Analyse et modélisation du rôle de la compétition pour l’azote dans la régulation des adventices.

Reducing the use of herbicide and mineral fertilizers is crucial to develop sustainable cropping systems. Such changes might result in an increased weed flora as well as intensify competition for resources, particularly nitrogen, between crops and weeds. The aim of this thesis was to analyze and model (via the mechanistic crop model FLORSYS) the key processes underlying nitrogen competition, in order to determine if changes in nitrogen fertilization techniques and cultivar choice could promote biological weed regulation.At the beginning of the thesis, the FLORSYS model (which simulates the effects of cropping systems in interaction with pedoclimate on weed dynamics) only included light competition. A first step consisted in including nitrogen competition in the model. Experiments in controlled conditions were used to establish original formalisms and parameters characterizing the diversity of crop and weed traits related to nitrogen nutrition.Then, virtual experiments (simulations) with the new FLORSYS version identified nitrogen fertilization techniques and crop traits related to nitrogen nutrition that the most influenced weed impacts on production and biodiversity for a case study (maize monoculture in Aquitaine, France).Finally, for the case study, optimization algorithms were applied to nitrogen fertilization techniques and crop traits related to nitrogen nutrition to propose innovative cropping systems promoting biological weed regulation by competition and reconciling crop productivity and biodiversity.This thesis resulted in producing new knowledge on (1) how to model plant nitrogen nutrition in heterogeneous canopies and (2) the role of nitrogen in crop-weed competition. This work suggests that including nitrogen fertilization techniques and cultivar choice among levers would be helpful to promote weed biological regulation.Limiter l’usage des herbicides et des engrais minéraux est nécessaire pour des systèmes de culture plus durables. Ces limitations peuvent entraîner le développement d’une flore adventice résiduelle et une compétition accrue entre cultures et adventices, notamment pour l’azote. L’objectif de cette thèse était d’analyser et modéliser (au sein du modèle mécaniste FLORSYS) les processus clefs sous-jacents à la compétition pour l’azote, afin de déterminer dans quelle mesure le raisonnement de la fertilisation azotée et le choix des variétés cultivées peuvent aider à favoriser la régulation biologique des adventices.Au début de cette thèse, le modèle FLORSYS (qui simule les effets des systèmes de culture en interaction avec le pédoclimat sur la dynamique des adventices) considérait que les plantes étaient en compétition pour la lumière uniquement. Une première étape de la thèse a donc visé à compléter le modèle afin d’y intégrer la compétition pour l’azote. Des expérimentations en serre ont permis d’établir des formalismes et paramètres originaux caractérisant la diversité des traits liés à la nutrition azotée des cultures et des adventices.Ensuite, des expérimentations virtuelles (simulations) avec la nouvelle version de FLORSYS ont permis d’identifier les techniques culturales liées à la fertilisation azotée et les traits variétaux liées à la nutrition azotée, qui affectaient le plus les impacts des adventices sur la production et la biodiversité, dans un cas d’étude (monoculture de maïs en Aquitaine, France).Finalement, des algorithmes d'optimisation ont été appliqués aux techniques de fertilisation azotée et aux traits liés à la nutrition azotée de la culture pour ce cas d’étude, afin de proposer des systèmes de culture innovants favorisant la régulation biologique des adventices par compétition et conciliant production agricole et biodiversité.Cette thèse a permis des avancées notables dans (1) la modélisation individu-centrée de la nutrition azotée des plantes en couvert hétérogène et (2) la compréhension du rôle de l’azote dans la compétition culture-adventice. Ces travaux suggèrent qu’il peut être utile d’intégrer la fertilisation azotée et le choix des variétés parmi les leviers à mobiliser pour favoriser la régulation des adventices