Mise en place de l’essai

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Oeuvre originale : Colley, M., Myers J., Dawson, J., Zystro, J., Healy, K., Behar, H. et Becker, K. (2018). On Farm Variety Trials: Toolkit for Risk Management of Organic and Specialty Crop Producers. USDA Risk Management Agency (RMA), Organic Seed Alliance (OSA), University Wisconsin-Madison, Oregon State Univeristy, eOrganic and the Midwest Organic and Sustainable Education Services (MOSES).

Traduction : CETAB+. (2022). Guide des essais variétaux à la ferme.

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Le but d’un essai variétal est de déterminer si certaines variétés fonctionnent mieux que d’autres dans votre contexte et pour vos marchés. Pour atteindre cet objectif, l’essai doit être conçu de manière à faire ressortir les différences entre les variétés plutôt que les disparités dans la gestion des cultures ou les conditions du terrain. L’élimination complète de la variabilité du champ est difficile, voire impossible, mais il est possible de la prendre en compte et de faire ressortir les différences entre les variétés malgré les conditions imparfaites du champ. Cette section décrit les différentes approches de la conception d’essais afin de garantir qu’ils fournissent de l’information fiable et cohérente avec vos objectifs.

À la fin de cette section, vous serez en mesure de répondre aux questions suivantes:

Où et quand vais-je implanter mon essai?
Quelles sont les sources de variabilité dans mon champ?
En fonction de mes objectifs, vais-je choisir de faire un essai avec ou sans répétition?
Pour un essai avec répétition, combien de répétitions vais-je utiliser?
En fonction de mes objectifs, combien de plants vais-je semer ou transplanter dans chaque parcelle?
Comment vais-je randomiser la localisation des parcelles afin de m’assurer que l’essai n’est pas biaisé?
Comment vais-je gérer l’essai afin de refléter le plus précisément possible la façon dont la culture est normalement conduite sur la ferme?

Parcelle

La parcelle est l’unité expérimentale de base. Le terme fait référence à un seul endroit dans le champ, implanté avec une seule variété. Chaque parcelle comprend plusieurs plants d’une même variété.

Répétition et variation du terrain

Implanter une variété à l’essai à plusieurs endroits dans le champ permet de tenir compte de la variabilité de celui-ci lors de la comparaison des performances. Lorsque les variétés sont cultivées et évaluées à un seul endroit de la ferme (pas de parcelles répétées), ceci est considéré comme un essai sans répétition. Lorsque les variétés sont implantées dans plusieurs parcelles en même temps, ceci est considéré comme un essai avec répétition (« replicated trial »). Les essais avec répétitions requièrent plus d’effort et d’attention, mais fournissent des résultats plus précis. La conception expérimentale idéale pour votre projet dépend du type d’information que vous désirez obtenir, des réalités pratiques de votre entreprise et du temps que vous prévoyez y consacrer. Aucun modèle ne peut être calqué d’une ferme à une autre, mais des considérations générales peuvent vous aider à concevoir un essai adapté à vos objectifs.

Sources de variations environnementales

Les conditions variables du champ influencent la performance des plants dans ce même champ. Les sources de variation environnementales incluent :

La pente;
La variation de l’humidité, du drainage ou de l’irrigation du sol;
La variation du type de sol, du pH, de la présence et de l’accessibilité des éléments minéraux et de la matière organique;
L’ensoleillement;
La direction et la force du vent;
La pression des ravageurs, maladies et adventices;
La température (ex. : des poches de froid);
La pollution.

Dispositif expérimental : essais sans répétition

Le choix d’un essai avec ou sans répétition des parcelles se fait selon le degré d’uniformité de votre champ et du type d’information que vous souhaitez obtenir de l’essai. Pour des critères tels que le rendement ou la résistance à une maladie, où la variabilité du champ peut avoir un impact significatif, la répétition est importante, même si votre champ semble uniforme. Pour des caractéristiques de nature plus qualitative telles que la couleur d’un fruit, un essai sans répétition peut être approprié, puisque la caractéristique évaluée dépend moins de la variabilité environnementale. Les essais sans répétition sont généralement conçus pour comparer un large éventail de variétés d’une manière plus préliminaire — pour observer le comportement de plusieurs variétés ou pour déterminer quelles variétés valent la peine d’être incluses dans un futur essai avec répétitions.

Figure 1. Une différence de pression dans une ligne d’irrigation peut contribuer à des variations dans les conditions de croissance, ce qui pourrait fausser les résultats des essais. Être conscient des conditions variables à l’intérieur de votre champ est le premier pas vers la conception d’un essai qui tient compte de cette variabilité.

Malgré son nom, un essai sans répétition implique tout de même une variété « témoin » qui sera implantée dans plusieurs parcelles à travers le champ. Toutes les variétés à l’essai sont quant à elles implantées dans une seule parcelle chacune. Cette approche permet de comparer chaque variété à l’essai à une variété témoin et de faire des observations sur les variétés prometteuses pour votre marché, votre climat et vos pratiques culturales. Une fois l’essai sans répétition complété, vous voudrez possiblement mener un essai avec répétitions afin d’approfondir la réflexion et d’obtenir plus d’information sur les variétés sélectionnées lors du premier triage.

Les essais sans répétition sont utiles pour :

Vérifier des caractéristiques liées à la qualité des semences;
Évaluer la composition générale ou l’uniformité d’une population suffisamment grande (représentative);
Identifier les forces et les faiblesses potentielles d’une variété;
Mener des essais dont la réponse à la question principale est peu susceptible d’être influencée par les variations inévitables du champ (par exemple : est-ce que cette variété est populaire auprès de ma clientèle?);
Observer un plus grand nombre de variétés que ce que permet de faire un essai avec répétitions;
Évaluer si une variété mérite d’être considérée pour un essai avec répétitions.

Tenir compte des variations des conditions du terrain dans un essai sans répétition

Dans un essai sans répétition, chacune des variétés à l’essai est implantée dans une seule parcelle, c’est pourquoi il est important de prêter une attention particulière aux conditions du champ et de s’assurer que celui-ci, ainsi que la gestion des cultures, sont aussi uniformes que possible.

Vous avez probablement une bonne idée des caractéristiques de vos champs et des parties de ceux-ci qui comportent certains « problèmes » et qui risquent de produire des résultats variables en raison de la pente, de la compaction, du changement de type de sol ou de la pression d’eau dans le système d’irrigation. Il faut absolument considérer ces facteurs et ces connaissances lors de la mise en place de l’essai. En effet, il faut éviter toute zone qui comporte une problématique localisée. Placer un essai dans une zone avec une cuvette, ou à l’extrémité d’une ligne d’irrigation qui n’a jamais assez de pression est une mauvaise idée, car les résultats risquent d’être peu représentatifs. Pour repérer de réelles différences entre les variétés, il faut s’assurer que les conditions du champ sont aussi uniformes que possible à l’endroit où se déroule l’essai. Les précédents culturaux et la gestion des cultures lors de l’année précédente devraient également être uniformes. Si possible, l’essai est placé au milieu de la parcelle de production normale pour assurer que la gestion est représentative de votre gestion habituelle pour cette culture. Parfois, ces conditions ne sont pas connues ou ne peuvent pas être anticipées en début de saison et vous ne pouvez donc pas en tenir compte lors de la planification de l’assolement. La répétition des parcelles témoins permet dans une certaine mesure de repérer et tenir compte de ce type de variabilité.

Dans un essai sans répétition, on compare plusieurs parcelles d’une variété témoin avec des parcelles uniques de chacune des variétés « test ». Les parcelles « témoin » sont répétées deux à quatre fois dans le champ, afin de vérifier l’uniformité réelle du champ (voir un exemple d’assolement à la figure 2). Lors de l’analyse des résultats, ces parcelles « témoins » seront utilisées comme point de comparaison pour toutes les parcelles « test ».

Figure 2. Les parcelles « témoins » sont situées de façon à représenter les différentes conditions du champ; Le nombre de plantes par parcelle et le nombre de variétés « test » dépendent de l’envergure et des objectifs de l’essai.

Pour la planification de l’emplacement des parcelles, il faut d’abord répartir les parcelles « témoins » aussi uniformément que possible dans la zone d’essai. Les parcelles « test » sont placées au hasard, dans les emplacements restants. Pour se faire, il est possible de tirer les noms des parcelles d’un chapeau ou d’utiliser un générateur de nombres aléatoires en ligne. Il faut éviter de planter les variétés d’essais dans un ordre non aléatoire, par exemple selon le semencier, car cela peut faire en sorte que toutes les variétés d’une entreprise (qui peuvent aussi être génétiquement apparentées) se retrouvent dans la meilleure ou la pire partie du champ. Il devient alors impossible de distinguer si les bons résultats sont dus à la variété ou aux bonnes conditions du champ. L’ajout d’une bande tampon et la planification d’une gestion des cultures uniforme au sein de votre champ sont très importantes pour un essai sans répétition, et sont abordées plus en détail ci-dessous.

Essais avec répétitions (essais en blocs complets)

Après avoir effectué un essai sans répétition, il est possible que certaines variétés se démarquent et vous semblent plus prometteuses. Il peut alors être intéressant d’effectuer un essai avec répétitions pour déterminer laquelle est véritablement LA meilleure. Les essais avec répétition sont également utiles pour mettre en évidence les différences entre des caractéristiques plus complexes telles que le rendement ou la résistance aux maladies, en particulier lorsque ces caractéristiques sont exprimées de manière inégale dans le champ. Par exemple, si une maladie arrive généralement avec le vent dominant, un bord du champ sera exposé à une pression de maladie plus importante que l’autre côté. La répétition des parcelles des variétés prometteuses aide à tenir compte de ces différences dans le champ, de façon à ce que les résultats de vos essais reflètent les différences réelles entre les variétés testées.

Les essais variétaux avec répétitions sont utiles pour :

Évaluer les traits susceptibles d’être influencés par les variations environnementales, comme le rendement ou la résistance aux maladies ;
Détecter des différences subtiles entre les variétés ;
Obtenir des informations plus fiables à partir de votre essai.

Lors de la conception d’un essai avec répétitions, n’oubliez pas que le but de la répétition est de tenir compte des différences dans les conditions de culture dues aux variations environnementales naturelles et normales de votre champ. Cela nécessite de diviser le champ en « blocs » plutôt que de placer chaque parcelle de façon complètement aléatoire (voir figure 3). C’est ce que l’on appelle un plan d’expérience en blocs complets. C’est le plan d’expérience le plus courant pour les essais de variétés avec répétitions et le seul qui sera abordé dans ce document. Un « bloc » est une section randomisée du dispositif qui comprend une parcelle de chaque variété.

Figure 3. Les blocs devraient être situés et orientés de façon à réduire la variation à l’intérieur de ceux-ci le plus possible; Le nombre de plantes par parcelle, le nombre de blocs et le nombre de variétés « test » peuvent varier.

C’est dans la disposition des blocs que votre connaissance du terrain entre en jeu. En effet, il faut positionner les blocs de manière à ce qu’ils soient aussi uniformes que possible, et que tout gradient de variation dans le champ crée des différences entre les blocs plutôt qu’à l’intérieur de ceux-ci. Pour y arriver, les blocs sont placés de façon perpendiculaire au gradient naturel (voir figure 3). Notez que même avec la répétition et l’analyse statistique, il n’est pas possible de tenir compte parfaitement de la variation dans le champ, il est donc important de choisir un site aussi uniforme que possible lors de la conception d’un essai, même pour un dispositif avec répétitions.

Le nombre de blocs est toujours égal au nombre de répétitions. Ainsi, si vous avez trois blocs, vous aurez trois parcelles de chaque variété, une dans chaque bloc. Une fois que vous avez positionné et orienté les blocs dans votre champ, il faut choisir l’emplacement de chacune des variétés à l’intérieur de chaque bloc au hasard. Sinon, vous pouvez randomiser votre liste de variétés à l’essai dans une feuille de calcul pour créer une carte du champ. Comme pour un essai sans répétition, il est essentiel d’inclure une variété témoin dans un essai en blocs.

Lors de la décision de mettre en place ou non un essai en blocs complets, assurez-vous de considérer le temps nécessaire à la mise en place et l’entretien de celui-ci, ainsi que pour la prise de données. Si vous plantez un essai avec plusieurs blocs, mais que vous n’avez le temps que pour prendre des notes et des mesures sur le premier, les répétitions sont inutiles.

Marquage et cartographie de l’essai

Avant de mettre en place un essai, il faut créer une carte du champ sur laquelle se retrouvent toutes les sources potentielles de variabilité. Les photographies aériennes peuvent se révéler très utiles pour visualiser la variabilité du champ (notez qu’il est possible d’avoir des photos pour différentes années et différentes saisons dans google earth). Indiquez sur la carte ou la photo aérienne toute différence dans le type de sol, le type d’irrigation, les poches de maladies ou de ravageurs que vous connaissez, la direction du vent, l’exposition au soleil, les microclimats et les gradients de température, comme les endroits où l’air froid se draine sur une pente. La carte est un outil qui vous permet de décider de l’emplacement idéal d’un site d’essai ainsi que de décider de l’orientation des blocs pour un essai en blocs complets.

Figure 4. D’un point de vue aérien, il est facile de voir les variations dans les conditions du terrain. Ce sont des considérations importantes lors du choix de l’emplacement des parcelles expérimentales.

Une fois que le site de l’essai est identifié et que le positionnement des blocs est choisi, vous êtes prêt à délimiter le site de l’essai. Vous devez établir la taille des parcelles puis utiliser des drapeaux ou des piquets pour marquer l’emplacement de chacune d’elles dans le champ, en veillant à ce qu’il y ait suffisamment d’espace pour des parcelles de taille égale de chaque variété dans le champ et dans chaque bloc pour les essais en bloc.

Du matériel simple qu’on trouve souvent sur les fermes peut être utilisé pour délimiter les parcelles expérimentales. On peut également se servir de piquets d’arpentage, de piquets cross ou de drapeaux sur piquets en plastique ou en broche. Des piquets en bois maison ou même des bâtons pour mélanger la peinture sont relativement bon marché et sont biodégradables, ce qui est intéressant dans l’éventualité où on en oublierait un dans le champ. Utilisez un marqueur permanent ou, encore mieux, un marqueur avec de l’encre résistante aux UV pour écrire les codes des variétés sur les piquets ou les drapeaux. Si l’encre que vous utilisez n’est pas résistante aux UV, il faut prévoir de réécrire sur les marqueurs au milieu de la saison. Des étiquettes pour identifier les parcelles peuvent aussi être imprimées sur du papier résistant aux intempéries et placées sur des piquets en plastique.

Une fois les parcelles identifiées, il faut s’assurer de prendre en note leur emplacement sur une carte, car les piquets et les étiquettes sont facilement endommagés ou perdus. Assurez-vous de garder cette carte en sécurité pour éviter que tous ces efforts ne soient vains : la carte sur laquelle la disposition des parcelles expérimentales est enregistrée est essentielle à l’analyse des données.

Disposition des parcelles

Afin que nos observations reflètent adéquatement les caractéristiques d’une variété, un nombre de plants (population) minimal par parcelle est nécessaire. Une parcelle plus grande, qui contient un plus grand nombre de spécimens, représentera de façon plus précise la performance de la variété, mais sera plus difficile et plus longue à gérer. Les petites parcelles, sont quant à elles plus susceptibles de produire des données aberrantes, provenant d'erreurs de manipulation ou de culture (ex. fuite de l’irrigation, dommage d’insectes, etc.). Lors de l’évaluation d’hybrides F1 et de lignées pures de cultures autogames, un échantillon représentatif peut être obtenu avec un nombre moins élevé de plantes que si on évalue des variétés à pollinisation libre de cultures allogames, en raison de la variabilité génétique inhérente plus grande dans les populations allogames. Pour les grandes cultures, vous voulez vous assurer que la taille de la parcelle est suffisamment grande pour pouvoir planter avec votre espacement standard. Pour les petites céréales en particulier, le rendement n'est pas mesuré sur la base d'une plante individuelle car il dépend de l'espacement. Vous aurez donc besoin d'une population suffisamment grande pour être représentative à la fois de la variété et de votre stratégie de gestion (voir tableau 1).

Réduire les biais inconscients dans vos essais

Pour plus d’impartialité, vous devriez mettre en place ce qu’on appelle un essai « aveugle ». Dans un tel essai, on assigne un code (une lettre, un chiffre) à chacune des variétés à l’essai au lieu d’identifier les parcelles avec le vrai nom des variétés. Cette pratique permet de réduire tout biais potentiel lors de la collecte des données et de l’évaluation des variétés. Il est essentiel de conserver ce code dans un endroit sûr. Si on perd la clé, l’essai perd toute sa valeur et son utilité.

Figure 5. Des piquets en bois et des drapeaux sont utilisés pour identifier les parcelles expérimentales. On utilise un long ruban à mesurer pour assurer une dimension précise et un espacement idéal des parcelles.

Au tableau 1, vous trouverez le nombre minimal de plants par parcelle. Ces chiffres sont fondés sur la compréhension qu’ont les auteurs de la physiologie de la reproduction des plantes et sur le degré de diversité génétique fonctionnelle que l’on peut s’attendre à observer dans une population pour chaque culture. Bien entendu, ces quantités ne sont pas gravées dans la pierre. Il se peut que vous soyez amené à réduire le nombre de spécimens par parcelle pour, par exemple, accueillir un plus grand nombre de variétés dans un essai ou pour faire tenir l’essai dans un espace restreint, tel qu’une serre. Vous pouvez également opter pour un plus grand nombre de plantes par parcelle afin de garantir un échantillon plus représentatif d’une population diversifiée. Bien que le respect de ces recommandations minimales améliore la précision de votre essai, le fait de les ajuster pour que l’essai fonctionne dans vos circonstances n’invalidera pas vos résultats.

Tableau 1. Nombre minimal de plants par parcelle expérimentale selon la culture

Culture	Nombre de spécimen minimal
Maïs	30
Brassicacées	30
Carotte	50
Radis	50
Tomate/Poivron	10
Courge/Concombre/Courgette	10
Haricot (nain)	30
Haricot (grimpant)	10
Laitue (pommée)	10
Laitue (Feuille)	25
Épinard	25
Pois	30
Céréale	5 m²

Idéalement, les parcelles expérimentales devraient être assez grandes pour être gérées de la même manière que les parcelles en production. Par exemple, si vos choux sont normalement plantés selon un espacement de 36 pouces et sarclé mécaniquement, un essai dans lequel on plante les choux aux 24 pouces et où on sarcle manuellement risque de donner des résultats qui ne sont pas représentatifs des conditions « normales ». Pour de meilleurs résultats, le mieux est d’inclure les parcelles expérimentales à l’intérieur d’un champ en production, de manière à ce que les spécimens des variétés à l’essai subissent les mêmes conditions et pratiques que ceux cultivés pour la production commerciale.

Effets de bordure et concurrence entre parcelles

Des bandes tampons implantées autour de vos parcelles expérimentales permettent de minimiser les effets de bordure. En effet, les conditions subies par les plantes dans les parcelles en périphérie des champs sont toujours moins représentatives; soit elles ont tendance à être plus productives, en raison de la compétition moins grande, soit elles le sont moins, à cause d’une exposition accrue au vent, au soleil, aux herbivores et aux maladies emmenées par le vent. Sans bande tampon, les données provenant de parcelles en périphérie de l’essai peuvent refléter ces influences, obscurcissant l’effet de variété que vous espérez observer. Les bandes tampons doivent être plantées autour de l’essai, sur tous les côtés.

Une autre variable à considérer pour déterminer la taille de la parcelle est le nombre de rangs à inclure par parcelle. Les parcelles à une seule rangée peuvent être appropriées pour certaines cultures, mais peuvent donner des résultats plus variables en raison de la concurrence potentielle entre les variétés dans les rangées adjacentes. Avec trois ou quatre rangs par parcelle, la prise de données peut se faire sur le centre d’un ou deux rangs pour réduire la concurrence entre les parcelles. Comme pour la longueur de la parcelle, le nombre minimal de rangs peut également être déterminé en fonction de l’équipement utilisé (par ex. une transplanteuse).

Figure 6. Les parcelles expérimentales devraient être gérées de la manière la plus similaire possible aux champs dédiés à la production commerciale.

Conseil pour les grandes cultures

Si vous récoltez vos grains à la moissonneuse-batteuse, vous souhaiterez peut-être reproduire les parcelles sous forme de passages complets dans le champ pour récolter et évaluer les rendements à plus grande échelle, tout en vous assurant que la gestion des essais reflète la façon dont vous gérez votre culture commerciale. Alternativement, vous pouvez planter de plus petites parcelles de céréales (~ 5 m²) et récolter à la main pour inclure plus de variétés dans votre essai. Quoi qu'il en soit, assurez-vous d'inclure votre variété standard comme contrôle, puis d'extrapoler les rendements relatifs en fonction du rendement de cette année pour la variété standard en production.

Figure 7. Les fermes de grandes cultures peuvent craindre que des essais sur des petites parcelles, qui nécessitent qu’on les sème et qu’on les récolte à la main, ne soient pas représentatifs de leur système de production. Dans ces circonstances et afin d’être en mesure de mettre en œuvre les pratiques habituelles, il peut être intéressant de planifier un essai un peu plus important.

Étude de cas no.1

Jamie Kitzrow de l’entreprise Springhill Farm cultive des fenouils de la variété « Orion », mais se demande si une autre variété pourrait produire des résultats plus intéressants.

Afin de répondre à sa question, il décide de mettre en place un essai en blocs complets à la ferme. Après avoir fait des recherches sur les variétés de fenouils, Jamie décide d'en comparer 6: 5 nouvelles variétés en plus de la variété standard « Orion ». Jamie commence par attribuer un code à chacune des variétés qu’il testera : A = « Zefa Fino », B = « Perfection », C = « Fino », D = « Orbit », E = « Orion » et F = une variété inédite offerte par une compagnie de semences de confiance. Il sème ensuite 1 plateau de chaque variété et planifie des parcelles dans lesquelles seront transplantés 50 fenouils.

Pour le site de l’essai, Jamie choisit un endroit relativement uniforme, sans pente et bien drainé. Il sait cependant que ce site a un gradient de composition du sol ; la partie plus au sud est plus argileuse alors que la partie plus au nord est un loam. Afin de s’assurer que la prise de données permette de répondre à sa question, Jamie délimite 3 blocs le long du gradient de composition du sol (voir figure 3).

Chaque bloc contiendra 6 parcelles expérimentales, une de chaque variété. Chaque parcelle expérimentale contiendra 50 spécimens de fenouil. Jamie prépare donc 3 planches pour l’essai, au milieu de son champ de fenouil régulier afin de minimiser l’effet de bordure et de standardiser la gestion. Il randomise l’ordre de l’emplacement des variétés dans chacun des blocs grâce à la fonction “=ALEA ()” dans Microsoft Excel. Ensuite, il inscrit le code de chacune des variétés et le numéro du bloc sur des piquets. Par exemple, la variété A dans le bloc 1 est identifiée A-1, la variété B dans le bloc 1 est identifiée B-1 et la variété D dans le bloc 3 est identifiée D-3. Après avoir identifié l’emplacement des parcelles sur une carte, il place les piquets d’identification et transplante 50 fenouils dans chaque parcelle (300 par bloc), Jamie dessine un plan de son champ et le range dans un endroit sûr.

Répétition de l’essai à travers les années

Pour les essais sans répétition comme pour les essais en blocs complets, il est important de refaire le même essai sur au moins une autre année. Si une variété échoue complètement elle peut être abandonnée, mais les variétés avec un bon potentiel devraient être mises à l’épreuve plus d’une fois avant d’être utilisées à grande échelle. Chaque saison est unique et il est important de s’assurer qu’une nouvelle variété est adaptée à toute la gamme des conditions environnementales possibles sur votre ferme.

Uniformité dans les pratiques de gestion

L’uniformité dans les pratiques de gestion des cultures est très importante dans les essais avec ou sans répétitions. Les variétés et les blocs dans l’essai devraient tous subir les mêmes opérations et recevoir les mêmes intrants (itinéraire de préparation du sol, fertilisation, désherbage, traitements phytosanitaires) qu’un champ en production. Si les pratiques ne sont pas les mêmes, les différences observées pourraient être le résultat de ces traitements inégaux plutôt que d’une différence génétique réelle.

Figure 8. Les conditions de terrain pour l'essai doivent être gérées de la même manière que pour une culture de production, y compris l'espacement, la fertilisation et le désherbage.