Les mauvaises herbes sont souvent distribuées en îlots dans les champs agricoles. Cette disposition est propice au désherbage localisé. Cependant, cette pratique agricole est peu adoptée par les producteurs agricoles et plusieurs défis restent à relever pour sa mise en pratique fiable et économique. Cette thèse tente de répondre à trois questions fondamentales qui ont peu été étudiées, et qui sont nécessaires pour l'élaboration de plusieurs stratégies de mise en pratique du désherbage localisé. Les données utilisées sont des photos numériques de la couverture par les mauvaises herbes acquises sur la totalité de la surface de 19 parcelles de 1 ha en maïs grain. Le premier objectif était de vérifier si des capteurs optiques pouvait être utilisés dans les entre-rangs pour déterminer les besoins en herbicide sur le rang de maïs adjacent. Les résultats de ce chapitre ont démontré qu'en moyenne il n'y avait pas de différence entre la couverture par les mauvaises herbes du rang et de l'entre-rang dans 61 % des champs visités, mais qu'en comparant les zones adjacentes une à une, une erreur d'inférence de plus de 27 % s'en suivait. La deuxième partie consistait à vérifier le lien existant entre la structure spatiale d'un couvert multi-espèces et les types de mauvaises herbes présents. Les résultats de cette partie ont démontré que la structure spatiale d'un couvert multi-espèces n'est pas liée à la dominance d'un type de mauvaises herbes en particulier, que les monocotylédones et les dicotylédones sont associées de façon aléatoire et que le fait de distinguer les types de mauvaises herbes permet de détecter une structure en îlots dans 32 % des cas comparativement à 21 % dans les cas sans distinction des types de mauvaises herbes. Finalement, une technique a été développée permettant d'identifier les champs ayant un meilleur potentiel pour le désherbage localisé par un échantillonnage systématique sommaire. Les résultats de ce chapitre ont permis d'élaborer une technique utilisant la ségrégation spatiale et le niveau d'infestation pour déterminer le potentiel d'un champ pour le désherbage localisé. Nos estimés suggèrent que cette technique pourrait prendre moins de 6 minutes par hectare à l'aide d'un véhicule tout terrain.

La quantité de biomasse est un solide indicateur de l'état de santé d'une plante. Elle permet de vérifier que l'environnement dans lequel évolue la plante, de même que les techniques culturales appliquées, sont favorables à son développement et à sa croissance. Pouvoir l'estimer permet, dans des grandes cultures par exemple, de faire des prévisions de récoltes. L'agriculture de précision met à contribution la télédétection pour représenter la variabilité spatiale et temporelle des caractéristiques biophysiques des cultures à l'échelle parcellaire. Le Lidar est un capteur de télédétection, à partir duquel on détermine la hauteur des arbres avec précision. La hauteur est un indicateur de la croissance des plantes que l'on peut relier à des quantités de biomasse. L'intensité du rayonnement électromagnétique émis par un capteur Lidar, réfléchi par une cible et retournée au capteur, peut être utilisée comme bande d'imagerie et servir, dans le cadre de classifications d'images, à l'identification des classes d'utilisation du sol. Notre étude propose de mettre à profit les données Lidar pour la caractérisation des grandes cultures. Il s'agit d'extraire la hauteur des cultures de maïs et de soya à partir des nuages de points Lidar, de sélectionner adéquatement, à partir d'une combinaison de bandes multispectrales et de l'intensité du Lidar, les pixels des cultures d'intérêts, et finalement de calculer des rendements. Un vol aéroporté est effectué au dessus de la zone d'étude, avec à bord un capteur Lidar et un capteur multispectral qui enregistrent simultanément les données. Dans le même temps, une campagne au sol permet de mesurer la hauteur des plantes, et leur position GPS. Un algorithme implémenté sous Fortran, permet d'estimer la hauteur des cultures, qui se trouve corrélée avec les hauteurs mesurées au sol. Une comparaison entre trois classifications, une avec l'intensité du Lidar, une seconde avec les bandes multispectrales, et une troisième avec les données multispectrales et l'intensité du Lidar, montre que la combinaison des bandes est celle qui produit les meilleurs résultats. Cette classification est utilisée pour sélectionner les pixels devant servir au calcul de rendement du maïs d'ensilage. Les rendements ainsi calculés sont comparés avec la production effective des parcelles sélectionnées. Les résultats obtenus par l'estimation des rendements de maïs d'ensilage à partir des données Lidar sont satisfaisants. / Biomass quantity is a robust indicator of plant health. It may be used to check if the environment in which the plant is being grown is proper to its development and growth. Being able to estimate biomass quantity allows making harvest forecasting on crops. Precision agriculture uses remote sensing to represent spatial and temporal variability of crops biophysical characteristics at parcel scale. Lidar is a remote sensing tool from which trees height can be determined with precision. Height is an indicator of plant's growth directly connected to biomass quantities. While a Lidar sensor is working, the intensity of the electromagnetic radiation emitted is reflected by a target and returned to the sensor. This intensity can be useful while making image classification for land use recognition. This project intends to take profit of Lidar data for high crops characterization. A first step is about extracting corn and soybean crops height from Lidar point cloud. The next step consists on using multispectral bands and Lidar intensity combination to correctly select pixels from parcels of interest. The last step finally makes yield estimate calculation on pixels selected with combined multispectral bands and Lidar intensity using crop height derived from Lidar data. An airborne platform, having on board Lidar and multispectral sensors, both recording data simultaneously, was flown over the study area. At the same time, a ground campaign was carried out, measuring plants height and GPS positions. An algorithm implemented under FORTRAN, made it possible to estimate crops height, which was found to have a good correlation with ground measured heights. Comparison between three classifications, one made with Lidar intensity only, another with multispectral data, and a last one, with combination of both Lidar and multispectral data, shows that the combination gives best results. Then this classification is used to select pixels that should be used to calculate the yield of silage corn. Results obtained on silage corn yield estimation are satisfying.

Résumé La prédominance de l'obésité qui touche les enfants et les adultes a augmenté dans le monde entier ces dernières décennies. Les différentes études épidémiologiques ont prouvé que l'obésité est devenue une préoccupation profonde de santé aux États-Unis et au Canada. Il a été montré que l'obésité a beaucoup d’effets sur la santé ainsi il serait important de trouver différentes causes pour le gain de poids. Il est clair que l'obésité soit la condition de multiples facteurs et implique des éléments génétiques et environnementaux. Nous nous concentrons sur les facteurs diététiques et particulièrement le fructose où sa consommation a parallèlement augmenté avec l'augmentation du taux d'obésité. La forme principale du fructose est le sirop de maïs à haute teneur en fructose (HFCS) qui est employé en tant qu'édulcorant primordial dans la plupart des boissons et nourritures en Amérique du Nord. Il a été suggéré que la prise du fructose serait probablement un facteur qui contribue à l’augmentation de la prédominance de l'obésité. L'objectif de cette étude était d'évaluer s'il y a un rapport entre la consommation du fructose et le risque d'obésité. Nous avons travaillé sur deux bases de données des nations Cree et Inuit. Nous avons eu un groupe de 522 adultes Cree, (263 femmes et 259 hommes) dans deux groupes d'âge : les personnes entre 20 et 40 ans, et les personnes de 40 à 60 ans. Nous les avons classés par catégorie en quatre groupes d'indice de masse corporelle (IMC). L'outil de collecte de données était un rappel de 24 heures. En revanche, pour la base de données d'Inuit nous avons eu 550 adultes (301 femmes et 249 hommes) dans deux groupes d'âge semblables à ceux du Cree et avec 3 catégories d’indice de masse corporelle. Les données dans la base d'Inuit ont été recueillies au moyen de deux rappels de 24 heures. Nous avons extrait la quantité de fructose par 100 grammes de nourriture consommés par ces deux populations et nous avons créé des données de composition en nourriture pour les deux. Nous avons pu également déterminer les sources principales du fructose pour ces populations. Aucun rapport entre la consommation du fructose et l’augmentation de l’indice de masse corporelle parmi les adultes de Cree et d'Inuit n’a été détecté. Nous avons considéré l’apport énergétique comme facteur confondant potentiel et après ajustement, nous avons constaté que l'indice de masse corporelle a été associé à l’apport énergétique total et non pas à la consommation du fructose. Puisque dans les études qui ont trouvé une association entre la consommation de fructose et l’obésité, le niveau de la consommation de fructose était supérieure à 50 grammes par jour et comme dans cette étude ce niveau était inférieur à cette limite (entre 20.6 et 45.4 g/jour), nous proposons que des effets negatifs du fructose sur la masse corporelle pourraient être testés dans des populations à plus haute consommation. Les essais cliniques randomisés et éventuelles études cohortes avec différents niveaux de consommation de fructose suivis à long terme pourraient aussi être utiles. Mots clés : fructose, sirop de maïs à haute teneur en fructose (HFCS), obésité et poids excessif / Summary The prevalence of obesity has increased worldwide in recent decades in both children and adults. Different epidemiologic studies have shown that obesity has become a serious health concern in United States and Canada. It has been proved that obesity has many adverse health outcomes so it is important to identify the different causes of weight gain. It is clear that obesity is a multifactor condition and involves both genetic and environmental elements. In this study, we focus on dietary factors, specifically the consumption of fructose that has increased in parallel to the increase in the obesity rate. The main form of fructose in the diet is high fructose corn syrup (HFCS) that is used principally as a sweetener in most beverages and foods in North America. It has been suggested that the intake of fructose may possibly be a contributing factor to the increased incidence of obesity. The objective of this study was to assess if there is a relationship between consumption of fructose and risk of obesity. We worked on two databases. The first database contained 24-hour recall data collected from a sample of 522 Cree adults (263 women and 259 men), divided into two age groups: people between 20 and 40 years old, and people from 40 to 60 years old. We categorized them into four body mass index (BMI) groups. The second database contained data from two 24-hour recalls administered to 550 Inuit adults (301 women and 249 men). These adults were divided into two age groups similar to Cree and with three BMI categories. The amount of fructose per 100 grams of food consumed by these two samples was calculated and we created food composition data for both. We also determined the main sources of fructose in these populations that was sugar sweetened beverages. Based on our results, we could not detect any relationship between consumption of fructose and an increase in BMI among Cree and Inuit adults. We considered energy intake as a potential cofounding factor and, after adjustment, we found that BMI was associated with total energy intake and not with the consumption of fructose. Since in studies that have found this association the level of fructose consumption was more than 50 grams per day but in this study, this level was lower than this limit ( from 20.6 to 45.4 g / day) , we suggest that negative effects of fructose on body weight may appear only at higher dose. Randomized clinical trials and prospective cohort studies using different levels of consumption with long term follow up could be useful. Key words: Fructose, High Fructose Corn Syrup (HFCS), Obesity, and Overweight

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

La perspective de la culture de variétés transgéniques pose, pour de multiples raisons, le problème de la ségrégation de filières de production basées sur la même espèce dans les paysages agricoles : demande d'une filière « sans OGM » ; coexistence de productions alimentaires et non alimentaires… La réglementation européenne fixe un seuil de présence fortuite d'OGM au-delà duquel un produit, même issu d'une variété non-OGM, doit être étiqueté comme contenant des OGM. La Commission européenne a émis des recommandations sur l'adoption de pratiques favorisant la coexistence entre cultures OGM et non-OGM de façon à ce que les agriculteurs puissent garder la liberté de choisir le mode de production qu'ils souhaitent. Dans ce contexte, il est important de pouvoir estimer a priori le taux d'impuretés OGM dans les récoltes de parcelles non-OGM, en fonction de leur organisation spatiale et du climat, mais aussi de comprendre et prédire l'effet de modifications de pratiques agricoles sur ce taux. L'expérimentation peut apporter des éléments de connaissances des phénomènes, la modélisation s'avère cependant plus pertinente pour répondre aux demandes d'aide à la décision (principalement publique) pour des situations agricoles et climatiques diversifiées. L'objectif de la thèse est donc de dégager un cadre méthodologique générique pour le développement de modèles de flux biologiques combinant de façon dynamique modélisation, évaluation et expérimentation. Le travail de thèse a consisté en la conception et l'évaluation du modèle MAPOD qui simule les flux de gènes chez le maïs à l'échelle du paysage. Ce modèle est basé sur une fonction de dispersion individuelle qui dépend de paramètres biologiques et climatiques et qui calcule une probabilité de fécondation en un point (x, y) en fonction de la distance à la source émettrice de pollen (pollinisation efficace). Il comporte un module de dynamique de floraison qui rend compte des conséquences des synchronismes ou asynchronismes de floraison entre champs sur les taux d'OGM dans les récoltes. Le modèle permet de déterminer l'effet de la distribution spatiale des parcelles de maïs, des caractéristiques variétales, du climat et des itinéraires techniques sur les taux de pollinisation croisée. MAPOD a été mis au point à partir de données de la littérature et d'expérimentations menées par le GEVES. Cette première version a été évaluée grâce à un second jeu de données provenant du GEVES. Elle a aussi fait l'objet d'une analyse de sensibilité. Les résultats obtenus ont permis de définir les pistes d'amélioration de l'algorithme. La qualité prédictive de MAPOD a ensuite été estimée grâce à des données issues de suivis effectués pendant 5 ans dans des parcelles d'agriculteurs en Catalogne, région où le maïs Bt est cultivé à grande échelle. La pertinence des décisions prises grâce aux sorties du modèle a aussi été caractérisée. MAPOD a été utilisé pour simuler différents scénarios d'introduction de variétés OGM dans les systèmes de culture européens. L'efficacité de mesures individuelles de coexistence a été testée. Ensuite, c'est l'effet de combinaison de pratiques qui a été simulé, aboutissant à l'établissement de tables de décision en fonction du contexte de culture. À l'échelle du bassin de collecte, l'efficience des stratégies de ségrégation (spatiale, temporelle) pouvant être mises en place par les organismes de collecte-stockage a aussi été étudiée grâce au modèle. Enfin, les sorties de MAPOD ont servi comme support pour la mise au point d'un outil d'aide à la décision à destination des agriculteurs et de leurs conseillers. / Consumer demand for food free of GMOs is growing and if production standards are to be met, food and non-food chains must be separated. Indeed, European Commission regulations 1829/2003 and 1830/2003 stipulate that food and feed thought to be GMO-free but found to be containing more than a 0.9% portion of an adventitious presence of authorized GMOs have to be distinguished, traced and labelled as such. Moreover, to ensure that producers have a choice a choice among differing types of production, the European Commission has issued recommendations that permit the coexistence of non-GM and GM crops. This poses the problem of how to deal with coexistence in an agricultural supply chain dedicated to handling a single crop species. To help in the elaboration of coexistence rules, and then assess their feasibility and their consequences as well as for setting up monitoring and control schemes, specific field experiments, even if necessary, are not sufficient as their predictive value remains restricted to a given context. It is necessary to be able to forecast the fate of GM crops at the landscape level taking into account the various cropping systems and agricultural practices that may occur across Europe. The key to forecasting spread and behaviour of GM plants and seeds as well as their impacts under a wide range of agro-ecosystems is modelling. Models reproduce the functioning of agro-systems and take into account the relevant factors and processes as well as their interactions. They thus make it possible to simulate the behaviour of agro-systems in non-observed situations and on a long term basis.This doctoral thesis establishes a methodological framework for the development of biological flow models thanks to the dynamic interactions of modelling, evaluation and experimentation. In a first phase, the work involved the design of the MAPOD® model developed in relationship to literature and varietal experiments carried out by GEVES. MAPOD® simulates gene flow between maize crops at the landscape scale. It is based on an individual dispersal function which depends on biological and climatic parameters. It calculates the probability of fecundation at a (x, y) point as a function of distance from the pollen emitter (efficient pollination). Its flowering dynamics module makes it possible to take into account of the consequences of flowering time - lags on GM adventitious presence in harvests. MAPOD® evaluates the effect of the spatial distribution of maize plots, varietal characteristics, and climate as well as agricultural practices on cross-pollination. In this investigation, in a second phase the initial version of MAPOD® was evaluated with another dataset provided by GEVES. Ways to improve the algorithm were thereby defined. In a third phase, the predictive quality of MAPOD® was estimated by comparing model outputs to cross-pollination rates which were obtained by monitoring farmers' fields in Catalonia (Spain) over a 5-year period. The relevance of decisions made according to model output was also evaluated.In a fourth phase, MAPOD® was used to simulate different scenarios involving the introduction of GM varieties into European cropping systems. The efficiency of individual coexistence measures was tested. Afterwards, the effect of combining different types of practices was simulated, leading to a set of decision-support tables elaborated according to the cropping context. At the scale of the collecting basin, with the enhanced version of MAPOD®, the efficiency of segregation strategies (spatial or temporal) that could be implemented by collecting and storing organisations was also studied. Lastly, model outputs were used as a basis for the design of a decision-support tool for use by farmers and extension workers.

Chez le maïs, la création de nouvelles variétés repose largement sur la technologie des plantes Haploïdes Doublées. Celle-ci s’appuie sur l’utilisation du pollen de lignées particulières, dites «inductrices d’haploïdes», qui déclenchent un processus de gynogenèse in vivo. Ce mécanisme permet la production d’embryons haploïdes contenant uniquement les informations génétiques maternelles. Après doublement des stocks chromosomiques des plantules haploïdes générées, il est possible d’obtenir des lignées fixées en seulement quelques générations, réduisant ainsi considérablement les schémas de sélection. Bien que les déterminismes génétiques à l’origine de la gynogenèse in vivo soient restés énigmatiques pendant près de soixante ans, nos travaux ont permis le clonage positionnel et l’identification du gène majeur causal de l’induction d’haploïdes. Ce gène, exprimé spécifiquement dans les grains de pollen, code pour une phospholipase A2, nommée NOT LIKE DAD (NLD). Il s’avère que chez l’ensemble des lignées inductrices le gène NLD présente une insertion de quatre paires de bases, conduisant à la formation d’une protéine tronquée responsable de la gynogenèse in vivo. Cette mutation n’entraine pas un défaut spatial ou temporel de l’expression du gène mais une délocalisation de la protéine. La protéine sauvage localise au niveau de l’unité mâle germinative, sur la membrane d’origine végétative entourant les deux cellules spermatiques, alors que la protéine tronquée perd cette localisation. Des approches pharmacologiques et de mutagenèses dirigées ont permis de révéler un adressage de NLD à la membrane grâce à des ancrages lipidiques et des interactions électrostatiques entre la membrane et la protéine. En parallèle, il a pu être observé que la troncation de NLD, en plus de conduire à la formation d’haploïdes maternels, entraînait de nombreux phénotypes de grains anormaux. Le génotypage des produits de fécondations (albumens et embryons) résultant de croisements avec des lignées inductrices ont permis de mettre en évidence l’existence d’anomalies chromosomiques paternelles, pouvant expliquer ces différents phénotypes de grains anormaux. L’ensemble de ces résultats indiquent que la phospholipase NLD intacte est nécessaire pour le bon déroulement de la reproduction sexuée. / In maize, plant breeding mainly relies on double haploid technology. The main principle of this technology is the use of special lines called “inducer lines”, which induce in vivo gynogenesis. This mechanism allows haploid embryos production which only contain maternal genetics information. After chromosome doubling of the haploid seedlings, it is possible to obtain fixed lines in only few generations, thus considerably reducing breeding cycles. Although genetic determinants behind in vivo gynogenesis remained enigmatic for nearly sixty years, our work allowed the positional cloning and the identification of the major gene controlling haploid induction. This gene, specifically expressed in pollen grain, encodes for a phospholipase A2 called NOT LIKE DAD (NLD). It turns out that in all the inducer lines the NLD gene has a 4-bp insertion, leading to the formation of a truncated protein responsible for gynogenesis in vivo. This mutation did not result in a spatial or temporal defect in the expression of the gene but in the delocalization of the protein. The wild type protein localizes at the male germ unit on the vegetative membrane surrounding the two sperm cells, while the truncated protein loses this location. Pharmacological and mutagenic approaches revealed that NLD is targeted to the membrane through lipid anchoring and electrostatic interactions between membrane and protein. In parallel, it has been observed that the truncation of NLD; in addition to leading to the formation of maternal haploids; led to many pleiotropic phenotypes of abnormal kernels. The genotyping of fertilization products (endosperms and embryos), shows the existence of paternal chromosomal anomalies, which can explain these different phenotypes of abnormal kernels. All these results indicate that the intact NLD phospholipase is therefore necessary for the proper course of sexual reproduction.

La recombinaison homologue est un mécanisme de réparation de l’ADN extrêmement contrôlé et particulièrement chez les eucaryotes supérieurs. Dans les cellules méiotiques de ces derniers, où les cassures doubles brin de l’ADN sont programmées, les voies de crossing-over de la recombinaison homologue, qui génèrent de nouvelles combinaisons de gènes, sont restreintes. Dans les cellules somatiques, la recombinaison illégitime, qui assure majoritairement la réparation des cassures double brin de l’ADN, limite l’intégration ciblée du transgène par recombinaison homologue. Les entreprises de biotechnologie convoitent de maitriser la recombinaison homologue afin de contrôler d’une part le brassage génomique qui a lieu pendant la méiose, et d’autre part l’intégration du transgène dans le génome. Cette étude a porté sur le développement d’outils afin d’atteindre ces deux objectifs. Afin d’augmenter le brassage du génome, ayant lieu pendant la méiose, une version du promoteur OsDmc1b, active dans les cellules méiotiques, a été caractérisée chez le maïs. Des plantes sur-exprimant le gène ZmSpo11.1, sous contrôle de ce promoteur, ont ainsi été développées afin d’obtenir des lignées potentiellement hyper-recombinantes. Si la surexpression de ZmSpo11.1 permet effectivement d’augmenter le taux de crossing-over, il pourra être utilisé par les sélectionneurs afin d’accélérer l’introgression d’allèles d’intérêt dans des variétés élites. Concernant la mise en place d’une technique de ciblage de gène, deux stratégies, reposant sur l’utilisation de la méganucléase I-SceI, ont été testées. La démarche a nécessité trois éléments : un locus cible contenant le site de coupure I-SceI, une matrice de réparation et la séquence codant I-SceI (ou I-SceI::GR). La première stratégie, consistant à retransformer les lignées présentant le locus cible avec la matrice de réparation et I-SceI, ne semble pas exploitable car aucun évènement de ciblage de gène n’a été mis en évidence. La seconde stratégie, reposant sur l’assemblage des trois éléments par croisement, est beaucoup plus prometteuse. Malgré la faible activité d’I-SceI::GR, des évènements de recombinaison homologue ont été observés dans les tissus foliaires de certaines plantes. Du cal embryogène, développé à partir de ces dernières, a permis de régénérer des plantes présentant des évènements de ciblage de gène. Ces travaux ouvrent de nouvelles perspectives dans l’élaboration contrôlée d’OGM. / Homologous recombination is a DNA repair mechanism highly regulated in higher eukaryotes. In their meiotic cells, where DNA double-stranded breaks are programmed, the crossing-over pathway of homologous recombination, which generates new gene combinations, is limited in activity and genomic distribution. In somatic cells, illegitimate recombination, which mainly ensures DNA double-strand repair, limits the targeted integration of transgenes by homologous recombination. Biotechnology companies aim to master homologous recombination to control on the one hand the genomic mixing that occurs during meiosis, and on other hand, the integration of transgenes into the genome. This study focuses on the development of tools to achieve these two objectives.To increase genome mixing occurring during meiosis, a version of the OsDmc1b promoter active in maize meiotic cells was isolated. Then, plants over-expressing the ZmSpo11.1 gene under control of this promoter have been developed to obtain potentially hyper-recombinant lines. If ZmSPO11.1 overexpression increases the crossing over rate, it can be used by breeders to accelerate the introgression of alleles of interest into elite varieties. For the establishment of a gene targeting technique, two strategies based on the use of the I-SceI meganuclease were tested. These approaches involved the use of three elements which are: a target locus containing the cleavage site of I-SceI, a repair template and the sequence encoding I-SceI (or ISceI::GR). The first strategy, consisting of the retransformation of target locus lines with the repair template and I-SceI, does not seem workable because no gene targeting events were isolated. The second strategy, based on the assembly of the three components by crossing, is more promising. Despite the low activity of I-SceI::GR, homologous recombination events were observed in leaf tissues of certain plants. Embryogenic callus, developed from these plants, permitted the regeneration of plants with gene targeting events. This work opens new perspectives in the development of controlled GMO production.

La stabilité de la structure des sols vis-à-vis de stress externes est une propriété clé pour le fonctionnement du sol. Cependant, il n`existe pas aujourd'hui d'outil permettant de prévoir ses variations temporelles ou de déterminer les pratiques culturales qui l`améliorent. La question est particulièrement posée en ce qui concerne l'effet d'amendements organiques sur des sols fragiles comme les sols limoneux cultivés. L´objectif général de cette thèse est approfondir la connaissance du déterminisme de la variabilité intra-annuelle de la stabilité de la structure du sol résultat de l´apport de matières organiques et de la variation de la teneur en eau du sol. Pour établir des relations quantitatives entre les agents microbiens impliqués dans l'agrégation, les variables physiques élémentaires qui la déterminent (porosité, hydrophobie et cohésion) et la stabilité de la structure, nous avons choisi une démarche expérimentale en laboratoire et fait varier les doses de MO apportées au sol (un résidu de culture) et appliqué des cycles de dessiccation - réhumectation. Nous avons utilisé trois tests de stabilité structurale qui mettent en évidence différents mécanismes de désagrégation (l`éclatement, la microfissuration et la désagrégation mécanique) pour analyser les relations quantitatives d'un point de vue mécaniste. Dans nos conditions expérimentales, l'apport de MO a stimulé linéairement l'activité des microorganismes pour toute la gamme de MO apportées. Les différents agents agrégeants microbiens mesurés (biomasse microbienne, ergosterol (biomarqueur des champignons), et les sucres extraits à l'eau chaude (estimateur des polysaccharides extracellulaires)) ont une forte dynamique temporelle et sont tous significativement corrélés à la stabilité structurale, sans hiérarchie apparente. La stabilité de la structure à l'éclatement, à la microfissuration et à la désagrégation mécanique ont eu une dynamique similaire après l'apport de MO. Nous proposons un modèle semi-mécaniste d'estimation de la stabilité structurale, basé sur le couplage entre un modèle de la dynamique du C et N dans les sols (CANTIS) et une fonction statistique reliant la biomasse microbienne et la quantité de CO2 minéralisée à partir de la MO apportée à la stabilité de la structure. La décomposition de la MO apportée a fortement modifié les propriétés physiques responsables de la stabilité de la structure. La porosité des agrégats, leur hydrophobie et leur cohésion interparticulaire ont toutes augmenté. Etant donné l'impact de l'activité microbienne sur l'hydrophobie, nous avons comparé, trois méthodes différentes permettant son estimation. La diversité des effets de l'activité microbienne sur les propriétés physiques des agrégats du sol, suggère qu'il est généralement pertinent de mettre en oeuvre des tests de stabilité de la structure, propriété sensible et intégrative des différents effets des matières organiques. Les conditions climatiques, telles-que des alternances d'humectation dessiccation, modulent l'effet des MO apportées sur la structure du sol, en particulier en changeant l'impact relatif des MO sur chaque mécanisme de désagrégation.

Cette étude a pour objectifs la compréhension et la modélisation de certains effets importants du semis direct avec paillis de résidus (SDP) sur les bilans hydrique, thermique et azoté d'une culture de maïs pluvial. Elle a été menée dans le contexte d'un climat tropical semi-aride au Mexique. D'un point de vue méthodologique, le travail a consisté tout d'abord à identifier les phénomènes physiques et biologiques principaux qu'implique l'itinéraire technique SDP. En s'appuyant sur les résultats de la littérature et sur les acquis au niveau du terrain d'étude, nous avons retenu comme prédominants les effets du SDP sur i) l'évaporation et la température du sol, ii) la structure de surface du sol et l'infiltration, iii) le ruissellement, et iv) le cycle de l'azote et l'activité biologique des sols.<br />Ces effets identifiés, une lourde campagne de collecte de données de terrain a été réalisée de mai à octobre 1998, sur le site expérimental de la Tinaja (état de Jalisco, Mexique). Des mesures complémentaires ont été faites en juin et juillet 1999 sur le même site. Certaines mesures difficilement réalisables sur le terrain ont été effectuées en laboratoire, et sont venues renforcer les données du terrain. A l'issu de ce travail expérimental important, nous disposons d'une base de données relativement riche sur l'ensemble des phénomènes étudiés.<br />L'étude théorique des effets du SDP s'est déroulée en deux phases. La première s'appuie sur une stratégie d'atomisation de la problématique en volets élémentaires spécifiques, traitant les effets du SDP sur i), ii) et iii), en milieu contrôlé. Le premier volet vise à étudier et modéliser les flux d'eau et de chaleur dans le système sol-paillis-atmosphère (transferts turbulents et radiatifs au sein du paillis). Il permet de comprendre et de quantifier l'effet d'un paillis de résidus sur l'évaporation d'un sol et son amplitude thermique, en fonction du taux de couverture. Le deuxième volet consiste à caractériser les effets cumulatifs du SDP sur les propriétés hydrodynamiques d'un sol et donc sa capacité à l'infiltration. Le troisième volet est dédié à l'étude et la modélisation du ruissellement sur sol paillé éventuellement planté, en tenant compte de l'interception de l'eau de pluie, de la rétention de surface, de l'infiltration, de la canalisation du ruissellement et de son écoulement. La deuxième phase relève de la reconstruction par intégration et consiste en un volet unique. Dans ce volet les résultats des trois volets spécifiques précédents sont synthétisés et intégrés dans un modèle numérique de fonctionnement global. Ce dernier prend en compte à la fois les dynamiques de l'eau, de la chaleur et de l'azote. Il reproduit simultanément et de façon couplée tous les effets majeurs du SDP sur le système sol-paillis-plante-atmosphère.

Les modèles de fonctionnement de culture visent à simuler de façon mécaniste l'influence de l'environnement sur la croissance et le développement des végétaux cultivés. Destinés au raisonnement des systèmes de culture intensifs, les modèles usuels considèrent le couvert comme une entité homogène. L'évolution des pratiques agricoles vers une agriculture plus respectueuse de l'environnement conduit à considérer des systèmes plus complexes (multispécifiques) et plus hétérogènes, et appelle au renouvellement de ces modèles.<br />L'objectif de la thèse est d'élaborer une modélisation du couvert comme une population de plantes. Ceci nécessite de prendre en compte explicitement le développement de chaque individu au sein du couvert, et ses conséquences sur la croissance des plantes voisines. La thèse a pris pour objet la simulation des effets de la compétition pour la lumière sur la morphogenèse de l'appareil végétatif aérien du maïs (Zea mays L.).<br />Dans un premier temps, la plasticité morphologique du maïs est étudiée expérimentalement au champ, pour des situations contrastées de compétition pour la lumière. Une forte compétition conduit à une réduction globale de la taille des plantes. Elle a pour effet également d'accentuer au cours du temps la variabilité entre individus. L'analyse des dimensions individuelles des organes montre que la croissance en largeur et en diamètre suit précisément ce schéma. Par contre l'allongement des organes est d'abord stimulé par la compétition, puis subit une réduction dépendante de l'intensité de la compétition. <br />Ces observations ont justifié le choix du formalisme des L-systèmes ouverts pour l'implémentation du modèle. Cette approche permet une modélisation plante à plante, mais aussi d'intégrer et d'expliciter la croissance de chacun des organes. Le modèle couple des modèles microclimatiques préexistants (calcul de la température et de la distribution du rayonnement) à un modèle architectural et fonctionnel du développement végétatif, élaboré à partir de données bibliographiques. Un schéma de réduction de la croissance par le carbone disponible a été introduit et testé sur sa capacité à rendre compte des effets de la densité de peuplement. Le modèle simule la cinétique du développement à partir de données météorologiques mesurées en réseau et d'une paramétrisation génotypique réduite (5 paramètres). La structure géométrique de la plante est rendue de façon réaliste et simule convenablement l'évolution du taux de couverture du sol. Le modèle rend compte des variations de réduction de dimensions foliaires en fonction du numéro de phytomère, et permet de simuler le développement de l'hétérogénéité dans le couvert.<br />Ce premier axe de travail montre toutefois l'importance de disposer de formulations plus précises des cinétiques de croissances d'organes. L'allongement de la tige est particulièrement peu documenté dans la bibliographie. Nous avons mené l'étude expérimentale de la cinétique d'allongement des entre-nœuds, en considérant des situations contrastées de disponibilité en rayonnement. Les cinétiques de croissance diffèrent selon les traitements, mais montrent une même organisation. Durant une première période, l'allongement est un processus intégré à l'échelle de plusieurs entre-nœuds, stable au cours du développement. Dans une seconde période, la vitesse d'allongement devient très variable selon le rang et est fortement corrélée à la taille finale. La transition entre les deux périodes semble déclenchée par l'émergence de la gaine hors du cornet. L'évolution des dimensions du cornet au cours du temps pourrait donc être responsable des variations de longueur entre-nœuds entre phytomères.<br />Ce modèle ouvre des applications originales pour l'aide à l'interprétation d'expérimentation, car il permet de situer dans le temps les croissances de chaque organe et de la relier aux conditions environnementales locales. Le cadre de modélisation permet l'intégration des processus, de l'échelle de l'organe à celle du peuplement. Une meilleure compréhension du déterminisme des régulations des dimensions des organes reste toutefois nécessaire pour envisager l'application au raisonnement de pratiques agricoles. Les résultats obtenus suggèrent l'importance de signalisations environnementales, liées à l'exposition des organes à l'air ou à la lumière, dans ces régulations. Ces perspectives confortent l'intérêt d'une approche architecturale et fonctionnelle de la modélisation du développement.