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Sélection statistique de variables pour une recherche participative à la ferme : cas du blé tendre (Triticum aestivum L)

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Academic year: 2021

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Texte intégral

(1)

HAL Id: hal-01210073

https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01210073

Submitted on 6 Jun 2020

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Sélection statistique de variables pour une recherche participative à la ferme : cas du blé tendre (Triticum

aestivum L)

Benjamin Negre

To cite this version:

Benjamin Negre. Sélection statistique de variables pour une recherche participative à la ferme : cas du blé tendre (Triticum aestivum L). 2013, pp.58. �hal-01210073�

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Ministère de l'agriculture et de la pêche

Montpellier SupAgro, 2, place Pierre Viala, Montpellier

Mémoire de fin d'étude pour l'obtention du diplôme d'ingénieur agronome de l'école de Montpellier

SupAgro

Sélection statistique de variables pour une recherche participative à la ferme : cas du blé

tendre (Triticum aestivum L)

Benjamin NEGRE

Maître de Stage : Élise Blanchet Tuteur enseignant : Jacques David

Année : 2012-2013

Option Production Végétale Durable

Stage réalisé à l'INRA de Rennes dans l'unité SAD Paysage

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Ministère de l'agriculture et de la pêche

Montpellier SupAgro, 2, place Pierre Viala, Montpellier

Mémoire de fin d'étude pour l'obtention du diplôme d'ingénieur agronome de l'école de Montpellier

SupAgro

Sélection statistique de variables pour une recherche participative à la ferme : cas du blé tendre (Triticum

aestivum L)

Benjamin NEGRE

Tuteur de Stage : Élise Blanchet Tuteur enseignant : Jacques David

Année : 2012-2013

Membres du Jury :

Président du jury : Aurélie Metay Rapporteur : Jean Claude Mouret Option Production Végétale Durable

Stage réalisé à l'INRA de Rennes dans l'unité SAD Paysage

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Remerciements

En premier lieux, je remercie Véronique Chable pour m'avoir accepté dans l'équipe « Diversité cultivée et recherche participative » et permis de réaliser ce stage.

Je tiens à remercier particulièrement Élise Blanchet, ma maître de stage, pour m'avoir encadré durant ces six mois et m'avoir donné de nombreux conseils pour la réalisation de mes analyses de données et la rédaction du rapport.

Une grande reconnaissance à Marie Gosme (Ingénieur agronome de l'INRA de Grignon et partenaire du projet SOLIBAM) qui m'a beaucoup aidé pour le choix et le fonctionnement des outils statistiques utilisés durant le stage.

Même si Estelle Serpolay (ingénieur agronome ayant travaillé sur le projet PaysBlé et SOLIBAM) n'était pas présente durant la totalité du stage, je la remercie pour l'aide qu'elle m'a apportée et les informations qu'elle m'a transmises au besoin.

Merci également aux nombreux stagiaires pour m'avoir encouragé dans les moments difficiles.

J'aimerais remercier aussi les agriculteurs pour leur accueil chaleureux et très instructif lors des « journées terrains ».

Enfin, merci à Marion d'avoir été présente tout le long du stage et de m'avoir soutenu dans les moments les plus difficiles.

(5)

Sommaire

Remerciements...3

Introduction...6

1 Étude bibliographique...7

1.1 Présentation du blé...7

1.1.1 Histoire de la sélection du blé...7

1.1.2 Enjeux économiques dans le monde...9

1.1.3 Les facteurs de la performance de la culture du blé...9

1.1.3.1 Structure du sol... 10

1.1.3.2 Accessibilité des éléments minéraux et hydriques...11

1.1.3.3 État sanitaire global de la culture...11

1.1.3.4 Compétition avec les adventices...12

1.1.3.5 Climat... 12

1.2 Historique du projet PaysBlé...13

1.2.1 La législation sur le blé...13

1.2.2 Système alternatif...14

1.2.3 Programmes de recherches PaysBlé / SOLIBAM...14

1.2.4 L’expérimentation à la ferme et la sélection participative, des méthodes de recherche innovantes...15

1.2.4.1 L'expérimentation à la ferme...15

1.2.4.2 La recherche participative...16

1.2.4.3 La sélection participative à la ferme...16

1.3 Analyses statistiques...17

1.3.1 Le package R ClustOfVar...17

1.3.2 La régression PLS...18

1.4 Objectifs du stage...18

2 Matériels et Méthodes...20

2.1 Dispositif Expérimental...20

2.1.1 Réseau expérimental...20

2.1.2 Plan d’expérience...21

2.2 Les mesures collectées...22

2.2.1 Les données climatiques...22

2.2.2 Mesures liées à la caractérisation de l'environnement des essais...23

2.2.2.1 Les données physico-chimiques du sol...23

2.2.2.2 Les adventices... 23

2.2.2.3 Les vers de terre... 23

2.2.2.4 L'activité biologique...23

2.2.2.5 Les pratiques agronomiques...23

2.2.3 Mesures de suivi du blé...24

2.2.3.1 Densité de blé après levée...24

2.2.3.2 Couverture du sol... 24

2.2.3.3 Biomasse de la culture et des adventices...24

2.2.3.4 Hauteur des épis... 24

2.2.3.5 Mycorhization... 24

2.2.3.6 État sanitaire du blé...24

2.2.3.7 Composantes du rendement...24

2.3 L'analyse des données...25

2.3.1 Jeu de données...25

2.3.2 Méthode suivie...26

3 Résultats...27

3.1 Classification des variables par le ClustOfVar...27

3.1.1 Variables phénotypiques...27

3.1.2 Variables environnementales...30

(6)

3.2 Comparaison des différentes PLS-R...32

3.2.1 PLS-R avec toutes les variables (1)...32

3.2.2 Choix des variables X' par COV puis PLS-R (2)...32

3.2.3 Choix des variables Y' par COV puis PLS-R (3)...32

3.2.4 Pouvoir explicatif...32

3.2.5 Représentation des variables sélectionnées selon les différents modèles...33

4 Discussion et Perspectives...35

4.1 Discussion de la méthode d'analyse...35

4.1.1 Utilisation de ClustOfVar...35

4.1.2 Utilisation de la PLS-R...35

4.1.3 Choix de la méthode statistique...36

4.1.4 Puissance statistique...36

4.2 Choix des variables environnementales...37

4.2.1 Variables environnementales écartées...37

4.2.1.1 Variables écartées par tous les modèles statistiques...37

4.2.1.2 Variables écartées par certains modèles statistiques...37

4.2.2 Variables conservées...38

4.2.2.1 Variables conservées par tous les modèles statistiques...38

4.2.2.2 Variables conservées après discussion agronomique...39

Conclusion partielle du choix des variables environnementales...40

4.3 Choix des variables phénotypiques...40

4.4 Limites de la sélection participative et pistes d'amélioration de l'organisation du travail...42

4.5 La recherche participative à la ferme : perspectives...43

Conclusion...45

Références bibliographiques...46

Table des annexes...50

(7)

Introduction

Depuis des siècles, les paysans ont entretenu la diversité des plantes cultivées et fait évoluer les semences selon leurs besoins et leurs terroirs. Aujourd'hui appelées

« variétés de pays », on les distingue des variétés modernes, à base génétique étroite, sélectionnées à partir des années 1950. La sélection moderne a été optimisée pour une agriculture ayant comme but de produire à des rendements élevés à l'aide de nombreux intrants, mais étant très dépendante de fait de l'industrie chimique et de grands groupes de recherche (privée ou publique) (Bonneuil & Demeulenaere, 2007).

Cette sélection a privilégié au fil du temps la production de semences homogènes et a entraîné une perte de la diversité inter-variété et intra-variété (Dawson et al., 2011).

De plus, la réglementation européenne et française est aujourd'hui un frein au développement des variétés paysannes (critères DHS1, VAT2). En effet si les variétés ne sont pas inscrites au catalogue officiel, les agriculteurs n'ont pas le droit de s'échanger ni de vendre leurs semences.

Des programmes de recherche participative, impliquant chercheurs et agriculteurs, se mettent en place depuis plusieurs années, afin d'offrir une réponse efficace aux besoins spécifiques et variés des agriculteurs en agriculture biologique, qui ne trouvent pas de variétés adaptées à leurs pratiques.

Le stage s'inscrit dans un de ces projets, qu'on appelle PaysBlé ; il a pour but de mieux comprendre les interactions entre différents types de variétés de blé tendre plus ou moins diverses génétiquement et les pratiques agricoles variées. L'hypothèse principale du projet est que la diversité au sein des cultures est un facteur d'adaptation et donc de stabilité du rendement. Le projet européen SOLIBAM3 explore cette hypothèse en intégrant la sélection et les techniques culturales pour développer la diversité de plusieurs espèces (grandes cultures et espèces légumières) dans plusieurs conditions agri-environnementales en Europe et en Afrique. Une large partie du projet est dédiée à des approches méthodologiques compte tenu du caractère exploratoire du sujet, et cherche à proposer des stratégies de recherche participative.

La mission qui m'a été confiée concerne une des approches méthodologiques sur le blé dans des conditions variées en Bretagne et en Pays de Loire. La mission est de tester différentes méthodes statistiques afin d'optimiser le nombre de variables collectées tout en gardant de la puissance d'analyse statistique. Elle est basée sur des données collectées dans le dispositif régional PaysBlé durant les deux saisons précédentes (2011 et 2012) et l'utilisation de deux outils statistiques séparément ou en combinaison : la PLS-R4 et le package R ClustOfVar (COV).

Dans un premier temps, une synthèse des recherches bibliographiques sur le blé, le programme de recherche et les outils statistiques utilisés sera expliquée.

Ensuite, nous présenterons la méthodologie utilisée puis les résultats des tests. Une discussion sur la comparaison des performances des différentes méthodes sera alors abordée pour choisir celle qui est la plus adaptée à ces données. Enfin, des perspectives d'améliorations pour les prochains projets seront proposées en fin de rapport.

1DHS =Distinction, Homogénéité, Stabilité. Une variété doit nécessairement remplir ces trois critères afin d'être inscrite au Catalogue Variétal des espèces et des variétés.

2VAT = Valeur Agricole et Technologique. Valable pour les inscriptions pour les grandes cultures.

3SOLIBAM : Strategies for Organic and Low-input Integrated Breeding and Management

4PLS-R = Partial Least Squares-Regression (Régression des moindres carrés partiels)

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1 Étude bibliographique

1.1 Présentation du blé

1.1.1 Histoire de la sélection du blé

La domestication du blé a commencé au Moyen-Orient dans le croissant fertile il y a environ onze mille ans. Elle se serait déroulée de manière indépendante dans différentes régions du croissant fertile, puis la culture du blé s'est disséminée progressivement vers l’Europe à l’Ouest et l’Asie à l’Est. Au cours de ces migrations dans les différentes aires géographiques, du fait de la sélection par les paysans, le blé a évolué et a été adapté à différents climats (notamment des climats plus froids dans les pays nordiques) (Bonjean, 2001).

Les pratiques de sélection effectuées depuis toujours par les paysans et la sélection naturelle due à leurs environnements ont créées pour le blé une grande diversité de formes et de caractères (sensibilité à la verse, résistance au froid, précocité de levée ou de maturité, résistance à diverses maladies, forte pression sur les adventices…) (Bioveg, 2010). De plus, depuis la domestication et jusqu’à l’ère industrielle (début du XIXe siècle), les paysans pratiquent traditionnellement la sélection massale5 sur les récoltes de l'année précédente (N-1). En terme de semences, les paysans ont l'habitude de produire leurs propres semences ou plants (et en quantité toujours suffisante pour réaliser le semis de l'année N), les adaptant ainsi à leurs climats, leurs pratiques et leurs sols (É. Demeulenaere & Bonneuil, 2010). En plus des auto-productions de semences, il y avait également beaucoup d'échanges au niveau local pour diverses raisons : lors de la perte d'une récolte qui entraînait une perte de semences pour l'année N, pour une régénération du pool génétique après dégénérescence des variétés ou encore pour un simple partage de variétés entre paysans.

C'est à partir du XIXe siècle que l'histoire de la culture du blé et de sa sélection a changé au profit de la sélection professionnelle. En effet, Louis de Vilmorin (1816-1860) démarra la sélection moderne en utilisant des méthodes d'hybridation et de sélection généalogique. Ces méthodes de sélection sont des outils pour recombiner et trier les paramètres de performances agronomiques des géniteurs parentaux qui semblent intéressants (fort rendement, résistance aux maladies, précocité...). Pour les espèces autogames, les sélectionneurs professionnels obtiennent par ces méthodes des lignées fixées au sein desquelles tous les descendants sont génétiquement identiques et reproductibles d’une génération à l’autre (« lignée pure »). Ce tournant s'est fait progressivement et ce, jusque dans les années 1950 (Bonjean, 2001). La création variétale, la production de semence, l’innovation variétale et la conservation des ressources génétiques se séparent alors de la production agricole : aujourd'hui seulement quelques grands groupes semenciers et organismes publics (INRA par exemple) sont capables financièrement de faire de la création variétale. Parallèlement, quelques petites sociétés familiales continuent de subsister, mais autour d'espèces maraîchères (Biogerm, Essem'Bio etc.)

C’est donc à partir des années 1950 que la sélection des variétés appelées

« modernes » s’accélère avec des variétés adaptées à une agriculture dite

« intensive » basée sur l’utilisation d’intrants de synthèse (herbicides, engrais, pesticides) et avec pour objectif premier d’augmenter les rendements en blé (Ceccarelli, 1994). En effet, les rendements de blé ont augmenté très rapidement

5 Technique consistant à sélectionner dans la récolte de l’année les épis et/ou grains jugés visuellement les plus intéressants.

(9)

entre 1956 et 1999 (augmentation d'environ 1,26 q/ha/an) (Bonjean, 2001) avec aujourd'hui un plateau (0,27 q/ha/an d'augmentation par an) (Chable & Berthellot, 2003). Ces variétés modernes sont par contre très peu adaptées aux pratiques des agriculteurs en Agriculture biologique ou en système de culture à bas niveau d'intrants, du fait de leur sélection en conditions conventionnelles (Bioveg, 2010).

Dans les années 70, la prise de conscience par certains de la perte que représente la disparition des variétés de pays (variétés adaptées à des petites régions, issues de sélection par les paysans depuis plusieurs millénaires) a conduit certains chercheurs, associations, paysans et amateurs à collecter les variétés de pays encore cultivées et à les stocker dans les banques de graines de l’État : elles représentent maintenant des ressources génétiques potentiellement utilisables pour la sélection. Par exemple, Gérard Doussinault, chercheur à l'INRA, a collecté entre 1965 et 1975 plus de 200 variétés de blé de pays (de la région de Redon en Ille et Vilaine) et les a classées par lieu de culture et par morphologie des épis au sens large (pilosité, couleur, compacité etc.) (Serpolay et al., 2011).

Une étude a estimé qu'aujourd'hui plus de 95% des fermes en Agriculture Biologique utilisent des variétés sélectionnées dans des conditions conventionnelles et pour des systèmes agricoles conventionnels à fort niveau d'intrants (Lammerts van Bueren et al., 2011) : elles ne sont donc pas forcément bien adaptées aux pratiques de l'agriculture biologique ou à des systèmes à faible niveau d'intrants. De plus, les paysans avec qui nous travaillons recherchent particulièrement des variétés adaptées à leur type de panification (au levain), ce qui n'est pas le cas des variétés issues de la sélection classique.

Enfin, aujourd'hui, les paysans mettent souvent à profit les mécanismes d'évolution des variétés lorsqu'ils ressèment leur propre récolte. Ils bénéficient en théorie des mutations favorables, apparues de manière aléatoire dans les champs : c'est l'utilisation de l'évolution dynamique des variétés (Calderini & Slafer, 1998;

Ladha et al., 2003).

Un point sur les variétés :

Tout d'abord, il est bon de savoir que les définitions du terme « variété » différent grandement entre les paysans et les organisations responsables des réglementations sur les semences. Selon le GNIS6, une variété est une population artificielle obtenue en vue de son usage en agriculture, reproductible, homogène et stable dans ses caractéristiques génétiques et distincte des autres variétés (GNIS, 2013) alors que pour les paysans du RSP une variété est une population sélectionnée naturellement et qui est reproductible et génétiquement plus ou moins hétérogène, lui conférant une plus grande capacité d'adaptation aux terroirs de chacun d'eux.

Depuis le XIXe siècle on distingue différents types de variétés cultivées selon qu'elles sont sélectionnées ou conservées par les agriculteurs ou les sélectionneurs et selon leur structure génétique. Le tableau 1 montre les différents types variétaux utilisés par les agriculteurs aujourd'hui. On y retrouve des variétés paysannes, des variétés lignées pures, des variétés de pays et des mélanges variétaux, présentant toutes des caractéristiques génétiques différentes et ayant des origines diverses. Nous développons ici le terme de « variétés paysannes », au cœur du sujet de ce mémoire.

Les variétés paysannes sont les variétés développées et gérées par les paysans eux-mêmes et qui ont été maintenues dans les fermes pendant plusieurs années. Elles sont donc en théorie, en partie adaptées à leur terroir. Elles incluent aussi les mélanges de variétés qui ont été cultivées et récoltées ensemble pendant plusieurs années qu’on appelle populations dynamiques du fait de leur évolution constante avec l'environnement et les pratiques de l'agriculteur.

6GNIS = Groupe National Interprofessionnel des Semences et des plants

(10)

TABLEAU 1: LES DIFFÉRENTES CATÉGORIES DE VARIÉTÉS ET LEURS CARACTÉRISTIQUES Type de variétés Origine de la

sélection Degré de diversité Caractéristiques Capacité

d'évolution Structure Variété paysanne

(Bocci, R. et al., 2010), appelée aussi variété de pays

Agriculteurs Base génétique large

Sélectionnée par l'agriculteur pour la capacité d'adaptation

Forte Population

Mélange variétal Professionnels Variétés à base

génétique étroite Mélange de variétés distinctes cultivées et récoltées ensembles.

Moyenne Lignées pures en mélange Population dynamique Agriculteurs Base génétique

large Les variétés et leurs proportions dans le mélange sont en constante évolution

Très forte Population ou lignées pures Variété moderne Professionnels Base génétique

étroite

Sélectionnée avec les critères de DHS.

Variété sélectionnée après 1950.

Faible -Lignée pure - Hybride -synthétique - Clone

1.1.2 Enjeux économiques dans le monde

La production mondiale de blé (tous blés confondus) est d’environ 681 millions de tonnes pour la saison 2008-2009 dont 38 millions de tonnes en France (FAOSTATS, 03/2011). La culture de blé (environ 225 millions d'hectares) est la quatrième culture mondiale derrière la canne à sucre, le maïs et le riz. La moitié de la production mondiale est réalisée par cinq pays : la Chine (16,9%), l'Inde(11,8%), la Russie (9,1%), les États-Unis (8,8%) et la France (5,6%)}.

Le blé tendre représente environ 95% de la production mondiale de blé (Peng et al., 2011).

En France, le blé tendre représente environ 36 millions de tonnes, soit 26 % de la production européenne (Source FranceAgriMer – Marché des Céréales – Avril 2010, reprenant les statistiques du CIC).

En agriculture biologique, la production de blé tendre représentait pour la même année (2009-2010, FranceAgriMer) 0,13 % de la production nationale (soit 51 000 tonnes).

1.1.3 Les facteurs de la performance de la culture du blé

Au cours du projet SOLIBAM, de nombreuses variables ont été mesurées chez les paysans intégrés dans le projet pour mieux caractériser leurs environnements. Ces mesures ont été collectées parce qu'elles ont des influences connues à différents stades du cycle du blé et sur la culture (composante du rendement, implantation du blé, concurrences, accès aux ressources minérales et hydriques). Elles peuvent aider à mieux comprendre les interactions qui existent entre les différentes variétés et leurs environnements, et de les caractériser.

On peut distinguer sur la frise ci-dessous (Figure 1) les différents groupes de variables (représentés en vert) en parallèle des stades clés du blé.

(11)

1.1.3.1 Structure du sol

Les variables qui sont indicatrices de la structure du sol sont importantes pour le blé au niveau de son enracinement (Brisson et al., 2010) et donc indirectement du potentiel d'exploration de son système racinaire. De plus, la structure du sol a également un impact non négligeable sur la quantité d'eau disponible par la plante.

(Katou, Miyaji, & Kubota, 1987). Les sous-variables que l'on mesure qui ont une influence particulière sur la structure du sol sont les suivantes :

- Texture du sol (pourcentage d'argile, de sable et de limon) ;

- Activité biologique : L'analyse de l'activité biologique se fait en mesurant l’activité enzymatique du sol (la phosphatase alcaline) (brevet déposé par C. Bourguignon, 1989). Elle est exprimée en microgramme de phosphonitrophénol (produit de la réaction) / heure / gramme de sol sec. La référence pour cette analyse est l’activité biologique d'un sol forestier. Cette mesure est importante car une forte activité biologique permet de mieux réguler les maladies et d'obtenir une meilleure minéralisation de la matière organique ;

- Travail du sol (profondeur) : la profondeur du travail a un effet sur la flore adventice présente dans la parcelle (sélection des adventices, diminution l'année N de la pression en adventices). De plus, un travail profond peut avoir un impact négatif (tassement, motte, semelle de labour...) sur le cycle de la culture s'il est fait dans de mauvaises conditions météorologiques (terrain trempé ou trop sec) et diminue l'accès des plants de blé aux ressources du sol ;

FIGURE 1: REPRÉSENTATION DU CYCLE DU BLÉ (STADES, GRANDES PHASES ET COMPOSANTES DU RENDEMENT) ET DES GROUPES DE VARIABLES ENVIRONNEMENTALES.

A PARTIR DE LA SOURCE : ESA (MODULE : FILIÈRE ET QUALITÉ DES PRODUCTIONS VÉGÉTALES), 2013, COMMENT CONCILIER GESTION DE LA QUALITÉ ET ENJEUX ENVIRONNEMENTAUX AU SEIN DU BASSIN D’APPROVISIONNEMENT D’UNE COOPÉRATIVE ? CAS DE LA COOPÉRATIVE DE PUISEAUX

(12)

- Vers de terre (Bonneuil, C & Demeulenaere, 2007) : il a été démontré l'importance des vers de terre dans la structure et la qualité des sols. Les vers de terre sont considérés aujourd'hui comme « les ingénieurs du sol ». Il a été choisi d'étudier les vers de terre (âge, type et quantité) sur les parcelles expérimentales dans le but de comprendre s'il y a un lien important entre les pratiques de travail du sol (labour, semis-direct, travail simplifié), la structure de la communauté lombricienne et l'activité biologique. Les différentes catégories écologiques de vers de terres sont les suivantes (du sol profond à la surface du sol) (Lamandé et al., 2004) :

- Les vers endogés (3-16cm) ; - Les vers anéciques (10-100cm) ; - Les vers épigés (1-5cm).

1.1.3.2 Accessibilité des éléments minéraux et hydriques

Les paramètres concernant les éléments minéraux sont importants pour la croissance globale de la plante et régissent en partie les performances agronomiques du blé au niveau des composantes du rendement final suivant l'importance des déficiences minérales ou hydriques (Cakmak & Yazici, 2010; David, et al., 2004; Schachtman et al., 1998). Les minéraux sont utiles pendant tout le cycle mais tout particulièrement durant les phases du tallage et de la floraison car il y a une forte croissance de la biomasse (feuille/tige ou grain) (Bonneuil, C. &

Demeulenaere, 2007). Les variables indicatrices de la disponibilité en éléments minéraux et hydriques sont les suivantes :

- Teneur en matière organique du sol (en pourcentage) ;

- Capacité d'échange cationique : C'est la taille du réservoir en élément nutritif. Cette mesure est indicatrice de la quantité accessible par le plant de blé ;

- Teneur en éléments minéraux (phosphore, oxyde de phosphore, calcium, oxyde de potassium etc.) ;

- Le pH ;

- Présence d'association culturale : La présence d'association culturale peut améliorer ou défavoriser la culture suivant l'espèce associée (par exemple pour la verse). La féverole permet dans certains cas de maintenir les cultures de blé ancien à très haute paille et de diminuer le risque de verse (« dire de paysans »). De plus, lorsque l'association est une légumineuse, celle-ci apporte en quantité relative de l'azote au sol (rhizodéposition) via la fixation d'azote atmosphérique ce qui constituerait un plus pour l'accès à la ressource azotée du sol notamment pour le remplissage du grain (Hauggaard-nielsen et al., 2008).

- Type de la roche mère : Il a une influence dans la composition minérale du sol et la rapidité de minéralisation car le pH (facteur de la minéralisation) de la solution du sol varie selon le type de la roche mère ;

- Potentiel du sol ;

- Présence de fertilisation et « note de l'apport précédent » : ces paramètres font partie des principaux facteurs de la croissance du blé et ont un impact indirect sur sa production. Certaines composantes du rendement sont dépendantes de l'accès aux nutriments à certains stades clés (tallage et montaison pour le remplissage du grain par exemple). Par exemple, les plants de blé ont des besoins très importants en nutriments entre le stade tallage et la floraison, c'est à cette période que se décide le potentiel maximal de rendement.

1.1.3.3 État sanitaire global de la culture

L'état sanitaire peut influencer la croissance du blé par une réduction de la photosynthèse en cas d'une trop forte pression des maladies cryptogamiques (fusariose, piétin-verse, carie, septoriose etc.) et peut entraîner une diminution de

(13)

production en grain et en paille (Dexter, 2004). De plus, il peut y avoir une perte supplémentaire en grain liée à sa qualité jugée trop mauvaise pour une utilisation en panification. Le moment où les maladies sont les plus actives se situe après tallage, lorsque les températures et l'humidité sont optimales pour leur développement. Les indicateurs utilisés dans le projet pour caractériser cet état sanitaire sont les suivants :

- La présence d'un traitement des semences ;

- Le risque d'asphyxie : Il est souvent lié en Bretagne à un excès d'eau, au manque de drainage et aux sols très argileux. C'est un paramètre important dans le développement du blé et des plantes en général car lorsque le plant manque d'oxygène ses métabolismes (de respiration) sont affaiblis : la plante est plus sujette aux maladies et aux ravageurs. Elle peut donc être impactée au niveau de certaines composantes du rendement suivant le stade durant lequel il y a asphyxie (Morard et al., 1996) ;

- L'historique de la parcelle (les précédents culturaux et le temps de retour du blé) ; - Les analyses de carie et et les indices de verse ;

- La note d'état sanitaire par bande et par épi (noirceur due aux champignons).

1.1.3.4 Compétition avec les adventices

En ce qui concerne les adventices, une trop forte pression est souvent un frein au bon développement du blé (spécialement au niveau du tallage et de la montaison car c'est un stade critique pour le futur potentiel de rendement) et à une bonne production du fait de la compétition inter-spécifique qu'elles entraînent au niveau minéral et hydrique ; c'est pour cela qu'il est très utile d'analyser leur importance et leur diversité (Santín-Montanyá et al, 2013). Ce paramètre est particulièrement important en agriculture biologique où l'usage d'herbicides chimiques est interdit. Les variables à ce propos sont les suivantes :

- Les indicateurs de Shannon, de Simpson, et de richesse spécifique sont de bons indicateurs de la diversité en adventices du sol et de la stabilité structurale d'un sol (en sol déstructuré, la diversité en adventices est moindre et quelques espèces prennent le dessus sur les autres) (Santín-Montanyá et al., 2013) ;

- Le nombre d'adventices au tallage et l'importance des graminées ;

- L'identification des adventices et la proportion de graminées au stade deux nœuds et à maturité ;

- La biomasse des adventices au stade deux nœuds et à maturité ;

- La date, la densité et le type de semis : ces paramètres influencent la germination du blé (selon les conditions dans lesquelles le semis est effectué) et la répartition des plantules dans l'espace. Le nombre de plants en sortie d'hiver peut donc être différent selon les paramètres de semis, d'où une différence en fin de cycle pour les composantes du rendement ;

- Les pratiques de désherbage ;

- Le précédent cultural (prairie, céréale etc.) ;

- L'indice de salissement des bandes (quantité visuelle d'adventices) : c'est un indicateur judicieux car selon l'intensité de salissement d'une parcelle, la compétition au niveau de la lumière, et des ressources hydriques et minérales est plus ou moins forte. La production peut être dans certains cas (où il n'y a pas de désherbage en plus du travail du sol) très impactée (baisse de la biomasse totale).

1.1.3.5 Climat

Enfin, le climat (la température et la pluviométrie) est un paramètre important à prendre en compte car il a une influence forte sur l'ensemble du cycle avec plus d'impact à l'automne lors de la levée et entre le tallage et la floraison car c'est le

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moment où la biomasse est le plus en expansion et définira en partie le rendement potentiel du blé (Cakmak & Yazici, 2010; David, Jeuffroy, Recous, & Dorsainvil, 2004;

Schachtman, Reid, & Ayling, 1998). En plus de la température et de la pluviométrie, la présence d'accidents climatiques durant le cycle du blé (gel important, neige, sécheresse) est pris en compte pour mieux comprendre les raisons et les origines d'une mauvaise récolte.

1.2 Historique du projet PaysBlé 1.2.1 La législation sur le blé

Parallèlement à la montée des préoccupations autour des problèmes environnementaux tels que l’érosion de la diversité cultivée, et la réhabilitation de la conservation à la ferme comme moyen de conservation-création de biodiversité, la propriété des semences s’impose dans un autre domaine : celui de la défense des agriculteurs face au durcissement de la propriété intellectuelle sur les innovations variétales.

En effet, les variétés de blé sont inscrites au Catalogue officiel des espèces et des variétés depuis 1933 (Gracien & Pelletier, 2006) celui-ci étant géré par le Comité de contrôle des semences. Ce catalogue a été créé pour lutter contre les fraudes, les difficultés rencontrées lors des ventes de semences (la variété obtenue ne correspondant pas à la variété commandée), le mécontentement des agriculteurs vis à vis d'une variété, etc. Il permet aussi de contrôler qu'il n'y ait pas plusieurs noms pour une même variété commercialisée et qu'il n'y ait pas différentes variétés vendues sous le même nom.

Le décret du 11 Juin 1949 a interdit toute commercialisation de variétés non inscrites au catalogue officiel (les variétés non inscrites pouvant être cultivées mais non commercialisées, échangées ou données). Ce frein pour les agriculteurs est largement renforcé du fait que l'inscription d'une variété au catalogue officiel est autorisée uniquement si elle suit la triple condition de DHS. Pour être cataloguées, une variété doit être testée par le GEVES7 et remplir les conditions de DHS. Si c'est une espèce de grandes cultures elle doit remplir en plus les conditions de VAT. La VAT impose que la variété nouvellement inscrite apporte un progrès agronomique et/ou technologique (potentiel de rendement amélioré, panification, protéines, maladies etc.) et plus récemment un progrès environnemental avec l'arrivée du VATE8.

Parallèlement, le CTPS9 qui supervise l'intégralité du processus de production des semences, de la sélection jusqu'à la distribution à travers la gestion du catalogue officiel est essentiellement composé de représentants des semenciers, des AMS10 (Agriculteurs Multiplicateur de Semences) et des membres de l'inter-profession (le GNIS, et le GEVES). Tout cela fait que le rapport de force est aujourd'hui plutôt tenu par des groupes défendant le système actuel de réglementation.

Enfin, tous ces freins à la libre circulation ont poussé de nombreux agriculteurs à s'organiser en association (Réseau Semences Paysannes, Triptolème, les Croqueurs de carottes, Kokopelli, la Coordination Nationale de Défense des Semences de Ferme etc.) pour obtenir la reconnaissance des variétés sélectionnées

7GEVES = Groupe d'Etude et de contrôle des Variétés Et des Semences

8VATE = Valeur Agricole, Technologique et Environnementale

9CTPS= Comité Technique Permanent de la Sélection

10AMS = Agriculteurs Multiplicateur de Semences

(15)

et entretenues par les agriculteurs eux mêmes (Dupuy, 2012). Ces agriculteurs se revendiquent aujourd'hui « paysans », marquant une opposition avec le terme

« exploitants agricoles » qui lui renvoie plutôt à une organisation productiviste et très utilitariste de la terre (Ali Brac de la Perrière et al.,2011).

1.2.2 Système alternatif

Aujourd’hui, à une échelle assez large (nationale voire internationale), de nombreux réseaux d'agriculteurs, coordonnant différentes associations en France et en Europe, se créent pour faire face à un manque de variétés adaptées à leurs besoins et aux pratiques de l'agriculture biologique ou de l'agriculture à faible niveau d'intrants, comme le Réseau Semences Paysannes (RSP) (France), la Red de Semilla (Espagne), la Rete Semi Rurali (Italie) ou encore l'Arche de Noah (Autriche) (Bocci et al, 2009). Ces associations ont pour but de favoriser la dissémination d'informations, de connaissances et de pratiques (notamment entre les agriculteurs).

Ces associations nationales font parties elles-aussi de réseaux internationaux plus larges (International Trade Centre IT, Genetic Ressources, Via Campesina, Reclam the field, Slow Food etc.).

En Bretagne et en région Pays de la Loire, des « paysans-boulangers 11» se sont regroupés autour d’une association d’agriculteurs, Triptolème (faisant partie du Réseau Semences Paysannes) pour mettre en commun leurs expériences autour de la panification, travailler et étudier la biodiversité cultivée au sens large. Elle a pour but, entre autres, de développer l'autonomie semencière des agriculteurs adhérents (Dawson et al., 2011). Les paysans-boulangers de Triptolème ont d’ailleurs été parmi les premiers à s’engager dans la création de variétés paysannes à la fin des années 90. Ils cherchaient à améliorer la qualité de leurs blés (bonne qualité des glutens, qualités nutritionnelles et gustatives) pour panifier au levain12 traditionnel (Demeulenaere et al., 2008). Une étude a d'ailleurs montré que la panification au levain traditionnel permettrait de réduire les intolérances au gluten (aujourd'hui en recrudescence) (Beaudouin et al., 2007; Cagno et al., 2004). L'utilisation des variétés modernes n'est pas adaptée aux consommateurs puisque les glutens sont réputés être moins digestes et plus pauvres en protéines (Le Buanec, 1997).

Triptolème travaille également sur des projets de recherche participative permettant de lier deux groupes aujourd’hui peu en interaction : les paysans et les chercheurs. Lorsque les projets sont organisés en collaboration directe entre les paysans et les chercheurs, les paysans attendent de ces derniers des retours d'expériences sur les résultats de leurs propres essais mais également de ceux des autres paysans : différences entre variétés pour différents paramètres (rendement, panification, protéines, désherbage, etc.), différences entre les types de variétés (variétés modernes, populations dynamiques, mélange de populations, composite cross population, etc.). C’est notamment le cas du projet PaysBlé (Cf explications dans la partie 1.2.3.)

1.2.3 Programmes de recherches PaysBlé / SOLIBAM

PaysBlé est un projet de recherche participative régional à l’initiative de Triptolème et de l'unité de recherche SAD13 Paysage de l'INRA de Rennes. Il est

11Paysans-boulangers : Agriculteurs combinant la production du blé tendre et sa panification

12Levain : levure naturelle obtenue par symbiose entre des bactéries lactiques et des Saccharomyces cerevisiae

13SAD = Science pour l'Action et le Développement

(16)

financé par le Conseil Régional de Bretagne au travers du programme ASOSC14 avec pour objectif de rapprocher la société civile et la science. Ce projet comprend également d’autres partenaires comme l’Université Rennes 1, Kaol Kozh (association travaillant sur le développement de la biodiversité en Bretagne), l'Inter Bio Bretagne (IBB) et la Fédération Régionale des Agriculteurs biologiques de Bretagne (FRAB) (Serpolay, 2011).

Ce projet vise à étudier l'intérêt des variétés de blé à large base génétique (par rapport aux variétés « modernes » à faible base génétique) à travers des essais situés dans des environnements contrastés en terme de pratiques agricoles, de conditions pédo-climatiques etc. Le projet consiste essentiellement à une étude méthodologique avec trois cas très contrastés de ces variétés et évaluées sur différents niveaux (production agronomique et panification).

Le projet PaysBlé, aujourd’hui terminé, est prolongé grâce au financement d’un autre projet plus vaste : SOLIBAM15. C'est un projet européen qui a pour objectif général de développer des stratégies intégrant la création variétale et l’innovation en matière d’itinéraires techniques adaptés à l’agriculture biologique et à une agriculture à faible niveau d’intrants.

L’hypothèse centrale de SOLIBAM est que l’augmentation de la diversité génétique au sein des variétés de blé est un atout fondamental pour l'adaptation du blé face à l’hétérogénéité des conditions environnementales des différentes fermes16 dans l’espace et également dans le temps : les variétés hétérogènes génétiquement s'adapteraient plus rapidement que les variétés lignées pures (Becker et al., 1988 ; Ceccarelli, 1994 ; Finckh, 2008). De plus, les avantages agronomiques de la diversité intra-variétale seraient une meilleure stabilité de la résistance aux maladies et une réduction de la sévérité de la maladie (Finckh, 2008). En effet, dans le cas de l'arrivée d'une maladie dans une parcelle de blé, l'hétérogénéité des individus permettrait d'éviter que tous les plants soient affectés. L'année suivante, les épis les plus résistants à cette maladie seront plus nombreux dans la population. Cependant, l'agriculteur peut également retrouver à terme des critères non souhaités dans sa population (par exemple des individus trop hauts, augmentant le risque de verse) 1.2.4 L’expérimentation à la ferme et la sélection participative, des méthodes de

recherche innovantes

1.2.4.1 L'expérimentation à la ferme

Le projet PaysBlé-SOLIBAM a aussi comme objectif de mettre en place une organisation de recherche scientifique innovante : « l’expérimentation à la ferme ».

L'expérimentation à la ferme est un type de recherche réalisée directement dans les champs des agriculteurs (à la différence de la recherche en station).

Ces dernières décennies, la recherche s’est focalisée sur des essais en station afin de minimiser la variation due aux effets « environnementaux » (É.

Demeulenaere & Bonneuil, 2010) et d’obtenir des résultats « toute chose égale par ailleurs ». Ces expérimentations en station sont généralement réalisées en l'absence de participation des agriculteurs et sans partir des questionnements formulés par les agriculteurs travaillant en agriculture biologique. En effet, même si il y a des représentants des agriculteurs dans ces filières, la diversité des types d'agriculture

14ASOSC = Action pour l’Appropriation SOciales des SCiences

15 SOLIBAM (Strategies for Organic and Low Input Integrated Breeding and Management, FP7 KBBE-245058)

16Ferme : Terme similaire à « exploitation agricole » utilisée par les paysans

(17)

n'est pas toujours représentée au mieux (ce sont souvent des représentants demandant des sélections amenant à l'intensification de la production et à l'augmentation du rendement).

Ces expérimentations en station permettent de mesurer plus précisément les effets « génotypiques » et d'identifier les variétés les plus adaptées à un environnement contrôlé. Cependant, la sélection effectuée en station de recherche a tendance à privilégier les variétés à large spectre d'adaptation (bons rendements dans une grande gamme d'environnements (Toomey, 1999). Pour cela, les environnements sont standardisés à l'aide d'intrants chimiques (Bonneuil, C., Deulenaere, 2007). Ces expérimentations ne sont donc pas bien adaptées à des paysans qui travaillent sans pesticides, herbicides, et engrais chimiques qui serviraient à tempérer les hétérogénéités du sol. Or, les paysans travaillant en agriculture biologique peuvent moins standardiser leurs environnements, et cherchent des variétés qui valorisent le mieux possible leurs conditions. C'est pourquoi la sélection en station de recherche ne leur convient plus toujours.

1.2.4.2 La recherche participative

Le projet SOLIBAM intègre de la recherche dite « participative » qui permet d'impliquer davantage les agriculteurs dans les essais expérimentaux et d'obtenir des résultats qui correspondent davantage aux conditions environnementales réelles et à leurs pratiques.

La recherche participative comporte différents niveaux de participation des agriculteurs pour les expérimentations à la ferme qui va de la simple information aux agriculteurs des évolutions de l'expérience (implication passive) et donc d'ordre consultatif jusqu'à à la prise en main complète de l'expérience : les décisions étant prises par les agriculteurs de manière indépendante des institutions externes (INRA, instituts techniques, CIVAM...) (implication très active). Serpling a décrit les différents niveaux de recherche participative selon divers critères (étape de participation, degré d'implication, et rôle des différents acteurs dans le projet) (Sperling et al., 2001)).

Notre projet de recherche se situerait plutôt au niveau « collaboratif » puisque les agriculteurs ont été très impliqués dans l'organisation et le choix des questions et du protocole suivi mais peu dans le suivi des essais. Le niveau « collaboratif » signifie que les agriculteurs partagent dans le projet certains objectifs avec les chercheurs.

1.2.4.3 La sélection participative à la ferme

Le projet mené par l'équipe du SAD Paysage englobe les deux parties précédentes (1.2.4.1 et 1.2.4.2) puisque les essais expérimentaux sont réalisés chez les producteurs et avec leur implication, dans le but de créer de nouvelles variétés de blé tendre adaptées à leurs pratiques : c'est de la sélection participative. Selon le RSP, ce type de sélection est plus approprié aux besoins des agriculteurs en agriculture biologique que la sélection moderne puisque la réflexion est multidisciplinaire (chercheurs, nutritionnistes, citoyens, agriculteurs) et prend vraiment en compte les besoins des paysans ainsi que leurs questionnements sur le thème génétique (quelles variétés utiliser, utiliser les variétés en mélange, en association culturale) ou technique (densité et date des semis, travail du sol etc.).

Finalement, le but est d'essayer de prendre en compte au mieux la réalité des conditions culturales des parcelles des paysans (conditions pédo-climatiques, pratiques agricoles, choix culturaux, accidents climatiques ou culturaux, et conditions de panification) pour mieux répondre à leurs questionnements (Halewood et al., 2008). Le projet de recherche PaysBlé-SOLIBAM est assez innovant puisqu'il vise à étudier dans des environnements contrastés, différentes structures variétales de blé

(18)

tendre et ce avec la participation des agriculteurs (lors de l'élaboration des conditions de l'expérimentation, du protocole, et lors du choix des variétés testées).

Par ailleurs, d'autres expériences scientifiques participatives ont été menées pour étudier la pertinence de différents types de sélection (gestion à la ferme, sélection massale visuelle...) sur l’adaptation des cultures, la conservation et l'amélioration des plantes cultivées, comme l'étude faite sur les lentilles par (Horneburg & Becker, 2008 ; De Vita et al., 2010).

1.3 Analyses statistiques

Nous avons utilisé durant ce stage deux outils statistiques, que nous présenterons dans cette partie : le package R « ClustOfVar » (COV) et la PLS-R (régression des moindres carrés partiels).

1.3.1 Le package R ClustOfVar

L'outil ClustOfVar est un package de R (le logiciel de statistique utilisé lors de ces travaux) qui a été développé en 2012 pour les cas présentant des problèmes de classification des variables (Chavent & Kuentz, 2012). ClustOfVAr sera utilisé ici pour réduire une première fois le nombre de variables.

Il permet de différencier l'ensemble des variables en différentes classes de variables qui sont liées et redondantes (ayant le même comportement statistique) que l'on appelle « Cluster ». Les variables utilisées pour l'analyse peuvent être quantitatives et/ou qualitatives. L'indicateur utilisé pour les différencier sera le

«squared loading », qui est pour une variable le carré de sa corrélation linéaire avec la variable synthétique de la classe dans laquelle elle se trouve. La variable synthétique est la première composante principale obtenue avec la méthode PCAMIX (méthode statistique adaptée à un mélange de données qualitatives et quantitatives) (Kiers, 1991). Trois algorithmes (CLV de Vigneau et Qannari, Diametrical Clustering de Dhillon et la méthode de la vraisemblance du lien de Lerman) sont utilisés pour le fonctionnement de ClustOfVar.

Dans un premier temps, une fonction du package (« plot.hclustvar ») permet de visualiser le dendrogramme des hiérarchies indiquant les différents regroupements de variables.

Ensuite, afin de choisir le nombre de « clusters » (à quelle hauteur est coupé le dendrogramme), il est utilisé une fonction de ClustOfVar («stability») afin de calculer la pertinence des différents partitionnements du dendrogramme. On obtient la pertinence (ou stabilité) du partitionnement en fonction du nombre de classes choisies.

Ensuite, pour chaque cluster, nous choisirons la variable qui a le plus fort

« squared loading » (carré de sa corrélation linéaire) et également les variables qui ont des « squared loadings » faibles (<0,50) pour réduire une première fois le nombre de variables. Le seuil de 0,5 a été choisi pour prendre en compte les variables qui se sont néanmoins retrouvées dans des groupes (avec des corrélations faibles) et dans le cas où elles pourraient quand même influencer les performance de la culture.

Nous ferons ensuite des analyses PLS-R avec ces variables sélectionnées pour savoir quelles variables environnementales ont un fort pouvoir explicatif des variables phénotypiques Y.

(19)

1.3.2 La régression PLS

Historiquement, le modèle PLS est né de l'algorithme NIPALS (Nonlinear estimation by Iterative Partial Least Squares) et a été développé par Wold (H. Wold, 1966) pour l'analyse en composantes principales. Le but de la régression PLS est de prédire de nombreuses variables dépendantes Y à partir d'une très large gamme de variables indépendantes X. Elle est particulièrement adaptée lorsque l'on a des variables explicatives très corrélées les unes par rapport aux autres (Abdi, 2001 ;P Leterme and H Manichon, 1994). PLS signifie « Partial Least Squares » car le calcul des coefficients de régression est basé sur une régression des moindres carrés. La régression PLS est considérée comme une combinaison de la régression multiple et de la régression sur composante principale. Cette méthode initialement utilisée dans les sciences sociales (économie, sociologie, etc. (Wold, 2001)) connaît ensuite un succès dans le secteur de la chimiométrie puis dans la bio-informatique, l'imagerie médicale, ou la génomique (Tenenhaus, 1998).

Pour l'utilisation de l'analyse statistique PLS-R, les tableaux de données prendront la forme suivante (Cf. Tableau 2 et 3) :

- Les variables explicatives X pour les variables environnementales (qui regroupent les variables concernant le sol biotique et abiotique, les pratiques agricoles et le climat) sont représentées dans les colonnes d'un premier tableau (Cf Tableau 2) et les lignes correspondent à chaque essai.

- Les variables à expliquer Y (les variables phénotypiques du blé et les variables technologiques pour la panification) sont représentées dans les colonnes du second tableau (Cf. Tableau 3), et les lignes correspondent à chaque essai.

Remarque : Pour les variables environnementales, nous avons transformé les variables qualitatives en variables quantitatives, on a donc dans les tableaux de résultats les différentes réponses possibles pour chaque variable qualitative.

X

1.4 Objectifs du stage

La problématique générale du stage est centrée sur une approche méthodologique pour aider à la compréhension des interactions entre différentes variétés de blé tendre et différents environnements dans le cadre d'un programme de sélection participative et d'expérimentations à la ferme. L’objectif est d'optimiser la démarche méthodologique pour évaluer les performances des variétés dans des conditions diversifiées (conditions environnementales et pratiques culturales). Par exemple il s'agit d’identifier parmi les variables d’environnements mesurées (climat, caractéristiques organo-minérales, structure du sol, vie du sol, pratiques agricoles etc.) lesquelles sont les plus explicatives de variations phénotypiques du blé (rendement, taux de protéines, biomasse du grain et de la paille etc.) pour chaque variété de blé testée. Les variétés mises en expérimentation ont été choisies de

TABLEAU 3: ORGANISATION DES DONNÉES POUR L'UTILISATION DU MODÈLE STATISTIQUE PLS (DONNÉES PHÉNOTYPIQUES)

Variables à expliquer Essais

Variable 1 Variable 2

Parcelle 1 (Paysan 1)

Données Parcelle 2 (Paysan

2)

TABLEAU 2: ORGANISATION DES DONNÉES POUR L'UTILISATION DU MODÈLE STATISTIQUE PLS (DONNÉES ENVIRONNEMENTALES)

Variables explicatives Essais

Variable 1 Variable 2

Parcelle 1

(Paysan 1) Données Parcelle 2

(Paysan 2)

(20)

façon à maximaliser les différences et représenter trois situations différentes de diversité intra-variétale. Nous utilisons les deux extrêmes des types variétaux (lignée pure et population dynamique) et un intermédiaire (population de pays) (Voir les différentes variétés étudiées en Partie 1.1.1).

Les résultats du projet s'appliqueront à deux niveaux : (1) aux paysans, afin de déterminer les leviers d’actions/marges de manœuvre (itinéraire technique, variétés utilisées, rotations) pour améliorer les qualités souhaitées du blé (rendement, résistance à la verse, taux de protéines, qualité des glutens, qualité gustative et nutritionnelle etc.) et (2) aux chercheurs impliqués pour optimiser la démarche participative et pour l’étendre à davantage de génotypes et de sites d’expérimentation, en réduisant les paramètres suivis tout en gardant des analyses pertinentes.

Mon stage devra donc contribuer à répondre à deux questions :

− Quelle méthodologie statistique est la plus appropriée pour analyser les données issues de PaysBlé/SOLIBAM ?

− Quels paramètres (environnementaux et phénotypiques) sont les plus pertinents à mesurer dans le cadre du projet SOLIBAM ?

Pour répondre à ces questions, la démarche se divise en deux parties : d’une part le développement de méthodes statistiques adaptées aux données PaysBlé à partir des années 2011 et 2012, et d’autre part une première analyse des résultats obtenus avec ces méthodes statistiques. Pour cela nous utiliserons les deux méthodes statistiques (ClustOfVar et PLS-R) (Cf. Partie 1.3).

(21)

2 Matériels et Méthodes

2.1 Dispositif Expérimental 2.1.1 Réseau expérimental

Huit paysans volontaires, participant du projet PaysBlé-SOLIBAM et membres de l'association Triptolème ont mis en place les parcelles d'essai depuis 2009 (culture du blé tendre). Ces paysans sont situés dans le quart Nord-Ouest de la France, dans les régions Bretagne et Pays de la Loire et dans cinq départements (I'Ille-et-Vilaine, le Morbihan, la Loire-Atlantique, le Maine et Loire et la Sarthe). Les paysans participants pour les trois années du projet sont représentés dans le tableau 4 ci-dessous.

TABLEAU 4: LOCALISATION ET PARTICIPATION DES PAYSANS DURANT LES TROIS ANNÉES D'EXPÉRIMENTATION X = PRÉSENCE DE L'AGRICULTEUR ET /X = PRÉSENCE DE L'AGRICULTEUR MAIS L'ESSAI N'EST PAS ARRIVÉ À TERME.

Département 2011 2012 2013

DH 72 x x x

FM 49 x x x

GS 35 x x x

JPC 35 x

PT 56 x x x

NS 35 x /x

JB 56 x x

VC 56 x

Dix huit essais avaient été initialement prévus dans le projet (six par année), mais certains ont du être abandonnés du fait de trop grands dommages sur les parcelles (maladies, ravageurs,...). De plus, certains agriculteurs n'ont pas participé aux trois années pour des raisons personnelles et techniques (terrain trop riche pour expérimenter des variétés paysannes, ou manque de temps pour travailler sur les essais...). Les semences pour les essais sont récupérées chez un des paysans du projet (FM) et lorsque cela est possible, les paysans réutilisent leurs propres récoltes pour l'année suivante. Lorsque ce n'est pas possible, les semences sont récupérées chez le paysan le plus proche.

Les trois variétés utilisées dans chaque essai sont les suivantes :

− Une variété moderne : la variété Renan, une lignée pure inscrite en 1983 par Agri-Obtention, référence en Agriculture Biologique puisqu'elle représente 23% des surfaces en blé biologique en France (FranceAgriMer, 2010). Les blés sont courts (68 cm de moyenne) et demi tardifs. Leur poids spécifique17 est élevé.

− Une variété population (Sixt) : La variété « Sixt sur Aff 15 746 » a été récupérée dans la collection des « Blés de Redon » de Gérard Doussinault, après avoir été conservée au Centre des Ressources Génétique de l'INRA de Clermont Ferrand depuis 1975, puis remise en culture depuis 2003 par un des paysans du projet FM. C'est une variété moyennement haute sur paille (environ 105cm). Nous considérons que la population est relativement stabilisée lorsque la semence est distribuée aux paysans. Elle a une base génétique plus large qu'une variété moderne.

17Poids spécifique = indicateur du remplissage du grain. Il représente la masse d'un hectolitre des grains.

(22)

− La population dynamique (PopDyn) : c'est un mélange de variétés populations conçu par FM et qui a évolué depuis 2008 sur sa ferme. Ce mélange est composé de onze variétés paysannes choisies par Florent Mercier sur la base d'observations (bonne adaptation, bonne qualité boulangère, peu sujet à la verse, peu sensible aux maladies) qu'il a notées dans sa collection de blé (Mercier et al. 2011). Ce mélange est composé à l'origine de : Gua : 16 %, Rojo de Sabando 15 %, Marat Barbu, Sixt/aff 15746 et 346 : 12%, Oulianowska : 10 %, Gris de Saint Laud : 7 %, Blé de pays du Gâtinais : 6 %, Alauda et Saint Priest : 4 % et Saissette de Provence : 2%). Ces proportions évoluent chaque année, les variétés plus adaptées donnant plus de descendants, d'où le nom de « dynamique ». C'est un mélange haut sur paille (115cm en moyenne) avec une forte diversité génétique.

Ces trois variétés permettent de représenter un gradient de diversité intra-variétale au sein des essais. En effet, la variété moderne Renan est considérée comme génétiquement homogène (car sélectionnée selon les critères de DHS (GNIS, 2010), alors que la PopDyn est très hétérogène. Cependant aucune étude préliminaire n'a été effectuée sur des plantes individuelles pour mesurer les niveaux de diversité intra-variété génétiquement. Par contre, une étude de comparaison de la diversité phénotypique a été effectuée sur une sélection de caractères qualitatifs (couleur, aristation par exemple) ou quantitatifs (biomasse totale, couverture du sol, nombre d'épis par plant etc.) entre les trois types variétaux utilisés à l'aide de l'indice de Nei (Dupuy, 2012). Cet étudiant a montré qu'il y avait plus de diversité au sein de la population dynamique qu'à celui de la lignée pure et que la population Sixt sur Aff avait un comportement intermédiaire.

2.1.2 Plan d’expérience

L'organisation des essais (Cf. Figure 2) a été élaborée de manière participative avec les différents acteurs du projet (les chercheurs et aussi les paysans volontaires) notamment pour la superficie des parcelles, la/les variétés utilisées et le protocole en général (données mesurées sur le terrain, nombre de répétitions, données demandées en laboratoire d’analyse de sol…) afin de concilier les exigences des uns et des autres (distance INRA-Parcelle, temps d'implication pour les agriculteurs).

La superficie (100m² par bande minimum) a également été choisie pour que la récolte soit suffisante pour réaliser des essais de panification et avoir suffisamment de semences pour l'année suivante. Lorsque la semence est réutilisée l'année suivante (pour trois des agriculteurs), il n'y a pas eu de sélection spécifique (les semences sont prises dans la récolte aléatoirement) et le tri des grains est fait par les paysans eux- même.

Chez les huit paysans partenaires, le plan expérimental est organisé de la même manière. Chez chacun d'eux, on retrouve un essai divisé en six parcelles (deux parcelles par variété) et il n'y a pas de randomisation pour le choix de la répartition de ces six parcelles. Les deux répétitions se situent au même endroit et à la suite (Voir photos en annexe 1). Les largeurs et longueurs des bandes ne sont pas définies au préalable ; les paysans sont libres de semer leurs parcelles de 100m² comme ils le peuvent (avec le matériel dont ils disposent). Quant au semis, il doit être fait dans un certain ordre de manière à ne pas trop mélanger les grains et ne pas perturber l'essai par pollution d'une parcelle à une autre. Le semis est normalement réalisé comme suit : -d'abord, semis du Renan car il sera aisé de retirer ou d'éviter

(23)

les quelques pieds de blé de Sixt sur Aff (car les variétés modernes sont nettement plus basses que les variétés paysannes) puis, de la population Sixt sur Aff et enfin de la population dynamique (car Sixt sur Aff est moins variable et présente dans la population dynamique). Par contre, le choix du type de semis est laissé aux paysans ; de ce fait certains paysans ont réalisé les semis au semoir combiné-herse rotative et d'autres à la volée.

Les conditions pédo-climatiques, les pratiques agricoles des années précédentes et de l'année en cours (puisque chaque paysan est libre de travailler sur l'essai comme il le souhaite) constituent les principales différences entre les essais.

Les pratiques et interventions sont ensuite enregistrées avec les données de caractérisation de l'environnement et un questionnaire. Enfin, il faut noter qu'un agriculteur (PT) cultive son blé en association avec de la féverole pour mieux tenir les blés (puisque la variété Sixt sur Aff et la population dynamique ont tendance à verser).

2.2 Les mesures collectées

Pour chaque essai, les mesures sont collectées tout au long du cycle du blé, aux différents stades (à la levée, au tallage, à deux nœuds, à pré-maturité un mois avant la moisson, à maturité avant moisson, au moment de la moisson, après la moisson). Les données collectées sont de trois types : environnementales, phénotypiques, ou managériales. Elles seront résumées dans le tableau 5 en fin de partie.

Les dates de prélèvement pour chaque type de mesure varient selon la météorologie de l'année.

2.2.1 Les données climatiques

Les données météorologiques ont été notées dans le tableau de données environnementales en fonction de ce que disaient les paysans lors de l'entretien sur leurs pratiques agricoles. Les accidents climatiques particuliers de l'année étaient aussi consignés.

Une répétition Une bande

FIGURE 2: ORGANISATION DES ESSAIS

Un essai (ou parcelle)

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