Thème AFON - Architecture fonctionnelle

Contexte et enjeux

L’approche de modélisation Structure-Fonction (FSPM) couplant architecture des plantes et processus fonctionnels ouvre des perspectives nouvelles pour comprendre comment les plantes s’adaptent à leur environnement et comment la sélection et des pratiques agronomiques peuvent améliorer leur potentiel de production. L’UMR AMAP possède une longue expérience de la modélisation de l’édification de l’architecture des plantes et développe des outils spécifiques pour simuler des processus fonctionnels à différentes échelles (http://amapstudio.cirad.fr/).

Objectifs

L’objectif général est de mettre en œuvre une approche FSPM pour traiter des applications en agronomie, foresterie et agroforesterie.
Les applications concernent en premier lieu des plantes tropicales d’intérêt majeur (ex. riz, sorgho, palmier à huile, caféier, eucalyptus). L’étude du développement d’arbres en peuplement est à ce stade plus exploratoire et "heuristique" du fait de la multiplicité des essences (en particulier dans les peuplements tropicaux) et de la difficulté de modéliser la mise en place de leur architecture.

Approche

L’approche de modélisation structure-fonction consiste à coupler les processus d’édification architecturale des plantes et les processus fonctionnels tels que la photosynthèse, la transpiration ou la biomécanique des structures. Ce couplage passe par une reconstruction 3D "architecturée" des plantes permettant de simuler l’accès des structures photosynthétiques à la lumière compte-tenu de leur voisinage et de rendre compte ainsi de la compétition entre plantes.
La modélisation du bilan carboné est un volet central. Il est généralement considéré que c’est le bilan carboné qui contraint la croissance et le développement des plantes (tout au moins pour les plantes améliorées en conditions "agronomiques") mais une limitation par les puits de carbone a également été mise en évidence (ex. Franck et al, 2006). L’hypothèse d’un pool commun pour les assimilats est une hypothèse de départ suffisante pour la plupart des cultures mais ne peut rendre compte de la croissance différentielle des branches et leur mortalité chez des arbres de grande taille. L’hypothèse d’une autonomie (au moins partielle) des branches est dans ce cas fondamentale pour pouvoir rendre compte de l’occupation de l’espace et de la compétition entre les arbres au sein d’un peuplement. In fine c’est la croissance différentielle des branches et leur élagage (en fonction de leur acquisition de carbone) qui devient un processus prépondérant dans la réalisation d’un arbre en termes de carbone fixé et de biomasse exploitable.

Résultats attendus

  •  Cadre générique de modélisation de l’édification de l’architecture des plantes sur la base de processus fonctionnels
  •  FSPM dédiés pour le palmier à huile et le caféier
  •  Modélisation biomécanique des risques de verse ou de casse au vent (ex. riz, pin maritime)
  •  Plasticité et acclimatation des plantes aux changements globaux (ex. acclimatation du caféier au taux élevés de CO2 atmosphérique)
  •  Identification de traits fonctionnels et/ou structuraux pour la sélection ; Evaluation d’idéotypes (riz, sorgho)
  •  Evaluation de pratiques agronomiques (densité de plantation, élagage, rationalisation de systèmes agroforestiers…)
  •  Structuration de peuplements forestiers

Partenariats privés

Projets

Acronyme Intitulé Durée
AVSTUDIOModélisation et asservissement d’un système agrivoltaïque à panneaux mobiles2014 - 2016
STEM-LEAFSTudies based on Experimental and Modelled wavefor for the LEAF (Lidar for Earth And Forests) mission2013 - 2016

Publications majeures

Toutes les publications
  • Yang M, Défossez P, Danjon F, Fourcaud T., 2014. Tree stability under wind: simulating uprooting with root breakage using a finite element method. Annals of Botany 114: 695-709. [Lien éditeur]
  • Taugourdeau O, Dauzat J, Griffon S, Sabatier SA, Caraglio Y, Barthélémy D., 2012. Retrospective analysis of tree architecture in silver fir (Abies alba Mill.): ontogenetic trends and responses to environmental variability. Annals of Forest Science, 69 (6): 713-721. [Lien éditeur]
  • Franck N, Vaast P, Génard M, Dauzat J., 2006. Soluble sugars mediate sink feedback down-regulation of leaf photosynthesis in field-grown Coffea Arabica. Tree physiology, 26 (4): 517-525. [Lien éditeur]
  • Génard M, Dauzat J, Franck N, Lescourret F, Moitrier N, Vaast P, Vercambre G., 2008. Carbon allocation in fruit trees: From theory to modelling. Trees Structure and Function, 22 (3): 269-282. [Lien éditeur]
  • Parveaud CE, Chopard J, Dauzat J, Courbaud B, Auclair D., 2008. Modelling foliage characteristics in 3D tree crowns: Influence on light interception and leaf irradiance. Trees - Structure and Function, 22 (1) : 87-104. [Lien éditeur]

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