En réponse aux réglementations environnementales récentes incitant à une gestion préventive de la qualité de l'eau, l'agriculture biologique (AB) constitue une des solutions globales préconisée pour cette gestion préventive. L'objectif de cette thèse est d'étudier les transitions des exploitations agricoles vers l'AB dans les territoires, en prenant les aires d'alimentation de captages (AAC) en Île-de-France comme cas d'étude. En nous inscrivant en agronomie des territoires, nous développons une interface disciplinaire avec la géographie et analysons ces transitions sous l'angle des interactions entre systèmes techniques et de commercialisation à différentes échelles territoriales. Des enquêtes ont été réalisées auprès d'agriculteurs franciliens en systèmes de grandes cultures et de maraîchage et auprès d'opérateurs des filières agricoles. Des " études AAC " en cours ont également été étudiées. Nous avons abordé dans un premier temps les potentialités et les modalités de transition des exploitations vers l'AB en développant des méthodes pour évaluer leur proximité technique à l'AB et l'ampleur des sauts techniques et commerciaux qu'elles auraient à réaliser dans une situation de conversion. Parallèlement, l'analyse des stratégies techniques et commerciales des exploitations biologiques a permis d'aboutir à différents modèles biologiques. Nous avons ensuite montré que les opportunités territoriales de commercialisation jouent sur les possibilités d'évolution des exploitations vers l'AB. Enfin, la pertinence de l'échelle AAC pour engager un développement territorialisé de l'AB a été remise en cause. La complexité de mise en oeuvre de cet objectif a été montrée en lien avec la superposition de territoires de différentes natures. Ce travail contribue à la compréhension des obstacles à l'insertion effective de l'AB dans les territoires à enjeu eau potable.

Dans le contexte politique (réduction 50% de l'utilisation des pesticides à échéance de 2018 -Plan Ecophyto) et social actuel (mise en place de modes de production plus respectueux pour l'environnement), la sévérité des dommages causés par le puceron cendré du pommier, Dysaphis plantaginea Passerini (Hemiptera : Aphididae), surtout en agriculture biologique, rend nécessaire la mise au point de solutions alternatives s'appuyant sur le rôle des ennemis naturels. Nous avons donc essayé d'apporter des éléments nouveaux sur la connaissance des relations entre le puceron cendré et ses ennemis naturels et sur les conditions à même de favoriser leur action. Des suivis hebdomadaires des arthropodes présents sur les rameaux infestés par D. plantaginea, ont mis en évidence l'effet négatif des auxiliaires sur les populations de D. plantaginea, sans pour autant atteindre une véritable régulation à même d'éviter les dégâts économiques. Nous avons également montré l'action favorisante des fourmis sur la dynamique du puceron cendré et négative sur celle des auxiliaires. Nous avons pu identifier trois groupes d'auxiliaires dominants avec une arrivée séquentielle marquée : les syrphes, dont l'installation coïncide avec le début de l'infestation de D. plantaginea, puis les coccinelles et les forficules qui arrivent plus tardivement. Pour que les auxiliaires jouent un rôle plus important contre D. plantaginea, il faut d'autres pratiques permettant d'abaisser significativement le nombre de traitements pesticides. Une innovation très récente permet la réduction drastique des traitements insecticides : les filets Alt'Carpo. Malgré son influence négative sur l'abondance et la richesse du cortège des auxiliaires présents dans les colonies de D. plantaginea, surtout les coccinelles, cette technique freine le développement des populations de D. plantaginea à l'échelle du rameau ou de l'arbre lorsque les filets sont fermés après la floraison (en conformité avec les préconisations contre le carpocapse). Cependant, la réduction des populations de D. plantaginea sous les filets requiert la présence d'au moins un stade actif d'auxiliaire par rameau, ce qui interroge sur la réalité de la régulation de ce ravageur par le simple usage des filets. Sur la base de leur précocité, pour Episyrphus balteatus De Geer (Diptera : Syrphidae) et de leur abondance dans les colonies de D. plantaginea, pour Forficula auricularia Linnaeus (Dermaptera : Forficulidae) et E. balteatus, ces deux espèces apparaissent comme de bons candidats pour la régulation de D. plantaginea. Nos études en conditions contrôlées ont démontré leur potentiel régulateur sur D. plantaginea, en particulier aux stades les plus âgés. L'efficacité optimale intervient à 20°C pour les deux prédateurs, pour lesquels nous n'observons par ailleurs pas d'interaction négative lorsqu'ils sont associés en présence de fortes densités de D. plantaginea. Sur la base de ces résultats de laboratoire nous avons analysé les possibilités de lâchers printaniers de ces deux prédateurs sur de jeunes colonies de D. plantaginea. Dans nos conditions expérimentales en vergers de pommiers, des lâchers précoces de larves du 3ème stade de F. auricularia n'ont pas permis de limiter les populations de D. plantaginea, confirmant la difficulté des lâchers de prédateurs en cultures de plein champ. De la même manière, des lâchers précoces d'E. balteatus pourtant réalisés sous filets Alt'Carpo restent sans effet sur l'infestation par D. plantaginea. Cette thèse, en s'appuyant sur des essais en conditions contrôlées, semi contrôlées et de plein champ, constitue une étape dans un processus d'élaboration d'un modèle dynamique du développement de D. plantaginea à l'échelle du rameau, prenant en compte le rôle des fourmis et des auxiliaires et l'influence des pratiques de protection (par exemple, les filets Alt'Carpo et les lâchers d'auxiliaires). Elle confirme, si besoin en était, la complexité des phénomènes de régulation, des pucerons en particulier, et la nécessité d'études complémentaires pour définir les conditions d'application de la lutte biologique contre D. plantaginea

L'azote est souvent considéré comme le premier facteur limitant la croissance des plantes terrestres (Vitousek & Howarth, 1991a; LeBauer & Treseder, 2008). Ainsi, les études sur le contrôle du fonctionnement microbien et la sélection des microorganismes des sols par les plantes se sont principalement intéressées au cycle de l'azote (N) (Chapman et al., 2006). Certaines plantes peuvent inhiber la nitrification ou la minéralisation de l'azote des sols par la libération de métabolites secondaires. Cependant, bien que la dénitrification soit considérée comme une voie majeure de perte d'azote des sols (25-90%) (van der Salm et al., 2007; Radersma & Smit, 2011), l'inhibition de la dénitrification par les métabolites secondaires de plantes n'a jamais été démontrée. Or il a été constaté à de nombreuses reprises qu'aux voisinages de certaines plantes la dénitrification du sol était réduite. C'est le cas du complexe d'espèces Fallopia spp. pour lequel les principaux facteurs connus pour influencer ce processus ne pouvaient expliquer cette réduction (Dassonville et al., 2011). Nos résultats démontrent pour la 1ière fois que les plantes (ici Fallopia) peuvent inhiber la dénitrification par la libération de procyanidines de type B qui induisent en anaérobiose des modifications physiologiques chez les dénitrifiants. Selon les sols, les communautés peuvent être plus ou moins sensibles notamment en fonction de leur exposition précédente à Fallopia spp.. Nos résultats apportent de nouvelles connaissances sur les interactions entre plantes et microorganismes et améliorent notre compréhension sur la capacité des plantes à modeler le fonctionnement microbien des sols / Nitrogen is often considered as the first limiting factor of plant growth (Vitousek & Howarth, 1991a; LeBauer & Treseder, 2008). Thus studies on plant-driven microbial functioning and selection by secondary metabolites have mostly focused on the effect of plant on the nitrogen (N) cycle (Chapman et al., 2006). Some plants can inhibit the nitrification and the nitrogen mineralization processes in soils through the release of secondary metabolites (Subbarao et al., 2009; Dietz et al., 2013; Heumann et al., 2013). However, while denitrification is considered as a major way of N losses in soils (25-90%) (van der Salm et al., 2007; Radersma & Smit, 2011), the denitrification inhibition by plant secondary metabolites was never demonstrated. However, it has been observed several times that the denitrification in soils near some species was reduced. The invasive complex species Fallopia spp. was shown to reduce denitrification in soils without affecting principal factors known to control this process (Dassonville et al 2011). Our, results demonstrate for the first time, that plants (here Fallopia spp.) can inhibit denitrification through the release of B-type procyanidins that induce physiological changes in denitrifying bacteria under anaerobic conditions. These compounds affect specifically the membrane-bound NO3-reductase through conformational changes. Less sensitive soils denitrifying communities may be selected in soils previously exposed to Fallopia spp. Our finding provides new insight into plant-soil interactions and improves our understanding of plants abilities to shape microbial soil functioning

Les consommateurs cherchent de plus en plus à intégrer à leur diète des aliments nutritifs et produits en respectant l’environnement. C'est pourquoi les pratiques agricoles durables comme l’agriculture biologique sont en expansion. L'utilisation d'azote organique en fertilisation biologique y représente une distinction fondamentale, puisqu'il est généralement minéralisé avant d'être assimilé par la plante. Puisque le type de fertilisant influence la dynamique plante-sol-microorganismes, l'objectif de cette étude était d'évaluer l'effet de la source et de la dose d'azote sur l'activité du milieu de culture, la performance agronomique et la qualité des fruits produits pour deux cultures biologiques en serre. Deux expériences factorielles en blocs complets aléatoires ont été réalisées en serre. Pour la culture de concombre, le dispositif comprenait trois sources (organique, mixte et inorganique) et trois doses (50 %, 75 % et 100 %) d'azote ainsi qu’un traitement témoin ne recevant aucun apport azoté, et ce, en trois répétitions. Le dispositif de la culture de tomate comprenait deux sources (organique et inorganique) et trois doses (50 %, 100 % et 150 %) d'azote, et ce, en six répétitions. La croissance des plantes, les rendements et dix paramètres de qualité des fruits ont été suivis. Pour la culture de tomate, l'activité microbienne, la respiration du milieu de culture, la biomasse de vers de terre ainsi que la composition et l'abondance microbienne ont été mesurées. Les traitements issus d'une fertilisation organique normale (dose de 100 %) ont présenté une augmentation significative de l'activité biologique du milieu de culture. Ces derniers ont montré une augmentation de 88 % de la respiration du sol, de 42 % de l'activité enzymatique microbienne, de 238 % de l'abondance en champignons et de 31 % de l'abondance en bactéries par rapport aux traitements issus d'une fertilisation inorganique à dose normale (100 %). Aucune différence significative n'a été observée au niveau de la croissance, des rendements et de la qualité des fruits. Cette étude renforce l'hypothèse selon laquelle la qualité nutritionnelle des fruits produits biologiquement ne serait pas différente de celle des fruits produits conventionnellement, lorsque les plantes sont soumises aux mêmes conditions de culture. De plus, l'utilisation d'azote sous forme organique pourrait présenter un avantage, puisque cela stimule l'activité biologique du milieu de culture.

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La fonte des semis et la pourriture des racines font partie des maladies céréalières des grandes cultures au Québec. Elles sont causées par deux agents pathogènes, le Fusarium graminearum et le Bipolaris sorokiniana contaminant la semence céréalière, en particulier le blé et l’orge, ce qui entraîne à la fois une baisse de la levée et un rendement moins élevé. Des agriculteurs biologiques tentent de trouver un traitement de semences sans fongicide afin de lutter contre ces champignons, qui sont néfastes pour l’agriculture céréalière. Notre projet a comme objectif d’utiliser l’action oxydative de l’oxygène ou l’ozone humidifié pour engendrer un stress oxydatif afin de diminuer l’impact des deux agents pathogènes responsables de cette maladie, le F. graminearum et le B. sorokiniana, tout en préservant le pouvoir germinatif de ces semences. La dose en agent oxydant, le débit des gaz oxydants (ozone et /ou oxygène) ainsi que le temps d’exposition constituent les paramètres clés à optimiser pour ce traitement oxydatif et la cinétique de germination des graines céréalières traitées. Un tel traitement semblait prometteur pour la semence de blé. Il l’était toutefois un peu moins pour la semence d’orge en raison de son enveloppe assez rigide qui a rendu difficile la pénétration de l’ozone et l’oxygène. Pour remédier à ce problème, nous avons fait des tests préliminaires sur l’orge en utilisant la sonication par ultrasons comme prétraitement de l’orge avant le traitement oxydatif. Les résultats obtenus suggèrent qu’un tel traitement est prometteuret non négligeable afin d’optimiser notre traitement oxydatif et de permettre par la suite de réduire les agents responsables de la maladie sans nuire à la qualité des semences de céréales. Ce point a été abordé dans nos travaux par un test préliminaire sur l’orge, et cette approche s’annonce très prometteuse pour nos recherches futures. / Seedling blight and root rot are part of cereal diseases of field crops in Quebec. They are caused by two pathogens, Fusarium graminearum and Bipolaris sorokiniana, which contaminate the seed grain, especially wheat and barley, which causes both decreased, lift and lower performance. Organic farmers are trying to find a seed without fungicide treatment to fight against these fungi, which are harmful to cereal farming. Our project has as goal to use the oxidative action of oxygen or ozone moistened to cause oxidative stress in order to reduce the impact of the two pathogens responsible for this disease, F. graminearum and B. sorokiniana, while preserving the germinability of the seeds. The dose in oxidizing agent, the flow of oxidizing gases (ozone and/or oxygen) and the time of exposure are key parameters to optimize for this oxidative treatment and germination kinetics treated cereal seed. Such treatment looked promising for the seed of wheat. It was however a little less for the seed of barley because it’s fairly rigid envelope which made difficult the penetration of ozone and oxygen. To remedy this problem, we have preliminary tests on barley using sonication ultrasonic as pre-treatment of barley oxidative pre-treatment. The results suggest that, such treatment is promising and significant in order to optimize our oxidative treatment and subsequently, reduce the causative agents of disease without harming the quality of cereal seed. This point has been addressed in our work by a preliminary test on barley, and this approach looks very promising for our future research.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / Le but de cette étude était d'en apprendre davantage sur les relations antagonistes entre Helminthosporium solani et les souches E30 et 94-19 de Pseudomonas putida. Les travaux présentés dans ce mémoire montrent que la souche 94-19 produit des composés antifongiques quel que soit le milieu de culture utilisé alors que la souche E30 produit des composés antifongiques seulement en présence de cellules fongiques vivantes, en particulier en présence de cellules vivantes de H. solani. La présence des gènes de voies de biosynthèse de la pyrrolnitrine, de la pyolutéorine et du 2,4-diacétylphloroglucinol chez la souche 94-19 suggère l'implication de ces molécules dans l'activité antagoniste de cette bactérie envers H. solani. Aucun de ces gènes n'a été retrouvé chez la souche E30. Les travaux réalisés suggèrent plutôt qu'un composé thermostable de faible poids moléculaire serait impliqué dans l'activité antagoniste de la souche E30 envers H. solani.

Afin d'améliorer nos pratiques agricoles dans le contexte d'une agriculture durable, plusieurs agents de lutte biologique (ALB) ont été développés, testés et sont maintenant utilisés dans le monde pour combattre les pertes de rendements causées par les maladies. Blumeria graminis f. sp. hordei ( Bgh) est l'agent pathogène responsable du blanc de l'orge et peut réduire les rendements de cette culture jusqu'à 40%. Un champignon épiphyte, Pseudozyma flocculosa, a été découvert et identifié en 1987 en association étroite avec le blanc du trèfle. Les chercheurs ont alors remarqué que ce champignon exhibait une forte activité antagoniste contre le blanc en détruisant les structures de l'agent pathogène. Suite à d'autres travaux, il est apparu que ce comportement antagoniste était dirigé contre tous les membres des Erysiphales et semblait lié à la synthèse d'un glycolipide antifongique soit la flocculosine. Toutefois, on n'est toujours pas parvenus à associer l'efficacité de l'ALB avec la production de ce glycolipide. Ces observations suggèrent que d'autres facteurs seraient impliqués lorsque les deux protagonistes, l'ALB et le blanc, sont en contact. L'objectif principal de ce projet était donc de chercher d'autres mécanismes moléculaires pouvant expliquer l'interaction P. flocculosa-blanc et orge, en faisant une analyse transcriptomique complète des trois protagonistes en même temps. L'interaction tripartite a été échantillonnée à différents temps suivant l'inoculation de P. flocculosa sur des feuilles d'orge présentant déjà une intensité de blanc d'environ 50%. Les échantillons de feuilles prélevés ont ensuite été utilisés pour l'extraction de l'ARN qui ont été ensuite transformés en ADNc pour la préparation des librairies. Cinq répliquats ont été effectués pour chaque temps et le tout a été séquencé à l'aide de séquençage par synthèse Illumina HiSeq. Les séquences obtenues (reads) ont ensuite été analysées à l'aide du logiciel CLC Genomics Workbench. Brièvement, les séquences obtenues ont été cartographiées sur les trois génomes de référence. Suite à la cartographie, les analyses d'expression ont été conduites et les gènes exprimés de façon différentielle ont été recherchés. Cette étape a été conduite en portant une attention particulière aux gènes codant pour un groupe de protéines appelées CSEP pour “candidate secreted effector proteins” qui seraient possiblement impliquées dans l'interaction tripartite. Parmi les protéines exprimées de façon différentielle en présence du blanc ou en absence de ce dernier, nous avons pu constater que certaines CSEP étaient fortement exprimées en présence du blanc. Ces résultats sont prometteurs et nous offrent une piste certaine pour l'élucidation des mécanismes impliqués dans cette interaction tripartite.

Les changements anthropiques peuvent affecter de manière inattendue les écosystèmes, y compris les agroécosystèmes. Une technologie qui pourrait provoquer de tels effets est l'éclairage artificiel utilisé pour maintenir la productivité des cultures en serre. L'allongement de la photopériode et la qualité spectrale artificielle des luminaires pourraient ainsi affecter les insectes ravageurs et leurs ennemis naturels. L'hypothèse de cette étude est que l'utilisation de lampes DELs peut améliorer l'efficacité de la lutte biologique par le parasitoïde Aphidius matricariae (Hymenoptera: Braconidae) contre le puceron Myzus persicae (Hemiptera: Aphididae), tout en promouvant la croissance du poivron Capsicum annuum (Solanales: Solanaceae). Afin de vérifier cette hypothèse, l'impact de quatre photopériodes (14, 16, 18 et 20 heures) et trois qualités spectrales lors de l'allongement de la photopériode sur l'activité locomotrice du parasitoïde et la fécondité du puceron a été étudié en chambres de croissance. Afin de déterminer les effets de la lumière sur ces organismes et leurs interactions dans un contexte tritrophique, l'impact de l'allongement du jour par deux régimes lumineux de qualité spectrale différente sur la croissance du poivron, la densité des pucerons et la production de momies par le parasitoïde a été étudié en serre. Mes résultats ont démontré que les conditions lumineuses ont influencé la distribution temporelle de l'activité du parasitoïde, mais n'ont pas affecté son activité totale, ni la fécondité du puceron. En serre, l'éclairage supplémentaire a accru de 127 % la matière sèche moyenne des plantes, sans affecter la densité des pucerons. Les parasitoïdes ont réduit de 93 % la densité moyenne des pucerons, peu importe le traitement lumineux étudié. Mes résultats suggèrent donc que les insectes peuvent être résilients aux changements dramatiques de l'environnement lumineux en serre, ce qui démontre qu'il est possible d'ajuster les conditions lumineuses pour optimiser la croissance des plantes sans compromettre la lutte biologique. / Anthropogenic changes to ecosystems can have unexpected side effects, including in agroecosystems. One technology that may produce such side effects is supplemental light, which is used to maintain productivity in greenhouse crops. The lengthened photoperiods and artificial spectral qualities of the lamps used may also affect greenhouse pests and their natural enemies. The hypothesis of this research is that LED greenhouse illumination can improve efficacy of biological control by the parasitoid Aphidius matricariae (Hymenoptera: Braconidae) against the aphid Myzus persicae (Hemiptera: Aphididae) while promoting the growth of the bell pepper Capsicum annuum (Solanales: Solanaceae). To test this hypothesis, the impact of four photoperiods (14, 16, 18, and 20 hours) and three spectral qualities for day length extension on the locomotor activity of the parasitoid and the fecundity of the aphid were tested in growth chambers. To examine the effects of light on the organisms and their interactions in a tri-trophic context, the effects of day extensions of two spectral qualities on bell pepper dry biomass, aphid population density, and parasitoid mummy formation were evaluated in a greenhouse. My results showed that the light conditions influenced the timing of the parasitoid's daily locomotor activity, but not its total activity. Light conditions also had no effect on aphid fecundity. In the greenhouse, supplemental LED lighting promoted plant growth, increasing dry biomass by 127% on average, without affecting aphid densities. Parasitoids reduced aphid populations by 93% on average, regardless of the LED treatment. Therefore, my findings suggest that greenhouse insects can be resilient to dramatic changes in greenhouse lighting, which shows that it is possible to adjust light conditions to optimize plant growth without compromising biocontrol.

De longs délais temporels peuvent exister entre les perturbations survenant à un site et les réponses des espèces de la communauté occupant ce site. Ces changements écosystémiques transitoires lents en comparaison d’une vie humaine peuvent être difficiles à détecter ou à comprendre sans la prise en compte du contexte temporel par l’utilisation de données historiques. C’est souvent le cas pour les processus d’invasion de plantes ou d’animaux non-indigènes dans les communautés forestières. Bien que les perturbations anthropiques soient reconnues pour faciliter les invasions dans ce type de communauté, des temps de latence importants peuvent tout de même survenir à chaque étape du processus. On peut donc penser que les patrons d’invasion d’un site représenteraient davantage les legs écologiques des perturbations plus anciennes que ceux des perturbations plus récentes. Ce mémoire vise à évaluer si l’on gagne à tenir compte de l’âge des perturbations pour expliquer les invasions biologiques établies dans les sites environnants. Pour vérifier cela, nous avons inventorié l’abondance et la composition des communautés de plantes et de vers de terre non-indigènes dans 85 parcelles dispersées dans l’ensemble de la Réserve Naturelle Gault. Suite à une reconstitution fouillée de l’historique des perturbations anthropiques, nous avons comparé le pouvoir explicatif des perturbations initiées avant 1910 avec celui des perturbations survenues après 1910. Nous avons aussi pris en compte les variables environnementales reconnues comme importantes. Les résultats suggèrent que dans les forêts de la Réserve Naturelle Gault, la présence et l’intensité des invasions de plantes et de vers de terre non-indigènes sont en premier lieu expliquées par la proximité aux perturbations anthropiques initiées il y a plus d’un siècle. Les conclusions de ce mémoire soulignent l’importance de l’utilisation d’une approche historique pour comprendre pleinement la durée des impacts écologiques des perturbations anthropiques quant à la facilitation des processus d’invasion biologique.