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Les causes du plafonnement du rendement du blé en France : d'abord une origine climatique

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Le plafonnement des rendements observé sur blé tendre en France et en Europe a fait l'objet d'une étude approfondie pour en explorer les principaux facteurs explicatifs. Nous présentons ici plus particulièrement, les outils utilisés et les résultats obtenus pour l'étude du poids des facteurs climatiques, et en particulier des fortes températures. Nous avons calculé des indicateurs dits phénoclimatiques : il s'agit d'indicateurs climatiques sur des phases précises du cycle de la culture du blé - sous hypothèse de précocité variétale et de date de semis. On remarque que deux indicateurs phénoclimatiques, déficit hydrique pendant la montaison et remplissage et nombre de jours avec des températures excessives pendant le remplissage, expliquent très bien les variations interannuelles de rendement observées dans la plupart des régions de France. Par ailleurs, on montre que ces indicateurs ont connu une évolution au cours des dernières années : déficit hydrique comme températures excessives sont en hausse, malgré une avancée des stades, qui n'a pas suffi pour éviter ces stress. Les bases expérimentales qui ont permis d'établir ces indicateurs sont présentées. Nous concluons à un rôle majeur de l'évolution climatique récente dans la stagnation observée des rendements du blé en France : ce constat est convergent avec d'autres études réalisées dans le monde, chez le blé et le riz. Les orientations à venir de la recherche agronomique devront absolument tenir compte de ce phénomène pour espérer maintenir l’augmentation de la production agricole.
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... To illustrate this point, we examined the growth of soft wheat in Clermont-Ferrand (Fig. 1). It should be noted that this crop is already affected by climate change, as evidenced by the stagnation in French yields since the mid-1990s, partly due to the increase in droughts and hot days (Gate et al. 2010;Brisson et al. 2010). ...
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Climate is the primary factor influencing the feasibility of agricultural production. Given the context of climate change, prospective studies become imperative for anticipating potential consequences on plant development and the adaptation of agricultural systems. The objective of this study is to compare two methods based on the calculation of climatic indicators, which can reveal risks of production losses. The first method relies on agroclimatic indicators (AGIs), computed on fixed calendar dates corresponding to plant development phases. The second method employs phenoclimatic indicators (PHI), calculated between previously simulated phenological stage dates. To provide a concrete comparison and account for a range of potential climate scenarios, the cultivation of soft winter wheat (Triticum aestivum) in Clermont-Ferrand is used as an example for horizons 2060 and 2100 under the RCP 4.5 and 8.5 scenarios (using the ALADIN63_CNRM-CM5 model from Météo-France). A comparison of the two methods yields contrasting results. It emphasizes the effectiveness of PHIs in closely approximating the conditions encountered by a specific plant, without undermining the significance of AGIs in interpreting changes in diverse climatic parameters that affect plant development overall. The AGIs indicate a rise in water deficit and hot days for soft wheat in 2060 and 2100. Meiosis would be less susceptible to low temperatures, and bolting would benefit from a slightly higher cumulative radiation. Conversely, depending on the chosen sowing dates, the PHIs indicate that heat days and water deficit would not be more pronounced than in the reference period, owing to the earlier physiological maturity date of the grains. However, advancing the bolting date on the calendar would expose it to a lack of radiation and low temperatures. Consequently, recommendations for adaptation and transition in the agricultural sector may vary significantly between the results of AGIs and those of PHIs.
... Ce constat vaut également pour 36 % des surfaces mondiales consacrées à cette culture, principalement en Europe, Inde et Chine (Ray et al., 2012). En France, cette tendance est principalement engendrée par la hausse des journées d'échaudage thermique pendant le remplissage des grains et des sécheresses au cours de la montaison Gate et al., 2010). D'autres menaces d'origines atmosphériques pénalisent aussi les productions, telles que les conditions favorables au développement de maladies causées par des champignons, comme la septoriose et la fusariose, à l'image de la chute historique des rendements observée en 2016 . ...
... Ce constat vaut également pour 36 % des surfaces mondiales consacrées à cette culture, principalement en Europe, Inde et Chine (Ray et al., 2012). En France, cette tendance est principalement engendrée par la hausse des journées d'échaudage thermique pendant le remplissage des grains et des sécheresses au cours de la montaison Gate et al., 2010). D'autres menaces d'origines atmosphériques pénalisent aussi les productions, telles que les conditions favorables au développement de maladies causées par des champignons, comme la septoriose et la fusariose, à l'image de la chute historique des rendements observée en 2016 . ...
Article
The world's fifth largest producer of common wheat (Triticum aestivum L.), France, has been affected since the mid-1990s by climate change, which is disruptive to the cereal industry, with yields already stagnating, partly due to an increase in hot days and droughts. This article examines the evolution of the bioclimatic potential of this cereal in 2070 and 2100 for 7 sites representative of French cereal growing. The phenoclimatic approach used for this study consists of simulating the plant cycle and calculating the occurrence of climatic hazards on the sensitive phases of the cycle from data extracted from the regional climate model ALADIN-Climat of Météo-France. The results alleviate some of the expected concerns about the sustainability of soft wheat, but also highlight the appearance of new hazards, particularly due to a change in the length of the phenological periods. This research illustrates the need for prospective impact studies in climatology, using a systemic and multidisciplinary approach (geography, climatology, agronomy, pedology) to rationally consider the adaptation of agrosystems to climate change.
... Cette recherche, adossée aux laboratoires CNRS LETG-Géophen et ESO de l'Université de Caen Normandie, se réclame donc de la climatologie géographique et de la géographie agricole, au croisement entre l'écophysiologie et la modélisation du climat. Par conséquent, elle s'inscrit dans la continuité des recherches en géographie appliquée au changement climatique (Lamarre, 2013) telles que les études prospectives menées sur l'évolution des contextes biopédoclimatiques (Cantat et al., 2009Le Gouée et al., 2010 ;Lamy et al., 2012 ;Lamy et Dubreuil., 2013 ;Lamy., 2013 ;Dubreuil et al., 2018) ou plus particulièrement sur les vignobles (Briche et al., 2010a ;2010bBriche., 2011Briche et al., 2014 ;Bonnefoy et al., 2010 ;Bonnefoy., 2013 ;Quenol et Bonnardot., 2014 ;Quenol et al., 2014 ;Quenol et al., 2017 ;Bonnardot et Quenol., 2020a) ou les pommiers (Dubreuil et al., 2019). L'objectif de cette recherche est de mettre en évidence les vulnérabilités et les opportunités pour l'agriculture céréalière de demain en Normandie. ...
Thesis
En Normandie, la culture du blé tende (Triticum aestivum L) occupe 24 % de la SAU régionale et tient une place importante parmi les productions végétales. Chaque année 3,6 Mt sont moissonnées, soit 10 % du total national. Mais une stagnation des rendements est observée depuis le milieu des années 1990. La céréaliculture normande, malgré son appartenance au domaine tempéré océanique subit d’ores et déjà le changement climatique. Ce travail de thèse de doctorat en géographie et en agro-climatologie s'intéresse aux conséquences des évolutions climatiques sur la culture du blé tendre en Normandie et interroge les enjeux et les perspectives de l’agrosystème céréalier. Pour répondre à ce questionnement, la recherche retient la Plaine de Caen comme espace d’étude représentatif de la céréaliculture régionale. Les données météorologiques des stations Météo-France et du modèle SAFRAN sont mobilisées, ainsi que les projections climatiques extraites du modèle régional ALADIN-Climat pour 3 scénarios RCP. Les traitements de données sont effectués sur la période historique (1961-2020) et future (2021-2050 et 2071-2100). La méthode repose sur des indicateurs agroclimatiques et phénoclimatiques. Des relevés de terrain en pédologie sont effectués pour estimer les capacités de rétention en eau des sols de l’espace d’étude. Une enquête de terrain est également menée auprès des exploitants et techniciens agricoles. Enfin, des mesures de terrain exploratoires mettent en lumière la diversité des conditions météorologiques dans la plaine. Les résultats exposent la complexité des changements climatiques et illustre la nécessité des études d’impact prospectives en climatologie selon une approche systémique, spatiale, temporelle et pluridisciplinaire pour envisager rationnellement l’adaptation des agrosystèmes au changement climatique.
... To evaluate the impact of heat stress on plants, numerous studies have related plant behavior to the number of days during which the maximum temperature exceeded 25 °C at different growth stages (e.g., Sofield et al. 1977;Hunt et al. 1991;Gate 1995). Gate et al. (2010) applied this threshold to a multi-environment trial network in France and showed that for each day with a maximum temperature higher than 25 °C between heading and heading + 750 degree days (°Cd), the yield loss may be as much as 0.14 t ha −1 . ...
Article
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Key message The response of a large panel of European elite wheat varieties to post-anthesis heat stress is influenced by 17 QTL linked to grain weight or the stay-green phenotype. Abstract Heat stress is a critical abiotic stress for winter bread wheat (Triticum aestivum L.) especially at the flowering and grain filling stages, limiting its growth and productivity in Europe and elsewhere. The breeding of new high-yield and stress-tolerant wheat varieties requires improved understanding of the physiological and genetic bases of heat tolerance. To identify genomic areas associated with plant and grain characteristics under heat stress, a panel of elite European wheat varieties (N = 199) was evaluated under controlled conditions in 2016 and 2017. A split-plot design was used to test the effects of high temperature for ten days after flowering. Flowering time, leaf chlorophyll content, the number of productive spikes, grain number, grain weight and grain size were measured, and the senescence process was modeled. Using genotyping data from a 280 K SNP chip, a genome-wide association study was carried out to test the main effect of each SNP and the effect of SNP × treatment interaction. Genotype × treatment interactions were mainly observed for grain traits measured on the main shoots and tillers. We identified 10 QTLs associated with the main effect of at least one trait and seven QTLs associated with the response to post-anthesis heat stress. Of these, two main QTLs associated with the heat tolerance of thousand-kernel weight were identified on chromosomes 4B and 6B. These QTLs will be useful for breeders to improve grain yield in environments where terminal heat stress is likely to occur.
... Sofield et al., 1977;Hunt et al., 1991;Gate, 1995;Lecomte, 2005). Gate et al., (2010) applied this threshold to a French multi-environment trial network and showed that for each day with a maximum temperature higher than 25°C, from heading to heading +750-degree days (°Cd), the yield loss may be up to 0.14t/ha. Heat stress affects plant development and yield through numerous mechanisms. ...
Thesis
Dans un contexte de changement climatique, la caractérisation des variétés de blé tendre en réponse à des évènements de sécheresse et de stress thermique est un des défis de l’agriculture. Cette thèse, issue d’un partenariat -public entre Arvalis-Institut du Végétal, Biogemma et l’INRA (Institut National de la Recherche Agronomique), avait pour but de développer des connaissances et des outils nécessaires à l’identification de variétés tolérantes à la sécheresse et au stress thermique et à la création de variétés répondant à cette exigence. Pour ce faire, nous avons analysé un panel de 220 variétés commerciales, génotypées avec 280K SNP et testées dans 35 environnements variés (combinaison d’année, lieu et régime hydrique), plus une expérimentation en conditions contrôlées où un stress thermique a été appliqué pendant le remplissage du grain. La complexité de l’étude de la tolérance à la sécheresse nous a conduit à présenter cette thèse en séparant, dans un premier temps, l’étude des stress hydriques et thermiques, puis de prospecter une méthode d’analyse multi-stress. Nous avons montré que même si la sélection a amélioré la performance des variétés en condition hydrique optimale, le progrès génétique doit être accéléré et mieux réparti en fonction des différents types de stress. Nous proposons pour cela plusieurs déterminants génétiques qui pourraient permettre un gain dans des environnements stressants. Nos résultats et méthodes sont discutés au regard des besoins en préconisation et amélioration variétale. Des pistes de recherche complémentaires et des améliorations ont aussi été suggérées.
... La stagnation des rendements observée en France depuis les années 1990 (figure 1), qui concerne 70 à 80 % des surfaces de blé, en atteste (Ray et al., 2012 ;Schauberger et al., 2018). D'après les agronomes, la cause est principalement climatique, compte-tenu d'une hausse de l'échaudage thermique 1 pendant le remplissage des grains et des sécheresses 2 au cours de la montaison (Gate, 2009 ;Gate et al., 2010). Ces aléas, dont l'augmentation est attendue dans les prochaines décennies (Gate, 2008 ;Gouache et al., 2012), sans négliger d'autres menaces d'origine atmosphérique 3 , vont peser sur la production. ...
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En Normandie, la culture du blé qui occupe 24 % de la SAU régionale tient une place importante parmi les productions végétales. Le changement climatique peut-il avoir des conséquences sur le cycle de cette céréale et perturber les pratiques et les espaces concernés ? Cet article projette la phénologie et les performances culturales de l’agrosystème céréalier régional d’ici la fin du 21 ème siècle. Il s’appuie sur une modélisation bioclimatique qui mobilise les données CNRM-2014 du CNRS et de Météo-France sorties du modèle régional ALADIN-Climat pour trois scénarios RCP du GIEC. Dans le cas de dates de semis inchangées aux horizons 2050 et 2100 et d’un changement climatique prononcé, l’élévation des températures engendrerait un raccourcissement du cycle et donc une anticipation calendaire de la phénologie. Ce qui éviterait un chevauchement de la fin du cycle avec la période estivale à laquelle sont associés des événements de sécheresse et de vagues de chaleur dont la fréquence pourrait augmenter dans les prochaines décennies. En conséquence, l’échaudage thermique et le déficit hydrique seraient moindres que ce que l’on pouvait envisager. Toutefois, cette précocité pourrait perturber des stades plus précoces de développement du blé tendre : basses températures à la méiose et déficit de rayonnement au début de la montaison. De plus, la douceur accrue des hivers pourrait engendrer une diminution du nombre de jours de vernalisation, phase nécessaire pour la floraison des variétés d’hiver. Cette étude démontre l’intérêt des modèles bioclimatiques pour envisager les modifications possibles de la phénologie des cultures attendus d'ici la fin du siècle.
Article
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En Normandie, chaque année, 3,6 Mt de tonnes de blé tendre (Triticum aestivum) sont récoltées, ce qui correspond à 10% des productions françaises. La région occupe donc une place importante dans le grenier à blé français. Face au changement climatique, la filière céréalière pose la question de son adaptation. Cet article propose de projeter les conditions climatiques pour le blé aux horizons 2050 et 2100 à partir des données extraites du modèle ALADIN-Climat pour deux scénarios RCP du GIEC en Plaine de Caen, région agricole caractéristique de la céréaliculture régionale. L’étude propose de comparer la performance des diagnostics fondés sur les indicateurs agroclimatiques (IAG) et phénoclimatiques (IPH), tout en discutant des approches spatiales et systémiques nécessaires pour étudier la vulnérabilité des agrosystèmes au changement climatique.
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Increasing air temperature due to changing climate is projected to decrease the length of the growing season, hasten vegetative development and maturation, and ultimately affect yield of many C3 crops. Previous multilocation trials highlighted strong relationships between thermal trends in the interval “beginning of flowering‐end of grain filling” and grain yield, and protein content in durum wheat (Triticum turgidum subsp. durum (Desf.) Husn.). With the aim to confirm these relationships, nine durum wheat genotypes, including old (Capeiti 8, Senatore Cappelli and Trinakria) and modern (Amedeo, Arcangelo, Mongibello, Simeto, and Svevo) varieties and a Sicilian landrace (Russello) were grown at three different sites representing a climate gradient in Sicily, Italy. Moreover, the effect of post‐anthesis heat stress on these durum wheats was further investigated in two contrasting environments: open‐field (control—C) and greenhouse heat stress (HS). HS shortened the interval “beginning‐end of flowering” of 1.5 days across genotypes, and the “end of flowering‐beginning of grain filling” and maturation of 4.9 days, with a range of 1 day in Arcangelo to 11 days in Cappelli. Advances in main phenophases significantly decreased kernel weight (KW) and grain yield (GY), whereas grain protein content (PC) increased. As expected, a negative relationship was observed between GY and PC, while positive relationships were found for GY and grain‐filling duration (GFD), and GY and KW. Genotypes responded differently to heat stress, as evidenced by the net photosynthesis, transpiration rate, instantaneous water use efficiency and dry matter accumulation in kernels. Genotypes were ranked according to the heat susceptibility index (HSI): Amedeo, Arcangelo, Capeiti 8, Svevo and Trinakria resulted heat‐tolerant. These varieties were characterized by an early trigger of dry matter accumulation in kernels under HS (Amedeo, Arcangelo and Trinakria), or showed similar length of the GFD (Capeiti 8) between environments. The multilocation trial confirmed a negative relationship between maximum temperatures and grain yield, and a positive relationship between minimum temperatures and protein content during grain–filling periods. Research focusing on agronomic strategies, phenology and breeding for tolerance to heat stress is of strategic importance to cope with the detrimental effect of global warming in semi‐arid climates.
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The simulation of root water uptake in land surface models is affected by large uncertainties. The difficulty in mapping soil depth and in describing the capacity of plants to develop a rooting system is a major obstacle to the simulation of the terrestrial water cycle and to the representation of the impacts of drought. In this study, long time series of agricultural statistics are used to evaluate and constrain root water uptake models. The inter-annual variability of cereal grain yield and permanent grassland dry matter yield is simulated over France by the Interactions between Soil, Biosphere and Atmosphere, CO2-reactive (ISBA-A-gs) generic land surface model (LSM). The two soil profile schemes available in the model are used to simulate the above-ground biomass (Bag) of cereals and grasslands: a two-layer force–restore (FR-2L) bulk reservoir model and a multi-layer diffusion (DIF) model. The DIF model is implemented with or without deep soil layers below the root zone. The evaluation of the various root water uptake models is achieved by using the French agricultural statistics of Agreste over the 1994–2010 period at 45 cropland and 48 grassland départements, for a range of rooting depths. The number of départements where the simulated annual maximum Bag presents a significant correlation with the yield observations is used as a metric to benchmark the root water uptake models. Significant correlations (p value < 0.01) are found for up to 29 and 77% of the départements for cereals and grasslands, respectively. A rather neutral impact of the most refined versions of the model is found with respect to the simplified soil hydrology scheme. This shows that efforts should be made in future studies to reduce other sources of uncertainty, e.g. by using a more detailed soil and root density profile description together with satellite vegetation products. It is found that modelling additional subroot-zone base flow soil layers does not improve (and may even degrade) the representation of the inter-annual variability of the vegetation above-ground biomass. These results are particularly robust for grasslands, as calibrated simulations are able to represent the extreme 2003 and 2007 years corresponding to unfavourable and favourable fodder production, respectively.
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The impact of projected global warming on crop yields has been evaluated by indirect methods using simulation models. Direct studies on the effects of observed climate change on crop growth and yield could provide more accurate information for assessing the impact of climate change on crop production. We analyzed weather data at the International Rice Research Institute Farm from 1979 to 2003 to examine temperature trends and the relationship between rice yield and temperature by using data from irrigated field experiments conducted at the International Rice Research Institute Farm from 1992 to 2003. Here we report that annual mean maximum and minimum temperatures have increased by 0.35°C and 1.13°C, respectively, for the period 1979–2003 and a close linkage between rice grain yield and mean minimum temperature during the dry cropping season (January to April). Grain yield declined by 10% for each 1°C increase in growing-season minimum temperature in the dry season, whereas the effect of maximum temperature on crop yield was insignificant. This report provides a direct evidence of decreased rice yields from increased nighttime temperature associated with global warming.
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Changes in the global production of major crops are important drivers of food prices, food security and land use decisions. Average global yields for these commodities are determined by the performance of crops in millions of fields distributed across a range of management, soil and climate regimes. Despite the complexity of global food supply, here we show that simple measures of growing season temperatures and precipitation—spatial averages based on the locations of each crop—explain ~30% or more of year-to-year variations in global average yields for the world's six most widely grown crops. For wheat, maize and barley, there is a clearly negative response of global yields to increased temperatures. Based on these sensitivities and observed climate trends, we estimate that warming since 1981 has resulted in annual combined losses of these three crops representing roughly 40 Mt or $5 billion per year, as of 2002. While these impacts are small relative to the technological yield gains over the same period, the results demonstrate already occurring negative impacts of climate trends on crop yields at the global scale.
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An evaluation of a generic crop growth model, STICS, described in Brisson et al. [11], is presented, based on an agronomic database which combines various wheat crop and maize crop situations in France. Emphasis is placed on the need to use standard references for parameterising varieties, particularly concerning the development stages. The validation was carried out for the model's output variables, defined as being the final variables of agronomic interest (yield and components, above-ground biomass, flowering and maturity dates, nitrogen contents in the plant and grain, water and nitrogen contents in the soil) using several mathematical criteria (square errors, mean deviation, efficiency). Results indicated that the two crops behave quite similarly with square errors of 1.6 t\cdotha1^{-1} for wheat yield and 2.4 t\cdotha1^{-1} for maize yield. The two yield components, grain number and grain weight, were simulated less successfully, as was the case for the simulations concerning nitrogen both in the plant and soil, which were systematically biased. However, the water content in the soil was simulated accurately. An analysis of the dynamics of the main state variables in the system, such as leaf area index or nitrogen nutrition index, which in some cases were extracted from the database, made it possible to reveal the shortcomings in the model and propose ways of modifying it. The results we will retain include the introduction of a relationship between grain number and maximal grain weight, which makes the “grain number” variable dependent on the variety, the consideration of leaf senescence due to environmental stress, and the end of nitrogen absorption at the onset of grain filling. These modifications help to improve modelling results of yield components and soil and plant nitrogen contents. They have little effect on biomass and yield, for which errors remain at levels of approximately 15%; the impossibility of reducing the error concerning biomass, and consequently that concerning yield, illustrates the model's robustness. STICS : un modèle générique pour simuler les cultures et leurs bilans hydrique et azoté. II. Validation du modèle pour le blé et le maïs. Une évaluation du modèle générique de culture STICS, décrit en détails dans Brisson et al. [11], est présentée. Elle repose sur une base de données agronomiques qui réunit des situations variées de culture de blé et de maïs en France. L'accent est mis sur la nécessité d'utiliser des références standards pour le paramétrage des variétés, qui concerne surtout les stades de développement. La validation est réalisée sur les variables de sortie du modèle, définie comme étant les variables finales d'intérêt agronomique (rendement et composantes, biomasse aérienne, dates de floraison et de maturité, teneurs en azote dans la plante et dans le grain, quantité d'eau et d'azote dans le sol) au moyen de plusieurs critères mathématiques (erreurs quadratiques, écarts moyens, efficacité). Il ressort que le comportement des deux cultures sont assez proches avec des erreurs quadratiques de 1,6 t\cdotha1^{-1} pour le rendement du blé et de 2,4 t\cdotha1^{-1} pour le rendement du maïs. La simulation des deux composantes du rendement : nombre de grains et poids du grain est plus mauvaise, de même que les simulations concernant l'azote aussi bien dans la plante que dans le sol qui apparaissent avec un biais systématique. En revanche l'eau dans le sol est correctement simulée. L'analyse de cinétiques d'évolution de variables d'état majeures du système, telles que l'indice foliaire ou l'indice de nutrition azotée, sur quelques cas extraits de la base de donnée permet de mettre en évidence les disfonctionnements du modèle et de proposer des modifications pour les corriger. On retiendra essentiellement l'introduction d'une relation entre le nombre de grains et le poids maximal du grain, ce qui rend la variable “ nombre de grains ” dépendante de la variété, la prise en compte de la sénescence des feuilles liée aux stress environnementaux, l'arrêt de l'absorption azotée au début du remplissage du grain. Ces modifications permettent d'améliorer les résultats de modélisation concernant les composantes du rendement et le bilan azoté. Elles ont peu d'effet sur la biomasse et le rendement qui restent à des niveaux d'erreur de l'ordre de 15 % ; cette incompressibilité de l'erreur sur la biomasse et par conséquent le rendement est une illustration de la robustesse du modèle.
– Coup de chaud sur le riz
  • Le Monde
Le Monde », 2004. – Coup de chaud sur le riz. Dans « Le Monde », 27/04/2004.
– Ecophysiologie du blé : de la plante à la culture
GATE P., 1995. – Ecophysiologie du blé : de la plante à la culture. Lavoisier Éditeur, Paris, France 424 pages.