Unité de Recherche : UMR Agroécologie (INRAE / AgroSup Dijon /uB), centre INRAE de Dijon
Encadrantes : Anne-Sophie Voisin et Christelle Gée
Durée du stage : 6 mois : février – juin 2022
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Contexte : La gestion optimale de la fertilisation azotée des cultures est aujourd’hui mal maitrisée dans les systèmes de culture agroécologiques conduits sans pesticides. En effet, on dispose peu de référence et d’outils adaptés à ces systèmes soumis à de nombreux d’aléas et plus entachés d’incertitude que les systèmes conventionnels, qu’ils soient d’origine climatique ou proviennent d’une gestion des bio agresseurs plus difficile. Or, les règles de pilotage de la fertilisation azotée actuellement disponibles sont basées sur un « objectif de rendement prévisionnel », défini par l’agriculteur à la sortie de l’hiver (COMIFER, 2013), et à partir duquel la dose de fertilisant azoté à apporter est calculée. Si le rendement prévisionnel était jusqu’alors relativement facile à prédire pour une situation pédoclimatique donnée dans les systèmes de culture conventionnels, ce n’est plus le cas aujourd’hui, avec un climat beaucoup moins prévisible et pour des cultures très souvent affectées par les bio agresseurs (en l’absence de pesticides). Faute de références disponibles et du fait de ces nombreux aléas, le rendement devient donc impossible à estimer à l’avance.
La nouvelle méthode APPIN (Ravier et al 2018), qui déclenche la fertilisation azotée du blé en fonction de ses besoins azotés réels (et non pas en fonction d’un rendement prévisionnel) pourrait pallier à ces problèmes. Cette méthode nécessite le suivi en continu du statut azoté du blé, à l’aide d’une pince munie d’un capteur infra rouge. Des abaques permettent de relier la valeur mesurée chaque semaine sur un peuplement de blé à une valeur de statut azoté. La méthode propose ensuite pour chaque quinzaine, une dose de fertilisant à apporter, à adapter en fonction des conditions météo. Ce diagnostic étant réalisé toutes les semaines, les apports d’azote sont ainsi finement ajustés aux besoins du blé, et les pertes d’azote dans l’environnement sont minimisées.
La réalisation de mesures sur les feuilles chaque semaine, sur la culture de blé est néanmoins un frein à son adoption par les agriculteurs, pourtant aujourd’hui globalement demandeurs de ce type de méthode. Etant donné les compétences disponibles à l’UMR, nous proposons de développer une méthode d’estimation du statut azoté basée sur l’acquisition d’une image, avec une technologie facilement accessible à tous (= via un appareil photo ou un smart phone). Des résultats préliminaires ont en effet montré de façon originale, qu’il est possible d’établir une corrélation entre un indice colorimétrique DGCI (Dark Green Color Index), jusqu’alors utilisé pour le maïs, le riz et le gazon (Rorie et al., 2011 ; Ge et al., 2021 ; Caturegli et al., 2020) et le statut azoté du blé. La validité de cette méthode pour le pilotage de la fertilisation du blé via la méthode APPIN doit être maintenant démontrée.

Objectifs du stage : L’objectif du stage est de tester la validité de la mesure du statut azoté du blé par imagerie visible, pour un pilotage de la fertilisation azotée par la méthode APPIN avec une ergonomie améliorée. Pour y parvenir, nous proposons de mettre en œuvre le pilotage de plusieurs cultures de blé avec la méthode APPIN, en comparant les deux méthodes de mesure du statut azoté, sur plusieurs parcelles de blé du dispositif (CASYS https://www6.inrae.fr/plateforme-casys/). Ces parcelles seront comparées à des parcelles conduites selon la méthode du bilan, et des parcelles témoins non fertilisées. La comparaison des trajectoires de fertilisation (en quantité et en date d’apports) et des rendements et niveaux de nutrition azotée obtenus permettront d’évaluer les stratégies de fertilisation mises en œuvre, et leur efficience du point de vue de l’utilisation de l’azote. Ces tests et développement s’inscrivent dans la phase de développement de la méthode, en lien avec ses concepteurs. (Marie-Hélène Jeuffroy, UMR Agronomie, Grignon).

Description du travail de stage : Le stagiaire sera en charge du suivi hebdomadaire des cultures de blé du dispositif CASYS, pour la mesure de l’état azoté à la fois à l’aide du N-tester et par imagerie visible (prise de photos). Ces mesures concerneront d’un côté des parcelles (ou bandes) dont la fertilisation sera conduite à l’aide la méthode APPIN, pour différents types de systèmes de culture (systèmes avec travail du sol, ou sans travail du sol (ACS). Par ailleurs, des suivis seront réalisés sur micro parcelles sur lesquelles nous aurons fait varier la fertilisation azotée du blé, afin d’affiner le paramétrage de la relation entre mesure du statut azote par l’image et via le N-tester. Le stagiaire procédera à l’analyse des images, en s’appuyant sur les algorithmes développés en interne, pour en obtenir la valeur d’indice DGCI, ce qui lui permettra d’établir une corrélation entre valeurs N-tester et valeurs images. Sur la base d’une conversion de cet indice en statut azoté (INN), il en déduira la proposition de fertilisation azotée indiquée par la méthode ; il participera ensuite à la décision de fertilisation, en concertation avec les personnes en charge de la fertilisation azotée sur l’unité expérimentale.
Des prélèvements destructifs de plantes de blé seront réalisés à la floraison et à la récolte, pour évaluer l’état azoté des cultures et leur niveau de performance en rendement et qualité protéique associée, pour les différentes conduites testées. L’utilisation du modèle SystN (Parnaudeau et al, 2012) permettra de compléter cette évaluation, en modélisant les trajectoires de dynamique de l’azote dans le sol et dans la culture de blé (ainsi que les pertes associées) pour les différentes méthodes (et parcelles), sur les essais 2021 et 2022. Cet outil contribuera à l’apprentissage inhérent à l’utilisation de la méthode APPIN.
La méthode APPIN a été pour le moment paramétrée et développée essentiellement sur des systèmes de culture conventionnels. Etant donné le contexte de culture agroécologique du dispositif CASYS, le stagiaire mènera également une réflexion sur l’adaptation de la méthode (i) aux cultures impactées par la compétition avec les adventices et/ou par des maladies foliaires, (ii) sur des systèmes sans travail du sol, dans lesquels la dynamique de l’azote est différente des systèmes avec travail du sol, et faire des propositions d’évolution de la méthode en conséquence.

Profil requis : Motivation, rigueur, curiosité. Capacité à effectuer un travail minutieux, au champ comme au laboratoire.
Modalisés d’accueil : Stage rémunéré et basé à Dijon, dans les locaux INRAE. Possibilité de logement en résidence étudiante.
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Références
L. Caturegli, M. Gaetani, M. Volterrani, S. Magni, A. Minelli, A. Baldi et al., 2020. Normalized Difference Vegetation Index versus Dark Green Colour Index to estimate nitrogen status on bermudagrass hybrid and tall fescue. International Journal of Remote Sensing, Volume 41, 2020 – Issue 2, pp.455-470.
COMIFER, 2013. Calcul de la fertilisation azotée. Guide méthodologique pour l’établissement des prescriptions locales. Cultures annuelles et prairies. ww.comifer.asso.fr/images/stories/publications/brochures/BROCHURE_ AZOTE _20130705web.pdf
Ge H, Xian, H, Ma F, Li Z, Qiu Z, Ta Z, Du C. 2021. Estimating Plant Nitrogen Concentration of Rice through Fusing Vegetation Indices and Color Moments Derived from UAV-RGB Images. Remote Sens.,13, 1620.

Parnaudeau V., Reau R., Dubrulle P., (2012). Un outil d’évaluation des fuites d’azote vers l’environnement à l’échelle du système de culture : le logiciel Syst’N. Innovations Agronomiques 21, 59-70.

Ravier, C.; Jeuffroy, M.H.; Gate, P.; Cohan, J.P.; Meynard, J.M. Combining user involvement with innovative design to develop a radical new method for managing N fertilization. Nutrient Cycling in Agroecosystems 2018, 110, 117–134, doi:10.1007/s10705-017-9891-5.

Rorie, R.L.; Purcell, L.C.; Mozaffari, M.; Karcher, D.E.; King, C.A.; Marsh, M.C.; Longer, D.E. 2011. Association of “Greenness” in Corn with Yield and Leaf Nitrogen Concentration. Agron. J., 103, 529–535.

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