Coupler des approches expérimentales et par modélisaiton pour évaluer le potentiel du soja en tant que double culture dans les systèmes de culture français face au changement climatique

Coupling experimental and modelling approaches to assess the potential of soybean as a double crop in French cropping systems under climate change

• Auteur / Autrice : Lin Kang
• Direction : Philippe Debaeke, Lionel Alletto
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Agrosystèmes, écosystèmes et environnement
• Date : Soutenance le 05/03/2025
• Etablissement(s) : Université de Toulouse (2023-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences écologiques, vétérinaires, agronomiques et bioingénieries (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : AGroécologie, Innovations, TeRritoires (Castanet-Tolosan, Haute-Garonne ; 2003-....)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement délivrant conjointement le doctorat : Institut national polytechnique (Toulouse ; 1969-....)
• Jury : Président / Présidente : Edward Gérardeaux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Debaeke, Lionel Alletto, Michel-Pierre Faucon, Sophie Brunel, Sophie Plassin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michel-Pierre Faucon, Sophie Brunel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Soja

Techniques agricoles

Changements climatiques -- Adaptation

Agriculture -- Recherche

Mots clés libres

Soja

Système de culture

Phénotypage

Modélisation

Changement climatique

Variétés

Soybean

Cropping systems

Phenotyping

Modeling

Climate change

Varieties

Résumé

Le soja (Glycine max. (L.)) est une légumineuse d’été dont la graine riche en protéines est appréciée en alimentation humaine et animale. Avec le réchauffement climatique et le souci de réduire les importations de graines et de tourteaux, sa culture initialement limitée à l’Europe méridionale, s’est étendue plus au nord pour atteindre 1.36 millions d’ha en Europe (dont 182 000 ha en France – chiffres 2022). Une alternative pour augmenter la présence du soja dans les systèmes de culture est de cultiver cette légumineuse en double culture après une culture d’hiver là où la température et la ressource en eau le permettent. Ceci se traduit par un semis tardif de variétés précoces et le plus souvent par de l’irrigation de complément. La pratique de la culture dite « dérobée » n’est pas nouvelle mais elle pourrait se développer encore avec l’augmentation des températures contribuant ainsi à réduire la dépendance protéique et augmenter le revenu des agriculteurs.Cette thèse avait pour objectif d’évaluer la faisabilité et les potentialités de la double culture de soja en France en climat actuel et futur pour différents régimes hydriques, dates de semis et groupes de maturité (GM). Pour cela, une approche couplant expérimentation en conditions semi-contrôlée, expérimentation factorielle au champ et modélisation a été mise en œuvre.Dans un premier temps, les réponses à la température, à la durée du jour et à la disponibilité en eau ont été étudiées et quantifiées pour un panel de 10 variétés candidates à la double culture (GM 0000 à I), ce qui a permis de mettre en évidence l’existence d’une variabilité génétique peu caractérisée dans la littérature pour ces réponses. La réponse des variétés au dessèchement progressif du sol a été évaluée pendant 3 années (2021 à 2023) sur la plateforme de phénotypage Heliaphen de INRAE Auzeville. La réponse de la germination à la température a été étudiée en incubateur pendant 2 années pour déterminer les températures cardinales des génotypes étudiés. Elle a été complétée par une expérimentation en pots sur la plateforme Heliaphen en 2022, mettant en jeu plusieurs dates de semis de mars à juillet, pour étudier la réponse de ces génotypes à la photopériode et à la température.Ces méthodologies de phénotypage simples et reproductibles ont été proposées, évaluées et améliorées en vue de déterminer les réponses écophysiologiques et paramétrer deux modèles : (i) le premier, SPA (Simple Phenology Algorithm), développé par Schoving et al. (2020), en vue d’évaluer la faisabilité de la double culture de soja en France et (ii) le second, STICS (Brisson et al., 2003 ; Beaudoin et al., 2022), en vue de tester les rendements accessibles et la quantité d’irrigation nécessaire pour cette pratique.Une expérimentation au champ a été menée à Auzeville en 2022 couplant régimes hydriques et azotés pour 6 variétés de soja semées après la récolte de l’orge. Les données dynamiques de développement et de croissance complétées par un suivi des stocks d’eau et d‘azote du sol ont permis de calibrer le modèle STICS. Une base de données rassemblant la plupart des expérimentations menées par Terres Inovia et INRAE sur le soja en dérobé a permis d’évaluer le modèle avec une précision raisonnable.Enfin, la faisabilité et les potentialités du soja en double culture ont été explorées spatialement à l’échelle nationale en climat actuel et futur (RCP 8.5), pointant ainsi l’extension des zones favorables, illustrant la distribution des rendements accessibles avec ou sans irrigation et indiquant les besoins en eau associés.Cette démarche couplant étroitement expérimentation et modèle pourrait être reproduite dans d’autres contextes où se pose la question d’augmenter la contribution du soja en vue d’une plus grande autonomie protéique mais aussi de bénéficier des atouts agronomiques et environnementaux de cette légumineuse.

Soybean (Glycine max. (L.)) is a summer legume whose protein-rich seeds are prized in human and animal nutrition. With global warming and the desire to reduce imports of seeds and oilcakes, its cultivation, initially limited to southern Europe, has spread further north to reach 1.36 million ha in Europe (including 182,000 ha in France - figures for 2022). One alternative for increasing the presence of soybean in cropping systems is to grow this legume as a double crop after a winter crop, where temperature and water resources allow. This involves late sowing of early varieties and most often supplementary irrigation. The practice of “catch or second crops” is not new, but it could develop further as temperatures rise, helping to reduce protein dependency and increase farmers' income.The aim of this thesis was to assess the feasibility and potential of double-cropping soybeans in France under current and future climatic conditions for different water regimes, sowing dates and maturity groups (MG). To this end, an approach combining semi-controlled experimentation, factorial field experimentation and modeling was implemented.Firstly, responses to temperature, daylength and water availability were studied and quantified for a panel of 10 candidate varieties for double cropping (MG 0000 to I), revealing the existence of genetic variability in these responses, not frequently characterized in the literature. Varietal response to progressive soil desiccation was evaluated for 3 years (2021 to 2023) on the Heliaphen phenotyping platform at INRAE Auzeville. The response of germination to temperature was studied in incubators for 2 years to determine the cardinal temperatures of the genotypes studied. This was completed by a pot experiment on the Heliaphen platform in 2022, involving several sowing dates from March to July, to study the response of these genotypes to photoperiod and temperature.These simple, reproducible phenotyping methodologies have been proposed, evaluated and improved to determine ecophysiological responses and parameterize two models: (i) the first, SPA (Simple Phenology Algorithm), developed by Schoving et al. (2020), to assess the feasibility of double-cropping soybean in France, and (ii) the second, STICS (Brisson et al., 2003; Beaudoin et al., 2022), in order to test the yields available and the amount of irrigation required for this practice.A field experiment was carried out at Auzeville in 2022, coupling water and nitrogen regimes for 6 soybean varieties sown after barley harvest. The STICS model was calibrated on the basis of dynamic development and growth data, supplemented by monitoring of soil water and nitrogen stocks. A database containing most of the experiments carried out by Terres Inovia and INRAE on soybeans grown as catch crops enabled the model to be evaluated with reasonable accuracy.Finally, the feasibility and potential of double-cropped soybeans were explored spatially on a national scale in current and future climates (RCP 8.5), showing the extension of favorable zones, illustrating the distribution of yields achievable with or without irrigation, and indicating the associated water requirements.This approach, which closely combines experimentation and modelling, could be reproduced in other contexts where the question arises of increasing the contribution of soybean to achieve greater protein autonomy, while also benefiting from the agronomic and environmental advantages of this legume.