FSPM - Modèles Structure Fonction de Plantes en Peuplement

Mots clés
Architecture
Ecophysiologie
Modélisation

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
AgrobrancheAgrobranche
Porteur : Fabien LIAGRE (Agroof)  
2018 - 2021
CaSSECSCarbon Sequestration and greenhouse gas emissions in (agro) Sylvopastoral Ecosystems in the sahelian CILSS States
Porteur : Paulo SALGADO   
2020 - 2023
COCOA4FUTURECocoa4Future : Sustainability of production systems and new dynamics in the cocoa sector
Porteur : Patrick JAGORET (CIRAD)  
2020 - 2024

ADJI Beda Innocent 2018 - 2021. Modélisation de la croissance et du développement d'espèces végétales forestières indigènes. Université de Montpellier. Dir : AKAFFOU DOFFOU Sélastique / Co-dir. : JAEGER Marc

LEMIERE Laetitia 2020 - 2023. Contribuer à la formalisation de la description des systèmes agroforestiers et doit aboutir à l'implémentation d'applications de réalité augmentée et à leur évaluation auprès d'agriculteurs, de lycées agricoles et de conseillers agroforestiers.. Ecole doctorale : GAIA / Montpellier SupAgro . Dir : JAEGER Marc / Co-dir. : GOSME Marie

Articles

Publications HAL de la collection AMAP

2021

Article dans une revue

ref_biblio
Roberta Dainese, Alessandro Tarantino. Measurement of plant xylem water pressure using the high-capacity tensiometer and implications for the modelling of soil–atmosphere interaction. Geotechnique, Thomas Telford, 2021, 71 (5), pp.441-454. ⟨10.1680/jgeot.19.P.153⟩. ⟨hal-03222923⟩
Accès au bibtex
BibTex
ref_biblio
Philippe de Reffye, Baogang Hu, Mengzhen Kang, Véronique Letort, Marc Jaeger. Two decades of research with the GreenLab model in Agronomy. Annals of Botany, Oxford University Press (OUP), 2021, 127 (3), pp.281-295. ⟨10.1093/aob/mcaa172⟩. ⟨hal-02950606⟩
Accès au texte intégral et bibtex
https://hal.inrae.fr/hal-02950606/file/mcaa172.pdf BibTex

2020

Article dans une revue

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Véronique Letort, Sylvie Sabatier, Michelle Pamelas Okoma, Marc Jaeger, Philippe de Reffye. Internal trophic pressure, a regulator of plant development? Insights from a stochastic functional–structural plant growth model applied to Coffea trees. Annals of Botany, Oxford University Press (OUP), 2020, 126 (4), pp.687-699. ⟨10.1093/aob/mcaa023⟩. ⟨hal-02945618⟩
Accès au bibtex
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Virginie Moreaux, Simon Martel, Alexandre Bosc, Delphine Picart, David Achat, et al.. Energy, water and carbon exchanges in managed forest ecosystems: description, sensitivity analysis and evaluation of the INRAE GO+ model, version 3.0. Geoscientific Model Development Discussions, Copernicus Publ, 2020, 13 (12), pp.5973-6009. ⟨10.5194/gmd-13-5973-2020⟩. ⟨hal-03051411⟩
Accès au texte intégral et bibtex
https://hal.inrae.fr/hal-03051411/file/gmd-13-5973-2020.pdf BibTex
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Rémi Vezy, Guerric Le Maire, Mathias Christina, Selena Georgiou, Pablo Imbach, et al.. DynACof: A process-based model to study growth, yield and ecosystem services of coffee agroforestry systems. Environmental Modelling and Software, Elsevier, 2020, 124, pp.104609. ⟨10.1016/j.envsoft.2019.104609⟩. ⟨hal-02488996⟩
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BibTex
  • Montpellier : UMRs AGAP, 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).