Soutenance mémoire
Formation des fibres en relation avec le développement de l’organe reproducteur
Contexte
Le cotonnier se classe en tant que 5e culture mondiale en importance économique. Ces dernières années, la production mondiale de fibre de coton oscillait autour de 19,5 millions de tonnes (figure 1). Actuellement, les Etats-Unis restent toujours le premier exportateur même si leur part relative a beaucoup baissé au cours des dernières décennies. Le coton jouant un rôle économique important dans le développement des pays du Sud, les pays producteurs doivent, pour rester présents, être plus compétitifs, tant par les coûts que par la qualité. La qualité de la fibre s’apprécie par sa longueur et des critères technologiques de maturité qui dépendent du degré d’épaississement de sa paroi en cellulose. Les exigences de qualité technologique du marché mondial des fibres textiles sont croissantes afin de répondre aux cadences élevées dus à l’automatisation des filatures industrielles.
Les critères de qualité qui entrent dans le calcul du prix de la fibre vont porter non seulement sur la moyenne des paramètres mais également sur leur distribution (uniformité). Ainsi de nouvelles techniques de mesure de la qualité ont été développées, permettant la caractérisation des lots au niveau de la balle de coton (200-250 kg). Ce matériel (chaîne d’analyse HVI) est largement répandu chez les producteurs des pays industrialisés et sert de référence pour les échanges commerciaux mondiaux. Les fibres de coton sont actuellement peu compétitives économiquement sur le marché des fibres textiles. La variabilité des caractéristiques de qualité et leur prix les pénalisent face aux fibres synthétiques (figure 2). La compréhension des mécanismes mettant en jeu la qualité n’en sont ainsi que plus important dans l’optique de son amélioration. Les enjeux pour la recherche sont d’élaborer des outils prévisionnels du rendement et de la qualité.
Problématique scientifique et technique : Une forte variabilité de la qualité du coton appréhendée à différents niveaux De la famille des Malvacées, le cotonnier appartient au genre Gossypium (L.), ce genre regroupe plus de 50 espèces représentant une importante diversité biologique. Les cotonniers cultivés appartiennent à quatre espèces, caractérisées par la présence sur les graines de poils cellulosiques : le coton. Les espèces G. herbacum, et G. arboreum donnent le coton dit indien à fibres épaisses et courtes, G. barbadense les fibres longues et fines et G. hirsutum à fibres intermédiaires fournit près de 95 % de la production mondiale (Parry, 1982). En raison de son grand intérêt industriel et économique, le cotonnier est caractérisé aujourd’hui par un très grand nombre de variétés sélectionnées pour s’adapter à une grande diversité de climats et de techniques culturales. La qualité de la fibre d’un génotype spécifique de cotonnier est le résultat de propriétés de forme (longueur, diamètre) et de maturité (remplissage en cellulose) des fibres qui sont en grande partie sous dépendance génétique. Mais l’expression de ces propriétés va dépendre d’interactions complexes entre les caractères génétiques de la plante et les conditions culturales et environnementales telles que la disponibilité en eau ou en fertilisants, les variations saisonnières de températures, durée de jour et radiation (Bradow Davidonis, 2000).
La plupart des espèces du genre Gossypium, y compris les espèces cultivées, et semées annuellement, sont des arbustes pérennes à croissance indéterminée. Durant une partie importante du cycle les phases de développement végétatif et reproducteur se déroulent simultanément. Les organes reproducteurs ou capsules sont mis en place successivement dans la plante. Ainsi les conditions de croissance des organes reproducteurs vont varier en fonction de leur date d’apparition et de leur position au sein de la plante. Le développement des méthodes de mesure de la qualité permet maintenant d’analyser de petits échantillons de coton. Depuis 1994, la technologie AFIS (Advanced Fiber Information System, Zellweger Uster Inc. Knoxville, USA) permet de porter l’analyse de la variabilité de la qualité à l’échelle de la capsule sur de nombreux échantillons. Il a pu ainsi être montré l’existence de la variabilité de la qualité au sein de la plante en fonction de la position des organes reproducteurs (Bradow et al., 1997), et mis en évidence l’importance de la variabilité interne à l’échelle de la capsule (Clouvel et al., 1997 ; 1998 ; Judais, 1997). Dans les transactions commerciales, la qualité est caractérisée sur une balle de coton par des critères moyens. Cette balle de coton est composée du rassemblement de fibres de diverses provenances et englobant donc les différents niveaux de variabilité. La présence de coton immature, même en faible pourcentage contribue à des défauts et des problèmes de transformations
La qualité : une composante non prise en compte dans les modèles de simulation du fonctionnement de la plante et des cultures Une importante base de données a été établie sur les effets des conditions environnementales et culturales sur différents aspects de la croissance et du développement du cotonnier. Ainsi de nombreuses études ont tenté d’intégrer ces connaissances sur différents processus dans des modèles de simulation du fonctionnement de la plante entière ou de la culture. Plus de 15 modèles «cotonnier» ont été développés et publiés. Parmi lesquels SIMCOT le premier de ces modèles, qui était déjà un modèle de répartition des assimilats. Il servit de base à d’autres modèles, comme COTSIM (Gutierrez et al., 1975), et GOSSYM (Baker et al., 1983), dont la forme la plus évoluée est actuellement COTONS (Jallas, 1998) ; mais également KUTUN (Mutsaers, 1984), COTTAM (Jackson Arkins, 1982 ; Jackson et al., 1988), OZCOT (Hearn, 1994). Certains de ces modèles ont été utilisés pour optimiser les pratiques culturales, comme le système d’aide à la décision COMAX/GOSSYM (McKinion et al., 1989).
Ces modèles, toutefois, sont déficients en simulation des propriétés de la fibre. Certains estiment un rendement de fibres à partir de la température vécue par la capsule en se basant sur les travaux déjà anciens de Hesketh Low (1968), comme COTTAM, ou en tenant compte, de plus, de la masse des capsules individuelles comme GOSSYM ou OZCOT. Récemment, afin de fournir les paramètres nécessaires pour construire des modèles simulant les propriétés des fibres, Reddy et al., (1999) ont étudié les relations entre la température et la croissance de la capsule, et les propriétés des fibres. Seuls, Sequeira et al., (1994) ont modifié COTSIM en incluant l’architecture de la plante, pour introduire l’effet noeud et position sur les paramètres de qualité : la longueur et maturité se réduisent le long de la tige principale et des positions sur une branche fructifère avec la progression de la saison.
Echelle de travail privilégiée : l’organe reproducteur
A l’échelle de l’organe reproducteur, une importante variabilité des caractéristiques des fibres est déjà présente. L’organe reproducteur, de l’apparition du bouton floral jusqu’à l’ouverture de la capsule, peut être considéré comme une unité morphologique en croissance. Au sein de celle-ci, interagissent les phénomènes de croissance et développement des carpelles, graines et fibres. Il a été montré que la croissance d’un organe reproducteur était influencée par la compétition avec les autres organes présents sur la plante (Krieg Sung, 1986 ; Stewart, 1986). Sa rétention est également dépendante de la charge en fruits déjà en place (Guinn 1998 ; Jenkins et al., 1990b). Jusqu’à présent les études sur la compréhension de l’élaboration de la qualité étaient réalisées selon des approches essentiellement corrélatives reliant globalement des paramètres environnementaux tels que la température, le rayonnement sur une période, et la qualité moyenne d’un lot de capsules. Actuellement, les facteurs impliqués dans la variabilité de l’expression de la qualité sont identifiés par leurs effets sur les composantes en cours d’élaboration dans la population de capsules.
L’épaississement de la paroi de la fibre est dû aux dépôts d’assimilats polymérisés durant le remplissage. Ainsi, tout facteur environnemental qui va affecter la fixation photosynthétique du carbone et la synthèse de cellulose va aussi modifier l’épaississement de la paroi et donc la maturité physiologique (Sassenrath-Cole Hedin, 1996 ; Murray, 1996 ; Murray Brown, 1996 ; 1997). Le rôle prédominant de la fourniture en assimilats d’une capsule en développement dans la détermination de la qualité de la fibre est renforcé par les associations positives obtenues par Petigrew Meredith (1994) entre taux de photosynthèse et résistance et micronaire des fibres. En se basant sur cette hypothèse trophique, la qualité va dépendre des quantités d’assimilats allouées aux capsules. Ainsi la production d’assimilats est mise en jeu, mais également leur répartition entre les organes demandeurs ou puits présents sur la plante, ainsi qu’au sein de la capsule.
Or, les processus de répartition des assimilats constituent un point faible dans les connaissances actuelles. Alors que le développement général de la capsule est bien connu, peu d’informations existent sur les effets spécifiques de l’environnement sur la répartition des assimilats. Dans la synthèse bibliographique qui suit, sera réalisé un état des lieux des connaissance sur l’élaboration des fibres en relation avec le développement de l’organe reproducteur. Nous chercherons à mettre en évidence les composantes de cette élaboration, leurs phases de formation, ainsi que leurs facteurs de variation. Nous consacrerons un chapitre également à la régulation trophique et aux règles de répartition, dans l’optique de cerner les limites actuelles des modèles de simulation de répartition du carbone. Ces résultats nous serviront de base pour mettre à jour les hypothèses qui soutiendront la démarche de la thèse.
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Table des matières
Introduction générale
Synthèse bibliographique : Elaboration du rendement et de la qualité des fibres en relation avec la mise en place des organes reproducteurs et leur développement
I- Formation des fibres en relation avec le développement de l’organe reproducteur
I-1- Structure de l’organe reproducteur : la capsule et ses composants
I-2- Les phases de développement
I-3- Taux de croissance de la capsule et de ses composants
II- Facteurs de variation
II-1- Facteurs internes
II-2- Variations au sein de la plante
II-3- Facteurs externes
II-4- Interférences de la métrologie : Choix de critères de qualité et d’une méthode de mesure
III- Régulation trophique et règles de répartition
III-1- Relations sources – puits
III-2- Transferts d’assimilats au sein de la plante
III-3- Abscission et re-mobilisation
III-4- Compétition et répartition
Chapitre I : Comportement des plantes au champ (Thaïlande 1998) : Validation des traitements Objectifs.Matériel et méthodes
Résultats et discussion
I-1- Comportement des plantes avec ou sans élagage
I-2- Comportement des plantes avec ou sans ombrage
I-2-1- Croissance
I-2-2- Phénologie
I-2-3- Abscission
I-2-4- Rendement
I-2-5- Qualité des fibres
Conclusion
Chapitre II : Comportement des plantes élaguées en milieu contrôlé (Phytotron 1999-2000) : Elaboration du rendement et de la qualité des fibres
Objectifs
Matériel et méthodes
Résultats et discussion
II-1- Observations à l’échelle de la plante
II-1-1- Croissance et répartition des assimilats-14C
II-1-2- Phénologie
II-1-3- Abscission
II-1-4- Incidence d’un indice de compétition apparente
Conclusion
II-2- Observations à l’échelle de la capsule
II-2-1- Répartition des assimilats et dynamique de masse
Conclusion
II-2-2- Phases de sensibilité à l’ombrage des composantes du rendement et des paramètres de qualité
Conclusion
Chapitre III : Discussion générale – Conclusion
III-1- Synthèse des résultats et critiques de l’approche
III-2- Perspectives
III-2-1- Outil de diagnostic des contraintes : analyse en rétrospective des
composantes du rendement
III-2-2- Généralisation de l’utilisation d’un indice de compétition
III-2-3- Modélisation : synthèse des connaissances
Références bibliographiques
Annexes
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