Etude ontogénique

L’étude ontogénique est pertinente dans le sens où la sensibilité à la Tavelure des pommiers est liée à l’âge des feuilles. Or l’observation directe des feuilles à l’œil et au toucher indique clairement une différence de texture avec l’âge. Par exemple, les feuilles très jeunes (moins de 10 jours) présentent de nombreux poils ou trichomes à leur surface qui leurs donnent un aspect velu (Figure 15). La surface de la feuille est dite finement pubescente. Ce terme est employé pour caractériser des poils cours, en général fins et bouclés. Nous avons donc entrepris de caractériser les évolutions de la surface et des angles de contact avec l’âge des feuilles.

Pour mieux appréhender cet état de surface nous avons passé deux échantillons de feuilles de Golden au microscope électronique à balayage (MEB) : une feuille de 7 jours et une feuille adulte (Figure 16 et Figure 17).

A grande échelle (Figure 16), la feuille adulte de la variété Golden n’est pas du tout poilue alors que des trichomes sont observables sur la jeune feuille. Un comptage donne 13 trichomes sur une surface de 1mm². Ces poils contribuent à l’hétérogénéité de surface de la jeune feuille. Lors des mesures d’angles, la feuille se dégradait très rapidement car une rémanence de l’eau était observable. En effet lors du dépôt d’une goutte, l’eau finit par s’infiltrer sous les poils. Il est alors difficile d’absorber ce dépôt et la surface est altérée pour la suite des mesures.

Ces observations rejoignent celle de Brewer, Smith et Vogelmann (1991) qui distinguent trois cas de pilosité [5]. Ils ont montré que si la feuille n’est pas poilue, la surface se recouvre d’un film d’eau. A l’inverse si elle est poilue, deux cas sont possibles. Soit la densité de trichomes est < 30 /mm², les gouttes d’eau pénètrent l’amas de poils et forment des flaques d’eau qui encerclent les

trichomes. Soit la densité de trichomes est > 40 /mm ², les gouttes restent à la surface des poils. Les trichomes ont alors pour rôle de garder l’eau éloignée de l’épiderme de la feuille. Nous somme ici

dans le deuxième cas ; l’eau est à la base des trichomes en contact de l’épiderme. Ainsi les trichomes ont une forte influence sur la mouillabilité et sur la tendance qu’à la feuille à retenir ou repousser l’eau [4] [5].

A plus petite échelle (Figure 17), les glandes de l’épiderme sont bien observables. Là encore, le relief de la cuticule est bien plus vallonné sur la feuille jeune : il contribue lui aussi à l’hétérogénéité de surface.

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Age /degré.jour 82,133 108,439 111,377 116,44 235,605 310,667 338,445 352,045 452,094 Adulte

θadv moyen/° 74,672 115,367 121,011 82,211 93,231 92,687 83,700 78,682 87,691 84,117 Ecart-type/° 9,236 9,107 13,439 5,417 12,097 4,233 3,372 11,335 4,940 6,905

θadv max/° 89,363 130,437 145,437 94,808 111,930 100,592 89,384 100,505 96,953 99,638

θadv min/° 58,634 98,768 85,314 73,761 64,673 83,089 76,103 56,479 80,602 66,644

Age /degré.jour 82,133 108,439 111,377 116,44 235,605 310,667 338,445 352,045 452,094 Adulte

θadv moyen/° < 5 < 5 < 5 < 5 24,085 22,642 5,244 14,009 29,867 17,508 Ecart-type/° 10,606 5,498 2,982 5,578 12,456 5,184

θadv max/° 54,590 33,996 10,460 26,529 56,079 31,097

θadv min/° 8,280 12,595 < 5 4,919 8,486 5,874

Hystérésis ≈ θadv ≈ θadv ≈ θadv ≈ θadv 69,147 70,045 78,456 64,673 57,824 66,609

Tableau 4 : Suivi de l'étude ontogénique, variété Golden

Figure 18 : Boites à moustaches des angles d'avancée pour l'étude ontogénique

RESULTATS ET DISCUSSION

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Les âges des feuilles sont donnés en degré jour. Pour chacune des feuilles nous connaissons son âge en jour : date de départ de l’éclosion et date de la cueillette. La station météo présente au sein du verger prend, entre autre, une mesure de température de l’air toutes les 30 minutes. L’âge en degré jour d’une feuille est donc le cumul des températures moyennes de l’aire de l’éclosion à la cueillette. Utiliser la température de l’air et non la température de la feuille constitue une approximation de l’âge de celle-ci.

Pour des feuilles d’âge équivalent, des résultats très cosmopolites sont observables (Tableau 4). Ils sont dus à la grande hétérogénéité de surface des feuilles jeunes. Nous avions décidé de démarrer le comptage des jours lorsque la feuille est à moitié dépliée, mais ce point de départ est un jour difficile à approximer. L’âge est donc donné à ±20 degré jour. Egalement les valeurs des écarts- types sont grandes mais tendent à diminuer lorsque la feuille est plus âgées soit lorsqu’elle est moins hétérogène.

Concernant l’analyse des angles par âge des feuilles, les différences significatives trouvées entre les différents jours ne sont pas uniquement dues à l’âge ; il y a aussi une interaction due à la feuille car l’échantillonnage n’est pas conséquent. Egalement, nous n’avons pas pris en compte dans notre analyse l’environnement ou la phyllotaxie de la feuille. Selon son orientation dans le néo bourgeon, une feuille est plus ou moins exposée au vent ou au soleil. L’écart conséquent entre les angles d’avancée des deux feuilles de 111 et 116 degré jour peut s’expliquer par une différence d’environnement au sein de l’arbre.

Le test de Kruskal-Wallis teste s’il y a une différence statistiquement significative entre les médianes au niveau de confiance de 95.0% ; la probabilité de ce test est nulle. Il y a au moins une valeur de médiane qui est différente des autres. Par suite nous avons réalisé une représentation graphique : les boites à moustache pour une étude approfondie.

Au regard du graphique des boites à moustaches, une tendance à la diminution de l’angle d’avancée moyen est observable avec une augmentation du nombre de degré jours de la feuille (Figure 18). Egalement l’écart type est plus petit pour les feuilles plus âgées. Les mesures sont moins dispersées lorsque la feuille est moins hétérogène c'est-à-dire lorsqu’elle est plus âgée (moins poilue, glandes de l’épiderme moins en relief). La feuille ayant reçu 352 degré jour a une dispersion de mesures très grande. L’intervalle de confiance à 5% de la feuille adulte rejoint le bas de l’intervalle de confiance de la feuille de 452 degré jour et le haut de l’intervalle de la feuille à 338 degré jour. Ainsi pour les angles d’avancée, les médianes des feuilles de 338 et 452 degré jours et adulte, peuvent être rapprochées. Nous pouvons donc approximer que l’âge adulte d’une feuille serait au alentour de 338 degré jours soit environ 17jours à température moyenne de 20°. Les boites à moustaches des angles de recul tendent à confirmer cette analyse (Figure 19) avec un âge adulte proche de 352 degré jour.

Il est certain que pour pouvoir conclure plus précisément sur le rôle des poils sur les feuilles il faudrait faire un panel de mesure beaucoup plus grand sur une même journée. Mais la difficulté réside dans le fait que pour étudier une feuille, il est nécessaire de la cueillir. Par conséquent, une même feuille ne peut pas être utilisée dans un suivi sur plusieurs jours.

CONCLUSION

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Conclusion

Nous avons vu que des modèles existent pour prédire le développement de la maladie de la Tavelure. Leurs principes reposent sur la simulation de l’évaporation de l’eau sur une feuille afin de pouvoir déterminer la durée d’humectation. Pour cela il est nécessaire de connaitre les angles de contact que forment les gouttes d’eau sur les feuilles afin de pouvoir déterminer la surface d’échange eau/air. Or la durée d’évaporation est très différente selon la valeur de cet angle de contact. Actuellement pour des vergers de pommiers, un angle lié à l’espèce est utilisé quelque soit la ou les variétés en présence.

Cette étude a eu pour but de montrer que des différences statistiquement significatives existent entre les angles de contact des gouttes d’eau sur les feuilles de différentes variétés de pommiers. En effet chaque feuille présente son propre état de surface ; c’est pourquoi les gouttes forment des angles dynamiques ou statiques qui sont propres à l’hétérogénéité de la surface. De plus nous avons vu que les angles des gouttes lâchées matérialisant une petite pluie sont proches de l’angle de recul et que les angles des gouttes déposées sur le principe des gouttes de rosée sont proches de l’angle d’avancée. Ainsi nous disposons d’un panel de données qui permet d’ajuster au mieux les simulations en fonction du type d’apport d’eau.

En réalisant un modèle au plus proche des pommiers du verger, la prévention de la maladie sera plus fidèle au risque réel d’infection. Ainsi les traitements fongiques abusifs seront moindres.

De la cueillette de la feuille aux valeurs d’angles de contact statiques et dynamiques de nombreuses étapes sont nécessaires : acquisitions des séries d’images, tris des photos pertinents, analyses et traitements des angles mesurés. Si ces étapes sont faites de façon rigoureuse, elles demandent du temps. C’est pourquoi nous n’avons ici qu’un faible échantillonnage de mesures, tout particulièrement sur le suivi ontogénique des feuilles de Golden. Pourtant il est intéressant d’essayer de comprendre pourquoi les feuilles jeunes, plus sensibles à la maladie, sont plus poilues que les feuilles dites adultes. En effet il semblerait que les trichomes retiennent l’eau sur l’épiderme de la feuille et favorisent ainsi une humidité propice au développement du champignon Venturia Inaequalis.

Un travail plus approfondi est nécessaire pour comprendre et évaluer l’interaction entre les angles de contact eau/feuille, la formation des gouttes, le rôle de la présence des trichomes et au final la signification écologique de ces différentes relations.

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Ingénieur à l’Inra, réflexion personnelle

Tout au long de ce stage, j’ai eu la possibilité de communiquer avec les différents membres l’Inra qu’ils soient chercheurs, ingénieurs ou personnels techniques. J’ai ainsi découvert que le fonctionnement de l’Inra repose sur une multitude de métiers où plus de 210 emplois différents se côtoient chaque jour. Je ne savais alors pas que le profil d’ingénieur pouvait être valorisé dans un organisme de recherche. Les ingénieurs peuvent être ingénieurs de recherche ou ingénieurs d’études. Ils sont en charge de la gestion de structures expérimentales ou de gros équipements. Au sein des unités de recherche, ils conçoivent et mettent en œuvre des expérimentations, développent des méthodes et des outils puis ils définissent les protocoles expérimentaux. Enfin ils peuvent également avoir en charge un plateau technique.

Les carrières d’ingénieurs à l’Inra proposent de nombreux avantages. On notera par exemple que l’Inra offre une garantie de l’emploi et des évolutions de carrière intéressantes avec des opportunités de mobilité. Concernant le cadre de travail, celui-ci est intéressant de par son bon niveau d’équipements et ses moyens de fonctionnement importants par rapport à d’autres organismes publics de recherche. De plus, l’Inra ne demande pas une rentabilité économique immédiate des travaux de recherche ce qui crée moins de pression dans le travail. En contre partie, les salaires sont inférieurs à ceux du privé car ils sont indexés sur une grille de la fonction publique.

L’ingénieur Inra occupe des métiers plurivalents qui nécessitent un grand sens pratique et organisationnel. L’ingénieur fait alors de la recherche plus appliquée que le chercheur. Son objectif est bien souvent clairement défini. Il doit intégrer l’aspect financier dans le développement des nouveaux procédés et son travail a en général une finalité technologique. Le chercheur est moins encadré dans ses recherches ; il dispose d’un champ d’action beaucoup plus grand.

Si certaines personnes peuvent préférer cette liberté de travail, je pense que je m’épanouirais d’avantage dans un métier peut être plus structuré où le cahier des charges d’un projet est clairement défini. Cette expérience de stage en recherche m’a convaincu que le métier d’ingénieur semble bien me convenir.

Ce stage, m’a également fait découvrir que même dans un organisme de recherche agronomique, de nombreux phénomènes s’expliquent par des lois physiques. C’est un cadre d’étude qui m’a paru très agréable, bien différent de la recherche en industrie. Explorer le monde du vivant (végétal ou animal) apporte un aspect humain dans son travail de tous les jours.

De plus, les échanges au sein d’une équipe ou au sein d’une unité se sont avérés indispensables. C’est cet aspect collaboratif que j’ai vraiment apprécié durant ce stage. Cela me conforte dans l’idée que le travail en équipe est pour moi un facteur motivant aussi bien dans mon développement personnel que dans mon travail professionnel.

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Références Bibliographiques

1. AGRIOS G.N., Plant Pathology, Elsevier Academic Press, Fifth Edition, 2005, pp.P.504-520. 2. BHUSHAN B. et JUNG Y.C., Wetting, adhesion and friction of superhydrophobic and

hydrophilic leaves and fabricated micro/nanopatterned surfaces, Journal of Physics: Condensed Matter, 2008, pp.1-24.

3. BOWEN J.K., et al., Venturia inaequalis: the causal agent of apple scab, Molecular Plant Pathology, 2011, pp.105-122.

4. BREWER C.A. et SMITH W.K., Patterns of leaf surface wetness for montane and subalpine plants (vol 20, pg 1, 1997), Plant Cell and Environment, 1997, pp.535-536.

5. BREWER C.A., SMITH W.K., et VOGELMANN T.C., Functional Interaction between Leaf Trichomes, Leaf Wettability and the Optical-Properties of Water Droplets, Plant Cell and Environment, 1991, pp.955-962.

6. BRUN L., DIDELOT F., et PARISI L., Stratégies de protection innovantes contre la tavelure du pommier : conception, évaluation et intégration en verger, date?

7. CARISSE O. et JOBIN T., La tavelure du pommier : mieux comprendre pour mieux intervenir, Agriculture et Agroalimentaire Canada, 2006.

8. DE GENNES P-G., BROCHARD-WYART F., et QUÉRÉ D., Gouttes, bulles, perles et ondes, Belin, Collection Echelles, 2005, pp.38-68.

9. GIRAUD M., La tavelure du pommier : réalités et stratégies de protection, Entretiens techniques SIFEL (Salon International de la Filière Fruit Et Légume), CTIFL (Centre Technique Interprofessionnel des Fruits et Légumes), 2010.

10. LESPINASSE Y. et PARISI L. P.C., LAURENS F., DUREL C.-E., D.A.R.E., un projet européen coordonné par l'INRA d'Angers : Résistance du pommier à la Tavelure et à l'Oïdium, Phytoma, la défense des végétaux 1999, pp.23-26.

11. MACHARDY W.E. et GADOURY D.M., A Revision of Mills Criteria for Predicting Apple Scab Infection Periods, Phytopathology, 1989, pp.304-310.

12. MONTEITH J.L. et UNSWORTH M.H., Principles of Environmental Physics, Edward Arnold, Second Edition, 1990, pp.p.177-198.

13. PICKNETT R.G. et BEXON R., Evaporation of Sessile or Pendant Drops in Still Air, Journal of Colloid and Interface Science, 1977, pp.336-350.

14. SAINT-JEAN S., CHELLE M., et HUBER L., Modelling water transfer by rain-splash in a 3D canopy using Monte Carlo integration, Agricultural and Forest Meteorology, 2004, pp.183- 196.

15. SOOLAMAN D.M. et YU H.Z., Water microdroplets on molecularly tailored surfaces: Correlation between wetting hysteresis and evaporation mode switching, Journal of Physical Chemistry B, 2005, pp.17967-17973.

Sites web :

a. fruits-et-legumes.net (mis à jours : juillet 2011)

b. fruitlogistica.de (compte rendu du sommet de la filière fruits et légumes à Berlin, févier 2011) c. inra.fr (panneau d’exposition du stand INRA au Salon International Agricole 2011)

d. http://en.wikipedia.org/wiki/Wetting (mise à jour : juillet 2011) e. culturesciencesphysique.ens-lyon.fr (mise à jour : février 2007)

ANNEXES

ANNEXE 1 : Exemple d’une analyse de mesures, variété Fuji ... I ANNEXE 2 : Bases d’analyse statistique ... II ANNEXE 3 : Comparatif de différentes espèces fruitières ... III ANNEXE 4 : Données sur Parafilm M ... IV

Table des figures

FIGURE I : Dispersion de l’ensemble des mesures d’angles de contact et répartition des angles dynamiques variété FUJI ... I FIGURE II : Détail des informations d'une boite à moustaches ... II FIGURE III : Comparaison du pommier Ariane, du pêcher Redhaven et du prunier Reine Claude : valeur

moyenne des angles dynamiques et statiques accompagné de l’écart type qui lieu est associé.. ... III FIGURE IV : Données statiques et dynamique sur parafilm M ... IV

ANNEXE

I

ANNEXE 1 : Exemple d’une analyse de

mesures, variété Fuji

0,000 20,000 40,000 60,000 80,000 100,000 120,000 0 10 20 30 40 50 60 Angle /° Nombre de donnée

Dispersion des angles statiques et dynamiques Variété FUJI Angle adv Déposée Lachée Angle rec 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 Fréquence /% Angle /° Répartition de la population des angles d'avancée FUJI

θadv moyen : 80,589° 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 Fréquence /% Angle /° Répartition de la population des angles de recul FUJI

θrec moyen : 21,777°

FIGURE I : Dispersion de l’ensemble des mesures d’angles de contact et répartition des angles dynamiques variété FUJI

Pour chaque variété, nous avons tracé la dispersion des angles sous forme d’un nuage de points. C’est une représentation graphique qui permet une visualisation rapide de la dispersion. Les angles de contact mesurés d’une goutte déposée sont proches et presque confondu avec les angles d’avancée. Les angles statiques sont plus dispersés que les angles dynamiques.

Les populations des angles dynamiques, tendent à être réparties sous la forme d’une courbe en cloche. Selon les variétés, la moyenne est plus ou moins bien centrée au sein de la distribution.

II

ANNEXE 2 : Bases d’analyse statistique

Boite à moustaches

Les boites à moustaches (Tukey, 1977) sont utilisées dans les représentations graphiques de données statistiques. La boite à moustaches permet de définir des critères de position d’un ensemble de valeurs numériques. Ces critères correspondent à des valeurs calculées qui caractérisent

globalement la position de l’ensemble ; par exemple sa moyenne, sa médiane ou ses quantiles (quartiles, déciles).

Le rectangle va du premier au troisième quartile et est coupé par la médiane. Les segments aux extrémités mènent du 5e au 95e centile. Les points qui ne sont pas intégrés à la boite à moustaches sont appelés points suspects, ils indiquent la position des points extrêmes.

FIGURE II : Détail des informations d'une boite à moustaches

La médiane d’une série statistique est la valeur qui partage cette série numérique ordonnée en deux parties de même nombre d’éléments, les valeurs étant rangées dans l’ordre croissant.

En statistique, la moyenne est la valeur que devrait avoir tous les individus d’une population pour que leur total soit inchangé. Il s’agit d’une moyenne arithmétique.

Ecart type et variance

L’écart type mesure la dispersion ou l’étalement d’une série de valeur autour de la moyenne. Plus l’écart type est faible plus l’ensemble des données est homogène. A l’inverse un écart type fort, caractérisera une population hétérogène. La variance qui est le carré de l’écart type, mesure la distribution des valeurs autour du centre de la courbe.

III

ANNEXE 3 : Comparatif de différentes

espèces fruitières

Espèce Pommier Pêcher Prunier Variété ARIANE REDHAVEN REINE CLAUDE

Angle d'avancée moyen 81,674 76,622 88,517 Ecart type 6,445 4,477 7,899 Angle min 68,654 63,204 68,062 Angle max 99,090 86,775 108,252 Angle moyen goutte déposée 78,102 67,189 74,203 Ecart type 7,330 6,366 8,841 Angle moyen goutte lachée 37,241 41,737 38,365 Ecart type 8,269 7,443 7,841 Angle de recul moyen 15,833 21,151 25,267 Ecart type 5,491 5,363 9,225 Angle min 7,696 10,229 10,763 Angle max 28,379 35,407 47,415 Hystérésis moyenne 65,841 55,471 63,250 Hystérésis min 40,275 27,797 20,647 Hystérésis max 91,394 76,546 97,489

Les données du tableau sont en degrés

FIGURE III : Comparaison du pommier Ariane, du pêcher Redhaven et du prunier Reine Claude : valeur moyenne des angles dynamiques et statiques accompagné de l’écart type qui lieu est associé..

IV

ANNEXE 4 : Données sur Parafilm M

Nous avons réalisé des mesures d’angles statiques et dynamiques sur un parafilm Pechiney M PM996, avec des gouttes d’eau ultra pure. Plusieurs volumes ont été essayés pour les gouttes lâchées et déposées ; les résultats ne sont pas très dispersés. Le parafilm est un support peu hétérogène. L’hystérésis est relativement faible avec un Δθ = 14,284°.

111,700 97,416 3,341 3,784 55 59 102,680 86,009 118,179 104,036 9,020 11,407 6,479 6,620 14,284 1,356 32,170

Déposée 5µL Déposée 15µL Déposée 20µL Lachée 5µL Lachée 15µL Lachée 20µL 107,184 105,997 105,020 101,477 102,924 99,321 2,532 4,143 5,114 7,633 6,694 7,853 56 185 58 56 157 49 95,042 90,000 92,726 88,025 85,101 84,053 110,556 113,199 113,962 109,983 113,429 112,751 12,142 15,997 12,294 13,452 17,823 15,268 3,372 7,202 8,942 8,506 10,505 13,430 Angle MAX /° Ecart à la moyenne delta=|θMoy - θMin| delta=|θMax - θMoy|

BILAN Statique Déposée et Lachée

Mesures Statiques sur PARAFILM gouttes déposées de 5µL,15µL et 20µL

Mesures Statiques sur PARAFILM gouttes lachées de 5µL,15µL et 20µL lachées sur 10,7 cm

delta=|θMax - θMoy| 106,067 101,241 Angle moyen /° MOYENNE/° Ecart Type /° Nbr de valeur Angle MIN /° HYSTERESIS moyenne Hystérésis min Angle moyen /° Ecart type /° Nbr de valeur Angle MIN /° Angle MAX /° Ecart à la moyenne delta=|θMoy - θMin| Angle MIN /° Angle MAX /° Ecart à la moyenne delta=|θMoy - θMin| delta=|θMax - θMoy|

BILAN Angle de recul

Goutte d'am orçage : 5µL

BILAN Angle d'Avancée

Ecart type /° Nbr de valeur

Hystérésis max