Comment favoriser la qualité des pêches et prévenir les pourritures brunes par des pratiques agricoles et des conditions de stockage coordonnées ? : une approche par modélisation

How can peach quality be promoted and brown rot prevented through coordinated agricultural practices and storage conditions? : a modeling approach

• Auteur / Autrice : Enrico-Maria Casagrande
• Direction : Françoise Lescourret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences Agronomiques
• Date : Soutenance le 14/09/2021
• Etablissement(s) : Avignon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et agrosciences (Avignon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Plantes et systèmes de culture horticoles (Avignon)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Luc Regnard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Lurol, Jean-Noël Aubertot
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Sophie Brunel, Didier Andrivon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aliments -- Conservation

Aliments -- Entreposage

Physiologie après récolte

Épidémiologie

Plantes -- Maladies cryptogamiques

Conservation

Qualité

Pêches (fruits)

Modèles mathématiques

Mots clés libres

Modèlisation

Systèmes résilients

Qualité de la pêche

Pré et post récolte

Maladies de conservation

Modeling

Pre and post-harvest

Fruit quality

Fruit epidemiology

Resililent systems

Résumé

Le développement de la qualité des pêches et les maladies fongiques après la récolte sont des questions récurrentes dans la filière fruits. Leur examen bénéficierait d’une approche intégrée qui prendrait en compte les processus impliqués, leurs interactions, et les facteurs qui les gouvernent. Dans ce contexte, les objectifs généraux de la thèse ont été (i) de créer un cadre de modélisation pour simuler le développement de la qualité des pêches et des pourritures brunes, sous différentes conditions pré-récolte (pratiques culturales) et post-récolte (stockage); (ii) et d’utiliser ce modèle pour étudier les moyens d’améliorer la qualité des fruits et de réduire les pertes. Dans cette étude, nous nous sommes concentrés sur le cas de la nectarine (Prunus persica var. nucipersica). Nous avons d’abord défini et calibré, à l’aide de données expérimentales, un modèle mathématique pour simuler l’effet combiné de la croissance du fruit et des conditions de stockage (température et humidité relative) sur les caractéristiques liées à la qualité de la nectarine. Nous avons modélisé l’évolution de la conductance de la surface du fruit a` la vapeur d’eau durant la saison de croissance, la perte de masse du fruit pendant le stockage et la dynamique de la concentration en sucres dans la pulpe du fruit. Les données observées ont suggéré que la sucrosité augmentait avec la perte de masse du fruit pendant le stockage, ce qui est également simulé par le modèle. De plus, le modèle suggère que les fruits récoltés tardivement peuvent avoir un taux de sucre plus élevé a` la fin du stockage que les fruits récoltés plus tôt. Ensuite, nous avons étudié l’incidence de la pourriture brune pendant le stockage et vérifié expérimentalement l’absence d’infections secondaires par Monilinia laxa pendant cette phase. Nous avons utilisé les résultats expérimentaux pour tester l’effet des conditions pré-récolte (y compris des conditions climatiques) et post-récolte sur le délai d’apparition de symptômes liés à la pourriture brune, en utilisant un modèle de survie. Plusieurs variables se sont avérées significatives dans l’explication du développement de la maladie, notamment la température moyenne de stockage, la masse individuelle des fruits et la prévalence de la pourriture brune à la récolte, ainsi que la durée moyenne d’humectation dans la semaine précédant la récolte. Enfin, nous avons intégré les modèles mentionnés ci-dessus à un modèle de culture fruitière qui prend explicitement en compte le rôle des pratiques de pré-récolte sur le développement des caractéristiques des fruits à l’échelle de l’arbre. Nous avons étudié, via une analyse de sensibilité et une exploration du modèle, son comportement en fonction de certaines pratiques au verger (irrigation et charge en fruits) et des conditions de stockage (température et humidité relative). Les simulations du modèle ont correctement reproduit les effets connus des pratiques sur les critères de qualité des fruits. Le modèle a permis de confirmer que les propriétés des fruits sont contrôlées par les conditions de stockage et que le développement des pourritures brunes est accéléré par la température d’entreposage. Les simulations ont également montré l’influence des interactions entre les conditions pré et post-récolte sur la prévalence de la pourriture brune et sur le rendement à la fin du stockage. Nous avons utilisé le cadre de modélisation pour rechercher les combinaisons des conditions pré- et post-récolte qui optimisent une performance englobant la qualité et la quantité des fruits. Les résultats ont mis en évidence un antagonisme entre les critères de qualité, et en particulier la sucrosité, et le rendement en fruits. Ce cadre de modélisation pourrait être utilisé pour stimuler le dialogue entre les acteurs de la filière fruits, en suggérant des scénarios de pratiques de pré-récolte et de conditions de stockage qui répondent à leurs attentes sans préjuger du comportement ultérieur des fruits après stockage.

Peach quality development and fungal infections after harvest are issues of concern in the fruit value chain. Their examination would benefit from an integrated approach that considers the processes involved, their interactions, and their drivers. In this context, the general objectives of the thesis were (i) to create a modeling framework to simulate peach quality development and brown rot infections and their control by pre-harvest (cultural practices) and post-harvest (storage) conditions; and (ii) to use this model to investigate ways to improve fruit quality and to reduce losses. In this study, we focused on the nectarine (Prunus persica var. nucipersica) case. We first defined and calibrated, using experimental data, a mathematical model to simulate the combined effect of fruit growth and storage conditions (temperature and relative humidity) on nectarine quality-related traits. We modeledthe seasonal course of fruit surface conductance to water vapor, fruit mass loss during storage, and sugar concentration dynamics in fruit pulp. The observed data suggested an increase of sweetness with an increase of fruit mass loss during storage, which was also shown by model simulations. Moreover, the model put forward that fruit from late harvest dates could have higher sweetness at the end of storage than fruit harvested earlier. Second, we studied the spread of brown rot during storage. We verified experimentally that there were no secondary infections (without direct contact between fruit) by Monilinia laxa. Then, we used experimental results to test the effect of pre-harvest (including meteorology) and post-harvest conditionson the time-to-infection by brown rot, using a survival model with parametric estimates. Several conditions were found to be significant in explaining the disease incidence, notably the mean storage temperature, the fruit mass and the prevalence of brown rot at harvest, and the mean wetness duration in the week before harvest. Finally, we integrated the above-mentioned models within a fruit crop model that takes explicitly into account the role of pre-harvest practices on the development of fruit characteristics at the tree scale. We studied, via a sensitivity analysis and model exploration, the model behavior in relation to some orchard practices (irrigation and fruit load) and storage conditions (temperature and relative humidity). Model simulations correctly reproduced the well-known effects of practices on fruit quality criteria, such as the increase of fruit size under well-irrigated conditions and low fruit load, and the increase of sweetness under water-stressed regimes. The model was able to support that fruit properties are controlled by storage conditions, notably fruit mass loss increases with increasing temperature and decreasing relative humidity, and the brown rot infections increase with temperature. Simulations also highlighted the influence of interactions between pre- and post-harvest conditions on the brown rot prevalence and the fruit yield at the end of storage. We finally used the modeling framework to search for the combinations of pre- and post-harvest conditions thatoptimize a performance score encompassing fruit quality and yield. The relative importance assigned to the fruit quality criteria largely affected the choice of the optimal scenarios. The results also pointed out a trade-off between quality criteria, and in particular sweetness, and the fruit yield. The use of this modeling framework could support the dialogue between the actors of the fruit value chain, by suggesting scenarios of pre-harvest practices and storage conditions that satisfy their expectations, without prejudging the subsequent behavior of the fruit after storage.