La protection intégrée des cultures (PIC) apparaît comme une stratégie durable de protection des plantes contre les bioagresseurs, satisfaisant les exigences à la fois économiques, écologiques et sanitaires auxquelles est confrontée l’agriculture. L’amélioration des connaissances sur les interactions entre les bioagresseurs et les pratiques agricoles est indispensable afin de concevoir des méthodes de lutte plus économes en produits phytosanitaires Le modèle IPSIM (Injury Profile SIMulator), développé dans ce travail de thèse, vise à simuler l’effet des pratiques culturales, du pédoclimat et de l’environnement de la parcelle sur les dégâts causés par les bioagresseurs sur une culture. Ce modèle est basé sur une approche hiérarchique et agrégative. Ce travail décrit la base conceptuelle de la modélisation IPSIM et son application pour construire le modèle IPSIM-Wheat, simulant les profils de dégâts sur le blé en fonction des pratiques culturales et de l’environnement biotique et abiotique. Plusieurs modèles ont été conçus pour prédire les sévérités de six maladies, un ravageur et les plantes adventices du blé. Ces modèles contribuent ainsi au développement d’IPSIM-Wheat, dont une première version est présentée pour des bioagresseurs majeurs en interaction. Ce futur modèle pourra contribuer à concevoir des systèmes de culture incluant du blé, moins soumis aux pressions biotiques et moins dépendants des pesticides. / Integrated pest management (IPM) appears as a sustainable strategy to protect plants against pest while answering the economical, ecological, and toxicological expectations that agriculture must face. The effects of cultural practices on pest dynamics have to be thoroughly analyzed in order to reduce the reliance of cropping systems on pesticides. A model, named IPSIM ((Injury Profile SIMulator), currently under development in this thesis, aims at simulating the effects of cropping practices, as well as soil, climate and field environment on the injuries caused by multiple pests of a given crop. This model is based on a hierarchical and aggregative approach. This study describes the conceptual basis of the modeling and its applications in order to develop IPSIM-Wheat, a model simulating injury profiles on wheat. Thus, several models have been designed to predict six diseases, one insect pest and weeds. This study thus contributes to the development of IPSIM-Wheat which will help design innovative sustainable wheat-based cropping system.

L’agriculture française est soumise à de fortes pressions. Elle subit une injonction forte à évoluer vers l’agroécologie, à adopter les principes de la production intégrée, à réduire l’usage de pesticides. Dans ces conditions, une transition vers des systèmes agricoles plus respectueux de l’environnement ne doit pas dégrader la compétitivité des exploitations et le revenu des agriculteurs.Le travail présenté ici a pour ambition de contribuer à la réflexion sur les possibilités de changer les modèles d’agriculture. L’objectif est d’évaluer les conséquences économiques et environnementales d’une adoption généralisée des principes de protection intégrée sur une région agricole en fonction de la diversité des situations de production. La Région Bourgogne est retenue dans le cadre de ce travail. Elle dispose de ressources expérimentales en production intégrée grâce à l’investissement historique de la recherche, du développement et de l’enseignement agricole dans cette région. Par ailleurs, la Bourgogne présente un bon compromis entre la diversité de ses situations de production en grandes cultures et le nombre de situations contrastées à considérer pour rendre compte de l’ensemble du territoire. Dans un premier temps, nous avons caractérisé la diversité des situations de production de la Bourgogne et la diversité des systèmes de culture, et nous avons étudié comment les systèmes de culture sont déterminés par les situations de production. Puis nous avons mis en place une méthode pour générer des systèmes de culture optimisés sur le plan économique dans le cadre des contraintes locales et des principes de protection intégrée. Cette méthode mobilise la programmation linéaire sous contrainte, mise en œuvre avec le logiciel GAMS. Elle a été testée pour deux situations de production contrastées de la Bourgogne, correspondant aux zones de plaines sans élevage et aux plateaux argilo-calcaires superficiels. Nous avons évalué les systèmes de culture simulés pour un ensemble de critères de la durabilité économique, sociale et environnementale. Nous les avons comparés aux performances des systèmes actuels dans ces milieux.Les résultats confirment que les systèmes de culture optimisés avec les principes de la protection intégrée sont différents en fonction du contexte de production. La performance économique est plutôt améliorée par rapport aux systèmes actuels dans la situation à fort potentiel, alors qu’elle est dégradée sur les sols de plateaux. Tous les indicateurs environnementaux considérés sont améliorés dans les deux types de milieu. Le travail permet d’identifier certains inconvénients de la protection intégrée, liés à l’augmentation de la charge de travail et à la complexité de gestion des systèmes.Avec les résultats obtenus et les méthodes proposées, le travail alimente les débats sur la durabilité des systèmes agricoles dans le domaine des grandes cultures. / The agriculture in France is under intense pressure. Farmers are asked to change their crop management, to evolve toward agroecology, to follow the principles of Integrated Pest Management (IPM) and to reduce pesticide use. However such an evolution toward an alternative agricultural model will be possible only if innovative cropping systems are able to maintain competitive and profitable farms.The aim of our work is to contribute to the debates about this issue, by evaluating ex ante the potential consequences of adopting the principles of IPM over one whole agricultural region, taking into account the diversity of production situations within this region. We considered the Burgundy region for several reasons. This region has many experimental resources and available expertise on IPM. This agricultural area also has few but contrasted production situations. Both economic and environmental issues were considered.First, we studied the diversity of production situations and of cropping systems in the area, based on agricultural data sets, and we showed to what extent cropping systems are determined by the context. Then we developed a method to design fictive cropping systems, based on the optimisation of profitability while fulfilling the principles of IPM, and considering the constraints of the production situation. We used the GAMS software to implement this method based on linear programming. The method was tested on two contrasted production situations, namely the lowlands with high agricultural potential and no livestock, and the shallow soils of the plateau. We evaluated the generated cropping systems for a range of criteria covering different issues of sustainability, and we compared the performances to those of current cropping systems in these areas.Results corroborated that IPM-based cropping systems would be different in contrasted production situations. Profitability would be improved in the lowlands with high agricultural potential, whereas it would be negatively affected in the shallow soils of the uplands. All the environmental indicators that we used would be improved in both situations. Our work identified hindrances for the development of IPM, related for example to the increase in the workload at the farm level, and the increase in the system complexity.Both methods that we developed and the results we obtained should contribute to the current debates about the possible transition of arable cropping toward sustainability.