Début de la thèse : 1er octobre 2019
Date limite de candidature : 16 mai 2019 (sur le site de l’ED GAIA)

Mots-clés

Croissance végétative, floraison, interception lumineuse, lumière, Mangifera indica, modélisation, taille, rendement

Unité de recherche d’accueil

Fonctionnement agroécologique et performances des systèmes de culture horticoles, UR HortSys, CIRAD

L’étudiant(e) sera basé(e) à la Réunion et sera inscrit(e) à l’Ecole Doctorale GAIA à Montpellier

Directeur de thèse

Dr Frédéric Normand, HDR (CIRAD, UR HortSys, La Réunion), agronome fruitiers tropicaux

Encadrement

• Dr Frédéric Boudon (CIRAD, UMR AGAP, Montpellier), informaticien, spécialiste en modélisation des plantes
• Dr Isabelle Grechi (CIRAD, UR Hortsys, La Réunion), agro-écologue modélisatrice.

Contact

Frédéric Normand, CIRAD, UR Hortsys, normand@cirad.fr, 02 62 49 26 14

Projet de recherche

Un des objectifs du développement de modèles de culture est d’explorer in silico des gammes de pratiques culturales et de scénarios climatiques pour aider à la conception d’itinéraires techniques répondant à des objectifs définis (Ould-Sidi et Lescourret, 2011 ; Yin and Struick, 2016). Cet objectif implique que les modèles représentent de façon satisfaisante l’élaboration du rendement et les effets de l’environnement et des pratiques culturales. Des modèles de culture ont ainsi été développés pour des cultures annuelles (Luquet et al., 2016 ; Webber et al., 2017) et des cultures herbacées pérennes (Tixier et al., 2008 ; Dorey et al., 2016). Ce type de modèle est plus rare sur des cultures ligneuses pérennes comme les cultures fruitières, à cause de l’importance de leur architecture sur leur développement (Lauri, 2002). Ils concernent uniquement des fruitiers tempérés (Allen et al., 2005; Costes et al., 2008; Lescouret et al., 2011) et sont plus des modèles d’investigation du fonctionnement de la plante que des modèles de culture.

L’unité HortSys du Cirad a développé, en collaboration avec l’UMR Agap, un modèle structure-fonction à l’échelle de l’arbre d’élaboration du rendement et de la qualité de la mangue (Boudon et al., 2017), dont un objectif est d’aider à la conception d’itinéraires techniques plus durables pour le manguier. Ce modèle génère desmaquettes 3D dynamiques de développement végétatif et reproducteur de la canopée. Pour l’aide à la conception, la réponse du manguier à la taille est intégrée dans le modèle (Persello, 2018), et des modules d’interactions entre la plante, un ravageur de la floraison (la cécidomyie des fleurs), et les pratiques de gestion de la couverture du sol sont en voie de couplage avec le modèle (Grechi et al., accepted).

Dans la version actuelle du modèle, l’apparition des organes (nouveaux axes, inflorescences et fruits) est simulée par une approche stochastique descriptive, conditionnée par des caractères architecturaux des axes ou par la taille. Cette approche tient compte des effets architecturaux, mais rend le modèle peu adaptable aux conditions environnementales. Une amélioration importante du modèle, soulignée par de précédentes études sur la taille (Persello, 2018), serait de mieux prendre en compte le rôle de la lumière dans le développement de l’arbre. En effet, la lumière joue un rôle dans la synthèse de carbone, rôle qui est déjà intégré dans le module écophysiologique de croissance des fruits (Léchaudel et al., 2005), ainsi qu’un rôle de signal pour le débourrement des bourgeons (Maaike Wubs et al., 2014 ; Louarn et Faverjon, 2018). Par rapport aux limites actuelles du modèle, les effets de la lumière sont à envisager sur deux processus : le débourrement des bourgeons, et la mortalité des feuilles et des axes au sein de la canopée (le manguier est une espèce sempervirens).

Considérer les effets de la lumière sur le débourrement des bourgeons et la mortalité des feuilles et des axes permettrait, après couplage avec un modèle d’interception lumineuse, une spatialisation plus réaliste des débourrements végétatif et reproducteur, en particulier après une taille qui modifie l’environnement lumineux au sein de la canopée, et une simulation plus précise du rendement et de la qualité des mangues en réponse à des pratiques culturales comme la taille. In fine, il est attendu une amélioration de la performance du modèle comme outil d’aide à la conception d’itinéraires techniques durables.

Dans ce cadre, les questions de recherche abordées dans la thèse sont :

• la quantité et/ou la qualité de la lumière ont-elles un effet sur le débourrement des bourgeons et sur la mortalité des feuilles et des axes dans une canopée de manguier ?
• comment intégrer ces effets dans le modèle d’élaboration du rendement et de la qualité de la mangue ?

Sur la base de la bibliographie et de travaux préliminaires, les hypothèses sont que :

• la probabilité de débourrement d’un bourgeon augmente avec la quantité de lumière reçue.
• la mortalité des feuilles et des axes au sein de la canopée augmente lorsque la quantité de lumière reçue diminue.
• le couplage du modèle de développement du manguier à un modèle d’interception lumineuse peut permettre de conditionner le débourrement des bourgeons et la mortalité des feuilles et des axes à la lumière reçue.

Les deux principaux objectifs de la thèse sont :

• de caractériser expérimentalement les effets de la quantité et de la qualité de la lumière sur le débourrement des bourgeons végétatifs et reproducteurs sur des arbres taillés et non-taillés, et sur la mortalité des feuilles et des axes ;
• d’intégrer ces effets dans le modèle manguier couplé à un modèle d’interception lumineuse, afin de conditionner ces processus par la lumière.

Le premier objectif sera traité par deux expérimentations spécifiques au champ. La première visera à découpler les effets de facteurs liés à la taille et les effets de l’environnement lumineux sur le débourrement des bourgeons végétatifs et reproducteurs. La seconde expérimentation consistera à réaliser des mesures ponctuelles d’environnement lumineux au niveau d’une gamme d’axes ayant perdu plus ou moins de feuilles, jusqu’à des axes desséchés, situés dans des parties contrastées de la canopée en terme de lumière, afin de rechercher des relations entre l’environnement lumineux et la mortalité des feuilles et des axes. Pour ces deux expérimentations, des jeux de données déjà disponibles seront exploités pour affiner les protocoles. Cet objectif demande des compétences en conduite d'expérimentation sur le terrain et en statistiques.
Le second objectif est un travail de modélisation qui consistera à intégrer les résultats précédents dans le modèle. Cette activité est envisagée en deux étapes. La première consistera à coupler le modèle manguier (maquettes 3D) à un modèle d’interception lumineuse, ce qui permettra de calculer l’environnement lumineux en tout point de la canopée. La seconde étape consistera à conditionner le débourrement végétatif ou reproducteur à l’environnement lumineux ainsi calculé et aux facteurs architecturaux ayant un effet marqué, sur la base des résultats obtenus dans les expérimentations au champ. Des données indépendantes seront acquises sur le terrain pour valider le couplage des modèles et la réponse du manguier à la lumière. Cet objectif demande des compétences en informatique, en codage (Python) et en couplage de modèles.

Résultats attendus

• la mise en évidence des effets de la lumière sur le débourrement des bourgeons végétatifs et reproducteurs du manguier, ainsi que sur la mortalité des feuilles et des axes.
• l’amélioration significative du modèle d’élaboration du rendement et de la qualité de la mangue sur plusieurs points : l’estimation de l’environnement lumineux en tout point de la canopée, la spatialisation des débourrements végétatifs et reproducteurs, la chute des feuilles en lien avec leur environnement lumineux, l’élagage des axes à l’intérieur de la canopée.
• ces améliorations permettront une estimation plus réaliste du développement végétatif de la canopée, et ainsi une meilleure estimation du rendement et de la qualité des mangues produites, augmentant ainsi les performances de l’outil d’aide à la conception d’itinéraires techniques plus durables pour le manguier.

Déroulement de la thèse

La thèse se déroulera à l’ile de la Réunion. Des séjours à Montpellier (Equipe M2P2 de Frédéric Boudon dans l’UMR Agap) seront envisagés pour des travaux spécifiques en analyse de données ou modélisation.

Profil candidat(e)

Le(la) candidat(e) doit avoir de bonnes bases en modélisation, statistiques, informatique et biologie/agronomie.
Il peut s’agir d’un(e) étudiant(e) avec un master 2 en agronomie/biologie/écologie ayant un goût développé pour les statistiques, la modélisation et l’informatique, ou un master 2 en statistiques ou mathématiques appliquées avec un goût développé pour la biologie et la conduite d'expérimentations au champ.
Il(elle) devra avoir un esprit curieux, de l’autonomie, et présenter une bonne aptitude à travailler en équipe pluridisciplinaire (agronomes, informaticiens, statisticiens).
Bonne aptitude à travailler à l’extérieur sous un climat tropical chaud et humide.
La connaissance des statistiques et du logiciel R est requise.
Des bases en modélisation de la structure des plantes sont requises, ainsi que des notions de programmation avec le langage Python
La maitrise de l’anglais à l’oral et à l’écrit est nécessaire (niveau B2 minimum).
La thèse se déroulant à l’ile de la Réunion, le(la) candidat(e) doit être mobile et présenter une aptitude à séjourner et travailler en climat tropical.

Dossier à envoyer par email à normand@cirad.fr

• CV, lettre de motivation, relevés notes/copie diplômes M1-M2
• 2 personnes référentes à contacter