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CONCEPTION D’UNE METHODE INNOVANTE DE CONDUITE DE LA
FERTILISATION DU BLEPOUR UN RAISONNEMENT EN TEMPS REEL
Thierry DENISD’après B. SOENEN, P. BESSARD DUPARC, M. LABERDESQUE,
B. PIQUEMAL, JP. COHAN, X. LE BRIS
Contexte actuel de la gestion de la fertilisation azotée des blés français
Raisonnement basé aujourd’hui sur le calcul d’une dose prévisionnelle recalée en cours de campagne par un outil de pilotage :1. Calcul d’une dose prévisionnelle a priori2. Choix du fractionnement et du produit3. Pilotage du dernier apport via un diagnostic de l’état de nutrition azotée de la plante
(+/- 40 kg N/ha par rapport à la dose prévisionnelle)4. Modulation intraparcellaire de la dose du dernier apport dans certains cas
Les limites de cette approche :-> Peut-on atteindre systématiquement le potentiel de la parcelle quand le besoin d’azote prévisionnel est basé sur l’historique parcellaire ? (même avec l’utilisation des OAD, la dose totale N
est fortement conditionnée par les hypothèses sur l’objectif de rendement)
-> Piloter le dernier apport est-il suffisant pour s’adapter à l’année ? (pas de réactualisation de la
dose N prévisionnelle en cours de campagne)
-> Comment prendre en compte les flux azotés sol-plante lors du pronostic des OAD ? (on
fait l’hypothèse que les apports N précédents ont été entièrement valorisés lors du diagnostic)
-> Comment prendre en compte l’interaction eau-azote ? (l’azote n’est pas le seul facteur limitant…)
Vers une dynamisation du bilan prévisionnel à pas de temps fin
Pour s’adapter au contexte climatique de l’année, de plus enplus variable, un raisonnement basé sur l’évaluation en continudu besoin en azote au cours du cycle de la culture s’impose
A. nécessite d’avoir des modèles permettant d’évaluer de façonfiable le besoin en azote, sous des scénarios de contraintesazotées ou hydriques très variés
B. et de mettre au point des règles de pilotage de la fertilisationazotée en temps réel, en fonction de l’état de croissance dela culture, des flux azotés sol-plante-atmosphère et desprévisions météo
ce que l’on pourrait faire demain
Ce que l’on fait *de mieux+ aujourd’hui
calcul Dose Totale prévisionnelle
application règles Mise en Réserve bq
pilotage OADFin montaison
RSH raisonnement /INN à instant t
modulationintraparcellaire
Calcul DoseTotaleprévisionnelle
objectiver l’impasseTALLAGE
valoriser le potentiel de rendement de l’année/offre climatique : intérêt 3 ou 4 apports ?
intérêt apport tardif épiaison-flo ?
RSH LAIraisonnement /INN en CONTINU
et besoins N en VALEUR ABSOLUE
dose
N
180 240
110
90
RDT
les écueils qui peuvent se présenter
dose N < offre climatique de
l’année.Intérêt++ dans un
contexte de dérèglement
climatique
pb pilotage « dans le sec » -> prise en compte
l’interaction eau-azote dans l’estimation des flux azotés sol-plante lors du
pronostic OAD
levier OAD+/-40kgN/ha
insuffisant
pb lié au calcul de l’objectif RDT
« Rigidité » d’un raisonnement uniquement basé sur un potentiel de rendement pluriannuel
-> pour s’adapter au contexte climatique de l’année, de plus en plus variable, un raisonnement basé sur l’évaluation en continu du besoin en azote au cours du cycle de la culture s’impose
-> nécessité de dynamiser la méthode du bilan
source : coopérative du nord de la France et prévisions de dose totale FARMSTAR
comparaison entre objectifs derendements et rendements réalisés
De 65 à 100 q selon les années pour un même
contexte !soit, +/- 105 kgN/ha
de besoins en azote… alors que les outils de pilotage permettent une modulation de
dose de +/- 40 kgN/ha autour de la dose
prévisionnelle
Doses totales prévues
exemple de la variabilité d’un seul poste du bilan face au
dérèglement climatique
L’extrême opposé en fin de cycle en 2 ans
Visites Essais ARVALIS à la même date : 20 juin
Un climat extrêmement variable d’année en année
2016
2017
Probabilité (%)Mais une valorisation de l’azote variable selon les années
probabilité de cumuler 15 mm de pluie sous 15 j
Et une conduite basée sur un climat moyen pluriannuel
Valorisation des apports d’azote
Bonnes conditions de valorisation 3ème
apport N à DF
Mauvaises conditions pour les apports tardifs
réalisés en avril.L’absorption est ralentie
mais pas nulle (fortes rosées notamment)
En 2017 : des pluies irrégulières et peu fréquentes tout au long de la montaisonUne valorisation des engrais plus faible que d’habitude mais pas nulle !
Le retour des pluies en mai a permis de valoriser plutôt correctement les apports
d’azote fin montaison
Selon les secteurs, les apports au 15/03 ont bénéficié de quelques séquences pluvieuses
Les apports du 25/03 n’ont en général pas été suivi de 15 mm de pluie
1ers apports 2èmes apportsEpi1cm
2èmes apports « bis »Epi1cm+15j
3èmes apports Dern.Feuille
CAU74%
CAU67%
CAU78%
CAU60%
CAU 70-80%
CAU90-95%
historique
2017
CAU global 74 (3app) à 82% (4 app)
Critères d’efficacité d’un apport d’engrais azoté
CAU
Il n’y a pas « que » les 15 mm qui comptent !
CAU = coefficient d’utilisation de l’azote
Performance de l’approche « bilan prévisionnel + outil de pilotage »
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
Dose N < optimum
Dose N≈ optimum
Dose N > optimum
% d
e s
itu
atio
ns
Bilan prévisionnel seul
Bilan prévisionnel + JUBIL
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
Dose N < optimum
Dose N≈ optimum
Dose N > optimum
% d
e s
itu
atio
ns
Bilan prévisionnel seul
Bilan prévisionnel + YARA N-Tester
220 essais (1994-1999) 206 essais (1994-2000)
-> on peut encore progresser (il reste 40% des situations pilotées qui ne sont pas à l’optimum)
Epi 1cm 2 nœuds Dernière Feuille Floraison
Traitements n’ayant pas perdu du rendement
Traitements ayant perdu du rendement
• 209 traitements issus d’essais Azote (5 sites - 9 années)
• Mesures de l’INN à Epi 1cm, 2 nœuds, Dernière feuille, Floraison
Définition d’une trajectoire d’absorption de l’azote (valorisation de la thèse de C. Ravier
- mise au point d’une dynamique d’INN mini)
Trajectoire « minimum » :tant que l’INN reste au dessus de
cette trajectoire, on ne perd pas de rendement; c'est la trajectoire en
dessous de laquelle la nouvelle méthode s'interdit de passer.
En dessous de cette ligne, on
perd du rendement
Trajectoire « optimum » :tant que l’INN reste au dessus de
cette trajectoire, la croissance reste maximum ; c’est la trajectoire
visée par la méthode du bilan.
0
1
2
3
4
5
6
0 2 4 6 8 10 12 14
matière sèche aérienne (t/ha)
teneur en azote total (%N)
courbe de référenceINN = 1
INN = N% mes. / N% opt.
INN < 1Sous alimentation azotée
INN > 1Suralimentation azotée
Rappel sur l’INNet estimation du statut azoté par l’INN
INN = Indice de Nutrition Azotée= Etat de nutrition azotée de référence
« approche » N-tester® « approche » modèle CHN
Quels outils pour dynamiser la méthode du bilan ? pour un raisonnement de la ferti en temps réel
Conception innovante d’une méthode de fertilisation azotée du blé :
articulation entre diagnostic des usages, ateliers participatifs et modélisation
Clémence RAVIER - 11/o2/2o17
Directeur de thèse: Jean-Marc MEYNARD / Co-Encadrants: Marie-Hélène Jeuffroy (INRA), Jean-Pierre Cohan (Arvalis)
2 déclinaisons
Stratégie
travaillée :
définir une
trajectoire
d’INN
optimale et
déclencher
un apport
dès que
l’on s’en
éloigne trop
à cause
d’un défaut
de
fourniture
du sol
(gérer les
interactions
eau-azote)
Évaluer en continu le besoin en azote au cours du cycle de la culture
1.Modèle fiable ?2.Bonnes règles d’interprétation ?
Pilotage en dynamique de la fertilisation azotée avec le modèle CHN
Plante
Sol
Atmosphère
Modélisation quotidienne des flux d’eau, d’azote et de carbone (C, H, N)
Modélisation de la croissance de la plante (modèle phénologique)
Minéralisation Organisation
Absorption
Biomasse
Volatilisation
Drainage
Météo
Croissance racinaire
Bilan hydrique
Transpiration
Fonctionnement du modèle
Mesures plantes/sol
Stades phénologiques
LAI & enracinement
Biomasse et Nabs
Flux d’eau
- Absorption- Evaporation- Transpiration- Ruissellement- Percolation- Drainage - …
Stock d’eau /cm de sol
Et bien d’autres…
SI : PanoramixInterfacé avec Excel, R, …
Flux d’azote
- Absorption- Minéralisations- Drainage- Lixiviation- Volatilisation- ….
Stock azoté /cm de sol
Calcul fréquentiel automatisé pour projection
en fin de campagne
BDD météo
BDD sols
Précédent et CI
- Variétés- Date & densité de semis- Ferti N minéral- Ferti PRO-Irrigation- W du sol
BDD variétés
BDD engrais
ITK
BDD PRO
Synoptique du modèle de culture CHN
Plante
Atmosphère
Tran
ches
de
calc
uls
par
cm
de
sol
Par
tie
rac
inai
re
Par
tie
aé
rie
nn
e
Profondeur maximale du sol
BTH, BDH, OH, maïs
Sol
Plante
Atmosphère
Tran
ches
de
calc
uls
par
cm
de
sol
Profondeur racinaire
Phénologie
LAI
Par
tie
rac
inai
re
Par
tie
aé
rie
nn
e
Croissance racinaire potentielle
Rayonnementsolaire global
PAR(utile photoS)
Profondeur maximale du sol
BTH, BDH, OH, maïs
(Température du sol en cours)
Biomasse
Températurede l’air
LAI potentiel
Freinshydrique et azoté
Croissanceracinaire
Biomassepotentielle
totale
Photo période
fIPAR
Sol
RUE
k
fAPAR
APAR(absorbé)
IPAR(intercepté)
PAR réfléchi par le couvert
aérienne
Biomasseracinaire
Plante
Atmosphère
Tran
ches
de
calc
uls
par
cm
de
sol
Précipitations
Ruissellement
Evaporation
Ab
sorp
tio
n
Percolation
Profondeur racinaire
Drainage
Irrigation
Transpiration
Phénologie
LAI
Par
tie
rac
inai
re
Par
tie
aé
rie
nn
e
flux d’eau (Billy)
Croissance racinaire potentielle 1
0 c
m
Rayonnementsolaire global
PAR(utile photoS)
Profondeur maximale du sol
H2O, NO3
H2O
BTH, BDH, OH, maïs
H20 , NO3 H20H20, NO3
H20 , NO3
(Température du sol en cours)
Biomasse
Températurede l’air
FTSW
LAI potentiel
Freinshydrique et azoté
Croissanceracinaire
Biomassepotentielle
totale
ETP ETP
Photo période
fIPAR
Sol
H2O, NO3
RUE
k
fAPAR
FTSW
APAR(absorbé)
IPAR(intercepté)
PAR réfléchi par le couvert
aérienne
Biomasseracinaire
MinéralisationsNitrification
Organisation
Plante
Atmosphère
Tran
ches
de
calc
uls
par
cm
de
sol
Précipitations
Ruissellement
Evaporation
Ab
sorp
tio
n
Percolation
Profondeur racinaire
Drainage
Irrigation
Ap
po
rt N
atm
osp
hé
riq
ue
Azote ruisselé
Azote drainé
Lixiviation
Transpiration
Urée
N orgNH4NO3
Volatilisation
Redistributions
Phénologie
LAI
Par
tie
rac
inai
re
Par
tie
aé
rie
nn
e
flux d’eau (Billy)
Croissance racinaire potentielle 1
0 c
m
Rayonnementsolaire global
PAR(utile photoS)
Apportrésidus
Profondeur maximale du sol
NH4
N orgC org frais
NH4NO3N orgC org frais
NH4NO3urée
H2O, NO3
H2O
BTH, BDH, OH, maïs
H20 , NO3 H20H20, NO3
H20 , NO3
(Température du sol en cours)
Ab
sorp
tio
n
Biomasse
Températurede l’air
FTSW INN
LAI potentiel
Freinshydrique et azoté
Croissanceracinaire
Biomassepotentielle
totale
ETP ETP
Photo période
fIPAR
N orgC org
Sol
H2O, NO3
flux d’azote (Arvazote)
RUE
k
fAPAR
FTSW
APAR(absorbé)
IPAR(intercepté)
PAR réfléchi par le couvert
PAR transmis par le couvert
INN
et Nabsaérienne
Biomasse et Nabsracinaire
MinéralisationsNitrification
Organisation
Plante
Atmosphère
Tran
ches
de
calc
uls
par
cm
de
sol
Précipitations
Ruissellement
Evaporation
Ab
sorp
tio
n
Percolation
Profondeur racinaire
Drainage
Irrigation
Ap
po
rt N
atm
osp
hér
iqu
e
Azote ruisselé
Azote drainé
Lixiviation
Transpiration
Urée
N orgNH4NO3
Volatilisation
Redistributions
Phénologie
LAI
Par
tie
raci
nai
re
Par
tie
aéri
enn
e
flux d’eau (Billy)
Croissance racinaire potentielle 10
cm
Rayonnementsolaire global
PAR(utile photoS)
Apportrésidus
Profondeur maximale du sol
NH4
N orgC org frais
NH4NO3N orgC org frais
NH4NO3urée
H2O, NO3
CO2
C org frais C humus
Humification MinéralisationCO2
H2O
BTH, BDH, OH, maïs
H20 , NO3 H20H20, NO3
H20 , NO3
(Température du sol en cours)
Ab
sorp
tio
n
Biomasse
Températurede l’air
FTSW INN
LAI potentiel
Freinshydrique et azoté
Croissanceracinaire
Biomassepotentielle
totale
ETP ETP
Photo période
fIPAR
N orgC org
Sol
H2O, NO3
flux d’azote (Arvazote) flux de carbone (AMG)
RUE
k
fAPAR
FTSW
APAR(absorbé)
IPAR(intercepté)
PAR réfléchi par le couvert
PAR transmis par le couvert
INN
et Nabsaérienne
Biomasse et Nabsracinaire
Biomasse/LAI et freins hydrique et azoté
les cinétiques de biomasse-LAI s’expliquent par l’apparition *on non+ des stress hydriques et/ou azotésObjectif : disposer de modèles qui évaluent de façon fiable le besoin en azote, sous des scénarii de contraintes azotées ou hydriques très variés
Performance du modèle de culture CHN
Des performances aux rendez-vous
AnnéesNbre
de sites
Nbre de
traitements
Nbre de
mesures
sol
Nbre de
mesures
plante
Maïs 1988-2016 28 683 11327 11534
BTH 2000-2014 34 585 3463 7614
BDH 1992-2014 33 416 2084 3810
OH 2004-2017 23 120 435 1163
Un jeu de données français pour le paramétrage de CHN
Blé tendre
Biomasse(tMS/ha)
Azote absorbé(kgN/ha)
n 2157 2003Biais 0.6 4.3RMSE 1.7 32.8EF 0.87 0.76
Blé durBiomasse(tMS/ha)
Azote absorbé(kgN/ha)
n 1046 742Biais 0.6 5.3RMSE 1.8 45.8EF 0.87 0.68
Le modèle est aussi paramétré sur maïs et orge d’hiver et le sera bientôt sur orge de printemps
Mise au point des règles de décision pour la valorisation de CHN pour le pilotage de la fertilisation azotée
1. Viser un INN floraison de 0.9 (est-ce suffisant dans les contextes à très hauts potentiels ? Quid de l’enjeu protéines?)
2. Se donner des « rendez-vous » réguliers où il faut déclencher un apport pour remonter à l’INN optimal
-> Ces rdv vont conditionner le fractionnement et permettre de ne pas rentrer en carence azotée trop forte au risque de ne plus pouvoir la rattraper et ainsi de limiter la croissance de la plante
3. Suivre en parallèle les fournitures azotées du sol
Stratégie travaillée : définir une trajectoire d’INN optimale et déclencher un apport dès que l’on
s’en éloigne trop à cause d’un défaut de fourniture du sol (gérer les interactions eau-azote)
Mais INN inutilisable pour calculer une dose -> passer en quantité d’azote (QN)
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
25/10 14/12 2/2 24/3 13/5 2/7
INN
Evolution INN
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
25/10 14/12 2/2 24/3 13/5 2/7
INN
Evolution INN
E1C
2N
DFE
Flo
rais
on
0
50
100
150
200
250
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
25/10 14/12 2/2 24/3 13/5 2/7
Fert
lisat
ion
N (
kgN
/ha)
INN
Evolution INNFertilisation N
INN
E1C
2N
DFE
Flo
rais
on
0
20
40
60
80
25/10 14/12 2/2 24/3 13/5 2/7
kgN
/ha
Stock N solStock N sol 0-90
Trajectoire d’INN minimum (cf. thèse C. Ravier)
Piloter la ferti N avec CHN = décider des apports en fonction de l’état de croissance de la culture
et des flux azotés sol-planteraisonnement en quantité d’azote [QN]
pour pouvoir calculer des doses d’azote à apporter
INN
< IN
No
bj.
représentation de l’INN non utilisable pour calculer une dose-> traduction en quantité d’azote (QN)
décision / fractionnement et aux quantités d’azote apportées
objectif : éviter d’atteindre un niveau de carence azotée limitant
RENDEMENT et teneur en PROTEINES
tout au long du cycle [plusieurs "RDVs "].on vise 1 INN en dessous duquel il ne faut pas descendre.on suit les fournitures azotées du sol
TALL
AG
E
EPIS
1 c
m DF
FLO
Plusieurs RDVs
INN
> IN
No
bj.
carence azotée
Ne pas négliger pour autant les conditions d’apport (avant une pluie ….)-> fixer des rdv aux périodes maximisant le CAU
Ajustement de la Courbe de Réponse à l’azote
A l’optimum (100%) A l’optimum (97%)
N opt 244 kgN/ha 160 kg/ha
Rdt 107 q/ha 104 q/ha
Taux protéine 12.4 % 11.5 %
CAU_CRN 59% (dose N max utilisé 205 kgN/ha)
CAU_OPT 51% 62%
Illustration sur un essai de l’Aisne en 2017
Pour info :Dose totale prévisionnelle205 uN/ha, après un RSH de 65u
Simulé a posteriori :
RENDEMENT PROTEINES CAU
Rubisko, Villers St C (02)
Modalité pilotée : CHN rdt et prot
0
50
100
150
200
250
300
350
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
17/10 6/12 25/1 16/3 5/5 24/6 Fert
lisat
ion
N (
kgN
/ha)
INN
Evolution INNINN
Dynamique INN opti
-20
0
20
40
60
80
100
17/10 6/12 25/1 16/3 5/5 24/6
QN
(kg
N/h
a)
Suivi Nsol et Déficit N planteDeficit N plante / trajectoire optimale
QNsol disponible
La simulation CHN est conforme aux mesures terrain.
Illustration sur un essai de l’Aisne en 2017
150u apportées (en 4 apports) contre une dose bilan de 205u
Comparaison à l’optimum CRN
Dose (kgN/ha)
Rendement(q/ha)
Protéine(%)
Nabs(kgN/ha)
CAU (%)
100% -94.11 -2.06 (NS) -0.6 (NS) -14.24 +0.28 (***)
97% -9.81 +1.06 (NS) +0.3 (NS) +11.01 +0.36 (NS)
Modalité pilotée : CHN rdt et prot
Illustration sur un essai de l’Aisne en 2017
RENDEMENT PROTEINES CAU
150u apportées contre une dose bilan de 205u, très proche de l’objectif 97%, et surtout une bien meilleure utilisation de l’azote : 74% contre 50-55% classiquement
Perspectives : valorisation des données capteurs
Un modèle n’est jamais parfait possibilité de le coupler à des observations
pour améliorer ses performances OAD de pilotage de l’azote
Simulation modèle de culture en temps réel
Recalages réciproques
Ajustement des doses N
Observations
A court terme : gestion au plus fin des doses N dans le cadre d’une dose totale prévisionnelle réactualisée
A moyen terme : s’affranchir d’une dose N prévisionnelle(et donc de l’objectif de rendement ) ?
Couplage avec des capteurs fixes sol/plante
Des modèles de culture dynamique de plus en plus précis …
… associés à des capteurs fixes ou embarqués (sol/plante)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
10/6 18/9 27/12 6/4 15/7 23/10 31/1
QN
(kg
N/h
a)
Déficit plante en azote
Azote sol disponible
Automated nitrate monitoring
Modèle de culture CHN (Arvalis)
Spectromètres
Centrale d’acquisition CROCVS
Conclusions
ET LES AUTRES ESPECES ?
- Maïs : essais pilotage en temps réel avec CHN, en cours depuis la campagne 2015
- Orge : campagne 2018-2019 ?
UTILISATION DES MODELES DYNAMIQUES POUR LE PILOTAGE DE L ’AZOTE EN TEMPS REEL
- Les performances des outils pour estimer la croissance du blé dans des contextes agroclimatiquesvariés sont satisfaisantes.
- Les premiers résultats sont prometteurs et les méthodes seront affinées dans les années à venir pour être progressivement intégrées dans les autres outils (FertiWeb Dynamic, Taméo, Farmstar)
NECESSITE DE VALORISER LES DONNEES CAPTEURS
- Les premiers résultats sur LAI maïs sont prometteurs- L’assimilation de l’azote plante sera plus complexe : on ne mesure pas directement le Nabs, mais un proxy (e.g. teneur en chlorophylle), qu’il faut convertir en Nabs. Il faut aussi prendre garde à la conservation des masses (i.e. impacter les stocks sol des recalage plante)
POINTS D’AMELIORATION DU PILOTAGE
- Introduire un module d’optimisation des rdv, pour viser les fenêtres climatiques maximisant les CAU (utilisation d’un modèle CAU en fréquentiel)
- Retravailler l’INN minimum en début de cycle, car certains essais ont présenté des pertes de nombre d’épis importantes, provoquant une perte de rendement
- Etudier l’effet milieu et variété sur la dynamique d’INN minimum
Merci de votre attention
Des questions ?