Modélisation de la dynamique d'évolution spatio-temporelle de la pourriture brune causée par Phytophthora megakarya parasite du cacaoyer (Theobroma cacao L.)

Nembot Fomba Christian Gaele. 2021. Modélisation de la dynamique d'évolution spatio-temporelle de la pourriture brune causée par Phytophthora megakarya parasite du cacaoyer (Theobroma cacao L.). Youndé : Université de Yaoundé, 216 p. Thèse de doctorat : Phytopathologie. Biotechnologies végétales : Université de Yaoundé

Thèse

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Encadrement : Ambang, Zachée ; Takam Soh, Patrice ; Ten Hoopen, Gerben Martijn

Résumé : La pourriture brune du cacaoyer, due à plusieurs Phytophthora spp., comme Phytophthora megakarya, est la maladie du cacaoyer la plus importante dans le monde et la principale maladie menaçant la production cacaoyère en Afrique. Les épidémies de pourriture brune sont responsables des pertes de rendement allant jusqu'à 80-90 % en absence de mesures de contrôle. Dans cette étude, il est démontré comment l'utilisation de la modélisation mathématique peut être utile dans la compréhension des mécanismes à l'origine des épidémies de pourriture brune et également dans l'identification des leviers d'actions sur lesquels on pourrait agir pour le contrôle des épidémies. Bien que la pourriture brune du cacaoyer ait été une préoccupation majeure pour les chercheurs et institutions ces dernières années, de nombreuses questions se posent encore concernant les facteurs qui régissent la dynamique de la maladie. Par exemple, l'importance relative des deux sources différentes d'inoculum (primaire et secondaire) et la dynamique de dispersion des spores ne sont pas bien comprises. Afin de répondre à ces questions, un modèle compartimental temporel et un modèle spatio-temporel ont été développés et étudiés. Les modèles construits ont permis d'étudier l'impact de la récolte sanitaire sur les épidémies de pourriture brune et d'évaluer l'impact de l'ombrage sur la dynamique du système. L'analyse du modèle temporel, a permis de mettre en évidence deux seuils épidémiologiques (un R0 spécifique du système étudié et un seuil global R0,g) liés aux paramètres du modèle et au mode d'infection. Les conditions de persistance et d'extinction des épidémies de pourriture brune dans le système ont été discutées en fonction du fait que les valeurs des seuils cités (R0 et R0,g) étaient respectivement supérieures ou inférieures à 1. Les simulations du modèle temporel ont attesté qu'une récolte sanitaire intense (40 à 60 % des cabosses infectées retirées du système tous les jours) et fréquente tous les 4 jours serait déterminante pour le contrôle de la pourriture brune en champ. Les données d'ombrage collectées dans la parcelle cacaoyère ont conduit à une meilleure qualité d'ajustement du modèle spatio-temporel et ont également permis d'identifier un plus grand nombre de cabosses infectées situées dans des zones de la parcelle avec des valeurs d'ombrage plus élevées. Les simulations numériques fournies ont permis d'illustrer l'évolution temporelle et spatio-temporelle de la maladie causée par Phytophthora megakarya dans une parcelle de cacaoyère. Pour affiner les simulations numériques du pathosystème, une approche mécano-statistique a été employée pour estimer les paramètres du modèle à partir d'observations réelles d'une parcelle spécifique de cacaoyers. Faisant suite à l'investigation sur l'impact des facteurs environnementaux sur le système, l'effet in vitro de la lumière (lié à l'ombrage) sur l'évolution de P. megakarya (croissance et sporulation) a également été évalué en laboratoire. Des conditions optimales d'éclairage et d'inhibition ont été identifiées pour la croissance et la sporulation de P. megakarya. Les résultats obtenus sont en accord général avec la littérature et les résultats précédents concernant les effets de l'ombrage sur le pathosystème. Des recommandations en termes de promotion de la culture du cacaoyer dans des systèmes moins ombragés peuvent être évidentes si ces résultats sont confirmés.

Résumé (autre langue) : Cocoa black pod rot, caused by several Phytophthora spp., like Phytophthora megakarya, is the most important cocoa disease in the world and the main disease threatening cocoa production in Africa. Black pod epidemics are responsible for yield losses of up to 80-90% in the absence of control measures. In this study, we demonstrate how the use of mathematical modeling can be useful in understanding the mechanisms behind black pod rot epidemics and also in identifying action levers on which we could act to control the disease. Although cocoa black pod rot is a major concern and much attention has been dedicated to it in recent years, many questions still remain regarding the factors that govern the dynamics of the disease. For example, the relative importance of the two different sources of inoculum (primary and secondary) and the spore dispersal dynamics are not well understood. In an attempt to provide answers to these questions, a temporal compartmental model and a spatio-temporal model have been developed and studied. The built models made it possible to study the impact of sanitary harvest on black pod epidemics and to assess the impact of shade on system dynamics. Analysis of the temporal model led to highlight two epidemiological thresholds (a specific threshold for the studied system R0 and a global threshold R0,g) linked to model parameters and disease transmission pathways. which reveal the relative importance of certain compartments in disease dynamics. Black pod epidemics persistence and extinction conditions in the sytem were discussed according to the fact that values of the two mentionned thresholds (R0 et R0,g) were respectively greater or less than 1. Simulations of the temporal model confirmed that intense (40 to 60 % of infected pods removed from the system every day) and frequent pod stripping every 4 days could be determinant for disease control in the field. Shading data collected in the cocoa plot led to a better goodness of fit of the spatio-temporal model and also made it possible to identify a greater number of infected pods located in areas of the plot with higher shading values. The numerical simulations provided made it possible to illustrate the temporal and spatio-temporal evolution of the disease caused by Phytophthora megakarya in a cocoa plot. To refine numerical simulations of the pathosystem, a mechanical-statistical approach was used to estimate model prameters from real observations of a specific cocoa plot. Following the investigation on the effect of environmental factors on system dynamics, the in vitro light (linked to shading) effect on P. megakarya evolution (growth and sporulation) was also evaluated in laboratory during this study. Optimal lighting and inhibition conditions have been identified for the growth and sporulation of P. megakarya. The results obtained are in general agreement with the literature and previous results concerning shading effects on the pathosystem. Recommendations in terms of promoting cocoa cultivation in less shaded systems may be evident if these results are confirmed.

Mots-clés Agrovoc : Phytophthora, Theobroma cacao, modélisation, maladie des plantes, analyse spatiale, épidémiologie

Mots-clés complémentaires : Phytophthora megakarya

Mots-clés libres : Cacao, Phytophthora megakarya, Shade canopy, Modélisation, Dynamique spatio-temporelle

Classification Agris : H20 - Maladies des plantes
U10 - Informatique, mathématiques et statistiques

Auteurs et affiliations