Apports méthodologiques aux expérimentations système en agronomie

Methodological inputs to system experiments in agronomy

• Auteur / Autrice : Sandrine Longis
• Direction : Jean-Noël Aubertot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Agrosystèmes, écosystèmes et environnement
• Date : Soutenance le 01/12/2025
• Etablissement(s) : Université de Toulouse (2023-2025)
• 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 : Établissement délivrant conjointement le doctorat : Institut national polytechnique (Toulouse ; 1969-....)
• Jury : Président / Présidente : Hervé Monod
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Noël Aubertot, Nadine Andrieu, Stéphane de Tourdonnet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nadine Andrieu, Stéphane de Tourdonnet
• DOI : 10.70675/b6ddc039zb32bz4b60z9fbczc0b8ddcd7510

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse des systèmes

Génie rural

Expérience

Agronomie

Mots clés libres

Expérimentation système

Méthodologie

Agroécologie

Agronomie

Statistiques

Epistémologie

System experiment

Methodology

Agroecology

Agronomy

Statistics

Epistemology

Résumé

Dans un contexte où les systèmes agricoles doivent améliorer leurs performances agroécologiques, économiques, et environnementales tout en étant résilients face aux aléas climatiques et économiques, l’acquisition de connaissances et de références sur la durabilité des systèmes agricoles présente un enjeu majeur. Ainsi, les agronomes s’intéressent depuis plus de trois décennies à la conception et l’évaluation de systèmes de culture performants du point de vue économique, social et environnemental. Les expérimentations analytiques ne permettent pas d’appréhender de manière efficiente les multiples effets résultant des interactions complexes au sein du système de culture. C’est l’une des raisons d’être des expérimentations « système ». Ces dernières permettent, par exemple, de tester si un système de culture innovant atteint un rendement équivalent à un système de référence dans une situation de production donnée, ou bien s’il est techniquement faisable, ou encore d’évaluer ses effets sur l’agroécosystème, dont les services écosystémiques. Le cadre conceptuel sous-jacent des expérimentations système avait déjà été formalisé. Néanmoins, la diversité des productions agricoles considérées ; le choix des différentes pratiques combinées ; le pilotage par des règles de décision et la large gamme des contraintes expérimentales rendent impossible l’élaboration de plans d’expériencess génériques et l’identification de méthodes d’analyse de données génériques. A cela s’ajoutent des difficultés méthodologiques propres à la structure des essais mis en place (de l’étude d’un dispositif expérimental sur un site donné à une étude transversale mobilisant des résultats issus de dispositifs répartis sur plusieurs sites) ; l’hétérogénéité des outils de suivi et d’enregistrement des données observées ; la multiplicité des leviers pouvant être mis en œuvre, ainsi que les approches interdisciplinaires engendrant une quantité considérable de données. Les expérimentateurs sont donc confrontés à différentes difficultés méthodologiques pour la conception d’expérimentations système, leur évaluation, et leur valorisation.L’objectif général du travail de thèse était de proposer un corpus méthodologique pouvant être mobilisé par les expérimentateurs pour : i) la conception d’expérimentations système ; ii) l’analyse des données obtenues, et de le mettre en œuvre dans un cas particulier. Ce manuscrit comporte : i) une analyse bibliométrique portant sur les expérimentations système ; ii) une synthèse des publications disponibles sur les expérimentations système ; iii) une typologie des principales questions méthodologiques de l’expérimentation système à partir d’une analyse de publications scientifiques et d’une enquête auprès de 105 praticiens ; iv) la description d’un corpus méthodologique théorique permettant d’apporter des solutions aux questions identifiées ; v) une application de ce corpus à un réseau expérimental (projet inter-instituts SYPPRE) ; vi) une discussion présentant la portée et les limites du travail, ainsi que des perspectives. Le travail réalisé a permis, d’une part, d’identifier quatre difficultés méthodologiques majeures rencontrées par les expérimentateurs : la désignation des unités statistiques ; la distinction entre levier et facteur ; l’intérêt des répétions et des systèmes témoins ; l’adéquation entre les questions agronomiques, les facteurs testés, le plan d’expériences et les protocoles de recueil de données. D’autre part, il a abouti à la création de livrables opérationnels permettant de contourner ces difficultés, notamment la formalisation d’un corpus méthodologique et un outil de choix des méthodes d’analyse des données. Ce travail a, en outre, contribué à la réalisation d’un guide pratique pour le plan Ecophyto permettant de mettre à disposition des praticiens un ensemble de recommandations méthodologiques pour la valorisation de données issues d’expérimentations

In a context where agricultural systems must improve their agroecological, economic and environmental performances while being resilient to climatic and economic hazards, the acquisition of knowledge and references on the sustainability of agricultural systems is a major challenge. Thus, agronomists have been focused, for more than three decades, in the design and evaluation of cropping systems that are efficient from an economic, social and environmental point of view. Analytical experiments do not allow to efficiently understand the multiple effects resulting from the complex interactions between the elements of cropping systems, crop conditions, and environmental conditions. This is one of the reasons for using system experiments. They allow, for example, to test whether an innovative cropping system achieves a yield equivalent to a reference cropping system in a given production situation, or to determine whether a cropping system is technically feasible.The conceptual framework underlying system experiments had already been formalized. Nevertheless, the diversity of agricultural productions considered; the choice of different combined cropping practices; the use of decision rules and the wide range of experimental constraints make it impossible to develop generic experimental designs and to identify generic data analysis methods. In addition, there are methodological difficulties specific to the structure of trials lay out (from the study of an experiment on a given site to a cross-cutting analysis of results obtained from experiments spread over several sites); the heterogeneity of the tools for monitoring and recording the observed data; the multiplicity of technical levers that can be implemented, as well as the interdisciplinary approaches generating a considerable amount of data. Experimenters are therefore confronted with various methodological difficulties in the design of system experiments, their evaluation, and publication of their results. The general objective of the thesis was to propose a methodological corpus that can be used by experimenters for: i) the design of system experiments; ii) the analysis of the data obtained, and to implement it in a particular case. This manuscript includes: i) a bibliometric analysis of system experiments; ii) a synthesis of available publications on system experiments; iii) a typology of the main methodological issues of system experiments based on an analysis of scientific publications and a survey of 105 practitioners; iv) a description of a theoretical methodological corpus that can provide solutions to the issues identified; v) an application of this corpus to an experimental network (SYPPRE inter-institute project); vi) a discussion of the scope and limitations of the work and perspectives. The work carried out allowed, on the one hand, to identify four major methodological difficulties encountered by experimenters: the proper identification of statistical units; the distinction between levers and factors; the interest of replications and control systems; the adequacy between the agronomic questions to be addressed, the factors tested, the experimental design and the data collection protocols. On the other hand, it led to the creation of operational deliverables allowing to circumvent these difficulties, in particular the formalization of a methodological corpus and a tool for the choice of data analysis methods. This work has also contributed to the realization of a practical guide for the Ecophyto national action plan for pesticide reduction, making available to practitioners a set of methodological recommendations for the use of data from system experiments. The advances made in this thesis should contribute, indirectly, to the production of robust knowledge and references, useful for the agroecological transition.