Offre N° : PRS-20-288

Expérimentation en conditions contrôlées pour l’évaluation d’un modèle biophysique des plantes

Mots clefs :
Experimentation
Modelisation


Type d'accueil : Stage Master 2
Lieu d'accueil : UMR AGAP, CIRAD, Montpellier.
Période d'accueil : 15/01/2021 (negociable)    Durée d'accueil : 6 mois
Profil recherché : Nous recherchons un stagiaire de fin d’étude (3A, Master 2).
Laboratoire d'accueil :
UMR CIRAD-CNRS (5120)-INRA (931)-IRD (123)- Université Montpellier, "botAnique et Modélisation de l'Archtecture des Plantes et des végétations"

Descriptif détaillé de l'offre :

Objet de l'offre :
Contexte

Les modèles dits structure-fonction (Functional-Structural Plant Models) permettent de modéliser le fonctionnement des plantes en lien avec leur structure. Pour se faire, ces modèles représentent explicitement l’architecture et la géométrie des plantes en 3 dimensions, et simulent à l’échelle de l’organe des processus biophysiques tels que l’interception et la rediffusion de la lumière, les flux d’énergie, de carbone et d’eau. Ces modèles sont en très grande majorité paramétrés depuis des mesures locales à l’échelle d’une feuille, puis appliqués pour simuler les processus à l’échelle de la plante ou de la parcelle. Chaque processus est modélisé en utilisant des équations qui décrivent leur fonctionnement, et le modèle met en interaction ces processus. Ces équations sont évaluées et validées indépendamment au travers d’expérimentations dédiées en milieu contrôlé à l’échelle du processus. Néanmoins l’évaluation de ces modèles à une échelle qui intègre les différentes interactions entre processus reste un enjeu.

Aucunes données ouvertes n’existent à notre connaissance pour l’évaluation des processus biophysiques simulés par les FSPM à l’échelle de la plante entière. Ce stage vise à y remédier.

Mission

Une expérimentation en microcosme sera mise en place à l’Ecotron de Montpellier. Elle consiste à mesurer la réponse de plantes à des conditions environnementales variables pour l'évaluation d’un modèle biophysique. En pratique, des plantes sont placées dans un microcosme où les flux d’H2O et de CO2 ainsi que la température des feuilles sont mesurés en continu tandis que les conditions environnementales telles que la température de l'air, le déficit de pression de vapeur, le rayonnement et la concentration de CO2 dans l'air sont modifiées de manière séquentielle et indépendante pour différentes combinaisons avec une large gamme de valeurs.

Ces courbes de réponse seront également simulées par un FSPM calibré en utilisant des mesures telles que la géométrie 3D détaillée de la plante et du microcosme, leurs propriétés optiques, et les paramètres écophysiologiques de photosynthèse et de conductance stomatique généralement estimés à l’aide d’échangeur de gaz. L’évaluation du modèle consistera alors à comparer les flux de CO2 et d’H2O simulés à ceux observés dans le microcosme.

Le.a stagiaire aura pour mission de gérer l’expérimentation a l’Ecotron avec l’appui de ses encadrants et du personnel de la plateforme d’expérimentation du laboratoire AMAP et de l’Ecotron. Il/elle devra notamment participer à mesurer la géométrie de la plante en 3D via du LiDAR (Riegl VZ-400) et de la photogrammétrie, effectuer des mesures de flux à l’échelle de la feuille avec un échageur de gaz (Walz GFS-3000, puis gérer et suivre les courbes de réponses des plantes dans les microcosmes

La deuxième partie du stage reposera sur l’utilisation du modèle FSPM pour reproduire in silico les courbes de réponses réalisées dans les microcosmes. L’étudiant devra calibrer les modèles, réaliser les simulations et in fine évaluer le modèle biophysique ARCHIMED-φ, un modèle FSPM développé au laboratoire AMAP par l’équipe du thème FSPM.

Le travail débouchera sur la rédaction d’un article scientifique.

Publications de l'équipe en rapport avec le sujet :
ARCHIMED:

Perez, Raphael P.A., Remi Vezy, Loic Brancheriau, Frederic Boudon, Francois Grand, Doni Artanto Raharjo, Jean-Pierre Caliman, et Jean Dauzat. 2020. « Toward a functional-structural model of oil palm accounting for architectural plasticity in response to planting density ». In . Online.

Vezy, Remi, Raphael P.A. Perez, Francois Grand, et Jean Dauzat. 2020. « Light exchanges in discrete directions as an alternative to raytracing and radiosity ». In . Online. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.13421.20968/1.

Perez, Raphael P. A., Evelyne Costes, Frederic Theveny, Sebastien Griffon, Jean-Pierre Caliman, et Jean Dauzat. 2018. « 3D Plant Model Assessed by Terrestrial LiDAR and Hemispherical Photographs: A Useful Tool for Comparing Light Interception among Oil Palm Progenies ». Agricultural and Forest Meteorology 249 (février): 250‑63. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2017.11.008.

Perez, Raphael P.A., Jean Dauzat, Benoit Pallas, Julien Lamour, Philippe Verley, Jean-Pierre Caliman, Evelyne Costes, et Robert Faivre. 2017. « Designing Oil Palm Architectural Ideotypes for Optimal Light Interception and Carbon Assimilation through a Sensitivity Analysis of Leaf Traits ». Annals of Botany 121 (5): 909‑26. https://doi.org/10.1093/aob/mcx161.

Perez, Raphael P.A., Benoît Pallas, Gilles Le Moguedec, Herve Rey, Sébastien Griffon, Jean-Pierre Caliman, Evelyne Costes, et Jean Dauzat. 2016. « Integrating Mixed-Effect Models into an Architectural Plant Model to Simulate Inter- and Intra-Progeny Variability: A Case Study on Oil Palm ( Elaeis Guineensis Jacq.) ». Journal of Experimental Botany 67 (15): 4507‑21. https://doi.org/10.1093/jxb/erw203.



Evaluation de modeles:

Vezy, Rémi, Guerric le Maire, Mathias Christina, Selena Georgiou, Pablo Imbach, Hugo G. Hidalgo, Eric J. Alfaro, et al. 2020. « DynACof: A Process-Based Model to Study Growth, Yield and Ecosystem Services of Coffee Agroforestry Systems ». Environmental Modelling & Software 124 (février): 104609. https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2019.104609.

Vezy, Rémi, Mathias Christina, Olivier Roupsard, Yann Nouvellon, Remko Duursma, Belinda Medlyn, Maxime Soma, et al. 2018. « Measuring and modelling energy partitioning in canopies of varying complexity using MAESPA model ». Agricultural and Forest Meteorology 253–254 (printemps): 203‑17. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2018.02.005.
Connaissances requises
Le.a stagiaire devra être capable d’acquérir de nouvelles connaissances et de les appliquer, notamment en expérimentation et en simulation.

Étant donné la grande variété de compétences recherchées, nous sommes avant tout a la recherche d’un.e étudiant.e motivé.e et curieux.se pour faire de l’expérimentation et de la simulation, avec des connaissances en biologie et fonctionnement des plantes.

Une certaine autonomie sera petit à petit demandée pour l’expérimentation, moins pour les aspects de modélisation. Mais le.a stagiaire devra être capable de prendre en main de nouveaux logiciels (e.g. Riscan Pro), et sera mené.e a paramétrer un modèle, lancer des simulations, et étudier les sorties du modèle en regard des mesures expérimentales. Pour se faire, il/elle devra utiliser un langage de programmation tel que R ou Julia. La connaissance d’un langage de programmation est donc un plus.

Le.a stagiaire sera formé.e au début du stage à l’utilisation du matériel utilisé pour l’expérimentation, puis à la modélisation et a R/Julia par la suite.

Commentaires complémentaires
Le.a stagiaire devra faire des allers-retour entre le CIRAD et l’Ecotron de Baillarguet (~7 km). Le.a stagiaire sera basé.e dans les locaux de l’UMR AGAP au CIRAD à Montpellier. Le.a stagiaire recevra une indemnité de stage de ~600 €/mois (rémunération conventionnée par l'état). Il/elle aura accès à la cantine subventionnée du CIRAD.