Search

In arid and semi-arid areas, water is a major limitation factor for agricultural production. Indeed, these areas are characterized by a short rainy season and strong irregularity in time and space of precipitation events. This induces more frequent annual and intra-seasonal droughts. Evapotranspiration that characterizes plant water use and water stress are needed to better manage water resources and agrosystem health. They both can be simulated by a dual source energy balance model that relies on meteorological variables (air temperature, relative humidity, wind speed and global radiation) and satellite data (surface temperature, NDVI, albedo and LAI). These variables might be simulated for a long period in order to be adequate for drought studies purposes. However, available meteorological observations may often be insufficient to account for the temporal variability present in the study area (sparsity of gauged networks, the lack of long observation periods and the presence of numerous gaps). Our first objective is then to adapt a stochastic weather generator "MetGen" driven by large-scale reanalysis data (about 31 km of spatial resolution) to semi-arid climates and to the sub-daily resolution. MetGen serves to fill in missing data and to provide a temporal extension of multiple meteorological variables. It is compared with two state-of-the-art bias correction methods, univariate and multivariate methods, applied to large-scale reanalysis data. The surrogate series that are either produced by MetGen and the bias correction methods or taken as the un-processed reanalysis data, are evaluated in terms of their ability (1) to reproduce the statistical properties of the meteorological observations and (2) to reproduce energy balance outputs when constrained by observations series. The evaluation of these different statistical methods is performed on a validation period which included the observation period (2011-2016). Then, we used MetGen and the unprocessed reanalyses data to generate meteorological data during the whole study period (2000-2019). These surrogate series are used therefore to constrain the dual-source model Soil Plant Atmosphere and Remote Evapotranspiration (SPARSE) in order to simulate water stress indices SI(SWG) and SI(ERA5) from MetGen and ERA5 reanalyses successively. Stress index anomalies retrieved from SPARSE are then compared to anomalies in other wave lengths in order to assess their consistency, reliability and capacity to detect incipient water stress and early droughts at the kilometer resolution. Those are the root zone soil moisture at low resolution derived from the microwave domain, active vegetation fraction cover deduced from NDVI time series and a uniformized precipitation index UPI as a reference for these analyses. Both thermal stress indices show a good performance to detect water status, especially using SI(SWG) which show more precision and ability to identify incipient water stress. Our analyses are carried on in the Kairouan area in central Tunisia which is subject to semi-arid climate.; La surveillance des sécheresses dans les régions arides et semi-arides est cruciale car ses conséquences pour l'agriculture peuvent être dramatiques. Afin d'aider les décideurs à établir de bonnes pratiques de gestion de la ressource en eau et d'atténuation du risque des sécheresses, nous nous intéressons à l'analyse des indices de stress hydriques. À cette fin, un modèle de bilan d'énergie à double source permet, en combinant de l'information satellitaire (température de surface, NDVI, albédo et LAI) et de l'information météorologique (température de l'air, humidité relative de l'air, vitesse du vent et rayonnement global), de simuler l'évapotranspiration ainsi que le stress hydrique. Ces deux variables doivent être fournies d'une façon continue et sur une longue période temporelle pour une analyse adéquate des périodes de sécheresses. Or, les réseaux d'observations météorologiques sont parfois insuffisants (faible densité des sites instrumentés et périodes d'observation courtes et souvent non-concomitantes). Notre premier objectif est alors de simuler des scénarios de différentes variables climatiques afin de les prolonger. Nous avons adapté un générateur de conditions météorologiques "MetGen" qui permet de combler les lacunes présentes sur une période d'observation et de projeter des scénarios sur une période distincte de la période d'observation. MetGen exploite parmi ses co-variables, les données de réanalyses qui fournissent des variables à faible résolution spatiale (environ 31 km), comme source d'information importante. Nous comparons cette méthode avec des méthodes de correction de biais (univariée et multivariée) qui exploitent également les données de réanalyses. Cette approche statistique est validée selon deux volets : l'évaluation de la capacité (1) à bien reproduire les variables météorologiques et (2) à bien restituer les variables de bilan d'énergie. Les analyses, menées avec les données des stations météorologiques du système d'observations, ont permis de valider MetGen sur une période de validation (2011-2016). Nous avons utilisé alors cette méthode afin de simuler des données climatiques sur toute la période d'étude (2000-2019). Cette série ainsi que celle provenant des réanalyses brutes sont utilisées comme forçages climatiques du modèle d'énergie à double source SPARSE, afin de simuler deux indices de stress thermiques SI(SWG) et SI(ERA5) issus du générateur et des réanalyses ERA5 respectivement, à une échelle kilométrique. Ces deux indices sensibles aux anomalies de température de surface, sont comparés avec d'autres indices standardisés issus de différentes longueurs d'onde : le NDVI issu du visible/proche infrarouge, SWI du micro-onde et un indice standardisé de précipitations UPI qui est utilisé comme une référence pour notre analyse. Cette analyse est effectuée en termes de pertinence, de cohérence et de précocité pour la détection d'une sécheresse agronomique. Les deux indices thermiques ont montré des bonnes performances pour la détection du stress, notamment SI(SWG) qui a montré plus de précision et de capacité à détecter le stress hydrique d'une façon précoce. Ces analyses et tous ces approches statistiques sont effectuées au niveau du bassin versant de Merguellil situé au centre de la Tunisie et qui présente un modèle typique des régions semi-arides.

In many countries, aquaculture of pectinids depends on the success of artificial spat production in hatchery. This production is always unpredictable due to the variability of hatching rate and larval survival. Flow-through larval rearing systems were developed in Norway for the King scallop Pecten maximus and showed promising results. Unfortunately the system needs to be optimized since the larval yields and the densities used are still relatively low. In France, a small-scale (5 L) and high-density (≤ 300 larva mL-1) flow-through larval rearing system was successfully developed for oysters. First trials in such system and in similar conditions with P. maximus failed as we registered slower growth and high mortality rate in only a few days. It is known that pectinids larvae are more sensitive to environmental conditions than the oyster Crassostrea gigas, for example. Nowadays, it is important to identify and to understand the phenomena disturbing larval development in flow-through system to improve larval quality and production yields. In this context, this thesis focuses on (1) controlling the sanitary quality of the early life stage of P. maximus and (2) understanding the sensitivity of larvae in flow-through larval rearing. This document is divided into 3 chapters based on 4 experiments. First, we verified the influence of sediment used during P. maximus broodstock conditioning. This work has shown that using broodstock conditioning without sediment could reduce contamination of gametes and D-larvae by Vibrio. Furthermore, both treatments led to similar fatty acids profiles in oocytes and resulting larvae, suggesting that broodstock conditioning was physiologically similar with or without sediment. The larvae obtained from broodstocks conditioned without sediment had the highest survival rates when reared in a static system. Secondly, we tried to determine the influence of aeration on larval physiology. Larval performances and stress index as antioxidant defenses (catalase and superoxide dismutase) and energetic metabolism (citrate synthase) enzyme activities were examined. Whatever the intensity of aeration tested, the larval growth was lesser than in control condition with a higher and earlier mortality. These results could be related to the rapid decrease of larval food uptake after the set up of the aeration. Lastly, two experiments were conducted to have a better understanding of the influence of tank shape, seawater renewal and aeration on scallop larval development. In the first experiment, we compared the influence on larvae of circular and rectangular flat-bottomed tanks. Larvae reared in flat-bottomed rectangular tanks exhibited the best overall performances with survival and competency rates higher than any other results obtained in the flow-through rearing system for oysters. In the second experiment, flow-through larval rearing was conducted in rectangular tanks to study the influence of the water renewal on larval development and physiology with the same stress indexes mentioned above. No differences in larval development and physiology were detected between the two intensities of water inflow (¼ tank renewal h-1 and ½ tank renewal h-1). Aeration associated to flowthrough induced massive mortalities. This variable appeared to be the most deleterious for scallop development. This doctoral project provided some indications how improving P. maximus flowthrough rearing system while limiting the use of antibiotic through a better understanding the physiological mechanisms involved in the larval response to a stressful environment, Dans de nombreux pays, l’aquaculture de pectinidés dépend aujourd’hui du succès de la production contrôlée de juvéniles. Néanmoins, les fortes variations des taux d’éclosion des oeufs et de la survie larvaire, enregistrées à ce jour, rendent cette production imprévisible. Les élevages larvaires en flux ouvert de coquille Saint-Jacques (Pecten maximus) ont été développés en Norvège et présentent des résultats prometteurs. Malheureusement, les rendements de production encore faibles et l’impossibilité de travailler à fortes densités restent un frein majeur au développement de cette technique. En France, une technique en flux-ouvert, en petit volume (5 L), et à forte densité (≤ 300 larves mL-1) a été développée pour les ostréidés. Des expériences préliminaires visant à décliner ce système d’élevage aux larves de P. maximus se sont avérées infructueuses : retard de croissance et forte mortalité en quelques jours. Il est reconnu que les larves de pectinidés doivent faire face à des contraintes diverses en écloserie : bactériologiques, physiologiques et environnementales. Elles sont également plus sensibles que les larves des autres espèces de bivalves comme par exemple l’huître japonaise (Crassostrea gigas). Il apparait donc nécessaire aujourd’hui d’identifier plus clairement l’origine des phénomènes perturbant le bon développement des larves en flux ouvert afin d’améliorer la qualité des élevages et les rendements larvaires. Ainsi cette thèse cherche à (1) contrôler la qualité sanitaire des stades précoces de P. maximus, et (2) comprendre la sensibilité des larves face aux conditions d’élevage en flux ouvert. Elle est axée sur trois chapitres regroupant quatre expériences. Dans un premier temps, nous avons testé l’impact de la présence du sédiment lors du conditionnement des géniteurs. Il a clairement été mis en évidence que la présence de sédiment favorisait la contamination des oeufs émis et des larves-D qui en découlent par des bactéries du genre Vibrio. Les profils lipidiques des oeufs et des larves-D issus des deux conditionnements étaient similaires, indiquant que l’absence de sédiment n’impacte pas la gamétogénèse. Les larves issues de ces géniteurs conditionnés sans sédiment et élevées en eau stagnante, ont enregistré des taux de mortalité significativement supérieurs aux larves issues de géniteurs conditionnés avec sédiment. Nous avons également cherché à déterminer l’impact du bullage sur la physiologie des larves. Pour cela nous avons étudié les performances larvaires et suivi des indicateurs de stress tels que l’activité des enzymes du stress oxydatif (Catalase, Superoxyde Dismutase) et du métabolisme énergétique (Citrate Synthase). Quelle que soit l’intensité du bullage, nous avons observé une réduction de la croissance et une mortalité précoce par rapport au lot témoin qui pourrait être expliquée par la diminution observée dans la consommation de nourriture par les larves. Enfin, deux autres expériences ont permis de déterminer quels paramètres d’élevage en flux ouvert seraient les plus favorables au développement des larves de coquille Saint-Jacques. Dans un premier temps, l’influence sur le développement larvaire de l’utilisation d’enceintes circulaires et rectangulaires à fond plat a été testée. Des résultats encourageants ont été obtenus dans les enceintes rectangulaires à fond plat, avec des taux de survie et de compétence jamais observés lors de nos tests réalisés dans les enceintes développées pour les ostréidés. Dans un second temps, des élevages en flux ouvert ont été réalisés dans les enceintes rectangulaires afin d’étudier l’impact de l’intensité du renouvellement d’eau sur le développement et la physiologie des larves via les indicateurs de stress cités plus haut. Un renouvellement complet de l’enceinte toutes les 4 heures, a eu le même impact sur les performances larvaires et la physiologie qu’un renouvellement deux fois plus rapide. En ajoutant un bullage dans ce système, nous avons constaté la mort de toutes les larves en fin d’élevage. Il semblerait donc que le bullage soit le paramètre le plus perturbant pour les larves de coquille Saint-Jacques. Grâce à l’étude et à la compréhension des mécanismes physiologiques impliqués dans la lutte contre le stress des larves de P. maximus en flux ouvert, ce projet de doctorat donne des clés permettant d’améliorer cette technique d’élevage tout en limitant l’utilisation de produits chimiques en milieu contrôlé.

In many countries, aquaculture of pectinids depends on the success of artificial spat production in hatchery. This production is always unpredictable due to the variability of hatching rate and larval survival. Flow-through larval rearing systems were developed in Norway for the King scallop Pecten maximus and showed promising results. Unfortunately the system needs to be optimized since the larval yields and the densities used are still relatively low. In France, a small-scale (5 L) and high-density (≤ 300 larva mL-1) flow-through larval rearing system was successfully developed for oysters. First trials in such system and in similar conditions with P.maximus failed as we registered slower growth and high mortality rate in only a few days. It is known that pectinids larvae are more sensitive to environmental conditions than the oyster Crassostrea gigas, for example.Nowadays, it is important to identify and to understand the phenomena disturbing larval development in flowthrough system to improve larval quality and production yields. This doctoral project provided some indications how improving P. maximus flowthrough rearing system while limiting the use of antibiotic through a better understanding the physiological mechanisms involved in the larval response to a stressful environment; Dans de nombreux pays, l’aquaculture de pectinidés dépend aujourd’hui du succès de la production contrôlée de juvéniles. Néanmoins, les fortes variations des taux d’éclosion des oeufs et de la survie larvaire, enregistrées à ce jour, rendent cette production imprévisible. Les élevages larvaires en flux ouvert de coquilles Saint-Jacques (Pecten maximus) ont été développés en Norvège et présentent des résultats prometteurs. Malheureusement, les rendements de production encore faibles et l’impossibilité de travailler à fortes densités restent un frein majeur au développement de cette technique. En France, une technique en flux-ouvert, en petit volume (5 L), et à forte densité (≤ 300 larves mL-1) a été développée pour les ostréidés. Des expériences préliminaires visant à décliner ce système d’élevage aux larves de P. maximus se sont avérées infructueuses : retard de croissance et forte mortalité en quelques jours. Il est reconnu que les larves de pectinidés doivent faire face à des contraintes diverses en écloserie : bactériologiques, physiologiques et environnementales. Elles sont également plus sensibles que les larves des autres espèces de bivalves comme par exemple l’huître japonaise (Crassostrea gigas). Il apparait donc nécessaire aujourd’hui d’identifier plus clairement l’origine des phénomènes perturbant le bon développement des larves en flux ouvert afin d’améliorer la qualité des élevages et les rendements larvaires. Grâce à l’étude et à la compréhension des mécanismes physiologiques impliqués dans la lutte contre le stress des larves de P. maximus en flux ouvert, ce projet de doctorat donne des clés permettant d’améliorer cette technique d’élevage tout en limitant l’utilisation de produits chimiques en milieu contrôlé.

Application of iron based foliar sprays to chloritic wines can augment, sometimes very greatly, the iron concentration is the leaf blade. Resulting in a reduction in the concentration of macroelements and in some phytotoxicity due to an excess of non metabolizable iron.At the same time, the concentration of amino acids and notably of proline (stress index) is increased. The application of these foliar sprays was insufficient to resolve cases of iron chlorisis.