Thèses sur le sujet « Bioagressors »

Les chênes européens (Quercus robur, chêne pédonculé et Q. petraea, chêne sessile) sont deux essences forestières emblématiques d’un point de vue écologique, économique et culturel en France. Ces espèces longévives jouent des rôles majeurs dans de nombreux écosystèmes et représentent respectivement 11 et 12% du volume de bois de feuillus sur pied en France. Cependant, elles sont soumises à des perturbations biotiques et abiotiques, dont la fréquence augmente dans le contexte des changements globaux. Ainsi les dépérissements, syndromes multifactoriels, et les maladies causées par des agents pathogènes exotiques ou natifs, ont fortement impacté les chênaies depuis le début du XXème siècle. La nature de ces dépérissements ainsi que les interactions entre facteurs biotiques et abiotiques les générant sont encore mal connues. Les deux premiers chapitres de cette thèse proposent de définir une partie de leur étiologie par une étude des pathobiomes corticaux et racinaires. Le troisième chapitre se concentre sur l’importance de la surveillance du territoire comme levier de prévention à l’introduction d’agents exotiques et plus particulièrement à la menace que représentent les organismes de quarantaine. Un dépérissement rapide des chênes (AOD - Acute Oak Decline) touche actuellement les chênaies du Royaume-Uni. Médié par des facteurs abiotiques (température et précipitations), l’AOD serait déclenché par des insectes (Agrilus biguttatus principalement) et un complexe d’espèces bactériennes. Cette maladie illustre parfaitement le paradigme du pathobiome car les interactions complexes hôte-pathobiome-insecte seraient essentielles à son développement. Afin de préciser la prévalence en France des symptômes associés à l’AOD et le rôle joué par les bactéries sur les dépérissements observés, une étude sur l’étiologie des nécroses corticales associées, ou non, à des attaques d’agriles sur des chênes dépérissant a été réalisée. Le premier signalement en France de la présence des bactéries Brenneria goodwinii, Gibbsiella quercinecans et Rahnella victoriana dans ces nécroses a ainsi pu être réalisé sur Q. robur et Q. petraea. Cependant, ces bactéries ont été isolées moins fréquemment dans les lésions collectées que les champignons Fusarium quercinum, F. falsibabinda, Neonectria sp., et N. punicea. Des inoculations de jeunes plants de chênes ont par ailleurs confirmé le pouvoir pathogène de ces agents fongiques. Ceci confirme l’importance du pathobiome dans les symptômes associés à l’AOD et suggère un rôle non négligeable d’agents pathogènes fongiques, jusqu’alors sous-estimé. Les relations entre microbiote du sol et dépérissement chronique des chênes ont été analysées en forêt de Chantilly (Oise, France). Via une approche de comparaison par couple de chênes 2 dépérissant et non dépérissant, une analyse de la diversité microbienne des champignons et oomycètes par metabarcoding a été effectuée. L’étude a révélé que les compositions dépendaient principalement des types de sol et de l’état sanitaire de l’arbre selon le compartiment échantillonné (sol, rhizosphère ou racines). Un outil d’aide au diagnostic et à l’identification des problèmes phytosanitaires nommé NESTOR (SurveillaNce des chÊnes et diagnoSTic phytOsanitaiRe) a été développé. Recensant les principaux bioagresseurs et problèmes abiotiques rencontrés sur des chênes, il est destiné au grand public et aux professionnels afin d’encourager la surveillance passive et de soutenir la surveillance active du territoire. Cette dernière étant réalisée en France par le Département de la Santé des Forêts. En 2022-2023, une intensification de la surveillance de la maladie du flétrissement du chêne, causée par l’organisme de quarantaine Bretziella fagacearum, a été menée via la collecte d’échantillons d’arbres symptomatiques. [...]
European oaks (Quercus robur, pedunculate oak and Q. petraea, sessile oak) are two emblematic forest species with important ecological, economical and cultural roles. These species are essential in many ecosystems and represent respectively 11 and 12% of the volume of standing wood of deciduous trees in France. However, they are subject to biotic and abiotic disturbances, which have increased in frequency and intensity due to global changes. Declines, which are multifactorial syndromes, and diseases caused by exotic or native pathogens, have strongly affected oaks since the beginning of the 20th century. The nature of these declines, as well as the interactions between biotic and abiotic factors causing them, are not fully understood. This thesis proposes to define part of their etiology through a study of the cortical and root pathobiomes. Finally, it stresses the importance of territorial surveillance as a way to prevent the introduction of exotic pathogens, especially the threat represented by quarantine organisms. Acute Oak Decline (AOD) is currently affecting oak populations in the United-Kingdom. Mediated by abiotic factors (temperature and precipitation), AOD would be triggered by insects (mainly Agrilus biguttatus) and a complex of bacterial species. This disease perfectly illustrates the pathobiome paradigm, as the complex host-pathobiome-insect interactions are essential to its development. In order to clarify the prevalence of symptoms associated with AOD in France and the role played by bacteria in the observed declines, a study of the etiology of cortical necroses associated or not with attacks of A. biguttatus on declining oaks has been observed. The first report on the presence of bacteria Brenneria goodwinii, Gibbsiella quercinecans and Rahnella victoriana in necroses has been made on Q. robur and Q. petraea in France. However, these bacteria have been isolated less frequently in the lesions than the fungi Fusarium quercinum, F. falsibabinda, Neonectria sp., N. punicea. Moreover, their pathogenicity was confirmed by the inoculations of young oak plants. This confirms the importance of the pathobiome in the symptoms associated with AOD and suggests a significant role of fungal pathogens, which was previously underestimated. The relationships between soil microbiota and chronic oak decline were analyzed in the Chantilly Forest (Oise, France) and with a comparison approach by pair of declining and non-declining oaks, an analysis of the fungal and oomycetes diversities by metabarcoding was performed. The study revealed that the compositions mainly depend on the types of soil and the health status of the trees according to the compartment sampled (bulk soil, rhizosphere or roots). 4 Finally, to help the diagnosis and the identification of phytosanitary problems on Quercus spp. in France, an interactive tool called NESTOR (phytosaNitary survEillance and diagnoSTics of Oaks in FRance), has been developed. Inventorying the main bioaggressors and abiotic problems on oaks with this tool is intended to encourage passive surveillance of the territory by the general public and professionals and also to support the active surveillance of the territory led by the Forest Health Department of the French Ministry of Agriculture and Food in France. In 2022-2023, intensified surveillance of oak wilt disease, caused by the vascular fungus Bretziella fagacearum, was carried out by collecting samples from symptomatic trees. The isolations and diagnoses conducted during this thesis confirmed that the fungus is still absent from the territory, but that it remains important to stay vigilant about its possible introduction in France

Une voie agroécologique pour améliorer la fourniture des services écosystémiques dans les agroécosystèmes est d'associer plusieurs espèces végétales au sein d'une même parcelle. Dans ce contexte, les agroforêts tropicales, caractérisées par une forte diversité végétale, sont un modèle d'étude d'intérêt croissant. Dans ce travail qui porte sur le service de régulation des bioagresseurs, notre hypothèse est que la structure des agroforêts influence la régulation naturelle des bioagresseurs de la culture principale. La composition en plante hôte de l'agroforêt est susceptible d'influencer les bioagresseurs via les variations de la ressource. La structure spatiale de la végétation est susceptible d'influencer les bioagresseurs via les variations des conditions microclimatiques. Enfin, les variations de la ressource et du microclimat ne sont pas des mécanismes indépendants puisqu'un microclimat favorable à la croissance de la plante hôte du bioagresseur peut augmenter la quantité des tissus sensibles et donc la ressource pour ce bioagresseur. Pourtant, l'importance relative de l'effet de la composition et de la structure spatiale de la végétation des agroforêts sur l'intensité l'attaque des bioagresseurs a rarement été étudiée. Les objectifs de ce travail de thèse sont (1) de caractériser la composition et la structure spatiale des peuplements végétaux d'agroforêts à cacaoyers et (2) de quantifier leurs interactions avec l'intensité d'attaque de biogresseurs du cacaoyer. Ce travail est appliqué à trois bioagresseurs du cacaoyer : au Costa Rica, la moniliose sur un réseau de parcelles installé dans la région de Talamanca ; au Cameroun, la pourriture brune des cabosses et les mirides sur un réseau de parcelles installé dans la région Centre. Premièrement, nous avons caractérisé la composition et la structure spatiale de la végétation des agroforêts à cacaoyers du Costa Rica et du Cameroun. Au Costa Rica, nous avons identifié une diversité de structure spatiale des arbres forestiers entre parcelles, allant de l'agrégation à la régularité ce qui semble indiquer un gradient croissant de gestion entre ces parcelles. Au Cameroun, nous avons également observé une diversité de structure spatiale entre peuplement d'une même parcelle. En effet, les arbres forestiers sont aléatoirement distribués ou agrégés alors que les arbres fruitiers sont aléatoirement ou régulièrement distribués à l'échelle de la parcelle ce qui semble indiquer une différence d'intensité de gestion entre ces deux peuplements. Deuxièmement, nous avons hiérarchisé les caractéristiques de composition en hôte, de quantité de tissus sensibles et de structure spatiale de la végétation des agroforêts qui influencent l'intensité (i) de la moniliose (ii) de la pourriture brune et (iii) des mirides. L'intensité de la moniliose et la densité en mirides diminuent lorsque les quantités de tis- sus sensibles diminuent et lorsque les arbres forestiers sont aléatoirement ou régulièrement distribués plutôt qu'agrégés ou en faible densité à l'échelle de la parcelle. D'autre part, l'intensité de la moniliose diminue lorsque la densité en cacaoyers augmente et l'intensité de la pourriture brune diminue lorsque l'abondance en cacaoyers augmente, ces résultats étant contraires aux hypothèses de diminution et de dilution de la ressource. Globalement, nos résultats indiquent donc que les variations de la ressource liées aux variations de la composition en hôte ne sont pas le principal effet qui explique la présence des bioagresseurs dans les agroforêts complexes. La structure spatiale des arbres d'ombrage, encore jamais décrite à notre niveau de précision, joue un rôle déterminant et son optimisation pourrait être un moyen de lutte agroécologique contre la moniliose et les mirides du cacaoyer. Dans le cadre de l'agroécologie, ce travail nous a permis d'améliorer notre compréhension des mécanismes écologiques impliqués dans la régulation des bioagresseurs du cacaoyer à l'échelle de la parcelle et ouvre des perspectives pour leur gestion agroécologique.

L’intensification de l’agriculture et la simplification biologique des agroécosystèmes conduit à une perte des fonctions écosystémiques tandis que le contrôle chimique des bioagresseurs (BAG) n’est pas durable. La diversification des agroécosystèmes est plébiscitée de manière croissante pour restaurer les interactions positives entre les plantes, telles que la régulation des BAG, au bénéfice des cultures. Mais la diversification bien qu’elle implique un partage des ressources ne doit pas se faire au détriment des rendements. Si la diversité végétale est le support de services de régulation des BAG, quel devrait être le niveau de ces régulations pour compenser les pertes de rendement liées à la compétition pour les ressources ? Quelles devraient-être la composition et la structure de la communauté de plantes pour optimiser de façon synergique les régulations de multiple BAG et la production ? J’ai d’abord quantifié par modélisation théorique les niveaux minimum de régulation des BAG requis pour compenser les pertes de rendement dues à la compétition, dans différents scénarios d’association et de ressources. J’ai ensuite réalisé une étude de terrain pour étudier les régulations écologiques de trois importants BAG du bananier dans un gradient de complexité végétale. Enfin, j’ai quantifié la part d’écart de rendement attribuable aux BAG et aux ressources. Je discute des interactions entre dégâts des BAG et compétition pour les ressources à l’échelle de la plante, des mécanismes de régulations écologiques des BAG du bananier et de la gestion de la végétation à l’échelle de la parcelle pour la régulation synergique des BAG et l’optimisation des rendements
Agriculture intensification and biological simplification of agroecosystems lead to the loss of ecosystem functions while chemical control of pests is not sustainable. Agroecosystem plant diversification is increasingly recognized as a way to restore positive interactions among plants benefiting crops, such as pest regulations. But diversification that causes resource sharing must not be done at yields’ expense. If vegetation complexity is the basis for pest regulation services, what should be the level of the regulations to compensate for yield losses due to competition for resources? What should be the composition and structure of the plant community to synergistically optimize multiple pest regulations and yields? First, I quantified by theoretical modeling the minimal levels of pest regulation required to compensate for yield losses due to competition in various association and resource scenarios. I then conducted a field study to study the ecological regulations of three important pests of bananas along a vegetation complexity gradient. Finally, I quantified the amount of yield losses attributable to pests and resources. I discuss the interactions between pest damage and resource competition at plant scale, the mechanisms implied in ecological regulations of the three banana pests and the management of the plant community at field scale for the synergic regulation of multiple pests and yield optimization

Du fait de la réduction de l'usage des produits phytosanitaires, les bioagresseurs du sol, notamment les champignons Sclerotinia et les nématodes à galles Meloidogyne, sont de plus en plus préoccupants en maraîchage sous abri. Des techniques alternatives existent, mais leurs efficacités partielles et variables nécessitent la recherche de nouvelles stratégies pour leur gestion.Cette étude vise à déterminer l'intérêt de combiner deux techniques, la solarisation et l'engrais vert (Sorgho sudanense) et les influences des successions culturales et des fréquences d'utilisation de ces techniques sur leurs efficacités.Pour cela, un dispositif en parcelles de producteurs a permis de suivre l'évolution des incidences et sévérités de Sclerotinia et Meloidogyne dans différents systèmes de culture.Les effets des cultures de melon sont prédominants sur ceux des techniques alternatives, de façon opposée pour ces deux bioagresseurs. Les successions incluant du melon favorisent les plus fortes attaques de Meloidogyne alors qu'elles réduisent celles de Sclerotinia. Pour ce pathogène, l'utilisation de solarisation tous les ans ou un an sur deux en combinaison avec l'engrais vert en assure le contrôle le plus efficace. Par contre, la culture de melon étant très sensible à Meloidogyne, elle masque les effets des techniques alternatives.Des propositions d'amélioration de systèmes de culture, basées sur la modification des fréquences de culture du melon et sur l'optimisation de l'usage des techniques alternatives, ont été faites pour la gestion commune de Sclerotinia et Meloidogyne.Ces résultats montrent les interactions entre les différentes pratiques culturales utilisées sur une parcelle et l'intérêt des études agronomiques systémiques. De plus, les effets opposés observés d'un même système de culture soulignent l'intérêt d'études multi-bioagresseurs, pour ne pas faire de propositions qui résolvent un problème mais en aggravent d'autres
In the current context of the reduction of pesticide use, soilborne pests and diseases, and especially the fungi Sclerotinia and the root-knot nematodes Meloidogyne, become more and more worrying in vegetable production under shelter in Southern France. Alternative techniques exist, but their partial and varying efficiencies require the search for new strategies of management of these pests and diseases fit for producers.Therefore, the aim of this study is to determine the benefit of combinations of two techniques, soil solarisation and green manure (Sorghum sudanense). It is also to determine the influences of crop successions and frequences of these techniques on their individual efficiencies.To this effect, a setup of producers' plots has been designed. The spatiotemporal evolution of incidences and severities of Sclerotinia and Meloidogyne in several cropping systems has been observed on this setup.The presence of a melon crop has a major influence on the efficiency of the alternative techniques. Opposite effects for the two considered pests and diseases appeared. Crops successions with melon are most favourable to highest infestations of Meloidogyne whereas, Sclerotinia infections are reduced. For this pathogen, a solarisation every year or every two years ensures the most effective control. On the contrary, in the case of Meloidogyne, the melon crop is very sensitive to this pest, a characteristic that masks the positive effects of alternative techniques

La vigne (Vitis vinifera) est sensible à un grand nombre de maladies. Les politiques de limitation des traitements phytosanitaires font qu'aujourd'hui, les viticulteurs ne disposent d'aucun moyen de lutte contre certains bioagresseurs. C'est le cas des maladies du bois causées par des complexes fongiques nécrosant les ceps et du court noué, maladie virale transmise par des nématodes. La vigne est une espèce végétale connue pour sa production particulière de métabolites secondaires en réponse à des infections. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés aux phytoanticipines, préformées dans les plantes et dont le potentiel de toxicité envers des agents pathogènes est intéressant, c’est le cas des triterpénoïdes. Les objectifs de cette thèse ont donc été dans un premier temps d'estimer la capacité de la vigne à produire de tels composés. Pour cela, la composition en triterpénoïdes de différents organes et de différents cépages a été analysée. Nous avons pu montrer que la composition générale en triterpénoïdes est caractéristique de chaque cépage et de chaque organe. Dans une deuxième partie, 9 gènes impliqués dans la synthèse de triterpènes chez la vigne ont été identifiés et leur expression a été évaluée dans différents organes, chez différents cépages et sous différentes conditions de stress biotique et abiotique. Cette étude exploratoire nous donne des pistes pour mettre en corrélation l'expression de certaines triterpène synthases avec la production différentielle de certains triterpènes à la surface des feuilles de différents cépages. Enfin, nous nous sommes intéressés aux triterpènes glycosylés, les saponines, afin d'évaluer leur potentiel dans la lutte contre certaines maladies majeures de la vigne pour lesquelles aucun traitement n'est actuellement disponible. Pour cela, l'efficacité de saponines issues de la gypsophile et du quillaja a été testée contre certains champignons associés aux maladies du bois ainsi que contre les nématodes vecteurs des virus du court noué. Nous avons pu mettre en évidence que les souches de champignons testées étaient capables de contourner la toxicité des saponines, tandis qu'un tel traitement était rapidement efficace pour lutter contre les nématodes. Afin de vérifier l'innocuité de ce traitement pour l'environnement, les doses efficaces ont été testées et n'ont pas eu d'impact significatif sur différents bioindicateurs
Vitis vinifera is susceptible to many pathogens. These past few years, treatment policies led to the withdrawal of many pesticides. Renee, no chemical treatments are available to treat some grapevine diseases such as the grapevine trunk diseases caused by fungi complexes and the grapevine fanleaf degeneration, a viral disease transmitted from grapevine to grapevine by vector nematodes. Grapevine is known for the production of secondary metabolites as a response to pathogen infections. In this work, we focused on phytoanticipins such as triterpenoids, that are found as preformed compounds and that confer a basal resistance level to plants. First, a chemical analysis was made on the triterpenoid composition of some grapevine cultivars and organs. This study revealed that the triterpenoid composition is specific to the V. vinifera cultivar and the organ. In a genomic approach, 9 candidate genes involved in the triterpene biosynthesis were identified and their expression was studied in different organs, varieties and biotic or abiotic stress conditions. This explorative study shows correlations between gene expression and differential triterpene production at the leaf surface of the different varieties. In the last part of this study, the use of glycosylated triterpenes, also called saponins, as a substitution solution to withdrawed treattnents against major grapevine diseases was tested. Therefore, the efficiency of saponins extracted from gypsophila and quillaja was tested against fungi associated to grapevine trunk diseases and some nematodes vector of the grapevine fanleaf degeneration. These tests evidenced that the fungi were able to avoid saponins toxicity, whereas such treatment was efficient to kill nematodes. In order to evaluate the effect of the treatment on the environment, the efficient doses were tested and bad no significant impact on some bioindicators

La valeur potentielle des agro-forêts tropicales comme modèle d'intensification écologique de l'agriculture est un sujet d'intérêt croissant. Les agro-forêts tropicales sont des agroécosystèmes caractérisés par une forte diversité végétale et une diversité d'organisation spatiale des individus. Les structures complexes de ces agroécosystèmes en font des systèmes « proches » des écosystèmes naturels. Cette complexité améliorerait la fourniture de nombreux services écosystémiques. Dans ce travail, nous nous sommes intéressés au service de régulation naturelle des bio-agresseurs des cultures. Notre hypothèse est que la complexité de structure (composition et structure spatiale) des agro-forêts influence la présence et l'intensité d'attaque des bio-agresseurs de la culture principale. En effet, l'augmentation de la diversité végétale à l'échelle de la parcelle diminuerait l'intensité d'attaque de bio-agresseurs spécialistes via la diminution de l'abondance de la ressource. Inversement, cette diversité amplifierait celle des bio-agresseurs généralistes via l'introduction potentielle d'hôtes alternatifs. Une diversité de structures spatiales d'individus associés est aussi susceptible d'influencer le microclimat et par son biais les bio-agresseurs des cultures. Pourtant, l'importance relative de l'effet de la composition (via la dilution ou l'amplification de la ressource) et de la structure spatiale (via l'altération du microclimat) du peuplement végétal sur l'intensité d'attaque de bio-agresseurs a rarement été étudiée. L'objectif de ce travail est de quantifier les interactions entre les caractéristiques de composition et de structure spatiale du peuplement végétal d'agroécosystèmes complexes et l'intensité d'attaque de bio-agresseurs de la culture principale à l'échelle de la parcelle. Ce travail est appliqué aux agro-forêts à cacaoyers du Costa Rica et du Cameroun. En effet, la culture du cacaoyer est l'une des rares encore réalisée traditionnellement au sein d'agro-forêts dans la majorité des pays producteurs. Nous nous intéresserons à trois bio-agresseurs du cacaoyer choisis pour leurs caractéristiques de dissémination et de développement contrastées : au Costa Rica, la moniliose sur un réseau de parcelles installées dans la région de Talamanca ; au Cameroun la pourriture brune et les mirides sur un réseau de parcelles installées dans la région Centre. Dans un premier temps nous avons construit des typologies descriptives des structures spatiales des agro-forêts à cacaoyers du Costa Rica et du Cameroun afin d'identifier la variabilité des structures spatiale des agro-forêts au sein d'une même région. Ces typologies ont permis d'identifier des structures spatiales horizontales variées allant de la régularité à l'agrégation significatives des arbres d'ombrage selon les pays étudiés. Dans un deuxième temps nous avons identifié et hiérarchisé les caractéristiques de composition et de structure spatiale à l'échelle de la parcelle agroforestière qui influencent l'intensité d'attaque de la moniliose au Costa Rica ; et de la pourriture brune et des mirides au Cameroun. La structure spatiale du peuplement végétal joue un rôle prépondérant dans l'ensemble de nos résultats. L'agrégation des arbres forestiers augmente l'intensité d'attaque de la moniliose au Costa Rica et la densité des mirides au Cameroun. La pourriture brune quant à elle augmente lorsque la densité des individus de la strate basse augmente à l'échelle de la parcelle. Pour finir, nous montrons que la quantité de tissus sensible plutôt que la composition en hôte explique l'intensité de la moniliose et la densité en miride. Ces résultats sont discutés en fonction des nombreux mécanismes qui relient la structure de la végétation aux bio-agresseurs et des caractéristiques de ces bio-agresseurs. Notre travail fournit une description précise de la structure d'agro-écosystèmes tropicaux complexes
The potential value of tropical agroforests as a model for ecological intensification of agriculture is a subject of increasing interest. Tropical agroforests are agroecosystems characterized by high plant diversity and a complex spatial structure of individuals. With their forest-like structures, agroforests are close to natural ecosystems. The complex structure of agroforests would seem to improve the provision of numerous ecosystem services.This work concerned natural pest and disease regulation services in complex agroecosystems. Our hypothesis was that complex agroforest structures (composition and spatial structure) influence the pest and disease attack intensity on the main crop. Indeed, an increase in plant diversity in agroecosystems is known to reduce specialized pest and disease attack intensity due to a decrease in resource abundance and density on a plot scale. Conversely, plant diversity could increase the generalist pest and disease attack intensity due to the potential introduction of alternative hosts. Moreover, diversity in plant spatial structure has an impact on microclimatic conditions and, thereby, on the pest and disease attack intensity. However, the relative importance of host composition effects on pest and disease intensity, due to resource dilution or amplification, and plant spatial structure effects, due to microclimatic alteration, is still unknown.Our objective was to quantify interactions between the composition and spatial structure characteristics of agroforests and the pest and disease attack intensity on a plot scale.This work was applied to cacao agroforests in Costa Rica and Cameroon. Indeed, cacao is one of the last crops still to be grown in traditional agroforests in the majority of producing countries. The study was conducted on two cacao diseases and one pest chosen for their contrasting spread and development characteristics: in Costa Rica, Frosty Pod Rot (FPR) intensity was studied in cacao agroforests in the Talamanca region; in Cameroon, Black Pod (BP) intensity and mirid density were studied in cacao agroforests in the Centre region.Firstly, we established shade tree spatial structure typologies for cacao agroforests in Costa Rica and Cameroon, in order to identify spatial structure diversity in the same region. A diversity of spatial structures was identified ranging from significant regularity to significant aggregation, depending on the shade tree stand and country studied.Secondly, we identified and classified the host composition, amount of sensitive tissue and the spatial structure characteristics of the associated plants, according to their explanatory power in explaining FPR intensity, BP intensity and mirid density in cacao agroforests. The spatial structure of the associated plants was a crucial characteristic of agroforests in explaining FPR and BP intensity and mirid density. Indeed, forest tree regularity decreased FPR intensity in Costa Rica and mirid density in Cameroon. The BP intensity was reduced by a decrease in the density of individuals belonging to strata lower than or equal to the cacao tree stratum. Lastly, the amount of sensitive tissue rather than the host composition variables explained the increase in FPR intensity in Costa Rica and the mirid density in Cameroon. Our results are discussed in line with several mechanisms that explain plant diversity and pest and disease relationships.Our work provides a precise description of complex tropical agroecosystem structures. We quantified the relationship between observed plant structures and the pest and disease regulation ecosystem service. In the context of agroecology, this work opens up prospects for identifying and understanding ecological mechanisms involved in natural pest and disease regulation in cacao agroforests on a plot scale

La vigne est une culture pérenne sensible à de nombreux bioagresseurs et sur laquelle il est nécessaire de réaliser de nombreux traitements pesticides, susceptibles de causer des problèmes environnementaux, de santé humaine et d’apparition de résistance au sein des populations de bioagresseurs. Aujourd’hui, il est indispensable de développer des stratégies nouvelles de lutte contre les bioagresseurs, plus raisonnées mais permettant de conserver une viticulture compétitive. L’utilisation de produits de biocontrôle semble, en ce sens, être une approche prometteuse permettant d’allier agriculture durable et intensive.Deux écoproduits généralistes à fort potentiel ont été identifiés, comme possédant des actions intéressantes sur les principales maladies cryptogamiques de la vigne. Le premier est un extrait naturel de plante, sans action fongicide directe mais capable de stimuler efficacement et de façon systémique les défenses de la plante. Le second, quant à lui, est un microorganisme qui possède une forte action antagoniste fongicide, mais aussi la capacité à stimuler les défenses de plante. Dans un premier temps, des études en conditions contrôlées ont mis en évidence l’efficacité des deux actifs pour inhiber le développement de diverses souches d’Erysiphe necator, Plasmopara viticola, Botrytis cinerea et Botryosphaeriaceae. En parallèle, des expérimentations au vignoble, ont confirmé le fort potentiel de ces produits de biocontrôle, avec des bonnes efficacités, particulièrement stable avec l’extrait naturel. Ces différentes études nous ont permis d’identifier et d’élaborer des stratégies d’utilisation pour ces deux produits de biocontrôle
Grapevine is a perennial crop sensitive to many fungal pathogens that require numerous pesticide treatments. However, its uses lead to environmental, human health and fungicide resistance problems. Developing sustainable pest management strategies while keeping a good wine quality is of major importance. In this sense, the use of bio-pesticides products seems to be a promising approach to combine sustainable and intensive agriculture.Two generalist bio-pesticides of great potential have been preliminary identified, forits actions on major fungal diseases of grapevine. The first one is a natural plant extract, with no direct fungicide action but able to systemically stimulate plant defenses. The second one is a microorganism showing strong antagonist fungicide actions, and important ability to stimulate plant defenses. First, the studies conducted in controlled conditions have demonstrated the effectiveness of both products in the suppression of various isolates of Erysiphe necator, Plasmopara viticola, Botrytis cinerea and Botryosphaeriaceae. In parallel,the good efficiencies of these products have been confirmed during vineyard assays. This was especially well demonstrated for the natural extract. As a whole, these studies confirm thepotential of these two products as promising bio-pesticides, of which the strategy of application have been further defined

Le tournesol présente de nombreux atouts agroécologiques (résistance aux stress abiotiques, faible Indice de Fréquence de Traitement, bon précédent cultural, entretien de la biodiversité des pollinisateurs), mais ses surfaces et son rendement stagnent depuis près de 30 ans. Ces stagnations sont notamment dues à un cortège de bioagresseurs dont il est la cible. Dans un contexte d'objectif de réduction de l'utilisation des pesticides, les méthodes non chimiques de prophylaxie (ou préventives) doivent être valorisées face aux bioagresseurs. Or, il est difficile de prévoir l'effet du changement d'une ou plusieurs pratiques culturales sur l'ensemble de bioagresseurs. Les outils de modélisation sont des outils indispensables pour aborder cette question. Trois bioagresseurs ont été considérés lors de cette thèse : deux champignons phytopathogènes, le phomopsis (Diaporthe helianthi) et le phoma (Leptosphaeria lindquistii), en raison des connaissances et des jeux de données disponibles ; et une plante parasitant exclusivement le tournesol, l’orobanche (Orobanche cumana) en raison de l'importance agronomique des dommages qu'elle entraîne. Elle est récemment apparue en France et prolifère rapidement. Ces trois bioagresseurs peuvent avoir un haut niveau de nuisibilité. Le travail de thèse aborde trois questions. i) Comment gérer la production d’inoculum primaire de ces bioagresseurs ? ii) Comment synthétiser les savoirs disponibles sur les effets des pratiques agricoles et de la situation de production sur les cycles biologiques de ces bioagresseurs ? iii) Comment améliorer les méthodes de modélisation mobilisées ? Des synthèses des littératures scientifique et technique ont été réalisées. L’expertise de phytopathologistes, de malherbologues et d’agronomes a été élicitée et formalisée. Des méthodes algorithmiques originales ont été développées pour adapter deux modèles génériques à différents bioagresseurs. Le modèle dynamique générique SimMat a été mobilisé pour aborder la première question. Ce modèle prédit les effets de la pluviométrie et de la température sur la reproduction sexuée de champignons ascomycètes. Il a été adapté au phomopsis et au phoma du tournesol. La seconde question a été abordée à l'aide de l'approche IPSIM (Injury Profile SIMulator), qui permet de développer des modèles qualitatifs prédisant les effets du système de culture et de la situation de production sur les dégâts causés par un ou plusieurs bioagresseurs. Deux modèles qualitatifs ont été créés : un pour le phomopsis, un pour le phoma. Des modèles préliminaires ont été proposés pour le phoma et l’orobanche. L'ensemble de ces modèles a été adapté aux bioagresseurs grâce à des méthodes innovantes pour améliorer leurs qualités prédictives. En particulier, une méthode d'hybridation de l’expertise et des informations contenues dans les jeux de données a été proposée. La thèse a donc permis de développer un ensemble de modèles contribuant à la gestion des stress biotiques du tournesol, et des innovations méthodologiques génériques pour la modélisation. On dispose désormais d'outils opérationnels pour contribuer à la mise en place de stratégies de protection agroécologique du tournesol
Sunflower has many agroecological benefits (resistance to abiotic stresses, low Treatment Frequency Index, maintenance of pollinator biodiversity), but its surface area and yield have stagnated for nearly 30 years. These stagnations are due in particular to a collection of pests. In a context of pesticide reduction, non-chemical prophylactic (or preventive) methods must be promoted against pests. However, it is difficult to predict the effects of one or more cropping practice(s) on pest development. Models are essential tools to reach this objective. Three pests were considered in this thesis: two phytopathogenic fungi, phomopsis stem canker (Diaporthe helianthi) and phoma (Leptosphaeria lindquistii), because of the available knowledge and datasets; and a plant parasitizing exclusively sunflower, broomrape (Orobanche cumana) because of the damages it generates. Indeed, it has recently appeared in France and is rapidly expanding. These three pests can generate significant crop losses. The conducted work addressed three questions: i) How to manage primary inoculum production of these pests? ii) How to value the available knowledge on the effects of cropping practices and production situations on the biological cycles of these pests? iii) How to improve the modeling methods used? Syntheses of scientific and technical literature have been conducted. The expertise of plant pathologists and agronomists has been elicited and formalized. Original algorithms have been developed in order to adapt two generic models to different pests. The generic SimMat dynamic model was used to address the first question. This model predicts the effects of rainfall and temperature on the sexual reproduction of ascomycete fungi. It has been adapted to phomopsis and phoma of sunflower. The second question was addressed using the IPSIM (Injury Profile SIMulator) approach, which allows the development of qualitative models predicting the effects of cropping practices and production situations on injuries caused by one or several pest(s). Two qualitative models were created for phomopsis stem canker and phoma and the model for phomopsis stem canker was evaluated. A preliminary model has been proposed for broomrape. Four of these models have been adapted using innovative methods to improve their predictive qualities. In particular, a method for hybridizing expert knowledge and the information contained in the datasets has been developed. The thesis therefore made it possible to develop a set of models contributing to the management of biotic stresses of sunflower, and generic methodological breakthroughs for modeling. Operational tools are now available to contribute to the implementation of agroecological protection strategies for sunflower

Identifier les leviers permettant de stimuler la régulation naturelle des bioagresseurs tout en préservant la biodiversité est indispensable pour concevoir des paysages agricoles fonctionnels. A partir d’une méta-analyse et d’une étude empirique reposant sur 42 parcelles viticoles localisées dans Nouvelle Aquitaine (France), nous avons cherché à évaluer l’impact du déploiement de l’agriculture biologique à de large échelles spatiales sur 1) les communautés d’ennemis naturels, 2) les services de régulation naturelle, 3) les taux d’infestation par les bioagresseurs. Dans ce travail, nous avons montré que la proportion d’agriculture biologique est un facteur structurant plus les communautés d’ennemis naturels que la proportion d’habitats semi-naturels dans le paysage. De plus, nous avons montré que les communautés de bioagresseurs rencontrées dans les vignes ne sont pas influencées par la proportion d’agriculture biologique alors qu’elles répondent plutôt négativement à la proportion d’habitats semi-naturels. Par ailleurs, nous avons montré que l’agriculture biologique, à l’échelle globale et indépendamment du type de culture considérée est un système de culture stimulant la régulation naturelle des bioagresseurs. En viticulture, elle permet de réduire l’utilisation des produits phytosanitaires, comparé à l’agriculture conventionnelle. Enfin, nos analyses ont révélé qu’au-delà de la différence de systèmes de culture, un certain nombre de facteurs locaux (e.g., âge des parcelles, fréquence de traitements, productivité) permettent d’expliquer la structure des communautés d’ennemis naturels et des services de régulation naturelle des bioagresseurs. Tout en produisant des connaissances sur les processus permettant d’expliquer les assemblages des communautés d’ennemis naturels et les niveaux de services de régulation rendus, notre travail suggère des pistes pour l’aménagement des paysages viticoles permettant de concilier préservation de la biodiversité et maximisation des régulations naturelles
Identifying landscape context and farming systems that enhance natural pest control while maintaining biodiversity is crucial to design functional agricultural landscapes. Using a meta-analysis and an empiric study based on 42 vineyards in Nouvelle Aquitaine (France), we investigated the effect of the deployment of organic farming at a landscape scale on 1) natural enemy communities, 2) natural pest control and 3) pest infestation levels. Here, we showed that the proportion of organic farming structured more natural enemy communities than the proportion of semi-natural habitats. On the opposite, pest and pathogen infestations were never influenced by the proportion of organic farming while they were negatively influenced by the proportion of semi-natural habitats. Furthermore, at a global scale and for every crop types, organic farming, per se, enhances natural pest control. In viticulture, it is less dependent of synthetic agrochemicals than conventional farming. Moreover, local factors such as the treatment frequency index, the field age and the crop productivity had important effects on natural enemy communities and natural pest control. Finally, we yielded knowledge on processes that impact natural enemy assembly and natural pest control in agrosystems. For vineyards-dominated landscapes, our work suggests some tracks for landscape planning that support biodiversity conservation and natural pest control

Dans un contexte de limitation de l'utilisation des pesticides, une voie de recherche prometteuse porte sur le déterminisme environnemental actionnant les mécanismes de défense de la plante, entre autres, la production de métabolites secondaires. L'objectif de mon travail de thèse a été d'étudier le compromis entre croissance et défense (métabolisme primaire vs. secondaire) dans les tissus de la plante saine ou attaquée par différents bioagresseurs, sous différentes conditions de disponibilité en ressources. Pour cela, nous avons mesuré différents paramètres de croissance, les ratios C/N des tissus, les concentrations en principaux métabolites primaires (glucides simples, amidon) et en composés de défense (acide chlorogénique, rutine, kaempferol-rutinoside et tomatine) dans différents organes de tomate en culture hydroponique en serre ou phytotron. Nous avons observé que les variations des ratios C/N total et de ressources sont positivement corrélées à celles de nombreux composés de défense quelle que soit leur composition en N et C. De plus, nous avons montré qu'en présence d'un bioagresseur, les concentrations des composés primaires et secondaires ne suivent pas la même évolution selon leur nature. La synthèse de caffeoyl putrescine est fortement induite lors de l'attaque par P. syringae alors que la concentration en acide chlorogénique est diminuée. L'inoculation de P. syringae réduit les concentrations en glucose et fructose alors que P. corrugata stimule leur synthèse. Enfin, nous avons observé qu'une faible disponibilité en azote altère le développement de P. syringae, P. corrugata et Tuta absoluta mais favorise le développement de Botrytis cinerea. Nos résultats ont montré que le ratio C/N est un indicateur fiable du compromis croissance/défense dans le cas d'une plante saine. Dans le cas d'une plante attaquée, la répartition des ressources entre les différents métabolites varie en fonction du bioagresseur. Et chaque bioagresseur réagit de façon différente aux variations de disponibilité en azote de la plante. La maîtrise des conditions de culture apparaît comme un levier agronomique pertinent pour raisonner la lutte contre les bioagresseurs même s'il est difficile d'appliquer des règles générales sur l'interaction plante/environnement/bioagresseurs
Nowadays, limiting the use of pesticides is mandatory. A promising way for research deals with the environmental determinism of plant defence mechanisms, among others, production of secondary metabolites. The aim of my PhD work was to study the trade-off between growth and defence (primary vs. secondary metabolism) in healthy plant tissues or attacked by different pests, under different conditions of resources availabilities. We measured different growth parameters, C:N ratios of tissue, concentrations of main primary metabolites (simple carbohydrates, starch) and defence metabolites (chlorogenic acid, rutin, kaempferol-rutinoside and tomatine) on healthy or attacked tomato plant grown in hydroponic culture in greenhouse or phytotron. We observed that variations of total and resources C:N ratios were positively correlated to that of several defence compounds whatever their composition in carbon and nitrogen. Moreover, we showed that, during pests attack, concentrations of primary and secondary metabolites did not follow the same evolution, depending on their nature. Caffeoyl putrescine synthesis was strongly induced by P. syringae inoculation whereas chlorogenic acid concentration decreased. Inoculation of P. syringae induced a strong decrease of concentration of glucose and fructose whereas inoculation of P. corrugata enhanced their synthesis. We observed that a low N availability alters the development of P. syringae, P. corrugata and Tuta absoluta but promotes the development of B. cinerea. Our results showed that C:N ratio is a reliable indicator of the trade-off between growth and defence in the case of healthy plant. In attacked plant, the resources allocation between different metabolites varies with pests. And each pests reacts specifically to changes of N availability for the plant. Control of culture conditions appears to be a relevant agronomic tool to monitor the control of pests even if it is difficult to apply general rules to the interaction plant/environment/pests

Les plantes sont au centre d’une grande diversité d’interactions biotiques entre organismes plus ou moins proches qui les exploitent en tant que ressources. L’objectif de cette thèse a été de comprendre comment les infections fongiques de la plante et la diversité des arbres en forêt modifient les interactions arbres-insectes. Nous avons tout d’abord effectué une méta-analyse pour poser le cadre théorique des effets indirects des infections fongiques sur les insectes herbivores associés aux mêmes plantes hôtes. L'effet de l’infection préalable des plantes par les champignons sur les préférences et performances des insectes s’avère généralement négatif. Cependant, la magnitude de cet effet délétère varie selon le mode de vie du champignon, la guilde trophique de l’insecte et la spatialité des interactions (interactions locales vs distantes). Nous avons ensuite analysé de façon empirique les interactions tripartites entre le châtaignier européen (Castanea sativa) et deux de ses bioagresseurs exotiques: le cynips (Dryocosmus kuriphilus), insecte galligène, et Cryphonectria parasitica, champignon pathogène responsable de la maladie du chancre. L'effet sur les taux d’infestation par le cynips de la composition spécifique en essences forestières des forêts de châtaigniers atteintes de chancre a été également étudié. Afin d'identifier les mécanismes sous-jacents aux effets de la diversité des forêts sur cet insecte invasif, les communautés d'insectes parasitoïdes et de champignons endophytes présents dans les galles ont été décrites. Les taux d’infection par le cynips étaient plus faibles dans les mélanges de châtaignier avec du chêne et du frêne que dans des parcelles de châtaignier monospécifiques ou dans les mélanges avec du pin. La composition des forêts influence aussi la composition des communautés de parasitoïdes associés aux galles du cynips mais pas leur abondance, richesse ou diversité. Les communautés de champignons endophytes des galles, étudiées par des méthodes de séquençage de nouvelle génération, sont indépendantes de la composition forestière. Par contre, celles présentes dans les galles différent fortement de celles des tissus foliaires adjacents. Nous avons ainsi apporté de nouvelles preuves que la diversité des plantes et les champignons pathogènes sont des facteurs clés déterminant les interactions plantes-insectes. Etudier comment les plantes interagissent avec leurs insectes et champignons associés, et les mécanismes sous-jacents à l’effet de la diversité des plantes sur ces interactions, doit permettre de mieux comprendre les relations entre diversité et fonctionnement des écosystèmes et de proposer des applications pour la gestion des bio-agresseurs forestiers natifs et exotiques
Plants are the playground of a large diversity of biotic interactions between related and unrelated organisms exploiting them as common resources. The aim of this thesis was to understand how plant-insect interactions vary with fungal infection of their host plant and plant diversity. I first performed a meta-analysis to provide a theoretical background for plant-mediated effects of fungal infection on herbivorous insects. Overall, I found a negative plant-mediated effect of fungi on both insect preference and performance. However, this effect varied according to fungus lifestyle, insect feeding guild and spatial location of the interactions (local vs distant). Then I experimentally tested plant-fungus-insect tripartite interactions in the particular case of exotic bio-aggressors of the European chestnut (Castanea sativa): the Asian chestnut Gall Wasp (ACGW, Dryocosmus kuriphilus), and the fungal pathogen Cryphonectria parasitica, the causal agent of chestnut blight. I performed an observational study, in natural chestnut forest stands in Italy, where I tested how ACGW infestation rates vary with the tree species composition. I also investigated the mechanisms underlying plant diversity effects on the invasive pest, with a particular focus on its natural enemies such as insect parasitoids and endophytic fungi. ACGW infestation rates was lower in oak and ash chestnut mixtures compared to monocultures or pine-chestnut mixtures. Plot composition also influenced ACGW parasitoid community composition but not their abundances, diversity or richness. Endophytic communities of galls, described by using next generation sequencing methods, did not vary with plot composition. However, they strongly differed from surrounding leaf tissues. We thus provided evidence that plant diversity and fungal pathogens are key drivers of plant-insect interactions. Understanding how plants interact with associated insects and fungi, and mechanisms underlying plant diversity effect on these interactions, will improve our knowledge on diversity-ecosystem functioning relationships and will have practical applications for the management of native and exotic forest pests

La protection intégrée des cultures (PIC) apparaît comme une stratégie durable de protection des plantes contre les bioagresseurs, satisfaisant les exigences à la fois économiques, écologiques et sanitaires auxquelles est confrontée l’agriculture. L’amélioration des connaissances sur les interactions entre les bioagresseurs et les pratiques agricoles est indispensable afin de concevoir des méthodes de lutte plus économes en produits phytosanitaires Le modèle IPSIM (Injury Profile SIMulator), développé dans ce travail de thèse, vise à simuler l’effet des pratiques culturales, du pédoclimat et de l’environnement de la parcelle sur les dégâts causés par les bioagresseurs sur une culture. Ce modèle est basé sur une approche hiérarchique et agrégative. Ce travail décrit la base conceptuelle de la modélisation IPSIM et son application pour construire le modèle IPSIM-Wheat, simulant les profils de dégâts sur le blé en fonction des pratiques culturales et de l’environnement biotique et abiotique. Plusieurs modèles ont été conçus pour prédire les sévérités de six maladies, un ravageur et les plantes adventices du blé. Ces modèles contribuent ainsi au développement d’IPSIM-Wheat, dont une première version est présentée pour des bioagresseurs majeurs en interaction. Ce futur modèle pourra contribuer à concevoir des systèmes de culture incluant du blé, moins soumis aux pressions biotiques et moins dépendants des pesticides
Integrated pest management (IPM) appears as a sustainable strategy to protect plants against pest while answering the economical, ecological, and toxicological expectations that agriculture must face. The effects of cultural practices on pest dynamics have to be thoroughly analyzed in order to reduce the reliance of cropping systems on pesticides. A model, named IPSIM ((Injury Profile SIMulator), currently under development in this thesis, aims at simulating the effects of cropping practices, as well as soil, climate and field environment on the injuries caused by multiple pests of a given crop. This model is based on a hierarchical and aggregative approach. This study describes the conceptual basis of the modeling and its applications in order to develop IPSIM-Wheat, a model simulating injury profiles on wheat. Thus, several models have been designed to predict six diseases, one insect pest and weeds. This study thus contributes to the development of IPSIM-Wheat which will help design innovative sustainable wheat-based cropping system

La vigne est soumise à la pression de nombreux bioagresseurs dont des parasites obligatoires tels que l’oïdium et le mildiou. La lutte contre les maladies causées par les pathogènes biotrophes nécessite une utilisation souvent intensive de fongicides. Le vignoble consomme à lui seul 16% des fongicides commercialisés chaque année en France. Pour réduire leur impact environnemental qui conduit à l’acquisition de la résistance aux pesticides des pathogène et la présence de résidus dans les vins et dans l’atmosphère, des efforts doivent être entrepris pour développer des stratégies de protection innovante de remplacement ou complémentaire permettant de réduire les intrants pesticides.Les stimulateurs des défenses des plantes permettent de limiter le développement des bioagresseurs en conditions contrôlées. Toutefois, leurs efficacités in natura sont variables et souvent décevantes. Suite au grand nombre de produits potentiellement stimulateurs des défenses des plantes, et à l’intérêt que leur portent les viticulteurs, il est nécessaire de disposer de connaissances et d’outils qui permettent d’évaluer leus efficacités et mieux connaitre leurs potentiels de protection du vignoble. Pour ce faire, une méthode d’évaluation de l’efficacité de produits potentialisateurs ou éliciteurs a été développée au niveau biologique, moléculaire (expression de gènes impliqués dans les défenses) et biochimique (analyses qualitatives et quantitatives des polyphénols), nommée "BioMolChem". Cette méthode a permis d’évaluer l’efficacité de deux phosphonates et d’un analogue de l’acide salicylique, sur différents génotypes et phénotypes de mildiou de la vigne et d’oïdium. Cette approche méthodologique "BioMolChem" a permis d’établir des corrélations entre l’expression de gènes de défense, la présence de certains stilbènes et une efficacité des défenses de Vitis vinifera cv. Cabernet-Sauvignon vis-à-vis de l’oïdium et du mildiou. Les modifications des patrons d’expression des 19 gènes suivis dans les feuilles de vigne et les profils HPLC de polyphénols révèlent des mécanismes de défense multigéniques et complexes. Ainsi, les réactions de défense de la plante sont-elles modulées, en fonction de l’éliciteur considéré, mais aussi en fonction de la diversité phénotypique et génétique des agents pathogènes contre lesquels elle se défend. Ces défenses se caractérisent par une sur-expression d’un ensemble de gènes de défense et une accumulation de composés phénoliques spécifiques.Les marqueurs (gènes et molécules) ainsi identifiés, la méthode "BioMolChem" a été appliquée in natura et a conforté, pour partie, les résultats obtenus au laboratoire. Dans des conditions de fortes pressions parasitaires, il est donc possible de protéger les feuilles et les grappes, à l’aide de SDP et des essais d’association ou d’alternance avec des fongicides conventionnels montrent l’intérêt potentiel de l’emploi des SDP au vignoble. Chemin faisant, dans le cadre d’une viticulture innovante et durable, les SDP et la méthode "BioMolChem" ont été appliqués sur des génotypes hybrides (Vitis vinifera x Muscadinia rotundifolia). Nous révélons que selon le niveau de résistance intrinsèque des génotypes (plus ou moins résistants à l’oïdium et au mildiou), il est possible d’augmenter le niveau de la résistance exprimée par élicitation. Ainsi, les SDP pourraient-ils s’avérer des alliés d’intérêt pour l’utilisation de variétés partiellement résistantes et limiter potentiellement le contournement des QTL de résistance. L’ensemble de ce travail, à but appliqué, a conduit à l’obtention de résultats qui nous permettent de mieux comprendre comment la vigne réagit aux SDP dans son environnement agronomique. Leur exploitation et leur finalisation devraient nous permettre d’exploiter et de mettre en place une utilisation des éliciteurs mieux adaptée, à des stratégies alternatives ou complémentaires de la gestion des bioagresseurs de la vigne
Powdery (Erysiphe necator) and downy mildew (Plasmopara viticola) are very important grapevine diseases (Vitis vinifera). These two biotrophic pathogens, which are native to the United States, infect green vine tissues and cause significant economic loss as well as environmental damage through the repetitive applications of fungicides. To reduce their environmental impact efforts should be made to develop strategies to protect innovative alternative or complementary to reduce pesticide inputs.In this study, the efficacy and the role of Benzothiadiazole (BTH), a salicylic acid analogue, and two phosphonate derivatives strengthen plant defence mechanisms against various isolates of downy and powdery mildews (Plasmopara viticola and Erysiphe necator). These compounds showed differences in their efficacy depending on the variability of mildews and highly dependent on plant genetics, environmental conditions and selection pressure. The plant defense stimulation could be an alternative or additional method to traditional pest management in the grapevine.Tools “BioMolChem” were developed to better assess the defence status of the plant defences in vitro and in natura. Transcript kinetics of selected defence-related genes and polyphenol contents profiles, during Vitis vinifera-biotrophic pathogen interaction, were characterized, and the impact of pathogen diversity was investigated in the absence or presence of elicitation. In vineyard, under strong pathogen pressures, it is thus possible to protect leaves and clusters, with SDP and assays of association or alternation with conventional fungicides show the potential interest of the use of these SDP in the vineyard.The grapevine defense mechanisms are complex, depending on the elicitor, leading to the coordinated accumulation of pathogenesis-related proteins (PR), the production of phytoalexins, and the reinforcement of plant cell walls.On the way, within the framework of an innovative and sustainable viticulture, the SDP was applied to hybrid genotypes (V. vinifera x M. rotundifolia). We reveal that according to the level of intrinsic resistance of the genotypes (more or less resistant to powdery and to downy mildew), it is possible to increase the level of the expressed resistance. The SDP could become allies of interest in the use of partially resistant grapevine varieties.The present findings provide insights into the potential use of transcripts and stilbenes as markers of the defense status of grapevine leaves with or without elicitation or infection, which should allow us to exploit and develop a better use of elicitors in alternative or complementary strategies in grapevine pest management

Un changement rapide et d’ampleur vers des pratiques agricoles qui contribuent à la protection de l’environnement et la santé humaine est nécessaire. Dans de nombreux cas, ces pratiques alternatives existent, mais elles ne sont pas mises en œuvre du fait de contraintes au niveau de la parcelle, de l’exploitation, du territoire, de la filière et/ou à une échelle globale. Dans ma thèse, j’ai développé une méthodologie d’accompagnement du changement de pratiques prenant en compte les déterminants du choix des pratiques aux différentes échelles. J’ai appliqué cette méthodologie sur un cas d’étude précis : la gestion des bioagresseurs telluriques, en particulier des nématodes à galles, en maraîchage sous abris provençal. Les nématodes à galles causent des dommages importants sur les cultures maraîchères au niveau provençal (40% des exploitations touchées) et mondial. Leur gestion actuelle repose essentiellement sur l’usage de nématicides non sélectifs causant des dommages en matière environnementale et de santé humaine. Tout d’abord, j’ai réalisé une analyse sociotechnique montrant que le système agri-alimentaire maraîcher provençal était majoritairement verrouillé autour de l’utilisation des techniques « de désinfection radicale des sols », excluant ainsi la mise en œuvre de techniques alternatives agroécologiques. Ce verrouillage était constitué d’un ensemble de freins interconnectés qui ont entravé le changement de pratiques et auxquels prenait part une diversité de parties prenantes au niveau provençal et au-delà : les agriculteurs, l’amont et l’aval de la filière (consommateurs inclus), la R&D et les acteurs des politiques publiques. Suite à cette analyse, j’ai étudié des innovations couplées existantes facilitant la mise en œuvre d’une protection agroécologique des cultures dans les systèmes légumiers français. Cette « traque aux innovations » nous a permis d’identifier 5 types d’innovations couplées, et pour chaque type les combinaisons de leviers sociotechniques mobilisés et leurs conditions de mise en œuvre. En parallèle, j’ai mis au point un jeu sérieux me permettant de partager efficacement le résultat de l’analyse sociotechnique avec les parties prenantes du problème. Ce jeu sérieux m’a également permis de faciliter la gestion des connaissances et la créativité chez les parties prenantes et de favoriser leur collaboration, afin d’initier la conception de solutions innovantes adaptées au problème traité. Enfin, j’ai mobilisé les travaux précédents (analyse, traque et jeu) lors de 4 ateliers de coconception avec les parties prenantes. J’ai créé et mobilisé une diversité de dispositifs d’accompagnement dans ces ateliers. Ils ont permis de concevoir des solutions de plus en plus élaborées pour faciliter le changement de pratiques. Au total, nous avons collectivement conçu 50 solutions innovantes dont 41 innovations couplées, ouvrant ainsi l’espace des solutions possibles. Nous avons également évalué une partie des innovations couplées. En discussion, je pointe les pistes d’action et de recherche prometteuses pour faciliter l’implémentation de pratiques agroécologiques de gestion des bioagresseurs telluriques en maraîchage provençal sous abris. Je discute les évolutions possibles du dispositif méthodologique que j’ai développé au cours de ma thèse. Je propose ainsi d'améliorer son efficacité et de compléter le processus de conception en précisant les conditions de mise en œuvre des innovations conçues, en les évaluant et en les ancrant dans le système agri-alimentaire territorial. Enfin, je montre que ce travail contribue à établir des bases théoriques et méthodologiques à l’accompagnement du changement de pratiques par la reconception multi-échelle de systèmes agricoles. Les parties A « Problématique » et C « Discussion » de ma thèse sont rédigées en français. La partie B est constituée de trois articles et d’un chapitre de thèse rédigés en anglais
A rapid and far-reaching change towards farming practices that contribute to the protection of the environment and the human health is needed. In many cases, these alternative practices exist but are not implemented due to interconnected barriers at the plot, farm, territory, value chain and/or global level. In my thesis, I developed a methodology taking into account the determinants of the farming practice choices at the different levels to support the change in farming practices. I applied this methodology to a specific case study: the management of soil-borne pests and diseases, mainly root-knot nematodes, in sheltered vegetable farming systems in Provence (France). The impact of root-knot nematodes on vegetable crops is significant both in Provence (40% of farms affected) and worldwide. Their management is essentially based on the use of non-selective nematicides that are damaging for the human health and the environment.First, I carried out a sociotechnical analysis showing that most of the Provençal agri-food system was locked around the use of "radical soil disinfection" techniques, thus excluding the implementation of alternative agroecological techniques. This lock-in arose from interconnected barriers to the change in practices, involving a diversity of stakeholders at the Provençal level and beyond it: farmers, upstream and downstream of the sector (including consumers), R&D and public policy actors. Following this analysis, I studied existing coupled innovations that foster the implementation of agroecological crop protection in French vegetable systems. This “tracking of innovations” led us to identify 5 types of coupled innovations, and for each of them, the combinations of sociotechnical levers mobilized and the way they were implemented. Meanwhile, I developed a serious game enabling the effective sharing of the sociotechnical analysis results to the stakeholders of the studied problem. This serious game also enabled to facilitate stakeholders’ knowledge management and creativity and the collaboration between them, for initiating the design of innovative solutions tailored for the problem under study. Finally, I mobilized the previous works (analysis, tracking, serious game) in 4 co-design workshops conducted with the stakeholders. I created and implemented several methods in these workshops to design increasingly elaborate solutions that favor change in practices. As a result, we collectively designed 50 coupled innovations including 41 coupled innovations, thus opening up the space of possible solutions. We evaluated part of the complex coupled innovations.In the discussion, I point out the promising avenues of action and research to facilitate the implementation of agroecological practices for the management of soil-borne pests and diseases in Provençal sheltered vegetable farming systems. I discuss the possible evolution of the methodology I developed during this thesis, in order to improve its efficiency and complete the design process. I make proposals to specify the conditions of the implementation of the innovations designed, evaluate them and anchor them in the territorial agri-food system. Finally, I show that this work contributes to establishing theoretical and methodological bases to multi-level redesign of agricultural systems for accompanying changes in farming practices.Parts A "Problem" and C "Discussion" of my thesis are written in French. Part B consists of three articles and one chapter of the thesis written in English

Le concept de « service écosystémique », en plein essor depuis la publication du Millenium Ecosystem Assessment en 2005, a permis de souligner l'importance des performances non-marchandes des écosystèmes. En arboriculture, assurer une bonne productivité tout en préservant les ressources naturelles et la santé humaine est aujourd’hui un défi majeur, qui peut être analysé sous l’angle des services écosystémiques. Quels sont ces services au sein d’un verger de pommiers ? Comment les analyser ? Quels sont les liens - conflits et synergies - entre services écosystémiques multiples et comment les systèmes de culture modifient-ils les profils de services multiples? Ce travail de thèse vise à répondre à ces questions avec une démarche novatrice combinant mesures expérimentales, modélisation et analyse statistique. Suite à une analyse bibliographique des services écosystémiques pouvant être délivrés dans des vergers, cinq services ont été sélectionnés. Il s’agit de la production de fruits, de la disponibilité de l’azote dans le sol, de la régulation du climat reposant sur la prévention de la dénitrification de l’azote et sur la séquestration du carbone, de la maintenance et de la régulation du cycle de l’eau y compris de sa qualité, et de la régulation des bioagresseurs. Conjointement à ces services nous avons considéré les nuisances environnementales dues aux pesticides. Pour chaque service nous avons identifié les fonctions écosystémiques sous-jacentes ainsi que les pratiques agricoles et les conditions pédoclimatiques ayant un impact sur ces fonctions. Les services et fonctions ont été décrits par un ou plusieurs indicateurs et quantifiés à l’aide de modèles dans les cas suivants : (i) neuf systèmes de culture réels sur deux dispositifs expérimentaux dans le sud-est de la France et (ii) 150 systèmes de culture fictifs conçus à partir de la combinaison de cinq leviers de pratiques et de leurs modalités, dans des conditions pédoclimatiques identiques. Les deux modèles utilisés ont été STICS, un modèle générique de simulation du fonctionnement du sol et des cultures sous l’influence des pratiques, qui a nécessité une paramétrisation et une évaluation sur pommier à partir de mesures expérimentales, et IPSIM, une plateforme de modélisation simulant les effets des pratiques et des conditions du milieu sur les dégâts aux cultures causés par les bioagresseurs. IPSIM a été paramétré sur pommier, sur la base d’une importante étude bibliographique et à dires d’experts. Les simulations des modèles ont fait l’objet d’analyses statistiques simples dans le cas des systèmes de culture réels, et d’analyses multivariées à deux tableaux (analyse en composantes principales avec variables instrumentales) pour les systèmes de culture fictifs. Pour les neufs systèmes de culture réels, 14 liens importants entre services écosystémiques ont été identifiés, notamment des conflits comme celui entre la prévention de la dénitrification ou de la lixiviation de l’azote et la disponibilité de l’azote dans le sol à court terme, et des synergies, comme celle entre l’humidité du sol ou la séquestration du carbone et la disponibilité de l’azote dans le sol à court terme. Ces liens entre services sont expliqués par les fonctions écosystémiques sous-jacentes. La comparaison de profils de services entre systèmes a mis en évidence l’impact de pratiques agricoles sur certains services. Ainsi, sur un même site, une forte densité de plantation augmente la production de fruits et la séquestration du carbone. La fertilisation exclusivement sous une forme organique diminue la production de fruits via un stress azoté mais diminue également la lixiviation. Par ailleurs, les profils de services sont fortement influencés par les caractéristiques pédoclimatiques de chaque site. Ces résultats confortent la nécessité d’une prise en compte explicite de l’interdépendance ‘pratiques x conditions du milieu’ pour analyser les services
The concept of « ecosystem service », which has been used increasingly since the publication of the Millennium Ecosystem Assessment in 2005, has highlighted the importance of ecosystem’s non-marketed performances. In orchards, ensuring high productivity while preserving natural resources and human health has become a real challenge that could be analyzed with the concept of ecosystem service. Which ecosystem services are delivered in an apple orchard? How to analyze them? What are the relationships - conflicts or synergies – among multiple ecosystem services and how do cropping systems change multiple ecosystem service profiles? This PhD work aims at answering those questions with an innovative approach combining experimental measures, modeling and statistical analysis.Based on a literature review of ecosystem services in orchards, five services were selected: fruit production, nitrogen availability in soil, climate regulation based on the prevention of nitrogen denitrification and on carbon sequestration, maintenance and regulation of water cycle, including water quality, and pest control. We also considered the environmental disturbances caused by the use of pesticides. For each service, we identified the underlying ecosystem functions as well as the agricultural practices and soil and climate conditions affecting these functions. Services and functions were described by one or multiple indicators and quantified using models in the case of (i) nine existing cropping systems on two experimental sites in southeastern France differing in terms of soil and climate conditions, and (ii) 150 virtual cropping systems designed out of the combination of five major agricultural practice levers and their modalities, in identical soil and climate conditions. The two models used were STICS, a generic soil-crop simulation model under the influence of practices which required a parameterization and an evaluation on apple orchards based on experimental measures, and IPSIM, a generic modeling framework simulating the impacts of agricultural practices and local conditions on crop injuries caused by pests. IPSIM was parameterized on apple orchards, based on an important literature review and expert opinions. Model simulations were analyzed with simple statistics in the case of the nine existing cropping systems and with two-table multivariate analyses (principal component analysis with instrumental variables) for virtual cropping systems.Concerning the existing cropping systems, 14 important relationships were identified among ecosystem services, especially conflicts, like the one between nitrogen denitrification or leaching prevention and soil nitrogen availability on the short term, and synergies such as the one between soil humidity or carbon sequestration and nitrogen availability on the short term. These relationships are explained by the underlying ecosystem functions. Comparing service profiles among cropping systems highlighted the impacts of agricultural practices on some services. That way, on a same site, a high planting density increases fruit production and carbon sequestration. An exclusively organic fertilization decreases fruit production through nitrogen stress but also nitrogen leaching in drained water. Furthermore, service profiles are strongly influenced by the soil and climate conditions of each site. These results strengthen the need to explicitly consider the ‘agricultural practices x soil and climate conditions’ interdependence in order to analyze ecosystem services. The results obtained with the virtual cropping systems simulations confirmed those of the existing ones and gave precision on the impacts of fertilization, irrigation and pest control for codling moth, rosy apple aphid and apple scab on ecosystem functions and services