3. Démarche de recherche
3.2. Structure de SIPPOM
Les utilisateurs de SIPPOM seront d’abord les chercheurs, puisque ce modèle est destiné à tester des stratégies de production intégrée. Cependant, le modèle doit aussi pouvoir être utilisé dans le développement, comme outil de démonstration de l’efficacité de pratiques ou de combinaisons de pratiques. Ce constat a eu des conséquences pour la réflexion sur la structure de SIPPOM, en particulier pour le choix des sorties.
Quatre niveaux de stratégies de gestion ont été retenus comme devant pouvoir être simulés avec SIPPOM, correspondant aux étapes et caractéristiques du cycle épidémique de la maladie (Tableau 1.1). Le premier niveau consiste à limiter la taille des populations1 de L. maculans pendant le cycle cultural. Cela implique de limiter les infections primaires et de limiter la progression de l’infection, et donc les dommages causés. Elle fait appel au contrôle génétique (résistance spécifique pour limiter les infection primaires et résistances quantitatives pour limiter la sévérité de la nécrose), au contrôle chimique (traitement fongicide à l’automne), et au contrôle cultural (adaptation de la densité de semis et de l’apport d’azote organique avant semis pour agir sur la surface foliaire réceptrice de spores, date de semis pour éviter la concomitance entre les pics d’émission d’ascospores et la période de plus
Figure 1.2. Structure de SIPPOM
Génétique
Variété
Production inoculum primaire
Structure initiale populations pathogènes Travail du sol Climat Dispersion Climat Répartition spatiale des SDC Infection Variété Fongicides Climat Sévérité (note G2) Peuplement Climat Sol Variété Semis Azote Structure des Populations pathogènes Rendement
Coût des pratiques Prix de vente
“Marge brute”
Coût énergétique, traitements Coût environnemental
Ascospores (pathotypes)
Ascospores
parcelles
Etat Rendement accessible
Entrées Modules Variables
intermédiaires
résidus sur lesquels les ascospores sont produites, grâce au travail du sol. Ces deux premiers niveaux stratégiques sont raisonnés à l’échelle du cycle cultural et de la parcelle. Le troisième niveau stratégique consiste à limiter les flux de spores entre les parcelles de colza. Il nécessite de considérer des échelles régionales et pluriannuelles, et de raisonner les distances entre parcelles de colza d’une année à l’autre, donc les successions de cultures, ainsi que la répartition spatiale des parcelles de colza. Enfin, le dernier niveau stratégique consiste à limiter la pression de sélection exercée sur les populations pathogènes en adaptant la répartition spatiale et temporelle des gènes de résistance spécifique. Elle implique de considérer les différents pathotypes possibles et de prendre en compte les forces évolutives influençant la structure des populations de pathogènes, telles que la recombinaison, la sélection et la migration.
Afin de pouvoir simuler ces quatre niveaux stratégiques, SIPPOM est composé de 5 modules (Figure 1.2). Le premier module simule la production d’inoculum primaire, en prenant en compte les effets du climat sur la maturation des pseudothèces, et les effets du travail du sol sur l’enfouissement des résidus. Il est basé sur les modèles SimInoc (Schneider, 2005), et SimMat (Aubertot et al., 2006c). Le second module représente la dispersion : la libération des ascospores est déclenchée à chaque évènement pluvieux et les spores sont dispersées selon les caractéristiques du vent (orientation et vitesse). Ce module est adapté du modèle Anthracnose Tracer (Diggle et al., 2002). Le module peuplement végétal est basé sur le modèle Azodyn- rape (Jeuffroy et al., 2003) et simule l’état de la culture (surface foliaire (LAI : Leaf Area Index), biomasse et nombre de feuilles) au moment des infections primaires. Les entrées sont le climat (pluie, température, rayonnement global et évapotranspiration), les caractéristiques du sol et les pratiques culturales (date et densité de semis, azote organique avant semis). Ce module doit également permettre de simuler le rendement accessible, c'est-à-dire sans maladie. La quantité d’ascospores produites sur chaque parcelle source et dispersées dans la région est caractérisée par la fréquence de chaque pathotype. Le module génétique doit permettre d’évaluer la compatibilité entre les virulences des spores et les résistances spécifiques des variétés. Il doit également permettre de simuler la recombinaison. Finalement, le module infection permet de calculer un indice de sévérité de la maladie, la note G21, à partir
d’un nombre de macules, de la température et de la biomasse du couvert. Ce module est basé sur SimCanker (Aubertot et al., 2004c). L’effet de la résistance quantitative ainsi que des traitements fongicides doit également être pris en compte dans ce module. Enfin, la récurrence de la maladie d’une année à l’autre, c'est-à-dire la relation entre la sévérité de la maladie une année donnée et la quantité d’inoculum l’année suivante a été peu étudiée, quelle que soit la maladie considérée. La représentation de la récurrence dans le modèle a nécessité une expérimentation spécifique pour permettre la formalisation de cette relation.
Etant donné les objectifs de SIPPOM, plusieurs sorties ont été identifiées comme nécessaires pour comparer l’efficacité des scénarios de lutte testés avec le modèle (Figure 1.2). SIPPOM
Chapitre 1. Problématique
20 de rendement due au phoma (module infection) est la sortie « agronomique » de SIPPOM. Une sortie « économique » est calculée, et prend en compte de façon simplifiée le coût des pratiques mises en jeu et le prix de vente des cultures (nous appellerons cette sortie marge brute, même si la définition d’une marge brute ne correspond pas exactement à ce calculée par SIPPOM1). SIPPOM comporte deux sorties « environnementales », l’indice de fréquence de traitement (Champeaux, 2006) pour caractériser la pression de pesticides des stratégies, et le coût énergétique simplifié des stratégies. Enfin, une sortie « génétique » représente la structure des populations pathogènes (taille et fréquences de pathotypes). Les sorties sont calculées chaque année et pour chaque parcelle, et calculées à l’échelle régionale sur l’ensemble des années simulées.
4.
Plan de la thèse
La réflexion sur la conception du modèle, sur les modules existants et sur les sorties nécessaires, présentée dans ce premier chapitre, m’a permis d’identifier des manques de connaissance ou une absence de formalismes idoines : récurrence de l’épidémie entre deux années, prise en compte de la résistance quantitative, estimation du rendement accessible de la culture, formalisation des forces évolutives. Le deuxième chapitre de la thèse présente, d’une part, l’expérimentation et les analyses de données qui ont été réalisées pour combler les trois premiers manques, et, d’autre part, la réflexion qui a été menée aboutissant à la formalisation des forces évolutives représentées dans le modèle. Certains modules pré-existants ont été modifiés pour pouvoir être utilisés dans le cadre de SIPPOM. Ces modules, ainsi que les nouveaux modules ou parties de modules créés ont été assemblés et codés sous Mathematica 5.2® (Wolfram Research). Le troisième chapitre présente le formalisme de SIPPOM. Les hypothèses de simplification du système sont discutées. Une analyse de sensibilité du modèle a été réalisée pour évaluer la sensibilité du modèle aux variations des paramètres. Cette analyse de sensibilité est également présentée et discutée dans le chapitre 3. Afin de démontrer l’intérêt de SIPPOM, des exemples de simulations de scénarios de lutte sont présentés. Enfin, le dernier chapitre de la thèse est une discussion générale sur l’outil créé (intérêts et limites) et sur la généricité de l’approche.
1
La marge brute est égale au produit (rendement × prix de vente) diminué du prix des intrants (semences, fertilisation et traitements). La sortie économique de SIPPOM (Annexe 2) considère que le prix de vente ainsi que le prix des intrants est constant au cours des années de simulation. Seul le prix de la fertilisation azotée est introduit dans le calcul de la sortie économique. Le prix des semences est constant quelque soit la variété semée. Enfin, le coût de mécanisation (travail du sol, récolte épandage) est considéré dans le calcul de la sortie économique de SIPPOM, alors qu’il est normalement pris en compte dans le calcul de la marge semi-nette.