Caractérisation du contrôle des ravageurs dans les systèmes étudiés 

Contexte et objectifs du projet

Présentation du projet Européen Greenresilient

Le projet Greenresilient s’inscrit dans le programme 2020 ERA-Net CORE Organic Cofund (lien vers le site internet du projet : https://www.greenresilient.net/). Il a débuté en 2018 et finira en 2021, il regroupe 18 centres de recherche, 8 pays (Autriche, Belgique, Danemark, France, Italie, Suisse, Suède et Pays-Bas) et 5 sites d’expérimentation. L’objectif principal de Greenresilient est de démontrer le potentiel et la faisabilité d’une approche agroécologique de la production biologique sous serre. Via une approche multidisciplinaire (agronomie, agroécologie, chimie des sols, entomologie, phytopathologie et écologie), une des ambitions du projet est de proposer des systèmes de cultures innovants, durables et résilients qui conviennent aux contraintes locales des régions concernées. Les pays du Nord et du centre de l’Europe ont pour enjeux de produire à basse température et faible luminosité afin d’utiliser moins d’énergie nécessaire à l’éclairage et au chauffage des serres. Quant aux pays du Sud possédant de fortes pressions de bioagresseurs ainsi que des terres moins fertiles, les enjeux sont principalement autour de la diminution d’utilisation d’intrants. Pour tous les pays, une approche systémique est utilisée pour définir des stratégies qui, en intégrant les connaissances multidisciplinaires permettront d’améliorer la durabilité des systèmes maraîchers sous serre.

Le projet Greenresilient au GRAB

Le Grab est l’un des 5 sites expérimentaux du projet Greenresilient depuis 2018, avec pour principal objectif la diminution de l’utilisation d’intrants. L’expérimentation vise à comparer les performances d’un système classique qu’on nomme BAU (pour « business as usual ») avec un système innovant qu’on nomme INN. Trois leviers ont été choisis pour construire le système INN : la présence de bandes fleuries pour favoriser la biodiversité fonctionnelle en alternative aux traitements phytosanitaires ou lâchers d’auxiliaires (lutte biologique), l’association culturale de plusieurs espèces de légumes, et l’utilisation de paillage organique en alternative au paillage plastique. Au total, trois systèmes de cultures printemps/été et deux systèmes de cultures automne/hiver ont été mis en place dans le cadre de ce projet. Nous traiterons uniquement dans ce mémoire des cultures printemps/été.
Lors de la première année d’expérimentation en 2018, l’association de tomates (Fiorentino greffé sur Emperador) et concombres (Diapason greffé sur Flexifort) a été étudiée.
Lors de la seconde année en 2019, c’est l’association aubergines (Black Pearl AB greffé sur Solanum torvum) et poivrons (Almuden NT en franc) qui a été choisie. Pour cette troisième année d’expérimentation, l’association tomates (Cauralina en franc) et concombre (Diapason en franc) comme culture principale sera à nouveau étudiée. Les effets de ces associations sur la productivité des cultures ainsi que la lutte contre les ravageurs et maladies sont étudiés lors des trois années, en comparaison à des cultures pures de tomates, aubergines et concombres respectivement en 2018, 2019 et 2020.
Durant les deux premières années d’expérimentation, du foin de luzerne (25 T/ha) produit localement a été utilisé pour pailler une partie des cultures du projet Greenresilient. En 2018, la fertilisation était identique pour l’ensemble des systèmes étudiés, car l’hypothèse que le foin de luzerne ne minéraliserait pas immédiatement avait été émise. En 2019, 50 unités d’azote en moins a été apporté pour les systèmes avec paillage organique. Les effets sur la lutte contre les adventices ainsi que la fertilisation des cultures étaient observés. Pour la troisième année d’expérimentation, il n’y a pas eu de nouvel apport de foin, et c’est l’arrière-effet sur la fertilisation azoté et l’activité biologique des années n -2 et n-1 du paillage de foin de luzerne qui est observé.
Les bandes fleuries étant constituées d’espèces pérennes, elles sont identiques pour les trois années d’expérimentation.

Etat de l’art

Les bandes fleuries

Biodiversité fonctionnelle et pratiques agricoles

On appelle biodiversité fonctionnelle toute biodiversité ayant un impact positif sur l’écosystème cultivé aussi bien sur le plan environnemental, économique ou social ( Jean-Paul Bordes, 2018). Les pratiques agricoles intensives, notamment l’utilisation de produits phytopharmaceutiques, ont entraîné une diminution considérable de la biodiversité et donc de la biodiversité fonctionnelle, mettant ainsi en danger la production agricole ne bénéficiant plus des services écosystémiques qui en découlent (Butler, et al. 2007). Bien que l’Agriculture Biologique semble moins problématique pour la biodiversité fonctionnelle, les pratiques restent améliorables et certains insecticides comme le Spinosad utilisé en bio, ont aussi des effets fortement délétères pour des organismes non ciblés (Anastassiadou, et al. 2018). De plus, la lutte biologique majoritairement pratiquée en maraîchage sous serre bio s’avère être une méthode très coûteuse pouvant mettre en danger la durabilité économique du système (Ricard, et al. 2012).
Les pratiques agricoles peuvent aussi avoir un impact positif sur la biodiversité fonctionnelle, notamment grâce à la mise en place de surfaces d’intérêt agroécologique sur les exploitations agricoles. Ces surfaces permettent de créer de véritables réservoirs de biodiversité de plantes, insectes, oiseaux et mammifères (Bianchi FJJA, et al. 2006). On trouve notamment : des carabidés (Varchola et Dunn, 2001), des staphylinidés (Maudsley, et al. 2002), des araignées (Schmidt et Tscharntke, 2005), des coccinellidés (Honěk, 1989), des syrphides (Cowgill, et al. 1993), des chrysopides (Sengonca, et al. 2002), des acariens prédateurs (Rieux, et al. 1999), des parasitoïdes (Kruess et Tscharntke, 1994), des Heteroptera prédateurs (Nicholls, et al. 2001) ainsi que des oiseaux insectivores (Dix, et al. 1995).
L’accroissement de la biodiversité peut avoir un effet direct sur l’efficacité du biocontrôle. Le succès de la lutte biologique semble intimement corrélé à l’augmentation de la biodiversité : elle permet d’augmenter et de varier les populations de prédateurs ainsi que l’abondance des proies pouvant les nourrir (Snyder WE, et al. 2005). Ces effets sont cependant contestés par Denoth et al (2002), qui assure que l’augmentation de la diversité des auxiliaires n’est pas plus bénéfique que la présence du “meilleur” auxiliaire sur la parcelle, pour lutter de manière efficace contre les ravageurs. Cependant, l’augmentation de la biodiversité permet une augmentation de la probabilité de présence de ce meilleur ravageur.
Dans le projet Greenresilient, c’est l’utilisation de bandes fleuries qui est étudiée pour permettre une augmentation de la biodiversité fonctionnelle des systèmes maraîchers sous abris et ainsi réduire l’utilisation d’insecticides ou de lâchers d’auxiliaires. Les bandes fleuries correspondent à des surfaces d’intérêt agroécologique composées d’une ou de plusieurs espèces florales (semées ou spontanées) présentes sur une partie d’une parcelle agricole. Elles peuvent être positionnées à plusieurs endroits, mais sont majoritairement présentes en bordure de parcelle ou au niveau des cours d’eau (Les Services de l’état dans le Loiret). Les bandes enherbées ou bandes fleuries sont parfois obligatoires pour respecter des zones de non-traitement ou des directives nitrates (Cordeau S et Chauvel B, 2008)(Lafitte J.J. et Cravero G, 2010).

Les connaissances actuelles sur les effets des bandes fleuries

Les bandes fleuries présentent de nombreux intérêts pour améliorer et faciliter la lutte biologique naturelle. On a pu observer par exemple une diminution de 40 % des larves de Oulema melanopus et 55 % des populations adultes de ce même ravageur sur des parcelles présentant des bandes fleuries. Cela permet une diminution de 61 % des dommages observés sur le blé d’hiver tout en diminuant l’utilisation d’insecticide (Tschumi, et al. 2015). En étant positionnées en bordure de parcelle, elles permettent une plus grande augmentation des populations d’auxiliaires de blé (Syrphidae) et donc une meilleure régulation naturelle des ravageurs (Sebastian Haenke, 2009). En maraîchage, les bandes fleuries se sont aussi montrées efficaces. Une réduction de 75 % de la population de pucerons a été observée sur des cultures de pommes de terre présentant des bandes fleuries. Ce résultat s’accompagne d’une augmentation de 127 % des oeufs de bombyles et 48 % des oeufs de chrysopes, prédateurs connus des pucerons. En fonction du positionnement des bandes fleuries, les effets sur les populations d’auxiliaires sont différents (Tschumi Matthias, et al. 2016).
Un autre effet bénéfique de telle surface résulte dans leur capacité à attirer de nombreux pollinisateurs (bourdons, abeilles solitaires, bombyles) sur les parcelles agricoles (Jönsson, 2015). Le rendement du trèfle des prés est supérieur lorsqu’il est cultivé en présence d’une bande fleurie de phacélie. Il est de plus, positivement corrélé à la largeur de la bande fleurie. Ce phénomène s’explique par une augmentation de la population de bourdons en présence de bandes florales, espèce responsable à 60 % de la pollinisation du trèfle (Rundlöf, et al. 2018). Concernant le succès de reproduction des fraises (Fragaria Vesca), l’effet de la bande fleurie est bénéfique pour les plants à proximité de ces structures et nul pour les plants éloignés (Herbertsson, et al. 2018). Par ailleurs, on sait qu’une augmentation de la diversité d’espèces de fleurs permet aussi une meilleure disponibilité en pollen et nectar, sur une période plus étendue (Mario V., et al. 2014).

Le paillage en agriculture

Définition et intérêt du paillage en agriculture

Le paillage ou mulch correspond à tout matériel recouvrant le sol d’une parcelle agricole (Chalker-Scott, L. 2007). En fonction des matériaux utilisés, on compte trois catégories de paillage : le paillage organique, le paillage inorganique (plastique ou biodégradable) et le paillage spécial (roche, sable) (Kader, et al. 2017). Quel que soit le matériel utilisé, les objectifs sont communs : protéger le sol pour limiter sa dégradation, conserver l’eau en diminuant son évaporation, couvrir le sol pour une meilleure gestion des adventices, augmenter la température du sol en hiver et la diminuer en été, augmenter l’activité biologique du sol (Kader, et al. 2017). La pratique du paillage est avantageuse d’un point de vue économique et environnemental car elle permet une diminution des coûts de gestion des adventices (moins d’herbicides nécessaires ou moins de temps de travail en cas de désherbage mécanique) et une diminution de l’irrigation nécessaire à la bonne conduite de culture (Ingman, et al. 2015). Ces effets sont cependant dépendants de la nature et des modalités de mise en place du paillage.
Actuellement, c’est le paillage plastique qui est majoritairement utilisé. Les plus gros avantages des paillis en plastique proviennent de leurs propriétés optiques permettant la transmission ou la réflectance de longueurs d’ondes spécifiques du rayonnement s olaire entrant en contact avec la surface du sol (Chalker-Scott, 2007). Ils permettent une augmentation du rendement, de la précocité et de la qualité des productions et une meilleure efficience de l’utilisation de l’eau.
Depuis les années 60, l’utilisation des paillages photodégradables ou biodégradables comme alternatives au paillage plastique est étudiée (Kasirajan, 2012). L’utilisation de paillages biodégradables a montré des résultats encourageants avec une bonne dégradation des matériaux et de bons rendements. Cependant, certains problèmes de taille, comme le temps de décomposition pouvant être trop rapide ou trop lent, ainsi que le coût des matériaux, rendent cette pratique peu attractive auprès des agriculteurs (Kasirajan, 2012).
Dans le cadre du projet Greenresilient, c’est le paillage organique qui est étudié comme alternative au paillage plastique. Le paillis organique peut être directement produit sur la ferme ou acheté à d’autres agriculteurs le rendant très disponible et peu onéreux (Yin, et al. 2016). Actuellement, la paille de céréales est la plus communément utilisée (Ji S., et al. 2001.).

Connaissances actuelles sur les effets du paillage organique

De nombreux avantages à l’utilisation de paillage organique ont été observés concernant la préservation de l’humidité du sol car ce type de paillage réduit de manière efficace l’évaporation de l’eau présente dans le sol en comparaison à un sol nu (Zribi, 2015).
Une étude de 2007 sur l’utilisation de paille de Pennisetum Purpureum a montré une diminution du ruissellement, une meilleure infiltration de l’eau et une diminution de l’érosion du sol rendant cette pratique très efficace pour réduire les pertes en eau (Adekalu, et al. 2007).
Le paillage organique permet une augmentation de la matière organique (MO) du sol ce qui entraîne une augmentation de la porosité et donc une diminution de la densité apparente du sol (Sinaj et Sokrat, 2019). Cette diminution permet une meilleure circulation de l’eau et une meilleure prospection racinaire (Abdellaoui, et al. 2011) ayant pour conséquences une meilleure croissance et nutrition des plantes cultivées. Le paillage organique semble favoriser la lutte biologique naturelle. Par exemple, pour la culture du poivron, plus d’auxiliaires ont été observés avec l’utilisation de paillage organique (Mochiah, et al., 2012).
Une comparaison des effets du paillage organique (balle de riz) contre du paillage synthétique (polyéthylène noir) sur l’état hydrique du sol en condition d’irrigation limitée a été favorable au paillage organique. Il permet une humidité du sol optimale pour la culture de blé ainsi qu’une meilleure efficience de l’utilisation de l’eau par le blé malgré un stress hydrique (Chakraborty, 2008). Une étude de 2015 vient cependant contredire ce rés ultat car une évaporation moindre de l’eau du sol a été observée avec la modalité paillage plastique comparée à un paillage organique (Zeibi, et al. 2015). Le paillage organique entraîne une augmentation de la température du sol plus lente que le paillage plastique (baisse de 1 à 4°C en fonction des conditions climatiques) (Johnson, et al. 2004) pouvant entraîner un retard de croissance des plantes cultivées.
Certains inconvénients du paillage organique sont cependant avancés. Ce paillage peut entraîner une acidification trop importante du sol (Chalker-Scott L., 2007), il peut contenir des graines salissant les parcelles (Boyhan, et al. 2006) et entraîner ainsi une diminution du rendement (Maltas, et al. 2018). Une étude comparant l’utilisation de paillage organique à un désherbage à la main de culture d’oignons, montre une diminution du rendement en cas de paillage organique ainsi qu’un taux de développement d’adventices très important (George E, et al. 2006). De plus, les mulchs à base de paille ayant un C/N très élevé peuvent entraîner une faim d’azote. (Kasirajan, et al. 2012). En effet, les microorganismes du sol en surnombre immobilisent l’azote qui n’est alors plus disponible pour assurer la bonne nutrition des plantes cultivées (Maltas, et al. 2018).

Matériels et méthodes

Dispositif expérimental

Aménagement spatial des tunnels expérimentaux

L’essai Greenresilient a été mis en place dans deux tunnels de 400 m (50 m * 80 m) de la station expérimentale du GRAB pour les trois années d’expérimentation. Le sol est de type limono-argileux calcaire profond, typique des alluvions de la Durance.
Sur l’ensemble des tunnels sont réparties six modalités correspondant à des systèmes présentant des combinaisons de leviers différentes. La modalité numéro 1 correspond au témoin (BAU), il s’agit en 2020 d’une culture pure de concombre sur paillage plastique dans un tunnel sans bandes fleuries. La sixième modalité correspond au système innovant (INN) combinant les trois leviers mobilisés dans l’essai. Le reste des modalités sont des systèmes intermédiaires présentant un levier ou une combinaison de deux leviers. Ces systèmes intermédiaires nous permettent d’appréhender l’effet de chaque levier sur les paramètres d’étude et ainsi comprendre les interactions entre deux leviers. On notera que chaque système où un levier a été mis en place pourra être comparé à un témoin ne présentant pas le levier concerné. L’effet du paillage organique n’est cependant évalué que sur l’association culturale.

L’association culturale

Le concombre et la tomate, respectivement de la famille des cucurbitacées et solanacées, présentent des itinéraires techniques, un mode de palissage et une période de culture semblables. Le concombre étant très sensible aux maladies et ravageurs, il y a un réel enjeu autour de l’amélioration de la conduite d’une telle culture pour diminuer les intrants nécessaires. Dans le cadre de notre expérimentation, une disposition par substitution a été effectuée en alternant plants de concombres et plants de tomates sur chaque rang, le but étant de maximiser les effets de l’association.

L’arrière-effet du paillage organique de foin de luzerne

Lors des deux premières années d’expérimentation, c’est du foin de luzerne produit localement qui a été utilisé pour pailler une partie des cultures du projet Greenresilient (Cf figure 1). Celui–ci était disposé en surface en couche de 6 à 8 cm environ (soit 25t/ha) sur les cultures d’été après le travail du sol, et enfoui à la fin de la culture. Pour la troisième année d’expérimentation, uniquement du paillage plastique est utilisé pour l’ensemble des cultures et c’est l’arrière-effet du paillage de foin de luzerne des deux années précédentes qui est étudié.
Les propriétés de ce paillage sont présentées en annexe 2.

Irrigation des cultures

L’irrigation est différenciée entre les deux tunnels et entre la partie Nord et Sud de chaque tunnel. Le pilotage de l’irrigation s’effectue grâce au suivi des valeurs tensiométriques des Watermarks situés dans chaque demi-tunnel (CF figure4). L’objectif est de conserver une valeur tensiométrique comprise entre 20 cbar et 40 cb à 30cm de profondeur et une valeur de 35cbar à 45cm de profondeur. Si les valeurs relevées sont supérieures, plus d’eau sera apportée dans la zone concernée et inversement si les valeurs relevées sont plus basses. Cette année, l’irrigation a été homogène entre les parties Nord et Sud des tunnels avec un apport d’environ 790 mm d’eau par goutte à goutte ou aspertion.

Suivi sanitaire

A partir de début juin, certains plants de concombres présentaient les symptômes du virus “peau de crapaud” dont les cicadelles sont les vecteurs. Pour limiter la propagation du virus, nous avons procédé à l’arrachage des plants atteint le 11 juin.
L’apparition de mildiou sur les concombres a provoqué trois traitements à l’aide d’un mélange de soufre et cuivre en juin pour limiter sa propagation.
Dès les premières apparitions d’acariens tétranyque (Tetranychus urticae), une introduction d’acariens prédateurs Amblyseius californicus a été effectuée le 19 juin. Un lâché de Aphidius colemani a été effectué le même jour en prévention d’une potentielle invasion de pucerons. Ces lâchés concernent uniquement le tunnel sans bandes fleuries.

Table des matières
Résumé 
Abstract 
Remerciements 
Index des figures 
Index des tableaux 
Index des annexes 
Introduction 
1 – Contexte et objectifs du projet 
1.1 – Présentation du projet Européen Greenresilient
1.2 – Le projet Greenresilient au GRAB
2 – Etat de l’art 
2.1 – Les bandes fleuries
2.1.1 – Biodiversité fonctionnelle et pratiques agricoles
2.1.2 – Les connaissances actuelles sur les effets des bandes fleuries
2.2 – Les associations culturales
2.2.1 – Définition de l’association culturale
2.2.2 – Les connaissances actuelles sur les effets des associations culturales
2.3 – Le paillage en agriculture
2.3.1 – Définition et intérêt du paillage en agriculture
2.3.2 – Connaissances actuelles sur les effets du paillage organique
4 – Problématique et démarche
4.1 – La problématique du projet Greenresilient dans la station expérimentale du Grab
4.2 – Les sous-questions et hypothèses de l’année 2020 traitées dans ce mémoire
4.3 – La démarche utilisée
5 – Matériels et méthodes
5.1 – Dispositif expérimental
5.1.1 – Aménagement spatial des tunnels expérimentaux
5.1.2 – Présentation des trois leviers d’actions
5.2 – La conduite de culture
5.2.1 – Gestion de la fertilisation
5.2.2 – Préparation du sol et dispositif de plantation
5.2.3 – Irrigation des cultures
5.2.4 – Suivi sanitaire
5.3 – Mesures et observations
5.3.1 – Les paramètres du sol
5.3.2 – Suivi du développement des cultures
5.3.3 – Le suivi de la biodiversité fonctionnelle
5.4 – Outils utilisés pour l’analyse de données
6 – Résultats 
6.1 – Évolution des paramètres du sol
6.1.1 – Evolution de l’azote disponible dans le sol au cours de la culture
6.1.2 – Décomposition de la matière organique (TBI)
6.2 – Evolution et productivité des cultures
6.2.1 – Croissance des cultures
6.2.2 – Evolution de la nutrition azotée des cultures
6.2.3 – Le rendement des cultures
6.3 – Caractérisation du contrôle des ravageurs dans les systèmes étudiés
6.3.1 – Evolution des populations de ravageurs
6.3.2 – Evolution des populations d’auxiliaires
7 – Résultats généraux des trois années d’expérimentation 
7.1 –Effets des bandes fleuries
7.2 – Effets des associations culturales
7.3 – Effet du paillage organique
8 – Discussion
8.1 – Les effets des leviers du projet Greenresilient
8.1.1 – Effets des bandes fleuries
8.1.2 – Effets de l’association culturale
8.1.3 – Paillage organique et son arrière effet
8.2 – Bilan des trois années de projet greenresilient
8.2.1 – Robustesse des résultats de l’expérimentation
8.2.2 – Durabilité environnementale des systèmes mis en place
9 – Les limites du projet Greenresilient
10 – Les perspectives du projet Greenresilient 
Conclusion
Bibliographie
Annexes
Résumé
Abstract

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