Inférer la dispersion des ravageurs dans les paysages agricoles pour améliorer la gestion préventive – DISLAND

Nous implémentons, pour deux années consécutives, des suivis intensifs du ravageur dans deux bassins de production de mangues (> 2000km2  par bassin) situés à ~ 200km de distance, l’un à proximité de Dakar, les Niayes, et l’autre au sud du Sénégal, la Basse-Casamance.  Ce dispositif permet à la fois de considérer conjointement les échelles de dispersion à courte et à longue distances et également d’étudier des paysages aux caractéristiques contrastées.  Au-delà des suivis d’abondance, plusieurs milliers d’échantillons individuels de B. dorsalis collectés sont typés par séquençage haut débit à l’aide de plusieurs dizaines de milliers de marqueurs génétiques. Nos stratégies d’échantillonnage et de génotypage devraient permettre de décrire précisément la variation spatio-temporelle de la diversité génétique et des flux de gènes au sein et entre les deux bassins de production sénégalais. Ce niveau de résolution spatio-temporelle fait actuellement défaut dans l’étude des insectes ravageurs.

Nous collectons des données environnementales pertinentes pour l’écologie et la gestion du ravageur aux différentes échelles concernées : 1) le verger, au travers de relevés de composition en plantes hôtes, de suivis phénologiques des plantes hôtes, d’enquêtes auprès des producteurs sur les pratiques agricoles et sur les pertes de récoltes, et d’estimations des dégâts sur les fruits, 2) le bassin de production, au travers d’approches de télédétection qui classifient les éléments du paysage en termes de favorabilité pour la mouche des fruits, et 3) la région, au travers, d’une part, d’enquêtes auprès des filières commerciales de transport de mangues potentiellement contaminées à partir des bassins de production plus précoces, et d’autre part, de modèles climatiques ou de reconstruction de trajectoires de masses d’air pouvant entraîner des mouches sur de longues distances.

Nous développons différentes méthodologies d’analyse de nos nombreuses données spatio-temporelles, notamment une méthode centrée sur un algorithme d'apprentissage automatique pour hiérarchiser les effets de multiples facteurs environnementaux sur la démographie du ravageur, ainsi que deux méthodes spatialisées d’estimation de paramètres démographiques clés pour la gestion des ravageurs (dispersion et taille de la population), l’une basée sur les modèles d’isolement par la distance de la génétique des populations, l’autre sur les modèles de diffusion de la dynamique des populations et de l’épidémiologie. L’ensemble des connaissances acquises sur la dynamique des populations du ravageur sera intégré dans un modèle de simulation spatialisé représentant également les actions des acteurs du système sociotechnique.

Dans les deux bassins d’étude, trois pièges à phéromone ont été installés dans 28 vergers sentinelles en février 2022 et sont suivis depuis, sur une base hebdomadaire de mars à août, puis toutes les trois semaines de septembre à février, avec déjà plus de 3000 données de comptage. Entre février 2021 et juin 2023, des mangues ont été échantillonnées dans les camions d’importation arrivant sur les marchés de Dakar, puis incubées pour vérifier la présence de B. dorsalis. En parallèle, des échantillons de la mouche ont été collectés directement sur les marchés et en Afrique de l'Ouest. Les données génétiques sont en cours de production : ~4000 individus représentatifs des 56 vergers sur 6 dates clés de la première année de suivi, ~2000 individus issus des fruits d’importation ou collectés sur les marchés, et 31 populations collectées dans 10 pays d’Afrique de l’Ouest. Pour ce faire, nous avons développé un panel de sondes nucléiques myBaits® (Daicel Arbor Biosciences) pour des expériences de capture par hybridation et de séquençage de 20,000 cibles génomiques.

Par ailleurs, nous finalisons la production d’une nouvelle méthodologie de classification paysagère, adaptée à B. dorsalis et étendue au Sénégal, appuyée sur du deep learning et validée par de nombreux points de contrôle sur le terrain. Un calendrier phénologique des principales plantes-hôtes est en cours de construction grâce à un suivi réalisé depuis début 2022. Dans chaque verger du dispositif, des cohortes de mangues de différentes variétés ont été inspectées sur une base hebdomadaire jusqu'à la récolte afin d'évaluer les pertes de rendement dues aux piqûres de mouches. De tels suivis sont également réalisés sur des hôtes alternatifs tels qu’anacardiers et citrus. Une base de données spatio-temporelles, multi-sources et relationnelle a été construite, sous le système de gestion ouvert PostgreSQL/PostGis, pour gérer l’ensemble des données.

Différentes méthodologies d’analyse sont en cours de développement : une chaîne de traitement automatique de hiérarchisation des facteurs environnementaux impactant la dynamique du ravageur ; un premier modèle de réaction-diffusion modélisant la dynamique de B. dorsalis en interaction avec la matrice environnementale à l’échelle d’un territoire ; l’implémentation de changements temporels dans la méthodologie de Virgoulay et al. (2021) d’estimation de paramètres de dispersion à partir de données génétiques. En parallèle, nous avons également établi une forte coopération avec les acteurs sociotechniques, notamment les producteurs de mangues au Sénégal. Un jeu de rôle mettant en scène un groupe de producteurs et d’acheteurs a été construit en s’appuyant sur un modèle de simulation multi-agents qui quantifie l'effet de la conduite du verger sur la dynamique du ravageur et la production au cours d'une saison de production. Le jeu de rôle a été déployé sur le terrain sénégalais afin de le tester et d’évaluer son potentiel de formation et de co-conception.

L’application des diverses méthodes en cours de développement aux nombreuses données, démographiques, génétiques et environnementales, acquises, fournira des informations sur le fonctionnement démographique des populations de la mouche orientale des fruits au Sénégal et sur les effets de l’environnement. Ses nouvelles connaissances permettront d’envisager la gestion de la mouche à une échelle cohérente avec les processus écologiques à l’œuvre dans les territoires concernés, non plus basées sur des décisions individuelles à l’échelle du champ cultivé, mais vers une organisation collective et une coordination des actions. Par exemple, il deviendrait possible de cibler les populations aux échelles pertinentes qu’elles soient spatiales (par ex., le bassin de production) ou temporelles (par ex. saison sèche), en s’appuyant également sur la surveillance pour aider à la prise de décision, sur la base de seuils d’intervention. La mise en œuvre de telles interventions préventives permettrait tout à la fois de réduire les dégâts et l’application des pesticides. Également, de nouvelles techniques de gestion pourraient être utilisées, comme la gestion des cultures (par ex., irrigation) et la manipulation du paysage (par ex., disposition spatiale des cultures hôtes). Plus encore, la construction d’un jeu de rôle basé sur un modèle multi-agent opérationnel ouvre la perspective de sa diffusion, comme un outil de formation, de sensibilisation et de développement pour une gestion concertée de la mouche des fruits, mais également comme un outil de co-conception de stratégies innovantes de gestion de la mouche des fruits. A cette fin, certaines des connaissances écologiques produites seront intégrées dans le modèle multi-agents afin de représenter les interactions clés entre la dynamique des populations du ravageur, la structure du paysage et les interventions des acteurs de la filière.

Caumette C, Diatta P, Piry S, Faye E, Chapuis MP & Berthier K (2021) Facteurs de ré-infestation des vergers par la mouche des fruits Bactrocera dorsalis dans le bassin de production horticole des Niayes au Sénégal. Poster. 3ème Conférence sur l’intensification durable. Dakar, Sénégal, 23-26 novembre 2021 agritrop.cirad.fr/601317/. Prix du meilleur poster d’une des trois sessions.


N'gom A, Belmin R, Grechi I, Brévault T & Rebaudo F (2023) Course contre la mouche : jeu de rôle pour une gestion concertée contre la mouche orientale des fruits dans la filière mangue au Sénégal. Poster. Printemps de Baillarguet. Le Printemps de Baillarguet. Montpellier, France, 26-27 juin 2023.

Les ravageurs de cultures sont une contrainte majeure à l’intensification écologique des systèmes de production agricole. La gestion intégrée des ravageurs (IPM) est une approche écosystémique qui combine différentes stratégies et pratiques pour minimiser l'utilisation des pesticides. Son implémentation nécessite une connaissance approfondie de la dynamique des populations de ravageurs et des processus écologiques sous-jacents pour optimiser les prises de décision. En particulier, l’intégration des processus de dispersion des ravageurs (e.g., dispersion active et passive, à courte et longue distance, assistée par l'homme et par les vents), qui conditionnent l’infestation saisonnière des cultures, ouvre des opportunités pour des interventions préventives (e.g., cibler les populations résiduelles) à des échelles spatiales et fonctionnelles pertinentes (e.g., le bassin de production). Caractériser les flux de populations de ravageurs à de multiples échelles est ainsi pivot pour faire évoluer les pratiques de gestion, basées sur des décisions individuelles à l’échelle du champ cultivé, vers une organisation collective et une coordination des actions à l’échelle des territoires. La conception d’une telle stratégie IPM nécessite cependant d’intégrer également les acteurs de terrain pour identifier les freins socio-techniques à ces innovations.
La difficulté à estimer la dispersion via des approches démographiques aux échelles spatiales pertinentes pour la gestion des ravageurs nécessite de s’appuyer sur une approche alternative, basée sur des données génétiques neutres. Dans ce contexte, DISLAND propose d’étendre les acquis de la génétique du paysage pour inférer les modalités de dispersion comme condition préalable à l'amélioration des stratégies de gestion intégrée des ravageurs. Une telle approche comprend l'évaluation de l'effet de la structure du paysage et des pratiques agricoles sur l'abondance spatiotemporelle du ravageur et sa dispersion active à courte distance, ainsi que le rôle de la dispersion passive à longue distance via les courants aériens et les flux de marchandises contaminées sur la dynamique d’infestation des cultures.
Pour cela, nous développerons des outils appropriés incluant : une technique de séquençage haut-débit rentable pour produire des milliers de marqueurs génétiques (SNPs)très informatifs pour un ou des milliers d'échantillons, une base de données dédiée pour assurer la gestion, la traçabilité et le partage de l’ensemble des données et, un simulateur multi-agents flexible permettant de modéliser les processus démo-génétiques dans les paysages. Nous implémenterons des suivis démo-génétiques intensifs du ravageur et l’acquisition de données pertinentes pour son écologie et sa gestion (structure du paysage, qualité des habitats, abondance relative et pratiques agricoles) dans des bassins de production contrastés (et au-delà, à l'échelle de la sous-région). Enfin, nous adapterons ou développerons des méthodes statistiques appropriées pour caractériser les relations entre la dispersion et la matrice environnementale et quantifier la variation spatiale et temporelle des paramètres démographiques clés pour la gestion des ravageurs (dispersion et taille de la population).
Cette approche sera conçue et appliquée à la mouche orientale des fruits, Bactrocera dorsalis, qui est un ravageur majeur des systèmes de production de mangues en Afrique de l’Ouest. L’ensemble des connaissances sur les modalités de dispersion de la mouche sera intégré dans un modèle de simulation spatialisé afin de représenter les interactions entre la dynamique des populations du ravageur et les actions des acteurs du système sociotechnique. Ce simulateur sera un outil privilégié pour une évaluation participative et la co-conception de stratégies de gestion optimisée des mouches des fruits. Cette recherche innovante fait le pont entre l'agronomie, l'écologie du paysage, la dynamique et la génétique des populations, et la socio-écologie.