L'ammoniac atmosphérique (NH3) est principalement émis par l'agriculture. C'est le principal composé alcalin de l'atmosphère et il joue un rôle essentiel dans la chimie de l'atmosphère. Les dépôts humides et secs d'NHx (NH3 + NH4+) ont des effets négatifs directs (toxicité à fortes doses) ou indirects acidification, eutrophisation, baisse de la résistance aux stress) sur les écosystèmes naturels ou cultivés.<br />La plante peut être un puits ou une source d'NH3 pour l'atmosphère. Le sens et l'intensité des échanges dépendant du gradient de concentration entre la cavité sous stomatique et l'air. La concentration en ammoniac dans la cavité sous stomatique appelée aussi point de compensation stomatique pour l'ammoniac est déterminée par la température de la feuille, la concentration en ammoniaque ([NH4+]ap) et le pH du liquide apoplastique. Ces deux derniers paramètres dépendent du métabolisme azoté de la feuille et des diverses entrées et sorties de composés à travers le xylème et le phloème. Jusqu'à présent, seuls des modèles empiriques ont été conçus pour modéliser le point de compensation stomatique pour l'ammoniac.<br />Pour analyser le determinisme du point de compensation pour l'ammoniac, nous avons conçu une expérimentation pour mesurer sa variabilité pour de jeunes plantes de colza en fonction de la nutrition azotée et des conditions jour et nuit. Deux méthodes de mesures ont été utilisées : l'extraction d'apoplaste et la chambre à flux. Les deux méthodes montrent une corrélation positive entre la concentration en ammonium dans la solution nutritive et le point de compensation. Par contre la concentration en nitrate a peu d'influence sur le point de compensation de même qu'une alimentation mixte ammonium et nitrate réduit le point de compensation par rapport a une alimentation a même concentration en ammonium. Le point de compensation mesuré de jour n'est pas significativement différent du point de compensation mesuré de nuit même si il a tendance à être plus fort.<br />Le modèle construit est un modèle a compartiment ; il est couplé à un modèle de continuum sol plante atmosphère donnant des flux d'eau et en particulier la conductance stomatique. Il intègre un modèle de photosynthèse et les principales sources et puits d'ammoniac dans une cellule. Le modèle montre une forte dépendance du point de compensation stomatique du flux d'eau, de la température et de la concentration en ammonium dans le xylème.

Les changements de contexte économique, réglementaire et environnementaux auxquels la production agricole doit faire face nécessitent d'évaluer de nouvelles stratégies de gestion conjointe de l'irrigation et de la fertilisation pour blé dur. Le travail de thèse a suivi un double objectif : i) adapter le modèle de culture STICS à différents cultivars de blé dur, et ii) concevoir un modèle de décision des pratiques de fertilisation azotée et d'irrigation. Une base de données comportant 373 traitements expérimentaux issus de douze années climatiques a été constituée à partir d'expérimentations réalisées avant la thèse à l'INRA et ARVALIS puis mobilisée pour conduire le travail d'adaptation et d'évaluation du modèle de culture. L'adaptation du modèle de culture a consisté dans un premier temps en un travail d'estimation de paramètres par optimisation mathématique pour sept cultivars de blé dur. Une analyse comparative de trois démarches a permis de sélectionner la démarche pertinente pour obtenir un modèle précis et robuste pour la simulation du rendement, de la teneur en azote des grains et des variables intermédiaires (Biomasse aérienne, surface foliaire, quantité d'azote absorbée) dans différents contextes pédo-climatiques (large gamme de niveaux de nutrition hydrique et azotée). Cette étude fournit un cadre méthodologique pour l'estimation des paramètres des modèles de culture. Les résultats de ce travail ont de plus démontré que le modèle de culture, avec son formalisme initial, n'était pas sensible à l'effet du fractionnement de la fertilisation sur la quantité d'azote et la teneur en azote des grains. L'adaptation est appréhendée dans un deuxième temps par la modification du formalisme d'accumulation de l'azote dans les grains par l'introduction d'un formalisme inspiré du modèle AZODYN. La modification n'a pas amélioré suffisamment la sensibilité du modèle à l'effet du fractionnement sur la teneur en azote des grains. Le manque de données expérimentales en phase post-floraison et notamment la dynamique de la sénescence foliaire n'a pas permis d'améliorer la capacité du modèle de culture à simuler les processus d'absorption d'azote du sol après la floraison. A partir d'une enquête auprès de 29 irrigants de blé dur, les pratiques et les stratégies de fertilisation azotée et d'irrigation, ainsi que les décisions stratégiques et tactiques ont été identifiées et formalisées dans un modèle de décision. Une évaluation de stratégies conçues sur la base des résultats d'enquêtes est proposée comme illustration de l'utilisation du modèle STICS adapté au blé dur et du modèle de décision formalisé. Le couplage informatique du modèle de culture STICS au modèle de décision permettra de disposer d'un modèle bio-décisionnel et ainsi pourra être utilisé pour concevoir et évaluer des stratégies de gestion conjointe de l'irrigation et de la fertilisation azotée du blé dur adaptées au contexte des exploitations agricoles / Changes in economic, regulatory and environmental context of agricultural production raise the need for research to evaluate and propose new strategies for joint management of irrigation and fertilization for durum wheat. The thesis had two objectives: i) adapting the simulation crop model STICS to different durum wheat cultivars, and ii) designing a decision model for nitrogen fertilization and irrigation practices. A database containing 373 experimental treatments carried out by INRA and ARVALIS before this PhD work was established and mobilized to conduct the adaptation and the evaluation of crop model. The adaptation of the crop model was first conducted through durum wheat parameter estimation by mathematical optimization. A comparative analysis of three approaches was conducted to select an appropriate approach to obtain an accurate and robust crop model for the simulation of grain yield, grain nitrogen content and intermediate variables (biomass, leaf area, amount of nitrogen absorbed) in different soil and climatic conditions. This study provided a methodological framework for crop models parameters estimation. The results of this study showed that the crop model, with its original formalism, was not sensitive to the effect of splitting of fertilization on the grain nitrogen content and protein concentration. The adaptation was then conducted through the modification of the formalism of nitrogen accumulation in grains by introducing a formalism inspired the AZODYN crop model. The modification did not significantly improve the model's sensitivity to the effect of N splitting on the nitrogen content of grain. The results of this study call into question the ability of crop model to simulate the absorption process of nitrogen after flowering. Unfortunately the lack of data concerning post-flowering leaf area dynmaics did not allow improving the model. From a survey of 29 irrigators, practices and strategies of nitrogen fertilization and irrigation, as well as strategic and tactical decisions have been identified and formalized in a decision model. An evaluation of strategies based on survey results is given as an illustration of the potential use of the STICS soil-crop model and the decision rules identified and formalised. The coupling of the crop model to the model decision will allow proposing and evaluating strategies adapted to the farm context for joint management of irrigation and nitrogen fertilization of durum wheat

L'agriculture européenne évolue aujourd'hui dans un contexte où les mesures politiques et les préoccupations environnementales sont de plus en plus prégnantes, tout en faisant face au changement climatique. Le modèle d'offre agricole AROPAj prend déjà en compte certaines caractéristiques zootechniques. Pour mieux évaluer les politiques agri-environnementales, ce modèle économique a besoin d'intégrer les caractéristiques techniques des cultures des systèmes de production qui le composent. Cette thèse vise à mettre au point une méthode permettant cette prise en compte de la technique agronomique en modélisant la relation azote-rendement. Les systèmes individuels de production (fermes types) d'AROPAj ne sont pas localisés au sein des régions européennes et les informations techniques disponibles dans les bases de données sont restreintes. La méthode élaborée détermine les caractéristiques techniques et physiques nécessaires à la modélisation du rendement de chaque culture de chaque ferme type par le modèle de culture STICS. Ces informations permettent d'obtenir, pour chaque culture de chacune de ces fermes, une courbe de réponse du rendement à l'azote. De forme exponentielle, elle intègre les propriétés économiques attendues et est cohérente du point de vue agronomique. La courbe peut prendre en compte l'azote issu de l'engrais acheté et celui des effluents d'élevage provenant de la ferme. Intégrées au modèle AROPAj, les courbes apportent aux fermes modélisées une plus grande sensibilité aux scénarios de politiques agricoles en permettant l'ajustement du niveau optimal de fertilisation. La méthode est adaptable à l'ensemble des régions européennes, les tests réalisés sur deux régions françaises contrastées la montrent robuste. Les simulations en conditions climatiques futures ont été réalisées sur la base de séries climatiques fournies par le modèle ARPEGE-Climat de Météo-France, représentant un scénario du Groupe d'experts Intergouvernemental sur l'Evolution du Climat (GIEC). Dans ce contexte de changement climatique, pour trente années futures, et toutes autres choses égales par ailleurs, la gamme des courbes de réponse à l'azote obtenue pour chaque culture de chaque ferme type est très large. La confrontation des diverses cultures et fermes modélisées fait apparaître l'eau comme facteur de production prépondérant devant l'azote, et montre que la classe altitudinale des fermes est déterminante de la réponse à l'azote pour des conditions climatiques futures.

Le dessèchement précoce du tournesol résulte d'une infection de bas de tige par Phoma macdonaldii qui provoque une nécrose encerclante et un rétrécissement du diamètre du collet. Cette attaque entraine une sénescence foliaire brutale occasionnant des pertes dommageables pour la culture. Des contaminations artificielles par des spores ou du mycélium de P. macdonaldii ont permis de reproduire artificiellement des pieds secs et confortent l'implication de ce champignon dans ce syndrome. Dans un contexte où la protection chimique et la résistance variétale sont limitées, la maîtrise de P. macdonaldii par le contrôle cultural pourrait constituer une alternative efficace. Des essais au champ et en serre menés de 2006 à 2009 à l'INRA et au Cetiom ont permis de mettre en évidence l'importance de la conduite de culture du tournesol sur la fréquence et la gravité du dessèchement précoce et de mieux comprendre l'étiologie de ce syndrome. Une alimentation azotée importante, un peuplement dense et à un régime hydrique limitant en post floraison forment trois facteurs particulièrement favorables au développement du syndrome de desséchement précoce attribué à P. macdonaldii. L'alimentation azotée, au travers de la fertilisation, est le principal facteur favorisant la maladie ; le régime hydrique limitant et la densité de peuplement amplifient la maladie. Le faible diamètre de bas de tige (sous de fortes densités) associé à la prolifération du champignon dans le xylème (azote), occasionnerait une réduction de la conductance hydraulique par obstruction des vaisseaux. Amplifiée lorsque la disponibilité en eau du sol est limitante, cet arrêt de la transpiration se traduit par une sénescence anticipée de 40 jours par rapport à la maturité physiologique de peuplement sains. / Sunflower premature ripening results from an infection by Phoma macdonaldii causing lesions girdling the stem base and narrowing the diameter of the collar. This attack induces a sudden leaf senescence damaging for the culture. Artificial inoculations with spores or mycelium of P. macdonaldii aimed to reproduce the disease and confirm the involvement of this fungus in this syndrome. In a context where chemical protection and plant resistance are limited, control of P. macdonaldii by cultural control could be an effective alternative. Field and greenhouse trials conducted from 2006 to 2009 at INRA and Cetiom showed the importance of sunflower crop management on the frequency and severity of early drying, and better understand the etiology of this syndrome. A significant nitrogen supply, a dense population and a limited water regime postflowering are particularly conducive to premature ripening. Nitrogen supply is the main factor favoring the disease; limited water regime and density amplify the disease. The small stem base diameter (under high densities) associated with the proliferation of the fungus in the xylem (nitrogen), may reduce hydraulic conductance by vessel blockage. Amplified when soil water availability is limiting, this stop of the transpiration leads to early senescence 40 days before physiological maturity of healthy plants.

Le terme de méta-analyse désigne l'analyse statique d'un large ensemble de résultats provenant d'études individuelles pour un même sujet donné. Cette approche est de plus en plus étudiée dans différents domaines, notamment en agronomie. Dans cette discipline, une revue bibliographique réalisée dans le cadre de la thèse a cependant montré que les méta-analyses n'étaient pas toujours de bonne qualité. Les méta-analyses effectuées en agronomie étudient ainsi très rarement la robustesse de leurs conclusions aux données utilisées et aux méthodes statistiques. L'objectif de cette thèse est de démontrer et d'illustrer l'importance des analyses de sensibilité dans le cadre de la méta-analyse en s'appuyant sur l'exemple de l'estimation des émissions de N2O provenant des sols agricoles. L'estimation des émissions de protoxyde d'azote (N2O) est réalisée à l'échelle mondaile par le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC). Le N2O est un puissant gaz à effet de serre avec un pouvoir de réchauffement 298 fois plus puissant que le CO2 sur une période de 100 ans. Les émissions de N2O ont la particularité de présenter une forte variabilité spatiale et temporelle. Deux bases de données sont utilisées dans ce travail : la base de données de Rochette et Janzen (2005) et celle de Stehfest et Bouwman (2006). Elles recensent de nombreuses mesures d'émissions de N2O réparties dans le monde provenant d'études publiées et ont joué un rôle important lors des estimations d'émissions de N2O réalisées par le GIEC. Les résultats montrent l'intérêt des modèles à effets aléatoires pour estimer les émissions de NO2 issues de sols agricoles. Ils sont bien adaptés à la structure des données (observations répétées sur un même site pour différentes doses d'engrais, avec plusieurs sites considérés). Ils permettent de distinguer la variabilité inter-sites de la variabilité intra-site et d'estimer l'effet de la dose d'engrais azoté sur les émissions de NO2. Dans ce mémoire, l'analyse de la sensibilité des estimations à la forme de la relation "Emission de N2O / Dose d'engrais azoté" a montré qu'une relation exponentielle était plus adaptée. Il apparait ainsi souhaitable de remplacer le facteur d'émission constant du GIEC (1% d'émission quelque soit la dose d'engrais azoté) par un facteur variable qui augmenterait en fonction de la dose. Nous n'avons par contre pas identifié de différence importante entre les méthodes d'inférence fréquentiste et bayésienne. Deux approches ont été proposées pour inclure des variables de milieu et de pratiques culturales dans les estimations de N2O. La méthode Random Forest permet de gérer les données manquantes et présente les meilleures prédictions d'émission de N2O. Les modèles à effets aléatoires permettent eux de prendre en compte ces variables explicatives par le biais d'une ou plusieurs mesures d'émission de N2O. Cette méthode permet de prédire les émissions de N2O pour des doses non testées comme le cas non fertilisé en parcelles agricoles. Les résultats de cette méthode sont cependant sensibles au plan d'expérience utilisé localement pour mesurer les émissions de N2O. / The term meta-analysis refers to the statistical analysis of a large set of results coming from individual studies about the same topic. This approach is increasingly used in various areas, including agronomy. In this domain however, a bibliographic review conducted by this thesis, showed that meta-analyses were not always of good quality. Meta-analyses in agronomy very seldom study the robustness of their findings relative to data quality and statistical methods.The objective of this thesis is to demonstrate and illustrate the importance of sensitivity analysis in the context of meta-analysis and as an example this is based on the estimation of N2O emissions from agricultural soils. The estimation of emissions of nitrous oxide (N2O) is made at the worldwide level by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). N2O is a potent greenhouse gas with a global warming power 298 times greater than the one of CO2 over a 100 year period. The key characteristics of N2O emissions are a significant spatial and time variability. Two databases are used for this work: the database of Rochette and Janzen (2005) and the one of Stehfest and Bouwman (2006). They collect numerous worldwide N2O emissions measurements from published studies and have played a significant role in the estimation of N2O emissions produced by the IPCC. The results show the value of random effects models in order to estimate N2O emissions from agricultural soils. They are well suited to the structure of the data (repeated observations on the same site for different doses of fertilizers, with several sites considered). They allow to differentiate the inter-site and intra-site variability and to estimate the effect of the rate of nitrogen fertilize on the N2O emissions. In this paper, the analysis of the sensitivity of the estimations to the shape of the relationship "Emission of N2O / N fertilizer dose" has shown that an exponential relationship would be the most appropriate. Therefore it would be appropriate to replace the constant emission factor of the IPCC (1% emission whatever the dose of nitrogen fertilizer) by a variable factor which would increase with the dose. On the other hand we did not identify significant differences between frequentist and Bayesian inference methods. Two approaches have been proposed to include environmental variables and cropping practices in the estimates of N2O. The first one using the Random Forest method allows managing missing data and provides the best N2O emissions predictions. The other one, based on random effects models allow to take into account these explanatory variables via one or several measurements of N2O. They allow predicting N2O emissions for non-tested doses in unfertilized farmer's field. However their results are sensitive to the experimental design used locally to measure N2O emissions.

La séquestration du C dans les sols réduit les effets du changement climatique, et améliore la qualité du sol. L'introduction des prairies temporaires dans le cycle des cultures pourrait améliorer les matières organiques du sol (SOM). L'objectif de la thèse était d'évaluer l'impact des modes de gestion de prairies temporaires sur la quantité, la composition et les processus de stabilisation des SOM et les émissions de gaz à effet de serre (GHG).Mes résultats montrent un arrière effet de la gestion des prairies temporaires sur les SOM après 3 ans de culture. La durée des prairies influence la quantité et la composition de la biomasse microbienne ainsi que la nature des SOM. La fertilisation en N de la prairie est nécessaire à la séquestration du C dans le sol sans augmenter les émissions de GHG.Pour remplacer la fertilisation en N minérale, des légumineuses peuvent être utilisées. En conséquence, je me suis intéressée à l'effet de la luzerne sur les formes de C, de N et de P dans les sols sous mélanges luzerne-graminées. Mes résultats indiquent une absence d'augmentation du stock de C dans les sols sous mélanges comparés aux monocultures de graminées fertilisées, malgré une plus forte productivité de la luzerne. Les biomarqueurs moléculaires indiquent que l'introduction de la luzerne en prairie influence la dégradation des SOM plus que leur stabilisation. De plus, la luzerne influence fortement les formes du P dans les sols sous mélanges.Ainsi, lors de l'introduction de prairie dans les cycles de culture, il est important d'optimiser les modes de gestion afin de faire le bon compromis entre le stockage du C, les émissions de GHG et l'utilisation d'engrais. / Soil C sequestration reduces the effects of climate change, improves soil quality and food security. Soil organic matter (SOM) could be enhanced by introduction of ley grassland into the cropping cycle. The objective of this PhD thesis was to evaluate the effect of management practices of ley grassland on the quantity, composition and stabilization processes of SOM and greenhouse gas emissions (GHG). My data showed legacy effects of duration and fertilization of the temporary grassland phase on SOM after 3 years of cropping. The duration of grassland phase influenced the quantity and composition of the microbial biomass as well as the nature of SOM. N fertilization during the grassland phase is necessary for soil C sequestration in soil without increasing GHG emissions.To replace mineral N fertilization, legumes may be used in forage production systems. Consequently, I was interested in the effect of introduction of lucerne on C, N and P forms in soils under lucerne-grass mixtures. My results indicate similar soil C stocks under mixtures and grass monocultures, despite the high productivity of lucerne. Molecular biomarkers indicated that the introduction of lucerne in grassland influenced the degradation of the SOM more than its stabilization. Moreover, the presence of lucerne influenced P forms in soils under mixtures.In conclusion, the introduction of ley grasslands into cropping cycles requires careful evaluation of the management practices in order to optimize C storage, GHG emissions and N fertilizer use.

Dans un contexte de réduction des impacts des pratiques agricoles sur la santé humaine et sur les écosystèmes, il est nécessaire de bien prendre en compte la volatilisation d’ammoniac (NH3) dans les inventaires d’émissions, la compréhension du devenir de l’azote après fertilisation et la modélisation de la qualité de l’air. Etant donné le poids de la fertilisation azotée (55%) dans le total des émissions nationales de NH3, cette dernière constitue un levier important pour réduire les émissions de NH3. Les inventaires nationaux actuels, basés sur l’utilisation de facteurs d’émission par défaut, souffrent d’un manque de description spatiale et temporelle, rendant difficile l’élaboration des politiques de réduction efficaces des émissions. Par ailleurs, même s’il existe à l’heure actuelle des modèles qui simulent de manière globale le devenir de l’azote sur le cycle de la culture, la volatilisation de NH3 n’est pas toujours prise en compte, et si elle l’est, les modules de volatilisation sont souvent relativement frustres et n’ont été que partiellement validés. Il existe pourtant des modèles dédiés exclusivement à la volatilisation de NH3 au champ, mais leurs exigences en données et paramètres d’entrée et leur temps de calcul limitent leur utilisation à grande échelle (exemple, échelle nationale…) sur de nombreux sites géographiques pendant plusieurs années, ainsi que leur intégration dans des modèles opérationnels de prédiction de la qualité de l’air, ou des outils d’aide à la décision ou d’évaluation environnementale en termes de fertilisation azotée.Cette thèse propose des nouveaux outils. Le premier outil, CADASTRE_NH3, permet de décrire et d’analyser la variabilité spatio-temporelle des émissions de NH3 liées à la fertilisation azotée. Il couple le modèle de processus Volt’Air avec des bases de données géo-référencées sur les facteurs agro-pédoclimatiques à l’échelle nationale. Cette approche d’inventaires des émissions a montré sa capacité à capturer les variabilités spatio-temporelles de l’utilisation d’azote et des émissions de NH3 qui en résultent, et à prendre en compte l’effet des interactions des facteurs pédologiques et/ou climatiques sur les émissions. La confrontation des résultats de l’outil CADASTRE_NH3 avec les inventaires officiels français montrent de fortes convergences en ce qui concerne les quantités d’azote utilisé et les émissions de NH3 en France pour l’année 2005-06, mais aussi des divergences notamment pour le cas des produits résiduaires organiques. Le deuxième type d’outils correspond aux méta-modèles dérivés de Volt'Air pour prédire les taux d’émissions de NH3 après application d’engrais azotés. Ces méta-modèles présentent de nombreux avantages pratiques du fait de leur simplicité et opérationnalité. Ils ont des potentiels d’utilisation prometteurs pour accompagner la prise de décision en terme de conditions d’utilisation des engrais et également pour appuyer les politiques de réduction des émissions à travers par exemple la réalisation des tests de scénarios.Il serait cependant intéressant de confronter les outils développés dans le cadre de cette thèse avec des données expérimentales pour évaluer leur performance respective et valider l’ensemble de nos approches. Il serait également intéressant de développer des méta-modèles dynamiques dérivés du modèle Volt’Air capables de décrire la dynamique des flux de NH3 liés à l’application des engrais azotés pour être intégrés comme modules simples de volatilisation de NH3 dans des modèles agronomiques et atmosphériques. / In a context of reducing the impacts of agricultural practices on human health andecosystems, it is necessary to better account for ammonia (NH3) volatilization in the inventories of NH3 emissions, the understanding of the nitrogen behavior after fertilization and the modeling of air quality.Given the considerable weight of nitrogen fertilizer (55%) in the total national NH3 emissions, nitrogen fertilization is an important lever for reducing NH3 emissions. Current national inventories are based on the use of default emission factors (EF) and suffer from a lack of fine spatial and temporal NH3 emissions descriptions making it difficult to develop effective emission reduction policies. Moreover, even if there are currently models that globally simulate the fate of nitrogen on the crop cycle, their do not always take into account the volatilization of NH3, and if it is, the volatilization modules are often very frustrating and have not been validated. There are models dedicated exclusively to the volatilization of NH3 in the field, but their requirements for data and input parameters and their calculation time limit their large-scale use (e.g, at national scale) in many geographical locations for several years as well as their integration into airquality prediction models or decision support or environmental assessment tools in terms of nitrogen fertilization.This thesis proposes new tools. The first tool, CADASTRE_NH3 makes it possible to describe and analyze the spatio-temporal variability of NH3 emissions from nitrogen fertilization. It combines the Volt'Air process-based model with geo-referenced databases on agro-soil-meteorological factors at the national level. This approach has demonstrated its ability to capture the spatio-temporal variability ofnitrogen use and resulting NH3 emissions, and to take into account the effect of soil and climate factor interactions on emissions. The comparison of CADASTRE_NH3 results with the official French inventories shows strong convergences regarding the quantities of nitrogen used and NH3 emissions in France for the year 2005-06, but also divergences especially for the case of organic waste products. Thesecond type of tool corresponds to meta-models derived from Volt'Air for predicting NH3 emission rates after nitrogen fertilizer applications. These meta-models have many practical advantages because of their simplicity and operability. They have promising potential uses to support decision-making in terms of fertilizer use conditions and also to support emission reduction policies through, for example, scenario testing.However, it would be interesting to compare the tools developed in this thesis with experimental data to evaluate their respective performance and validate all our approaches. It would also be interesting to develop dynamic meta-models of Volt'Air that can describe the dynamics of NH3 fluxes related to nitrogen fertilizer applications and to be integrated as simple modules of NH3 volatilization in agronomic and atmospheric models.

Le terme de méta-analyse désigne l'analyse statique d'un large ensemble de résultats provenant d'études individuelles pour un même sujet donné. Cette approche est de plus en plus étudiée dans différents domaines, notamment en agronomie. Dans cette discipline, une revue bibliographique réalisée dans le cadre de la thèse a cependant montré que les méta-analyses n'étaient pas toujours de bonne qualité. Les méta-analyses effectuées en agronomie étudient ainsi très rarement la robustesse de leurs conclusions aux données utilisées et aux méthodes statistiques. L'objectif de cette thèse est de démontrer et d'illustrer l'importance des analyses de sensibilité dans le cadre de la méta-analyse en s'appuyant sur l'exemple de l'estimation des émissions de N2O provenant des sols agricoles. L'estimation des émissions de protoxyde d'azote (N2O) est réalisée à l'échelle mondaile par le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC). Le N2O est un puissant gaz à effet de serre avec un pouvoir de réchauffement 298 fois plus puissant que le CO2 sur une période de 100 ans. Les émissions de N2O ont la particularité de présenter une forte variabilité spatiale et temporelle. Deux bases de données sont utilisées dans ce travail : la base de données de Rochette et Janzen (2005) et celle de Stehfest et Bouwman (2006). Elles recensent de nombreuses mesures d'émissions de N2O réparties dans le monde provenant d'études publiées et ont joué un rôle important lors des estimations d'émissions de N2O réalisées par le GIEC. Les résultats montrent l'intérêt des modèles à effets aléatoires pour estimer les émissions de NO2 issues de sols agricoles. Ils sont bien adaptés à la structure des données (observations répétées sur un même site pour différentes doses d'engrais, avec plusieurs sites considérés). Ils permettent de distinguer la variabilité inter-sites de la variabilité intra-site et d'estimer l'effet de la dose d'engrais azoté sur les émissions de NO2. Dans ce mémoire, l'analyse de la sensibilité des estimations à la forme de la relation "Emission de N2O / Dose d'engrais azoté" a montré qu'une relation exponentielle était plus adaptée. Il apparait ainsi souhaitable de remplacer le facteur d'émission constant du GIEC (1% d'émission quelque soit la dose d'engrais azoté) par un facteur variable qui augmenterait en fonction de la dose. Nous n'avons par contre pas identifié de différence importante entre les méthodes d'inférence fréquentiste et bayésienne. Deux approches ont été proposées pour inclure des variables de milieu et de pratiques culturales dans les estimations de N2O. La méthode Random Forest permet de gérer les données manquantes et présente les meilleures prédictions d'émission de N2O. Les modèles à effets aléatoires permettent eux de prendre en compte ces variables explicatives par le biais d'une ou plusieurs mesures d'émission de N2O. Cette méthode permet de prédire les émissions de N2O pour des doses non testées comme le cas non fertilisé en parcelles agricoles. Les résultats de cette méthode sont cependant sensibles au plan d'expérience utilisé localement pour mesurer les émissions de N2O.

Les pucerons sont des ravageurs importants des principales espèces fruitières en France, pêcher et pommier notamment. Dans le but de réduire l’usage des produits phytosanitaires, différentes alternatives sont envisagées pour contrôler les pucerons en verger. Nous avons commencé ce travail de thèse par une synthèse des différentes méthodes alternatives de contrôle envisageables et leur positionnement au cours des différentes étapes du cycle biologique du puceron. Puis nous avons étudié les effets de la modulation des caractéristiques de la plante hôte, via les pratiques culturales, sur l’abondance des pucerons. Notre étude se base sur l’hypothèse « Plant Vigor » qui énonce que les insectes phytophages sont plus performants sur les plantes ou les organes de forte vigueur. Par conséquent, sur nos deux dispositifs expérimentaux factoriels nous avons combiné des suivis dynamiques de croissance végétative et d’abondance de pucerons : Prunus persica - Myzus persicae (2 niveaux d’irrigation × 2 niveaux d’apport azoté) et Malus domestica - Dysaphis plantaginea (2 niveaux d’irrigation × 2 génotypes d’arbre). Les facteurs ont été choisis pour leur impact potentiel sur la croissance végétative et la qualité nutritionnelle de la plante hôte. Les expérimentations ont été menées sur de jeunes arbres en pot, ne portant pas de fruit. Au niveau du rameau, l’abondance des pucerons est positivement corrélée à la croissance végétative sur les deux systèmes étudiés. Sur pêcher, la relation disponibilité en azote et abondance de pucerons semble être médiée par le fort impact de l’azote sur la croissance végétative. L’effet négatif de la restriction hydrique sur l’abondance de pucerons ne semble pas lié à un impact sur la croissance végétative. Aussi sur le second système étudié : pommier-puceron cendré, nous avons choisi de faire varier les apports en eau et de travailler sur deux génotypes, pour tester la généricité de la réponse observée. A l’échelle du rameau, l’effet de la restriction hydrique sur l’abondance de pucerons est négatif pour un génotype et positif pour l’autre. Par contre à l’échelle de l’arbre, sur les deux génotypes l’abondance de pucerons est corrélée positivement à la croissance végétative et la restriction hydrique impacte négativement l’abondance de pucerons, ce qui suggère que la performance des pucerons est limitée sur les arbres en restriction hydrique par une autre composante que la vigueur de l’arbre. Ce travail de thèse montre que la restriction hydrique et le contrôle de la vigueur via les apports azotés peuvent s’avérer être des leviers pour le contrôle des pucerons en verger fruitier. Cependant les relations mises en évidence sont dépendantes du génotype, ainsi que de l’échelle d’analyse. Il reste à évaluer l’applicabilité de telles mesures sur des arbres en conditions de production, en prenant en compte notamment l’effet des restrictions hydrique et azotée sur la production fruitière. / Aphids are major pests of important fruit trees in France, especially peach and appletrees. In order to reduce chemical use, various alternatives can be implemented for themanagement of aphids in orchards. This thesis starts by a review of the different alternativemanagement methods and their positioning at different aphid life cycle stages. Then our workfocuses on the study of the effects of modulation of host plant characteristics, through culturalpractices, on aphid abundance. Our study is based on the Plant Vigor Hypothesis which statesthat phytophagous insects are more performant on vigorous plant or organ. Thus, in theexperimental part we combined dynamic assessment of vegetative growth and aphid abundanceduring two factorial experiments: Prunus persica – Myzus persicae (2 levels of water supply ×2 levels of nitrogen supply) and Malus domestica – Dysaphis plantaginea (2 levels of watersupply × 2 tree genotypes). We chose those factors for their possible impact on vegetativegrowth and nutritional quality of the host plant. We conducted the experiments on young nonbearingpotted trees. At shoot scale, aphid abundance is positively correlated to vegetativegrowth for both studied systems. On peach tree, the positive impact of nitrogen availability onaphid abundance seems to be mediated by the strong positive impact of nitrogen on vegetativegrowth. The negative effect of water restriction on aphid abundance seems to be unrelated toan impact of water availability on vegetative growth. Thus on the second studied system: appletree – rosy apple aphid, we chose to vary water supply and to work on two genotypes to test thegenericity of the observed pattern. At shoot scale, water restriction has a positive effect on aphidabundance on one tree genotype and a negative effect on the other one, whereas at tree scalefor both tree genotypes aphid abundance is positively correlated to vegetative growth and waterrestriction negatively impacts aphid abundance. These results suggest that aphid performanceon water restricted trees is limited by another host plant characteristics than vegetative growth.This thesis shows that water restriction and vigour management through nitrogen fertilizationcan be implemented to manage aphids in fruit orchards. However, the patterns evidenced aredependent on tree genotype and on the scale of analysis. The applicability of these alternativemethods remains to be assessed in producing orchards, taking into account the effects of waterand nitrogen restrictions on fruit production.