Dans un contexte de dégradation des ressources naturelles agricoles, notre étude se propose d'élaborer un concept de capital sol permettant de réexaminer l'analyse économique des sols, en intégrant l'ensemble des services fournis par cet écosystème. Un retour sur les différents cadres d'analyse en agronomie et en sciences environnementales a permis de redéfinir les différentes perspectives associées à l'usage des sols. Une revue de la littérature sur les modèles de l'érosion et de la conservation des sols a été effectuée, et a permis de jeter les bases d'un modèle bio-économique en contrôle optimal du capital sol, basé sur la matière organique du sol et les engrais minéraux. L'étude des états stationnaires associés aux différents régimes a mis en évidence l'importance de la dynamique des stocks de matière organique, ainsi que les apports d'engrais minéraux. Ainsi, en fonction de la vitesse de minéralisation de la matière organique, les régimes miniers atténués (par la restitution de la matière organique) ou bien minier compensé (par des apports d'engrais minéraux) sont stationnaires. Les résultats obtenus par l'estimation économétrique du capital sol par une fonction de production de type translog, à partir des données expérimentales en panel obtenues au Nord-Cameroun, a permis de confirmer le poids de la matière organique et des engrais minéraux. L'estimation des élasticités des facteurs « quantité de mulch » et « quantité d'engrais apporté » a également révélé qu'elles sont négatives à leur valeur minimale, et positive au delà. De même, ces deux facteurs sont substituables à leur valeur minimale, et complémentaires au delà de cette valeur, pour maintenir un stock de capital sol identique. L'analyse des droits de propriété liés au capital sol dans le contexte du Nord-Cameroun a révélé que l'une des contraintes les plus importantes concerne la dissociation entre les droits d'exclusion et les droits de gestion, réduisant de fait l'incitation à investir pour le capital sol. L'étude suggère la prise en compte de l'innovation institutionnelle complémentaire, et propose une nouvelle typologie des innovations basée sur la proportion des deux types d'innovations (technologique et institutionnelle) nécessaires pour maintenir le capital sol. Enfin, l'étude a permis de discuter les principaux instruments de politiques publiques à mesure d'assurer la convergence entre l'optimum privé et l'optimum social. Ces mesures concernent une meilleure définition des droits de propriété, les incitations économiques pour suppléer à la défaillance des marchés, l'action collective pour la définition des arrangements institutionnels endogènes et le paiement et les marchés des services écosystémiques liés au capital sol. / Within a global context of agricultural natural resources degradation, our study aims at elaborating a soil capital concept, which will help renewing soil economic analysis by considering overall ecosystem services provided. A feedback analysis on agronomic and environmental issues related to soil made it possible to clarify different perspectives associated to soil use. Additional litterature review on soil erosion and conservation models helped to lay the foundation of an optimal control model of soil capital, based on organic matter return to soil, and mineral fertilizer application rate. Steady state conditions associated to different soil capital regimes revealed the importance of organic matter stocks, as well as mineral fertilizer in soil capital dynamics. According to organic mineralization rate, attenuated (by organic matter restitution) mining regime, and compensated (by fertiliser application) mining regime of soil capital appeared to be steady state regimes. Results from econometric modelling through translog production function based on 7 years experimental panel data in Northern Cameroon helped confirming organic matter and fertiliser importance in soil capital asset. Production elasticity of factors « mulch quantity » and « fertilizer quantity » revealed that elasticities are negative around minimal values, and positive at medium and maximum values of soil capital. Also, it appeared that these factors are substitutes at minimum value and complementary at medium and maximum value of soil capital. Property rights analysis on soil capital in Northern Cameroon revealed that dissociation between holders or exclusion rights and management rights is among most important constraints in soil capital investment incentive. The study also suggested to take into account complementary institutional innovations, and proposed a specific innovation's typology, according to relative dimensions of technical and institutional innovations on soil capital. Finally, the study discussed the main tools of public policy enabling to reconciliate private and social optimum in soil capital. These include suitable property rights definition, economic incentives to supplement market failures, collective action and paiement and markets for ecosystem services.

L’objectif de ce projet était d’évaluer l’effet du cultivar et de la densité de semis sur les rendements, les composantes du rendement et la qualité des grains de l’épeautre de printemps et d’automne dans les trois zones de production céréalière du Québec dans un système de production à faibles intrants. Chez l’épeautre de printemps, la densité de semis n’a généralement pas eu d’effet sur le rendement en grains vêtus, en grains nus et en paille. L’augmentation de la densité de semis s’est traduite par une faible augmentation du nombre d’épis/m2 et une diminution du nombre de grains par épi, tandis que le poids de mille grains n’a pas été affecté. Les cultivars CDC Origin et CDC Silex ont produit les rendements en grains vêtus les plus élevés dans deux zones sur trois alors que la teneur en protéines de tous les cultivars était très élevée (14,2 à 15,4 %). Chez l’épeautre d’automne, la survie à l’hiver a été variable selon les sites et les années. La densité de semis n’a pas eu d’effet sur les rendements. Le cultivar Cosmos a généralement obtenu les rendements en grains vêtus et en grains nus les plus élevés tandis que la teneur en protéines a varié entre 9,6 et 16,9 % selon les cultivars et les années. / The aim of this research project was to assess the effect of cultivar and seeding rate on yield, yield components and some grain quality characteristics of spring and winter spelt in all three agro-climatic areas for cereal production in Québec in a low input system. The seeding rate generally did not affect hulled grain, naked grain and straw yields of spring spelt. Increasing seeding rate resulted in increased spike density, decreased number of grains per spike while thousand grain weight remained unaffected. CDC Origin and CDC Silex produced the highest hulled grain yields at two of the three sites and protein content of all cultivars was high (14.2 to 15.4 %). Winter survival of winter spelt was inconsistent throughout years and sites. Seeding rate had no effect on winter spelt yields. Cultivar Cosmos generally produced the highest hulled and naked grain yields whereas protein content varied from 9.6 to 16.9 % among cultivars and years.

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

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

La restauration écologique a été identifiée comme une approche permettant notamment de ralentir la perte de biodiversité et de maintenir tous les biens et services issus de cette biodiversité desquels dépend le bien être de notre civilisation actuelle. Cette restauration des écosystèmes se base sur des connaissances provenant à la fois de l'écologie des communautés et de l'écologie de la restauration. Les objectifs de la thèse sont donc de comprendre la dynamique d'une steppe méditerranéenne après changements d'usage ainsi que la mise en oeuvre de techniques qui pourraient être appliquées à la restauration de cet écosystème après une perturbation anthropique sévère. La thèse a pour objet d'étude la steppe méditerranéenne de la plaine de Crau, et notamment d'anciennes cultures pour étudier la recolonisation spontanée après perturbation et le projet de réhabilitation à grande échelle de Cossure pour les expérimentations sur les techniques de restauration. En ce qui concerne la dynamique après une perturbation anthropique exogène sévère, nous avons confirmé la faible résilience de la communauté végétale steppique à la fois à moyen (30-40 ans) et long terme (150 ans), tandis que les paramètres du sol et le taux d'infestation des mycorhizes sont résilients sur le long terme. En outre, nous avons confirmé le rôle joué par les trois filtres dans la recolonisation des communautés végétales. En ce qui concerne la steppe de la Crau, la recolonisation est déterminée en premier par le filtre abiotique, puis par le filtre de dispersion et enfin par le filtre biotique. Compte tenu de la faible résilience de la communauté, nous avons testé plusieurs techniques de restauration appliquées à grande échelle au sein du projet de réhabilitation de Cossure: le semis d'espèces nurses, l'étrépage de sol, le transfert de foin et le transfert de sol. Afin d'évaluer l'efficacité des techniques de restauration, nous avons développé des indices pour mesurer " l 'intégrité " de la structure de la communauté permettant de distinguer les abondances inférieures des abondances supérieures par rapport à la communauté de référence. Les meilleurs résultats ont été obtenus avec le transfert du sol, suivi par l'étrépage de sol, puis le semis d'espèces nurses et enfin le transfert de foin. Ces résultats ont toutefois confirmé la difficulté de restaurer totalement la communauté végétale steppique. Les recherches menées au sein de cette thèse montrent que les connaissances actuelles en matière de restauration écologique permettent de restaurer au moins partiellement certaines composantes de cet écosystème, mais suggèrent de mettre un maximum de moyens pour la conservation in situ des habitats naturels plutôt que de devoir les restaurer après qu'ils aient été détruits

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Les écosystèmes herbacés méditerranéens, caractérisés par une importante biodiversité, ont subi de considérables changements d‟usage. Désormais, leur conservation est devenue insuffisante au regard de l‟augmentation des dommages causés par les activités humaines. La restauration écologique apparaît donc comme un outil approprié pour participer à leur préservation. Des recherches préalables sur les différents compartiments de l‟écosystème ainsi que sur les facteurs responsables de l‟assemblage de leurs communautés avant et après dégradations sont donc nécessaires afin de mettre en place des méthodes de restauration adaptées à ces écosystèmes. Ainsi, en utilisant comme modèle biologique les Coussouls de Crau et leurs friches post-culturales (Bouches-du-Rhône, France), représentatif de nombreux écosystèmes steppiques méditerranéens, nous avons choisi de déterminer et d‟étudier les principaux filtres potentiellement responsables de l‟organisation de cette communauté végétale. Le pâturage ovin, les changements trophiques du sol, les phénomènes de compétition et la capacité de reproduction et/ou de dispersion des espèces, identifiés lors d‟une première étude sur la régénération de la steppe, ont ainsi été étudiés dans trois expérimentations différentes. Deux protocoles de restauration écologique in situ (transfert de foins et semis d‟espèces structurantes) et un protocole d‟expérimentation ex-situ testant les interactions d‟une sélection d‟espèces de la steppe ont permis de réaliser ces recherches. Nos principaux résultats montrent que les filtres de reproduction/dispersion, le niveau trophique du sol, la compétition et le régime de perturbations récurrentes lié au pâturage ovin ont un rôle déterminant dans les changements de la composition et de la structure de la communauté et ils expliquent ainsi en partie le ralentissement de sa dynamique successionnelle vers la steppe de référence. Nous avons également pu démontrer que ces filtres interagissaient entre eux. Au niveau de la recherche appliquée, les protocoles testés favorisent le retour de la végétation steppique, néanmoins la composition des parcelles restaurées reste toujours très différente de l‟écosystème de référence à très court terme (deux à trois années après la restauration). Cela démontre que même si nous comprenons mieux aujourd‟hui les facteurs expliquant l‟organisation de cette communauté, il est cependant toujours difficile de la restaurer dans son intégralité car il n‟est pas aisé de manipuler et de trouver un équilibre entre l‟action de ces différents facteurs. Il est donc désormais plus que nécessaire de poursuivre ces recherches fondamentales et appliquées notamment au niveau des processus de maturation et de structuration des vieilles communautés végétales herbacées.

Les pratiques culturales modifient l'architecture des couverts de manière à augmenter ou diminuer le développement des épidémies mais les processus mis en jeu sont complexes ; des modèles mécanistes simulant l'interaction entre plante et pathogène devraient aider à les clarifier. Les modèles de Plantes Virtuelles, qui permettent de décrire explicitement la structure tridimensionnelle de la plante, semblent particulièrement prometteurs pour exprimer les effets de l'architecture de la plante sur le développement des épidémies. L'objectif de cette étude est d'examiner la possibilité de simuler l'effet de l'architecture des plantes sur le développement de la maladie en utilisant un modèle Plante Virtuelle. Dans ce travail, nous nous intéressons au pathosystème blé-Septoria tritici, dans lequel l'architecture joue un rôle important. En effet, les spores de Septoria tritici sont propagées par les éclaboussures de pluie depuis les feuilles infectées du bas du couvert vers les nouvelles feuilles saines. Notre travail s'est appuyé sur un modèle pré-existant d'épidémie de la septoriose, Septo3D. L'architecture du blé a été étudiée pour une gamme de densités et de date de semis. Les différences de phyllochrone entre traitements ont été dans une gamme susceptible de modifier le développement de la septoriose. Ces variations ont été représentées par un modèle descriptif qui tient compte du nombre de feuilles final et de la photopériode. Une description détaillée des variables d'architecture à l'échelle des organes et du couvert a fourni une documentation originale et complète sur la plasticité de l'architecture du blé. Ces données ont été utilisées pour paramétrer la description du blé dans Septo3D. Globalement, les traitements étudiés ont conduit à de fortes différences de la densité de végétation au cours du temps. Les dynamiques de développement de la septoriose ont été suivies pour trois traitements de densités contrastées. Les cinétiques de la maladie simulées par le modèle étaient conformes aux mesures expérimentales. Bien que, l'approche nécessite davantage de validation, les résultats confirment que l'approche Plante Virtuelle apporte un nouvel éclairage sur les processus et les caractéristiques des plantes qui impactent les épidémies. En conclusion, nous proposons quelques perspectives en vue de nouvelles applications et améliorations de l'approche.

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

Les pratiques culturales modifient l'architecture des couverts de manière à augmenter ou diminuer le développement des épidémies mais les processus mis en jeu sont complexes ; des modèles mécanistes simulant l'interaction entre plante et pathogène devraient aider à les clarifier. Les modèles de Plantes Virtuelles, qui permettent de décrire explicitement la structure tridimensionnelle de la plante, semblent particulièrement prometteurs pour exprimer les effets de l'architecture de la plante sur le développement des épidémies. L'objectif de cette étude est d'examiner la possibilité de simuler l'effet de l'architecture des plantes sur le développement de la maladie en utilisant un modèle Plante Virtuelle. Dans ce travail, nous nous intéressons au pathosystème blé-Septoria tritici, dans lequel l'architecture joue un rôle important. En effet, les spores de Septoria tritici sont propagées par les éclaboussures de pluie depuis les feuilles infectées du bas du couvert vers les nouvelles feuilles saines. Notre travail s'est appuyé sur un modèle pré-existant d'épidémie de la septoriose, Septo3D. L'architecture du blé a été étudiée pour une gamme de densités et de date de semis. Les différences de phyllochrone entre traitements ont été dans une gamme susceptible de modifier le développement de la septoriose. Ces variations ont été représentées par un modèle descriptif qui tient compte du nombre de feuilles final et de la photopériode. Une description détaillée des variables d'architecture à l'échelle des organes et du couvert a fourni une documentation originale et complète sur la plasticité de l'architecture du blé. Ces données ont été utilisées pour paramétrer la description du blé dans Septo3D. Globalement, les traitements étudiés ont conduit à de fortes différences de la densité de végétation au cours du temps. Les dynamiques de développement de la septoriose ont été suivies pour trois traitements de densités contrastées. Les cinétiques de la maladie simulées par le modèle étaient conformes aux mesures expérimentales. Bien que, l'approche nécessite davantage de validation, les résultats confirment que l'approche Plante Virtuelle apporte un nouvel éclairage sur les processus et les caractéristiques des plantes qui impactent les épidémies. En conclusion, nous proposons quelques perspectives en vue de nouvelles applications et améliorations de l'approche. / Agronomic practices modify crop architecture in ways that may facilitate or hamper disease development. The processes involved are complex and mechanistic models simulating plant-pathogen interaction should help clarifying them. Virtual Plants, i.e. models in which the three-dimensional structure of the plant is explicitly described, appear specially promising to express the effects of the plant architecture on the epidemic development. The objective of this study is to examine the ability to simulate the effect of plant architecture on disease development using a Virtual Plant model.The work focuses on the pathosystem wheat-Septoria tritici, in which architecture plays an important role because spores of Septoria are propagated from infected leaves to upper healthy leaves by rain splash. We build on a pre-existing model of Septoria epidemics, Septo3D. Wheat architecture was examined for a range of sowing date and density treatments. Differences of phyllochron between treatments were in a range sufficient to likely modify epidemic development; they were well represented by a descriptive model depending on photoperiod and final leaf number. A detailed description of architectural variables at the organ and canopy scale provided an original and comprehensive documentation of the plastic response of wheat, which was used for parameterising the wheat description in Septo3D. Overall, the investigated treatments resulted in strong differences in the time course of vegetation density. Septoria dynamics were monitored in a subset of three treatments of contrasted densities. Simulated disease kinetics were consistent with field measurements. Although, the approach needs further validation, results support that virtual plant modelling provides new insights into the processes and plant traits that impact epidemics. We conclude with prospects for further improvements and applications.