Les pertes de récolte dues aux ravageurs et aux maladies constituent une menace sérieuse pour les revenus et la sécurité alimentaire de milliers de familles rurales dans le monde entier. L'évaluation de ces pertes de récolte (baisse de rendement et préjudice économique) et de leurs causes est nécessaire pour améliorer la mise au point d'agroécosystèmes capables d'offrir de bons rendements de culture, une régulation des ravageurs et des maladies et d'autres services écosystémiques. Ce mémoire de doctorat vise à contribuer à la recherche dans le domaine des pertes de récolte en proposant des approches expérimentales et de modélisation susceptibles d'être utilisées pour estimer les pertes primaires et secondaires subies dans les cultures pérennes, et analyser leurs causes. La culture pérenne étudiée est celle du caféier à Turrialba au Costa Rica, où la culture du café se pratique dans des plantations qui vont de la monoculture à pleine exposition solaire à des systèmes agroforestiers hautement diversifiés, et qui sont soumises à une gamme de situations de production (topolimat, fertilité du sol, types d'ombrage) et de stratégies de gestion (pratiques culturales et intrants). Les trois questions de recherche principales ont été les suivantes : Quel est l'impact des stratégies de gestion et des situations de production sur les ravageurs et les maladies et les rendements en café ? Comment les pertes de rendement en café associées à des profils de dégâts donnés varient-elles en fonction des stratégies de gestion et des situations de production ? Quels types d'agro-écosystèmes à base de caféiers permettent de minimiser les pertes en café (baisse de rendement et préjudice économique) et de maximiser les avantages globaux retirés (services écosystémiques) ? / Crop losses due to pests and diseases are a major threat to incomes and food security of thousands of rural families worldwide. The assessment of crop losses (yield and economic losses) and their causes is needed to improve the development of agroecosystems capable to offer good crop yields, regulation of pests and diseases, and other ecosystem services. This doctoral research aimed to contribute to the research field of crop losses, by providing experimental and modeling approaches that could be used in perennial crops to estimate primary and secondary losses and analyze their causes. We worked in a perennial crop such as coffee, in Turrialba, Costa Rica, where coffee is grown in plantations from monocultures at full sun exposure to highly diversified agroforestry systems, and under a range of production situations (topoclimate, soil fertility, types of shade) and management strategies (agricultural practices and inputs). The three main research questions were: What is the impact of management strategies and production situations on pests and diseases and coffee yields? How do coffee yield losses caused by injury profiles vary in function of management strategies and production situations? Which types of coffee agroecosystems are capable to obtain the lowest coffee losses (yield and economic) and highest overall benefits (ecosystem services)? This research was developed through two experimental designs. The first was an experimental coffee parcel under controlled conditions (three-year experiment) to quantify primary and secondary yield losses by comparison of treatments, and to identify the main predictors of yield losses by structural equation modeling. The second experimental design was based on surveys in a coffee research plot network (coffee plots of smallholder farmers), where, during two years, we measured indicators of yields and indicators of four ecosystem services: regulation of pests and diseases, provisioning of agroforestry products, maintenance of soil fertility, and carbon sequestration. Yield losses in this network were estimated through modeling using the predictors identified in the experimental coffee parcel. Analyses of data included several statistical techniques, from analysis of variances, linear regressions to multivariate techniques. The results were organized in four manuscripts, and then discussed integrally. The main findings were: i) Both production situations and management strategies determine coffee yield and pest and disease injuries, effects of interactions altitude x management x types of shade must be considered; ii) Injury profiles depend on particular combinations of production situations and management strategies, with impacts on yield losses especially in a year of high coffee production (primary yield losses), but compromising also the yields of the next year (secondary yield losses); iii) Diversified agroforestry systems have better chances to regulate pests and diseases (reduce yield and economic losses), and simultaneously provide goods for family benefits, maintain soil fertility, and increase carbon sequestration, without implying trade-offs among these ecosystem services. The main prospects of this research are related to perform similar studies in coffee and other perennials at regional levels, develop an injury profile simulator for coffee, and prototyping of coffee agroforestry systems to optimize the provision of multiple ecosystem services.

La valeur potentielle des agro-forêts tropicales comme modèle d'intensification écologique de l'agriculture est un sujet d'intérêt croissant. Les agro-forêts tropicales sont des agroécosystèmes caractérisés par une forte diversité végétale et une diversité d'organisation spatiale des individus. Les structures complexes de ces agroécosystèmes en font des systèmes « proches » des écosystèmes naturels. Cette complexité améliorerait la fourniture de nombreux services écosystémiques. Dans ce travail, nous nous sommes intéressés au service de régulation naturelle des bio-agresseurs des cultures. Notre hypothèse est que la complexité de structure (composition et structure spatiale) des agro-forêts influence la présence et l'intensité d'attaque des bio-agresseurs de la culture principale. En effet, l'augmentation de la diversité végétale à l'échelle de la parcelle diminuerait l'intensité d'attaque de bio-agresseurs spécialistes via la diminution de l'abondance de la ressource. Inversement, cette diversité amplifierait celle des bio-agresseurs généralistes via l'introduction potentielle d'hôtes alternatifs. Une diversité de structures spatiales d'individus associés est aussi susceptible d'influencer le microclimat et par son biais les bio-agresseurs des cultures. Pourtant, l'importance relative de l'effet de la composition (via la dilution ou l'amplification de la ressource) et de la structure spatiale (via l'altération du microclimat) du peuplement végétal sur l'intensité d'attaque de bio-agresseurs a rarement été étudiée. L'objectif de ce travail est de quantifier les interactions entre les caractéristiques de composition et de structure spatiale du peuplement végétal d'agroécosystèmes complexes et l'intensité d'attaque de bio-agresseurs de la culture principale à l'échelle de la parcelle. Ce travail est appliqué aux agro-forêts à cacaoyers du Costa Rica et du Cameroun. En effet, la culture du cacaoyer est l'une des rares encore réalisée traditionnellement au sein d'agro-forêts dans la majorité des pays producteurs. Nous nous intéresserons à trois bio-agresseurs du cacaoyer choisis pour leurs caractéristiques de dissémination et de développement contrastées : au Costa Rica, la moniliose sur un réseau de parcelles installées dans la région de Talamanca ; au Cameroun la pourriture brune et les mirides sur un réseau de parcelles installées dans la région Centre. Dans un premier temps nous avons construit des typologies descriptives des structures spatiales des agro-forêts à cacaoyers du Costa Rica et du Cameroun afin d'identifier la variabilité des structures spatiale des agro-forêts au sein d'une même région. Ces typologies ont permis d'identifier des structures spatiales horizontales variées allant de la régularité à l'agrégation significatives des arbres d'ombrage selon les pays étudiés. Dans un deuxième temps nous avons identifié et hiérarchisé les caractéristiques de composition et de structure spatiale à l'échelle de la parcelle agroforestière qui influencent l'intensité d'attaque de la moniliose au Costa Rica ; et de la pourriture brune et des mirides au Cameroun. La structure spatiale du peuplement végétal joue un rôle prépondérant dans l'ensemble de nos résultats. L'agrégation des arbres forestiers augmente l'intensité d'attaque de la moniliose au Costa Rica et la densité des mirides au Cameroun. La pourriture brune quant à elle augmente lorsque la densité des individus de la strate basse augmente à l'échelle de la parcelle. Pour finir, nous montrons que la quantité de tissus sensible plutôt que la composition en hôte explique l'intensité de la moniliose et la densité en miride. Ces résultats sont discutés en fonction des nombreux mécanismes qui relient la structure de la végétation aux bio-agresseurs et des caractéristiques de ces bio-agresseurs. Notre travail fournit une description précise de la structure d'agro-écosystèmes tropicaux complexes. / The potential value of tropical agroforests as a model for ecological intensification of agriculture is a subject of increasing interest. Tropical agroforests are agroecosystems characterized by high plant diversity and a complex spatial structure of individuals. With their forest-like structures, agroforests are close to natural ecosystems. The complex structure of agroforests would seem to improve the provision of numerous ecosystem services.This work concerned natural pest and disease regulation services in complex agroecosystems. Our hypothesis was that complex agroforest structures (composition and spatial structure) influence the pest and disease attack intensity on the main crop. Indeed, an increase in plant diversity in agroecosystems is known to reduce specialized pest and disease attack intensity due to a decrease in resource abundance and density on a plot scale. Conversely, plant diversity could increase the generalist pest and disease attack intensity due to the potential introduction of alternative hosts. Moreover, diversity in plant spatial structure has an impact on microclimatic conditions and, thereby, on the pest and disease attack intensity. However, the relative importance of host composition effects on pest and disease intensity, due to resource dilution or amplification, and plant spatial structure effects, due to microclimatic alteration, is still unknown.Our objective was to quantify interactions between the composition and spatial structure characteristics of agroforests and the pest and disease attack intensity on a plot scale.This work was applied to cacao agroforests in Costa Rica and Cameroon. Indeed, cacao is one of the last crops still to be grown in traditional agroforests in the majority of producing countries. The study was conducted on two cacao diseases and one pest chosen for their contrasting spread and development characteristics: in Costa Rica, Frosty Pod Rot (FPR) intensity was studied in cacao agroforests in the Talamanca region; in Cameroon, Black Pod (BP) intensity and mirid density were studied in cacao agroforests in the Centre region.Firstly, we established shade tree spatial structure typologies for cacao agroforests in Costa Rica and Cameroon, in order to identify spatial structure diversity in the same region. A diversity of spatial structures was identified ranging from significant regularity to significant aggregation, depending on the shade tree stand and country studied.Secondly, we identified and classified the host composition, amount of sensitive tissue and the spatial structure characteristics of the associated plants, according to their explanatory power in explaining FPR intensity, BP intensity and mirid density in cacao agroforests. The spatial structure of the associated plants was a crucial characteristic of agroforests in explaining FPR and BP intensity and mirid density. Indeed, forest tree regularity decreased FPR intensity in Costa Rica and mirid density in Cameroon. The BP intensity was reduced by a decrease in the density of individuals belonging to strata lower than or equal to the cacao tree stratum. Lastly, the amount of sensitive tissue rather than the host composition variables explained the increase in FPR intensity in Costa Rica and the mirid density in Cameroon. Our results are discussed in line with several mechanisms that explain plant diversity and pest and disease relationships.Our work provides a precise description of complex tropical agroecosystem structures. We quantified the relationship between observed plant structures and the pest and disease regulation ecosystem service. In the context of agroecology, this work opens up prospects for identifying and understanding ecological mechanisms involved in natural pest and disease regulation in cacao agroforests on a plot scale.

Diss. (sammanfattning) Uppsala : Sveriges lantbruksuniv., 2006. / Härtill 4 uppsatser.

La réduction de la dépendance aux pesticides des systèmes de culture de laitue constitue un objectif à relativement court terme, partagé par les pouvoirs publics et les acteurs de la filière de production. Atteindre cet objectif suppose de disposer de moyens techniques permettant de substituer aux pesticides d’autres méthodes limitant les dégâts de bio-agresseurs de la laitue.Ces techniques peuvent être destinées à minimiser l’entrée d’inoculum dans les parcelles, à limiter la propagation des bio-agresseurs, à diminuer la sensibilité des plantes, ou à éradiquer les bio-agresseurs présents sur les cultures. L’évolution des systèmes de culture repose sur la démonstration de l’efficacité, en termes de protection des plantes, de ces techniques alternatives aux pesticides lorsqu’elles sont intégrées et combinées dans les itinéraires techniques. Elle dépend aussi de l’impact socio-économique et environnemental des itinéraires techniques alternatifs, dans un contexte commercial et réglementaire exigeant. L’objet de cette thèse a été de développer des stratégies alternatives de gestion des bio-agresseurs de la laitue d’hiver cultivée sous abri froid,plus économes en pesticides, et d’évaluer leurs performances agronomiques, économiques et environnementales,garantes de la durabilité des systèmes de production.Sur la base des techniques déjà disponibles, deux stratégies alternatives, nommées stratégie intermédiaire et stratégie bas-intrant ont été conçues, et testées dans deux exploitations agricoles et un domaine expérimental de l’INRA pendant deux hivers, en comparaison avec une stratégie conventionnelle, représentative des pratiques actuelles. Les stratégies intermédiaire et bas-intrant ont permis de réduire de 32% et 48% l’usage des pesticides, respectivement, et ont été suffisamment efficaces pour obtenir une qualité visuelle et des rendements équivalents à la stratégie conventionnelle. Le bénéfice environnemental de leur mise en oeuvre a également été démontré. La mise en place de ces stratégies a cependant entrainé un surcoût de production,essentiellement lié à la lutte biologique, d’environ 10 à 13%. Parallèlement, deux orientations techniques originales, dont l’efficacité n’était pas caractérisée, ont été explorées. Une première série d’essais expérimentaux a porté sur l’influence du génotype de l’hôte et de l’environnement de la plante sur sa sensibilité à deux champignons pathogènes d’importance majeure, Botrytis cinerea et Sclerotinia sclerotiorum. Il a été montré que le choix d’un génotype moins sensible couplé à une optimisation du rapport fructose : saccharose de la plante diminuait les symptômes observés après inoculation. Une deuxième démarche expérimentale, portant sur la lutte biologique contre le puceron Nasonovia ribisnigri, a révélé l’incapacité de parasitoïdes du genre Aphidius à contrôler les pucerons en fin de culture, lorsque la structure du couvert végétal devient trop complexe.En plus d’inscrire ces travaux de recherche dans un processus d’amélioration continue de l’efficacité et des performances des stratégies alternatives aux pesticides, la démarche scientifique utilisée, articulant approche analytique et approche intégrative, a permis d’étudier des techniques ayant potentiellement un impact sur plusieurs bio-agresseurs, telles que la réduction de la fertilisation azotée ou l’optimisation de l’espacement entre les laitues, qui pourraient permettre une meilleure gestion des pathogènes responsables de la pourriture du collet et des pucerons. / The reduction of pesticide reliance in lettuce cropping systems is a short term objective sharedby public authorities and by the stakeholders of lettuce market. Reaching this goal implies thesubstitution of pesticides by others techniques which may limit pest and pathogen damage. Thesetechniques can be intended to mitigate pest and pathogen invasion or propagation, to increaseplant defenses or to remove pests and pathogens from the crop. The improvement of currentcropping systems relies on i) the demonstration of the ability of alternative techniques to managediseases and pests when they are combined and integrated during the crop cycle; ii) theassessment of the socio-economic and environmental impacts of alternative strategies in a stringentcommercial and regulatory context. The objective of this thesis was to design alternativestrategies for pest and pathogen management of lettuce grown in winter under shelter, with fewerpesticide applications, and to assess their agronomic, economic and environmental performancesso as to ensure the sustainability of production.Based on currently available techniques, two alternative strategies, called intermediate andlow-input, were designed, and tested in two farms and an INRA experimental station duringtwo winters and compared to a conventional strategy representing current practices. The alternativestrategies enabled to reduce pesticide applications by 32% and 48% respectively. Theywere efficient enough to obtain similar yield and quality as compared to the conventional strategy.The environmental benefits of their implementation were also demonstrated. However, thesestrategies required a 10-13% extra production costs, almost exclusively due to biological controlproducts.In parallel, two original technical orientations, which efficacy had not been previously described,were examined. In a first set of experiments, the impact of lettuce genotype and growthconditions on plant susceptibility to two major pathogens, Botrytis cinerea and Sclerotinia sclerotiorum,was investigated. The use of a genotype displaying low susceptibility to these fungi,associated with an optimization of the ratio of fructose : sucrose in plants, appeared to reducethe symptoms after inoculation. A second experimental approach, dealing with biological controlagainst the aphid Nasonovia ribisnigri, highlighted the inability of Aphidius parasitoids tocontrol aphid populations at the end of the crop cycle, when the canopy structure becomes toocomplex.In addition to a contribution to cropping systems improvement, the scientific method used,combining analytical and integrative approaches enabled us to highlight the effect of techniquesacting on several pests and/or pathogens, such as the reduction of nitrogen fertilization or theoptimization of plant spacing, which could improve the management of fungi causing basal rotas well as aphids.