Contribution au développement d’un modèle d’appui à la conception d’itinéraires techniques de production de mangues plus durables

Contribution to the development of a plant model to support the design of more sustainable mango orchards management

• Auteur / Autrice : Emma Carrie
• Direction : Frédéric Normand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecologie fonctionnelle
• Date : Soutenance le 07/12/2022
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Fonctionnement agroécologique et performances des systèmes de culture horticoles (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Evelyne Costes
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Normand, Evelyne Costes, Nathalie Leduc, Bruno Moulia, Romain Barillot, Gilles Vercambre
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Nathalie Leduc, Bruno Moulia

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sources de lumière

Manguier

Plantes -- Croissance

Mots clés libres

Architecture

Croissance végétative

Mangifera indica

Lumière

Modélisation

Taille

Architecture

Light

Mangifera indica

Modelling

Pruning

Vegetative growth

Résumé

La couronne d’un arbre résulte de l’apparition répétée d’éléments végétatifs (métamères, axes) et reproducteurs, et de leur disparition. L’apparition et la disparition de ces éléments sont conditionnées par des facteurs architecturaux, environnementaux et d’éventuelles manipulations humaines. En particulier, la taille des arbres fruitiers est connue pour stimuler le débourrement des bourgeons et la croissance végétative. Le manguier est un arbre fruitier tropical d’intérêt économique, culturel et nutritionnel dont la culture pose des problèmes agronomiques majeurs, tels que des rendements en général faibles et irréguliers d’une année sur l’autre, et des asynchronismes phénologiques qui conduisent à la présence dans les vergers de stades sensibles aux bioagresseurs sur de longues périodes. Ces contraintes proviennent en partie des interactions fortes entre croissance végétative et reproduction qui ont été montrées chez cette espèce. Ainsi, l’importance et la dynamique de la croissance végétative précédant la floraison déterminent en grande partie le succès de cette dernière. Le modèle structure-fonction d’élaboration du rendement et de la qualité de la mangue V-Mango est construit sur ces connaissances, et a pour vocation la conception assistée par modèle d’itinéraires techniques plus durables, basés notamment sur une optimisation de la taille. Cette pratique a été récemment intégrée au modèle. Cependant, les simulations montrent une surestimation de la croissance végétative et de la production, liée à une surproduction de nouveaux axes et à la non prise en compte de la mortalité des axes. Nous faisons l’hypothèse que la lumière, en tant que source d’énergie et signal, a un rôle essentiel dans les processus de débourrement végétatif, de chute des feuilles et de mortalité des axes du manguier, et qu’intégrer ces effets dans V-Mango peut conduire à une amélioration significative des sorties du modèle. Pour évaluer cette hypothèse, nous avons quantifié la variabilité de l’environnement lumineux au sein d’une couronne de manguier adulte, et recherché des relations fonctionnelles entre la quantité et la qualité de la lumière. Les effets de l’architecture, de la lumière et de la taille sur l’apparition et la disparition des axes ont été caractérisés. La dynamique annuelle de la chute des feuilles et les facteurs qui l’affectent ont été mis en évidence à l’échelle des axes. Enfin, l’ensemble de ces résultats ont été intégrés dans V-Mango après son couplage à un modèle d’interception de la lumière. Nos résultats montrent une importante hétérogénéité de l’environnement lumineux au sein de la couronne du manguier, ainsi que des relations fortes entre la qualité et la quantité de la lumière. L’environnement lumineux, la morphologie et la topologie des axes, et la taille ont des effets marqués sur le débourrement végétatif et sur la mortalité des axes. La dynamique de chute des feuilles est irrégulière au cours de l’année et dépend principalement de facteurs architecturaux et peu de la lumière. L’implémentation dans V-Mango des effets de l’architecture, de la lumière et de la taille sur le débourrement végétatif, après son couplage avec un modèle d’interception de la lumière, permet de simuler de manière réaliste la quantité et la dynamique d’apparition des nouveaux axes suite à une taille, et d’améliorer leur spatialisation dans la couronne. Les simulations, réalisées à partir de la maquette 3D d’un manguier adulte digitalisé, ont été validées à l’échelle des axes et à l’échelle de l’arbre entier avec des données indépendantes recueillies grâce à des méthodologies originales d’analyse de photographies hémisphériques et d’images aériennes prises par drone. L’amélioration significative du modèle V-Mango apportée par ce travail de thèse permet d’envisager à court terme de l’utiliser pour améliorer la pratique de taille du manguier et concevoir ainsi des itinéraires techniques plus durables.

A tree crown is the result of the repeated appearance of vegetative (metamers, axes) and reproductive elements, and of their disappearance. The appearance and disappearance of these elements are conditioned by architectural and environmental factors, and possible human manipulation. In particular, pruning of fruit trees stimulates bud burst and vegetative growth. Mango is a tropical fruit tree of economic, cultural and nutritional interest, whose cultivation meets major agronomic problems, such as generally low and irregular yield from one year to the next one, and phenological asynchronisms leading to the presence of stages susceptible to pests and diseases over long periods in orchards. These constraints stem in part from the strong interactions between vegetative growth and reproduction that have been evidenced in this species. Thus, the importance and dynamics of vegetative growth prior to flowering largely determine the success of the latter. The functional structural plant model V-Mango that simulates mango yield and quality build-up is based on this knowledge. It aims at the model-assisted design of more sustainable orchard management practices, based in particular on pruning optimization. This practice has recently been integrated into V-Mango. However, the simulations show an overestimation of vegetative growth and production, linked to an overproduction of new axes and to the non-consideration of axis mortality. We hypothesized that light, as a source of energy and a signal, has an essential role in the processes of vegetative bud burst, leaf fall and axes mortality in the mango tree, and that integrating these effects into V-Mango can lead to a significant improvement of model outputs. To evaluate this hypothesis, we quantified the variability of the light environment within a mature mango tree crown, and investigated functional relationships between light quantity and quality. We characterized the effects of architecture, light and pruning on axes appearance and disappearance. The annual dynamics of leaf fall and the factors affecting it were analyzed at the axis level. Finally, all these results were integrated into V-Mango after coupling it to a light interception model. Our results showed an important heterogeneity of light environment within the mango tree crown, as well as strong relationships between light quality and quantity. Light environment, axis morphology and topology, and pruning had marked effects on vegetative bud burst and axis mortality. Leaf fall dynamics was irregular during the year and depended mainly on architectural factors and little on light. The implementation in V-Mango of the effects of architecture, light and pruning on vegetative bud burst, after its coupling with a light interception model, allowed to simulate realistically the quantity and dynamics of the appearance of new axes following pruning, and to improve their spatialization in the crown. The simulations, performed on the 3D mock-up of a digitized adult mango tree, were validated at the axis scale and at the whole tree scale with independent data collected through original methodologies of analysis of hemispherical photographs and aerial images taken by drone. The significant improvement of the V-Mango model brought by this research makes it possible to consider using it in the short term to improve pruning practices on the mango tree and thus design more sustainable orchard management practices.