Diversité des communautés adventices et productivité des cultures : mécanismes écologiques et perspectives pour une gestion agroécologique

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Présentation INRAE

L’Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement (INRAE) est un établissement public de recherche rassemblant une communauté de travail de 12 000 personnes, avec 272 unités de recherche, de service et expérimentales, implantées dans 18 centres sur toute la France. INRAE se positionne parmi les tout premiers leaders mondiaux en sciences agricoles et alimentaires, en sciences du végétal et de l’animal. Ses recherches visent à construire des solutions pour des agricultures multi-performantes, une alimentation de qualité et une gestion durable des ressources et des écosystèmes.

Environnement de travail, missions et activités

Directeur de thèse (HDR) : Stéphane Cordeau, UMR Agroécologie, Dijon

Co-encadrement : Guillaume Adeux, Marie-Charlotte Bopp, UMR Agroécologie, Dijon

Enjeux scientifiques

Les adventices constituent une contrainte majeure pour la production agricole, notamment par les pertes de rendement qu’elles génèrent (Oerke, 2006 ; Cordeau et al., 2018), mais elles participent également au maintien de services écosystémiques essentiels. La simplification des systèmes de culture et l’usage intensif des herbicides ont favorisé l’érosion de la biodiversité et l’émergence de quelques espèces dominantes et compétitives. Des travaux conduits à l’échelle du système de culture ont pourtant montré qu’une réduction substantielle de l’usage des pesticides est possible sans perte de productivité ni de rentabilité (Lechenet et al., 2016, 2017), notamment lorsqu’elle s’appuie sur une diversification temporelle des rotations (Guinet et al., 2023). Concilier la productivité des cultures et le maintien de la biodiversité demeure ainsi l’un des principaux défis de l’agriculture mondiale.

La plupart des travaux sur la compétition culture-adventices ont été conduits en considérant une seule espèce à la fois, tentant de quantifier des seuils de nuisibilité pour déterminer des seuils et périodes d’intervention. Cependant, les communautés adventices des champs cultivés sont généralement composées de multiples espèces qui interagissent entre elles et avec la culture. À ce jour, très peu de travaux ont étudié les relations de compétition dans ces communautés complexes, alors même que l’importance de la diversité des communautés adventices dans l’atténuation des pertes de rendement a été identifiée comme une priorité de recherche en malherbologie (Neve et al., 2018).

Dans ces assemblages plurispécifiques, les effets compétitifs observés se révèlent souvent non-additifs et résultent d’interactions indirectes et de phénomènes de compétition asymétrique. Les approches basées sur les traits fonctionnels permettent de mieux caractériser les processus compétitifs que les approches taxonomiques. Les communautés les plus compétitives regroupent des espèces présentant des stratégies d’acquisition rapide des ressources et une forte similarité phénologique avec la culture. Selon la théorie des niches, une forte diversité fonctionnelle au sein des communautés adventices pourrait favoriser la complémentarité d’utilisation des ressources dans l’espace et le temps, réduisant ainsi le chevauchement de niche avec la culture et les pertes de rendement associées. Toutefois, cette différenciation fonctionnelle peut également s’accompagner de hiérarchies compétitives, dans lesquelles quelques espèces présentant des valeurs avantageuses de certains traits déterminent l’issue de la compétition. Enfin, l’analyse des composantes du rendement pourrait permettre de mieux comprendre la dynamique temporelle des interactions entre cultures et communautés adventices. 

Basé sur l’hypothèse émise par Storkey et Neve (2018), Adeux et al. (2019) ont mis en évidence que des communautés adventices plus diversifiées pouvaient atténuer les pertes de rendement en céréales à paille, mais n’ont pas été capables de démêler les effets de la diversité des communautés adventices de ceux de la biomasse adventice (i.e. les communautés diversifiées étaient toujours associées à de faibles biomasses). Si l’effet de la diversité des communautés adventices sur le rendement des cultures n’est pas significatif lorsque l’effet de la biomasse adventice est pris en compte, cela implique que les relations observées par Adeux et al. (2019) sont explicables par des corrélations agronomiques (i.e. les fortes pertes de rendement sont associées à une dominance de quelques espèces compétitives) et non pas par des processus écologiques (complémentarité et interactions entre espèces).

Face à ce constat, le projet PARAD, financé dans le cadre du PARSADA, propose d’anticiper, d’innover et d’accompagner la transition agroécologique de la gestion des adventices au travers de 6 grandes actions. La première explore les capacités d’adaptation des adventices face aux évolutions des pratiques culturales et étudie les relations de compétition précoces et tardives dans une diversité de situations pédo-climatiques en France.

La thèse a pour ambition de :

• Q1 — quantifier la contribution relative des communautés adventices, des propriétés du sol et de leurs interactions à la variabilité du rendement des cultures ;
• Q2 — confirmer le rôle de la diversité des communautés dans l’atténuation des pertes de rendement, à travers une diversité de contextes malherbologiques, de systèmes de culture et de pédo-climats ;
• Q3 — démêler les effets de la diversité de ceux de la biomasse des communautés adventices sur la production agricole ;
• Q4 — quantifier l’importance des espèces adventices dominantes pour expliquer les pertes de rendement ;
• Q5 — identifier des indicateurs précoces de la nuisibilité des adventices.

Ces cinq questions seront abordées en articulant trois approches complémentaires, qui se déploient le long d’un gradient allant de la représentativité agronomique au contrôle expérimental, chacune levant une limite de la précédente : (A) observer, en mobilisant les jeux de données existants pour établir la généricité de la relation diversité–rendement et la part respective des communautés adventices et des propriétés du sol (Q1, Q2) ; (B) décomposer, par une expérimentation en mésocosmes, seule à même d’imposer le découplage entre diversité et biomasse que les données observationnelles ne permettent pas d’obtenir (Q3) ; (C) manipuler, en retirant sélectivement l’espèce dominante de communautés spontanées au champ, pour chiffrer sa contribution aux pertes de rendement et éprouver le levier de gestion associé (Q4). L’identification d’indicateurs précoces de nuisibilité (Q5) constituera un axe transversal, chacune de ces approches intégrant des mesures en début de cycle.

La thèse se propose de traiter ces questions pour la filière des grandes cultures (y compris polyculture-élevage), en valorisant les données produites dans le cadre de projets passés et en mettant en œuvre des suivis et expérimentations dédiés dans le cadre de la thèse.

Dispositifs mobilisés dans la thèse :

L’UMR Agroécologie est l’unité de recherche de référence en France à INRAE sur les adventices, leur écologie et leur gestion. Depuis des décennies, elle collecte des données sur sa station expérimentale (U2E Domaine d’Epoisses), dans des réseaux de parcelles d’agriculteurs, et dans des essais dédiés en parcelles agricoles ou en mésocosmes. Les dispositifs décrits ci-dessous, déjà en place ou à mettre en œuvre dans le cadre de PARAD, alimentent chacun une ou plusieurs des questions posées ci-dessus ; l’approche et les questions auxquelles ils se rattachent sont indiquées en regard.

Essais systèmes de longue durée — PIC-Adventices et CA-SYS (approche A ; Q1, Q2). Des essais systèmes menés depuis les années 2000 visant la réduction de l’usage des herbicides (e.g. PIC-Adventices ; Adeux et al., 2019 ; Cordeau et al., 2022) et, plus récemment, testant des systèmes agroécologiques sans pesticides (plateforme CA-SYS ; Petit et al., 2021 ; Cordeau et al., 2025) ont permis de collecter des milliers de relevés de flore dans divers systèmes de culture, couplés à des mesures de biomasses adventices permettant de quantifier les relations de compétition. Sur l’essai PIC-Adventices (2000-2017), environ 44 000 relevés floristiques ont été réalisés sur près de 15 cultures différentes en 17 ans, dans 10 parcelles conduites selon 5 systèmes de culture, et ont été compilés dans une base de données regroupant les rendements des cultures et les caractéristiques des sols de ces stations.

Manipulation de communautés spontanées — projet COSTRAA (approche C ; Q4). Des données ont été collectées depuis 2024 dans le cadre du projet COSTRAA dans le but de quantifier la nuisibilité des communautés adventices dans des céréales d’hiver sur la plateforme CA-SYS. La flore a été manipulée dans les quadrats pour ne laisser s’exprimer que certaines espèces de la communauté, naturellement sélectionnées par les pratiques. Ces données permettent d’identifier le rôle des adventices dominantes dans la nuisibilité.

Mésocosmes et essais parcellaires du projet PARAD (approches B et C ; Q3, Q5). Des essais en mésocosmes sont menés dans le cadre du projet PARAD pour quantifier la compétition précoce en début de cycle (WP1 de PARAD), et des essais en parcelle agricole pour quantifier la compétition culture-adventice dans des dispositifs de diversification spatiale et temporelle des systèmes (WP2 de PARAD). Ces essais collectent des données de biomasses adventices à différents stades et alimentent directement la recherche d’indicateurs précoces de nuisibilité.

Réseaux de parcelles d’agriculteurs (approche A ; Q1, Q2). Des réseaux de parcelles d’agriculteurs sont mobilisables dans le cadre de la thèse, notamment sur la zone paysagère de Fénay ou dans des réseaux d’agriculteurs engagés dans des transitions agroécologiques (réduction du travail du sol, agriculture biologique, etc.). Ces réseaux permettront de quantifier les relations de compétition culture-adventice à travers des gradients floristiques et pédo-climatiques variés.

 

Objectifs et démarche de la thèse

Le projet de thèse se positionne à l’interface de l’agronomie, de la malherbologie (science qui étudie les adventices) et de l’écologie des communautés (écologie fonctionnelle).

Le projet de thèse a pour objectif d’investiguer les relations entre diversité des communautés adventices et pertes de rendement, et de démêler certains mécanismes permettant de mieux comprendre les déterminants des pertes de rendement, les manières de les atténuer et les indicateurs précoces permettant d’anticiper le pilotage des communautés.

Les trois approches annoncées ci-dessus sont détaillées ci-après. Elles sont présentées dans l’ordre du raisonnement qui les relie : chacune répond à une limite de la précédente.

• (A) Observer — généricité de la relation diversité–rendement et part des propriétés du sol (Q1, Q2). Il s’agira de vérifier le caractère générique des conclusions d’Adeux et al. (2019) à travers des relevés floristiques couvrant une plus grande diversité de situations de production (e.g. agriculture biologique, cultures d’été), en mobilisant les bases de données de PIC-Adventices et de CA-SYS ainsi que les réseaux de parcelles d’agriculteurs. Les caractéristiques de sol associées à ces relevés permettront de partitionner la variabilité du rendement entre communauté adventice, propriétés du sol et leurs interactions (Q1). Il s’agira ensuite de vérifier ou non que les pertes de rendement sont plus souvent associées à la dominance d’une ou quelques espèces adventices compétitives qu’à des communautés diversifiées (Q2). Si tel est le cas, un désherbage ciblé, tel que permis par les robots désherbeurs, pourrait concilier maintien de la productivité et de la biodiversité — hypothèse que l’approche (C) mettra directement à l’épreuve.
• (B) Décomposer — démêler expérimentalement les effets de la diversité et de la biomasse (Q3). Par construction, les données observationnelles ne permettent pas de dissocier diversité et biomasse : dans les communautés réelles, les communautés diversifiées sont systématiquement associées à de faibles biomasses (Adeux et al., 2019). Une expérimentation en mésocosmes (WP1 de PARAD) est donc mobilisée pour imposer expérimentalement ce découplage. Nous nous focaliserons dans un premier temps sur un ensemble d’espèces adventices annuelles, à germination hivernale, communes dans les céréales à paille (e.g. vulpin des champs, véronique de Perse, pâturin annuel, moutarde des champs). Après avoir décrit ces espèces selon un ensemble de traits fonctionnels en lien avec la compétition et disponibles dans les bases de données (e.g. hauteur, nitrophilie, surface foliaire), nous proposons de (i) simuler toutes les combinaisons (sans remise) de communautés adventices composées de 5 espèces, (ii) calculer la hauteur moyenne (comme proxy du potentiel de production de biomasse) et la diversité fonctionnelle (sur l’ensemble des traits fonctionnels) de chacune de ces communautés, et (iii) sélectionner 36 communautés à tester expérimentalement, réparties dans cet espace à deux dimensions. Ces communautés seront semées dans des mésocosmes avec une culture de blé à densité et espacement classiques. L’expérimentation sera répétée a minima deux années. Des mesures de biomasse et de traits fonctionnels permettront de caractériser les pertes de rendement, l’agressivité et la diversité des différentes communautés.

• (C) Manipuler — poids des espèces dominantes et test du levier de gestion (Q4). Le mésocosme tranche la question causale, mais sur des communautés semées et d’effectif réduit : il reste à en éprouver la portée sur des communautés spontanées, au champ. Nous proposons de désherber manuellement et sélectivement des communautés adventices spontanées pour en retirer l’espèce dominante — à l’instar de ce que pourrait faire un robot désherbeur capable de reconnaître et de quantifier les espèces — et de chiffrer sa contribution aux pertes de rendement. Ce volet s’appuiera sur les données déjà acquises dans le cadre de COSTRAA et sur de nouveaux suivis. Il permettrait d’envisager le paramétrage d’algorithmes de robots de désherbage pour une action ciblée à la tache, visant les communautés dominées par des adventices compétitrices et responsables de pertes de rendement, afin de tendre vers un maintien conjoint de la productivité et de la biodiversité.

  Axe transversal — indicateurs précoces de nuisibilité (Q5). Chacune de ces trois approches intègre des mesures en début de cycle : compétition précoce en mésocosmes (WP1 de PARAD), biomasses adventices à différents stades dans les essais parcellaires (WP2 de PARAD), suivi des composantes du rendement dans les essais systèmes. Leur analyse conjointe visera à identifier des indicateurs précoces de la nuisibilité des communautés adventices et à mieux comprendre la dynamique temporelle des interactions entre culture et communauté adventice — condition nécessaire pour anticiper le pilotage des communautés en cours de campagne plutôt que d’en constater les effets après la récolte.

• Références
• Adeux, G., Vieren, E., Carlesi, S., Bàrberi, P., Munier-Jolain, N., Cordeau, S., 2019. Mitigating crop yield losses through weed diversity. Nature Sustainability 2, 1018-1026.
• Cordeau, S., Chauvel, B., Guillemin, J.-P., 2018. Nuisibilité des plantes adventices : compétition pour les ressources, quantification des pertes de rendement et de qualité des récoltes. In: Chauvel, B., Darmency, H., Munier-Jolain, N., Rodriguez, A., (coord.) (Eds.), Gestion durable de la flore adventice des cultures. Éditions Quæ, Versailles (France), pp. 77-97.
• Cordeau S, Baudron A, Busset H, Farcy P, Vieren E, Smith RG, Munier-Jolain N and Adeux G (2022) Legacy Effects of Contrasting Long-Term Integrated Weed Management Systems. Front. Agron. 3:769992. doi: 10.3389/fagro.2021.769992
• Cordeau, S., Guinet, M., Munier-Jolain, N., Adeux, G., Deytieux, V., 2025. Advances in the reduction of herbicide use in Conservation Agriculture: French case studies. In: Weed management in Conservation Agriculture systems, pp. 169-193.
• Guinet, M., Adeux, G., Cordeau, S., Courson, E., Nandillon, R., Zhang, Y., Munier-Jolain, N., 2023. Fostering temporal crop diversification to reduce pesticide use. Nat. Commun. 14, 7416.
• Lechenet, M., Dessaint, F., Py, G., Makowski, D., Munier-Jolain, N., 2017. Reducing pesticide use while preserving crop productivity and profitability on arable farms. Nat. Plants 3, 1-6.
• Lechenet, M., Makowski, D., Py, G., Munier-Jolain, N., 2016. Profiling farming management strategies with contrasting pesticide use in France. Agric. Syst. 149, 40-53.
• Neve, P., Barney, J.N., Buckley, Y., Cousens, R.D., Graham, S., Jordan, N.R., Lawton-Rauh, A., Liebman, M., Mesgaran, M.B., Schut, M., Shaw, J., Storkey, J., Baraibar, B., Baucom, R.S., Chalak, M., Childs, D.Z., Christensen, S., Eizenberg, H., Fernández-Quintanilla, C., French, K., Harsch, M., Heijting, S., Harrison, L., Loddo, D., Macel, M., Maczey, N., Merotto, A., Mortensen, D., Necajeva, J., Peltzer, D.A., Recasens, J., Renton, M., Riemens, M., Sønderskov, M., Williams, M., 2018. Reviewing research priorities in weed ecology, evolution and management: a horizon scan. Weed Res 58, 250-258.
• Oerke, E.-C., 2006. Crop losses to pests. The Journal of Agricultural Science 144, 31-43 
• Petit, S., Deytieux, V., Cordeau, S., 2021. Landscape-scale approaches for enhancing biological pest control in agricultural systems. Environmental Monitoring and Assessment 193 (Suppl 1), 75.
• Storkey, J., Neve, P., 2018. What good is weed diversity? Weed Res 58, 239-243.

 

Formations et compétences recherchées

Profil recherché : 

• Ingénieur ou Master 2 en agronomie ou écologie végétale
• Sensibilité à l’écologie fonctionnelle, l’écologie des communautés et à l’approche système en agronomie
• Compétences en botanique
• Intérêt pour l’analyse de données
• Attrait pour le travail de terrain
• Bonne maîtrise du logiciel R
• Rigueur, organisation et approche structurée du travail
• Bonne maîtrise de l’anglais à l’écrit et à l’oral (niveau B2)
• Permis B obligatoire

Votre qualité de vie à INRAE

En rejoignant INRAE, vous bénéficiez (selon le type de contrat et sa durée) :

-  jusqu'à 30 jours de congés + 15 RTT par an (pour un temps plein)
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- de dispositifs de développement des compétences : formation, conseil en orientation professionnelle ;
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- de prestations vacances et loisirs : chèque-vacances, hébergements à tarif préférentiel ;
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- d'une restauration collective.

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