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Evaluation des sources d'espèces et des déterminants de la diversité végétale des parcelles agricoles : interchamps, stock semencier, pratiques agricoles et paysage de l'Installation Expérimentale Inra ASTER Mirecourt, Assessment of species sources and determinants of plant diversity established in agricultural fields : field boundaries, seed bank, farming practices and landscape of the experimental farm of Inra ASTER Mirecourt

De
415 pages
Sous la direction de Sylvain Plantureux
Thèse soutenue le 11 mai 2010: INPL
L'un des moyens pour faire face à la réduction de l'utilisation d'intrants de synthèse est de favoriser durablement les services agro-écologiques de la diversité végétale. Pour cela, l'agriculteur devra adapter ses modes de gestion. Ma thèse s'inscrit dans l'objectif finalisé d'apporter à l'agriculteur, de l'aide à la gestion de cette diversité végétale sur le territoire de son exploitation. Je me suis fixé 2 objectifs de recherche : i) vérifier si les interchamps et le stock semencier constituent des sources d'espèces pour le centre des parcelles agricoles et ii) quantifier l'influence de la dynamique de deux grands groupes de facteurs, représentée sous la forme de trajectoires de parcelles, sur la diversité végétale : les pratiques agricoles et les caractéristiques de la mosaïque paysagère.J'ai mené ce travail sur l'ensemble du parcellaire de l'Installation Expérimentale de l'Inra ASTER Mirecourt, dont les systèmes de production (polyculture-élevage bovin laitier) sont convertis à l'agriculture biologique depuis 2004. J'ai caractérisé la végétation - en place dans les interchamps et au centre des parcelles, et dans le stock semencier - des parcelles en prairies permanentes et en champs cultivés selon deux approches complémentaires : taxonomique au rang de l'espèce et fonctionnelle à partir de sept propriétés rendant compte de la dissémination, de l'établissement et de la survie des espèces végétales. J'ai caractérisé les trajectoires des parcelles, sur une durée de neuf ans, soit à partir des pratiques agricoles mises en œuvre chaque année, soit à partir des caractéristiques annuelles de la mosaïque paysagère. Cette mosaïque correspond aux différentes occupations du sol obtenues à partir de relevés de terrain ou d'enquêtes auprès des exploitants.Je montre que le stock semencier et les interchamps ne constituent pas des sources potentielles d'espèces végétales pour le centre des parcelles, champs cultivés ou prairies permanentes. En revanche, ce sont des refuges importants pour une grande partie des espèces prairiales. Au vu de mes résultats, je fais l'hypothèse que les interchamps sont des puits d'espèces adventices en champs cultivés. J'ai également mis en évidence que le gradient fonctionnel de la végétation prairiale entre la bordure et le centre s'étend jusqu'à 2 m seulement.Enfin, la diversité végétale des parcelles étudiées est principalement influencée par la trajectoire des parcelles selon les caractéristiques de la mosaïque paysagère et par les pratiques agricoles mises en œuvre durant l'année en cours. Les caractéristiques du sol ont un rôle très minoritaire. Ces trois groupes de facteurs expliquent à eux seuls plus des trois quarts de la variabilité de la composition fonctionnelle de la végétation.La gestion de la diversité végétale des parcelles agricoles d'une exploitation peut donc être menée en partie par l'agriculteur. Cependant, compte-tenu des effets de la trajectoire des parcelles selon les caractéristiques paysagères, il est nécessaire de mettre aussi en place une gestion collective de la végétation entre les différents acteurs partageant le territoire
-Agriculture biologique
-Analyse de co-inertie
-Analyse triadique partielle
-Champ cultivé
-Gradient de végétation
-Méthodes K-tableaux
-Paysage
-Prairie permanente
-Systèmes de production agricoles
-Trajectoire de parcelle
-Traits fonctionnels
One of the means to offset the decrease of pesticide use is to favour agro-ecological services of plant diversity. In this aim, farmer will have to adapt its farming management. My work partly answers to the following applied objective: to bring to the farmer some advices for the management of plant diversity on the farm territory. I have two scientific objectives: i) to verify if field boundaries and soil seed bank are potential sources of plant species for field centres; ii) to quantify the relative influence of dynamics of two factor groups, characterized as field paths, on plant diversity: farming practices and characteristics of landscape mosaïc.I have carried out this study on the experimental farm of INRA ASTER Mirecourt. Its farming systems (mixed crop-dairy systems) have been converted to organic farming since 2004. I have characterized vegetation - established vegetation in field boundaries and in field centres, and vegetation in the soil seed bank - of permanent grasslands and arable fields with complementary approaches: taxonomical approach based on the species, and functional approach based on seven functional properties about dispersal, establishment and persistence of plant species. I have characterized field paths, along nine years, either from farming practices set up on field, either from annual characteristics of landscape mosaïc. I have represented this landscape mosaïc as a mosaïc of distinct land-uses. All of them and their spatialization have been determined from farmer surveys or landscape observations.My results show that soil seed bank and field bboundaries are not potential sources of plant species for field centres, in both permanent grasslands and arable fields. On the other hand, they are efficient refuges for a large part of grassland species. According to my results, I hypothesize that field boudaries are species sinks in arable fields. I also highlight that functional gradient of grassland vegetation in the field edge, between field margins and field centres, is spread until 2 m only.Finally, plant diversity in studied fields is mainly influenced by field path according landscape mosaïc and by farming practices set up the same year of vegetation sampling. Soil characteristics have a minor influence. These three groups of influent factors explain more than 75 % of the functional composition variability of the vegetation in field centres.The management of plant diversity in agricultural fields of a given farm can be partly reach by the farmer. However, according to the effects of field paths about landscape mosaïc, it is necessary to set up a collective management of plant diversity with all actors sharing the studied territory
-Co-inertia analysis
-Crop field
-Field path
-Functional traits
-K-tables methods
-Landscape
-Organic farming
-Partial triadic analysis
-Permanent grassland
-Systems of farming production
-Vegetation gradient
Source: http://www.theses.fr/2010INPL020N/document
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AVERTISSEMENT



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INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE LORRAINE
ECOLE DOCTORALE : Ressources, Procédés, Produits, Environnement (RP2E)

Laboratoires d'accueil : AgroSystèmes, Territoires, Ressources Mirecourt (ASTER - Mirecourt) Inra, UR 055
Laboratoire Agronomie - Environnement UMR 1121 Inra-Nancy Université


N° attribué par la bibliothèque

└┴┴┴┴┴┴┴┴┴┘



THÈSE
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE LORRAINE
Spécialité : Sciences Agronomiques
(arrété du 7 août 2006)

Présentée et soutenue publiquement par
Etienne Gaujour

le 11 mai 2010






Évaluation des sources d'espèces et des déterminants
de la diversité végétale des parcelles agricoles

Interchamps, stock semencier, pratiques agricoles et paysage - - de l'Installation Expérimentale Inra ASTER Mirecourt




Devant le jury composé de :

M. Paolo Barberi Professeur - Scuola Superiore Sant'Anna, Pisa (Italia) Rapporteur
M. Jean-Philippe Guillemin Maître de Conférences - AgroSup Dijon Examinateur
Mme Sandrine Petit Directeur de Recherche - Inra BGA Dijon Rapporteur
M. Sylvain Plantureux Professeur - Nancy Université INPL(ENSAIA) Directeur de thèse
M. Jean Roger-Estrade Professeur - AgroParisTech Examinateur (Président)
M. Blaise Touzard Maître de Conférences - Université de Bordeaux Examinateur

M. Bernard Amiaud Maître de Conférences - Nancy Université INPL(ENSAIA) Invité
Mme Catherine Mignolet Ingénieur de Recherche - Inra ASTER Mirecourt Invité





INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE LORRAINE
ECOLE DOCTORALE : Ressources, Procédés, Produits, Environnement (RP2E)

Laboratoires d'accueil : AgroSystèmes, Territoires, Ressources Mirecourt (ASTER - Mirecourt) Inra, UR 055
Laboratoire Agronomie - Environnement UMR 1121 Inra-Nancy Université


N° attribué par la bibliothèque

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THÈSE
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE LORRAINE
Spécialité : Sciences Agronomiques
(arrété du 7 août 2006)

Présentée et soutenue publiquement par
Etienne Gaujour

le 11 mai 2010







Évaluation des sources d'espèces et des déterminants
de la diversité végétale des parcelles agricoles

Interchamps, stock semencier, pratiques agricoles et paysage - - de l'Installation Expérimentale Inra ASTER Mirecourt






Devant le jury composé de :

M. Paolo Barberi Professeur - Scuola Superiore Sant'Anna, Pisa (Italia) Rapporteur
M. Jean-Philippe Guillemin Maître de Conférences - AgroSup Dijon Examinateur
Mme Sandrine Petit Directeur de Recherche - Inra BGA Dijon Rapporteur
M. Sylvain Plantureux Professeur - Nancy Université INPL(ENSAIA) Directeur de thèse
M. Jean Roger-Estrade Professeur - AgroParisTech Examinateur (Président)
M. Blaise Touzard Maître de Conférences - Université de Bordeaux Examinateur

M. Bernard Amiaud Maître de Conférences - Nancy Université INPL(ENSAIA) Invité
Mme Catherine Mignolet Ingénieur de Recherche - Inra ASTER Mirecourt Invité































Département Sciences pour l'Action et
le Développement


Ce travail a été co-financé par le département Sciences pour l'Action et le
Développement de l'Inra et par la Région Lorraine.

Il a été réalisé principalement dans l'Unité de Recherche AgroSystèmes,
Territoires, Ressources de Mirecourt (Inra UR 055 ASTER Mirecourt, 662
avenue Louis Buffet F-88500 Mirecourt (France)) en collaboration avec le
Laboratoire Agronomie-Environnement (UMR 1121 Inra-Nancy Université
(ENSAIA) 2 avenue de la forêt de Haye).
Remerciements


Malgré l'unique nom présent au milieu de la première de couverture, cette thèse est le résultat du travail
de tout un collectif (humain et bovin !) que j'aimerais très sincèrement remercier. Je ne retiendrai dans ces
quelques paragraphes que ceux qui ont participé positivement à mon travail de thèse. Ne cherchez pas de
remerciements "politiquement corrects", ces lignes en sont dépourvues - ceux qui me connaissent l'auraient sans
doute deviné !

Je remercie tout d'abord mes deux financeurs : le département INRA "Sciences pour l'Action et le
Développement" dirigé par Jean-Marc Meynard, et le Conseil Régional de Lorraine.

Je tiens à manifester toute ma gratitude à mes deux encadrants de thèse, Catherine et Bernard. Vous
m'avez fait confiance, guidé et soutenu tout au long de ces 4 années, d'abord en stage puis en thèse. Je partagerai
le "meilleur" de ce travail avec vous et prendrai à ma charge le "pire".
Vous avez toujours pris le temps de répondre à mes interrogations malgré vos charges respectives de travail,
particulièrement la direction d'une unité de recherche pour Catherine et des enseignements pour Bernard. Vous
®avez réussi à prendre du temps pour que nous participions, en binômes, aux Réflexives . Vous m'avez soutenu
lorsque je souhaitais participer à des congrès ou à des formations. Vous m'avez également soutenu, vous, lorsque
j'ai été confronté à des agents incompétents ou fourbes ou hypocrites. Vous avez résisté aussi à mon franc-parler,
ce qui, je pense, n'a pas dû être toujours facile. Pour tout cela, je vous suis reconnaissant.
Je remercie également Catherine pour m'avoir permis une telle implication dans l'unité de Mirecourt et pour
avoir fait preuve de transparence sur la vie scientifique de cette unité.

Mes remerciements vont aussi à Claudine Thenail, Didier Le Cœur, Estelle Langlois, François
Bretagnolle et Sylvain Plantureux, tous membres de mon comité de thèse. Vous m'avez apporté des éclairages
différents sur mon sujet. Merci surtout à Claudine qui m'a permis de remettre l'agriculteur dans mon travail de
thèse, et d'être ainsi un peu plus SADien !

Je suis honoré que Paolo Barberi, Sandrine Petit, Jean Roger-Estrade, Blaise Touzard, et Jean-Philippe
Guillemin aient accepté de juger mon travail et je remercie particulièrement Paolo et Sandrine d'avoir accepté la
charge de rapporteurs.

Un grand merci aussi aux secrétaires, Thamara, Liliane, Corinne (j'ai mis 2 "n" uniquement pour
t'embêter !), Christelle et Valérie pour leur travail (ordres de missions, contrats, logement, recherche d'articles) et
pour les inoubliables moments de rigolade que nous avons partagés. Je profite de ces quelques lignes pour
souhaiter à Liliane une excellente retraite !

Je remercie sincèrement Dominique Thiery pour son aide lors de mes expérimentations sous serres
visant à connaître le contenu du stock semencier. Le travail de préparation des échantillons était simple mais pas
forcément agréable. Merci beaucoup pour ton aide et pour nos avis partagés !

Merci également aux stagiaires qui m'ont apporté leur aide précieuse durant ce travail : Amandine,
Alice, Bilel. Merci aussi à Anicet qui a saisi la grande majorité de mes relevés floristiques.

Ces 4 années de recherche m'ont donné l'opportunité de ne pas me focaliser exclusivement sur mon
sujet de thèse (paradoxal non ?!). J'ai pu avoir d'autres regards sur l'agronomie et les sujets qui gravitent autour
de cette agronomie … même si parfois les discussions partaient dans d'autres galaxies. Pour toutes les
discussions sur l'agriculture, l'agronomie, je remercie vivement Sophie et Séverine. J'exprime également toute
mon amitié à Xavier pour m'avoir démontré par d'interminables discussions (euh parfois, je ne te suivais plus !)
que l'agronomie ne s'arrête pas aux clôtures des parcelles.

Pour clore les remerciements professiono-professionnels, je remercie l'ensemble du groupe dans lequel
Catherine et moi étions lors des Réflexives : Catherine D., Erwan, Sonia, Emmanuelle, Benoît, Aurélie, François,
David et Christine. Un merci particulier à Catherine D. pour ses commentaires, ses critiques, son honnêté, ses
encouragements et bien sûr pour ses blagues de zootechnicienne ! Merci également à Marie-Claude Roland sans
qui les Réflexives n'auraient jamais vu le jour.

Je souhaite adresser mon amitié et ma sympathie à l'ensemble des doctorants, post-doc' ou ATER auprès
desquels j'ai passé ces années de thèse, avec des parties de fous rires et de bêtises toutes plus idiotes les unes que
les autres : grand Seb (et sa fameuse "mobilette"), p'tit ben, Emma, Mike, Lama, Julie (retrouvée ensuite à
Mirecourt !), Zaïnab, Sissi, Rami (qui n'est ni doctorant, ni post-doc, ni ATER, mais qui faisait bel et bien partie
de la troupe !), Audrey, Damien S. et El Ghali. Je n'oublie pas non plus les stagiaires ou CDD présents : Thomas,
Aurélie, Patricia, Mathilde, Lucie, Elise, Morgane, Laura, Laurine, Clément (je reviendrai sur ce personnage
dans la suite de mes remerciements!), …

J'arrive (enfin !) à la partie consacrée à celles et ceux qui m'ont supporté presque tous les jours
(heureusement pour eux, ils partaient en week-end et en vacances ‼!) depuis mars 2008. Je veux bien sûr parler
de l'ensemble du personnel de l'Unité de Mirecourt.
Je comptais vous consacrer un paragraphe chacun/chacune en décrivant succinctement les raisons de ces
remerciements. Mais le manuscrit de thèse est déjà très épais et puis, surtout, ces raisons ne regardent que nous.
Je saurai vous remercier encore plus sincèrement que de griffonner quelques baffouilles sur ces pages. Sachez
que vous m'avez réservé un très bon accueil, vous m'avez fait confiance (enfin je crois !), et j'espère en avoir été
digne.
Catherine, Céline, Fabienne, Julie, Xavier, André, Florence, Louis, Rémi, Jean-Marie, Emilie, Claire, David,
Marc B., Damien F., Corine, Liliane, Valérie, Christelle, Claude B., Marc H., Thierry, Régis, Jean-Paul, Bruno,
Claude C., Jean-Luc, Stéphane, Christophe, Jacqueline, David, Gilles L'H., Gilles R., Jean H., Clément, Pierre-
Yves et bien évidemment MF 152, merci à vous toutes et tous. Vous m'avez permis de travailler dans de très
bonnes conditions, dans une humeur chaleureuse, et surtout agricole ! Quel pied d'entendre ronronner le 6000 et
non les diverses sirènes et klaxons d'un travail citadin ! Corrigeant les quelques coquilles dissimulées dans ce
manuscrit durant l'été 2010, je dois également ajouter mes remerciements au tout jeune arrivant dans l'unité : MF
6465 ‼
Je remercie plus particulièrement Thierry sans qui je n'aurais pas eu si bonne presse auprès de l'IE, Xavier dont
les connaissances agronomiques me surprennent toujours, Marc H. pour nos échanges ASTER-ixiens, son amitié et
son impressionnante capacité à faire 60 stères de bois en une demie-journée, Jean-Paul pour nos discussions
allant de la barre d'effort d'un tracteur jusqu'à l'histoire de la fusée Ariane, et puis un grand merci également au
Claude de Removille (!) pour avoir répondu à mes nombreuses questions agrico-agronomiques, aussi pour
m'avoir permis de faire un peu plus que de simples tours de plaine au sein de l'IE …, et surtout pour son amitié.

Il manque bien sûr le paragraphe consacré à mon collègue matinal, l'informaticien de talent, mon "étranger" qui
parle VBA couramment (et le vosgien aussi !), et par-dessus tout mon Ami. Je suis très heureux de l'aventure qui
nous a fait travailler ensemble : la base de données ASTER-ix. Je te félicite encore pour ton travail et ne parviendrai
sans doute jamais à te remercier suffisamment pour tout cela. J'ai une pensée également vers Maryline, qui a dû
souvent attendre ton retour tardif le soir alors que nous réfléchissions à la manière d'informatiser des flux de
semences ou je ne sais quoi encore. Une pensée également à Jacques Robin (et ses homologues champagniseurs
‼) dont nous utilisions les produits comme autorécompense du travail accompli sur cette base de données.
Comme nous nous le disons régulièrement, "cette histoire n'est pas finie, on a du r'tard …", qu'as-tu de prévu la
semaine prochaine ?‼!


Je pense également que ce travail de thèse n'aurait pu être mené ainsi si mes amis n'avaient pas été à
mes côtés, physiquement ou non. Un grand merci donc à Robert (dit aussi "mon allemand préféré"), à Flore, à
Jeff, à Nanou, à Xavier, et à Clément & Clotilde. Même si vous avez essayé, Clément et Clotilde, de me faire
sombrer dans l'alcoolisme à plusieurs reprises, j'ai tenu bon ! Un grand merci à tous les deux pour les séances
jardin, VTT (même si j'étais obligé de me retourner pour vous voir ‼!), apéro, repas diététiques…



Enfin, je ne me suis pas intéressé à l'agronomie par hasard. Merci à mes parents et à ma sœur pour avoir
accepté de me laisser partir "dans le grand Nord" et surtout pour m'avoir mis, à mon plus jeune âge, dans une
"crèche" dont peuvent rêver tous les enfants : une famille de paysans, et quelle famille ! Merci donc à tous les
Beaumier de Brinon qui ont supporté "l'ami ten' " - jours et nuits, semaines et week-ends - et ses nombreuses
questions. Un immense merci à vous tous.




SOMMAIRE


Table des tableaux ............................................................................................................................................... 15

Table des figures.................. 17


Introduction générale

1. Contexte général ...................................................................................................................................... 27
2. La diversité végétale au service de la production agricole ... 29
3. Quelle gestion de la diversité végétale pour favoriser ses services agronomiques ? ........................... 33
4. Les objectifs de ma thèse ......................................................................................................................... 37
5. Organisation du manuscrit de thèse ....................................... 39
Synthèse ................................ 42


Chapitre 1 : Synthèses bibliographiques

1. Les facteurs influençant la diversité végétale des prairies permanentes et les processus associés .... 49
2. Les facteurs influençant la diversité végétale des champs cultivés et les processus associés ............. 95
2.1.1. Les facteurs appréhendables à l'échelle de la parcelle .................................................................... 98
2.1.1.1. Le mode de production : intensif vs extensif .................................................. 99
2.1.1.2. La rotation culturale ..................................................... 101
2.1.1.3. La culture en place ....................................................................................... 103
2.1.1.4. Le semis ....................................................................................................................................................................... 106
2.1.1.5. La fertilisation .............................. 107
2.1.1.6. Désherbage ... 109
2.1.1.7. Le travail du sol ............................................................................................................................................................ 110
2.1.1.8. La moisson ................................... 114
2.1.1.9. Le stock semencier du sol ............................................................................................................ 115
2.1.2. Les facteurs appréhendables à l'échelle du paysage...................................... 116
2.1.2.1. L'hétérogénéité du paysage .......... 117
2.1.2.2. L'effet des bordures de parcelles .................................................................................................................................. 118
Synthèse ............................................................................................. 123


Chapitre 2 : Site étudié et méthodes

1. Site étudié : une exploitation à bas niveau d'intrants, adaptée au milieu ......................................... 129
2. Échantillonnage des parcelles ............................................................................... 131
2.1. Prairies permanentes ............................................................................................................................... 131
- 9 -

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