Importance des interactions plante-plante dans les mélanges de variétés de blé tendre : étude de la compétition pour la lumière avec une approche interdisciplinaire entre expérimentation au champ et modélisation mécaniste

Importance of plant-plant interactions in wheat cultivar mixtures : study of competition for light with an interdisciplinary approach between field experiments and mechanistic modeling

• Auteur / Autrice : Meije Gawinowski
• Direction : Paul-Henry Cournède
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Écologie, évolution et biologie environnementale
• Date : Soutenance le 11/01/2023
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Frontières de l'innovation en recherche et éducation (Paris ; 2006-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Mathématiques et informatique pour la complexité et les systèmes (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2006-....)
• Jury : Président / Présidente : Sébastien Barot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Barot, Bénédicte Quilot-Turion, Hélène Fréville, Véronique Letort
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bénédicte Quilot-Turion, Hélène Fréville

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écologie agricole

Plasticité phénotypique

Essais culturaux

Plantes -- Variétés

Variétés

Triticum aestivum

Mots clés libres

Blé tendre

Mélanges de variétés

Expérimentation

Modélisation

FSPM

Compétition pour la lumière

Tallage

Plasticité phénotypique

Calibration automatique

Bread wheat

Cultivar mixtures

Field experiment

Plant modelling

FSPM

Competition for light

Tillering

Phenotypic plasticity

Automatic calibration

Résumé

Dans le cadre de la transition agroécologique, les mélanges de variétés ont été identifiés comme pratique prometteuse avec de meilleurs rendements en moyenne, notamment pour le blé tendre. Toutefois la performance de ces mélanges reste très variable en raison d'interactions plante-plante encore mal connues. L'objectif de cette thèse était d'explorer les effets des interactions plante-plante, en particulier de la compétition pour la lumière, sur la performance des mélanges de variétés de blé tendre avec une approche interdisciplinaire entre expérimentation au champ et modélisation mécaniste. Un dispositif expérimental au champs avec un phénotypage à l'échelle de la plante a donc été mis en place pour étudier les processus de plasticité phénotypique et de canalisation dans les mélanges de variétés de blé. Cette approche expérimentale a été complétée par une démarche de modélisation avec la création d'un nouveau modèle de plante structure-fonction (FSPM) permettant de simuler rapidement des plantes individuelles en compétition pour la lumière, tout en simulant à la fois les dynamiques de biomasse et des dynamiques de tallage réalistes et plastiques en réponse à ce type de compétition. Le modèle a d'abord été analysé et calibré pour simuler des peuplements purs mono-variétaux puis son utilisation a été explorée pour la simulation de peuplements pluri-variétaux. Ce travail a permis une étude expérimentale plus fine des mélanges de variétés de blé avec la collecte d'un jeu de données unique, et la conception d'un nouveau modèle prenant en compte différents aspects liés à la compétition pour la lumière avec des temps de simulations très courts, permettant l'utilisation de méthode d'analyse et de calibration essentielles à la conception de modèles.

In the framework of the agroecological transition, cultivar mixtures were identified as a promising practice with higher yields in average, notably for bread wheat. However the variability of mixtures performance remains large due to misunderstood plant-plant interactions. The aim of this thesis was to explore the effects of plant-plant interactions on the performance of bread wheat cultivar mixtures with an interdisciplinary approach between field experiment and mechanistic modelling. An original field experiment was implemented with plant scale phenotyping to study phenotypic plasticity and canalization in wheat cultivar mixtures. This experimental effort was backed by a modelling approach with the conception of a new functional-structural plant model (FSPM) enabling to efficiently simulate individual plants competing for light by taking into account biomass and tillering dynamics. The model was first analyzed and calibrated to simulate plants grown in pure stands, then we explore its use to simulate plants grown in cultivar mixtures. This work enabled a finer study of wheat cultivar mixture with the acquisition of a unique data set, and the conception of a new model taking into account different elements to compute competition for light, with short computation times, enabling the use of sensitivity analysis and automatic calibration methods that are essential to model conception.