l'association du blé avec des légumineuses (trèfle ou pois) pouvait modifier le comportement du puceron du blé Sitobion avenae en terme de location de sa plante hôte et du développement de la population. Les pucerons ont résidé moins de temps sur le blé quand il était associé à du trèfle. Les populations de pucerons se sont moins développées dans les associations du blé avec une légumineuse par rapport à du blé seul, mais si l'on prend en compte la biomasse du blé, seulement l'association blé-trèfle a considérablement réduit les densités de pucerons sur le blé. Ainsi l'espèce associée et sa densité sont des paramètres importants qui devraient être pris en compte dans les études sur la diversité interspécifique, car ils pourraient expliquer la grande variation dans les résultats rapportés par les analyses bibliographiques.Nos résultats suggèrent qu'augmenter la diversité cultivée au sein du champ peut aider à réguler les pucerons dans une certaine mesure, mais la combinaison des deux pratiques de diversification ne résultent pas en un trade-off entre la régulation des ravageurs et les performances agronomiques particulièrement attractifs pour les agriculteurs. / Increasing intrafield plant diversity has been shown to regulate pest populations in various agroecosystems. Polyvarietal mixtures of a crop species (intraspecific diversity) or associations of a crop and a companion plant (interspecific diversity) are both considered as promising agroecological practices for low-input or organic agriculture systems by providing several ecosystem services such as pest, disease and weed control, and nitrogen fertilization. However, combining both diversification practices has not been studied yet in perspective of winter wheat pest control.In organic field experiments over two growing seasons, we combined both practices and examined the direct impact on aphid and natural enemy populations and on wheat production. We also investigated the potential pest regulation service through the assessment of the rate of predation by using sentinel preys.Results show that combining intra- and interspecific diversity did not outperform each practice individually in reducing aphid populations, thus not clearly showing synergetic effects. Taken separately, intercropping tended to have lower aphid infestation, while it the cultivar mixtures was more infested by aphids than the least susceptible cultivar. Yearly variation in climatic conditions strongly impacted wheat and clover development, as well as the appearance of aphid peaks. Wheat yields and grain nitrogen content were reduced in intercropping by 7 to 10%, but not in cultivar mixtures. Functional biodiversity, especially natural enemies such as ground beetles, tended to be positively correlated to the presence of a clover cover in the wheat fields (interspecific diversification), but did not respond to the wheat cultivar mixture (intraspecific diversification). Results varied according to the family of arthropods concerned and their position within the vegetation layer (ground dwelling or foliage dwelling arthropods). The cover of white clover and the field context influenced the community composition of predatory ground dwelling beetles. Rates of predation on sentinel preys were not influenced by any of the diversification practices.Under laboratory conditions, we evaluated how combining wheat and legumes (clover or pea) modifies the behaviour of the cereal aphid Sitobion avenae in terms of host-plant location, and population growth. We observed that aphids’ residence time on wheat was decreased when this host-plant was intercropped with clover. At the population level, wheat-legume intercrops reduced the number of aphids on wheat plants compared to wheat sole crops but if we take into account plant biomass, only intercropping clover with wheat significantly reduced aphid densities on wheat. The species used as non-host plants and their density are important parameters that should be taken into account in studies on intercropping systems and that may explain the large variability in the results observed in the literature.Our findings suggest that intrafield diversification may regulate wheat aphids to some extent, but combining the two diversification practices did not result in an interesting trade-off between pest regulation and wheat production in real farming conditions.