Interactions Populations microbiennes Paysages-Microclimat (Projet de modélisation) Dominique Courault - Pierre Amato UMR EMMAH INRA AVIGNON Cindy Morris , Unité de Pathologie Végétale, INRA Avignon Yves Brunet, UMR EPHYSE INRA Bordeaux

plan Problématique Objectif-méthodologie Qu’est-ce que l’on sait sur les bactéries sur les surfaces cultivées & dans l’atmosphère? Qu’est-ce que l’on mesure? Qu’est-ce que l’on veut modéliser?

La problématique Contexte des changements globaux -> changements de pratiques, d’usages des sols Bonnes pratiques -> Environnement + sain en maintenant des productions correctes, Effet des variations pratiques -> climat paysage Effet des ↑↓ climat -> populations microbiennes(µO) Surfaces agricoles = générateur de bioaérosols Proposer des scénarios => choisir ses aérosols + sympas

Notre objectif La méthodologie Modéliser ces interactions :culture-climat-µO Estimer l’impact des modifs de pratiques -> µO, et sur l’environnement La méthodologie modélisation expérimentation Mesures de flux de masse, d’énergie, de bactéries sur parcelles agricoles Simulations de microclimats de ≠ paysages MESONH Prendre en compte les bactéries dans MESONH

Aérosols: les bioaérosols Débris (animaux, végétaux) Spores de champignons Bactéries Aérosols: les bioaérosols À quoi on s’intéresse? 30 % des aérosols entre 0.2 et 10 µm sont d'origine biologique (Matthias-Maser et al., 2000) surface:106bactéries/m3 1% aérosolisée sont cultivables (Colony Forming Unit) part soit: Isolée 1µm Agrégée, biofilm Particule/Dust.. 3-5µm Ce que l’on sait?

Bioaérosols bactériens: sources Exemple 2: eau de nuage (Amato et al., 2007) (puy de Dôme, 1465 m a.s.l.) ROOT Escherichia coli 5-17 Moraxella phenylpyruvica 100 Végétation 5-14 Moraxella osloensis 3-19 Massilia sp. 65 100 100 3-12 Zoogloea ramigera 3-13 Zoogloea sp. 99 Eau douce, eau de mer Région froide 14-7 Flavobacterium sp. 100 6-2 Pedobacter sp. 100 Sol 14-8 Sphingobacterium sp. 88 7-14 Aurantimonas sp. SPHINGOMONAS PSEUDOMONAS 67 7-5 Methylobacterium sp. 53 7-15 Sphingomonas sp. 58 3-10 Sphingomonas sp. 100 14-6 Sphingomonas sp. 100 7-13 Sphingomonas sp. 100 14-5 Sphingomonas sp. 14-14 Pseudomonas viridiflava 74 14-2 Pseudomonas sp. 88 3-1 Pseudomonas syringae pv. coryli 100 75 12-8 Pseudomonas syringae 89 13-2 Pseudomonas syringae pv. atropurpurea 13-3 Pseudomonas graminis 75 6-4 Pseudomonas rhizosphaerae  La végétation est une source majeure de micro-organismes pour l'atmosphère 50 14-10 Pseudomonas sp.

Mât mesures concentrations bactériennes Mesures de flux bactériens au dessus de parcelles agricoles (site INRA Avignon) Mât mesures concentrations bactériennes Anémomètre sonique (H) et données météo complètes en continu Leaf Area Index (LAI) Hauteur du couvert Pierre Amato

Qu’est-ce qu’on mesure en microbio? Comptage ->rapide (bactéries totales) Identification -> + long (1 prélèvt ->+1jour d’analyse mise en culture, PCR, bio Mol… accès à certaines propriétés INA, patho… Pour l’instant inadéquation entre mesures micrométéo et bact. Projet innovant (Ephyse Bordeaux Relaxed Eddy Accumulation)

Bioaérosols bactériens : sources Hypo: 1 type de couverture= 1 classe de [bactérie]=f(LAI,VEG,Z0,Wg) Un effet rugosité, densité de végétation Sol humide Closed wheat canopy Jeune maïs 46 CFU m-3 6500 CFU m-3 663 CFU m-3 Sol sec Alfalfa 2500 CFU m-3 Un effet humidité concentrations mesurées au-dessus de couverts végétaux et de sols nus (Lindemann et al., 1982)

D’Ecoclimap à une carte d’émission potentielle de bactéries cultivables Sur la zone Sud-Est de la France: - 60 classes de couverts identifiés sur la zone dont 8 dominantes. compilées dans Burrows, pHD 2008 P. Amato

Carte d’émission potentielle de bactéries Avignon Marseille 200km Comment prendre en compte ces cartes dans MesoNH? Bacteries totales: mortes & vivantes Nb bact/m3 ~10^6->log ~6 CFU:Colony Forming Unit Nb /m3 bactérie cultivables crop 887->log~2.8

on peut s’inspirer du transport du pollen Les bactéries peuvent être transportées par des poussières (Casamayor et al, AEM2002) -> Oui mais pas seulement des DUST on peut s’inspirer du transport du pollen -> Oui mais moins gros, et pas les mêmes effets de l’humidité, ni les mêmes sources… Forte variabilité des émissions de bactéries suivant les surfaces On voudrait une modélisation à différentes échelles, spatiales, temporelles (du régional au paysage)

C’est à l’échelle du paysage que l’on peut identifier et prendre en compte l’impact des pratiques culturales sur les flux de bactéries

Comment modéliser l'émission et le transport des bactéries ? .. . Taux de passage cultivable-mort Y Brunet . Dispersion -Viabilité(épidémies, allergies) Processus atmosphériques (formation des nuages, précipitations, chimie)->P.Amato (SEESIB Clermont) Emission .. F=Δ[bact] x W’T’/ΔT Ligthart, 98 DUST –cf P. Tulet Transport? Dépôt?

Role in atmospheric chemistry Microphysique = Ice nucleation Microbial population ? ? Photochemistry Substrates Metabolites ? Role in atmospheric chemistry droplets Aerosols Microphysique = Ice nucleation + Emissions Aussi et surtout: Large présence d'IN biologiques et bactériens dans la pluie et la neige (Christner et al., Science, 2008) (Christner et al., PNAS, in press) P. Amato (thèse 2007)

Encore beaucoup de travail & questions Merci à Juan, Didier et l’équipe Meso-NH à Patrick Lemoigne, Pierre Lacarrère et cie…

Burch et Levetin, 2002 (champignons) Relations micro-organismes –variations climatiques Température Vitesse du vent Harrison et al., 2005 Burch et Levetin, 2002 (champignons) Résultats variables suivant les groupes de micro-organismes, l’environnement…

Les sympas Les moins sympas + prob santé humaine… Cloud Condensation Nucleus Ice Nuclei Activity (-2-10°C) (sans -39°C)

Simulation MESONH sur le Site Alpilles-Reseda (mode LES maille 50m) la température de l’air à 2m simulée sur une zone 5x5km Simulation MESONH sur le Site Alpilles-Reseda (mode LES maille 50m) Irrigation de toutes les parcelles de blé (soit 30% surface totale). Baisses de température : 0,7 °C en moyenne 1,2 °C sur le blé 0,5 °C ailleurs effet significatif sur les cultures 18/4/1997 à12h (Courault et al, Irr Drainage, 2005)