Projet écrit par le réseau IGEC (EA –GAP – MIA)

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1 CAREX : Caractérisation environnementale des essais conduits dans les unités EXpérimentales
Projet écrit par le réseau IGEC (EA –GAP – MIA) animé par Marie-Noël Mistou (UMR Agronomie Grignon) Enjeu mettre en place au sein des UE une méthodologie de caractérisation environnementale Référencer de manière dynamique le niveau des ressources environnementales disponibles de façon à identifier et quantifier les stress biotiques et abiotiques apparus au cours du cycle cultural et ayant potentiellement impacté les performances des phénotypes ou des systèmes testés Intro par Arnaud CAREX Journées IGEC 22 Novembre 2011

2 Renforcement de la cohérence du réseau expérimental GAP EA
Sorties attendues A l’échelle du réseau Evaluer les performances des variétés en regard des contraintes environnementales exercées Juger de la représentativité d’un réseau expérimental Structurer et gérer les réseaux en fonction des objectifs attendus Evaluer le potentiel d’adaptation des variétés aux stress identifiés sur le réseau ( stabilité - performances liées à un milieu ) A l’échelle du site Disposer d’un outil de pilotage de la culture Quantifier a posteriori l’impact des modes opératoires, des conditions locales (sol, climat) Juger de la représentativité de l’année expérimentale Identifier les stress récurrents Echelle annuelle Caractérisation environnementale minimale homogène disponible sur chaque site Echelle pluriannuelle Partage de méthodes et échanges autour des diagnostics agronomiques au sein du réseau des UE Renforcement de la cohérence du réseau expérimental GAP EA CAREX Journées IGEC 22 Novembre 2011

3 Co – construction du projet avec les UE
Définition de l’objectif prioritaire de CAREX Quantification des stress hydriques et azotés rencontrés par les cultures aux échelles parcellaire et intra-parcellaire Volonté de caractériser l’ensemble des lieux pour valoriser le réseau expérimental Projet écrit par les animateurs IGEC co-construction : pour répondre aux besoins pour une bonne adhésion Priorité aux stress N et Eau car les stress biotiques sont pris en charge par le réseau PIC CAREX Journées IGEC 22 Novembre 2011

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3 axes de travail Axe 1 : Caractérisation des sols des unités expérimentales : priorité la majorité des UEs ne dispose pas de l’information minimale nécessaire sur leurs sols pour le suivi de bilans hydriques et azotés Axe 2 : Adaptation de modèles de suivi des bilans hydriques et azotés dans les essais ajustement des programmes d’interventions culturales (règles de décision) quantification des stress subis par la culture au sein de l’essai Axe 3 : Instrumentation confrontation des sorties des modèles par des mesures sur la plante et le sol correction du modèle en cours de cycle Contraintes sur : Modèles dynamiques de bilans hydrique et azoté : faciles à paramétrer et données d’entrées accessibles Modèle et instruments : utilisation opérationnelle dans les conditions d’une unité expérimentale CAREX Journées IGEC 22 Novembre 2011

5 3 axes de travail Pilotage culture Diagnostic agronomique
Interventions techniques tracées Pilotage culture Diagnostic agronomique a posteriori Données d’entrée du modèle ITK CLIMAT PLANTE Caractérisation du SOL Modèle de bilan hydrique et azoté couplage Mesures parcelles : Plante sol observations Connaissances disponibles ? Echelle de travail ? CLIMATIK CAREX Journées IGEC 22 Novembre 2011

6 Axe 1 : Caractérisation des sols
pour estimer les propriétés hydriques et la minéralisation des sols Pour évaluer les hétérogénéités : inter et intra parcelle : échelles de travail Collaboration du groupe de travail avec l’équipe de sciences du sol et INFOSOL Orléans : Définition du protocole d’intervention, des échelles de travail, des études pédologiques à mettre en oeuvre A l’origine du projet écrit par les animateurs IGEC, l’unité spatiale prise en compte était le champ d’essai. Le groupe de travail a souligné la nécessité dans certaines situations, de caractériser des variations intra parcellaires qui peuvent être importantes sur certains sites et susceptibles d’engendrer des ressources disponibles variables intra essai CAREX Journées IGEC 22 Novembre 2011

7 Carte des sols, hétérogénéités intra et inter parcellaires
Axe 1 : Caractérisation des sols Carte des sols, hétérogénéités intra et inter parcellaires La résistivité choisie comme méthode de cartographie des hétérogénéités des sols Information continue (spatial) sur le profil : définition de zones de résistivité différentes selon : nature du sol (argile, quartz, feldspath, elts grossiers), température, Teneur en eau, porosité Déjà utilisée sur : les ORE de Lusignan et Mons l’UE viti de Bordeaux l’UE de Rennes le Rheu La résistivité consiste à injecter un courant dans le sol avec 3 paires d’électrodes présentant des écartements différents qui vont permettre 3 profondeurs d’investigation du sol 2 électrodes émettrices (E) => courant vers 2 électrodes réceptrices (R) : on mesure la différence de potentiel entre les 2 plus on écarte les électrodes E et R plus on augmente le volume de sol prospecté (demi sphère)  Équipement DGPS permettant des cartes géo-référencées (ARP : automatic resistivity profiling) on effectue 3 cartes  : 0.5 , 1 , 2 mètres de profondeur, on obtient des cartes avec un jeu de couleur proportionnel à la résistivité, chacune des cartes intègre toute l’information (0 à à 1 m - 0 à 2m), on parle de résistivité apparente. CAREX Journées IGEC 22 Novembre 2011

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Axe 1 : Caractérisation des sols : hétérogénéité Positionnement des sondages pédologiques (profils, textures et/ou analyses chimiques) , des capteurs Après vérification de la correspondance des zones de résistivité avec les unités pédologiques, on peut extrapoler les descriptions à l’ensemble de la parcelle. La résistivité permet de diminuer le nombre de sondages de moitié en moyenne Densité de sondage en fonction de la carte obtenue. Permet aussi le positionnement des instruments de mesure Conditions de mesure à respecter : sol ressuyé, rappuyé, végétation peu développée (peu active (fruitier), hors essai ou passage dans les allées Ensemble de la prospection effectué sur 1 temps court (ou utilisation d’1 zone référence pour cal les différentes périodes de mesure) CAREX Journées IGEC 22 Novembre 2011

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Axe 1 : Caractérisation des sols : hétérogénéité Mesures effectuées par les UE après formation 5 sites EA mesurés à partir de l’automne (294 ha ) Auzeville, Avignon, Lusignan, Epoisses, Colmar Projet UE GAP : Montpellier, Clermont, Bordeaux Arbo, St Martin de Hynx, Ploudaniel Projet stage ingénieur (2013) : Elaboration des cartes de résistivité des parcelles : test d’algorithmes de lissage, de méthodes d’interpolation… Relation avec d’autres données géo-référencées : cartes de rendement, mesures capteurs, résultats d’analyses Relation avec données expertes sol existant dans les UE Définition des analyses pédologiques complémentaires à effectuer Besoin encadrement en géostat, SIG, sciences du sol… CAREX Journées IGEC 22 Novembre 2011

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Axe 1 : Caractérisation des sols : données indispensables 2011: Inventaire des informations disponibles au sein des UE pour estimer les propriétés hydriques et la minéralisation des sols Granulométrie 5 fractions Charge en cailloux Teneur en CaCO3 CEC (Ca, Mg, K, Na) pH eau Teneur en carbone Teneur en azote total Da cylindre 2012 : Formation à la BDD Infosol à programmer Géo-référencement de données existantes a posteriori si possible Inventaire des informations disponibles au sein des UR Informations destinées à préparer les études pédologiques Infosol pour gérer les données sols des UE acquises ou non par les UE (UR…..) Définition des données indispensables à la qualification du fonctionnement hydrique et azoté d’un sol Disponibilité des informations pour tous par DONESOL CAREX Journées IGEC 22 Novembre 2011

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Axe 2 : Adaptation d’outils de suivi des bilans hydriques et azotés dans les essais CAREX Journées IGEC 22 Novembre 2011

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Axe 2 : Adaptation d’outils de suivi des bilans hydriques et azotés dans les essais BilHN choisi pour son adaptation aux besoins des UE « Économe » en données d’entrées Paramétrable par les UE Bilan hydrique et bilan azoté au sein de l’outil Modèle de culture adapté à différentes espèces cultivées Gestion de l’ensemble du parcellaire (essai /homogénéisation) Outil conçu par JMN sur l’UE d’Auzeville A l’échelle du site CAREX Journées IGEC 22 Novembre 2011

13 BilHN Variables climatiques (Tmoy, P , ETPp,climat moyen) Sorties
Axe 2 : Adaptation d’outils de suivi des bilans hydriques et azotés dans les essais BilHN Variables climatiques (Tmoy, P , ETPp,climat moyen) 12 paramètres par espèce (phénologie, biomasse, Croissance rac., abs N) Texture Structure RUm MinN Sorties Culture : Rdt, MS, %Ng, N abs, TR_M Bilan H dyn. Sur le cycle Bilan N dyn. Sur le cycle Parcelle : État final profil H et N, dev cult en place Représentation graphiques des variables simulées Plante Stade Croissance racine INN, TR_M EIV MS , Nabs SOL Profil hydrique journalier (état des réservoirs, drainage, évaporation) Profil azoté journalier(3 horizons, min.(humus et résidus), less., ITK R de D Seuils d’interventions, objectifs CAREX Journées IGEC 22 Novembre 2011

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Axe 2 : Adaptation d’outils de suivi des bilans hydriques et azotés dans les essais choix stratégiques concevoir ses SdeC et ITK, et les Règles de Décisions associées (seuils d’interventions, modulation, rationnement) pilotage conduite de culture : appliquer les RdeD définies (confrontation simulé / observé) pour irrigation et nutrition azotée diagnostic agronomique facteurs limitants au cours du cycle : stress hydriques , azotés : intégration expertise – observations BILHN fonctionne sous excel : simple à utiliser Limites de l’outil Espèces : céréales à paille, maïs, soja, pois, sorgho, tournesol. A paramétrer sur protéagineux, colza, cultures associées Paramétrage : mis au point sur Auzeville. À évaluer/ adapter sur les autres sites CAREX Journées IGEC 22 Novembre 2011

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Axe 2 : Adaptation d’outils de suivi des bilans hydriques et azotés dans les essais Intégration expertise – observations Recalage du modèle en fonction des observations en cours de culture pour avoir une représentation cohérente du développement de la culture ex : levée (pb lié à la phase d’installation, qualité structure, contact sol-graine….), taux de satisfaction du besoin eau / état de la végétation au champ : début cycle (pb d’obstacles racines, densité, vigueur végétation…), pleine végétation (Rum, Kr) Sorties : Diagnostic agronomique local effectué au sein de l’UE Suivi en continu des ressources disponibles en eau et en azote pour la culture => Mise en évidence et quantification des stress subis aux différents stades de développement Appréciation de la Rum : confrontation simulations/observations sur plusieurs cycles (hétérogénéité milieu , remontées capillaires, exploration racinaire variable…) sorties valorisable pour le Diagnostic agronomique du réseau d’essais Analyse des résultats obtenus dans des conditions variées et décrites sur chacun des sites taux de satisfaction du besoin eau comparé à l’état de la végétation au champ : TR_M est globalement surtout sensible à la qualité d'appréciation de l'état du profil hydrique, de la colonisation racinaire et de la cessibilité de l'eau. Les principales causes d'erreur sur TR_M changent dans le temps (de la levée à maturité) et entre parcelles (profondeur et hétérogénéité du sol) Début de cycle : qualité du modèle est surtout limitée par l'appréciation de l'évaporation, puis de la date de sortie des racines de l'horizon labouré : BilH, très sommaire sur cette phase, peu perfectible en restant simple : tient moins du bilan hydrique (besoin de transpiration faible) que d'appréciations qualitatives (Rs et rugosité de surface, contact sol-graine, qualité de structure du sol), très dépendantes de chaque situation et accessibles à l'observation directe (qualification du profil cultural, mesures tensiométriques, comportement de la plante) Croissance active : L'erreur liée à la qualité de représentation des dynamiques conjointes d'enracinement (Rup) et à mise en place de l'appareil végétatif (Kr) : paramètres culturaux, vigueur au départ et relation de l'un à l'autre (dynamique de l'écart besoin - ressource) (=>conseil d'irrigation précoce). Sur cette phase : Poids important de l'appréciation de la qualité du profil cultural et la densité et vigueur de végétation. Par la confrontation de TR_M au comportement observé de la plante (flétrissement, anoxie), on évite les erreurs majeures. La précision des stades de développement est peu limitante. En phase de pleine végétation, floraison et remplissage : La qualité du diagnostic repose sur la qualité d'appréciation de Kr et sur celle de la réserve utile RUm (qualité d'autant plus limitante que le niveau de RUm est faible) et de la progression racinaire tardive état final du profil lié à : cumul d'évaporation et de transpiration (elle-même surtout sensible à la cessibilité de l'eau), à la profondeur finalement exploitée par les racines, à la qualité de répartition de l'eau d'irrigation, aux transferts latéraux (ruissellement de surface ou fond de labour) : modèle d'évaporation, cessibilité de l'eau et connaissance de RUm Rum : L'hétérogénéité du milieu, les remontées capillaires, le flou du taux d'exploration racinaire des horizons profonds => l'appréciation de la RUm n'est perfectible qu'à l'expérience : démarche de diagnostic à posteriori, en ajustant son estimation pour obtenir une simulation conforme à la réalité . CAREX Journées IGEC 22 Novembre 2011

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Axe 2 : Adaptation d’outils de suivi des bilans hydriques et azotés dans les essais En 2010 Présentation de l’outil aux responsables d’UE par Jean Marie NOLOT Prise en main de l’outil : 2 réunions Montpellier et Paris En 2011 Utilisation de l’outil sur les données historiques et sur la campagne 2011 Clermont Ferrand, Le Rheu, Lusignan, Avignon, Grignon CAREX Journées IGEC 22 Novembre 2011

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Axe 2 : Adaptation d’outils de suivi des bilans hydriques et azotés dans les essais Actions programmées Proposer une méthode de paramétrage de l’outil tenant compte des données disponibles et des connaissances expertes sur les unités expérimentales (Automne 2011) Suivi de parcelles avec l’outil BILHN en pilotage sur les UE volontaires (campagne ) définition d’un plan d'expérimentation pour affiner les paramètres les plus sensibles Interpréter en commun des diagnostics de l’ensemble des sites permettant de valoriser les différentes expériences (campagne ) Evaluer collectivement l’apport de l’outil dans la compréhension des résultats expérimentaux obtenus (issue campagne 2012) par rapport à la qualité prédictive de variables mesurées au champ Adapter l’outil à des espèces de grandes cultures (date d’entrée et de sortie de bilan, stades phénologiques correspondant à un indice foliaire maximal, croissance racinaire, indice de production de biomasse…) Collaboration : UE, JMN, MNM BILH-N a été testé principalement sur céréales à paille, maïs, tournesol, sorgho, pois et soja, l’outil doit être validé pour le colza et les cultures associées céréales - protéagineux notamment. Problème départ de JMN en 2012 CAREX Journées IGEC 22 Novembre 2011

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Axe 2 : Adaptation d’outils de suivi des bilans hydriques et azotés dans les essais Projet d’utilisation de AZOFERT  AZOFERT sera utilisé dans l’objectif d’évaluer BILH-N au niveau du paramétrage des caractéristiques du sol et de la simulation de la minéralisation notamment pour les unités expérimentales situées dans les régions bien qualifiées par AZOFERT Contact pour utilisation de PILOTE (Cemagref UMR G eau) : modèle de bilan hydrique (sol 3 réservoirs ) couplé à un modèle de culture simulant LAI, production de MS et rendement Priorité à BilHN : outil disponible bilan hydrique et azoté dynamique associé à un modèle de culture adapté aux UE départ de Jean Marie NOLOT AZOFERT simule la dynamique temporelle des fournitures d’azote (pas de temps décadaire), la minéralisation nette de l’azote humifié du sol et des différentes sources organiques, le lessivage des nitrates, la volatilisation et l’organisation microbienne de l’engrais CAREX Journées IGEC 22 Novembre 2011

19 Axe 3 : Instrumentation des unités expérimentales
Confrontation des sorties des modèles par des mesures sur la plante et le sol Correction du modèle en cours de cycle CAREX Journées IGEC 22 Novembre 2011

20 Axe 3 : Instrumentation des unités expérimentales
Mise en place de groupes de travail sol :  suivi de la teneur en eau plante : croissance et suivi de l’état azoté  Groupe SOL : 1ere réunion le 9 /9/2011 UE - ORE sondes mobiles (pb m.o, donnée discrète) sondes fixes avec enregistrement : enviroscan – tdr - fdr Proposer une mesure de la teneur en eau du sol en 1 point représentatif de l’UE Développer des collaborations avec : les unités de recherche, les ORE les plateformes instrumentées Définir l’équipement adapté aux différentes situations définies par le groupe de travail Développer des collaborations avec les unités de recherche concernant l’utilisation des différentes méthodes de couplage modèles-mesures création des groupes : sol (suivi hydrique) et plante (croissance et suivi azoté) en cours de construction MHJ: sur le couplage modèle-mesure, on est une des unités à avoir travaillé dessus: tu as sollicité David CAREX Journées IGEC 22 Novembre 2011

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Participation significative des UE au projet et à l’élaboration des 3 axes Phase de construction basée sur le volontariat Auzeville, Epoisses, Rennes, Colmar, Estrées-Mons, Clermont Ferrand, Lusignan, Montpellier, Avignon, St Martin de Hinx, Versailles-Grignon, Le Moulon, Ploudaniel, Angers, Bordeaux (viti et Arbo) CAREX Journées IGEC 22 Novembre 2011

22 CAREX : SORTIES ATTENDUES
EA et DGAP Caractérisation des sites Renforcer la cohérence du réseau des UE EA et GAP – harmoniser les pratiques pilotage des cultures gestion des interventions diagnostic fin de campagne culturale Unités expérimentales Unités de recherches : attentes ? besoins ? A cette étape du travail , nécessité d’échanges avec les UR pour connaitre les attentes des chercheurs vis-à-vis de la caractérisation environnementale des essais quelle valorisation de la caractérisation environnementale ? disponibilité en N et en eau en dynamique sur l’essai : utilisation ? variables à mettre en œuvre ? CAREX Journées IGEC 22 Novembre 2011

23 Attentes de CAREX vis-à-vis des UR
SOL Nature des données acquises dans les UR de proximité, positionnement géographique, facilité d’accès aux données Participation à l’étude de caractérisation ( expertise, encadrement stagiaires, CDD…) BILHN Données historiques disponibles (essais instrumentés sur l’UE pour validation du paramétrage) Avis sur la nature des sorties obtenues Comparaison avec sorties d’autres modèles de bilan H et /ou N Instrumentation Participation aux groupes de travail SOL et PLANTE Objectifs : choix des capteurs adaptés aux UE mise en place de protocole commun selon les dispositifs instrumentés Valorisation des variables enregistrées pour l’évaluation des sorties de BILHN CAREX Journées IGEC 22 Novembre 2011