Impacts climatiques sur les agrosystèmes

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M2 Géobiosphère
Parcours Environnement-Climat
UE2
IMPACTS DU CLIMAT SUR LES
AGROSYSTEMES
Pierre Camberlin
Centre de Recherches de Climatologie, Biogéosciences
Université de Bourgogne / CNRS
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Plan :
1. Influence de la température
2. Influence du rayonnement solaire
3. Eau et croissance des végétaux
4. Prévision agroclimatique des récoltes
Références :
Guyot G. 1997 : Climatologie de l'environnement. De la plante aux
écosystèmes. Masson.
Hufty A. 2001 : Introduction à la climatologie. De Boeck
Jackson I. J. 1989 : Climate, water and agriculture in the tropics, Longman,
391 p
Parcevaux S. de, Huber L. 2007 : Bioclimatologie. Concepts et applications.
Quae.
Sivakumar M.V.K. , R. P. Motha. 2006 : Managing Weather and Climate
Risks in Agriculture. Springer. 503 p
Sivakumar M.V.K., J. Hansen 2006 : Climate Prediction and Agriculture:
Advances and Challenges. 2007. Springer. 306 p.
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1. Influence de la température
– L’activité métabolique des végétaux dépend de la
température
– Effet selon différentes gammes de températures
• Nul
• Favorable
• Défavorable
Variation de la
vitesse de
croissance d’un
végétal avec la
température
(de Percevaux
et Huber, 2007)
0 + -
Réf : Luo et al., 2011 « Temperature thresholds and crop production: a review » , Climatic Change
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1.1 Le concept de degrés.jours
Dans une certaine gamme de température, la croissance du
végétal est corrélée linéairement et positivement à la température
La croissance n'étant pas réversible, les effets de la température
sont cumulatifs uniquement (et non-soustractibles)
Le cumul des degrés.jours, au delà d'une température de base,
est appelé somme des températures, et va donc renseigner sur
la vitesse de croissance du végétal, entre deux dates données :
Σ(T
j
-T
seuil
)
avec j= jour et (T
t
-T
seuil
)>0
Exemple Tmoy DJ
(base 10) : j1 6°C
j2 12°C
j3 13°C
j4 9°C

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Le concept de degrés.jours
La somme des températures est également corrélée à
l’apparition de stades phénologiques « clés »
Ex : blé d’hiver :
− Epiaison 1500
− Maturation 2350
Permet la prévision de ces stades, et le zonage
agroclimatique (ex : vigne, cépages rouges : > 1370°C.j).
• La température de base ou « zéro de végétation » varie
selon les espèces :
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Limites du concept de degrés.jours
Variabilité génétique : ex : vigne - température de base pour chaque
cépage
− Pouget (1968)
Influence possible des extrêmes chauds (ex : Tx >30°C)
(cf. risques)
Pour certaines espèces, nécessité de températures basses pendant
la saison froide (vernalisation). Pour les fruitiers, la date de
débourrement est parfois difficile à modéliser avec les seules
sommes de températures. « Besoin en froid » des bourgeons
floraux, pour la levée de dormance. Olivier : qq semaines à 13°C.
Non satisfait : retard / étalement de la floraison. Cas également du blé
tendre (d’hiver) : 1 mois entre 2 et 5°C favorise floraison précoce.
=> par analogie avec la chaleur,
« sommes d’action du froid » en automne-hiver.
Cépage Seuil de croissance apparente
Traminer 7°C
Merlot 9°C
Ugni blanc 11°C
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(source : Supagro Montpellier)
Fonctionnement d’un modèle de croissance avec « Chilling » et « Forcing ».
Les paramètres des lois d’action sont figurés par des seuils en température.
Ce modèle comporte 6 paramètres :
- date d’entrée en dormance
- 2 paramètres pour la loi d’action du Chilling
- seuil de levée de dormance,
- 1 paramètre pour la loi du Forcing
- seuil de floraison.
Connaissant les températures, ces
paramètres permettent de
déterminer la date de levée de
dormance et la date de floraison.
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Limites du concept de degrés.jours (suite)
La vitesse de
croissance est aussi
affectée par la
contrainte hydrique
Effet de la durée du jour
pour certains plantes
(photopériodisme)
Zufferey et al. (2004)

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1.2 Les risques de nature
thermique
Ils dépendent du stade phénologique de la plante,
donc varient tout au long du cycle saisonnier.
Rappel :
RISQUE = ALEA x VULNERABILITE
Climat - Propriétés physiologiques
des plantes
- Pratiques agricoles (date
des semis, protections…)
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Seuils de sensibilité au gel (T sous abri en
°C) de différentes espèces fruitières en
fonction de leur stade phénologique (50% de
dégâts constatés) (Guyot, 1997)
(a) Le risque de gel
Sensibilité au gel des poires à
différents stades phénologiques
(source : Defila, 2004)
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Gel de printemps (max. de vulnérabilité des plantes).
Deux situations :
Gelées par advection (gelées noires)
Gelées par rayonnement (gelées blanches)
Matin Matin
Mise en place d’une inversion
thermique par nuit claire
vent
Masse
d’air
froid
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Situation gélive : exemple
du 19 mars 2003
Gelées blanches ou
gelées « noires » ?

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Tn sous abri (2m) en Champagne, 19 mars 2003
(source : Madelin, 2004)
La situation anticyclonique
(vent faible, ciel clair)
favorise les contrastes
spatiaux
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Variations des
températures
minimales en indices
actinothermiques dans
différents sites du
vignoble champenois
au cours de nuits de
gel
(P = poste météo, avec
température min sous
abri [2 m] entre
parenthèses)
(Beltrando, 1998)
Noter l’échelle verticale
et les différences de température
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Lutte contre le gel
Sources : www.maisons-champagne.com, Réussir vigne (2008), RSVAH (2007)
Chauferettes,
fils
chauffants
Aspersion
Tour antigel , Hélicoptère
→gelées blanches
uniquement
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(b) Le risque d’échaudage
Certaines cultures annuelles
sont sensibles aux hautes
températures.
Ex 1 : blé en phase de
remplissage des grains =>
Tx>25°C = échaudage et
baisse de rendement.
Mais effet majeur de la date
d’épiaison (donc de la
conduite de la culture & de
la variété).
Le risque reste très modéré en
année « normale »
Ex 2 : riz à la floraison =>
pour certains cultivars,
Tx>35°C pendant 1h =
stérilité
(source : Gate et al., 2008)

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2. Influence du rayonnement solaire
Pour leur métabolisme, les végétaux ont besoin d’énergie.
Grâce à la photosynthèse, le rayonnement visible est le
véhicule de cette énergie.
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• Relation asymptotique entre
rayonnement solaire et
photosynthèse
• Effet d’une diminution du
rayonnement = significatif
seulement à de faibles niveaux
de rayt.
Dans bcp d’environnements
continentaux, la lumière n’est
pas le facteur limitant principal
(sauf :
- en hiver aux hautes latitudes
- sur les versants mal exposés
- en cas de pollution importante
réduisant la transmissivité « global
dimming »)
Courbe de réponse de la
photosynthèse à l’éclairement
Pmax : photosynthèse nette maximale
R0: respiration obscure
(source : Doré et al., 2006 L’agronomie aujourd’hui. Quae)
couvert
feuille
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Estimation de la biomasse produite
(toutes choses égales par ailleurs) :
Biomasse produite =
εc . εi . εb .R
g
R
g :
rayonnement solaire global
εc : efficience climatique (en général voisine de 0,5)
εc= PAR / Rg
où PAR = Photosynthetically Active Radiation (rayonnement utile à la photosynthèse =
gamme spectrale du rayonnement solaire, en général entre 400 et 700 nm, utilisable par la
photosynthèse)
εi : efficience d’interception
(PAR absorbé / PAR incident ; ex : 0,5 pour le maïs)
εb : efficience biologique
(conversion en biomasse du rayonnement intercepté ; en général de 0,03 à 0,06)
EFFICIENCE TOTALE :
1 à 2%...
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Photosynthèse et température (T)
(de Percevaux et Huber, 2007)
Efficience biologique –
L’assimilation des
végétaux croit avec T,
jusqu’à un seuil variable
selon la plante.
Les plantes en C
4(
*
)
ont
(sauf pour les faibles éclairements)
une assimilation supérieure
à celle des plantes en C
3
,
car elles n’ont pas de
« photorespiration » qui
consomme les produits de la
photosynthèse, au-delà d’un
certain seuil.
(*) les molécules intermédiaires du
métabolisme photosynthétique ont
4 atomes de C