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Modélisation des Flux dans larchitecture et Allocation des Ressources A. Escobar-Gutierrez (EA, Lusignan, UR P3F), A. Lacointe (EA/EFPA, Clermont, UMR.

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1 Modélisation des Flux dans larchitecture et Allocation des Ressources A. Escobar-Gutierrez (EA, Lusignan, UR P3F), A. Lacointe (EA/EFPA, Clermont, UMR PIAF), L. Pagès, G. Vercambre (EA, Avignon, UR PSH) Objectifs Lapproche empirique Lapproche mécaniste Questions ouvertes Architecture et Niveaux déchelle

2 Pourquoi modéliser lallocation des ressources entre organes Processus central des modèles intégrés Rendre compte de la plasticité de la croissance / - disponibilité en ressources (eau, lumière, N) - interactions entre ressources - hétérogénéité du milieu + spatialisation des fonctions sources / puits hétérogénéité endogène But plus cognitif : - comprendre le déterminisme écophysio. de lallocation - source dinfos peu accessibles par lexpérimentation

3 Architecture et niveaux déchelle souvent très détaillée / spatialisation du fonctionnement… …mais pas toujours : compartiments allocation fonctionnelle

4 Architecture et niveaux déchelle souvent très détaillée / spatialisation du fonctionnement… …mais pas toujours : compartiments allocation fonctionnelle ex.: flux dazote chez la luzerne (collab. P3F Lusignan - univ. Caen)

5 Architecture et niveaux déchelle si simulation à long terme (ex: pluri-annuelle / arbre) : complexification de la struct. échelle évolutive souvent très détaillée / spatialisation du fonctionnement… …mais pas toujours : compartiments allocation fonctionnelle ex.: flux dazote chez la luzerne (collab. P3F Lusignan - univ. Caen) (PIAF-1)

6 Les grands types dapproches de lallocation lapproche empirique lapproche mécaniste

7 Lapproche empirique Relations sources-puits basées sur notions doffre / demande « Force de puits » A i attribuée à chaque organe utilisateur : demande ou croissance max. ou potentielle, affinité… Nexplicite pas le processus de transport Règles gérant la répartition entre puits λ i = f(A i, A j ) années : règles rigides ex.: hiérarchie stricte années 2000 : règles + souples…

8 Lapproche empirique : exemples Flux dazote chez la luzerne : fonctions sources et puits métab. N Flux couplés C N chez le maïs : modèle GRAAL-CN λ i = f(A i, A j, i, offre/demande plante ) rétroaction (C,N) milieu / fonctions sources simulation rapport PA/PS = f(ressources) (Drouet & Pagès 2007)

9 Lapproche empirique : exemples Flux dazote chez la luzerne (Lusignan) fonctions sources et puits métab. N Flux couplés C N chez le maïs : modèle GRAAL-CN λ i = f(A i, A j, i, offre/demande plante ) rétroaction (C,N) milieu / fonctions sources Gestion des réserves chez le noyer : modèle PIAF-1 mobilisation/stockage i = f(t, Rés i, Rés j, i, offre/demande plante ) TémoinDéfolié (Lacointe & Donès 2007)

10 Lapproche empirique : avantages et limites Jeu de paramètres relativement limité, et accessibles à lexpérim. mais requiert expérim. souvent lourdes, couvrant une large gamme de condit. très bonne capacité prédictive sur ladite gamme approche la + répandue mais invalides hors de la gamme : - rabattage : rapp. source/puits hors norme demande réelle >> demande max - changements climatiques ?

11 Lapproche mécaniste Fonctions source/puits remplacées par propriétés locales déchanges entre tissus et voie de transport. Explicite le(s) processus de transport notamment la(les) voie(s) de transport

12 Lapproche mécaniste : les flux deau Entrées Architecture Conductance hydraulique Conditions aux limites Potentiel hydrique sol Potentiel hydrique ou flux de transpiration Hypothèses Flux conservatif Formalisme ohmique Sorties du modèle Distribution des potentiels Densité de flux dabsorption Transfert dans larchitecture CX 1S 3S 2S 4S 8S 9S 6S7S 5X 6X 7X 9X 8X 4X 3X 2X 1X CX 5S Architecture hydraulique : approche assez répandue (à lINRA : EA, EFPA)

13 Lapproche mécaniste : les flux deau Collab. PSH-EQF Modélisation Plante-Fruit : Champ des potentiels dans la plante Hétérogénéité dans la croissance et la qualité des fruits Matière fraîche (g) Teneur en sucre (g/g) Temps (Somme de température)

14 Lapproche mécaniste : les flux de C même approche transport-resistance envisagée depuis les années 70 (Thornley) encore utilisée aujourdhui mais peu mécaniste car transport réel = couplage C / eau Le modèle de Münch (1928)

15 Lapproche mécaniste : flux couplés eau / C Architecture hydraulique étendue au phloème + échanges transv. fonctions latérales de chargement / déchargement du phloème

16 Lapproche mécaniste : flux couplés eau / C (Bidel et al. 2000) Simulation de la croissance dun système racinaire distrib. des diamètres méristèmes distrib. des résistances phloémiennes et des fonctions de puits Approche à léquilibre : suite détats stationnaires ψ xyl = 0

17 Depth (cm) Phloem osmotic pressure (MPa) Xylem water tension (MPa) contrainte hydrique Hétérogénéités des pot. hydriques et des concentrations en sucre : le long dun axe : apex et base entre les axes suivant linsertion de la racine le champ des pot. xylémiens influence fortement les teneurs en sucre Lapproche mécaniste : flux couplés eau / C PSH, Avignon Effet des profils xylémiens sur les profils phloémiens du système racinaire 0 stress hydr. + stress hydr.

18 Lapproche mécaniste : flux couplés eau / C Effet de la transpiration sur la répartition des assimilats entre puits (Lacointe & Minchin 2008) Partitioning to sink T = 0 30 ml/h 10 ml/h 2 puits : k M1 = k M2 ; v max1 = 2 v max2 Forte transp. favorise le puits le + faible

19 Lapproche mécaniste : Questions ouvertes pertinence des effets dynamiques (hors équil.) à court terme ? verrou majeur : paramétrage et validation / résistances phl. et propriétés déchanges latéraux collaboration avec spécialistes de la physio. phloém. La résolution numérique est-elle encore un verrou ?

20 Modèles dallocation : Le paysage international Approche empirique : ubiquitaire (France et monde) car processus central des modèles intégrés process-based de croissance des plantes Approche Münch : France : INRA : Clermont PIAF, Avignon PSH ; Finlande : Univ. Helsinki ; RFA : ICG, Jülich ; Nelle-Zélande : HortResearch, TePuke ; USA : Univ. Maryland, Univ. Harvard

21 Modèles dallocation : Perspectives et Questions Prise en compte de manière pertinente de la variabilité génétique : utilisation de génotypes variés, y compris des mutants ou des plantes transformées Développer des plantes virtuelles qui permettent d'étudier effectivement de multiples scénarios croisant génotypes et environnement. Sélection assistée par modèles phénotypage ? outils de la génétique et de la génomique ? Puissance des outils de simulation ? (simulations haut débit – simulome) plateformes de modélisation ?


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