Approche biophysique des processus de développement et de croissance des couverts végétaux : Interaction avec le stress hydrique et optimisation des pratiques culturales en climat méditerranéen

Biophysical approach of development and growth of cover crops process : Interaction with water stress and optimization of cultural practices in Mediterranean climates

• Auteur / Autrice : Samir Meridja
• Direction : Alain Perrier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Agronomie-Environnement
• Date : Soutenance le 27/09/2011
• Etablissement(s) : Paris, AgroParisTech
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Agriculture, Alimentation, Biologie, Environnement, Santé (Paris ; 2000-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Environnement et Grandes Cultures - Environnement et Grandes Cultures
• Jury : Président / Présidente : Yves Coquet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Perrier, Abelellah Aidaoui, Sami Bouarfa, Katia Laval, Andrée Tuzet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cyril Kao, Pierre Ribstein

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plantes -- Effets de l'eau

Plantes -- Facteurs de croissance

Couverture végétale du sol

Physiologie végétale

Mots clés libres

Modélisation

Développement et croissance végétale

Biophysique

Irrigation

Eau

Bioclimatologie

Modeling

Development and growth of cover crops

Biophysical

Irrigation

Eau

Bioclimatology

Résumé

Cette étude présente un modèle biophysique de fonctionnement de culture capable de traduire la dynamique de l'évolution de tout couvert végétal, sous différentes conditions abiotiques du milieu (température, eau et rayonnement) mais aussi de sols et de climats. L'approche développée pour le suivi de la cinétique de croissance et de développement des couverts reste très proche de la réalité physiologique de leurs fonctionnements mais aussi de celle liée aux interventions humaines qui se trouve alors compatible avec l'échelle de notre modélisation. Alors que l'utilisation d'une simple loi linéaire d'action de la température par les modèles de fonctionnements des cultures permet de prendre en partie l'effet de l'action de la température sur une gamme assez limitée de température active des espèces végétales, l'approche, assez originale, adoptée dans ce modèle permet l'utilisation d'une vraie loi d'action de la température sur les différents processus biologiques liés au développement et à la croissance, valable sur toute la gamme des températures biologiquement actives. Aussi, cette approche très générique permet de suivre la cinétique des vitesses d'évolution de toutes entités d'une plante, quelque que soit l'espèce ou la variété, et de travailler à n'importe quelle échelle de temps (jour, heure). L'adaptation du modèle logistique (largement utilisé pour décrire les processus biologiques) au contexte physiologique des plantes a permis une description assez originale de la dynamique de la croissance en fonction du développement, prenant en compte à tout moment l'effet d'une contrainte du milieu et sa rétroaction sur la dynamique d'évolution du couvert. La régulation de la croissance a été possible dans ce modèle de développement-croissance à travers la modulation de sa vitesse de croissance (processus le plus sensible au stress) en fonction de deux stress les plus importants chez les végétaux, soit l'eau et le rayonnement. A partir d'un petit nombre de paramètres facilement abordable en bibliographie, il est possible de caractériser la dynamique d'évolution de tout type de couvert végétal évaluant en conditions de sol et de climat variés. Couplé au modèle de bilan hydrique Bilhyna, ce dernier est capable de fonctionner sous différentes situations du milieu, conditions pluviales limitantes notamment, et de gérer ainsi le manque d'eau avec des apports possibles par irrigation de complément où limitées aux besoins tout au long de la croissance intègre alors la rétroaction d'une contrainte du milieu sur la dynamique de l'évolution du couvert. Pour étudier notre modèle, nous avons confronté dans un premier temps les sorties du modèle de loi d'action de la température sur les vitesses de développement aux résultats expérimentaux concernant les cultures du Lin, du maïs et du blé, issus de plusieurs travaux d'auteurs assez connus et tirés de la bibliographie. La confrontation des résultats modèle-mesures a donné des résultats très satisfaisants. Nous avons dans une seconde partie confronté les sorties de l'ensemble du modèle biophysique couplé à bilhyna aux mesures expérimentales que nous avons réalisé au champ sur une période de cinq années, et portant sur deux cultures : le sorgho et du blé. Nous avons ainsi suivi l'évolution de la dynamique de ces couverts à travers leurs trois composantes (LAI, la hauteur du couvert et la profondeur de ses racines) de même que celle des stocks d'eau du sol durant toute la période de la croissance des cultures. Les résultats de la confrontation des sorties du modèle avec les mesures expérimentales ont été assez satisfaisants. [Suite et fin du résumé dans la thèse].

This study presents a biophysical model of crop functioning can translate the dynamics of the evolution of any cover crops under different abiotic conditions of the environment (temperature, water and radiation), soil and climate. The approach developed for monitoring the kinetics of growth and development of crops is very close to the physiological reality of their functioning but also those linked to human intervention which is then compatible with the scale of our modeling. While the use of a simple linear law of action of the temperature bay patterns crop functioning model can take part in the effect of the action of temperature on a fairly limited temperature range of plant species active, the original approach which was adopted in this model allows the use of a true law of action of temperature on various biological processes associated with the development and growth, valid over the entire temperature range biologically active. Also, this approach very generic allows to follow the kinetics of the speed of evolution of all entities of a plant, no matter the species or variety, and work at any scale of time (days, hours). The adaptation of the logistic model (widely used to describe biological processes) to the physiological context of the plants has a quite original description of the dynamics of growth in terms of development, taking into account at any time the effect of stress the environment and feedback on the dynamics of cover change. The regulation of growth was possible in this model of development-growth through the modulation of its rate of growth (a process most sensitive to stress) according to two of the most important stress in plants, water and radiation. From a small number of parameters easily affordable in the bibliography, it is possible to characterize the dynamic evolution of all types of vegetation in soil conditions and climate varied. Coupled with the water balance model Bilhyna, it is capable of operating in different situations of the environment, including limiting rained conditions, and managing the water shortage with possible contributions from supplemental irrigation or limited needs throughout growth, then incorporates the feedback of environmental constraints on the dynamics of the cover crop evolution. To study our model, we compared initially exits the model law action of temperature on development rates to the experimental results on flax, corn and wheat from several studies of authors known and fairly drawn from the bibliography. Comparing the results-model measures gave very satisfactory results. We have, in a second part, faced the outputs of the coupled biophysical model bilhyna to experimental measurements we have done in the field over a period of five years, and on two crops: sorghum and wheat. We have followed the evolution of the dynamics of these cover crop through their three components (LAI, canopy height and depth of its roots) as well as stocks of soil water during the entire period of growth cultures. The results of the comparison of model outputs with experimental measurements was quite satisfactory. Last and final summary in the thesis.