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# Évaluation de nouvelles modalités d'implantation de miscanthus x giganteus et miscanthus sinensis dans un réseau d'essais en régions Île de France et Centre

Malick S Ouattara

► To cite this version:

Malick S Ouattara. Évaluation de nouvelles modalités d'implantation de miscanthus x giganteus et miscanthus sinensis dans un réseau d'essais en régions Île de France et Centre. Agronomie. 2019. hal-05164011

HAL Id: hal-05164011

https://hal.inrae.fr/hal-05164011v1

Submitted on 16 Jul 2025

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# Mémoire

présenté par

Malick Sidiki OUATTARA

Master Agrosciences, Environnement, Territoires, Paysage, Forêt
Parcours « De l'Agronomie à l'Agroécologie »

## Évaluation de nouvelles modalités d'implantation de miscanthus x giganteus et miscanthus sinensis dans un réseau d'essais en régions Île de France et Centre

Pour l'obtention du diplôme de
Master Agrosciences, Environnement, Territoires, Paysage, Forêt

Enseignant responsable du stage : Marie-Odile BANCAL

Maître de stage : Chantal LOYCE

Soutenu le 28 Juin 2019
# Engagement de non plagiat

## ① Principes

- Le plagiat se définit comme l'action d'un individu qui présente comme sien ce qu'il a pris a autrui.

- Le plagiat de tout ou parties de documents existants constitue une violation des droits d'auteur ainsi qu'une fraude caractérisée

- Le plagiat concerne entre autres : des phrases, une partie d'un document, des données, des tableaux, des graphiques, des images et illustrations.

- Le plagiat se situe plus particulièrement à deux niveaux : Ne pas citer la provenance du texte que l'on utilise, ce qui revient à le faire passer pour sien de manière passive. Recopier quasi intégralement un texte ou une partie de texte, sans véritable contribution personnelle, même si la source est citée.

## ② Consignes

- Il est rappelé que la rédaction fait partie du travail de création d'un rapport ou d'un mémoire, en conséquence lorsque l'auteur s'appuie sur un document existant, il ne doit pas recopier les parties l'intéressant mais il doit les synthétiser, les rédiger à sa façon dans son propre texte.

- Vous devez systématiquement et correctement citer les sources des textes, parties de textes, images et autres informations reprises sur d'autres documents, trouvés sur quelque support que ce soit, papier ou numérique en particulier sur internet.

- Vous êtes autorisés à reprendre d'un autre document de très courts passages in extenso, mais à la stricte condition de les faire figurer entièrement entre guillemets et bien sur d'en citer la source.

## ③ Sanction : 
En cas de manquement à ces consignes, le département SIAFEE se réserve le droit d'exiger la réécriture du document, dans ce cas la validation de l'Unité d'Enseignement ou du diplôme de fin d'études sera suspendue.

## ④ Engagement :

Je soussigné (e) Malick Sidiki QUATTARA

Reconnaît avoir lu et m'engage à respecter les consignes de non plagiat

A Paris le 14/06/2019

Signature :

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Cet engagement de non plagiat doit être inséré en début de tous les rapports, dossiers, mémoires.
Table des matières

<table><tr><td>Remerciements</td><td>iv</td></tr><tr><td>Sigles et abréviations</td><td>v</td></tr><tr><td>Liste des figures</td><td>vi</td></tr><tr><td>Liste des tableaux</td><td>vi</td></tr><tr><td>Liste des annexes</td><td>vi</td></tr><tr><td>Résumé</td><td>vii</td></tr><tr><td>Abstract</td><td>viii</td></tr><tr><td>Introduction</td><td>1</td></tr></table>

A- CONTEXTE ET PROBLEMATIQUE 2

I. Éléments de contexte 2

I.1.1 Des usages variés de miscanthus x giganteus 2

I.2. Contexte scientifique : le projet « Biomass For The Future » 2

II. Etat de l'art de la littérature scientifique 2

II.1. Morphologie et écophysiologie du miscanthus 2

II.1.1. Miscanthus x giganteus 2

II.1.2. Miscanthus sinensis 3

II.2. Conduite du miscanthus 3

II.3. Élaboration du rendement : effets conjoints des états du peuplement, des états du milieu, des caractéristiques permanentes du sol et des pratiques 4

II.4. Quelle contribution du miscanthus à la séquestration du carbone dans le sol ? 6

III. Problématique 7

B- MATÉRIEL ET MÉTHODE 8

I. Le dispositif expérimental étudié : un réseau d'essais multilocal en régions Ile de France et Centre 8

I.1. Présentation du réseau d'essais 8

II. Conduite de l'essai 12

II.1. Mesures et observations mobilisées pour ce stage 12

II.1.1. Mesures sur le peuplement végétal 12

II.1.1.1. Estimation du rendement et des composantes du rendement (hiver 2015 à hiver 2019) 12

II.1.1.2. Prélèvement de plante en juillet pour l'estimation des teneurs en azote, de la matière sèche aérienne et du LAI 13

II.1.2. Mesures sur le sol 13

II.1.2.1. Estimation du carbone du sol 13

II.1.2.2 Mesure de la densité apparente 13

II.1.2.3. Réalisation d'un profil de sol pour estimer la profondeur d'enracinement 13

II.1.2.4. Analyse physico-chimique des sols 14

III. Analyse des données 14

III.1. Comparaison des rendements de miscanthus x giganteus et miscanthus sinensis sur l'ensemble des sites-années 14
<table><tbody><tr><td>III.2. Identification des facteurs limitants explicatifs des variations de rendements</td><td>15</td></tr><tr><td>III.2.1. Mode de calcul des indicateurs candidats</td><td>15</td></tr><tr><td>III.2.2. Méthode d'identification des indicateurs candidats</td><td>16</td></tr><tr><td>III.4. Comparaison de l'évolution du carbone du sol sous culture de miscanthus x giganteus et de miscanthus sinensis</td><td>17</td></tr><tr><td><strong>C- RÉSULTATS</strong></td><td><strong>17</strong></td></tr><tr><td>I. Analyse des rendements</td><td>17</td></tr><tr><td>I.1. Effet des traitements sur les rendements du miscanthus</td><td>17</td></tr><tr><td>I.2. Évolution temporelle des rendements</td><td>18</td></tr><tr><td>I.3. Élaboration du rendement : relation entre les composantes du rendement</td><td>19</td></tr><tr><td>I.4. Identification des indicateurs expliquant les variations de rendement</td><td>21</td></tr><tr><td>I.4.1. Cas des traitements avec miscanthus x giganteus</td><td>21</td></tr><tr><td>I.4.2. Cas des traitements avec miscanthus sinensis</td><td>22</td></tr><tr><td><strong>D- DISCUSSION</strong></td><td><strong>25</strong></td></tr><tr><td>I. Des rendements contrastés entre génotypes et entre site-années</td><td>25</td></tr><tr><td>I.1. Comparaison des rendements et des composantes du rendement entre miscanthus x giganteus et miscanthus sinensis</td><td>25</td></tr><tr><td>I.2. Une origine de la variabilité des rendements entre sites-années différente selon le génotype</td><td>26</td></tr><tr><td>II. Quel mode d'implantation privilégier pour ces deux espèces ?</td><td>27</td></tr><tr><td>III. Un stockage de carbone au bout de cinq ans sur les 5 premiers cm de sol</td><td>27</td></tr><tr><td>Conclusion</td><td>29</td></tr><tr><td>Bibliographie</td><td>30</td></tr><tr><td>Annexe</td><td>34</td></tr></tbody></table>
Remerciements

La réalisation de ce mémoire de master n'aurait été possible n'eut été le concours de plusieurs personnes,
grâce auxquelles mon stage à l'UMR Agronomie INRA-AgroParisTech fut pour moi une expérience
fructueuse.

Je voudrais témoigner tout d'abord, toute ma reconnaissance et ma gratitude à Chantal LOYCE, ma
maître de stage pour l'assistance, la rigueur scientifique et sa constante disponibilité tout au long de mon
stage. Le climat dans lequel s'est déroulé mon stage est tout à son honneur.

Mes remerciements à Arnaud BUTIER, mention spéciale pour ce dynamisme, l'efficacité et surtout
l'agréable ambiance dont il a fait montre durant tout mon stage notamment pour les activités de terrain
et de compilation des données.

Mes remerciements à Marie-Odile BANCAL, pour l'implication, la disponibilité et les multiples apports
qui m'ont permis d'appréhender plusieurs subtilités de mon sujet, surtout l'aspect écophysiologique.

A l'équipe du projet BFF et particulièrement à Pierre MALVOISIN, Magali BERTHOU, Gaëlle AUBERT et Dominique ROMELOT pour l'assistance lors de nos passages sur leur parcelle et pour toutes les informations complémentaires fournis pour l'analyse des résultats.

Mes remerciements à Alexandra JULIEN et Safia MEDIENE mes responsables de master qui m'ont été
d'une grande écoute durant tout le master AAE et leur conseil avisé pour le choix de mon stage.

A mes co-stagiaires, aux collègues, ainsi qu'a tout le personnel de l'unité je leur dis merci pour les
contributions diverses et l'accueil chaleureuse. Plus particulièrement, mes pensées vont à l'endroit de
Claudine FERRANE ma marraine, Michele FANUCCI et Gentiane MAILLET.

Merci à Anabelle LAURENT, Margot LECLERE, Thomas DELAUNE, Michel TURBET-DELOF et
Mathilde CHEN pour leur disponibilité quand j'avais des difficultés avec R.
Sigles et abréviations

BFF : Biomass For the Future

COS : Carbone Organique du Sol

ETM : Elément Trace Métallique

GES : Gaz à Effet de Serre

HAP : Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques

INN : Indice de Nutrition Azoté

Ks : Indicateur de stress hydrique

LAI : Leaf Area Index

MR : Mode de Récolte

MS : Matière sèche

MS : Matière sèche

NbJG : Nombre de jour de gel

NbJGC : Nombre de jour de gel consécutif maximum

PCB : PolyChloroBiphényl

RMT : Réseau Mixte Technologique

RU : Réserve Utile

SDJ : Somme des Degrés-Jour
## Liste des figures

<table><tr><td>Figure 1 : Évolution pluriannuelle de la culture de miscanthus x giganteus et de miscanthus sinensis</td><td>4</td></tr><tr><td>Figure 2 : Schéma d'élaboration du rendement du miscanthus</td><td>6</td></tr><tr><td>Figure 3 : Localisation des essais</td><td>10</td></tr><tr><td>Figure 4 : Évolution des précipitations (a) et du bilan climatique (P-ETP) (b) de 2013 à 2018. (Période considérée : du 1er mars au 15 octobre)</td><td>10</td></tr><tr><td>Figure 5 : Exemple de dispositif expérimental sur un site</td><td>11</td></tr><tr><td>Figure 6 : Présentation des traitements sur l'essai d'Evry</td><td>11</td></tr><tr><td>Figure 7 : Exemple d'estimation de la profondeur d'enracinement à partir de la grille. Cas de l'essai de Subdray</td><td>14</td></tr><tr><td>Figure 9 : Effet des traitements sur le rendement du miscanthus</td><td>18</td></tr><tr><td>Figure 8 : Évolution des rendements de miscanthus x giganteus en G_r-sd (a) et de miscanthus sinensis en S_p-sd (b) de 2014 à 2019 pour les différents sites du réseau d'essais</td><td>19</td></tr><tr><td>Figure 10 : Relation entre le rendement et le poids d'une tige (a), entre le rendement et le nombre de tiges (b) et entre le poids d'une tige et le nombre de tiges</td><td>20</td></tr><tr><td>Figure 11 : Relation entre le LAI et le nombre de tiges/ha (a) et la relation entre le rendement et le LAI (b)</td><td>20</td></tr><tr><td>Figure 12 : Relation entre le nombre de tiges/ha et le nombre de pieds/m²</td><td>21</td></tr><tr><td>Figure 13 : Evolution du rendement en fonction de l'âge de la culture (Age) et du nombre de jours de gel (NbJG)</td><td>22</td></tr><tr><td>Figure 14 : Évolution du rendement en fonction de la somme de degrés-jours de l'année précédente, de l'âge de la culture (Age) et de l'indicateur de stress hydrique (Ks)</td><td>23</td></tr><tr><td>Figure 15 : Relation entre le stock de carbone en 2019 et le stock de carbone en 2014 sur le réseau d'essais pour l'horizon 0-5 cm (a) et 5-30 cm(b)</td><td>24</td></tr><tr><td>Figure 16 : Stock de carbone en 2014 et 2019 pour les horizons 0-5 cm (a), 5-30 cm (b) et 0-30 cm (c)</td><td>25</td></tr></table>

## Liste des tableaux

<table><tr><td>Tableau I : Localisation et caractérisation des sites du réseau d'essais</td><td>9</td></tr><tr><td>Tableau II : Relation entre les indicateurs de facteurs limitants candidats et le rendement de miscanthus x giganteus : résultats issus du mélange de modèles (avant et après ré-échantillonnage)</td><td>22</td></tr><tr><td>Tableau III : Relation entre les indicateurs de facteurs limitants candidats et le rendement de miscanthus sinensis</td><td>23</td></tr><tr><td>Tableau IV : Analyse de variance du stock de carbone entre 2014 et 2019</td><td>25</td></tr></table>

## Liste des annexes

<table><tr><td>Annex1 : Evolution du nombre de pieds/ha du site de Versailles de 2015 à 2019</td><td>34</td></tr></table>
Résumé

Le miscanthus est une culture pérenne en C4 dont la lignocellulose peut être utilisée comme une alternative intéressante à l'utilisation de ressources fossiles pour produire de l'énergie ou des biomatériaux. Une seule espèce est essentiellement cultivée en France à savoir miscanthus x giganteus qui est un clone stérile. Cela est source d'une perte de diversité génétique et un coût d'implantation (via des rhizomes) très élevé (de l'ordre de 3000 €/ha). Le présent stage vise à évaluer au champ au sein d'un réseau d'essais différents modes d'implantation de deux espèces (miscanthus x giganteus et miscanthus sinensis) afin de comparer leurs rendements, d'identifier les principaux facteurs expliquant la variabilité des rendements entre sites-années et d'évaluer la capacité de stockage de carbone dans le sol de ces deux espèces au bout de cinq ans de production.

Pour ce faire, un réseau multilocal et pluriannuel a été mis en place en régions Île de France et Centre. Quatre traitements ont été mis en place au printemps 2013 sur chaque site : miscanthus x giganteus planté sous forme de rhizomes (G_r-sd) ; des plants de miscanthus sinensis K1399 issus de graines, repiqués (S_p-sd) ; un traitement identique au S_p-sd mais en double densité (S_p-dd) ; des plants de miscanthus x giganteus issus de rhizomes, repiqués (G_p-sd). L'analyse porte sur les rendements obtenus de 2014 (production de mulch) à 2019. Une ANOVA a été utilisée pour comparer le rendement, ainsi que la variation du stock de carbone pour les traitements G_r-sd et S_p-sd. Un mélange de modèles avec ré-échantillonnage a été mis à contribution pour déterminer les principaux facteurs limitants explicatifs du rendement pour chaque espèce.

Tout d'abord, il ressort de notre étude que le mode d'implantation à partir de plants repiqués est possible pour les deux espèces, que la double densité n'augmente pas les rendements de miscanthus sinensis. Nos résultats montrent que miscanthus x giganteus a obtenu des rendements en moyenne plus élevés que miscanthus sinensis, avec comme rendements moyens sur l'ensemble des site-années 8,4 t MS/ha et 5,7 t MS/ha, respectivement. Par ailleurs, les rendements de miscanthus x giganteus ont été plus variables que ceux de miscanthus sinensis. La variabilité des rendements de miscanthus x giganteus est surtout liée au poids des tiges (compris entre 10 g et 46,4 g) tandis que celle de miscanthus sinensis dépend du nombre de tiges par ha (qui varient de 358 750 à 1 539 791 tiges par ha). L'âge de la culture a été identifié comme indicateur expliquant la variabilité de rendement pour les deux espèces. Le nombre de jours de gel explique également une partie des variations de rendement pour miscanthus x giganteus, tandis que la somme des degrés-jour de l'année précédente et l'indicateur de stress hydrique apparaissent comme variables explicatives des rendements de miscanthus sinensis. Au final, avec ces différents indicateurs, nous expliquons 52% et 42% de la variabilité des rendements pour miscanthus sinensis et miscanthus x giganteus, respectivement. La nutrition minérale (N, P et K), que nous n'avons pas encore intégré dans cette étude pourrait expliquer une partie de la variabilité non prise en compte par les indicateurs candidats que nous avons estimés. Entre 2014 et 2019, le stockage de carbone dans le sol a augmenté significativement sur l'horizon 0 – 5 cm (de 1,2 t C/ha), sans différence significative entre les deux espèces, tandis que l'évolution du stock de C sur l'horizon 5 – 30 cm n'est pas significative.

Mots clé : Rendement, Composantes du rendement, Stock de carbone, Essais multilocaux et pluriannuels.
**Abstract**

Miscanthus is a perennial C4 crop whose lignocellulose can be used as an interesting alternative to fossil resources for energy or biomaterial production. Only one species is mainly cultivated in France, namely *miscanthus x giganteus*, which is a sterile clone. This leads to a loss of genetic diversity and a very high cost of implantation (from rhizomes) amounting to 3000 €/ha. The aim of this internship is to assess within a multi-environment trial, several establishment methods for two species (*miscanthus x giganteus* and *miscanthus sinensis*) in order to compare their yields, identify the main factors explaining the variability in yields across site-years and assess the effect of these two species on carbon storage after five years of production.

To achieve that, a multi-local and multi-year network was set up in the Île de France and Center regions. Four treatments were implemented in spring 2013 at each site: *miscanthus x giganteus* established from rhizomes (G_r-sd); transplanted *miscanthus sinensis* K1399 seedlings, transplanted (S_p-sd); identical treatment as S_p-sd but in double density (S_p-dd); transplanted *miscanthus x giganteus* seedlings obtained from rhizomes (G_p-sd). Our analysis focused on yields from 2014 (mulch production) to 2019. An ANOVA was used to compare the yield across treatments and site-years, as well as the variation in carbon stock for the G_r-sd and S_p-sd treatments between 2014 and 2019. A mixed-model with re-sampling was used to determine the main limiting factors that explain the yield for each species.

First of all, it appears from our study that the establishment method from transplanted plants is possible for both species. Besides, double density does not increase the yields of *miscanthus sinensis*. Our results also showed that *miscanthus x giganteus* had higher average yields than *miscanthus sinensis*, with average yields across site-years of 8.4 t MS/ha and 5.7 t MS/ha, respectively. In addition, yields of *miscanthus x giganteus* were more variable than those of *miscanthus sinensis*. The variability of *miscanthus x giganteus* yields is mainly related to stem weight (between 10 g and 46.4 g) while yields of *miscanthus sinensis* depend on the number of stems per ha (which varies from 358 750 to 1 539 791 stems per ha). Crop age was identified as an indicator explaining yield variability for both species. The number of frost days also explains a part of yield variability for *miscanthus x giganteus*, while the sum of degrees day of the previous year and the water stress indicator appeared explain a part of *miscanthus sinensis* yield variability. With these indicators, we explain 52% and 42% of yield variations for *miscanthus sinensis* and *miscanthus x giganteus*, respectively. Mineral nutrition (N, P and K), which we have not yet included in this study, could explain some of the variability not taken into account by the candidate indicators we estimated. Between 2014 and 2019, soil carbon storage increased significantly over the 0 - 5 cm layer (by 1.2 t C/ha), with no significant difference between the two species, while the evolution of the C stock over the 5 - 30 cm layer is not significant.

Keywords: Yield; Yield components; Carbon stock; Multi-environment trial.
## Introduction

Les évaluations environnementales de la biomasse agricole utilisée comme matière première pour la production d'énergie (IEA, 2009) sont de plus en plus demandées pour comprendre l'actif réel des bioénergies, notamment en matière d'émissions de gaz à effet de serre -GES- (Morandi et al., 2016). 77% des énergies renouvelables (qui représentent 10% de l'énergie mondiale (IEA et al., 2010) proviennent de la biomasse produite par les plantes (cultures et forêts). Cette biomasse lignocellulosique peut aussi contribuer à l'élaboration de biomatériaux. L'une des espèces végétales mobilisée est *miscanthus x giganteus*. Il s'agit d'une culture pérenne dont la lignocellulose peut être utilisée comme une alternative intéressante à l'utilisation de ressources fossiles pour produire de l'énergie ou des biomatériaux. Les surfaces de cette culture de *miscanthus x giganteus* sont en progression en Europe (Cadoux et al., 2012). Cette culture présente un rendement potentiel élevé, une qualité stable de sa biomasse et des nuisances environnementales faibles (Lewandowski et al., 2003). En effet, les besoins en fertilisants et en protection phytosanitaire sont faibles, ce qui limite les risques de pertes d'N et de pesticides dans l'environnement. Elle est en outre connue pour jouer un rôle de phytoremédiation en absorbant les métaux lourds dans des sols très pollués (Pidlisnyuk et al., 2019). Enfin, l'implantation du *miscanthus* occasionne des changements dans les stocks de carbone organique du sol (COS), entraînent ainsi séquestration du carbone (Hasting et al., 2009).

Toutefois, cette culture présente des coûts d'implantation élevés liés aux coûts des rhizomes, associés à des risques de pertes de plants suite à l'implantation. Il n'est pas possible de semer *miscanthus x giganteus* car c'est un clone dont les graines sont stériles. Par ailleurs, pour obtenir une production importante de biomasse, *Miscanthus x giganteus* exige pour sa culture des conditions de milieu favorables, notamment une réserve utile en eau du sol (RU) élevée et une température favorable à la reprise. Enfin, utiliser un seul clone présente des inconvénients : perte de diversité génétique, risque de développement des bioagresseurs sans recours possible à une résistance génétique. Une alternative serait de cultiver une autre espèce, *miscanthus sinensis*, dont les graines sont fertiles. Cette espèce est connue pour être moins productive que *miscanthus x giganteus* mais plus rustique (tolérante au stress hydrique) vis-à-vis de l'eau (Zub et Brancourt-Hulmel, 2009), ce qui lui permet de s'adapter à des sols moins pourvus en eau.

Le présent stage vise à évaluer de nouvelles conduites de miscanthus x giganteus et de miscanthus sinensis dans un réseau d'essais multilocal et pluriannuel en régions Île de France et Centre. Pour miscanthus sinensis, l'idée est de repiquer des plants issus de graines (avec à terme l'idée de mécaniser cette opération) pour limiter des risques de pertes de plants liés à l'implantation à partir de rhizomes et d'évaluer l'impact de la double densité sur les rendements. Pour miscanthus x giganteus, il s'agit de voir si cette culture peut donner lieu à une production intéressante en repiquant des plants produits à partir de rhizomes (dans la perspective de faire à terme un repiquage à partir de plants, qui seraient issus de nouvelles graines non stériles).

Le présent stage vise à réaliser une analyse comparative pluriannuelle de ces deux espèces sous différents modes d'implantation, diverses conditions du milieu (sol et climat), sur le plan de leur rendement (en cherchant à identifier les principaux facteurs à l'origine des variations de rendement observées) et du stockage du carbone dans le sol.

Dans ce mémoire, nous commencerons par situer le contexte dans lequel cette étude est menée. Par la suite, nous ferons un état de l'art de la littérature scientifique, à l'issue duquel nous énoncerons la problématique de l'étude. Les matériels et méthodes seront ensuite détaillés. Nous terminerons par une présentation des résultats, qui sera suivie d'une discussion.
# A- CONTEXTE ET PROBLEMATIQUE

## I. Éléments de contexte

### I.1.1 Des usages variés de miscanthus x giganteus

Les usages potentiels de miscanthus x giganteus sont variés. Les débouchés sont rencontrés en France :

- production de biomatériaux, notamment dans la construction de maisons à partir de parpaings conventionnels en représentant 60% du volume de ce produit (en remplacement du sable et du gravier habituel). L'incorporation du miscanthus permet aux murs de davantage « respirer », ce qui évite la formation de condensation au milieu du mur. De plus, c'est un produit idéal pour l'isolation dans les deux sens : fraîcheur et chaleur (Robinet, 2008).

- production de plastique renforcé pour les revêtements de voitures. Miscanthus x giganteus peut être intégré dans la fabrication de volants, de pare-chocs ou d'enjoliveurs.

- production de bioenergie à partir de la méthanisation ou d'une combustion dans des chaudières. Le pouvoir calorifique du miscanthus est plus élevé que celui des plaquettes de bois humide du fait de son taux d'humidité plus faible. Son pouvoir calorifique est supérieur à celui des plaquettes de bois. Comme le bois, le miscanthus peut être déchiqueté puis pressé en briquettes ou en granulés. C'est sous forme de granulés que le miscanthus peut au mieux remplacer le bois, sans que l'installation ne doive être modifiée (ValBiom, 2009).

### I.2. Contexte scientifique : le projet « Biomass For The Future »

Notre étude se situe dans le cadre du projet BFF (Biomass For the Future), qui vise à relever deux défis essentiels qui ralentissent le développement des biomasses agricoles comme matière première : (i) l'investissement dans la sélection de cultivars spécialisés et (ii) le regroupement des acteurs locaux le long des chaînes de valeur. Le projet comprend trois volets, chacun décliné sur le sorgho et sur le miscanthus : (i) un volet génétique (ii) un volet agronomique et (iii) un volet sur la valorisation. Ces volets sont travaillés par un réseau de partenaires scientifiques et non scientifiques (ex : agriculteurs, industries de transformation) dont la contribution est importante dans la chaine de valeur. Ce stage se focalisera sur le volet agronomique de la culture du miscanthus (miscanthus x giganteus et miscanthus sinensis). L'un des avantages d'une matière première agricole est qu'elle peut être produite localement, à proximité de ses sites de transformation. Pour le miscanthus, le projet BFF s'est centré sur les régions Ile de France et Centre.

## II. Etat de l'art de la littérature scientifique

### II.1. Morphologie et écophysiologie du miscanthus

#### II.1.1. Miscanthus x giganteus

Miscanthus x giganteus est un clone, issu du croisement entre miscanthus sinensis et miscanthus sacchariflorus, ce qui interdit toute amélioration variétale. Morphologiquement, il présente peu de talles et des feuillages peu abondants et reparties surtout en hauteur vers l'apex des tiges. La richesse de sa tige en lignocellulose est la principale raison de sa culture.

Miscanthus x giganteus est une graminée pérenne dont la durée de culture peut varier de 15 à 20 ans. C'est aussi une plante en C4. Cette caractéristique lui confère une capacité de production de biomasse importante car les plantes en C4 ont une efficience d'utilisation du rayonnement lumineux élevée, donnant lieu à une meilleure performance photosynthétique par rapport aux plantes en C3.

Miscanthus x giganteus quitte la dormance hivernale des rhizomes et commence sa croissance lorsque les températures du sol s'élèvent et atteignent entre 10 et 12°C, tandis que l'expansion des feuilles se produit entre 5 et 10°C (Clifton-Brown, 1997). Dans les conditions climatiques rencontrées en France, le miscanthus peut ne pas atteindre le stade floraison si les températures ne sont pas suffisamment élevées.
Comme évoqué plus haut, les exigences en eau de *miscanthus x giganteus* sont élevées (Milovanović *et al.*, 2011). En revanche, *Miscanthus x giganteus* n’est pas exigeant en azote et on observe souvent une conduite de cette culture sans apport d’azote, qui se justifie par trois principaux éléments : (i) l’absorption et l’efficacité d’utilisation élevées des éléments nutritifs (ii) le cycle des éléments nutritifs entre la biomasse aérienne et souterraine, (iii) la chute des feuilles avant récolte assurant une restitution des éléments nutritifs au sol (Cadoux *et al.* 2012).

Le stockage de l'azote dans les rhizomes du miscanthus en fin de cycle annuel est un élément clé explicatif de la bonne reprise végétative après la récolte. Le phosphore (P) et le potassium (K) sont également recyclés dans une certaine mesure par la décomposition de la litière, en particulier pour les récoltes tardives (après la chute des feuilles). Cependant, malgré ces mécanismes, les éléments P et K sont exportés dans la biomasse récoltée, ce qui peut entraîner l'épuisement des stocks d'éléments nutritifs du sol à long terme (Dufossé et al. 2014).

II.1.2. *Miscanthus sinensis*

*Miscanthus sinensis* possède des caractéristiques similaires à *miscanthus x giganteus* notamment de faibles besoins en azote et une richesse de sa tige en lignocellulose. Les différents stades du développement de *miscanthus x sinensis* sont identiques à ceux de *miscanthus x giganteus*. Cependant *miscanthus sinensis* est plus précoce que *miscanthus x giganteus* du fait de sa température de base plus faible (Zub et Brancourt-Hulmel, 2009).

Toutefois, *miscanthus sinensis* présente certaines différences morphologiques et physiologiques. En effet, contrairement à *miscanthus x giganteus*, *miscanthus sinensis* produit plus de tiges grâce à un tallage plus important. Les tiges produites pèsent cependant moins lourd que celles de *miscanthus x giganteus*, ce qui explique son rendement moins élevé. Les tiges de *miscanthus sinensis* sont moins hautes que celles de *miscanthus x giganteus*, et comportent moins de feuilles que *miscanthus giganteus* (Lewandowski *et al.*, 2000). Enfin, comme évoqué plus haut, les graines de *miscanthus sinensis* sont fertiles contrairement à celles de *miscanthus x giganteus*.

Du point de vue des stress abiotiques, Clifton-Brown et Lewandowski (2000) et Farrell et al. (2006) ont montré que *miscanthus sinensis* résiste mieux au gel que *miscanthus x giganteus*. A une température pour laquelle 50% des plants de *miscanthus x giganteus* sont gelés (morts), on observe que 85-99% des plants de *miscanthus sinensis* sont résistants (Clifton-Brown et Lewandowski, 2000). Les rhizomes de *miscanthus x giganteus* meurent à -3,4 °C, alors que ceux de *miscanthus sinensis* résistent jusqu'à -5,4 °C (Clifton-Brown et al., 2001).

En outre, *miscanthus sinensis* se comporte bien face au stress hydrique : il reste longtemps vert (Clifton-Brown *et al*., 2002).

II.2. Conduite du miscanthus

L'implantation se fait au printemps (Figure 1, partie gauche). *Miscanthus x giganteus* est implanté à partir de rhizome et *miscanthus sinensis* à partir de plants issus de graines. La plante absorbe les éléments nutritifs en première année pour assurer son développement et effectuer sa photosynthèse (Figure 1). Le rythme de croissance en première année est lent car la culture constitue ses réserves (croissance du rhizome). Cela l'expose à une forte concurrence avec des adventices. La perte des feuilles en automne (Figure 1) avant la récolte permet de constituer du mulch sous la culture. Lors de cette phase, l'azote de la plante est transféré et stockée dans le rhizome. Les récoltes sont suivies par une reprise de végétation qui utilise l'azote stocké précédemment pour la croissance de la culture (Christian *et al.*, 2006 ; Strullu *et al.*, 2011). Le mulch constitué au cours des années va contribuer à séquestrer du carbone dans le sol (Strullu *et al.*, 2013 ; Ferchaud *et al.*, 2015 ; Poopleau et Don, 2014). Il va enfin permettre d'étouffer les adventices.

La production de la première année est faible et ne permet pas de rentabiliser la récolte : la culture est donc broyée pour former du mulch. Les récoltes sont ensuite annuelles avec une augmentation des rendements pour les trois à cinq années à venir avant de se stabiliser pour 12 à 16 ans puis s'en suit une
diminution progressive des rendements annuels (Lesur et al., 2013). La récolte s'effectue à la fin de l'hiver (Figure 1) et la plante peut rester en place jusqu'à 20 à 25 ans (Lewandowski et al., 2003). Ces récoltes pluriannuelles réduisent les consommations énergétiques et les coûts nécessaires à la replantation annuelle. Les rendements moyens sont compris entre 10 et 25 t de MS par ha en Europe (Lewandowski et al., 2000).

En tant que graminée pérenne, le *miscanthus* présente un certain nombre d'avantages environnementaux, dont la faible utilisation de pesticides pour lutter contre les adventices et protéger les cultures (il n'y a pas de ravageur ou de champignon pathogène connu pour cette culture). Cependant, il est très important de lutter efficacement contre les adventices au cours de la première année afin d'éviter qu'elles n'impactent négativement l'établissement de la culture. La première année, un désherbage mécanique ou chimique peut être effectué entre les rangs (Lewandowski *et al.*, 2018).

En général, l'épandage d'engrais est basé sur des calculs pour compenser le retrait d'éléments nutritifs par la biomasse récoltée. En raison du faible rendement dans la phase d'établissement de la culture, il n'est pas recommandé d'appliquer d'engrais pendant les deux premières années suivant la plantation, à moins d'être sur des sols pauvres. Les apports maximum que l'on peut envisager à partir de la deuxième année sont de 50 kg/ha de P et 100 kg/ha de K (Chambre d'agriculture de Picardie et Champagne-Ardenne, 2007).

<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>Figure 1 : Évolution pluriannuelle de la culture de miscanthus x giganteus et de miscanthus sinensis</figcaption></figure>

II.3. Élaboration du rendement : effets conjoints des états du peuplement, des états du milieu, des caractéristiques permanentes du sol et des pratiques

Le rendement du *miscanthus* dépend d'un ensemble de variables qui interagissent entre elles. La figure 2 illustre les différentes interactions entre ces variables. Le rendement dépend de l'espèce (rendement potentiel), c'est à dire du génotype (*miscanthus x giganteus* ou *miscanthus sinensis*). Au cours du processus d'élaboration du rendement *via* ses composantes (le nombre de plants, le nombre de tige, le poids des tiges) les états du peuplement (état hydrique, azoté), les états du milieu (le sol, le climat, les communautés), les choix techniques ainsi que les interactions entre ces variables déterminent le rendement.
En première année de culture, la densité d'implantation permet de déterminer le nombre de plants par unité de surface. Le choix de cette densité permet de caractériser le niveau de compétition pour les éléments nutritifs. Au cours de cette année d'implantation, la culture est vulnérable aux invasions d'adventices. La compétition des adventices pour l'absorption des nutriments et de l'eau peut engendrer un stress hydrique et nutritionnel.

Après la levée s'en suit d'un tallage pour l'établissement des tiges (Figure 2). Le niveau de tallage est fonction du génotype : il est faible pour *miscanthus x giganteus* et plus important pour *miscanthus sinensis* (Lewandowski *et al.*, 2000). Durant cette phase, la plante est vulnérable aux basses températures. Les dégâts de gel se traduisent par une destruction des tiges des jeunes plants réduisant ainsi le nombre de tiges qui arriveront à maturité (Clifton-Brown *et al.*, 2001).

La phase de croissance des cultures permet la croissance en taille des tiges et des feuilles (Figure 2). L'état nutritionnel de la culture en N, P et K doit être satisfaisant pour obtenir un bon rendement. Les besoins en P et K sont plus élevés car ces éléments sont exportés au moment des récoltes. Par ailleurs, le stress hydrique peut être un facteur limitant de la culture du miscanthus du fait de son exigence en eau (Figure 2). Le miscanthus est plus demandeur en eau que d'autres cultures communes tel que le blé (Liu *et al.*, 2014). Les rendements de miscanthus x giganteus sont élevés dans de bonnes conditions hydriques (Schwarz *et al.*, (1995) ; Consentino *et al*. (2007)). Les stress abiotiques peuvent impacter la taille des feuilles et le poids des tiges (Figure 2).

L'accumulation des sommes des degrés-jour permet à la culture d'effectuer son développement, avec une température de base comprise entre 5-15°C (Clifton-Brown and Jones, 1997; Farrell *et al.*, 2006). Pour ces phases, la température du milieu détermine le développement de la culture.

La biomasse produite est la résultante de la photosynthèse effectuée par la culture. Le rendement de cette interception à savoir le coefficient dépend de la capacité de conversion de la plante, qui est comprise entre 0,57 et 0,68 pour *miscanthus x giganteus* et qui est de 0,66 pour *miscanthus sinensis* (Vargas *et al.*, 2002). Par la suite, les feuilles vont chuter et la matière sèche finale sera très majoritairement constituée des tiges. Le rendement de la première année de culture constitue le mulch (la quantité de mulch produite à l'issue de cette première année peut indiquer si l'implantation de la culture a été bonne.

La reprise de végétation des autres années de culture est fonction de plusieurs facteurs dont la date et le mode de récolte. Lors de la récolte (à la fin de l'hiver), on doit s'assurer de ne pas récolter trop tard ni abîmer les rhizomes, et couper suffisamment haut (15 cm environ), surtout lorsque la reprise des jeunes plants de miscanthus est déjà à l'oeuvre. Par ailleurs, le gel à la reprise de végétation peut endommager les rhizomes et entraîner la mort des repousses. Miscanthus x giganteus et miscanthus sinensis, bien qu'ayant des niveaux de résistance différents comme évoqué plus haut, sont tous deux sensibles au gel (Clifton-Brown *et al.*, 2001). Suite au gel, le nombre de tiges par m² sera réduit (Figure 2).
<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>Figure 2 : Schéma d'élaboration du rendement du miscanthus</figcaption></figure>

## II.4. Quelle contribution du miscanthus à la séquestration du carbone dans le sol ?

Parmi les impacts environnementaux des cultures énergétiques, les changements dans les stocks de carbone organique du sol (COS) sont à considerer : on peut observer une séquestration du carbone et/ou une émission de CO₂ (Hasting et al., 2009). Ferchaud et al. (2015) ont trouvé que sur un pas de temps de six ans, miscanthus x giganteus avait séquestré significativement du carbone dans le sol, ce qui n'était pas le cas pour la fétuque, la luzerne, le sorgho et le triticale (par exemple miscanthus x giganteus avait stocké 4,3 t C/ha de plus que le sorgho). L'émission de CO₂ est due à une minéralisation du carbone existant. Toutefois, cette émission est faible par rapport au C séquestré dans le sol pour miscanthus x giganteus (Poepleau et Don, 2014). Trois principaux éléments permettent d'expliquer cette augmentation de la séquestration de carbone dans le sol : (i) la chute des feuilles est sans doute la source majeure de carbone séquestré (ii) les racines très développées allant en profondeur dans le sol vieillissent, se brisent et se décomposent dans le sol, (iii) le miscanthus est une culture pérenne et s'étend sur plusieurs années : après son implantation les interventions sous forme de travail du sol sont quasi inexistantes d'où une minéralisation plus lente du carbone (Soussana et al., 2004).

La séquestration du carbone sous culture de miscanthus est principalement localisée dans les premiers horizons du sol. Selon Poeplau et Don (2014), 63% du carbone stocké est localisé dans les dix premiers centimètres du sol. Au-delà de cet horizon, plus on va en profondeur plus le carbone séquestré diminue (de manière exponentielle). Toutefois, Ferchaud et al. (2015) ont conclu que la séquestration du carbone par le miscanthus était significative uniquement dans l'horizon 0-5 cm. Au-delà de 5 cm, les auteurs constatent une baisse non significative du stock de carbone pour les autres horizons du sol. Sur l'ensemble du profil de sol observé sous miscanthus x giganteus, Ferchaud et al. (2015) observent une augmentation non significative du stock de carbone par rapport à l'état initial. Ceci s'explique par une compensation du carbone séquestré dans l'horizon supérieur par celui perdu par minéralisation dans les horizons plus en profondeur.

Au-delà de la séquestration du C dans le sol, le miscanthus contribue à réduire les émissions de GES. En effet, cette culture pérenne a une demande d'engrais N beaucoup plus faible que les cultures annuelles, ce qui réduit les émissions d'oxyde nitreux (Anderson-Teixeira et al., 2009).
### III. **Problématique**

*Miscanthus x giganteus* rencontre des difficultés qui constituent des verrous à son expansion en culture : Tout d'abord, le coût élevé de l'implantation lié à l'utilisation des rhizomes (env. 3000 €/ha) est une contrainte importante pour la première année de production. De plus, l'utilisation des rhizomes aboutit souvent à un taux d'émergence bas car la qualité des rhizomes n'est pas toujours vérifiable. Cela engendre un surcoût pour l'apport supplémentaire de rhizomes, ou des impacts directs sur le rendement. Par ailleurs, la non diversité génétique de cette culture se manifeste par l'utilisation de la seule espèce de *miscanthus x giganteus* sur la quasi-totalité des surfaces sous culture de *miscanthus*. Cela a pour conséquence la création d'un environnement propice au développement des bioagresseurs.

Enfin, l'exigence du *miscanthus x giganteus* pour ses besoins en eau ne permet pas d'obtenir des rendements escomptés sur tous les types de sol. Les sols peu profonds ne permettent pas un développement racinaire correct de *miscanthus x giganteus*. Ceux ayant des réserves utiles faibles ne contiennent pas suffisamment d'eau pour assurer la croissance de la culture. De ce fait, *miscanthus x giganteus* ne pourrait pas être produit sur tous les types de sols.

Enfin, *Miscanthus x giganteus* au-delà de cette exigence en eau, tolère très peu les basses températures à la reprise, avec pour impact des risques de mauvaises reprises de végétation dûes au gel.

Au sein du projet BFF, la proposition est d'utiliser l'espèce souche *miscanthus sinensis* dont l'implantation pourrait se faire par des plantules afin d'aboutir à de meilleurs taux de levée. *Miscanthus sinensis* est connu pour être plus rustique face aux stress hydriques et s'adapte mieux à des gammes de sols plus larges, donc à des agroécosystèmes divers. *Miscanthus sinensis* comme alternative fournit des ressources génétiques intéressantes, notamment pour la tolérance au gel et au stress hydrique. Cependant, cette dernière espèce ne présente pas des rendements élevés même si son implantation est moins coûteuse que le *miscanthus x giganteus*. C'est dans ce cadre que notre stage s'intéresse à l'évaluation expérimentale (en régions Île de France et Centre) de nouvelles conduites de miscanthus (par exemple, avec des implantations de miscanthus sinensis à partir de jeunes plants).

Dans ce contexte, le présent stage vise à :

- décrire l'évolution temporelle des rendements pour chaque espèce de différentes conduites de *miscanthus x giganteus* et de *miscanthus sinensis* sur plusieurs années de culture dans un réseau d'essais multilocal,

- caractériser la variabilité inter-site des rendements de ces différentes conduites et d'identifier les facteurs à l'origine de cette variabilité,

- évaluer l'impact environnemental des deux espèces, en se focalisant sur l'évolution du carbone du sol au cours du temps.

Les hypothèses suivantes serviront de repère à notre étude :

**H1** : *Miscanthus x giganteus* obtient des rendements maximums plus élevés que *miscanthus sinensis* mais plus variables d'un site à l'autre par rapport à *miscanthus sinensis*

**H2** : Les facteurs limitants explicatifs des variations de rendements ne sont pas les mêmes pour *miscanthus x giganteus* et *miscanthus sinensis* du fait notamment de la meilleure capacité de *miscanthus sinensis* à faire face à des situations de stress hydriques et/ou de gel

**H3** : Doubler la densité de la culture de *miscanthus sinensis* permettrait d'accroître les rendements

**H4** : Le carbone du sol va augmenter pour les sols sous culture de *miscanthus x giganteus* et, dans une moindre mesure, sous culture de *miscanthus sinensis* (du fait d'une production moindre de biomasse foliaire qui constitue le mulch).
# B- MATÉRIEL ET MÉTHODE

## I. Le dispositif expérimental étudié : un réseau d'essais multilocal en régions Île de France et Centre

### I.1. Présentation du réseau d'essais

Ce réseau d'essais a été mis en place sur huit sites depuis 2013 : sept sites en Île de France et un site en région Centre (Figure 3). Ces sites sont Chanteloup (78), Subdray (18), Marne et Gondoire (77), Evry (91), Episy (77), Bioferme (77), la Bondue (77) et Versailles (78). Bien que sept sites soient localisés en Île de France, on y rencontre une diversité de types de sol, avec des textures et des profondeurs d'enracinement du *miscanthus* variées (Tableau I). Par conséquent, ces sites couvrent notamment une gamme de réserve utile en eau maximum (de 72 mm pour La Bondue à 317 mm pour Versailles).

Versailles et Bioferme présentent des sols limoneux profonds (Tableau I) avec des RUmax et des profondeurs d'enracinement élevées (RU max de 293 mm et 317 mm respectivement et de 161 cm et 142 cm respectivement).

Marne et Gondoire, La Bondue et Evry présentent des sols avec de fortes teneurs en limons puis d'argile (Marne et Gondoire et Evry) et de sable (La Bondue) (Tableau I). Ces sites ont des profondeurs d'enracinement intermédiaires (77,5 cm, 78,5 cm et 81,5 cm respectivement pour Marne et Gondoire, La Bondue et Evry). Ces trois sites ont des taux de cailloux élevés et parfois de grosses tailles (cas de La Bondue). Enfin, Marne et Gondoire présente une RUmax plus élevée que La Bondue et Evry.

Chanteloup et Episy sont caractérisés par des sols de textures sableuse et sablo-argileuse respectivement. Chanteloup est un sol pollué du fait de la présence d'Eléments Traces Métalliques (ETM), d'Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) et de PolyChloroBiphényl (PCB) issus de l'épandage de boues de la ville de Paris (Tableau I). Sa profondeur d'enracinement (102 cm) ainsi que sa RUmax (149 mm) sont supérieures à celles d'Episy (75 cm et 78 mm).

Subdray est un sol argilo-calcaire superficiel. Il a la particularité d'être induré par une couche de calcaire et une hétérogénéité de profondeur d'enracinement sur le site (Tableau I). Il est caractérisé par une très faible profondeur d'enracinement (48 cm) et une réserve utile intermédiaire (104,8 mm).
<table><caption>Tableau I : Localisation et caractérisation des sites du réseau d'essais</caption><thead><tr><th>Sites</th><th>Coordonnées</th><th>Type de sol (texture)</th><th>Caractéristiques des sols</th><th>Réserve Utile max (mm)</th><th>Pourcentage de Cailloux (0 – 120 cm) en %</th><th>Profondeur d'enracinement (cm)</th></tr></thead><tbody><tr><td>Versailles</td><td>48°48'19.9'' N<br>2° 5' 09,2'' E</td><td>Lsa</td><td>Profil uniforme</td><td>293</td><td>0 %</td><td>161</td></tr><tr><td>Bioferme</td><td>48°21'17'' N<br>3°1'57'' E</td><td>La</td><td>Pas d'induration, fine couche calcaire</td><td>317</td><td>0 %</td><td>142</td></tr><tr><td>Marne et Gondoire</td><td>48°51'58''N<br>2°39'45'' E</td><td>La</td><td>Sol non tassé en surface</td><td>131</td><td>0,15 %</td><td>77,5</td></tr><tr><td>La Bondue</td><td>48°19'20'' N<br>3°2'13'' E</td><td>Lsa</td><td>Sol très caillouteux</td><td>72</td><td>0,48 %</td><td>78,5</td></tr><tr><td>Evry</td><td>48.5836,<br>2.43949</td><td>LAS</td><td>Sol parfois hydromorphe</td><td>96</td><td>0,37 %</td><td>81,5</td></tr><tr><td>Episy</td><td>48°21'37'' N<br>2°49'36'' E</td><td>Sa</td><td>présence de couche de craie</td><td>78</td><td>0,19 %</td><td>75</td></tr><tr><td>Chanteloup</td><td>48°57'46'' N<br>2°2'11'' E</td><td>S</td><td>Sol pollué en ETM, HAP, PCB<br>Peu d'activité biologique, caillouteux en profondeur</td><td>149</td><td>0,15 %</td><td>102</td></tr><tr><td>Subdray</td><td>47°1'50'' N<br>2°19'52'' E</td><td>Als</td><td>Argilo calcaire superficiel, induration calcaire en profondeur</td><td>105</td><td>0,18 %</td><td>48</td></tr></tbody></table>

Lsa : limon sablo argileux ; LAS : limon argilo sableux ; Als : Argile limono sableux, S : Sableux, La : Limon argile, Sa : Sable argileux
<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>Figure 3 : Localisation des essais</figcaption></figure>

Les conditions climatiques sont décrites sur la période correspondant au cycle de développement du *miscanthus* avant sa sénescence, que nous avons situé entre le 1er mars (reprise de végétation ou levée pour la première année) et le 15 octobre. Les données météorologiques de Nangis valent pour les sites de Bioferme, Episy et La Bondue car les trois sites sont proches.

Les conditions climatiques (Figure 4) varient peu pour les sites situés en Île de France, hors mis les précipitations enregistrées à Chanteloup (entre 300 mm et 400 mm) qui sont largement inférieures à celles des autres sites en Île de France. Les précipitations du site de Chanteloup sont aussi moins variables d'une année à l'autre comparativement aux autres sites du réseau. Les précipitations les plus élevées ont été enregistrées en 2017 en Île de France excepté à Chanteloup et en 2014 pour le site de Subdray. L'année climatique 2015 a connu une baisse des précipitations sur l'ensemble du réseau. En 2018, une baisse des précipitations sur l'ensemble du réseau d'essais est également observée, exceptée pour Chanteloup et Marne et Gondoire.

L'année 2015 a connu un bilan climatique négatif très marqué sur tous les sites. Subdray présente les déficits climatiques les plus élevés en 2015 (-435 mm) et en 2018 (-582 mm). Les plus faibles déficits sont observés en 2014 à Marne et Gondoire (-129,3 mm) et en 2016 à Nangis (-127,4 mm).

Les températures moyennes sont comprises entre 10,5°C et 13,4°C. Elles n'ont pas été représentées car elles sont peu variables entre sites et d'une année à l'autre.

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>Figure 4: Évolution des précipitations (a) et du bilan climatique (P-ETP) (b) de 2013 à 2018.
(Période considérée : du 1er mars au 15 octobre)</figcaption></figure>
Pour chaque essai, quatre conduites du miscanthus sont testées : deux conduites avec miscanthus x giganteus planté à partir de rhizomes ou repiqué à partir de plants issus de rhizomes, deux conduites avec miscanthus sinensis repiqué à partir de plants issus de graines en simple et double densité (Figure 5) :

- G_r-sd : *Miscanthus x giganteus* planté en rhizomes, fournis par BES<fnref n="1" /> (origine ADAS<fnref n="2" />)

- S_p-sd : Plants de *Miscanthus sinensis* K1399 issus de graines (un plant issu d'une graine par fertipot de 7 cm x 7 cm) qui ont été semées début février 2013

- S_p-dd : Comme le S_p-sd avec double densité (3 plants/m<fnref n="2" /> semés au lieu de 1.5 plants/m<fnref n="2" /> semés)

- G_p-sd : Plants de *Miscanthus x giganteus* bouturés à partir de rhizomes, préparé par l'institut de Genech (59) (un rhizome par pot plastique de 7 cm x 9 cm)

<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>Figure 5 : Exemple de dispositif expérimental sur un site</figcaption></figure>

<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>Figure 6 : Présentation des traitements sur l'essai d'Evry</figcaption></figure>

Trois placettes ont été positionnées sur chaque traitement une fois l'implantation réalisée (et les premiers traitements herbicides réalisés, pour repérer les traces de roues), en évitant les traces de roues de

<footnote n="1">¹ Biomasse Environnement Systèmes</footnote>

<footnote n="2">² Agriculture Development and Advisory Service</footnote>
traitement (Figure 5). Pour la simple densité ($G_r$-sd, $S_p$-sd, $G_p$-sd), cinq rangs ont été retenus pour une surface de placette de 16 m². Pour la double densité ($S_p$-dd), la surface de la placette était de 15 m². La figure 6 présente à titre d'exemple l'essai d'Evry.

## II. Conduite de l'essai

L'implantation a été réalisée manuellement en 2013. Pour le traitement $G_r$-sd, on a considéré qu'il faut au moins 4 plants sur 5 installés (soit 80% de rhizomes levés) pour conclure à une bonne implantation. La protection contre les adventices a été effectuée selon l'importance des adventices observées et le traitement peut être chimique ou manuel. Compte tenu des besoins faibles en N, il n'y a pas eu d'apport d'engrais azoté durant toute la durée de l'essai. Pour P et le K, une fertilisation aux doses de 30 kg/ha et 300 kg/ha respectivement de $P_2O_5$ et de $K_2O$/ha a été faite à la 3ème année de conduite culturale, exception faite pour les sites de Bioferme, Episy et La Bondue qui ont été fertilisés la 4ème année de conduite. L'apport de P et K a été fait après la récolte.

### II.1. Mesures et observations mobilisées pour ce stage

Les mesures et observations collectées concernent d'une part les mesures sur le peuplement végétal et d'autre part les mesures sur le sol.

#### II.1.1. Mesures sur le peuplement végétal

##### II.1.1.1. Estimation du rendement et des composantes du rendement (hiver 2015 à hiver 2019)

Ces mesures et prélèvements ont été faits courant février-mars (une fois les feuilles tombées pour pouvoir bien visualiser les tiges et avoir une meilleure qualité de la biomasse), avant la récolte de l'ensemble de l'essai. Ces mesures ont été réalisées sur les trois placettes positionnées dans chaque traitement. Pour cela, nous avons compté toutes les tiges de plus de 1 m de hauteur (sous la main, sans se baisser) de la placette ($NT_{placette}$) et coupé toutes les tiges de la placette (à 15 cm du sol). De façon aléatoire, nous avons mesuré la hauteur totale de 20 tiges par placette, puis pesé toute la biomasse de la placette au champ à l'aide d'une balance (PT en kg). Parmi les tiges coupées, un échantillon de 1,5 à 2 kg de matière fraîche a été constitué. Cet échantillon fut pesé au laboratoire dans l'immédiat pour éviter les pertes d'eau. L'échantillon est mis à l'étuve pendant 48h à 80°C, après quoi nous avons pesé la matière sèche (MS). La déduction du pourcentage de MS dans l'échantillon nous permet d'obtenir les rendements en t MS/ha. La formule ci-dessous permet de calculer le rendement :
$$ \text{Rendement (en t MS/ha)} = \frac{\text{PF} * \text{Pse}}{\text{Pfe}} * 10000 / S_{\text{placette}} $$
Avec $NT$: Avec PF = poids de toute la placette, s = sec, f = frais, e = échantillon, $S_{placette}$ = surface de la placette en m²

**NB:** La matière sèche de l'essai est broyée la première année en sortie d'hiver 2014 pour constituer un mulch. Une estimation de ce mulch a été réalisée (en t MS/ha). Pour évaluer ce rendement et ne pas perdre le mulch à l'intérieur des placettes, 10 plants hors des placettes mais à l'intérieur de chaque traitements ont été comptés, coupés à 15cm du sol et pesés. Un échantillon de 2-3 kg est mis à l'étuve à 80°C pour déterminer la matière sèche (MS en % = (Poids Sec/Poids Humide) * 100) des 10 tiges.
Le nombre de plants de chaque placette est compté et le rendement mulch s'obtient comme suit :
$$ \text{Rdt (en t MS/ha)} = \left( \frac{\text{NT}_{\text{ech}}}{\text{PT}_{\text{ech}}} \right) * \left( \frac{\text{NT}_{\text{placette}}}{\text{S}_{\text{placette}}} \right) * \left( \frac{10000}{1000} \right) * \frac{\text{MS}}{100} $$
Avec Rdt : rendement
$NT$: nombre de tiges (par m²)
$S$: surface de la placette (en m²)
$PT$: poids de tiges (en kg)
II.1.1.2. Prélèvement de plante en juillet pour l'estimation des teneurs en azote, de la matière sèche aérienne et du LAI

Nous avons prélevé cinq tiges par placette (sur 5 plantes différentes) au ras du sol. Les tiges prélevées ont été mises à l'étuve à 80°C pendant 48 h et pesées. Les échantillons ont été broyés et envoyés pour analyse d'azote. La biomasse sèche par ha a été estimée. L'utilisation de la courbe critique du miscanthus (Zapater et al., 2016) nous a permis de caractériser l'Indice de Nutrition N (INN), de manière à détecter d'éventuels stress azotés.

La mesure du LAI a été faite entre mi-juillet et mi-août. Pour effectuer cette mesure nous avons prélevé l'ensemble des feuilles vertes de 10 tiges sur chaque placette. La longueur et la largeur de chaque feuille fut mesurée et nous avons calculé la surface foliaire de la façon suivante :

Surface foliaire (miscanthus x giganteus) : 0.68 * longueur*largeur.
Surface foliaire (miscanthus x sinensis) : 0.61 * longueur*largeur.

II.1.2. Mesures sur le sol

II.1.2.1. Estimation du carbone du sol

L'objectif de la mesure du carbone est d'évaluer la dynamique du carbone sous culture de miscanthus. Le carbone étant peu variable d'une année à l'autre la mesure a été effectuée en début de culture puis à la fin du suivi de l'essai. Les mesures sur les deux périodes (2014 et 2019 ont permis de mesurer les évolutions du stock de C dans le sol, à 2 profondeurs et à masse de sol équivalent (Ferchaud et al., 2015), ce qui requiert la mesure de la densité apparente (voir II.1.2.2).

Une série de prélèvements de sol a été faite pour la mesure du C organique et de la matière organique. Cette mesure a été faite sur des échantillons composites (3 répétitions) de sol de 0-5 cm et de 5-30 cm par traitement, et ce, sur les traitements G_r-sd et S_p-sd. Nous avons ensuite retiré au champ les débris végétaux et les racines (pour arrêter la minéralisation du C). Ces débris végétaux et racines n'ont pas fait l'objet d'une analyse (le C des débris végétaux va être en grande partie perdu sous forme de CO2 quand ceux-ci vont se décomposer). Nous avions prévu de prélever au moins 500 g par échantillon, mais cette quantité n'est pas toujours obtenue, surtout pour les horizons 0 – 5 cm. Nous avons placé ensuite les échantillons de terre à l'étuve à 40 °C pendant 4 jours. *In fine* nous avions quatre échantillons de terre composites (un échantillon composite de 0-30 cm, un de 0-5 cm sur les deux traitements).

II.1.2.2 Mesure de la densité apparente

Pour la densité apparente une autre série de prélèvement a été réalisée en évitant les passages de roues et en utilisant une tarière en tube acier coupée en deux pour extraire une carotte, tout en veillant à ne pas modifier la densité apparente. Nous avons effectué 4 échantillons composites sur les horizons 0 – 5 cm et 0 – 30 cm, pour les traitements G_r-sd et S_p-sd. Les prélèvements sont ressortis du sol dans des cylindres sans modifier la structure et soigneusement gardés dans des bocaux cylindriques de masses connues pour ensuite être séchés à l'étuve à 105°C pendant 48h. Les échantillons secs sont pesés. Connaissant le volume du cylindre utilisé pour le prélèvement du sol, la densité apparente s'obtient comme suit :

$Da = P/V$

Avec :

Da : densité apparente (g/cm³)

P : poids sec de l'échantillon (g)

V : le volume de l'échantillon prélevé et séché (cm³)

II.1.2.3. Réalisation d'un profil de sol pour estimer la profondeur d'enracinement
L'objectif est d'estimer la profondeur d'enracinement en vue de la mise de calculer la RUmax de chaque site du réseau d'essais (connaissant la texture du sol) et identifier d'éventuels problèmes de tassement des sols. Cette observation a été faite sur les traitements G\_r-sd et S\_p-sd.

Le profil a été réalisé en bordure des parcelles pour éviter de perturber les placettes, tout en étant assez proche des cultures pour avoir accès aux racines. Les dimensions du profil étaient de 2 m de long (au moins 3 rangs), 1 m de large et 1,5 m (voire moins pour les sols superficiels) de profondeur (quand c'était possible jusqu'à la profondeur d'enracinement maximale du miscanthus). A l'aide d'une grille (carrés de 2 cm sur 2 cm) nous avons mis en place le dispositif de mesure. Pour ça, nous avons installé la grille sur le côté du profil contenant les racines. A l'aide de la fiche de notation on a reproduit la répartition des racines (présence ou non sur chaque carré de la grille). La limite d'enracinement était atteinte lorsqu'on avait moins de quatre cases pourvues de racines sur une ligne (Figure 7).

<figure><img src="image_9.png" /><figcaption>Figure 7 : Exemple d'estimation de la profondeur d'enracinement à partir de la grille. Cas de l'essai de Subdray</figcaption></figure>

### II.1.2.4. Analyse physico-chimique des sols

Des prélèvements de sol ont été effectués dans le but d'estimer la réserve utile du sol (via la granulométrie), de caractériser les sols et d'avoir un état de la fertilité chimique du sol. Les prélèvements ont été effectués la première année (2014) de culture pour les paramètres physico-chimiques. En dernières années (2019), de nouveaux prélèvements en vue d'analyses chimiques complémentaires ont été effectués (N total et N minéral).

Nous avons prélevé 10 échantillons de sol à l'aide d'une tarière à moteur en diagonale sur l'ensemble de l'essai sur l'horizon 0 - 30 cm. Un échantillon composite des 10 échantillons prélevés a été séché à l'étuve à 105°C pendant 48h puis expédié au labo pour analyse. Les analyses suivantes ont été effectuées :

- granulométrie 5 fractions avec décarbonatation (pour avoir accès à une teneur en argile « vraie », en retirant la part de CaCO₃ contenue dans l'argile).

- pH, P₂O₅ (méthode Olsen), Potassium (K) échangeable à l'acétate d'ammonium, carbonates (CaCO₃, CaO), MgO

## III. Analyse des données

Cette analyse de données est structurée par les hypothèses à tester énoncées plus haut.

### III.1. Comparaison des rendements de miscanthus x giganteus et miscanthus sinensis sur l'ensemble des sites-années
Une analyse de variance a été effectuée pour comparer le rendement de *miscanthus x giganteus* et *miscanthus sinensis*. L'analyse a été faite suivant le modèle ci-dessous :

$$Y_{ijk} = \mu + \phi_1 T_i + \phi_2 SA_j + e_{ijk}$$

avec Y : rendement en (t de MS/ha), T : traitement, SA : sites-années

μ la moyenne des rendements, e<sub>ij</sub> le terme d'erreur résiduelle et φ<sub>1</sub> et φ<sub>2</sub> les paramètres associés à chaque facteur.

## III.2. Identification des facteurs limitants explicatifs des variations de rendements

### III.2.1. Mode de calcul des indicateurs candidats

Le « rendement » mulch, l'âge de la culture, les indicateurs de gel, l'indicateur de stress hydrique ks issu du bilan hydrique, les sommes de températures de l'année précédente sont les indicateurs que nous calculerons. Le mulch est un indicateur qui renseigne sur l'état initial de la culture ; l'âge caractérise l'augmentation des rendements au cours du temps les premières années de production ; le ks est le facteur limitant de l'année en cours ; SDJ montre l'effet de l'année précédente sur la production de l'année qui suit.

- Le mulch

Le mulch de la première année de culture n'est pas important en termes de rendement. Cependant la quantité de mulch peut informer sur les conditions initiales (implantation, levée) de démarrage de la culture

- L'âge

Le *miscanthus* étant une plante pérenne avec des rendements croissants au fil du temps l'âge de la culture pourrait être un indicateur intéressant pour expliquer les rendements. Notre indicateur est l'âge exprimé en année.

- L'indicateur de stress hydrique ks

L'indicateur de stress hydrique (ks) est compris entre 0 et 1. Lorsque la culture n'est pas stressée le ks est égale à 1 et lorsqu'elle est stressée elle est inférieure à 1. La RU est calculée par la méthode de Gras (Chiaverni et Gras, 1977) et est fonction de la texture du sol et de la profondeur d'enracinement de *miscanthus x giganteus* et de *miscanthus sinensis* pour chaque site.

$$RU_j = P_j + RU_{j-1} + ETR_j$$

Avec RU : Réserve Utile (mm), P : les précipitations journalières (mm /j), ETR : Évapotranspiration Réelle Journalière (mm/j)

$$ETR = ks_j * kc_j * ETP_j$$

Avec ETP<sub>j</sub>: Evapotranspiration Potentielle au jour j

Kc<sub>j</sub>: le coefficient cultural au jour j déterminé en fonction de la somme des dégrée-jours

Ks<sub>j</sub>: l'indicateur de stress hydrique au jour j

$$Ks_j = 1 \text{ si } RU_j > 2/3 * RU_{max} \text{ et } Ks_j = RU_j / RU_{max}$$

Ks est la moyenne des Ks journaliers.

- Les indicateurs de gel

Deux indicateurs de gel ont été construits afin de définir l'intensité ainsi que les périodes où la culture est susceptible d'être gelée. La période durant laquelle le miscanthus est sensible au gel est pendant la reprise de végétation. Nous avons donc situé notre période de calcul du 1er février au 30 avril (phase de reprise de végétation).

* Le nombre de jours gelés (NbJG) : c'est le nombre de jours que la culture a passé sous des températures minimales inférieures à 0°C. La somme des jours en dessous de 0°C constitue
notre indicateur. Elle est différente en fonction des sites mais identique pour chaque espèce (*miscanthus x giganteus* et *miscanthus sinensis*).

**Le nombre maximum de jours gelés consécutivement (NJBJCmax)** : c'est le nombre maximum de jours que la culture a passé sous des températures minimales inférieures à 0°C de façon consécutive. On considère les périodes de gel consécutives et l'indicateur est la plus longue période de gel. Elle est différente entre les sites mais identique pour les espèces (*miscanthus x giganteus* et *miscanthus sinensis*).

Ces deux indicateurs étant corrélés (R² =0,83), nous avons finalement retenu un seul de ces indicateurs pour la suite de l'analyse (NbJG).

- La somme des degrés-jour (SDJ) de l'année n-1.

La quantité de chaleur accumulée au cours du développement des cultures permet la succession des différents stades phénologiques. Une quantité de chaleur suffisante doit être accumulée par la plante pour qu'elle termine son cycle. La reprise de végétation de l'année suivante est alors meilleure, car la plante a pu mettre en réserve l'azote dans ses rhizomes. La somme des degrés-jours est issue de la différence entre température moyenne journalière et le zéro de germination ou de végétation. Le calcul des sommes de températures s'obtient comme suit :

$$SDJ = \sum (T_j - T_0)$$

Avec SDJ : Somme des degrés-jours (°C)

Tj : Température moyenne journalière (°C)

T₀ : Température de base de la culture

PS : la température de base (T₀) de *miscanthus x giganteus* est de 6°C (Price *et al.*, 2004). Nous avons retenu une température de base de 5°C pour *miscanthus sinensis* (Kandel *et al.*, 2016).

### III.2.2. Méthode d'identification des indicateurs candidats

Pour chaque espèce (*miscanthus x giganteus* et *miscanthus sinensis*) nous avons effectué un mélange de modèles sous le format :

$$Y_i = \mu + \phi_1 \text{age}_i + \phi_2 \text{Ks}_i + \phi_3 \text{NbJG}_i + \phi_4 \text{Mulch}_i + \phi_5 \text{SDJ}_i + e_i$$

avec Yᵢ : rendement en t de MS/ha, Age : âge de la culture, Ks : coefficient de stress hydrique, NbJG : nombre de jour de gel, Mulch : rendement mulch de la première année, SDJ : somme des degrés-jours de l'année n-1.

μ : est la moyenne des rendements, eᵢ est le terme d'erreur résiduelle et φ₁, φ₂, φ₃, φ₄ sont les paramètres associés à chaque facteur.

Une évaluation des meilleurs modèles qui permettront d'expliquer au mieux la production de biomasse (régression multiple) se fera par l'AIC (Critère d'Information d'Akaike) et le poids d'Akaïke.

Le poids d'Akaïke se calcule comme suit :

$$W_i = \frac{e^{-0.5(AIC_i - AIC_{min})}}{\sum_{i=1}^{n} e^{-0.5(AIC_i - AIC_{min})}}$$

avec wᵢ est le poids obtenu par la ième variable explicative, AICᵢ est la valeur de l'AIC pour le monde correspondant, AICmin est la plus petite AIC obtenue poir toutes les combinaisons possibles.

Le poids wᵢ est la probabilité que, compte tenu d'un ensemble de modèles, le modèle i serait le meilleur modèle AIC (Burnham et Anderson, 2002). L'importance relative de la variable x est alors estimée par w+(x), la somme des pondérations Akaïke de tous les modèles de l'ensemble où cette variable est présente. Plus w+(x) est grand, plus x est important (Burnham et Anderson, 2002). En utilisant ces sommes, toutes les variables peuvent être classées en fonction de leur importance.
L'étape suivante a consisté à évaluer la stabilité des résultats du modèle mixte à l'aide de la méthode de ré-échantillonnage, telle que décrite par Lesur et al. (2015). Le principe du ré-échantillonnage est de générer un grand nombre de nouveaux ensembles de données à partir de l'ensemble de données initial par échantillonnage aléatoire avec remplacement pour étudier l'incertitude des résultats des méthodes de sélection. Pour chaque variable explicative, on a calculé (i) la fréquence de sélection de chaque variable dans les échantillons ré-échantillonnés, (ii) la moyenne des valeurs estimées des paramètres dans les échantillons ré-échantillonnés, et (iii) l'écart-type des valeurs estimées des paramètres dans les échantillons ré-échantillonnés. Pour une variable x, une fréquence de sélection élevée combinée à un écart type faible indique que le résultat de la sélection est stable.

### III.4. Comparaison de l'évolution du carbone du sol sous culture de miscanthus x giganteus et de miscanthus sinensis.

La variation du stock de carbone correspond au stock qui sera mesuré en faisant la différence entre le stock de carbone en 2019 et le stock de carbone mesuré en 2014 par la formule (1). Ce calcul de la variation du stock de carbone se fera de façon distincte pour les horizons 0-5 cm et 5-30 cm et ce pour les deux espèces. Par la suite, l'horizon complet (0-30 cm) sera considéré.

$$ \Delta stockC = StockC_{2019} - stockC_{2014} $$

L'ANOVA a été faite suivant le modèle ci-dessous :

$$ Y_{ijkl} = \mu + \phi_1 T_i + \phi_2 H_j + \phi_3 S_k + e_{ijkl} $$

avec Y : variation du stock de carbone (t/ha), T : Traitement, H : Horizon, S : Site
μ : est la moyenne de la variation de carbone, e est le terme d'erreur résiduelle et φ₁, φ₂ et φ₃ sont les paramètres associés à chaque facteur.

L'analyse des données a été faite avec le logiciel R (R core team, 2019). Une analyse de variance à un facteur et à deux facteurs a été effectuée pour comparer les différents traitements du point de vue respectivement des rendements et du stockage de carbone dans le sol. Les moyennes ont été comparées par le test de Fisher au seuil de significativité de 5 %, et la séparation des groupes a été réalisée avec le package agricolae. La méthode du mélange de modèle et du bootstrap ont été calculée à l'aide du package MMIX de R (Morfin et Makowski, 2009). Les graphiques ont été construites grâce au packages ggplot2 de R.

## C- RÉSULTATS

### I. Analyse des rendements

#### I.1. Effet des traitements sur les rendements du miscanthus

La comparaison des différents rendements obtenus par les traitements sur l'ensemble des site-années montre que les traitements G_r-sd et G_p-sd (tous deux en miscanthus x giganteus, avec une implantation sous forme de rhizomes – G_r-sd- ou un repiquage de plants issus de rhizomes – G_p-sd) n'ont pas obtenu des rendements significativement différents. Par conséquent, miscanthus giganteus peut être implanté à l'aide de plants repiqués à partir de rhizomes sans impacter les rendements par rapport à une implantation classique (à partir de rhizomes).

De même, on n'observe pas de différences significatives de rendements entre les traitements S_p-sd et S_p-dd (Figure 9). On observe de ce fait que le repiquage de plants de miscanthus sinensis en double densité (S_p-dd) n'a pas permis d'obtenir de meilleurs rendements qu'en simple densité (S_p-sd). Les traitements G_r-sd et G_p-sd sont significativement différents des traitements S_p-sd et S_p-dd, avec des rendements moyens plus élevés (8,1 et 8,6 t MS/ha pour G_r-sd et G_p-sd contre 5,6 t et 5,8 t
MS/ha pour S_p-sd et S_p-dd). Enfin, le rendement le plus élevé est obtenu par le traitement G_r-sd (20,5 t MS/ha) et le rendement le plus faible est également obtenu par le traitement G_r-sd (0,8 t MS/ha). On peut observer sur la figure 9 que *miscanthus x giganteus* (traitements G_r-sd et G_p-sd) présente une grande variabilité des rendements au sein du réseau d'essais avec des rendements allant de 0,8 t MS/ha à 20,5 t MS/ha. Par contraste, *Miscanthus sinensis* (S_p-sd et S_p-dd) présente des rendements moins variables, qui se traduisent par des rendements allant de 2,3 t MS/ha à 10,8 t MS/ha.

<figure><img src="image_10.png" /><figcaption>**Figure 9 : Effet des traitements sur le rendement du miscanthus.**
Les Boxplot affectés d'une même lettre ne sont pas significativement différentes au seuil de 5 %. G_r-sd : Miscanthus x giganteus planté sous forme de rhizomes. S_p-sd : Plants de Miscanthus sinensis K1399 issus de graines, repiqués. S_p-dd : Comme le S_p-sd, mais en double densité. G_p-sd : Plants de Miscanthus x giganteus issus de rhizomes, repiqués</figcaption></figure>

## 1.2. Évolution temporelle des rendements

La figure 8 présente l'évolution des rendements du miscanthus au cours pour les différents sites, et ce pour les traitements G_r-sd(a) et S_p-sd (b), caractéristiques des deux espèces (avec G_r-sd du *miscanthus x giganteus* implanté sous forme de rhizomes et S_p-sd du *miscanthus sinensis* repiqué à partir de plants issus de graines). En 2014, la valeur observée correspond au rendement du mulch (qui n'a pas été récolté). Le réseau d'essais présente une variabilité des rendements entre sites mais aussi suivant les années pour les deux espèces (Figure 8). On constate une plus forte variabilité des rendements entre sites pour *miscanthus x giganteus* planté sous forme de rhizomes (G_r-sd), associé à des valeurs plus élevées de rendement.

Conformément à ce qui est décrit dans la littérature, on observe généralement une progression des rendements sur chaque site d'une année à l'autre, surtout entre 2014 et 2015. Toutefois, l'année 2016 s'est illustrée par une baisse des rendements sur l'ensemble des sites pour les deux espèces, excepté pour Marne et Gondoire et Chanteloup en G_r-sd et La Bondue en S_p-sd. De même, en 2019, on observe une baisse des rendements en G_r-sd sauf pour les sites de Bioferme, Subdray et Chanteloup. Cette année-là, le rendement en S_p-sd est soit à la baisse, soit peu variable, soit à la hausse selon les sites pour S_p-sd.

Les rendements les plus élevés sont obtenus à Marne et Gondoire et Evry en G_r-sd, et à Marne et Gondoire et Bioferme en S_p-sd. Les plus faibles rendements ont été rencontrés principalement à Chanteloup et à Episy pour les traitements sous *miscanthus x giganteus* en G_r-sd. Enfin, les rendements sous *miscanthus sinensis* en S_p-sd étaient faibles pour La Bondue et Episy.
<figure><img src="image_11.png" /><figcaption>Figure 8 : Évolution des rendements de miscanthus x giganteus en G_r-sd (a) et de miscanthus sinensis en S_p-sd (b) de 2014 à 2019 pour les différents sites du réseau d'essais</figcaption></figure>

Versailles a obtenu le meilleur rendement en 2015, puis on observe une baisse prononcée et continue de ses rendements (baisse de 11 t MS/ha pour miscanthus x giganteus (Figure 8a) et de 8 t MS/ha pour miscanthus sinensis (Figure 8b)) en six ans. En 2019, Versailles se retrouve avec le rendement le plus faible du réseau d'essais. Nous expliquons cette évolution très atypique par les conditions de récolte pour cet essai : lors des opérations de récolte, la méthode utilisée a consisté à une coupe à l'ensileuse très rase (inférieure à 15cm) et tardive (reprise de végétation déjà en marche), qui diffère notablement des conditions de récolte des autres essais. Cela a eu pour conséquence de détruire les jeunes pousses, de réduire le nombre de pieds par ha (annexe 1). Au vu de cette évolution temporelle très particulière, nous avons décidé de ne pas tenir compte du site de Versailles pour la suite de l'analyse de nos données.

## I.3. Élaboration du rendement : relation entre les composantes du rendement

On observe un fort effet du génotype quand on observe la relation entre le rendement et le poids d'une tige (Figure 10a), la relation entre le rendement et le nombre de tiges/ha (Figure 10b) ainsi que la relation entre le poids d'une tige et le nombre de tiges/ha (Figure 10c) : en effet, les traitements G_r-sd et G_p-sd (miscanthus x giganteus) ont des comportements similaires, et différents des traitements S_p-sd et S_p-dd (miscanthus sinensis), également proches dans leur comportement. Ainsi, les variations de rendement de miscanthus giganteus s'expliquent principalement par les variations de poids de tiges. Pour miscanthus sinensis, on observe que les variations de rendement s'expliquent surtout par les variations de nombre de tiges/ha. Conformément à ce que l'on observe sur le terrain, le poids d'une tige de miscanthus sinensis est plus faible (compris entre 3,9 g et 10 g) que celui de miscanthus x giganteus, qui est compris entre 10 g et 46,4 g selon les site-années (Figure 10a). De même, le nombre de tiges par ha produites par miscanthus sinensis est plus élevé par rapport à miscanthus x giganteus, avec un nombre de tiges/ha maximum de 1 539 791 obtenu pour miscanthus sinensis, contre 607 291 pour miscanthus x giganteus (Figure 10b).

Enfin, la figure 10c mettant en relation le nombre de tiges/ha et le poids d'une tige suggère un effet de compétition pour les ressources entre les tiges pour miscanthus sinensis, aboutissant à des tiges plus fines, et donc plus légères.
<figure><img src="image_12.png" /><figcaption>**Figure 10 :** *Relation entre le rendement et le poids d'une tige (a), entre le rendement et le nombre de tiges (b) et entre le poids d'une tige et le nombre de tiges*</figcaption></figure>

Nous utilisons à présent le LAI comme variable intermédiaire pour mieux comprendre les relations entre nombre de tiges/ha et rendement selon les espèces.

Pour les deux espèces, les rendements augmentent lorsque la LAI augmente (Figure 11a). Toutefois, *miscanthus x giganteus* obtient des rendements plus élevés que *miscanthus sinensis* pour des valeurs de LAI identiques : le rendement le plus élevé pour *miscanthus x giganteus* (20,5 t MS/ha) est en effet obtenu pour un LAI de 6,1, tandis que pour cette même valeur de LAI, le rendement le plus élevé pour *miscanthus sinensis* est de 11,9 t MS/ha. Toutefois, on constate qu'à partir d'une valeur de LAI autour de 6 les rendements commencent à stagner (sans doute du fait de l'auto-ombrage des feuilles à partir de cette valeur). Cette stagnation apparaît toutefois plus marquée pour *miscanthus x giganteus*.

La figure 11b nous montre que les traitements G_r-sd et G_p-sd (*miscanthus x giganteus*) ont des LAI moins reliés au nombre de tiges par ha par rapport aux traitements S_p-sd et S_p-dd (*miscanthus sinensis*). C'est sans doute le nombre de feuilles par tige (lié au développement des tiges) qui explique cette faible relation entre LAI et nombre de tiges pour *miscanthus x giganteus*.

<figure><img src="image_13.png" /><figcaption>**Figure 11 :** *Relation entre le LAI et le nombre de tiges/ha (a) et la relation entre le rendement et le LAI (b).*</figcaption></figure>
Le nombre de tiges/ha produites par *miscanthus x giganteus* varie peu selon le nombre de pieds/ha, du fait de la faible variabilité du nombre de pieds/m² (Figure 12). A même nombre de pieds/m², *miscanthus sinensis* (en S_p-sd) a la capacité de produire plus de tiges par ha que *miscanthus x giganteus* (en G_r-sd et G_p-sd). L'augmentation de la densité de *miscanthus sinensis* (S_p-dd) aboutit à un nombre de tiges/ha du même ordre que *miscanthus sinensis* implanté en simple densité, qui s'explique sans doute par une réduction du tallage (nombre de tiges par pied) en situation de forte densité.

<figure><img src="image_14.png" /><figcaption>Figure 12 : Relation entre le nombre de tiges/ha et le nombre de pieds/m²</figcaption></figure>

Les taux de reprises en 2014 sont élevés pour les différents traitements pour l'ensemble des sites, en témoigne un taux moyen de levée par traitement supérieur à 80% (G_r-sd=86%, S_p-sd=92%, S_p-dd=91% et G_p-sd=94%). Cet aspect de la conduite a été bien contrôlé et n'a pas constitué de problème sur les essais.

**I.4. Identification des indicateurs expliquant les variations de rendement**

Compte tenu des différences que nous venons d'observer entre génotypes en termes d'élaboration du rendement, nous avons fait le choix de mener cette analyse de manière séparée pour les traitements avec *miscanthus x giganteus* (G_r-sd et G_p-sd) et pour les traitements avec *miscanthus sinensis* (S_p-sd et S_p-dd).

**I.4.1. Cas des traitements avec miscanthus x giganteus**

Le tableau II nous montre les résultats issus du mélange de modèles. Comme expliqué dans le matériel et méthode, le poids d'akaike (compris entre 0 et 1) permet de décrire l'importance relative de chaque indicateur dans l'explication des variations de rendement. Avant le ré-échantillonnage du jeu de données, l'âge et le nombre de jours de gel (NbJG) ont tous deux des poids élevés (0,99), par contraste avec ceux des autres indicateurs : ils ont ainsi 99 % de probabilité d'apparaître dans les modèles explicatifs du rendement qui ont les meilleures valeurs prédictives (à savoir dotés d'une faible valeur d'AIC). Les valeurs de ces poids d'Akaike sont très peu modifiées après le ré-échantillonnage, ce qui indique que les résultats sont robustes lorsqu'on modifie le jeu de données.
<table><caption>Tableau II : Relation entre les indicateurs de facteurs limitants candidats et le rendement de miscanthus x giganteus : résultats issus du mélange de modèles (avant et après ré-échantillonnage)</caption><thead><tr><th rowspan="2">Indicateurs de facteurs limitants candidats</th><th colspan="2">Valeur du Ecart-type</th><th colspan="2">Poids d'akaïke</th></tr><tr><th>Après ré-échantillonnage</th><th>Avant ré-échantillonnage</th><th>Après ré-échantillonnage</th><th>Avant ré-échantillonnage</th></tr></thead><tbody><tr><td>Mulch</td><td>-1,56</td><td>5,33</td><td>0,29</td><td>0,51</td></tr><tr><td>Âge</td><td>2,39</td><td>0,37</td><td>0,99</td><td>0,99</td></tr><tr><td>Ks</td><td>3,38</td><td>4,20</td><td>0,36</td><td>0,49</td></tr><tr><td>NbJG</td><td>-0,34</td><td>0,11</td><td>0,99</td><td>0,95</td></tr><tr><td>SDJ</td><td>0,005</td><td>0,008</td><td>0,36</td><td>0,53</td></tr></tbody></table>

Mulch : rendement de la première année, Age : nombre d'années de culture, Ks : indicateur de stress hydrique, NbJG : Nombre de jours de gel, SDJ : somme de degrés-jours l'année précédente

Décrivons à présent la relation entre le rendement d'un côté, et l'âge de la culture et le nombre de jours de gel de l'autre. La valeur du paramètre associé à la variable « âge » est positive (Tableau II) : plus la culture prend de l'âge, plus les rendements augmentent, comme observé sur la figure 13. Il existe toutefois des années durant lesquelles le rendement est relativement plus faible (ces années 3 et 6). Or, la figure 13 nous montre que les rendements les moins élevés sont obtenus lorsque le nombre de jours de gel augmente.

<figure><img src="image_15.png" /><figcaption>Figure 13 : Evolution du rendement en fonction de l'âge de la culture (Age) et du nombre de jours de gel (NbJG)</figcaption></figure>

L'âge de la culture et le nombre de jours de gel expliquent 43% de la variabilité des rendements et ont toutes deux un effet significatif (p-value = 1,52e-08 pour âge et p-value=3,52e-06 pour NbJG)

### I.4.2. Cas des traitements avec miscanthus sinensis

Avant le ré-échantillonnage du jeu de données, la somme de degrés-jour l'année précédente, l'indicateur de stress hydrique et l'âge de culture présentent des poids d'aikaike élevés (0,99), par contraste avec ceux des autres indicateurs (Tableau III). Comme pour l'analyse précédente, les valeurs de ces poids d'Akaike sont très peu modifiées après le ré-échantillonnage, ce qui indique que les résultats sont robustes lorsqu'on modifie le jeu de données.
<table><caption>Tableau III : Relation entre les indicateurs de facteurs limitants candidats et le rendement de miscanthus sinensis</caption><thead><tr><th rowspan="2">Indicateurs de facteurs limitants candidats</th><th colspan="2">Valeur du paramètre</th><th colspan="3">Ecart-type</th><th colspan="2">Poids d'akaïke</th></tr><tr><th>Après ré-échantillonnage</th><th>Avant ré-échantillonnage</th><th>Avant ré-échantillonnage</th><th>Après ré-échantillonnage</th><th>Après ré-échantillonnage</th><th>Avant ré-échantillonnage</th><th>Après ré-échantillonnage</th></tr></thead><tbody><tr><td>Mulch</td><td>0,24</td><td>0,38</td><td>0,31</td><td></td><td>0,39</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Âge</td><td>0,64</td><td>0,15</td><td>0,99</td><td></td><td>0,99</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ks</td><td>11,41</td><td>2,02</td><td>0,99</td><td></td><td>0,99</td><td></td><td></td></tr><tr><td>NbJG</td><td>-0,01</td><td>0,02</td><td>0,30</td><td></td><td>0,42</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SDJ</td><td>0,01</td><td>0,002</td><td>0,99</td><td></td><td>0,96</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

Mulch : rendement de la première année, Âge : nombre d'années de culture, Ks : indicateur de stress hydrique, NbJG : Nombre de jours de gel, SDJ : somme de degrés-jours l'année précédente

La Figure 14 illustre l'effet des indicateurs de facteurs limitants précédemment identifiés sur le rendement de miscanthus sinensis. Les rendements augmentent quand la somme de degrés-jours de l'année précédente prend des valeurs élevées : on peut penser que lorsque la culture accumule assez de température pour boucler son cycle de développement (notamment arriver au stade floraison, ce qui n'est pas observé tous les ans), la remobilisation des réserves vers le rhizome se fait mieux, ce qui donne lieu à de meilleures conditions de croissance l'année suivante. On observe également une baisse des rendements quand l'indicateur de stress hydrique (Ks) prend des valeurs faibles.

<figure><img src="image_16.png" /><figcaption>Figure 14 : Évolution du rendement en fonction de la somme de degrés-jours de l'année précédente, de l'âge de la culture (Âge) et de l'indicateur de stress hydrique (Ks).</figcaption></figure>

L'âge de la culture, l'indicateur de stress hydrique et la somme de degrés-jours de l'année précédent expliquent 52% des variations de rendement, avec un effet significatif pour ces trois variables (p-value = 2,04e-09 pour Ks, p-value = 4,50e-05 pour âge, p-value = 9,50e-09 pour SDJ).
## II. Analyse de l'évolution du stock de carbone dans le sol

Sur le réseau d'essais, le stock de carbone a évolué de manière similaire pour les traitements G_r-sd et S_p-sd (Figure 15). Sur l'horizon 0-5 cm (Figure 15a), le stock de carbone est plus élevé en 2019 qu'en 2014. Cette tendance est aussi observée dans une moindre mesure pour l'horizon 5 – 30 cm (Figure 15b).

Le site d'Episy présente les stocks de carbone les plus faibles du réseau d'essais. Subdray présente des valeurs assez élevées, sans doute à mettre en relation avec la forte part d'argile dans le sol (sol argilo-calcaire avec 34% d'argile), souvent relié au C via le complexe argilo-humique. Enfin, Chanteloup a des valeurs de stock en carbone particulièrement élevées tant sur l'horizon 0 – 5 cm que sur l'horizon 5 – 30 cm. Cette particularité du site est liée à la gestion de ces sols, où ont été épandues depuis des années des boues de vidange de la ville de Paris.

<figure><img src="image_17.png" /><figcaption>Figure 15 : Relation entre le stock de carbone en 2019 et le stock de carbone en 2014 sur le réseau d'essais pour l'horizon 0-5 cm (a) et 5-30 cm (b).</figcaption></figure>

Sur l'ensemble des sites, le stock de carbone est en moyenne plus élevé en 2019 qu'en 2014. On note cette augmentation pour les horizons 0 – 5 cm (Figure 16a), 5 – 30 cm (Figure 16b) et 0 – 30 cm (Figure 17c).

Ainsi, pour l'horizon 0 – 5 cm le stock moyen de carbone en 2019 est de 13,2 t/ha, contre 12,1 t/ha en 2014 (Tableau IV), soit une augmentation de 1,1 t/ha/an. On note une augmentation significative du stock de carbone en 2019 (p-value<0,001). Cette augmentation est observée pour les traitements G_r-sd et S_p-sd, sans différence significative entre les traitements.

Pour l'horizon 5 – 30 cm, on n'observe pas de différences significatives entre le stock de carbone en 2014 et le stock de carbone en 2019 (Tableau IV).

Au final, sur l'horizon 0 – 30 cm, les stocks de carbone ne sont pas significativement différents entre 2014 et 2019 (Tableau IV).
<figure><img src="image_18.png" /><figcaption>Figure 16 : Stock de carbone en 2014 et 2019 pour les horizons 0-5 cm (a), 5-30 cm (b) et 0-30 cm (c).</figcaption></figure>

<table><caption>Tableau IV : Analyse de variance du stock de carbone entre 2014 et 2019</caption><thead><tr><th rowspan="2">Année</th><th colspan="3">Horizon (cm)</th></tr><tr><th>0-5</th><th>5-30</th><th>0-30</th></tr></thead><tbody><tr><td>Stock de carbone 2014 (t/ha)</td><td>12,06 ±6,13b</td><td>34,86 ±35,68</td><td>69,28±44,92</td></tr><tr><td>Stock de carbone 2019 (t/ha)</td><td>13,24 ±6,35a</td><td>36,54 ±31,87</td><td>72,62±36,13</td></tr><tr><td>ddl</td><td>1</td><td>1</td><td>1</td></tr><tr><td>p-value</td><td>&lt;0,001</td><td>0,82</td><td>0,27</td></tr><tr><td>Significativité</td><td>S</td><td>NS</td><td>NS</td></tr></tbody></table>

Les valeurs suivies d'une même lettre sur la même colonne ne sont pas significativement différentes au seuil de 5 %. NS= Non Significatif; S= Significatif; ddl=degré de liberté

# D- DISCUSSION

## I. Des rendements contrastés entre génotypes et entre site-années

### 1.1. Comparaison des rendements et des composantes du rendement entre miscanthus x giganteus et miscanthus sinensis

Nos résultats ont montré que miscanthus x giganteus a obtenu de meilleurs rendements que miscanthus sinensis, avec comme rendements moyens sur l'ensemble des site-années 8,4 t MS/ha et 5,7 t MS/ha, respectivement. Par ailleurs, miscanthus sinensis a obtenu des rendements plus variables que miscanthus x giganteus (rendements compris entre 0,8 t MS/ha et 20,5 t MS/ha pour miscanthus x giganteus et entre 2,3 t MS/ha à 10,8 t MS/ha pour miscanthus sinensis). Nos résultats sont en adéquation avec ceux de Clifton-brown et al. (2001) et Lewandowski et al. (2003) qui ont trouvé que les rendements de miscanthus x giganteus étaient meilleurs que ceux de miscanthus sinensis dans les conditions européennes. D'autres études ont cependant montré que miscanthus sinensis obtenait de meilleurs rendements que miscanthus x giganteus : Nakajima et al. (2018) indiquent que le rendement moyen de miscanthus sinensis (30,2 t MS/ha) était plus élevé que celui de miscanthus x giganteus (20,8 t MS/ha). Yu et al. (2013) ont également obtenus des résultats similaires. Cette différence de résultats pourrait s'expliquer par le fait que les deux dernières études n'ont pas été conduites dans les conditions pédoclimatiques européennes, mais en conditions asiatiques, caractérisées par un climat différent (pluviométrie de 1200 mm).

Les rendements plus élevés de miscanthus x giganteus pourraient s'expliquer par son potentiel de rendement plus important, qui pourrait être lié à une durée plus importante de son cycle de développement. Ce génotype, plus tardif que miscanthus est, plus avancé dans son cycle de
développement, ce qui permet des rendements plus élevés (Lewandowski *et al.*, 2000). On observe d'ailleurs que la somme de températures de l'année précédente apparaît comme un facteur limitant le rendement de *miscanthus sinensis*, ce qui témoigne de la difficulté de ce génotype à boucler son cycle, l'empêchant de constituer des réserves suffisantes dans le rhizome pour l'année suivante de production. Pour valider cette hypothèse, il aurait été intéressant de noter de manière précise chaque année la date de floraison des deux espèces (ou la non apparition de la floraison une année donnée pour l'une ou l'autre des espèces).

Ces différences de rendement peuvent aussi être liées à l'architecture de son couvert (à même LAI, nous avons en effet constaté que le rendement de *miscanthus x giganteus* était plus élevé que celui de *miscanthus sinensis*. Cette architecture du couvert est elle-même le fruit d'une hauteur de *miscanthus x giganteus* plus élevée (4 m pour *miscanthus x giganteus* contre 2,5-3 m pour *miscanthus sinensis* ) et d'une capacité de tallage plus faible pour une même densité (le nombre de tiges de *miscanthus x giganteus* est compris entre 57916 et 607291, celui de miscanthus sinensis entre 358750 et 1539791). Enfin, nous avons observé que le génotype de *miscanthus sinensis* utilisé pour notre étude n'était pas uniforme pour tous les pieds. Cette diversité du pool génétique a sans doute impacté les rendements finaux. Lors de prochaines études, il serait préférable d'utiliser des génotypes dont les lignées sont fixées pour être plus précis dans la comparaison entre génotypes.

Nos résultats ont montré que les rendements de *miscanthus x giganteus* dépendaitent plus du poids des tiges et que cette espèce ne produisait pas beaucoup de tiges par rapport à *miscanthus sinensis*. Or, Lesur *et al.*, (2015) ont trouvé que les variations de rendement de *miscanthus x giganteus* entre sites en Bourgogne s'expliquaient surtout par les nombres de tiges par ha. Cette différence de résultats s'expliqueraient par le dispositif conduit par ces auteurs, qui correspond à un réseau d'enquête en parcelles agricoles où des problèmes de levée des plants issus des rhizomes ont été observés (Lesur *et al.*, 2015). Cela n'a pas été le cas pour notre réseau d'essais, car l'implantation et le repiquage des plants ont été réalisés manuellement, pour contrôler ce paramètre.

## I.2. Une origine de la variabilité des rendements entre sites-années différente selon le génotype

Les deux génotypes ont un indicateur commun expliquant la variabilité des rendements entre site-années : l'âge de la culture, avec des rendements croissants lorsque que la culture prend de l'âge. Ceci est cohérent avec la littérature sur le sujet pour *miscanthus x giganteus* (Miguez *et al.*, 2008 ; Lesur *et al.*, 2013) et *miscanthus sinensis* (Zub et Brancourt-Hulmel, 2009) car nous sommes dans les phases juvéniles de la culture (sur les 5 premières années de récolte, pour une culture qui peut être cultivée sur 15-20 ans), avant l'atteinte d'un plateau de rendement, voire d'une diminution des rendements à la fin du cycle de production.

Au-delà de l'âge de la culture, les deux espèces n'ont pas les mêmes facteurs limitants expliquant la variabilité des rendements entre site-années :
Nous avons pu mettre en évidence que le nombre de jours de gel impactait négativement les rendements de *miscanthus x giganteus*. En effet, le gel à la reprise de végétation comme nous l'avons montré dans notre état de l'art entraine la sénescence des tiges réduisant le nombre de tiges à la maturité. Le gel peut tuer les rhizomes en hiver ou endommager les nouvelles pousses au début du printemps (Fonteyne *et al.*, 2016 ; Zub *et al.*, 2012 ; Domon *et al.*, 2013). *Miscanthus sinensis* étant plus résistant au gel, cela pourrait expliquer le fait que le gel n'est pas eu d'effets significatifs sur les rendements de ce dernier. Par ailleurs, nos résultats ont montré que l'indicateur de stress hydrique et la somme des degré-jours de l'année précédente expliquaient une part importante de la variabilité des rendements de *miscanthus sinensis*. Le résultat sur l'effet du stress hydrique est en accord avec Christian et Haase (2001), qui ont signalé que le manque d'eau chez *miscanthus* impactait la photosynthèse donc le rendement. Il est toutefois surprenant d'observer que le stress hydrique impacte le rendement de *miscanthus sinensis*, mais pas celui de *miscanthus x giganteus*, espèce connue dans la littérature scientifique pour être plus sensible au stress hydrique de *miscanthus sinensis* (Clifton-Brown *et al.*, 2002).
Enfin, pour les deux espèces, nous constatons que nous avons pu classer les facteurs limitants de manière claire (avec des poids d'akaike proches de 1 et peu sensibles à des modifications minimes du changement de jeu de données). Toutefois, nous n'avons expliqué qu'une moitié de la variabilité avec ces facteurs limitants majeurs. Quelle pourrait être l'origine de la variabilité non expliquée ? Une part de la variabilité du rendement pourrait être liée à la nutrition minérale notamment en N, P et K. Au cours de notre étude, nous avions estimé l'indice de nutrition azoté (INN) pour le présenter comme indicateur candidat, car la courbe critique de l'azote a été établie pour miscanthus (Zapater et al., 2016). Or, ce dernier n'a pas pu être utilisé car nous suspections des erreurs lors de sa mesure (faite sur 5 tiges x 3 lieux en été autour des placettes pour ne pas perturber la mesure des rendements sur les placette) et une trop grande proximité de son calcul de la matière sèche aérienne par ha à la récolte, à savoir le rendement (la MS aérienne du miscanthus évoluant peu entre l'été et la récolte de février).

## II. Quel mode d'implantation privilégier pour ces deux espèces ?

Les différents modes d'implantations considérés dans notre travail ont montré que les deux espèces (*miscanthus x giganteus* et *miscanthus sinensis*) pouvaient être implantées à partir de plants repiqués à partir de rhizomes (*miscanthus x giganteus*) et de graines (*miscanthus sinensis*). Des résultats similaires montrent que *miscanthus sinensis* pouvait être implanté à l'aide de cette méthode (Atkinson, 2009 ; Christian *et al.*, 2013). Pour *miscanthus sinensis* contrairement aux résultats de Atkinson (2009), nos résultats ne montrent pas une augmentation des rendements lorsque la densité de semis augmente. Ces résultats s'expliqueraient par le mécanisme d'auto-ombrage qui se fait lorsque le LAI augmente et atteint une valeur de 6. L'augmentation de la densité ne permettra donc plus une augmentation des rendements car le rayonnement intercepté sera peu variable.

## III. Un stockage de carbone au bout de cinq ans sur les 5 premiers cm de sol

Les résultats ont montré que le stock de carbone après six années de culture (en 2019) sous miscanthus était plus élevé (13,3 t C/ha) et significativement différent du stock présent en 2014 (12,1 t C/ha) pour l'horizon de sol 0-5 cm, avec une vitesse d'accumulation de 0,24 t C/ha/an. Nos résultats sont similaires à ceux obtenus par Anderson-Teixeira *et al.* (2009) et de Poeplau *et al.* (2011) qui ont trouvé une augmentation du stock de carbone de 8,8 t C/ha (sur l'horizon 0-30 cm) et de 8 t C/ha (sur l'horizon 0-10 cm sur 16 ans de culture) respectivement. Par ailleurs, nous n'avons pas observé de différences significatives entre le carbone stocké sous culture de *miscanthus x giganteus* et le carbone stocké sous culture de *miscanthus sinensis*. Nos résultats ne corroborent pas ceux de Nakajima *et al.* (2018) qui ont montré que *miscanthus x giganteus* (1,96 t C/ha sur 0-100 cm et sur 6 ans) stockait le carbone à un taux plus élevé que *miscanthus sinensis* (0,96 t C/ha sur 0-100 cm et sur 6 ans) du fait d'une production de mulch plus importante lié à la chute des feuilles chaque année.

De manière générale, les cultures pérennes contribuent à augmenter le stock de carbone dans le sol, en grande partie en raison de l'augmentation des apports en carbone de la biomasse aérienne et souterraine et de l'arrêt du travail du sol, qui a pour effet de ralentir la minéralisation du carbone dans le sol (Poeplau *et al.* 2011). Cet effet est probant pour le *miscanthus* à travers l'accumulation du mulch (produit par la chute des feuilles) mais aussi des racines qui restent pendant longtemps dans le sol et qui se décomposent.

L'augmentation des stocks de carbone dépend aussi largement de l'historique de l'utilisation des terres, des propriétés du sol, y compris la teneur en argile, le pH, les niveaux initiaux de carbone et le climat (Anderson-Teixeira *et al.*, 2009 ; Zimmermann *et al.*, 2012). La variabilité d'évolution du carbone entre les sites s'explique aussi par ces conditions du milieu. En effet Sur l'horizon 0-5 cm tous les sites ont obtenu une augmentation du stock de carbone excepté à La Bondue (-0,05 t C/ha). Les sites qui ont obtenu les plus grandes augmentations de carbone sont Marne et Gondoire (2,35 t C/ha) et Bioferme (2,28 t C/ha). Les deux sites qui ont obtenu les meilleurs stockages de carbone sont les sites qui ont les meilleures productions de biomasse et donc une production plus importante de mulch.
Le stock de carbone a augmenté significativement sur l'horizon de sol 0 – 5 cm, mais pas sur l'horizon 5 – 30 cm. Nos résultats sont en adéquation avec ceux de Ferchaud et al. (2015) qui ont montré que le carbone sous culture de *miscanthus* était essentiellement stocké sur l'horizon 0 – 5 cm, tandis qu'un léger déstockage de C était observé pour les horizons plus profonds. Cela est lié au fait que la biomasse aérienne issue de la chute des feuilles est essentiellement stockée en surface et du fait de l'absence de travail du sol. Dufossé et al. (2014) ont trouvé une profondeur d'accumulation de C plus importante, avec une augmentation de stock de carbone dans l'horizon 0 – 15 cm sur des parcelles de *miscanthus* de 20 ans d'âge. Pour comprendre ce résultat par contraste au nôtre, on pourrait formuler l'hypothèse suivante : plus le temps de culture sous *miscanthus* est long, plus la profondeur de l'horizon dont le stock de carbone augmenterait significativement est grand.
## Conclusion

L'objectif de notre étude était d'évaluer au sein d'un réseau d'essais de nouvelles modalités d'implantation de *miscanthus x giganteus* et *miscanthus sinensis* afin de comparer leur rendement, de déterminer les principaux facteurs responsables de la variabilité des rendements entre site-années. D'autre part, nous voulions évaluer l'impact environnemental de cette culture, en mesurant l'évolution du carbone stocké dans le sol entre 2014 et 2019. Les résultats que nous avions obtenus montrent que *miscanthus x giganteus* obtient en moyenne de meilleurs rendements, mais plus variables comparativement à *miscanthus sinensis*. Mis à part l'âge de la culture, les facteurs expliquant les variations de rendement diffèrent pour les deux espèces : Les rendements de *Miscanthus x giganteus* sont impactés par le nombre de jours de gel tandis que les rendements de * miscanthus sinensis* sont affectés par le stress hydrique et par la somme des degrés-jour de l'année précédente. Le stock de carbone dans le sol a augmenté de façon significative pour les deux espèces entre 2014 et 2019 sur l'horizon 0 – 5 cm (de 0,24 t C/ha/an).

Enfin, il ressort de notre étude que le mode d'implantation à partir de plants repiqués donne des résultats de production concluant pour les deux espèces, ce qui ouvre la voie à d'autres possibilités d'implantation du miscanthus. Par ailleurs, doubler la densité n'augmente pas les rendements de *miscanthus sinensis*, ce qui exclut cette option parfois explorée dans la littérature scientifique pour accroître les rendements de cette espèce en régions Ile de France et Centre.

Il serait intéressant d'approfondir l'analyse des facteurs limitants le rendement en identifiant des indicateurs en lien avec la nutrition minérale (NPK). Enfin, une perspective de travail serait de mener une étude de faisabilité de ces nouveaux modes d'implantation en parcelle agricole, en mécanisant les opérations d'implantation à partir de plants.
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Annexe

<figure><img src="image_19.png" /><figcaption>Annexel : Évolution du nombre de pieds/ha du site de Versailles de 2015 à 2019</figcaption></figure>