Descriptif de la Thèse

Descriptif de la Thèse

Contexte

La pomme de terre (Solanum tuberosum L,) appartient à la famille des Solanacées. C’est la principale denrée alimentaire non céréalière du monde et la production mondiale a été estimée à 368.1 millions de tonnes en 2013, pour une surface cultivée de 19.4 millions d’hectares, soit un rendement moyen de 18.9 tonnes par hectare. Ce chiffre n’inclut pas les plants (semences) que représentent 32.2 millions de tonnes (FAOSTAT; 2015). Au Sénégal, sa production est issue de 3 saisons de culture : culture hâtive (Octobre-Novembre), culture de pleine saison (Décembre-Janvier), culture tardive (Février-Mars). Selon, la DHORT, sur les 5919,4 hectares cultivés, la production a été de 147 985 tonnes durant la campagne agricole de 2019/2020. Cependant, elle a connu une baisse de 6,85% comparée à la campagne précédente de 2018/2019 (158 875 tonnes), et une hausse de 37,69% par rapport à la moyenne des cinq dernières années (107 475 tonnes). Cependant, la viabilité de cette culture dépend en grande partie de l'utilisation et de la disponibilité de semences de haute qualité (indemne de maladie), qui ne sont pas toujours disponibles pour les producteurs des pays sous-développées (Thomas-Sharma et al., 2016). Au Sénégal, la productivité de la pomme de terre est sévèrement limitée par la production de semences certifiées locales qui est très peu développés pour ne pas dire quasi-inexistant. D’où le recours aux importations (12373 tonnes entre 2019 et 2020). L’approvisionnement de ses semences importées est très aléatoire dans le pays, et il est souvent en adéquation avec les dates de mise en culture impérative, compte tenu des contraintes climatiques. De plus, pour des raisons de difficultés de transport, les tubercules de semences approvisionnés sont souvent de qualités douteuses. Donc, il est raisonnable d’envisager la mise en place d’un systéme de production locale de tubercules de semences de haute qualité.

Pour des raisons phytosanitaires, la technique doit passer par la culture in vitro de vitroplants donnant des microtubercules sains sans virus. Cependant, dans de nombreux pays du monde, les plantules, microtubercules et minitubercules in vitro sont à la base de production de matériaux de pré-base (Struik et Wiersema 1999 ; Wang et al., 2011 ).  L’introduction de microtubercules et minitubercules dans la production de semences a révolutionné la production de pommes de terre. Ce qui a entraîné un raccourcissement du cycle sur le terrain pour obtenir un nombre suffisant de semences de pommes de terre tout en garantissant un haut niveau de salubrité des matériaux de base (Wróbel, 2014). Les microtubercules (ou tubercules in vitro) sont des graines miniatures de pommes de terre. Ils sont la première génération de semences nucléaires de pomme de terre et leur poids varie de 24 à 273 mg, leur diamètre est de 4 à 7 mm et leur longueur est de 10 à 12 mm (Ranalli, 2007). Des essais cliniques réalisaient par l’ISRA, (2017) pour la production de semences de pomme de terre de prébase à partir de microtubérisation ou propagation in vitro ont données des microtubercules de calibre 0,3 mm à 1,5 cm à trois mois de culture avec un taux de survie de 65% des vitroplants acclimatés. Les plantules résultantes ont été cultivées dans des mini- serres et de substrat de culture stérile.

Les minitubercules issus de matériel de semences in vitro sont de plus en plus obtenus dans différents substrats de cultures (Tierno et al., 2014). Afin d'augmenter le taux de multiplication de matériel de semences in vitro, de multiples techniques ont été testés au cours des dernières décennies, tel que le système hydroponique (Chang et al., 2012) ou le nutriment film technique (NFT) (Rolot et al., 2002). L'aéroponie est l’une de ces techniques hydroponiques considérées comme prometteuse pour une utilisation dans le monde entier. Cette méthode consiste à enfermer le système racinaire dans une chambre noire et à fournir une solution d'eau et de nutriments minéraux avec un brumisateur. Cette technique a été utilisée avec succès dans la production de plusieurs cultures horticoles (Biddinger et al., 1998). Les systèmes aéroponiques présentent donc des avantages particuliers dans les pays aux conditions tropicales pour la production de semences de pomme de terre de haute qualité exemptes de virus, de maladies bactériennes et fongiques qui sont principalement transmises par des insectes vecteurs, abondants dans les pays chauds (Calori et al., 2014 ; Calori et al., 2017).

Problématique

L’utilisation de l’aéroponie a été orienté pour des études sur le système racinaire en particulier sur les micro-organismes racinaires (Hung et Sylvia, 1988 ; Khan et Sinclair, 1992 ; Sylvia et Jarstfer, 1992 ; Wagner et Wilkinson, 1992).  Les premiers essais de production de tubercules de pommes de terre par hydroponie ont été réalisées à travers des études de recherche, citons ceux de Houghland qui, en 1950, a mis au point un système de production et la composition d’une solution nutritive adaptée à ce type de production. Boersig et Wagner, (1988) ont quant à eux montré l’intérêt de l’utilisation de l’hydroponie (NFT) ou de l’aéroponie (ARM) pour la production de plants de pommes de terre. Wheeler et al., (1990) dans le cadre d’une étude réalisée pour la NASA, ont montré que la production de tubercules de pommes de terre était possible en utilisant la technique NFT. Wan et al., (1994) ont étudié les techniques visant à accroître le nombre de tubercules formés en hydroponie. Muro et al., (1997) ont comparé un système traditionnel de production utilisant un substrat composé de tourbe et de sable à une technique hydroponique utilisant la perlite comme substrat et différents types de solutions nutritives. Rolot et Seutin, (1999) ont étudié la production hors sol de minitubercules de pomme de terre en utilisant une technique hydroponique. La technologie a également été développé avec succès en Corée pour la production de tubercules de semences de pomme de terre (Kang et al., 1996; Kim et al., 1999). Chan et al., (2000) ont étudié le développement d’une solution nutritive pour la production de tubercules de semences de pomme de terre dans un systéme hydroponique fermé. Ritter et al., (2001) ont démontré dans une étude que l’utilisation de l’aéroponie en condition tempérées améliore sensiblement le rendement des minitubercules produits. Tandis que Rolot et al., (2002) ont étudié la production de minitubercule de pomme de terre par hydroponie : évaluation d’un systéme combinant les techniques de « NFT » et « Gravel culture » pour deux types de solutions nutritives. Quant à Farran et Mingo-Castel, (2006) ont étudié la production de minitubercules de pomme de terre en aéroponie : effet de la densité des plants et intervalles de récolte. Corrêa et al., (2009) ont étudié la production de semences de pomme de terre par la méthode hydroponique au Brésil. La technologie aéroponique a également été testée dans plusieurs pays d’Afrique pour la production de minitubercules de pomme de terre (Lung'aho et al., 2010). Cependant, Chan et al., (2011), ont étudié la réponse au croissance et le rendement de trois cultivars de pomme de terre cultivés en aéroponie à différentes conductivités électriques de la solution nutritive et en (2012), ces mêmes auteurs ont étudié la croissance et la tubérisation de pomme de terre en culture hydroponique . De même que Mateus-Rodriguez et al., (2012) ont étudié la réponse de trois cultivars de pomme de terre cultivés dans un nouveau système aéroponique pour la production de semences de minitubercules. Quant à Mbiyu et al., (2012), ils ont testé l’utilisation de la technique aéroponique pour la production de minitubercule de pomme de terre au Kenya. Plus récemment, Tessema et al., (2017), ont étudié la détermination de solutions nutritives pour la production de semences de pomme de terre sous systéme de production hydroponique. Filho et al., (2018) ont évalués des combinaisons de concentrations d'engrais azotés pour optimiser le rendement de minitubercules des semences de pommes de terre dans un systéme de culture hydroponique en trois phases. Quant à Calori et al., (2018), ils ont étudié la production de minitubercules de semences de pommes de terre en aéroponie sous conditions tropicales : conductivité électrique et densité de plant.

Mais la problématique de la production de semence de pomme de terre en condition tempérés comme le cas du Sénégal qui reproduit la voie classique pour la production de minitubercule : repiquage de vitroplants dans un substrat organique composé d’un mélange de tourbe et de terreau (Ali et al., 1995 ; Lommen, Struik, 1992 ; Wiersema, 1986). Toutefois, l’utilisation de minitubercules au départ de la filière de multiplication des plants de pommes de terre comporte certains inconvénients. Il y a le risque sanitaire : la production de minitubercules dans un substrat organique (tourbe et terreau) induit le risque d’une infection provenant du substrat. On peut citer la gale commune (Streptomyces sp.), la gale poudreuse (Spongospora subterranea), la pourriture humide (Erwinia sp), le rhizoctone (Rhizoctonia solani), la fusariose (Fusarium sp), etc. Les nouvelles technologies tel que l’hydo-aéaroponique devront permettre d’apprécier avec plus de précision la qualité et le rendement des minitubercules de semences de pommes de terre, avec une productivité d'environ 72 minitubercules par plante (Farran et Mingo-Castel, 2006 ; Factor et al., 2007 ; Chang et al., 2012; Mateus- Rodriguez et al., 2012 ). Cependant, la tubérisation in vitro de la pomme de terre a été étudiée par de nombreux auteurs (Wang et Hu, 1982 ; Pelacho et Mingo-Castel, 1991; Chandra et al., 1992). Mais, une grande partie de la recherche publiée sur l'induction des microtubercules de pomme de terre in vitro a été axée sur l'utilisation des régulateurs de croissance. Très peu d'attention ont été accordée sur l’effet de la nutrition minérale qui joue également un rôle majeur dans l'induction et le développement des microtubercules de pomme de terre in vitro (Wang et Hu 1985). L’essentiel des éléments, la concentration d’azote et de potassium affectent de manière significative le procédé de tubérisation in vitro. Mais, aussi l’utilisation des systèmes aéroponiques pour évaluer la réponse des plantes aux régimes nutritifs a été peu fréquente, les taux d'absorption des nutriments dans les systèmes aéroponiques sont inconnu (Weathers et Zobel, 1992). De même, la question de l’utilisation des systémes de nutriments basés sur les formules de Rolot et Seutin, (1999), modifié par Medeiros et al., (2002) en passant par Farran et Mingo-Castel, (2006) adaptés à nos cultivars reste sans réponse.

Des applications du système hydroponique pour la production de semences de pomme de terre dans les écosystèmes sahéliens de l’Afrique de l’Ouest sont rare voire inexistant cas du Sénégal au moment où ces techniques font l’objet de nombreux études dans le monde. L’utilisation de l’aéroponie pour la production de semences de pomme de terre, devrait permettre d’approfondir la question et d’évaluer le potentiel de nos cultivars (Sénégal) en matière de production de minitubercule de haute qualité.

Objectifs

L’objectif de la thèse est de :

découvrir les concentrations optimales des éléments nutritifs (N, P, K) sur la tubérisation, le développement des jeunes pousses et la production de semences de minitubercule de pomme de terre dans un systéme hydro-aéroponique pour certains variétés populaires de pomme de terre (Spunta, Claustar, Sahel) dans des conditions tropicales au Sénégal.

Spécifiquement il s’agira de :

1.     tester la tubérisation in vitro des semences de pomme en utilisant la concentration de la solution nutritive la plus approprié pour chaque variété dans un systéme hydro-aéroponique ;

2.     maximiser le nombre et la taille des tubercules produites pour chaque cultivar et comparer leurs poids ;

3.     optimiser le rendement des minitubercules de pomme de terre.

Démarche méthodologie

Les travaux se feront au niveau du Sénégal à travers l’Unité de Recherche en Culture In-vitro, Laboratoire National de Recherche sur les Productions Végétales, Institut Sénégalais de Recherches Agricoles, Bel-Air, BP : 3120, Dakar.