Projet ECHAP « L’architecture des couverts végétaux : un levier pour réduire l’utilisation des fongicides ? Corinne Robert INRA ECOSYS

Enjeux du projet ECHAP Enjeux : Plan ecophyto 2018 50% diminution d’utilisation pesticide en 2018 Axe 3 : développer pratiques innovantes nécessitant moins de pesticides -> Utiliser les caractéristiques des couverts pour réguler les populations d’agents pathogènes -> Optimiser les techniques et les stratégies de traitements pesticides Projet ECHAP : L’architecture des couverts végétaux : un levier pour réduire l’utilisation des fongicides ? Programme pesticide du MEDDE 2010 - 2014 Pathosystème : Blé -septoriose

Architecture du couvert : effets multiples sur les pathogènes et le devenir du fongicide Dispersion Inoculum initial Cycle infectieux Dépôt feuilles Dispersion Cycle infectieux automne printemps From Robert et al. (2008) Des effets multiples de l’architecture = support de l’épidémie -> Course entre la plante et le pathogène -> Quantité de substrat -> Distances à parcourir pour les spores -> Effet « parapluie »

Variétés et architecture Avalon Cadenza Neil Paveley (ADAS UK) 2

Etat de l’art et Objectifs Architecture influence les épidémies Architecture influence interception des fongicides Hypothèse : utiliser l’architecture des couverts pour diminuer les traitements fongicides sur blé via deux mécanismes : échappement et optimisation de l’interception des fongicides Objectifs ECHAP: Lever les verrous de connaissance sur les interactions « architecture –pathogènes – fongicides » Tester l’opérationnalité des idées du projet par des expérimentation de terrain Développer un modèle intégrant les interactions et simulant des stratégies de traitement pour des architectures variées Identifier par simulation des traits d’architecture clé dans le système Pathosystème modèle : « blé-septoriose » pas d’étude sur interactions « architecture x épidémie x fongicides »

Schéma conceptuel du système et organisation du projet

Méthodologie Expérimentations Modélisation Expérimentations en conditions contrôlées : étudier les interactions - Architecture des variétés - Architecture x dispersion des spores - Devenir du fongicide sur la feuille - Partenaires : INRA, CNRS - Années 1 et 2 Développement outils de modélisation : - Modèle Septo3DFongi : « développement couverts, épidémies associées, interception des fongicides et effet sur les épidémies » - Outils évaluation environnementale - Sur plateforme OpenAlea (INRIA Montpellier) - Partenaires : INRIA, INRA, ADAS, ALTERRA - Années 1, 2 et 3 Fonctions Paramétrisation Expérimentations au champ : test de stratégies de traitements avec des architectures variées - 3 variétés de blé - Mesures : architecture, climat, septoriose, interception de colorant - Boignevilles (ARVALIS) - Partenaires : ARVALIS, INRA, IRSTEA - Années 1, 2 et 3 Test du modèle avec les données champs - Données architecture, épidémie, interception Partenaires : INRA, INRIA - Année 4 Jeu de données Diapo 5: simplifier ? Compréhension Utilisation des modèles développés - Evaluer l’effet d’architectures variées - Identification de traits architecture - Simulations bilan environnemental - Partenaires : INRA, INRIA - Année 4

Expérimentations en conditions contrôlées pour lever les verrous de connaissance sur le système Architecture des blés Architecture et dispersion de spores Devenir des fongicides sur la feuille 1 2 3 4 Epoxiconazole, Fongicide systémique - Effet temporel marqué - Pénétration >50% - Fraction volatilisée <4% Chlorotalonil, fongicide de contact - Volatilisation plus forte 15% - Pénétration plus faible 25% - Dispersion + efficace sur blés nains - Interaction effets architecture et type de pluie Stage M2, G. Girardin, INRA, 2011 Courbure des feuilles dépend : - Age des feuilles - Rang foliaire Dornbusch T, Robert C, Fournier et al. INRA Thèse N. Lichiheb , INRA

Expérimentations au champ : test de stratégies de traitement avec des architectures variées 3 années d’expérimentation à Boignevilles: 3 cultivars (Mercia et naine Rht3 en année 1, Tremie en années 2 et 3) Stratégies traitements : dose (1, ½, ¼, 0), volume d’application (40, 80, 150, 200L/ha) et nombre d’applications (T1 ou/et T2) Mesures : climat, architecture, épidémie, interception de colorant, rendement ARVALIS Boignevilles : Perriot B., Gouache D. et al. 3 stages M2 - S. Poidevin (2011) , J. Da Costa (2012), A Danthony (2013) EGC INRA : Abichou M., Jean Jacques J., Bidon M., Durand B., Saint Jean S., Bedos C., Andrieu B., Robert C. et al. IRSTEA : E. Cotteux et al.

Expérimentations au champ : test de stratégies de traitement avec des architectures variées Architecture varie entre lignées et années Epidémies varient entre lignées et années longueur limbe hauteur F1 Longueur : Mercia>Rht3 Largeur : Mercia< Rht3 Hauteur : Diamètre : Mercia<Rht3 Mercia % maladie sur F1+F2+F3 Rht3 Mercia Rht3 Interceptions du colorant sur les feuilles du haut du couvert (F1 à F4) ng par feuille / gha-1 Date 2 DFE mi-mai F1 F2 F4 F3 60 Pas d’effet du volume d’application de bouillie sur l’interception Interception variable entre les variétés : sur le total des 4 feuilles et sur le profil des F1 à F4 Effet significatif : date de traitement, variété, feuille et interactions date x variété, date x feuille et variété x feuille Volume médian 2012 = 110L/ha, en 1989 : 200L. Volume change, la dose hectare est la même. Avec baisse des volumes : nécessité d’utiliser de plus petites buses et aller plus vite, goutelettes plus petites donc dérive? Plus faible volume : plus vite et plus d’hectare avec la même quantité 50 40 30 20 10

Modélisation « couvert – épidémie – fongicide » : développement et assemblage des différentes briques Septo3DFongi Sur plateforme OpenAlea (Montpellier) Sessions de Modelling sprint INRIA CIRAD INRA VP (C. Fournier, C. Pradal) INRA (Abichou M., Andrieu B., Bedos C, Benoit P, Chapuis R., Chambon C., Gagnaire N., Pointet S., C. Robert C, Saint Jean S. et al.) Alterra (van den Berg E.) ADAS (Paveley N.) Evaluation multicritère des stratégies (Bancal M.O., Bedos C., Mamy L., Pot V., Walker A.S. et al.) (1) Couvert dynamique 3D ADEL (Fournier and Andrieu, 1997)

Modélisation « couvert – épidémie – fongicide » : développement et assemblage des différentes briques (1) Couvert dynamique 3D Initialisation du modèle

Modélisation « couvert – épidémie – fongicide » : développement et assemblage des différentes briques (1) Couvert dynamique 3D Initialisation du modèle (2) Cycle infectieux, échelle section de feuille Septo3D (Robert et al. 2008)

Modélisation « couvert – épidémie – fongicide » : développement et assemblage des différentes briques (1) Couvert dynamique 3D (2) Cycle infectieux, échelle section de feuille Initialisation du modèle (3) Dispersion spores Septo3D (Robert et al. 2008)

Modélisation « couvert – épidémie – fongicide » : développement et assemblage des différentes briques (3) Dispersion spores (1) Couvert dynamique 3D (2) Cycle infectieux, échelle secteurde feuille Initialisation du modèle Simulation Epidémie dans un blé 3D

Modélisation « couvert – épidémie – fongicide » : développement et assemblage des différentes briques (3) Dispersion spores (1) Couvert dynamique 3D (2) Cycle infectieux, échelle secteurde feuille Initialisation du modèle (4) Interception fongicide Surface impactée et ruissellement Caribu (Chelle and Andrieu, 1997) Pop Drops (Saint Jean, 2013)

Photo-transformation Modélisation « couvert – épidémie – fongicide » : développement et assemblage des différentes briques (3) Dispersion spores (1) Couvert dynamique 3D (2) Cycle infectieux, échelle secteurde feuille Initialisation du modèle (5) Devenir fongicide sur secteur feuille (4) Interception fongicide Granulométrie, dépôt, splash et lavage Photo-transformation Fongicide Feuille Lavage Volatilisation Pénétration Pearl leaf (Van den Berg et al. 1999)

Photo-transformation Modélisation « couvert – épidémie – fongicide » : développement et assemblage des différentes briques (3) Dispersion spores (1) Couvert dynamique 3D (2) Cycle infectieux, échelle secteurde feuille (4) Interception fongicide Granulométrie, dépôt, splash et lavage Initialisation du modèle (6) Effet fongicide sur cycle infectieux Photo-transformation Fongicide Feuille Lavage Volatilisation Pénétration (5) Devenir fongicide sur secteur feuille - + dose response curve Milne A. Paveley et al. (2007)

Modélisation « couvert – épidémie – fongicide » : Test du modèle face aux données expérimentales Couvert dynamique 3D HS=2.97 12/01/2011 HS=6.46 21/03/2011 HS=9.74 19/04/2011 HS=12.8 11/05/2011 HS=16.76 16/06/2011 1 Diapo de sortie/validation avec maquette et interception (1 seule variété pour interception) Pointet S., Abichou M., Andrieu B., Robert C., Fournier C. et al.

Modélisation « couvert – épidémie – fongicide » : Test du modèle face aux données expérimentales Interception par les feuilles Tremie12 Simulation Observation Dépôt Tremie13 Interception de colorant (g feuille / gha-1) Rht3 Mercia Gagnaire N., Pointet S., Saint Jean S., Robert C., Fournier C. (travail en cours) Feuille

Modélisation « couvert – épidémie – fongicide » : Simulation effet de l’architectures sur l’interception Simulation effet de la date de traitement sur l’interception des feuilles : Tremie 2012 Tremie 2013 F2 Observation F2 F1 8 jours F1 Interception foliaire (g feuille / gha-1) F3 F3 8 jours 1 seule variété : effet de 2 facteurs age et dimensions Date de traitement Date de traitement Pointet S., Gagnaire N., Robert C., Fournier C. (travail en cours)

Conclusions Expérimentations en conditions contrôlées : lever des verrous sur les interactions Expérimentations de terrain : Aucun effet du volume de la bouillie de traitement sur l’interception Effet significatif de l’architecture sur interception des fongicides Marge d’amélioration de l’interception Modélisation dynamique Septo3DFongi « couvert 3D – épidémie – fongicide » Modèle fonctionnel et validé sur un jeu d’essais Outils d’évaluation multicritère Quantifier l’effet de traits d’architecture sur les épidémies et l’interception des fongicides  effet majeur de la date de traitement et du profil de surface foliaire Résultats clé du projet

Perspective et opérationnalité Analyse de sensibilité du modèle : Identifier les traits d’architecture qui influencent fortement le système Pour différents climats et différents type de fongicide Tester des scénarios « architecture – climat - traitement » avec une évaluation multicritère des stratégies Elargir à l’ensemble du pathosystème Opérationnalité : Valider et simplifier le modèle pour le rendre utilisable par les acteurs pour tester des pratiques ou des variétés Tester des idéotypes et des génotypes en cours de sélection Résultats clé du projet

Remerciements Abichou, M., Andrieu, B., Bancal, M.-O., Barriuso, E., Bedos, C., Benoit, P., Bergheaud, V., Bidon, M., Chapuis, R., Chambon, C., Durand, B., Fournier, C., Gagnaire, N., Gigot, C., Girardin, G., Jean Jacques, J., Lichiheb N., Mamy, L., Ney, B., Poidevin, S., Pot, V., Pointet, S., Robert, C., Saint-Jean, S. Walker, A.-S. Fournier, C., Pradal, C. Richard, C. Bonicelli, B., Cotteux, E., Sinfort, C. van den Berg, E. da Costa, J., Danthony, A., Gaudillat, N., Gouache, D., Periot, B., Poidevin, S. Paveley, N., Smith, J. Ce projet a reçu le soutien financier de l’ONEMA dans le cadre de l’appel à projet de recherche 2009 du programme de recherche du MEDDE « Évaluation et réduction des risques liés à l’utilisation des pesticides », en appui à la mise en œuvre du plan Ecophyto »