La rareté de la ressource en eau est maintenant reconnue comme une limitation critique à la progression de la production agricole des prochaines décennies. De plus, la demande de nourriture sera sujette à l'augmentation, alors qu'il est attendu que la population mondiale atteigne 8.6 milliards en 2030 et 9.8 milliards en 2050. La pomme de terre est la 4e culture la plus importante au monde derrière le blé, le maïs et le riz. Parmi ces cultures, la pomme de terre est la plus efficace en production de calorie par litre d'eau. Cependant, les rendements de pommes de terre sont reconnus comme sensibles aux manques d'eau. La pression exercée par la production agricole peut aussi compromettre la santé du sol en affectant divers indicateurs tels que la stabilité structurale du sol, la masse volumique, la conductivité hydraulique et le taux de carbone organique. Préserver la santé du sol est un enjeu critique afin de maintenir les services écosystémiques des sols comme la filtration et le stockage de l’eau, le cyclage des nutriments du sol et le stockage du carbone. L'objectif de cette thèse était de concevoir une approche d’irrigation intégrée appliquée à la production de pommes de terre qui permettrait une utilisation efficace de l'eau et l'atteinte de rendements optimaux tout en minimisant les externalités environnementales négatives de l'irrigation. Dans cette étude, les effets de la gestion de l'irrigation sur les rendements de différentes variétés de pommes de terre, sur l'efficacité d'utilisation de l'eau, sur la distribution des tubercules et sur la dynamique du carbone organique ont été analysés et temporalisé. Pour ce faire, six expériences en serre ont été menées à l'aide d’un système d’irrigation automatisé contrôlé à partir des données d’un réseau de tensiomètres. Dans les chapitres deux et trois, l’impact de seuil d'irrigation de précision a été évalué sur les rendements de quatre variétés ayant des classes de maturité différente (Envol : très hâtive, Kalmia : hâtive, Goldrush : mi-saison, et Red Maria : tardive). Une zone de confort hydrique optimale pour les plants de pommes de terre a été identifiée entre−10 et −24 kP a. Les seuils identifiés ne sont pas dépendants de la classe de maturité, de la hauteur des plants ou de la production potentielle de tubercule. Le seuil de −24 kP a est celui qui a permis d’atteindre des rendements maximaux tout en optimisant l’efficacité de l'utilisation de l’eau. Le temps passé dans la zone de confort a aussi été identifié comme critique pour le développement des rendements de la pomme de terre. L'analyse de l'effet temporel des seuils d'irrigation sur les rendements de pomme de terre effectuée dans le chapitre trois a aussi montré qu’une gestion précise de l'irrigation est nécessaire dès le stade du développement foliaire et qu'elle devrait être maintenue jusqu'à la maturité. Une gestion appropriée de l'irrigation a permis une augmentation des rendements entre 25 et 40%. L'impact de quatre seuils de potentiel matriciel (−10, −20, −30, et −45 kP a) sur la distribution spatiale des tubercules a été évalué à l'aide de la tomodensitométrie à rayonX (CT-scan) dans le chapitre quatre. Une relation linéaire entre les seuils d'irrigation et la profondeur des tubercules a été identifiée. Une gestion de l'irrigation à des seuils entre −20 et −30 kP a a permis une profondeur des tubercules optimale permettant une meilleure efficacité de récolte et limitant la prépondérance des maladies en surface. Les seuils de potentiel matriciel utilisé dans cette étude ont influencé le taux de décomposition du carbone organique du sol, évalué dans le chapitre cinq. Une décomposition plus élevée a été observée au seuil de −15 kP a. Les seuils d'irrigation se sont démarqués dans le second quart de la saison de croissance, aux stades d’initiation et de grossissement des tubercules, des stades à forte croissance et de fréquence d’irrigation accélérée. La création d’une approche de gestion de l'irrigation intégrée permettra au producteur de pommes de terre d’adapter leur gestion de l’eau à la ferme et d’intégrer des pratiques plus durables tout en atteignant des rendements plus élevés et une plus grande efficacité de l'utilisation de l'eau. L'amélioration de leur gestion de l'eau du sol pourrait aussi permettre d'optimiser la distribution spatiale des tubercules, d’augmenter l'efficacité de la récolte et de réduire la décomposition du carbone créant un système de culture qui favoriserait une meilleure conservation de la santé du sol. / Water scarcity is increasingly recognized as the most pressing limitation to improvement in agricultural production over the upcoming decades. It is expected that the world population will reach 8.6 billion by 2030 and 9.8 billion by 2050, increasing the demand for both food and agriculture production. Therefore, increasing overall water productivity is one of the most critical challenges of the twenty-first century. Potato isthe fourth most cultivated food crop behind wheat, maize, and rice. Among the major crops, potato is the most efficient in calory production by water liter, but potato yields are recognized as sensitive to water stress. Therefore, the precise control of the amount of irrigation water, water application timing, and prevailing micro-meteorological conditions are critical factors that influence the plant health and yield. However, the increasing pressure on agricultural systems can endanger soil health, as several soil health indicators are affected by agricultural production, like soil structural stability, bulk density, hydraulic conductivity, and soil organic carbon. Maintaining soil healthis critical to preserve soil ecosystemic functions like water infiltration, filtration andstorage, nutrient cycling, and carbon storage, impacting plants productivity, and wateruse efficiency. The objective of this thesis was to create an integrated irrigation approach for the potato crop, allowing optimal potato yield, water use efficiency, and minimizing the environmental impact of irrigation. Through six green house experiments using an automatic irrigation system managed using a soil sensors network, the effect of irrigation management on the potato varieties, potato yield, water use efficiency, tuber spatial distribution, and soil organic carbon dynamics has been analyzed and temporalized. The second and third chapters of this study evaluated the effect of precision irrigation thresholds on the potato yields of four varieties with different maturity classes (Envol: very early, Kalmia: early, Goldrush: mid-season, and Red Maria: mid-late). Anoptimal comfort zone between −10 and −24 kP a has been identified. The optimal irrigation thresholds identified were not dependant on maturity class, plant height, or tuber potential production. The −24 kP a is the precision irrigation threshold that allowed higher yields and water use efficiency. The time spent in the comfort zone was identified as critical for the potato yield. The analysis of the irrigation thresholds'temporal effect made in the third chapter showed that precise irrigation managementis needed early in the season and should be maintained throughout all the growingseason as the critical period identified corresponded to the leaf expansion and tuber initiation stage. An appropriate irrigation management of potato crops has been shownto increase yield by a 25 to 40% margin. The fourth chapter evaluated the impact of four soil matric potential (−10, −20, −30,and −45 kP a) on potato tubers’ spatial distribution using an X-ray CT scanner. Alinear relationship between irrigation thresholds and potato tuber depth was identified.The deepest tuber distribution was observed with the −10 kP a treatment. Potato irrigation management using a SMP threshold between −20 and −30 kP a could reduce the harvest depth. Reducing the harvest depth could decrease the negative impacts of soil disturbance on soil structural stability. In the −45 kP a treatment, the tubers were too close to the soil surface, which could lead to a greater preponderance of tuber diseases like late blight or greening. The precision irrigation threshold used in this study affected the decomposition rate of soil organic carbon, evaluated in the fifth chapter. Faster decomposition of labile organic carbon was promoted by water excess (−15 kP a). The dryer (−30, −45, and −60 kP a) precision irrigation thresholds did not show any differences. The difference between the precision irrigation thresholds was made in the second quarter of the growing season,between 38 and 53 days after planting. This critical period occurred in a stage of strong vegetative growth and rapid irrigation cycles, the tuber initiation and tuber bulking stages. The determination of an integrated irrigation management approach will allow potato growers to adapt their farm management processes to integrate more sustainable water management practices and to achieve higher yields and water use efficiency. Improving soil water management may also optimize tuber spatial distribution, enhance harvest efficiency, reduce greenhouse gas emissions, soil carbon degradation, and soil disturbance in the cropping systems to benefit global soil health conservation.

Au Canada, 84 % de la production de laitue provient du Québec et s'effectue essentiellement sur des sols organiques. Toutefois, elle possède des risques importants de stress hydrique (brûlure de la pointe) lors de périodes à forte demande d'évapotranspiration qui peuvent être accentuées par une variabilité spatiale importante des propriétés physiques du sol. Une étude visant à évaluer la performance (consommation en eau et en énergie, lessivage et rendements) de deux échelles de gestion de l'irrigation de la laitue et à étudier les mécanismes de transport de l'eau dans le sol et leurs implications dans l'apparition de symptômes de brûlure de la pointe a été réalisée. Les résultats ont démontré la pertinence d'une gestion fine de l'irrigation, se soldant par un gain de rendement de l'ordre de 17 % lorsque le potentiel matriciel de départ de l'irrigation est maintenu à - 15 kPa lors de période à forte demande d'évapotranspiration.

La fraise est une production importante au Québec, et cette culture nécessite une régie stricte de l'irrigation. Le tensiomètre s'avère un outil de régie intéressant, mais il n'existe pas de recommandations adaptées à cette culture au Québec. Trois traitements d'irrigation à -5, -18 et -33 kPa ont été appliqués à des fraisiers à jours neutres, cultivar Seascape. Lors des deux saisons humides du projet, aucune différence de rendement n'a été observée entre les traitements. Le traitement -33 kPa a toutefois produit des fruits avec un poids moyen inférieur et une proportion de fruits trop petits plus élevée. Le traitement -5 kPa a nécessité plus du double de l'eau appliquée aux deux autres traitements. Le traitement -18kPa s'est avéré le plus intéressant. L'évapotranspiration de la culture a été estimée durant la période de récolte à 2,03 mm en moyenne par jour, ce qui correspond à un coefficient cultural moyen de 0,58.

L'irrigation des cultures maraîchères en sols organiques est une pratique qui doit être optimisée, car elle a un impact sur le rendement des cultures et peut entraîner le lessivage d'éléments fertilisants vers la nappe phréatique. Dans le cadre de ce projet, le premier objectif était d'évaluer quatre méthodes d'estimation des flux d'eau : une case lysimétrique (méthode de référence), un bilan hydrique simple, un bilan hydrique avec changement de stock en eau du sol et la loi de Darcy. Le deuxième objectif consistait à mesurer l'impact de différentes régies d'irrigation sur le rendement des laitues romaines et sur le lessivage des nitrates, des phosphates et des bromures. Les résultats ont démontré que les méthodes d'estimation surestiment le drainage par rapport à celui mesuré dans les cases lysimétriques. Les pertes en azote et en phosphore ont été faibles et peu influencées par les traitements d'irrigation, tout comme les rendements. / Irrigation has to be optimised because of its impact on yield and solute leaching to groundwater. The first objective of this project was thus to compare four methods of estimating water flux: a lysimeter pan (reference method), a flux based on daily evapotranspirative demand, a water balance computed from changes in water storage and évapotranspiration demand and finally, an estimation based on Darcy's law. The second objective was to evaluate the impact of irrigation on lettuce yield and on nitrate, phosphate and bromide leaching in organic soil. Our data suggest that the estimation methods overestimate the drainage, compared to the one calculated with the lysimeter pan. Also, no effect on leaching and on yield was observed from irrigation treatments, and solute losses toward groundwater were small.

Titre de l'écran-titre (visionné le 5 février 2024) / La culture d'amande en Californie nécessite un apport en eau d'irrigation de plus 1000 mm annuellement. Avec les changements climatiques amplifiant cette dépendance à l'irrigation, il est essentiel d'optimiser la gestion de l'irrigation pour cette culture. Le premier objectif de ce projet était donc de déterminer la conduite d'irrigation optimale pour maximiser les rendements et l'utilisation de l'eau. Le second objectif visait à établir quelles variables complémentaires à la mesure de tension hydrique du sol peuvent être utilisées pour détecter l'apparition et la résorption d'un stress hydrique chez l'amandier. Enfin, le troisième objectif consistait à déterminer quelle stratégie d'irrigation est la plus rentable pour les producteurs. Pour ce faire, un plan en blocs complets aléatoires de 1 hectare (sept traitements répétés dans 4 blocs) a été mis en place chez un producteur. Les traitements étaient composés de techniques traditionnelles de gestion (seuil de tension fixe, évapotranspiration de la culture (ETc) et gestion humaine) et de méthodes utilisant l'intelligence artificielle pour le démarrage de l'irrigation, et furent divisés en trois grandes catégories : (i) sans stress hydrique, (ii) stress hydrique constant durant la saison de croissance et (iii) stress hydrique pendant certains stades de croissance spécifiques. Des mesures de potentiel hydrique du xylème, température foliaire et vitesse du flux de sève ont été effectuées à l'aide de différents capteurs placés dans les unités expérimentales afin de valider leur capacité à complémenter la mesure de tension hydrique du sol dans la gestion de l'irrigation. Les résultats n'ont montré aucune différence de rendement entre les traitements imposant un stress hydrique en comparaison avec le traitement sans stress hydrique, mais une diminution significative de la quantité d'eau appliquée fut observée. Tous les capteurs mis à l'essai ont montré une bonne corrélation entre eux lors d'un évènement prolongé sans irrigation avant la récolte. De plus, l'indice de stress hydrique (CWSI) calculé à partir des capteurs infrarouges a montré une bonne corrélation avec les mesures de rendement. En termes de profitabilité, le traitement combinant l'expertise d'un conseiller d'irrigation et de mesures précises de tensions hydriques du sol a obtenu la meilleure performance. / To achieve high yields in almond orchards, growers must irrigate to compensate a water deficit of over 1000 mm each year. This amount of water must, however, be reduced due to climate change decreasing winter precipitation, which results in less available water for irrigation during the growing season. Thus, the first objective of the project was to establish the best irrigation strategy to maximize yield and water usage. The second objective was to determine the best complementary variable to the soil tension to detect the onset of tree water stress and subsequent recovery upon irrigation . The third objective was to establish the best irrigation strategy to maximize profitability. Seven completely automated irrigation treatments were compared (four blocks, 28 plots of five trees each). Among the treatments, there were traditional irrigation management techniques (constant soil tension values, crop evapotranspiration (ETc), and human management) as well as artificial intelligence treatments (AI). Those treatments encompassed three irrigation strategies: no stress (control), regulated deficit irrigation (RDI) and sustainable deficit irrigation (SDI). Stem water potential, sap flow velocity and infrared sensors were installed in several experimental units to validate their capacity to complement soil tension to manage irrigation. Results indicate no significant differences in yield between deficit irrigation treatment and the control, but significantly less water was applied in those treatments. Water stress variables during the preharvest period were well correlated with each other which is promising to find a complementary variable. Furthermore, crop water stress index (CWSI) calculated using infrared sensors showed a good correlation with almond yield. In terms of profitability, the treatment using an irrigation advisor with in situ soil tension data performed the best.

L'objectif de cette étude était d'améliorer la distribution de l'eau d'irrigation pour la culture biologique de la tomate de serre. Plus spécifiquement, cette étude visait à comparer, en milieu commercial, deux systèmes d'irrigation (brumisateurs vs. microgoutteurs) en présence ou l'absence de bacs de culture et à évaluer leurs effets sur la croissance des plantes, le rendement et la qualité des fruits. La disponibilité de l'eau et des éléments nutritifs dans le sol en cours de culture ainsi que la respiration du sol (flux de CO2) ont été mesurées à plusieurs reprises tout au long de la saison de production. Nos résultats ont démontré que les potentiels matriciels du sol à trois profondeurs (10, 30 et 50 cm) et la teneur en eau de l'horizon de surface (0-10 cm) étaient similaires entre les deux systèmes d'irrigation. L'utilisation de bacs de culture a augmenté de façon significative le rendement vendable en fruits de 2,8 kg/m2 par rapport à une plantation au sol. Cependant, aucune différence significative de croissance et de rendement n'a pu être observée entre les traitements d'irrigation.

L’analyse de la pertinence économique de l’irrigation de précision dans la culture de la fraise en plein champ, au Québec et en Californie, s’inscrit dans un contexte d’augmentation de la population et de rareté accrue de l’eau à l’échelle mondiale. Il y a donc nécessité d’améliorer les pratiques d’irrigation de façon à faire une utilisation rationnelle de l’eau. Dans un premier temps, une comparaison entre la méthode de gestion de l’irrigation conventionnelle et celle basée sur le potentiel matriciel du sol (ou tension) dans la culture de la fraise en Californie a été faite et la rentabilité de la seconde approche a été chiffrée. Puis, la pertinence économique de l’irrigation de déficit a été évaluée. Dans un deuxième temps, une analyse a permis de comparer l’irrigation fractionnée basée sur la tension dans le sol avec la pratique équivalente non fractionnée et de déterminer si le fractionnement de l’irrigation permettait d’investir dans un système d’irrigation automatisé au Québec. Les résultats de la première étude ont révélé que la gestion de l’irrigation basée sur la tension était hautement rentable par rapport à la régie conventionnelle et qu’elle était de surcroît plus économique en eau, peu importe la région en Californie. Les résultats ont aussi mis en lumière le fait que toute économie d’eau générée par une stratégie d’irrigation de déficit était coûteuse pour les producteurs de fraises. Les résultats de la deuxième étude ont quant à eux révélé que l’irrigation fractionnée permettait de générer des bénéfices additionnels par rapport à la régie non fractionnée dans un sol hautement perméable et que ces gains permettaient de rentabiliser l’investissement dans un système d’irrigation automatisé. / The analysis of the economic relevance of precision irrigation for field-grown strawberries in Quebec and California takes place in a context of increased water scarcity worldwide and global population growth. There is a critical need to improve irrigation practices in order to make a rational use of water. In this study, the irrigation management based on soil matric potential (or tension) was first compared to the conventional practice in strawberry cultivation in California and the profitability of the tension-based method was calculated. The economic relevance of deficit irrigation was also evaluated. As a second step, an analysis comparing a tension-based pulsed irrigation with the equivalent non-pulsed irrigation procedure was conducted to determine if pulsed water applications generated enough additional benefits to cover the cost of the investment in an automatic irrigation system in Quebec. The results of the first study revealed that irrigation management based on tension was highly cost-effective in addition to being a water saving approach relative to the conventional practice, whatever the location in California. The results also demonstrated that any amount of water saved by a deficit irrigation strategy was costly for strawberry growers. The results of the second study revealed that pulsed irrigation generated more benefits than non-pulsed irrigation in a highly permeable soil, and that the additional benefits were high enough to offset the cost of an automatic irrigation system.

Le développement économique et social du gouvernorat de Sidi Bouzid dépend du secteur des agricultures irriguées. Cependant, ce secteur est confronté à de nombreux obstacles dus à la surexploitation des ressources hydrauliques. Plusieurs politiques n’ont pas réussi à bien gérer cette ressource clé. Par conséquent, un processus de suivi a été mis en œuvre en menant des enquêtes pendant les trois années de récolte (2003, 2007 et 2011) sur des fermes qui utilisent des puits de surface. Une approche non paramétrique a été utilisée pour mesurer l’efficience technique, allocative, d’échelle et globale ainsi que la recherche de l’efficacité d’usage d’eau. Les résultats du modèle ont montré que les exploitations sont plus techniquement efficaces et que la disponibilité de l’eau constitue une véritable contrainte pour la gestion du système de culture.