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L"Institut des Sciences et Industries du Vivant et de l"Environnement (Agro Paris Tech) est un Grand Etablissement dépendant du

Ministère de l"Agriculture et de la Pêche, composé de l"INA PG, de l"ENGREF et de l"ENSIA (décret n° 2006-1592 du 13 décembre 2006)

THÈSE

pour obtenir le grade de

Docteur

de l"Institut des Sciences et Industries du Vivant et de l"Environnement (AgroParisTech)

Spécialité : AGRONOMIE

présentée et soutenue publiquement par

Lorène PROST

le 21 février 2008

MODELISER EN AGRONOMIE ET CONCEVOIR DES OUTILS EN

INTERACTION AVEC DE FUTURS UTILISATEURS :

LE CAS DE LA MODELISATION DES INTERACTIONS GENOTYPE-

ENVIRONNEMENT ET DE L"OUTIL DIAGVAR

Directeur de thèse : Marie-Hélène JEUFFROY

Codirecteur(s) de thèse : Marianne CERF

UMR 211 Agronomie INRA/AgroParisTech, F-78850 Thiverval Grignon

Devant le jury :

Thierry DORE, Professeur, AgroParisTech Président Jacques-Eric BERGEZ, Directeur de Recherche, INRA Rapporteur Marianne CERF, Directrice de Recherche, INRA Examinateur Cécile COLLONNIER Direction Scientifique, GEVES Examinateur François DANIELLOU, Professeur, Université Victor Segalen Bordeaux 2 Rapporteur Marianne LEFORT, Direction Scientifique, AgroParisTech Examinateur Hervé MONOD, Directeur de Recherche, INRA Examinateur

Avant-propos

Tout au long de cette période de rédaction, j"ai eu beaucoup de mal à l"idée d"écrire cette thèse à la

première personne. Ce n"était pas un problème d"appropriation des idées mais plutôt la conscience

du rôle de toutes les personnes qui sont intervenues dans ce travail.

En premier chef, bien sûr, je suis très heureuse de remercier mes deux co-directrices de thèse,

Marianne Cerf et Marie-Hélène Jeuffroy. J"ai l"habitude de raconter que, quand j"envoyais une

question par mail le soir avant de partir, j"étais sûre d"avoir deux réponses le lendemain matin : celle

de Marie-Hélène vers 22h et celle de Marianne vers 7h le lendemain matin. Elles m"ont

accompagnée dans beaucoup de mes enquêtes, m"ont permis de partir plusieurs mois à l"étranger,

de profiter de plusieurs congrès. Elles ont toujours été très disponibles et attentives alors que leurs

responsabilités par ailleurs sont très lourdes. J"ai eu une chance incroyable de travailler avec elles,

dont je suis d"autant plus consciente car entourée de personnes faisant des thèses. Si je ne leur ai pas

bien exprimé ma reconnaissance pendant ces trois ans, je le fais ici. Elles sont des modèles pour

moi aussi bien dans leur façon de réfléchir, d"organiser, de conceptualiser que dans ce qu"elles sont

humainement : leur gentillesse, leur humour, leur joie de vivre ont rendu mon travail très agréable.

Je suis également profondément reconnaissante à tous les acteurs de l"évaluation variétale qui m"ont

accompagnée dans ce travail. J"ai toujours été extrêmement bien accueillie, par des gens patients vis-

à-vis de mes hésitations, intéressés par le travail que je leur proposais et toujours prêts à me recevoir

et à répondre à mes sollicitations. La liste de ces personnes est conséquente, j"espère vraiment

n"avoir oublié personne. C. Godin, M.N. Mistou et C. Collonnier au GEVES, C. Colnenne, P.Bagot

et P. Le Coënt au GEVES également ainsi que l"ensemble des agents participant au front

méthodologique 2 ; M.H. Bernicot et P. Du Cheyron à Arvalis Institut du Végétal ainsi qu"I.

Chaillet et V. Biarnès ; P. Lonnet, J.P. VanSuyt et T. Demarquet chez Florimond Desprez ; E. Margalé, M. Meausoonne, D. Verger, S. Cuvelier et J.P. Monnier chez Serasem ; J.B. Beaufume, G.

Stagnaro Nickerson et C. Roussillot chez Verneuil-Nickerson ; P. Senellart, O. Leblanc et A.

Barcelonne chez C.C. Benoist.

Les membres de mon comité de pilotage ont très largement participé à la construction de mes

travaux par leurs critiques et nos discussions. Je leur en suis très reconnaissante. Merci à Isabelle

Goldringer, Pascal Béguin, Michel Duru, Jean Albert Fougeureux, Thierry Doré et Fabrice Marty.

François Daniellou et Jacques-Eric Bergez ont accepté d"être les rapporteurs de ce document ;

Cécile Collonnier, Thierry Doré, Marianne Lefort et Hervé Monod ont bien voulu faire partie du

jury. J"en suis honorée et je les remercie de l"intérêt qu"ils ont porté à mon travail et du temps qu"ils

y ont consacré.

Christophe Lecomte, concepteur initial de la méthode développée dans l"outil DIAGVAR, a été

plus que largement mis à contribution dans mon travail. Le dossier spécial qui lui est consacré dans

ma boîte mail contient par exemple plus de 500 messages. C"est un vrai plaisir de travailler avec

Christophe qui est toujours d"une gentillesse et d"une patience extrêmes en plus d"une réactivité à

toute épreuve pour répondre à mes questions. Je l"ai beaucoup harcelé pendant la conception du

prototype, je m"en excuse et le remercie une fois de plus. Comme cela apparaît dans ce document, je suis allée explorer de nombreuses disciplines tout au

long de la thèse, notamment le champ des statistiques. Un très grand merci à David Makowski et

Hervé Monod qui m"ont aidé à y être pertinente. Merci également à Claire Cadet pour son travail de

programmation dans le travail sur la stabilité des méthodes statistiques. J"ai eu la chance d"effectuer un séjour de 3 mois en Finlande au CATDWR en automne 2005 pour

Miettinen et tous les chercheurs du centre ont été très attentionnés à mon égard et ont tout mis en

œuvre pour que ce séjour soit profitable. Je tiens à leur exprimer ici toute ma reconnaissance.

Pascal Béguin, qui a été l"un de mes professeurs lors de ma formation en ergonomie au CNAM

avant d"être recruté à l"INRA, a suivi les avancées du travail en ergonomie et m"a aidée à réfléchir et

prendre du recul sur mes travaux. Merci pour toutes ces discussions.

David Doussot m"a tirée de grosses difficultés par rapport à la programmation du prototype de

DIAGVAR. Merci pour le temps qu"il y a passé et pour son talent en programmation. Martin Dielemann m"a aidée avec beaucoup de rigueur à mettre en forme l"ensemble des bases de

données utilisées dans ce travail, provenant à la fois de l"INRA, du GEVES, des différents

obtenteurs et d"Arvalis Institut du Végétal. Merci pour ce travail fastidieux.

Caroline Petit m"a aidée, dans le cadre d"un stage de première année de master, à réaliser l"analyse

bibliométrique sur la conception des modèles en agronomie. Le travail était ambitieux, merci à elle

de ne pas s"être découragée et d"avoir fait un travail de qualité.

Merci également à toutes les personnes qui ont critiqué (de manière constructive) mon travail dans

les différentes instances de débat : au sein des projets FSOV, des projets CTPS, du projet

DISCOTECH, du groupe Céréales à paille et du groupe sur les interactions génotype-

environnement notamment.

Je tiens également à remercier ceux qui sont mon entourage depuis plusieurs années maintenant. A

cheval entre l"UMR Agronomie de Grignon et l"équipe Praxis de l"UMR SAD-APT de Grignon, j"ai

bénéficié de l"aide et des critiques constructives de chacun au cours de réunions d"unité, d"équipe,

ainsi qu"au travers de discussions de couloir. Un très grand merci à tous pour cela. Merci également

à Jean-Marc Meynard pour son attention et sa participation à ce travail. Alain Bône a dû trouver

pour moi des articles de psychologie russe datant de l"avant guerre (notamment), merci beaucoup pour tout le soin qu"il a mis à m"aider dans mes recherches bibliographiques quel qu"en soit le

domaine. Merci également à Joëlle Brun et Michèle Fanucci pour avoir su me guider dans les

démarches administratives. Merci aussi à Suzette Tanis Plant pour ses cours d"anglais.

Merci enfin à mes collègues et amis de ces unités. Merci à Cédric Naud qui partage mon bureau, en

première ligne pour supporter mes accès de mauvaise humeur aussi bien que pour discuter de

questions culturelles diverses et variées (et souvent peu en rapport avec l"évaluation variétale). Il

m"a également aidé pendant mes confrontations à C++, à R et aux statistiques en général (toujours

avoir un statisticien dans son bureau !). Merci aussi pour tous les thés préparés ces derniers temps...

Matthieu Carof m"a patiemment initié au VBA et est lui-aussi un des mes référents favoris pour les

questions culturelles (et autres). Merci pour toutes nos discussions, son soutien et son amitié. Merci

enfin à tous les doctorants et CDD qui sont passés dans les deux unités : Céline P, Marion, Elise,

Claire Ch., Baptiste, Mathieu L., Edouard, Cécile, Céline R., Morgane Y, Inès, Adrien. Belle

animation lors des déjeuners et autant de belles rencontres. Merci à ma famille - mes parents, mes sœurs, ma tante -, ainsi qu"à mes amis, notamment mes

témouines, que j"ai régalés avec mes tentatives pour expliquer en quoi consistait mon travail. Ces

quelques années ont été riches en belles émotions sur beaucoup de plans, merci à eux d"avoir été là.

Je m"étais promis de ne pas tomber dans le sentimentalisme dans ces remerciements. Evidemment,

pour y parvenir, il aurait fallu que je rédige ces phrases un peu plus tôt (la tendance à être larmoyant

semble augmenter avec le nombre de pages rédigées). Je me contenterai donc de remercier Arnaud pour sa patience et son soutien, tout le temps, dans toutes les circonstances. Il sait le reste.

Lexique

AgroParisTech: Ecole européenne d"ingénieurs et de managers dans le domaine du vivant et de l"environnement née, le 1er janvier 2007, du rapprochement de l"ENGREF, l"ENSIA et l"INA P-G (Institut National Agronomique Paris-Grignon) ADD : Agriculture et Développement Durable. Le programme fédérateur "Agriculture et Développement Durable" (ADD) est un programme de recherche et de recherche- développement de l"ANR dont l"ambition est de renouveler et d"élargir la manière d"appréhender les activités agricoles à partir des enjeux du développement durable.

ANR : Agence Nationale de la Recherche

Artefact : L"artefact est un terme des ergonomes pour désigner l"objet matériel " brut » : une table est un artefact, un marteau, une feuille, un ordinateur sont des artefacts. Arvalis-Institut du Végétal : organisme technique né de la fusion entre l"ITCF (Institut Technique des Céréales et des Fourrages) et l"AGPM technique (Association Générale des

Producteurs de Maïs), le 18 décembre 2002

BMA : Bayesian Model Averaging. Méthode de mélange de modèles. Chlorophylle-mètre : appareil qui permet d"estimer la teneur en chlorophylle d"une partie du végétal par transmittance

CTPS : Comité Technique Permanent à la Sélection. Il est chargé de la gestion du

catalogue français des espèces et des variétés. Il examine les demandes d"inscription au catalogue officiel des nouvelles variétés, et propose ses décisions au ministère

DHS : Distinction, Homogénéité, Stabilité. Critères utilisés par le GEVES lors de

l"inscription des variétés

dj : degrés x jours, mesure du temps thermique (cumul sur une période donnée des

températures journalières en °C, températures moyennes, températures au-delà ou en deçà

d"un seuil, selon la variable utilisée)

FL : facteur limitant

FRR : Facteurs de régularité du rendement (maladies et autres accidents). FSOV : Fonds de Soutien à l"Obtention Végétale.

Génotype : on parle de génotype dans les premières années de la vie d"une variété, avant

qu"elle soit stabilisée et bien identifiée pour des caractéristiques particulières. GEVES : Groupe d"Etude et de contrôle des Variétés et des Semences GIE Club des 5 (GIE C5) : groupement d"intérêt économique rassemblant quatre des plus importantes entreprises françaises d"obtention variétale : Florimond Desprez, CC

Benoist, Serasem, Limagrain Verneuil Holding.

IGE : interaction génotype environnement. Lecomte (2005) la traduit de cette façon : " différence de réaction des génotypes aux caractéristiques du milieu »

INN : Indice de Nutrition azotée (sans unité), taux d"azote des parties aériennes rapporté à

la valeur seuil définie par la courbe de dilution de l"azote dans la plante au cours de la montaison Instrument : La notion d"instrument rajoute une dimension à celle d"artefact. Rabardel

(1995) considère l"instrument comme une entité mixte, composée d"un artefact et d"un

schème d"utilisation. L"instrument est ce que devient l"artefact lorsqu"il est utilisé dans les

situations de travail des utilisateurs : il peut être remis en mouvement par l"usage et peut en retour modifier le travail des utilisateurs. Instrumentalisation : Les processus d"instrumentalisation concernent l"émergence et l"évolution des composantes artefact de l"instrument : sélection, regroupement, production

et institution de fonctions, détournements et catachrèses, attribution de propriétés,

transformation de l"artefact (structure, fonctionnement etc.) qui prolongent les créations et

réalisations d"artefacts dont les limites sont de ce fait difficiles à déterminer (Rabardel,

1995)
Instrumentation : Les processus d"instrumentation sont relatifs à l"émergence et à

l"évolution des schèmes d"utilisation et d"action instrumentée : leur constitution, leur

fonctionnement, leur évolution par accommodation, coordination combinaison, inclusion

et assimilation réciproque, l"assimilation d"artefacts nouveaux à des schèmes déjà constitués

etc (Rabardel, 1995)

ITB : institut technique de la betterave

Modèle : le modèle est le raisonnement cognitif qui permet de décrire une partie de la réalité

N tester : chlorophylle-mètre mis au point par Yara, France. Ses résultats sont très corrélés

à ceux du SPAD.

Outil : nous emploierons le terme d"outil pour parler de l"inscription d"un modèle dans l"opérationnalité, dans le concret, dans le support.

Rdt : rendement (exprimé en q/ha ou en t/ha)

Schème : Concept piagétien, le schème est une structure ou organisation des actions telles

qu"elle se transforme ou se généralise lors de la répétition de cette action en des

circonstances semblables ou analogues SPAD : chlorophylle-mètre mis au point par Minolta Camera Co., Osaka, Japan. Ses résultats sont très corrélés à ceux du N tester.

Variété : il existe des variétés de blé comme il existe des variétés de pommes (ex :

Braeburn, Granny Smith, Royal Gala...). Le terme de " variété » correspond à rang

taxinomique de niveau inférieur au rang d"espèce. Nous l"utilisons également comme

équivalent du terme cultivar, qui est la variété cultivée. Dans les premières années de sa

création, une variété est appelée génotype. VAT : Valeur Agronomique et Technologique. Critères utilisés par le GEVES lors de l"inscription des variétés

Sommaire

INTRODUCTION 1

A. PROBLEMATIQUE 4

I. LA CONCEPTION DES MODELES EN AGRONOMIE 4

1. DES MODELES AGRONOMIQUES SURTOUT UTILISES PAR LEURS CONCEPTEURS 4

2. ETUDE DES LIENS ENTRE CONCEPTION ET USAGE DES MODELES EN AGRONOMIE 6

2.1 Diversité de ce que les agronomes appellent des modèles 7

2.2 Objectif des modèles : des modèles pour la recherche 7

2.3 Une démarche de conception partagée et axée sur l"évaluation 9

2.3.1 Les grandes étapes de conception 9

2.3.2 Une démarche de conception segmentée et axée sur la validation 11

2.4 Une démarche qui n"est pas pensée par rapport à un usage ou une utilisation 11

3. QUELLE PLACE POUR LES UTILISATEURS DANS LA CONCEPTION DE MODELES

AGRONOMIQUES

? 12

II. LA CONCEPTION AVEC LES UTILISATEURS 16

1. INTRODUCTION 16

2. UNE APPROCHE DE LA CONCEPTION OUVERTE SUR L"UTILISATEUR 16

2.1 La conception se poursuit dans l"usage 16

2.2 Les raisons à l"implication des utilisateurs 17

3. COMMENT PENSER LE PROCESSUS DE CONCEPTION EN LIEN AVEC LE DEVELOPPEMENT ? 19

3.1 Différents objectifs dans la conception 19

3.2 Quelle analyse de l"activité pour atteindre ces différents objectifs ? 20

3.2.1 Analyser l"activité pour reconfigurer les situations de travail 20

3.2.2 Analyser l"activité dans une perspective développementale 22

3.3 Comment susciter un processus de développement autour de l"outil ? 24

III. LE CAS DE L"EVALUATION VARIETALE ET DES OUTILS D"ANALYSE DES IGE 28

1. L"EVALUATION VARIETALE 28

2. LE PROCESSUS D"EVALUATION REMIS EN QUESTION PAR LES EVOLUTIONS DE LA

PRODUCTION

30

3. COMMENT PREVOIR LES INTERACTIONS GENOTYPE-ENVIRONNEMENT ET LES VALORISER

DANS L

"EVALUATION DES VARIETES ? 32

4. PRESENTATION DE LA METHODE DE C. LECOMTE 33

4.1 Diagnostiquer les facteurs limitants des essais 34

4.2 Décomposer les IGE pour mieux connaître les variétés 37

4.3 Récapitulatif des fonctionnalités potentielles de la méthode 38

4.4 Une méthode pour des réseaux d"essais 38

4.5 Une méthode qui requiert des outils informatiques et une automatisation 39

IV. VERS DES QUESTIONS DE RECHERCHE 40

Sommaire

B. LA DEMARCHE DE RECHERCHE MISE AU POINT 44

I. PHASE INITIALE : L"ANALYSE DE L"ACTIVITE 44

1. PRINCIPE : PRIVILEGIER L"EXPLOITATION D"ENTRETIENS EXISTANTS 44

2. MISE EN OEUVRE : LES ENTRETIENS UTILISES 46

3. PRODUITS DE LA PHASE 1 47

3.1 Construction du partenariat de travail 48

3.1.1 Choix des acteurs 48

3.1.2 Mise en place des interactions pour le travail autour de l"outil d"évaluation variétale 50

3.2 Elaboration d"un cadre pour la phase de simulation 52

3.3 Questionnement des données d"entrée nécessaires à la méthode 53

3.4 Mise au point d"un prototype 55

II. PHASE 2 : PREMIERE UTILISATION DU PROTOTYPE 59

1. PRINCIPE : CREER UNE INTERACTION AUTOUR DE L"UTILISATION DU PROTOTYPE 59

2. MISE EN OEUVRE : SIMULATIONS AVEC LE PROTOTYPE 60

2.1 Premier temps : la découverte du prototype 60

2.2 Deuxième temps : l"utilisation indépendante 61

2.3 Troisième temps : le débriefing de l"utilisation 61

3. PRODUITS DE LA PHASE 2 63

3.1 La transcription des discussions 63

3.2 Un partage des points de vue 63

3.3 Des remises en question des routines 64

III. PHASE 3 : QUESTIONNEMENT DES CONCEPTS ET DE LA VALIDITE DE L"OUTIL 65

1. PRINCIPE : UNE MISE EN DEBAT DES DISCOURS ENTRE AGRONOMES 65

2. MISE EN OEUVRE : DISCUSSIONS AUTOUR DES TRANSCRIPTIONS DE LA PHASE 2 65

3. PRODUITS DE LA PHASE 3 66

3.1 Réflexions pour les ergonomes 66

3.2 Réflexions pour les agronomes 67

IV. PHASE 4 : RETOUR VERS LES UTILISATEURS POUR FAIRE UN DEBRIEFING DE LA

DEMARCHE SUIVIE

71

1. PRINCIPE : SE REMEMORER LE PROCESSUS POUR DISCUTER DE SON DEROULEMENT ET DE

SES EFFETS

. 71

2. MISE EN OEUVRE : DES ENTRETIENS AUTOUR DE L"ENSEMBLE DE LA DEMARCHE 71

2.1 Construction des entretiens 71

2.2 Méthode d"analyse des changements cités au cours des entretiens 72

3. PRODUITS 73

3.1 Les retours sur la méthodologie du travail 73

3.2 Les changements de l"activité d"évaluation variétale 75

V. DISCUSSION : LIMITES ET CADRAGE DE LA DEMARCHE 76

1. AMELIORER LA DEMARCHE 76

1.1 Phase 1 76

1.2 Phase 2 77

Sommaire

1.3 Phase 3 78

1.4 Phase 4 79

2. IMPORTANCE DU CADRAGE 79

C. EXPLORATION DE QUESTIONS AGRONOMIQUES A L"INTERFACE ENTRE LE MODELE DIAGVAR ET L"ACTIVITE DES UTILISATEURS 81 I. DES QUESTIONS AGRONOMIQUES CONCERNANT LE DIAGNOSTIC AGRONOMIQUE ET LA

MODELISATION

81

1. QUESTIONNEMENT D"ELEMENTS DU DIAGNOSTIC AGRONOMIQUE 81

1.1 Quelles données d"entrée pour satisfaire aux exigences du diagnostic et respecter les

pratiques expérimentales des acteurs ? 81

1.1.1 Problème des notations maladies 81

1.1.2 Problème de la mesure du stade Epi 1 cm 83

1.1.3 Problème de l"indicateur du statut azoté des cultures 83

1.2 Quels indicateurs choisir pour décrire les facteurs limitants ? 84

1.3 Faut-il conserver des génotypes révélateurs ? 85

2. QUESTIONNEMENT SUR LA FAÇON DE MODELISER DES PHENOMENES BIOLOGIQUES ET SON

EVALUATION

87

2.1 Comment mieux quantifier les relations entre facteurs limitants (FL) et perte de rendement

87

2.2 Quels critères pour juger de la pertinence des résultats du diagnostic agronomique ? 88

2.3 Comment gérer le problème des données manquantes ? 89

2.4 Comment déterminer le rendement potentiel des génotypes révélateurs ? 89

2.5 Comment expliquer le comportement de DIAGVAR face à des variations des bases de

données d"entrée ? 90 II. RECHERCHE D"UN INDICATEUR DU STATUT AZOTE COMPATIBLE AVEC LES PRATIQUES

EXPERIMENTALES DES ACTEURS

91

1. ÉMERGENCE DE LA QUESTION 91

2. LE TRAVAIL EFFECTUÉ: "REPLACING THE NITROGEN NUTRITION INDEX BY THE

CHLOROPHYLL METER TO FACILITATE N WHEAT STATUS ASSESSMENT" 91

2.1 Introduction 91

2.2 Materials and methods 93

2.2.1 Relationship between SPAD readings and NNI 93

2.2.2 Time span around flowering for SPAD measurements 95

2.3 Results and discussion 96

2.3.1 Correlation between SPAD readings from different leaves 96

2.3.2 Relationship between NNI and SPAD 97

2.3.3 Time span of SPAD measurement around flowering. 99

2.4 Conclusion 100

2.5 Acknowledgements 101

III. SENSIBILITE DES METHODES STATISTIQUES AUX DONNEES 102

1. ÉMERGENCE DE LA QUESTION 102

Sommaire

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