Analyse et modélisation de l’impact de la cercosporiose noire sur le rendement et la durée de vie verte des bananes – Le rôle clé des dynamiques sources/puits

1. Contexte et problématique
La cercosporiose noire, causée par le champignon Mycosphaerella fijiensis, est l'une des maladies les plus dévastatrices pour les bananeraies (Churchill, 2011). La maladie entraine une diminution de la surface foliaire qui a un effet marqué sur le remplissage des fruits récoltés selon un critère de grade commercial (Ramsey et al., 1990). Toutefois, des expériences d’ablation de feuilles chez le bananier montrent que le remplissage des fruits est peu affecté tant que 5 à 7 feuilles sont présentes de la floraison à la récolte (Ramsey et al., 1990 ; Vargas et al., 2009 ; Lassois et al., 2010). Par ailleurs, cette maladie entraine un murissage précoce des fruits rendant les fruits impropres à l’export ou à la commercialisation (Castelan et al., 2013). Enfin, si les pratiques d’effeuillage jouent un rôle majeur dans la prophylaxie, il a été démontré que l’élimination régulière des stades nécrotiques, de la floraison à la récolte, permet de limiter fortement l’effet de la maladie sur la conservation des fruits (Guillermet et al., 2018). Ainsi, dans un contexte de développement épidémique rapide de la cercosporiose noire, il est important de pouvoir simuler les effets de la maladie sur les différentes composantes du rendement, ainsi que sur la durée de conservation des fruits (durée de verte). Une telle modélisation nécessite cependant de revisiter nos connaissances sur le fonctionnement carboné du bananier et son adaptation à une réduction du rapport sources/puits. En effet, des phénomènes de compensation photosynthétique et stockage/mobilisation des réserves pourraient avoir lieu en réponse à une diminution des sources. Il a été observé que l'élimination des feuilles peut entraîner une augmentation de l'activité photosynthétique des feuilles restantes (compensation photosynthétique) et ainsi une augmentation de la quantité d’assimilats carbonés provenant de ces feuilles (Robinson et al., 1992). En réponse à un stress hydrique, dont l’un des effets est de diminuer l’activité photosynthétique par la fermeture des stomates des feuilles, il a été montré que les réserves de carbone, notamment dans le bulbe, augmentent (Vantyghem et al., 2023). On peut faire l’hypothèse qu’un tel phénomène soit observé en réponse à une diminution de la surface foliaire due à la maladie ou à ses mesures de gestion. Ces réserves peuvent ensuite être remobilisées pour le remplissage du fruit notamment (Eckstein et al., 1995). Comment ces modifications d’acquisition, de flux et de stockage/déstockage de carbone dans la plante affectent-elles les composantes du rendement ainsi que la durée de vie verte des fruits ? Nous proposons qu’un modèle de fonctionnement de la plante simple puisse permettre d’intégrer les connaissances disponibles, d’identifier des trous de connaissances éventuels et d’explorer différentes stratégies de gestion des rapports source/puits en présence de maladie.

2. Objectif et questions de recherche
L’objectif decette thèse sera ainsi de mieux comprendre et modéliser l’impact de la cercosporiose sur les composantes du rendement et la durée de vie verte des fruits.
Elle répondra aux questions de recherche suivantes :
• QR1 : Une modification du rapport sources/puits (S/P) dû à la cercosporiose ou à ses pratiques de gestion prophylaxiques et sanitaires affecte-t-elle la photosynthèse, les flux de carbone dans la plante et la mise en réserve / remobilisation des réserves en particulier ?
• QR2 : Un modèle de culture semi-mécaniste simple permet-il d’intégrer les connaissances sur l’impact de la cercosporiose sur les rapports S/P et les flux de carbone ?
• QR3 : L’impact de la cercosporiose sur le rendement et la durée de vie verte est-il uniquement indirect via une modification du rapport S/P ou un effet direct existe-t-il également ?
• QR4 : Quelles pratiques modifiant le rapport S/P (ex : effeuillage, ablation de fruits) sont susceptibles de maintenir un bon rendement (poids régime et/ou calibre des fruits) en présence de la maladie et de ses pratiques de gestion ?

3. Résumé du travail proposé
Pour répondre à ces questions de recherche, nous proposons une démarche en 5 étapes :

i. Compilation de données existantes sur l’effet des modifications du rapport S/P et de la cercosporiose
Beaucoup de travaux ont déjà été réalisés au sein de l'unité de recherche GECO sur les relations S/P, la  cercosporiose et l'effet de l'effeuillage sur le bananier. La première étape de cette thèse consistera donc à compiler ces données existantes, qui serviront de base à l'effort de modélisation, et à identifier les données supplémentaires à collecter. De plus, même si le modèle SIMBA, développé par l’équipe GECO et conçu pour simuler la croissance d’un peuplement désynchronisé de bananiers, sera a priori choisi dans le cadre de cette thèse, du fait de son adéquation au modèle d’étude et de l’expertise existante dans l’unité, une revue des différents modèles possibles sera néanmoins entreprise afin de valider et de mieux justifier ce choix.

ii. Expérimentation spécifique sur la photosynthèse et la quantification de la mise en réserve / remobilisation des réserves
Deux dispositifs différents, déjà en place sur le site de Neufchâteau, serviront de base à cette expérimentation. D'une part, un dispositif expérimental dans laquelle les bananiers sont traités systématiquement avec un fongicide pour maintenir un faible niveau de maladie, mais avec deux intensités distinctes d'effeuillage, ce qui permettra d'étudier l'effet d'une réduction de source avec une interférence minimale de la maladie elle-même. D'autre part, un dispositif expérimental où la maladie est gérée selon des principes agroécologiques, c'est-à-dire sans utilisation de fongicides, mais avec un effeuillage systématique. Ici les niveaux de maladie devraient être beaucoup plus élevés et avec un effeuillage sévère, permettant ainsi d'étudier l'effet combiné d'une réduction de source et de la présence de la maladie.
La quantité de réserves sera observée au fil du temps par des prélèvements in vivo du bulbe et du pseudotronc, en utilisant des nouvelles méthodologies. Par la suite, leur teneur en amidon et en sucre sera quantifiée par des extractions et des mesures colorimétriques aux labos sur le site de Neufchâteau. La compensation photosynthétique sera évaluée par desmesures régulières de l'activité photosynthétique à l'aide d'un analyseur d'échanges gazeux (Walz GFS-3000). La quantité de réserves sera observée au fil du temps par des prélèvements in vivo du bulbe et du pseudotronc, en utilisant des nouvelles méthodologies. Par la suite, leur teneur en amidon et en sucre sera quantifiée par des extractions et des mesures colorimétriques aux labos sur le site de Neufchâteau. Ces données seront complétées par des mesures régulières de la croissance et la détermination de la surface foliaire. Enfin, des données sur le rendement et la durée de vie verte seront collectées. Le suivi sera effectué sur deux cycles de production.
Ces données seront complétées par des mesures régulières de la croissance et la détermination de la surface foliaire. Enfin, des données sur le rendement et la durée de vie verte seront collectées. Le suivi sera effectué sur deux cycles de production.

iii. Intégration des connaissances acquises en 1 et 2 dans le modèle SIMBA
Le modèle semi-mécaniste SIMBA, développé dans l'équipe de GECO, sera adapté pour inclure l'effet de la cercosporiose noire sur les composantes du rendement des bananes (Figure 1). Cela sera fait en utilisant le logiciel R et sur la base des codes déjà existant.

iv. Validation de cette nouvelle version du modèle par mobilisation d’un jeu de données acquis de manière indépendante
Le modèle devra être validé à l'aide d'un ensemble de données indépendantes. Ces données seront probablement collectées chez les producteurs de banane sur l'ensemble de l'île de Guadeloupe, en collaboration avec le LPG (Société Les Producteurs de Guadeloupe). Elles comprendront la surface foliaire, le rendement, la qualité des fruits et d'autres paramètres nécessaires pour la validation du modèle qui seront à déterminer. Cette validation est nécessaire pour évaluer la qualité du modèle, ainsi que pour identifier les effets potentiels de la maladie non pris en compte dans le modèle.

v. Simulation de différentes pratiques d’effeuillage ou ablation précoce
Certaines pratiques culturales, y compris (mais sans s'y limiter) la castration des fleurs et l’ablation des fruits, peuvent fortement modifier les dynamiques S/P et l'effet de la maladie (Figure 1). Afin de pouvoir formuler des hypothèses ou recommandations sur les pratiques à utiliser pour garantir un bon rendement malgré la présence de cercosporiose, le modèle développé sera utilisé pour simuler l'impact de ces pratiques.

Au sein de l'unité GECO, nous développons des recherches d’agro-écologie fonctionnelle et mobilisons ces connaissances au service d’une démarche d’innovation en partenariat pour améliorer la durabilité environnementale, économique et sociale des systèmes agricoles à base de bananiers ou d’ananas. In fine, nos recherches visent à accompagner la transition agro-écologique des monocultures intensives (bananes, ananas) pour favoriser l'émergence de systèmes de culture résilients et aux performances agronomiques améliorées, afin de contribuer à la sécurité alimentaire des pays du Sud (bananes plantains).

• M2 en biologie ou écophysiologie végétale, ou diplôme d’ingénieur agronome
• Goût pour le travail expérimental
• Capacité à travailler en équipe
• Capacité d’adaptation à des environnements culturels différents et aptitudes au travail en milieu tropical humide
• Expérience en codage informatique et/ou modélisation est un plus
• Bon niveau d'anglais
• Permis B