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Agronomie

Rendements de blé en 2020 : comment le modèle d’itk a anticipé leur baisse ?

Serge Zaka
1 mars 2021
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Les caprices de la météo

L’année culturale du blé d’hiver 2019 – 2020 a été marquée par des records tout au long de ses différentes saisons : un vrai casse-tête pour les agriculteurs qui ont dû adapter leurs pratiques.

Automne 2019 : des pluies records !

L’été et le début d’automne 2019 ont été très secs. Les agriculteurs l’attendaient impatiemment : la pluie est arrivée dès le 1er octobre, et cette date a marqué un retournement complet de situation (figure 1) : les mois d’octobre et de novembre ont battu des records de précipitation ! Il est tombé jusqu’à 534 mm soit 3,7 fois plus qu’en Novembre 2017 et 2018 (141.5 mm et 140.5 mm respectivement)» à Saint-Martin-de-Hinx (Landes) en novembre 2019.

La saturation des sols en eau a eu des conséquences immédiates sur les semis de blé d’hiver 2019-2020 :

  • Au niveau du sol : les champs étaient impraticables (à cause de la boue, les machines agricoles s’enlisent). De nombreux agriculteurs ont dû repousser leurs semis jusqu’à ce que les sols soient entièrement ressuyés. Le retard du semis a poussé les agriculteurs à se résigner à planter une autre espèce ou à sélectionner des variétés de blé plus précoces qu’à l’accoutumée. Les variétés précoces ont des cycles plus courts et peuvent donc être semées plus tard. Cela permet de rattraper le retard en cours de saison, de ne pas retarder la récolte et, par conséquent, d’éviter les fortes chaleurs de juillet préjudiciables au remplissage du grain.
  • Au niveau de la plante : pour les agriculteurs ayant réussi à semer à la date usuelle, les jeunes racines issues de la graine ont été asphyxiées par l’excès d’eau, ce qui induit une carence en oxygène (mauvais fonctionnement des cellules, pas ou peu d’absorption des nutriments) et ralentit l’absorption des nutriments. La graine finit par pourrir dans le sol. A terme, cela entraîne des défauts et irrégularités de peuplement ainsi que des retards de développement (pour les parties inondées de la parcelle) qui, dans les cas les plus sévères (majorité de la parcelle inondée), ont entraîné la destruction de la culture.

Hiver 2019 – 2020 : une douceur record suivie… de gelées tardives !

Cet hiver 2019-2020 a été le plus doux jamais observé en France depuis 120 ans. D’après Météo-France, la température a été en moyenne plus de 2 °C au-dessus de la normale en décembre et janvier et plus de 3 °C en février, avec plusieurs pics de douceur remarquables (figure 2). Cette douceur a été suivie de gelées tardives fin mars et début avril.

Ces températures records ont eu des conséquences immédiates sur le blé d’hiver :

  • Des stades phénologiques (étapes de développement physiologique par lesquels la plante passe au cours de sa vie) avancés du fait de la douceur hivernale : il est maintenant acquis que la hausse des températures due au changement climatique est en partie responsable de l’avancement des stades phénologiques (voir l’excellent « Livre vert du projet CLIMATOR »). Cela a (et aura) des conséquences importantes sur les choix techniques de l’agriculteur et notamment sur le calendrier de ses travaux.
  • Une exposition accrue au gel à la sortie du printemps : le blé ayant connu une importante douceur hivernale, il a mis en place ses structures reproductives rapidement (stade épi 1 cm précoce), les rendant sensibles au gel printanier. Le feuillage s’étant également développé plus précocement, il a aussi subit des dégâts conduisant à une diminution du remplissage des grains au printemps. Il en résulte une diminution du rendement.

Printemps et été 2020 : une sécheresse record !

A l’opposé de l’automne, le printemps 2020 a été marqué par une sécheresse totale sur le moitié nord. D’ailleurs, pour anecdote, c’est la première fois qu’une ville du nord de la France a été la plus ensoleillée entre le 1er mars et le 25 mai (Le Touquet avec 729 heures d’ensoleillement).

Le déficit pluviométrique printanier a provoqué une nette baisse de l’humidité des sols agrégée sur la France (figure 3). L’indicateur du niveau d’humidité des sols identifie une vaste zone de sols secs à extrêmement secs au nord et au nord-est du pays. Ces zones correspondent majoritairement aux principaux bassins de production de blé en France.

C’est cette sécheresse printanière qui a eu le plus de conséquences sur le rendement pour le blé d’hiver 2020 :

  • Une transpiration doublement accentuée : avec la douceur hivernale, le blé a développé une importante surface foliaire durant l’hiver. Cette augmentation de surface foliaire et l’ensoleillement élevé ont contribué à accroître la transpiration foliaire et donc la perte d’eau du sol au printemps.
  • Une absorption des nutriments ralentie : l’absorption racinaire d’eau permet la récupération passive de nutriments. La sécheresse a donc privé la plante d’éléments nécessaires à sa croissance, ce qui a eu d’autant plus d’effets sur la plante que la forte surface foliaire impliquait une forte demande en nutriments.

Des simulations explicites de CropWin®

Qu’est-ce que CropWin® ?

CropWin® est un outil d’aide à la décision s’appuyant sur la modélisation de la vie des cultures. Basé sur un ensemble d’équations mathématiques issues de dizaines d’années de recherche scientifique, le modèle permet d’appréhender des interactions complexes air-sol-plantes qui ne peuvent être analysées de façon indépendante. Couplé à l’historique et à la prévision météorologiques à long terme, il permet de comprendre le comportement de la plante et de prévoir son évolution pour anticiper les actions à mettre en place au champ. L’objectif final de CropWin® est d’optimiser les rendements et le retour sur investissement en raisonnant les apports en fertilisation et en irrigation.

Le modèle de culture Cropwin® renseigne en sortie, en autres, l’état hydrique et azoté de la culture ainsi qui la phénologie et le rendement estimé.

L’interface principale de CropWin® se présente comme sur la figure 4. Le premier bandeau donne la date et les principaux stades phénologiques. Ensuite, on retrouve deux graphiques en barre : le premier donne le niveau de remplissage de la réserve utile et le deuxième la satisfaction de la demande en azote. Un code couleur donne le niveau de stress : pas de stress, stress modéré et stress élevé. Les graphiques suivant renseignent sur les conditions météorologiques (température, pluie, rayonnement global et le cumul de degrés-jours).

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Figure 4 – Exemple de l’interface principale de CropWin®.

Dans notre cas d’étude :

  • En simulant la phénologie des cultures dès le semis et sur toute l’année culturale, CropWin® permet d’anticiper les décalages phénologiques :
    • Les champs étant impraticables en automne, les semis ont été retardés. CropWin® a permis d’identifier quelle classe de précocité choisir afin d’obtenir une récolte en juillet à partir de la date de semis fixée par l’utilisateur.
    • Après un hiver doux, le tallage et la montaison sont arrivés de façon précoce. Ces stades étant importants pour la fertilisation, CropWin® permet d’ajuster les techniques culturales à partir d’un statut azoté intégrant les conditions météorologiques passées.
  • En simulant le statut hydrique des cultures dès le semis et sur toute l’année culturale, CropWin® permet d’évaluer dès le semis et tout au long de la saison les pertes de rendement en intégrant les prévisions météorologiques et les pratiques culturales.

Les simulations

Récapitulatif de l’ensemble des simulations

Cropwin® permet de simuler l’effet de pratiques de l’agriculteur et de contextes climatiques différents sur cette parcelle, pour répondre à la question: « que se serait-il passé si? ».

Nous souhaitons répondre à ces deux questions :

  • Effet sécheresse : Que se serait-il passé si les précipitations du printemps étaient dans la moyenne des 30 dernières années ?
  • Effet variétal : Que se serait-il passé si les agriculteurs n’avaient pas adapté la variété semée ?

Pour cela, nous allons faire quatre simulations :

  • Une simulation sans modification des pratiques culturales (i.e. basée sur ce qu’il s’est réellement passé), c’est à dire avec un printemps sec et une variété précoce.
  • Une simulation avec un printemps normal en terme de précipitation et une variété précoce.
  • Une simulation avec un printemps sec et une variété tardive.
  • Une simulation avec un printemps normal en terme de précipitation et une variété tardive.

Simulation de l’année 2019-2020 sans modification des pratiques culturales appliquées par les agriculteurs sur la saison 2019-2020.

Figure 5 – Simulation Cropwin® de l’année 2019-2020 sans modification des pratiques culturales (champs de blé d’hiver dans le Pas-De-Calais).

Les simulations du modèle Cropwin®, sans modification des pratiques culturales appliquées par les agriculteurs, pour une parcelle de blé d’hiver dans le département du Pas-De-Calais (département fortement concerné par la sécheresse) reproduisent l’ensemble des caractéristiques observées pour cette saison 2019-2020 :

  • Une saturation des sols en eau durant tout l’automne/hiver et une levée tardive. Le semis est effectué le 20 novembre (10 jours de retard par rapport à une date classique pour cette région de France) et la levée est simulée pour le 12 décembre (20 jours de retard par rapport à une date classique pour cette région de France).
  • Un hiver doux avec une arrivée précoce (1er février) du stade F5 (épi 1cm) nécessitant des apports en azote plus précoces de 2 à 4 semaines qu’à l’accoutumée (21 février et 26 mars).
  • L’arrivée brutale de la sécheresse mi-mars avec une réserve utile du sol qui passe de la saturation à un stress élevé lié à un manque d’eau en un mois. Cette sécheresse s’étalera du stade « premier nœud » (4 avril) jusqu’à la récolte (16 juillet) englobant l’ensemble de la période de remplissage du grain (du 29 mai au 26 juin).

L’ensemble de ces simulations donne un rendement plutôt faible de 5.8 t/ha.

Simulation pour un printemps humide

Figure 6 – Simulation Cropwin® de l’année 2019-2020 avec 150 mm d’irrigations artificielles réparties du 26 mars au 18 juin (champs de blé d’hiver dans le Pas-De-Calais).

Afin d’évaluer l’effet de cette sécheresse, nous avons rajouté artificiellement 150 mm de précipitations (irrigation artificielle) réparties du 26 mars au 18 juin. Celles-ci sont représentées sur la figure 6 par un symbole « goutte d’eau ». Après prise en compte par le modèle des pertes (par évaporation et par ruissellement), la quantité réellement absorbée par le sol (et donc disponible pour la plante) est de 120 à 130mm. Cela correspond au déficit de pluviométrie constaté de fin mars à juin sur la station de Le Touquet-Paris-Plage. Ceci permet de modérer virtuellement la sécheresse et de simuler ce qui se serait passé lors d’un printemps normal. Les autres pratiques n’ont pas été modifiées.

On remarque que le niveau de remplissage de la réserve utile remonte (figure 5 versus figure 6). Le stress hydrique arrive plus tard dans la saison. Ainsi, le rendement passe de 5.8 t/ha à 12.7 t/ha soit une hausse de 118%. Le modèle CropWin® pointe donc la sécheresse comme étant le principal facteur expliquant cette baisse de rendement pour la saison 2019-2020 de blé d’hiver.

Simulation pour un printemps sec et une variété plus tardive

Figure 6 – Simulation Cropwin® de l’année 2019-2020 avec une date d’apparition du stade « épi 1 cm » au 1er mars au lieu du 1er février (champs de blé d’hiver dans le Pas-De-Calais, sans irrigations).

Avec le semis tardif dû à l’inaccessibilité des champs, les agriculteurs ont adapté leurs pratiques en plantant une variété plus précoce qu’à l’accoutumée. Prenons maintenant le cas de figure d’un agriculteur qui n’a pas adapté sa variété à la date de semis tardive.

Pour cela, nous avons simulé notre parcelle en forçant l’apparition du stade épi 1cm au 1er mars (soit un mois plus tard que simulé initialement). Ce forçage permet de reproduire le comportement d’une variété plus tardive et de se centrer dans la gamme de date d’apparition du stade « Epi 1cm » observée pour cette partie de France.

La récolte, très tardive, est simulée pour le 26 août avec une période de remplissage du grain du 27 juin au 9 août. Cette parcelle subit donc à la fois le manque d’eau printanier (développement foliaire peu important) et estival (remplissage du grain ralenti). Le rendement chute à 3.1 t/ha soit 47% de moins que par rapport à une variété précoce. Ainsi, en adaptant sa variété à la date de semis, l’agriculteur a doublé son rendement, bien que restant plus bas que la moyenne du fait de la sécheresse.

Simulation pour un printemps humide et une variété plus tardive

Figure 7 – Simulation Cropwin® de l’année 2019-2020 avec une date d’apparition du stade « épi 1 cm » au 1er mars au lieu du 1er février avec 150 mm d’irrigations artificielles réparties du 26 mars au 18 juin (champs de blé d’hiver dans le Pas-De-Calais).

Pour finir, prenons un printemps humide et une variété plus tardive (figure 7). De même que précédemment, la récolte a lieu le 26 août. Malgré un printemps aux précipitations normales, le remplissage du grain se fait pendant la période de sécheresse estivale (i.e. du 27 juin au 9 août). Le rendement final est moyen avec 8.1 t/ha soit 40% de plus qu’à l’origine mais plus bas que 12.7 t/ha avec une variété précoce dans les mêmes conditions hydriques.

Ainsi, le choix de la variété semée est un bon levier pour maximiser son rendement quelles que soient les conditions hydriques. L’effet de la sécheresse a cependant un rôle encore plus déterminant dans le calcul du rendement.

Conclusion

La modélisation permet de mieux identifier les principaux facteurs explicatifs de la baisse du rendement de blé sur la saison 2019/2020. L’outil Cropwin® disposant des prévisions météorologiques journalières jusqu’à 7 mois (incluant les risques de sécheresse et d’extrêmes thermiques), permet d’aider l’agriculteur, dès le début de saison, à prendre les meilleures décisions pour maximiser son rendement.

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