Dos and Don'ts in Augmentative Biological Control: Insights from Mathematical Modelling
Lutte biologique augmentative : modélisation mathématique et recommandations
Résumé
This thesis presents the mathematical analysis of models in augmentative biological control, from which practical guidelines are the derived. Biological control provides a means to fight pest invertebrates that attack crops with their natural predators. It is an essential component in efforts to reduce pesticide usage in agriculture. Pesticides pose a threat to human health, both to the agricultural worker and the consumer, as well as to the environment because of their toxicity : this largely motivates the need for current biological control programs to be improved and new ones developed. In this thesis, we look in particular at augmentative biological control, which involves the periodic release of predators that are not able to establish in an ecosystem in the absence of the pest, their primary prey. We introduce a general class of models that describe the intrinsic predator-prey dynamics by a pair of ordinary differential equations and the periodic releases by a discrete equation. We study the variants of this class of models, that may arise in a biological control set-up and highlight the consequences on the strategy of releases. We analyse the effect of intrapredatory interference occurring when the predator preys the pest, the impact of cannibalism among the predators, and finally the outcome of partial harvests of crops on the biological control program. Finally, we summarise the results of our mathematical analysis into a set of practical guidelines. We also report experiments on an agronomic predator-prey system, in which the predator species exhibits interfering behaviour. The experimental results validates out mathematical predictions.
Les travaux présentés dans cette thèse portent sur des problématiques de modélisation mathématique de lutte biologique augmentative et des recommandations pratiques qui en sont dérivées. La lutte biologique est une méthode de phytoprotection visant à combattre les ravageurs des cultures à l'aide de leurs ennemis naturels ; son développement est crucial en vue de diminuer l'utilisation de pesticides dont les conséquences néfastes sont reconnues, notamment sur la santé des agriculteurs et des consommateurs, mais aussi sur l'environnement. Il est donc nécessaire de proposer et développer des méthodes de lutte biologique efficaces. Dans cette thèse, nous nous intéressons plus particulièrement à la lutte biologique augmentative, qui consiste à lâcher périodiquement des ennemis naturels qui n'ont pas la capacité de s'établir dans l'environnement en l'absence des ravageurs cibles. Nous introduisons une famille générique de modèles représentant d'une part la relation proie / prédateur à la base de la lutte biologique sous forme d'événements discrets. Nous précisons ensuite ce modèle pour diverses situations rencontrées dans le cadre de la lutte biologique et indiquons quelles en sont les conséquences sur les stratégies de déploiements des ennemis naturels : nous étudions notamment l'effet d'interférences entre prédateurs pour l'accès aux proies, l'existence de relations de cannibalisme entre prédateurs et les conséquences que peuvent avoir des récoltes partielles des plantes sur l'efficacité de la lutte biologique. Enfin, nous résumons tous nos résultats sous forme de recommandations pratiques pour la lutte biologique et en présentons une validation expérimentale sur un exemple agronomique d'intérêt, dans lequel les prédateurs entretiennent des relations d'interférence.
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