Offre de thèse DYNAFOR_2 - UMR Dynafor

Offre de thèse financée par le métaprogramme Ecoserv de l’INRA et la Région Occitanie
(janv 2017-dec 2019)
Modélisation spatialement explicite des interactions entre services écosystémiques de
contrôle biologique des ravageurs et de pollinisation dans les agroécosystèmes;
application à des simulations scénarisées de gestion à l’échelle du paysage.
UMR INRA-INPT DYNAFOR, Toulouse
Encadrants : Aude Vialatte (HDR, UMR Dynafor), Olivier Thérond (UMR LAE), Claude Monteil (HDR,
UMR Dynafor)
Résumé :
Dans les agroécosystèmes, les services écosystémiques soutenus par la biodiversité comportent de nombreuses
composantes écologiques et sociales en interaction; plusieurs guildes peuvent en effet être impliquées dans la fourniture
d’un même service écosystémique et une même guilde peut contribuer à plusieurs services. Ces guildes dépendent
directement d’habitats qui sont gérés par différents acteurs. Comprendre les dynamiques, les antagonismes et
complémentarités voire synergies entre ces services est un défi en soi : afin de soutenir le développement d’une production
agroécologique, peut-on proposer des modalités de gestion agricoles favorables conjointement à différents services ou des
compromis sociaux sont-ils à envisager et à quelles échelles spatiotemporelles? L’objectif de cette thèse est de développer
un modèle spatialement explicite des niveaux de services au sein des paysages agricoles au cours des saisons et sur
plusieurs années, selon différents scénarios de gestion agricole. Pour cela, la démarche adoptée est basée sur le couplage
de 2 actions de recherche. La première correspond à une synthèse bibliographique du rôle de l’hétérogénéité spatiale et
temporelle des habitats des paysages agricoles sur des services écosystémiques de régulation et leurs interactions (contrôles
bottom-up et top-down des ravageurs et pollinisation). La deuxième est le développement du modèle, sur la base d’un
simulateur des dynamiques paysagères déjà existant (plateforme MAELIA).
La thèse bénéficiera par ailleurs de l’évaluation expérimentale du rôle des parcelles cultivées dans la réalisation des services
de contrôle biologique et de pollinisation, dans le cadre du projet de recherche SEcoMod financé par le métaprogramme
Ecoserv de l’INRA.
Questions de recherche proposées au candidat :
Quels sont les rôles de l’hétérogénéité spatiale et temporelle des paysages agricoles et des pratiques des agriculteurs sur les
interactions entre les services de contrôle biologique et de pollinisation soutenant la production agricole ?
En conséquence, peut-on identifier des logiques de gestion des paysages favorables à ces services de régulation ?
Méthodes envisagées :
Volet Synthèse bibliographique :
L’objectif est de faire la synthèse des publications se rapportant aux services de contrôles biologiques (sous ses diverses
formes bottom-up par les interactions ravageurs-plantes et top-down par les interactions entre les ravageurs et leurs
ennemis naturels) et de pollinisation, pour mettre en lumière les antagonismes ou synergies actuellement identifiés. Ce
travail fournira les connaissances nécessaires au paramétrage du modèle développé dans le volet « Modélisation ».
L’identification de l’ensemble des antagonismes et complémentarités possibles entre tous les niveaux écologiques
impliqués sera recherché en croisant les résultats publiés ; en effet les interactions entre services sont certainement à
anticiper à des niveaux plus fins que ceux classiquement envisagés entre familles de services (ex : production vs. biodiversité
patrimoniale). C’est pourquoi nous les considérerons en particulier (liste à adapter aux références) : (i) entre les processus
des différents modes de contrôle biologique pour une même culture ; (ii) entre les fonctions et services des différentes
cultures et stades culturaux au sein d’un paysage ; (iii) entre la pollinisation et le contrôle biologique des ravageurs.
Volet Modélisation :
L’objectif de ce volet est de développer, sur la base des fonctionnalités de la plateforme MAELIA, un outil d’exploration de
scénarios de gestions individuelles ou collectives des paysages agricoles, et leurs conséquences sur les niveaux de services de
régulation assurés par la biodiversité à différentes échelles spatiales (de la parcelle au paysage), et au cours du temps (c’està-dire au cour des saisons sur plusieurs années successives).
Matériel disponible :
La plateforme multi-agent MAELIA (http://maelia-platform.inra.fr/, Therond et al. 2014, Mazzega et al. 2014) représente la
dynamique d’une ressource dans un territoire agricole, en interactions avec (i) des utilisateurs de cette ressource, (ii) des
gestionnaires de cette ressource et (iii) de l’environnement qui influence cette ressource (notamment le climat, l’état du
couvert cultivé et la diversité des cultures dans le territoire). Elle permet d’évaluer sur une large gamme d’échelles, des
indicateurs biophysiques (état de ressources), économiques (viabilité) et sociaux (ex. nature et intensité du travail). MAELIA a
initialement été développée pour représenter les interactions autour de la ressource « eau », mais la plateforme, grâce à sa
modularité et la possibilité d’adapter les modules qui la compose, a vocation à représenter de nouvelles problématiques de
gestion de ressource, comme celle des ravageurs et auxiliaires des cultures. MAELIA permet de simuler les effets des
opérations techniques sur la phénologie et le développement des cultures de chaque parcelle, qui sont plus ou moins
favorables au cours du temps aux populations de ravageurs et auxiliaires. Au cours du présent projet de thèse, nous
souhaitons modéliser en relation avec les paysages simulés par la plateforme MAELIA les services écosystémiques de
contrôle biologique et de pollinisation, en allant jusqu’à l’évaluation de leurs conséquences économiques dans les
exploitations. L’originalité développée dans ce travail sera de considérer explicitement les interactions entre dynamique
des états des couverts au sein du paysage et régulations biologiques.
A développer :
Suivant la logique nouvellement proposée par Jonsson et al. (2014) et sur la base des connaissances écologiques notamment
produites par la synthèse bibliographique, des taux de prédation et de pollinisation seront estimés de façon graduelle selon
la distance aux habitats soutenant ces fonctions, comme certains éléments non cultivés mais aussi l’état du couvert au sein
des parcelles elles-mêmes et selon les pratiques agricoles les favorisant ou non. Par exemple, la levée précoce des semis
comme le colza offre un couvert végétal favorable à l’hivernation des auxiliaires dans la parcelle, avec une prédation
automnale des pucerons régulant efficacement leur dynamique printanière (Raymond et al. 2014). Autres exemples, la
présence d’une bande enherbée adjacente favorise la régulation printanière des pucerons dans les céréales à paille et le maïs
mais de façon différente selon la culture (Al Hassan et al. 2013), tandis que les haies favorisent les pollinisateurs sauvages
(Colding 2007). En couplant les données issues de l’analyse bibliographique de la thèse avec l’évaluation expérimentale des
taux de prédation et de pollinisation menée dans le volet 2 du projet SEcoMod, des taux de prédation et de pollinisation
seront estimés en fonction notamment des propriétés des parcelles, de la distance aux habitats non cultivés et de la période
de l’année. Les conditions climatiques locales seront prises en compte. L’outil de modélisation ainsi développé offrira la
possibilité de tester diverses configurations et compositions de paysages (ex. rotations, inter-cultures, remembrement ou au
contraire maillage bocager) et des pratiques agricoles menées à la parcelle (ex. pesticides, retard de la date de semis), pour
évaluer leurs conséquences sur les niveaux de contrôle biologique et/ou de pollinisation réalisés à l’échelle parcellaire, de
l’exploitation et au niveau du paysage. Les synergies et antagonismes entre services seront aussi évalués à ces deux
échelles et ce niveau.
Les caractéristiques paysagères et agronomiques seront définies par des scénarios de gestion sous-tendus par des logiques
individuelles ou collectives. Pour l’heure, en se basant sur les fonctionnalités de MAELIA, certaines déjà existantes et
d’autres à développer, trois logiques de gestion sont envisagées :
La concertation entre acteurs, qui semble une voie de gestion collective favorable aux services écosystémiques de
régulation dans les agroécosystèmes (Barnaud et al. 2011).
Une coordination informelle entre acteurs : des travaux antérieurs menés à Dynafor sur les dynamiques des espaces
agricoles et forestiers (Sourdril et al. 2006) ont montré qu’une gestion de type coordonné mais de façon informelle (non
objectivée) peut avoir lieu dans les systèmes agricoles (par exemple suivant des règles de transmission des terres boisées).
Une combinaison de gestions individuelles, impulsées par des règlementations ou des subventions.
L’adaptation des modules de choix d’assolement, de conduite des systèmes de culture et de gestion collective des ressources
de MAELIA permettra de simuler ces trois grandes logiques de gestion. Les dynamiques paysagères qui résulteront de ces
logiques de gestion seront analysées au regard de leurs conséquences sur les services de contrôle biologique et de
pollinisation assurées par les auxiliaires utilisant différents habitats plus ou moins présents aux saisons adéquates selon ces
dynamiques.
Pour candidater :
Nous recherchons des candidats ayant une forte expérience en modélisation, de formation initiale en Informatique ou en
Ecologie.
Envoyer un CV détaillé, une lettre de motivation et un résumé des stages/expériences précédents(es) détaillant précisément
les compétences en modélisation, aux trois encadrants, avant le 25 septembre 2016 :
Aude Vialatte [email protected]
Olivier Thérond [email protected]
Claude Monteil [email protected]