Les maladies du bois de la vigne sont responsables de pertes économiques importantes pour la filière viticole. Ces maladies d'origine fongique se manifestent notamment par une dégradation de la partie boisée du matériel végétal et par l'apparition erratique de symptômes caractéristiques sur la partie foliaire. Cette thèse est dédiée à l'étude de ces maladies (principalement l'esca) à l'aide de deux capteurs imageurs en proxidétection.La question de la détection des symptômes visibles est tout d'abord abordée à l'aide d'un capteur couleur RVB permettant d'acquérir une image par pied de manière automatique ou semi-automatique. La reconnaissance des symptômes est abordée en deux étapes, d'abord en considérant la classification à l'échelle de la feuille puis la détection à l'échelle du pied. La particularité de cette étude est l'inclusion de facteurs confondants dans le problème de classification, tirant partie de l'information de forme des symptômes de l'esca pour les différencier d'autres troubles et maladies. Dans ce but, une comparaison entre approches SIFT et approches transfer learning récentes est alors conduite. Les résultats nous poussent alors à considérer une architecture deep learning simple (RetinaNet) pour la détection des symptômes sur les images, permettant d'estimer un niveau d'atteinte pour chaque pied.Le second capteur utilisé, une caméra hyperspectrale couvrant le spectre de 500 nm à 1300 nm, tente de répondre à une problématique plus expérimentale, à savoir le comportement spectral des pieds atteints par la maladie pouvant déboucher sur une détection précoce des pieds malades mais sans symptômes foliaires. Un protocole expérimental et une base de données de spectres sont alors constitués pour l'occasion. Les méthodes de réduction de la dimensionnalité permettent d'exploiter l'information hyperspectrale voire d'isoler les longueurs d'onde associées à chacune des deux classes. Les données ne permettent cependant pas, pour la plage de longueur d'onde mesurée et dans les conditions d'acquisition terrain, de réaliser une détection précoce de la maladie sur les pieds sans symptômes.Les différences et similarités entre chacune de ces deux applications, en terme de constitution de base de données, d'algorithmes, de difficultés et de potentiel d'application en conditions réelles sont discutées tout au long du manuscrit. / Grapevine wood diseases in the vineyard are responsible for significant economic losses in the wine industry. These diseases of fungal origin are caracterised by a degradation of the wooded part of the plant material and by the erratic appearance of characteristic symptoms on the leaf part. This thesis is dedicated to the study of these diseases (mainly esca disase) using two imaging sensors and proximal sensing.The issue of visible symptom detection is first addressed using an RGB color sensor to acquire an image for each plant automatically or semi-automatically. The recognition of symptoms is approached in two stages, firstly by considering the classification at leaf-scale and then the detection at the plant-scale. The particularity of this study is the inclusion of confounding factors in the classification problem, taking advantage of the shape information of esca symptoms to differentiate them from other disorders and diseases. For this purpose, a comparison between SIFT approaches and recent transfer learning approaches is then conducted. The results then lead us to consider a simple deep learning architecture (RetinaNet) for the detection of the symptoms on the images, making it possible to estimate a level of disease severity for each vineplant.The second sensor used, a hyperspectral camera covering the spectrum from 500 nm to 1300 nm, tries to tackle a more experimental problem, namely the spectral behavior of the diseased plants which may lead to early detection of diseased plants without foliar symptoms. An experimental protocol and a database of spectra are then formed for the occasion. The dimensionality reduction methods make it possible to exploit the hyperspectral information or even to isolate the wavelengths associated with each class. However, the data do not allow, for the measured wavelength range and in the field acquisition conditions, to perform early detection of the disease on the plant without symptoms.The differences and similarities between each of these two applications, in terms of database constitution, algorithms, difficulties and application potential in real conditions are discussed throughout the manuscript.

Les maladies fongiques du bois de la vigne que sont le syndrome de l'esca, le Black Dead Arm (BDA) et l'Eutypiose sont particulièrement dommageables à la profession vitivinicole, et sont actuellement en progression. Le temps d'incubation nécessaire à l'expression de ces maladies au champ complique l'évaluation de solutions préventives adaptées en condition contrôlée ainsi qu'en condition de terrain. Ces travaux de thèse ont eu pour objectifs la conception et la validation de tests PCR quantitatifs en temps réel (RtqPCR), permettant la détection et la quantification in planta de cinq champignons associés aux maladies de dépérissement de la vigne, Phaeomoniella chlamydospora et Phaeoacremonium aleophilum (esca), Diplodia seriata et Neofusicoccum parvum (BDA), et Eutypa lata (Eutypiose). Le développement de tests multiplexes a ensuite été entrepris et ces derniers ont été évalués pour la détection de quatre champignons (2 associés à esca et 2 au BDA) dans le bois de jeunes plants issus de pépinière viticole. Enfin, l'étude de l'interaction in planta de deux champignons associés au syndrome de l'esca de la vigne (P.chlamydospora et P.aleophilum) a été réalisée par RT-qPCR, et complétée par la caractérisation histologique de la réponse de la plante à la blessure dans le bois, en inoculation individuelle et en co-inoculation. / Grapevine trunk diseases, among which esca's syndrome, Black Dead Arm (BDA) and Eutypiosis, represent a real threat for grape and wine industry. Incubation time required before symptoms externalization in field complicates the evaluation of the efficacy of preventive solution in control and field conditions. These thesis's works focused on the design and the validation of Real Time quantitative PCR assays (RT-qPCR), in order to detect and quantify in vine plant five fungi associated with grapevine trunk disease, Phaeomoniella chlamydospora et Phaeoacremonium aleophilum (esca), Diplodia seriata et Neofusicoccum parvum (BDA), et Eutypa lata (Eutypiosis). The development of multiplex assays was undertaken and these last were evaluated in order to detect four fungi (esca and BDA) in wood sample from young plants in vine nursery. Finally, a study of the interaction between two fungi associated with esca's syndrome has been determined in planta through RT-qPCR, and completed by a histological analysis of plant response to injury of woody tissues.

Cette thèse aborde le potentiel de la télédétection en tant qu'outil pour la détection automatique de la Flavescence dorée (FD) de la vigne. L'approche repose sur l'analyse des variables (bandes spectrales, indices de végétation et paramètres biophysiques) calculables à partir des images multispectrales à très haute résolution (10 cm) acquises par drone pendant la période d'expression maximal des symptômes. L'analyse de la performance de discrimination des variables est réalisée à partir d'une méthode supervisée basée sur la courbe ROC. Les zones d'entrainement et de validation utilisées dans cette étude ont été acquises sur 14 parcelles situés dans le sud de la France. La performance des variables a été testée sur trois échelles d'analyse (par parcelle, par cépage et par couleur) et pour deux niveaux d'analyse. Le premier niveau d'analyse repose sur le potentiel des variables utilisées dans la détection des zones symptomatiques de la Flavescence dorée des zones asymptomatiques. Le deuxième niveau d'analyse consiste à tester la performance des variables dans la discrimination spécifique la Flavescence dorée (cépages noirs) en faisant une distinction avec les maladies du bois. À l'issue de ces expériences, dans un point de vue méthodologique les résultats ont permis de mettre en évidence (1) une plus faible performance de discrimination pour la discrimination des zones symptomatiques de FD des zones symptomatiques des maladies du bois plus particulièrement à l'échelle par couleur ; (2) la présence des pixels mixtes mal classés plus particulièrement dans les bords des rangs de vigne et (3) une faible discrimination des zones symptomatiques (FD ou MB) avec une proportion du feuillage symptomatique faible (niveau d'infection). Dans un point de vue thématique les résultats obtenus ont mis en évidence les différences dans l'intensité de la coloration anormale des feuilles atteintes de Flavescence dorée en fonction de l'année et leur lien avec la teneur en chlorophylles et anthocyanes des feuilles. Les perspectives ouvertes par ces travaux concernent la création d'un indice spécifique à la Flavescence dorée en fonction de la couleur du cépage (noir ou blanc) ou l'intensité dans la coloration des feuilles (faible ou forte) identifiés à partir des données hyperspectrales et l'amélioration du masquage des pixels mixtes à partir des algorithmes complexes qui prennent en compte la répartition spatiale des pixels dans le feuillage de vigne. / This work investigates the potential of remote sensing as a tool for the automatic detection of Flavescence dorée (FD) grapevine disease. The approach is based on the analysis of variables (spectral bands, vegetation indices, and biophysical parameters) computed from high resolution (10 cm) multispectral images and acquired by Unmanned Aerial Vehicle (UAV) during the period of maximum expression of symptom. The analysis of the variables discrimination performance is evaluated by a supervised method based on the Receiver Operating Characteristic curve (ROC curve). The training and validation areas used in this study were acquired from 14 vineyards located in southern France. The performance of the variables was tested on three different scales of analysis (one by plot, by cultivar and by berry color). Two levels of analysis have been implemented. The first level involves the potential of variables to discriminate Flavescence dorée symptomatic vines areas from asymptomatic ones. The second level of analysis is related to test the performance of the variables for the specific discrimination of Flavescence dorée vines (for the red cultivars) and the discrimination from Grapevine Trunk Diseases (GTD). The results obtained showed (1) a lower discrimination performance for discrimination of FD symptomatic vines areas from GTD symptomatic ones, more pronounced on the color level; (2) the presence of misclassified mixed pixels especially in the edges of the rows of vines and (3) a low discrimination of symptomatic vines areas (FD or MB) with a low proportion of symptomatic foliage (level of infection). From a thematic point of view, the results obtained showed the differences in the intensity of leaf discoloration affected by Flavescence dorée by year and their link with the chlorophylls and anthocyanins content of the leaves. Future prospects for this work concern the creation of a specific Flavescence dorée index depending on the color of the cultivars (red or white) and the intensity of leaf discoloration (attenuated or marked), identified from the hyperspectral data and improving the masking of mixed pixels from complex algorithms that consider the spatial distribution of pixels in the vine foliage.

Les recherches sur la lutte biologique (ou biocontrôle) par utilisation de micro-organismes connaissent un essor remarquable, les applications au champ étant cependant encore limitées en raison des variations d’efficacité dans la protection des plantes. Celles-ci sont souvent imputées à la non persistance des agents de biocontrôle dans la rhizosphère ou sur le végétal qu’ils sont censés protéger. Afin de réduire ce risque, une solution consiste à utiliser des micro-organismes isolés du végétal que l’on souhaite protéger. Dans le cadre de cette thèse, Pythium oligandrum, un oomycète colonisateur de la rhizosphère de nombreuses plantes dont la vigne, a été étudié pour lutter contre l’esca, une maladie du bois de la vigne pour laquelle il n’existe actuellement aucune méthode de lutte disponible. Des souches de P. oligandrum ont été isolées de la rhizosphère de ceps cultivés dans 3 régions viticoles (12 vignobles) du Bordelais présentant des sols variés : argilo-calcaire, sable-graveleux et graveleux. Les analyses des communautés fongiques et bactériennes obtenues par empreinte moléculaire (Single Strand Conformation Polymorphism) ont montré que, contrairement aux bactéries, les espèces fongiques différaient selon les régions. Des Pythium spp. aux oospores échinulées ont été isolées à partir des racines des ceps échantillonnés, avec une prédominance de P. oligandrum (séquençage de la région ITS). L’analyse des séquences des gènes codant pour le cytochrome oxydase I et une tubuline a permis de constituer 3 groupes de souches. Le séquençage d’autres gènes codant pour des protéines « élicitines-like » a indiqué que chaque souche présentait au moins un gène codant pour chacun des 2 types d’éliciteurs de P. oligandrum : l’oligandrine et les protéines de la paroi cellulaire (CWPs). Il apparaît que le type de sol et la microflore associée à la rhizosphère n’exerceraient pas une influence suffisante pour que la structure génétique des populations de P. oligandrum soient associées à un contexte tellurique particulier. En revanche, le type de porte-greffe et la méthode de désherbage (chimique ou mécanique) pourraient avoir une incidence sur la colonisation racinaire par P. oligandrum. Les relations entre P. oligandrum et les racines de la vigne ont été étudiées par analyse transcriptomique (microarray Vitis vinifera de 29 549 gènes). Les résultats obtenus montrent que de jeunes plants de vigne ont répondu à la colonisation racinaire par P. oligandrum en modifiant l’expression de gènes intervenant dans plusieurs voies métaboliques. Deux aspects a priori opposés ont été observés : P. oligandrum serait perçu comme (1) un agresseur contre lequel la plante a mis en place des réactions de défense mais en même temps, comme (2) un micro-organisme symbiotique car un certain nombre de modifications transcriptionnelles étaient similaires à celles reportées dans les interactions rhyzosphèriques symbiotiques (e.g. forte stimulation de gènes codant pour des subtilases). Un essai visant à induire chez la vigne une protection contre un champignon pathogène impliqué dans l’esca, Phaeomoniella chlamydospora, grâce à P. oligandrum, a été réalisé. La colonisation des racines par P. oligandrum a été associée à une réduction de la longueur des nécroses dues à P. chlamydospora. En adéquation avec ce résultat, l’analyse transcriptomique par RT-PCRq et microarrays a montré une surexpression de la voie de l’éthylène. Plusieurs gènes spécifiquement induits constitueraient des marqueurs de résistance qu’il conviendra de valider lors de prochaines expérimentations. / Biocontrol research based on the use of microorganisms is expanding very rapidly. However, the use of such bioncontrol agents is still too inconsistent to effectively protect plants in field applications. This phenomenon is often attributed to the non-persistence of biocontrol agents in the rhizosphere or on the plants. In order to reduce the risk of this happening, one solution consists in using microorganisms that are isolated from the plants needing protection. In this thesis, an oomycete called Pythium oligandrum, which colonizes the rhizosphere of many plants, including grapevine, was assessed for the control of esca, a grapevine trunk disease for which no control method is currently available. P. oligandrum strains have been isolated from the rhizosphere of vines cultivated in 3 wine-growing regions (12 grapevines) of Bordeaux with different types of soil: stony-sandy, silty and stony. Analyses of fungal and bacterial communities using a molecular fingerprinting method (Single Strand Conformation Polymorphism) showed that, unlike bacteria, the fungal species varied according to the sampling region. Roots of all the vines sampled were colonized by echinulated-oospore Pythium spp., with P. oligandrum strains predominating. Phylogenetic analyses based on the genes encoding the cytochrome oxidase I and one tubulin allowed these strains to be clustered into three groups. The sequencing of the elicitin-like genes, whose proteins are key components in inducing systemic resistance in plants, showed that each strain held at least one gene encoding for each of the two kinds of P. oligandrum elicitors (i.e. oligandrin and Cell Wall Proteins). Sequencing and molecular fingerprinting analyses showed thus that the type of soil and the rhizosphere microbiota did not shape the population structure of P. oligandrum. However, other factors such as the different kinds of rootstock and weeding management can also have an influence on the root colonization by P. oligandrum. The relationship between P. oligandrum and grapevine was studied using a transcriptomic approach (microarray Vitis vinifera, 29 549 genes). The results highlighted the modifications induced by young vines in response to P. oligandrum root colonization, in the genetic expression of several genes belonging to different metabolic pathways. Two aspects, that are usually opposed, were observed: P. oligandrum was perceived by the plant either (i) as a pathogen because certain defence reactions were triggered (e.g. calcium signalling, resistance genes, abscissic acid metabolism) or as (ii) a symbiotic microorganism since several transcriptional changes were similar to those reported in symbiotic interactions (e.g. induction of subtilase genes). An assay aimed at protecting grapevine against a pathogenic fungus involved in esca, and known to be responsible for wood necrosis, i.e. Phaeomoniella chlamydospora, was carried out. The root colonization by P. oligandrum was associated with a reduction in the length of necroses. In line with this result, transcriptomic analyses by microarrays and RT-qPCR showed overexpression of several genes, particularly those of the ethylene pathway. Some of these induced genes could be thus used as resistance markers, but this needs to be validated in further experiments.

Contre la pourriture grise et les maladies du bois (MdBs), qui sont des maladies cryptogamiques majeures de la vigne, la lutte biologique a un potentiel de développement considérable dans le contexte actuel de réduction des intrants chimiques en viticulture.L’objectif de cette thèse est de sélectionner et d'étudier des souches bactériennes antagonistes de Botrytis cinerea (Pourriture grise) et de deux champignons pathogènes clefs liés aux MdBs: Phaeomoniella chlamydospora et Neofusicoccum parvum. Les expériences de screening principales sont réalisées in vivo et in planta sur 46 souches bactériennes isolées dans le vignoble bordelais. Le niveau de protection par les souches antagonistes dépend significativement de la souche bactérienne, de l’espèce de champignon pathogène ciblée, du tissu ou organe végétal hôte, mais aussi pour N. parvum, du mode d’application de la souche bactérienne et, pour B. cinerea, du génotype lié aux transposons : transposa ou vacuma.Une réduction significative de 40 à 64% de la taille des nécroses dues à P. chlamydospora et/ou N. parvum est induite par trois souches bactériennes Pantoea agglomerans (S1), Paenibacillus sp. (S19) et Bacillus pumilus (S32) sur des boutures de vigne non greffées. Ces souches ont fait l'objet d'investigations approfondies pour déterminer leurs principaux modes d’action : Antibiose, production de composés volatils qui ont été identifiés et/ou induction de différents gènes de défense de la vigne.Concernant B. cinerea, les souches Enterobacter cowanii (S22), Enterobacter sp. (S23), Bacillus ginsengihumi (S38) et Bacillus sp. (S43, S46) présentent un pouvoir antagoniste important par production de composés volatils et diffusibles anti-Botrytis, ainsi que par compétition pour les nutriments par E. cowanii (S22). / Biological control of gray mold and grapevine trunk diseases (GTDs), which are major fungal diseases of grapevine, has a considerable potential development in the current context of reduction of chemical input in viticulture.The aim of this study was to select and study bacterial strains for antagonism against Botrytis cinerea, the causal agent of gray mold, and two key pathogens involved in GTDs: Phaeomoniella chlamydospora and Neofusicoccum parvum. The main screening experiments for antagonistic activity of 46 bacterial strains, isolated from Bordeaux vineyards, have been carried out under different in vivo and in planta conditions. The efficacy of protection by the antagonistic strains significantly depended on the bacterial strain, the targeted pathogen species, the host plant tissue or organ and, for N. parvum, also on the application mode of the bacterial strain and, for B. cinerea, on the transposon genotype: transposa or vacuma.A significant reduction in length of necrosis due to P. chlamydospora and/or N. parvum, ranging between 40 and 64% in non-grafted vine cuttings, resulted from three bacterial strains: Pantoea agglomerans (S1), Paenibacillus sp. (S19) and Bacillus pumilus (S32). These strains were thoroughly further investigated to determine their major modes of action by i) Antibiosis ii) production of antifungal volatile organic compounds, which have been identified, and/or iii) induction of different grapevine defense genes. Concerning B. cinerea, Enterobacter cowanii (S22), Enterobacter sp. (S23) Bacillus ginsengihumi (S38), Bacillus sp. (S43, S46) were of prime importance in the biocontrol by producing anti-Botrytis volatile and diffusible compounds or by competing for nutrients (case of E. cowanii S22).

L’esca est une maladie du bois de la vigne complexe et mal connue, contre laquelle aucun moyen de lutte efficace n’existe à ce jour. Ce travail s’est concentré sur les interactions précoces entre Vitis vinifera L. et les champignons associés au « young esca » P. chlamydospora et P. aleophilum dans deux types de tissus lignifiés : l’entre-nœud et le nœud (modèle plaie de taille). La colonisation 6 et 12 semaines après traitement des souches transformées P. aleophilum::gfp7 et P. chlamydospora::gfp1 a été observée. Les deux espèces coloniseraient différents tissus dans les premières semaines suivant l’infection. Les fibres du xylème constitueraient un tissu essentiel lors de l’interaction précoce entre P. aleophilum et la vigne, tandis que P. chlamydospora::gfp1 a seulement colonisé les vaisseaux du xylème après 12 semaines. Le bois de la vigne présenterait des réponses spécifiques à la présence de P. aleophilum 6 semaines après traitement, puis générales à la blessure 12 semaines après traitement, en microscopie. L’hypothèse de la spécificité de la réponse induite dans le bois de la vigne par ces deux espèces a été confirmée en étudiant l’expression de 11 gènes associés à la défense 10 h, 24 h, 48 h et 120 hpi. La réponse précoce du bois de la vigne serait spécifique suivant l’identité des pathogènes. Les tissus de l’entre-nœud ont été induits différemment par la blessure par rapport aux tissus dans la région nodale. Un modèle pour le criblage d’agents de biocontrôle ou d’éliciteurs contre l’esca en quelques mois en conditions de laboratoire a permis le développement d’un moyen de lutte durable et novateur, l’eau ozonée. L’eau ozonée présente des propriétés sporicides remarquables contre P. aleophilum in vitro. In planta l’application d’eau ozonée sur une blessure infectée en modèle plaie de taille a réduit de moitié la quantité de mycélium capable de se développer dans le bois 9 semaines après inoculation. / Esca is a complex pathosystem, poorly understood, affecting grapevine’s trunk. Currently there is not efficient tools to control esca disease. This study investigated early events between grapevine and fungi associated to young esca P. aleophilum and P. chlamydospora in two different woody tissues: at the internode and at the nodal (pruning wound model) levels. The colonization of transformed strains P. aleophilum::gfp7 and P. chlamydospora::gfp1 was observed 6 and 12 weeks post inoculation. Fungal species colonized different tissues during the first weeks of infection. Xylem fibres could be the key site of P. aleophilum-grapevine early interactions, whereas P. chlamydospora::gfp1 only colonized xylem vessels 12 weeks post inoculation. Grapevine wood may respond specifically to P. aleophilum after 6 weeks. This response seemed to be related to healing in microscopy, and thus aspecific 12 weeks post inoculation. The specificity of induced response in the wood of Vitis vinifera L. was confirmed by studying gene expressions of 11 defense-related genes 10 h, 24 h, 48 h and 120 hpi. The early response of woody tissues could be specific to pathogens identity in grapevine. Wounding damages induced defense-related genes differently according the tissues (internode vs node). A model for screening biological control agents or elicitors in laboratory conditions, within months, has been used to develop a sustainable and original control tool: ozonated water. Ozonated water presented remarkable sporicidal properties on P. aleophilum in vitro. Infected pruning wound treated with ozonated water reduced the P. aleophilum inoculum able to develop in the injured wood by a factor two 9 weeks post inoculation.