On évoque souvent, à propos de l'agriculture sahélienne, les caprices de la pluviométrie notamment les sécheresses catastrophiques de 1973 et de 1984. Pour autant, en dehors de ces épisodes de crises exceptionnelles et de leurs conséquences dramatiques, les savoir-faire paysans et le dynamisme des communautés rurales, ont permis de surmonter bien des difficultés. Les solidarités entre générations, la cohésion des familles, une économie populaire informelle, sont autant de parades à l'incertitude et aux mauvaises conjonctures. Dans la vallée d'Arewa, le doublement de la population ces vingt cinq dernières années a été accompagné d'un formidable mouvement d'extension des cultures, avec pour corollaire, une saturation des terres cultivables et une diminution sensible de la couverture végétale. Cette dernière a provoqué des réactions en chaîne sur les autres composantes de l'écosystème, l'aggravation des phénomènes érosifs a notamment déclenché d'importantes perturbations du régime hydrologique du kori. Le modèle extensif de la céréaliculture pluviale a atteint ses limites, tandis que la disparition progressive de la jachère a contribué à l'appauvrissement chimique des sols. En réponse à cette crise écologique et foncière, les paysans ont ajusté leurs systèmes de production. Les terrasses alluviales ont vu l'essor des cultures d'oignons et de l'arboriculture fruitière grâce à la petite irrigation, tandis que la sylviculture du nim est devenue une alternative à la pénurie de bois de chauffe. La terre autrefois héritage commun, a aujourd'hui acquis une valeur marchande, des stratégies spéculatives émergent et entraînent des formes de recomposition sociale. Les transformations qui ont lieu, aujourd'hui dans la vallée d'Arewa, ne peuvent donc être résumées à la seule dégradation des ressources environnementales. Une voie est ouverte vers l'intensification, le cadre économique régional s'y prête, la décentralisation récente ouvre des perspectives de soutien à la production, bien que certains doutes sur la mise en œuvre effective de son financement subsistent.

Dans un contexte de changement climatique et d’augmentation de la variabilité du climat, une raison majeure qui freine le développement et l’adoption d’une gestion efficace des ravageurs des cultures est celle des caractéristiques thermiques des paysages agricoles, qui sont reconnues pour leur effet sur la dynamique ces ravageurs. De plus, la différence entre la taille des organismes considérés et les échelles auxquelles les données climatiques sont collectées et modélisées est une problématique clé pour comprendre et prédire la distribution des ravageurs des cultures. Dans ce travail de thèse, nous explorons la prise en compte des microclimats ressentis par les ravageurs des cultures dans leur environnement afin de mieux déduire leur distribution spatiotemporelle. Par conséquent, cette thèse s’est intéressée à: 1) réduire les différences d’échelles entre les prédictions des modèles climatiques globaux et la fine échelle spatiotemporelle des microclimats vécus par les organismes, 2) développer des approches techniques innovantes, comme la combinaison de caméras thermiques avec des drones aéroportés, pour faciliter l’étude de l’écologie thermique des ravageurs des cultures dans leur milieu, 3) déterminer dans quelle mesure la caractérisation de l’hétérogénéité thermique spatiotemporelle des paysages agricoles est utile pour comprendre les dynamiques des ravageurs des cultures et 4) comment intégrer les microclimats dans les modèles de prédiction des ravageurs des cultures. Ce travail montre que les microclimats conditionnent partiellement la dynamique des ravageurs des cultures dans les agrosystèmes et peuvent leur fournir des opportunités pour améliorer leur performances (et atténuer les effets du changement climatique) dans quelques centimètres carrées seulement. Par conséquent, cette thèse a montré l’importance d’une meilleure prise en compte des microclimats dans les modèles de distribution d’espèces (et de vulnérabilité face au changement climatique). Finalement, ce travail a révélé que l’étude des microclimats pourrait ouvrir de nouvelles voies de lutte intégrée agro-écologiques contre les ravageurs des cultures. / In the context of global warming and increasing climatic variability, a major uncertainty that hampers effective pest management is that related to the thermal characteristics of agricultural landscapes, which are known to have profound effects on insect pest dynamics. Moreover the spatial mismatch between the size of organisms and the scale at which climate data are collected and modeled is also a major barrier to better understand and predict pest distribution and dynamics. In this thesis, we addressed the issue of considering microclimates experienced by crop pests in their environments with the main objective to infer their spatiotemporal distribution. Therefore, we focused on the following questions: 1) How to bridge the gap between the predictions of coarse-scale climatic models and the fine-scale climatic reality experienced by organisms (i.e. microclimates), 2) How to develop innovative technological approaches such as thermal infrared cameras and unmanned aerial vehicle as a tool for the study of crop pest thermal ecology, 3) to what extent the fine spatiotemporal variability in thermal heterogeneity of natural and agricultural landscapes is useful to understand pest dynamics, and 4) how to integrate microclimatic data in models predicting the interrelation between pest organisms and the microclimate of their environments.This work revealed that microclimate substantially affects pest dynamics in agrosystems and may offer them opportunities to enhance their performances, as well as to buffer global warming effects within only few centimetres. Consequently, this thesis stresses the need of a better incorporation of microclimatic data into models of species distribution (and vulnerability to climate change) and evidences that microclimates might provide new insights towards agro-ecological pest management.

Les nématodes phytoparasites (NPP) sont des vers ronds microscopiques que l’on retrouve en communautés dans les sols agricoles. Les NPP les plus communs n’occasionnent pas de dégâts sur les cultures. Cependant M. chitwoodi, un NPP règlementé à l’échelle européenne, peut engendrer d’importantes baisses de rendement. Pour caractériser le risque de son implantation, nous nous sommes intéressés aux communautés indigènes en France afin d’identifier celles capables de le limiter suite à une introduction. Nous avons, dans un premier temps, décrit les communautés de NPP à l'échelle d'un paysage agricole, puis à l'échelle de neuf régions françaises. Ces investigations ont montré des communautés peu différenciées en termes de richesse spécifique mais variables en termes d’abondance. Si les variables environnementales expliquent le mieux la structure de ces communautés de NPP à une large échelle géographique, certaines pratiques culturales(labour, application de produits phytosanitaires) influencent fortement les communautés à l’échelle locale. Dans un second volet, nous avons étudié le potentiel de différentes communautés à limiter le développement de M. chitwoodi notamment par la compétition. Il semble que les communautés possédant les plus hauts niveaux d’abondance globale, indépendamment des taxa présents, permettent de diminuer la multiplication de M. chitwoodi. Cette thèse apporte donc des éléments de compréhension sur le fonctionnement des communautés de NPP dans les agrosystèmes français et leur potentiel à limiter le l’établissement de M. chitwoodi pour pouvoir prédire le r / Plant-parasitic nematodes (PPN) are microscopic worms that occur in communities in almost every agricultural soils. Commonly found PPN are usually harmless for the plants. However, M. chitwoodi, a PPN highly regulated in EU can induce important yield losses. In order to improve risk assessment of M. chitwoodi implantation, we studied French native PPN communities to identify those that can limit its establishment shortly after an introduction. We firstly described PPN communities in various agrosystems, at a landscape scale and then in nine French regions. Despite the quite homogeneous species richness observed across the fields sampled, we highlighted strong PPN taxa abundance variations. Environmental variables seemed to mainly drive the PPN communities structure at a large geographic scale but cultural practices(tillage and pesticides uses) seemed to explain the communities variation at the local scale. Secondly, we studied the capacity of different PPN communities to limit M. chitwoodi development through competition. It appeared that PPN communities with high global abundance, regardless of the taxa present, are able to decrease M. chitwoodi multiplication. The results of this PhD thesis bring some elements about the structure and functioning of PPN communities in French fields and their ability to reduce the M. chitwoodi establishment in order to predict its implantation risk.

Les pucerons causent des dommages importants aux cultures céréalières et il est de plus en plus crucial de trouver des alternatives à la lutte chimique. Suite au Grenelle de l‟Environnement, les impératifs du développement durable et d‟une agriculture respectueuse de l‟environnement imposent de développer les recherches sur les méthodes de lutte biologique. Dans les paysages agricoles, la régulation naturelle des pucerons est assurée par divers parasites et une guilde diversifiée de prédateurs qui peuvent jouer un rôle régulateur important dans les phases précoces de la saison de reproduction. L‟objectif de cette thèse est de comparer l‟occupation des parcelles de blé et de maïs par les pucerons et leurs prédateurs carabiques dans des situations paysagères contrastées. Le travail a été mené pendant deux années sur 24 parcelles de céréales au sein de la zone atelier Armorique. Nous avons testé l‟effet de diverses variables paysagères sur la diversité et l‟abondance des pucerons et des communautés de carabes dans des parcelles de blé et de maïs. A l‟échelle du paysage, nous avons montré que la densité du bocage favorise l‟abondance des pucerons dans le blé mais pas dans le maïs. En revanche, le paysage ouvert favorise l‟abondance des carabes dans le blé comme dans le maïs. L‟augmentation des surfaces cultivées conduit à une perte d‟espèces des carabes et à un remplacement des espèces de grande taille par des espèces de petite taille A l‟échelle du contexte paysager, il y a une corrélation positive entre l'abondance des pucerons et la proportion de bois et de prairies à grande échelle(500m et 800m). Les proportions des prairies et des haies sont négativement corrélées avec l'abondance des carabes tandis que la richesse spécifique de cette communauté augmente avec la proportion des haies et des prairies. La proportion de bandes enherbées affecte négativement l'abondance des pucerons dans les parcelles de blé, et positivement dans les parcelles de maïs. L'abondance de carabes est positivement corrélée avec la proportion de bandes enherbées à grande échelle dans les deux types de cultures. A échelle locale, on observe une diminution du nombre total de pucerons à mesure qu‟on s‟éloigne de la bordure du champ. Alors que le nombre total de carabes augmente vers le centre des parcelles. La présence des bandes enherbées influence faiblement l‟abondance des pucerons. L‟abondance totale des pucerons et des carabes était significativement corrélée de manière positive dans le paysage ouvert pour les deux cultures , alors que dans le paysage fermé, cette corrélation était négative pour le blé et positive pour le maïs. Nos résultats montrent que les distributions et les relations carabes pucerons dans les paysages agricoles sont complexes puisqu‟elles varient à la fois selon le type de paysage, le contexte local et le type de culture.

Les champignons de la rhizosphère ont une grande influence sur le développement et la croissance des plantes. Certains de ces micro-organismes protègent les plantes contre les pathogènes, atténuent l'impact des stress abiotiques ou facilitent la nutrition des plantes. Ces organismes s'influencent mutuellement et forment des réseaux complexes d'interactions. Déterminer le fonctionnement du microbiome fongique de la rhizosphère des plantes cultivées est une étape nécessaire pour optimiser l'efficacité de la production végétale. Nous avons testé les hypothèses suivantes : (1) la diversification des systèmes de culture influe sur le microbiome fongique de la rhizosphère du canola; (2) le canola a un core microbiome, soit un ensemble de champignons toujours associés au canola quelles que soit les conditions du milieu; et (3) que certains de ces taxons ont une influence déterminante sur la structure des communautés (taxons nodaux) dans le core microbiome. Pour ce faire, en 2013 et 2016, nous avons échantillonné à la floraison, la phase de canola (Brassica napus) du système de culture, qui est l'un des deux types de canola (Roundup Ready® et Liberty Link®), utilisés dans le cadre d'une expérience de terrain à long terme (6 ans). Lacombe (Alberta), Lethbridge (Alberta) et Scott (Saskatchewan). En utilisant le séquençage d’amplicon par illumina, nous avons obtenus des résultats qui montrent que la diversification des cultures a un impact significatif sur la structure des communautés fongiques de la rhizosphère. Nous avons également découvert et décrit un core microbiome constitué de 47 OTU (Unité Taxonomique Opérationnelle) en 2013 et identifié Preussia funiculata, Schizothecium sp., Mortierella sp., Nectria sp. ainsi que deux taxons inconnus (OTU12 et OTU298) comme taxons nodaux parmi ce core microbiome. Cependant ce core microbiome s’est montré variable, et nous n’avons pu identifier qu’un OTU y appartenant en 2016 : Olpidium Brassicae. Nos résultats permettent de confirmer l’impact de la diversité culturale sur le microbiome fongique du canola et sont présentés comme une base pour le développement de stratégies d'ingénierie écologique pour l'amélioration de la production de canola. / The fungi in the rhizosphere have a large influence on plant development and growth. Some of these micro-organisms protect plants against pathogens, mitigate the impact of abiotic stress, or facilitate plant nutrition. These organisms influence each other and form complex webs of interactions. Deciphering the structure and function of the fungal microbiome of crop plant rhizosphere is a necessary step toward optimizing the efficiency of plant production. We tested the hypotheses that (1) the diversification of cropping systems influences the fungal microbiome of canola rhizosphere, (2) canola has a fungal core microbiome, i.e. a set of fungi that are always associated with canola, and (3) that some taxa have a determining influence on the structure of the communities (hub-taxa) within the core microbiome. In 2013 and 2016 we used the canola (Brassica napus) phase of five cropping system at blooming stage, from the less to the most diversified, that included one of two types of canola (Roundup Ready® and Liberty Link®), in an existing long-term (6 years) field experiment. The experiment has a randomized complete block design with four blocks, and is replicated at three locations: Lacombe (Alberta), Lethbridge (Alberta) and Scott (Saskatchewan). Our results show that crop diversification has significant impact on the structure of rhizosphere fungal communities. We also discover and described a canola core microbiome made of 47 OTUs in 2013 and identified Preussia funiculata, Schizothecium sp., Mortierella sp., Nectria sp. and two other unidentified taxa (OTU12 and OTU298) as the hub-taxa among this core. However this core microbiome was variable and could identify only one member in 2016 : Olpidium brassicae. Our results confirmed the effect of crop diversification upon the fungal microbiome of canola and are presented as a basis for the development of ecological engineering strategies for the improvement of canola production.

Les petits mammifères constituent les vertébrés responsables des dégâts les plus importants pour l'agriculture de l'Europe centrale. Dans les prairies de moyenne montagne, les populations de campagnol terrestre (Arvicola terrestris sherman) sont à l'origine de pullulations cycliques conséquentes depuis les années 70. En France, une des explications est que l'intensification de l'agriculture a conduit à l'ouverture des milieux agricoles et à la conversion de la majorité des terres en prairies toujours en herbe. Actuellement, le rôle de la structure et de la composition du paysage est établi aux échelles régionale et sectorielle mais on ne connaît pas le rôle des caractéristiques édaphiques des prairies sur les populations de A. terrestris à l'échelle parcellaire. L'objectif de ce travail de thèse était de déterminer, à l'échelle parcellaire, le rôle de la végétation des prairies, en relation avec le sol et le mode de conduite agricole, sur la dynamique des populations de A. terrestris. Dans des parcelles agricoles situées en Franche-Comté, différentes phases d'un cycle de population de A. terrestris ont été étudiées de 2001 à 2004 : basse densité, croissance, haute densité. Dans chaque parcelle d'étude, le suivi des populations de A. terrestris a été effectué par une méthode indiciaire d'estimation des densités relatives. Les populations de taupe (Talpa europaea) et de campagnol des champs (Microtus arvalis) ont également été prises en compte, en raison de leurs interactions possibles avec A. terrestris. Dans chaque parcelle, la végétation a été étudiée par ses caractéristiques structurelles (mesures de hauteur – compacité du couvert végétal) et fonctionnelles (fréquences des traits d'histoire de vie des espèces végétales). Les propriétés du sol ont été évaluées par les caractéristiques morphologiques (profondeur, texture, structure) et physico-chimiques (matière organique, pH, hydromorphie). Les données de pratiques agricoles (fauche, pâture, fertilisation, labour) ont été recueillies par le biais d'enquêtes auprès des exploitants agricoles des parcelles d'étude. Les principaux résultats montrent que les dynamiques de croissance des populations de A. terrestris sont favorisées par un régime agricole de production intensif, impliquant de nombreuses fauches et une forte fertilisation. Ce régime engendre une végétation à croissance rapide, caractérisée par une faible diversité spécifique et une forte valeur pastorale. Ponctuellement, en phase de haute densité, les populations de A. terrestris sont favorisées par un couvert végétal homogène, haut et dense et défavorisées par des pratiques telles que pâturage intensif et travail du sol. Le mode d'exploitation agricole influencerait les populations de A. terrestris en agissant sur la qualité et la disponibilité de la ressource nutritive végétale et sur la structure de l'habitat sol plante. De plus, à mode de conduite agricole constant, les caractéristiques pédologiques ne semblent pas exercer d'influence. Des résultats complémentaires indiquent que l'intensité de la colonisation des parcelles par A. terrestris est favorisée par les populations de T. europaea en phase de basse densité. En conclusion, notre étude montre qu'un seul facteur explicatif n'est pas suffisant mais que c'est bien la configuration d'un ensemble de variables qui explique la dynamique de populations de A. terrestris à l'échelle parcellaire. La prise en compte de cette régulation multifactorielle dans les programmes de contrôle des populations de A. terrestris pourra en améliorer l'efficacité à long terme. Des expérimentations à l'interface entre les domaines de la recherche et de l'application sont nécessaires pour parvenir à un compromis acceptable entre préconisation de pratiques agricoles défavorables aux pullulations de A. terrestris, remplissage des cahiers des charges des productions d'AOC et respect de l'environnement.

La pratique du «sans labour» (NT) se développe dans le cadre de l’agriculture de conservation des sols. Cette pratique modifie nombre de propriétés du sol comme, par exemple, la répartition du phosphore (P) dans le profil du sol. L’objectif de cette thèse est d’analyser les impacts après plusieurs décennies du NT sur le cycle biogéochimique du P et d’intégrer ces effets dans un modèle de fonctionnement. Nous avons utilisé un essai au champ de longue durée sous maïs-soja (L’Acadie, Québec, Canada) implanté sur un sol argilo-limoneux. Le dispositif était un split-plot à 4 blocs avec mouldboard plough (MP) et sans labour (NT), subdivisés par 3 doses de fertilisation en P minéral [0 (0P), 17.5 (0.5P), 35 (1P) kg P ha-1] apportées sur le maïs et localisées à 5 cm de profondeur et à 5 cm du rang de maïs.La concentration des ions phosphates du sol (Cp) test était relativement uniforme dans la couche labourée (0-20 cm) (0.08 mg P L-1), puis baissait légèrement dans 20-30 cm (0.05 mg P L-1) et davantage au-delà (0.01 mg P L-1). Sous les traitements [NT, 0.5P] et [NT, 1P] traitements, le Cp était plus élevé dans la couche 0-10 cm (0.28 et 0.19 mg P L-1) que dans la couche labourée mais baissait rapidement avec la profondeur. Cette stratification verticale sous NT était également observée pour les teneurs en P-Olsen, P-M3 et autres nutriments comme C, N et K. Après 23 et 24 années d’essai, il y avait tendanciellement moins de racines du maïs sous NT (-14%) que sous MP, probablement à cause de la présence plus importante d’adventices sous NT. Pour le soja, il y avait beaucoup plus de racines dans la couche 0-10 cm sous NT (44% de longueur total) que sous MP (21%) et inversement dans la couche 10-20 cm. Ces différences de distribution des racines sous NT et MP correspondent à la stratification de N, P, et K.Cet ensemble de données sur la distribution des racines et du phosphore a été utilisé pour i) évaluer un modèle 1D décrivant la dynamique du P sur plusieurs décennies dans la couche labourée du sol, ii) proposer un mode d’estimation de la distribution du prélèvement dans le profil de sol, et iii) développer un modèle spatialisé 2D décrivant la dynamique du P pour le traitement sans labour. Ce modèle permet de simuler l’évolution de la disponibilité en P du sol sur le long terme quels que soient les modes de préparation du sol et le régime de fertilisation P. Même si le modèle surestime parfois la disponibilité en P à proximité de la zone fertilisée, il permet de prédire la stratification du P du sol en NT et ses conséquences sur le prélèvement de P en relation avec les propriétés du sol et le développement du système racinaire. Il pourra contribuer à améliorer le raisonnement de la fertilisation phosphatée dans le contexte du sans-labour. / The no-till (NT) is gaining great attention for soil preparation. This practice modifies number of soil properties such as the distribution of phosphorus (P) in the soil profile. This work aims to analyze the impacts on the biogeochemical P cycle after decades of NT and incorporate those effects in an operational model. We used a long-term field experiment under corn-soybean rotation established on a clay loam soil (L’Acadie, Quebec, Canada). The design was a split-plot plan with 4 blocks under moldboard plough (MP) and NT, subdivided by 3 doses of P [0 (0P), 17.5 (0.5P), 35 (1P) kg P ha-1] applied in corn phase and localized to 5-cm deep and 5-cm from the corn row.The phosphate ion concentration in MP was relatively constant (0.08 mg P L-1) in the tilled layer (0-20 cm), slightly lower in 20-30 cm (0.05 mg P L-1) and much lower below (0.01 mg P L-1). In [NT, 0.5P] and [NT, 1P] plots, Cp was higher (0.28 et 0.19 mg P L-1) in the 0-10 cm layer compared to the tilled layer in MP, but decreased sharply with depth. This vertical stratification in NT was also observed for P-Olsen, P-M3 and other nutrients as C, N, and K. After 23- and 24-year of experimentation, maize roots tended to be fewer (-14%) under NT than MP, probably because of increased weed infestation under NT. For soybean, more roots accumulated in the 0-10 cm layer under NT (44% of total length) than MP (21%) and vice versa for the 10-20 cm layer. Those differences in root distribution under NT and MP corresponded to the stratification of N, P, and K.This set of data on the distribution of roots and phosphorus was used i) to develop a 1D model describing P dynamics over several decades in MP, ii) to test a method to assess the spatial P uptake distribution according local root length density and soil P availability, and iii) to develop a spatial 2D model describing P dynamic in NT. This model simulates the soil P availability dynamic on long term according soil properties and crop root distribution within soil profile for different soil preparation regime and different P fertilization rate. Although the model overestimates the P availability near the localized P fertilizer, it is able to predict the soil P stratification in NT treatment and its consequences on crop P uptake. This new model will be a useful tool to improve P fertilization management in context of no-till practices.