Modélisation 3D et étude de l`acclimatation des feuilles à leur

Proposition de stage de Master (M2) 2007
Modélisation 3D et étude de
l’acclimatation des feuilles à leur
environnement lumineux.
Laboratoire d'accueil: Responsable scientifique
Unité Mixte de Recherche INRA-INAPG Bruno Andrieu
Environnement et Grandes Cultures (EGC) 01 34 81 55 27
78850 Thiverval Grignon
http://www-egc.grignon.inra.fr/ B[email protected].fr
Contexte et Motivations
L'équipe d'accueil (équipe « Plante » de l’UMR EGC) a pour objectif de comprendre et de modéliser
le fonctionnement des plantes de grande culture, en relation avec des problématiques
environnementales. Pour cela nous développons une approche de modélisation originale dans laquelle
la culture est représentée en 3D, ce qui permet de prendre en compte les conditions environnementales
perçues par chaque organe au cours du temps.
Un des enjeux actuels est de comprendre comment la répartition de l’azote dans la plante est liée au
rayonnement reçu par les différents étages foliaires au cours du temps. En effet les feuilles les plus
illuminées sont également celles qui ont une plus forte teneur en azote. Ceci contribue à une bonne
efficacité d’utilisation du rayonnement pour la production de masse sèche, puisque l’azote est un
constituant clef de l’appareil photosynthétique. Ainsi, certains modèles de fonctionnement de culture
calculent la répartition de l’azote en supposant que celui-ci est réparti de façon à maximiser la
photosynthèse de la plante. Cette hypothèse est potentiellement un levier important pour comprendre
l’évolution du potentiel photosynthétique lorsque des organismes agresseurs prélèvent de l’azote ou
détruisent progressivement les feuilles. Une difficulté est que les modèles usuels représentent la
culture de façon trop simplifiée pour permettre une simulation précise de l’environnement lumineux
perçu par les feuilles au cours du temps.
Nous avons mis au point un modèle dynamique, simulant de façon réaliste l’architecture du blé au
cours du temps, et interfacé avec un modèle simulant le rayonnement lumineux sur chaque feuille. Le
stage aura pour objectif d’évaluer la capacité de nos modèles 3D pour simuler l’architecture et
analyser les conséquences sur la répartition de l’azote. Il comprendra aussi un volet expérimental et le
développement d’un module permettant d’inclure dans le modèle les variations de propriétés optiques
dues au fait que les teneurs en chlorophylle suivent les variations des teneurs en azote. Il devra
permettre de discuter l’intérêt et les limites des modèles 3D pour prédire la distribution de l’azote à
partir de calculs de rayonnement, et proposer des points d’amélioration.
Axes de travail
On prévoit 3 axes de travail :
1 Evaluer la capacité du modèle à reproduire la dynamique de la structure d’un peuplement de blé au
cours du temps, et l’interception du rayonnement par cette culture.
2 Adaptation du modèle pour simuler l’évolution des propriétés optiques des feuilles au cours du
temps. Ces relations seront établies sur la base d’une analyse bibliographique et d’expérimentations
menées dans la cadre du stage.
3 Utilisation de cette nouvelle version du modèle pour analyser par simulation l’acclimatation des
feuilles à leur environnement lumineux.
Le stagiaire travaillera en relation directe avec Jessica Bertheloot, étudiante en thèse.
Informations pratiques
Le stage sera indemnisé (400 Euros/mois). Il est possible de se loger sur le campus INAPG-INRA de
Thiverval-Grignon.

Proposition de stage de Master (M2) 2007
Références du responsable de stage dans ce domaine
Evers, J.B., J. Vos, C. Fournier, B. Andrieu, M. Chelle, and P.C. Struik. 2006. An architectural model of spring
wheat: evaluation of the effects of population density and shading on model parameterization and performance.
Ecological Modelling, in press.
Evers J.B., J. Vos, C. Fournier, B. Andrieu, M. Chelle, and P.C. Struik. 2005. Towards a generic architectural
model of tillering in Gramineae, as exemplified by spring wheat (Triticum aestivum). New Phytol 166:801-812.
Hirel, B., B. Andrieu, M.H. Valadier, S. Renard, I. Quillere, M. Chelle, B. Pommel, C. Fournier, and J.L.
Drouet. 2005. Physiology of maize II: Identification of physiological markers representative of the nitrogen
status of maize (Zea mays) leaves during grain filling. Physiol Plant 124:178-188.
Martin, A., X. Belastegui-Macadam, I. Quillere, M. Floriot, M.-H. Valadier, B. Pommel, B. Andrieu, I.
Donnison, and B. Hirel. 2005. Nitrogen management and senescence in two maize hybrids differing in the
persistence of leaf greenness: agronomic, physiological and molecular aspects. New Phytol 167:483-492.
Chelle, M., and B. Andrieu 1998. The nested radiosity model for the distribution of light within plant canopies.
Ecological Modelling 111:75-91.
Ce stage peut-il se poursuivre par une thèse : OUI
Toutefois le sujet de stage s’inscrit dans la thématique du programme de recherche de J. Bertheloot,
étudiante en thèse. Pour un étudiant intéressé par une poursuite en thèse, nous identifierons une
problématique différente, en restant dans le contexte du développement des approches « plantes
virtuelles » pour la compréhension des interactions plante-environnement.