Analyse et modélisation des effets de l’ombrage sur la physiologie, la croissance, le rendement et la qualité des fruits du pommier (Malus domestica Borkh.)

Analysis and modelling of the effects of shading on the physiology, growth, yield and fruit quality of apple trees (Malus domestica Borkh.)

• Auteur / Autrice : Perrine Juillion
• Direction : Michel Génard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Agrosciences et sciences
• Date : Soutenance le 29/06/2022
• 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 : Huguette Sallanon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gerhard Buck-Sorlin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sophie Brunel, Marie Gosme

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèle prédictif

Cultures d'ombre

Bilan hydrologique

croissance et développement

Fruits

Fruits -- Qualité

Productivité

Arboriculture fruitière

Mots clés libres

Agrivoltaïsme

Arboriculture

Rendement

Qualité des fruits

Croissance

Statut hydrique

Modèle

Agrivoltaism

Arboriculture

Microclimate

Growth

Carbohydrates

Water status

Yield

Model

Résumé

Pour répondre aux enjeux liés aux changements globaux et à la transition énergétique, une solution d’ombrage innovante des cultures a été développée : l’agrivoltaïsme dynamique. Malgré un développement rapide de ces dispositifs ces dernières années, peu d’études sont disponibles sur l’effet de ce type d’ombrage fluctuant sur les cultures. Cette étude vise donc à étudier les effets de l’ombrage maximal des panneaux photovoltaïques sur un verger de pommiers adultes ‘Golden Delicious’ à Mallemort (France). Les trois saisons expérimentales (2019-2021) ont montré que l’ombrage a permis le maintien d’un statut hydrique plus favorable en parallèle de besoins en eau fortement réduit mais a cependant réduit l'acquisition carbonée. Les propriétés photosynthétiques (Pmax) et morphologiques (SLA) ont été largement affectées. La croissance végétative a été maintenue voire augmentée au détriment des organes reproducteurs avec une diminution des rendements en 2019 et 2020. Cette chute du rendement résulte d’une baisse de la floribondité et d’une augmentation de la chute physiologique des fruits. La qualité des fruits a également été affectée sous ombrage, avec une diminution de la concentration en sucres. L’aspect protecteur des panneaux photovoltaïques contre le gel a permis une moindre chute du rendement sous ombrage comparée au témoin en 2021. Le modèle QualiTree a été adapté pour formaliser l’effet de l’ombrage sur la photosynthèse, la construction du SLA et simuler la chute des fruits. Le modèle a permis de mettre en évidence le fonctionnement intégré de la plante, de l’échelle de la feuille à l’échelle de l’arbre, du pas de temps horaire à celui de la saison. Cette intégration résulte des interactions entre acquisition, allocation et croissance et statut hydrique et carboné. D’autres stratégies d’ombrage ont été simulées in silico, avec des ombrages variés au cours de la journée et/ou de la saison, permettant de peu affecter la production. Cette étude sur pommiers est une base importante de compréhension des processus affectés et de leurs interactions pour aller vers l’élaboration de stratégies d’ombrage pour d’autres espèces. La stratégie d’ombrage devra être pensée en fonction des objectifs de production, de l’espèce et des conditions environnementales.

In response to the challenges of global change and the energy transition, an innovative crop shading solution has been developed: dynamic agrivoltaism. Despite the rapid development of these systems in recent years, few studies are available on the effect of this type of fluctuating shading on crops. This study therefore aims to investigate the effects of shading from photovoltaic panels on a mature 'Golden Delicious' apple orchard in Mallemort (France). The three experimental seasons (2019-2021) showed that shading allowed the maintenance of a more favourable water status with greatly reduced water requirements but reduced carbon acquisition. Photosynthetic (Pmax) and morphological (SLA) properties were largely affected. Vegetative growth was maintained or even increased to the detriment of reproductive organs with a decrease in yields in 2019 and 2020. This drop in yield is the result of both a decrease in floribundity and an increase in physiological fruit drop. Fruit quality was also affected under shading, with a decrease in soluble sugar concentration associated with a reduction in carbon inflow to the fruit. The protective aspect of the photovoltaic panels against frost allowed for a lower drop in yield under shading compared to the control in 2021. The QualiTree model was adapted to formalise the effect of shading on photosynthesis, SLA construction and fruit drop. The model was used to highlight the integrated functioning of the plant, from the leaf scale to the tree scale, from the hourly time step to the seasonal time step. This integration results from the interactions between acquisition, allocation and growth and water and carbon status. Other shading strategies were simulated in silico, with varying shading during the day and/or season, allowing for little effect on production. This study on apple trees is an important basis for understanding the processes affected and their interactions to develop shading strategies for other species. The shading strategy will have to be designed according to the production objectives, the species, and the environmental conditions.