FSPM - Modèles Structure Fonction de Plantes en Peuplement
Mots clés
Comprendre l’édification et la plasticité architecturale des plantes en 4 dimensions (espace et temps) dans leur environnement biotique (i.e. en peuplement) et abiotique, à l’aide de modèles architecturés à base écophysiologique.
La compréhension et la prédiction du fonctionnement des plantes en peuplement se heurte à la quasi-impossibilité de mesurer les variables d’état de l’ensemble des structures tels que l’éclairement des feuilles, l’assimilation carbonée, les puits de carbone, etc.... La modélisation FSPM (Functional-Structural Plant Model) pallie ce manque d’information par simulation en utilisant divers modules pour calculer les processus qui déterminent le fonctionnement des plantes, tels que l’interception de la lumière, l’assimilation carbonée ou encore la production de biomasse et les rendements. Les modules que nous mettons en œuvre sont des implémentations de nos propres modèles (ex. pour la lumière dans Archimed) ou des implémentations de modèles existants (ex. Farquhar pour la photosynthèse). Dans certains cas nous pouvons être amenés à coupler nos modèles avec d’autres, tels que STICS que nos modules radiatifs permettent de spatialiser.
Notre ambition est un couplage étroit entre les processus, mais en se laissant la possibilité d’intégrer des données mesurées lorsqu’on n’est pas à même de simuler les processus (parce que trop complexes ou parce qu’on ne peut les paramétrer) ou simplement lorsqu’on veut enlever un degré de liberté pour pratiquer des analyses de sensibilité. L’utilisation de scans LiDAR nous permet par exemple de reconstituer le climat radiatif sous des arbres sans avoir besoin de générer des représentations 3D de ces derniers. In fine, c’est la capacité des modèles à rendre compte d’observations ciblées in situ qui constitue leur meilleure validation.
Sur des plantes cultivées, la possibilité d’effectuer des mesures détaillées dans des dispositifs expérimentaux avec du matériel végétal homogène (variétés, cultivars ou clones) permet de paramétrer finement les processus de croissance et de fonctionnement et ainsi prévoir des rendements en fonction de données climatiques et édaphiques. Des recommandations peuvent alors être données sur le choix du matériel végétal (idéotypes) et les pratiques culturales (ex. densité de plantation, taille, irrigation). Cependant des études ciblées et moins exigeantes en termes de mesures peuvent être menées avec des hypothèses simplificatrices comme l’existence d’un pool unique d’assimilats et l’homogénéité du microclimat au sein du couvert végétal (GreenLab). Ces simplifications sont pertinentes lorsqu’on s’intéresse à l’effet d’un seul facteur (ex. dégâts de ravageurs sur les feuilles) car le paramétrage du modèle peut alors être déduit d’expérimentations. Cette approche permet également de comparer le développement de plusieurs espèces d’un même genre ou d’une même famille (ex. espèces sauvages de caféiers en Afrique) à partir d’observations sur des individus placés dans les mêmes conditions de culture.
Sur un plan plus académique nous chercherons à : (i) Evaluer les paradigmes d’une croissance pilotée par les sources (photosynthèse) ou pilotée par les puits (respirations de croissance et d’entretien) ; (ii) Evaluer des hypothèses trophiques et hydriques relatives à la plasticité architecturale des plantes.
Les questionnements sont différents lorsqu’on s’intéresse à des arbres de fort développement en forêt naturelle du fait de leur diversité et de la difficulté d’acquérir des données. L’approche consiste alors à étudier des propriétés émergentes de combinaisons d’hypothèses fonctionnelles. Parmi ces hypothèses nous nous intéresseront plus particulièrement à des hypothèses concernant l’autonomie des branches, l’investissement des pousses feuillées dans l’activité cambiale des branches, du tronc et des racines ou la mutualisation des tissus conducteurs (xylème et phloème). Les compétences en botanique, architecture des plantes, informatique et mathématique au sein d’AMAP sont essentielles pour aborder ces questions.
Les modèles produits sont alors mis en œuvre pour : Prévoir des rendements de cultures, les biomasses ligneuses ou la séquestration de carbone ; Evaluer des pratiques culturales telles que l’élagage ou l’irrigation ; Evaluer les bilans d’eau et carbone à l’échelle de la parcelle en fonction de scénarios climatiques ; Evaluer les pertes de rendement consécutives à des maladies ou des attaques de ravageurs ; Optimiser des systèmes de production (ex : densité de plantation en monoculture ou choix et positionnement de cultures intercalaires dans des systèmes agroforestiers) ; Proposer des idéotypes adaptés aux conditions locales.
Outre les mesures et expérimentations in situ, nous développons des plateformes numériques pour la modélisation FSPM telles que : Archimed, AMAPStudio, GreenLab.
| Acronyme | Intitulé | Durée |
|---|---|---|
| AMPLI | AMPLI, Learning and Inverse Procedural Modeling for Authoring Large Virtual Worlds Porteur : Eric GUERIN (LIRIS - INSA Lyon / CNRS) | 2020 - 2025 |
| CaSSECS | Carbon Sequestration and greenhouse gas emissions in (agro) Sylvopastoral Ecosystems in the sahelian CILSS States Porteur : Paulo SALGADO | 2020 - 2024 |
| COCOA4FUTURE | Cocoa4Future : Sustainability of production systems and new dynamics in the cocoa sector Porteur : Patrick JAGORET (CIRAD) | 2020 - 2024 |
| eco2adapt | Ecosystem-based Adaptation and Changemaking to Shape, Protect and Maintain the Resilience of Tomorrow’s Forests Porteur : Alexia STOKES | 2023 - 2027 |
| IntercropVALUES | Developing Intercropping for agrifood Value chains and Ecosystem Services delivery in Europe and Southern countries Porteur : Eric JUSTES (CIRAD) | 2022 - 2026 |
| PalmStudio | PalmStudio, developing an FSPM for Oil palm Porteur : Rémi VEZY | 2022 - 2025 |
| ROBUST | UE Desira. Robusta coffee agroforestry to adapt and mitigate climate change in Uganda Porteur : Fabrice PINARD (CIRAD - PHIM) | 2021 - 2025 |
BRAUD Oriane 2023 - 2026. Multiscale hybrid modelling framework for intercrops : the best of plant and crop models. Ecole doctorale : I2S / Université de Montpellier. Dir : JAEGER Marc
TRIKI Houssem 2022 - 2024. Titre (FR) Interactions entre attaques de bioagresseurs et croissance des plantes par une approche modèle appliquée au caféier robusta en Ouganda. Effets sur la production. Titre (EN): Interactions between pest attacks and plant growth using a model appr. Ecole doctorale : I2S / Université de Montpellier. Dir : JAEGER Marc / Co-dir. : RIBEYRE Fabienne
- Montpellier : UMRs AGAP (MaCS4Plants), Eco&Sols, BioAgresseur, Diade, BioWooEB; PME Bionatics SA
- France : CentraleSupélec (Saclay)
- International : CATIE (Costa Rica), Université de Viçosa (Brésil), Réseau scientifique STICS, Institut d’Automatique de l’Académie des Sciences de Chine. Université de Daola (RCI).