Memoire Online - Modélisation du coefficient apparent d'utilisation de l'azote issu d'un engrais minéral apporté sur blé tendre d'hiver

"Les analyses et les conclusions de ce travail d'étudiant n'engagent
que la responsabilité de son auteur et non celle d'AGROCAMPUS OUEST".

Diplôme d'Ingénieur de l'Institut Supérieur des Sciences
Agronomiques, Agroalimentaires, Horticoles et du Paysage

Modélisation du coefficient apparent d'utilisation de l'azote
issu d'un engrais minéral apporté sur blé tendre d'hiver

Sous la présidence de : Jérôme PAGES Maître de stage : Jean-Pierre COHAN Enseignant référent : Julie JOSSE

Modélisation du coefficient apparent d'utilisation de l'azote issu d'un engrais minéral apportésur blétendre d'hiver

Master de statistiques appliquées Agronome spécialiséthématique fertilisation

Jean-Pierre Cohan, agronome spécialisésur les thématiques de fertilisation et maître de stage, m'a accordésa confiance pour mener à bien ce projet. Malgréses nombreuses missions, il s'est ^montrédisponible dans la mesure du possible et a veilléàla bonne marche du stage. Pour l'attention et la sympathie dont-il a fait preuve àmon égard je le remercie sincèrement.

Je remercie également Jean-Charles Deswarte, écophysiologiste àArvalis - Institut du Végétal. Il a participéau suivi des travaux en répondant présent aux comités de pilotages au cours desquels il a pu apportéson expérience et son regard critique.

De même, je dois remercier François Piraux, statisticien àArvalis - Institut du Végétal qui a fait preuve de patience pour répondre àmes doutes et interrogations.

Je remercie mes collègues de bureau : Gérald, Pauline et Olivier. Nous avons partagéde bons moments et j'espère que nos routes se croiserons de nouveaux, d'ici làje leur dit merci et leur souhaite une bonne continuation.

Enfin, je remercie l'ensemble du personnel d'Arvalis - Institut du Végétal de la station de La Jaillière qui m'a réservéun accueil des plus agréables, permettant à ce stage de se dérouler dans des conditions très appréciables. Outre l'expérience professionnelle que m'a apportéce stage, je garderai un souvenir plus personnel du partage d'expérience et de points de vue autour de l'agriculture.

Riche de cette expérience tant professionnelle que personnelle, je ne peux qu'être enthousiaste ^àl'idée de renouveler ma collaboration avec Arvalis - Institut du Végétal lors ma prochaine affectation. Merci et àbientôt.

1	Introduction : la modélisation du CAU, une réponse aux enjeux de la fertilisation
	azotée		1
	1.1	Le CAU : indicateur de l'efficacitédes apports d'engrais azotés	1
		1.1.1 Un Coefficient Apparent différent du Coefficient Réel d'Utilisation	2
		1.1.2 Complément à 100 du CAU : les pertes d'azote issue de l'engrais	2
	1.2	Utilisation du CAU dans la détermination des doses d'engrais à apporter aux cultures	3
	1.3	Travaux de modélisation	3
		1.3.1 La vitesse de croissance pour expliquer le CAU	3
		1.3.2 Introduction de variables climatiques et de l'état de nutrition azotée	4
	1.4	Problématique de l'étude	5
2	Matériel et méthodes		7
	2.1	Préparation et présentation des données	7
		2.1.1 Les essais : acquisition de données brutes	7
		2.1.2 Calculs des variables d'intérêt	8
		2.1.2.1 Détermination du CAU	8
		2.1.2.2 Estimation de la vitesse de croissance	10
		2.1.2.3 Comment estimer l'état de nutrition azotéde la culture?	11
		2.1.2.4 Relevédes variables pluviométriques	11
		2.1.3 ~Elaboration du jeu de données pour l'étude du CAU	12
	2.2	Exploration et compréhension du jeu de données	13
		2.2.1 Modèles généraux d'analyses statistiques	13
	2.3	~Elaboration d'un modèle explicatif du CAU	14
		2.3.1 Analyse factorielle	14
		2.3.2 Approche linéaire de la sélection de modèles	15
		2.3.3 Introduction de relations non linéaires	16
		2.3.4 Validation du modèle	16
	2.4	Moyens informatiques	16
3	Résultats		17
	3.1	Préparation des données	17
		3.1.1 Examen des données	17
		3.1.2 La variable à expliquer, le CAU calculéàla récolte	18
		3.1.3 Les variables explicatives	21
		3.1.3.1 La vitesse de croissance	21
		3.1.3.2 ~Etat de nutrition azotée	24
		3.1.3.3 Variables pluviométriques	24
	3.2	~Elaboration d'un modèle explicatif du CAU	27

VII Déterminer la structure de variance-covariance d'un effet aléatoire : réponse de Dou-

VIII Fonctions d'estimation des RMSEP pour des modèles de classe R nls ou mer . . . ix

X Catégorisation des groupes issues d'une classification ascendante hiérarchique . . . xi

3.1 Examen de cinétiques de croissances, de l'évolution des teneurs en azote et des quan-

tités d'azote absorbées 17
3.2 Relation entre les quantités d'azote apportées par l'engrais et les quantités d'azote

3.4 Distribution du CAU selon les stades de fertilisation et comparaison des CAU obtenus

3.6 Estimations des paramètres des cinétiques de croissance obtenus par régression non

3.17 'Evolution du résidu du modèle 1 au modèle 4 et confrontation des estimations aux

3.19 Comparaison des modèles obtenus par régression non linéaire après ajout de la variable

La disponibilitéen azote minéral constitue un des principaux facteurs limitants de la production quantitative et qualitative des céréales à pailles. Pour des raisons économiques (tendance à la hausse du prix des engrais, notamment liée à l'évolution du prix des énergies fossiles) et réglementaires (durcissement des contraintes environnementales liéau transfert d'azote réactif hors de la parcelle agricole), il deviendra nécessaire à l'avenir de recourir à de moindres quantités d'engrais minéraux azotés de synthèse. Sous cette contrainte, le maintien des niveaux de productions actuels, voire leur augmentation, nécessitera de maintenir un état de nutrition azotée optimal des cultures. Cela pourra passer par le recours àd'autres sources d'azote (fixation symbiotique par l'emploi de légumineuses dans les systèmes de culture, recyclage de l'azote des produits résiduaires organiques, ...), et par l'amélioration significative de l'efficacitédes apports d'engrais azotés de synthèse (Cohan et al., 2011). C'est dans le contexte de cette seconde option que se situe le travail de ce stage.

1.1 Le CAU : indicateur de l'efficacitédes apports d'engrais azotés

L'azote contenu dans un engrais apportéàune culture n'est pas intégralement utilisépar cette dernière. Les micro-organismes du sol sont responsables de l'immobilisation d'une fraction de l'azote minéral par organisation. Des phénomènes physico-chimiques, liés aux caractéristiques du sol ou à l'activitédénitrifiante de certains processus, provoquent des pertes par voie gazeuse. Enfin, la lixiviation de l'azote nitrique entraîne des pertes en profondeur. Pour rendre compte de la part de l'azote de l'engrais valorisée par la culture, on quantifie l'accroissement de l'absorption d'azote permis

par l'apport, en comparaison àune situation non fertilisée. On traduit ainsi l'efficacitéde l'apport, ^àn'importe quel moment survenant après la date de fertilisation. Indépendamment de la dose d'azote

apportée, cette conception de l'efficacitéreprésente la coefficient directeur d'une relation linéaire de l'azote absorbéen fonction de l'azote apporté(équation 1.1). Cette relation est vraie tant que les quantités apportées demeurent inférieures àl'optimum technique de nutrition azotée de la culture. Au delà, la fraction d'azote absorbée diminue, l'efficacitémarginale de l'engrais décroît.

- QND : azote absorbépour une fertilisation de D kg N ha^-1- QN0 : azote absorbéen l'absence de fertilisation

Le CAU se présente comme un indicateur de l'efficacitédes apports d'engrais azotés minéraux. En outre, le CAU est un coefficient apparent car il simplifie les processus complexes en jeu àl'échelle de la plante. A ~ ce titre, il est nécessaire de comprendre ce à quoi correspond un coefficient réel pour justifier l'emploi du terme simplificateur. Enfin, si le CAU quantifie l'azote absorbé, qu'advient-il de l'azote non-absorbé?