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 ?