Thèse OT-11567

Offre de thèse EcoSys : Modélisation structure-fonction des interactions plante-plante et bilan carbone-azote des associations à base de légumineuses

78850 Grignon

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Présentation INRAE

L’Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement (INRAE) est un établissement public de recherche rassemblant une communauté de travail de 12 000 personnes, avec 268 unités de recherche, de service et expérimentales, implantées dans 18 centres sur toute la France. INRAE se positionne parmi les tout premiers leaders mondiaux en sciences agricoles et alimentaires, en sciences du végétal et de l’animal. Ses recherches visent à construire des solutions pour des agricultures multi-performantes, une alimentation de qualité et une gestion durable des ressources et des écosystèmes.

Environnement de travail, missions et activités

Résumé du sujet :

L'association d'une culture avec une légumineuse est un levier majeur pour réduire notre dépendance aux engrais de synthèse. Une telle pratique agroécologique modifie considérablement le bilan global de carbone (C) et d'azote (N) au sein de l'agroécosystème. Cependant, les conséquences de cette pratique sur le climat mondial restent incertaines en raison de notre faible compréhension des mécanismes écophysiologiques des plantes en association. Par exemple, la réduction des émissions de N2O prétendument causée par la réduction des apports d'azote minéral peut dépendre fortement de la quantité et de la concentration en azote des résidus de légumineuses générés au fil du temps. Le potentiel de séquestration du carbone dans le sol peut également dépendre en grande partie de la manière dont les plantes répartissent les assimilats carbonés et azotés entre les parties aériennes et racinaires, plusieurs travaux indiquant que les matières organiques issues des racines contribuent 2 à 5 fois plus au stockage du carbone dans le sol que les résidus de cultures. Pour mieux quantifier le bénéfice des associations avec des légumineuses pour le climat, il faut donc mieux comprendre comment l'acquisition et l'allocation des ressources en C et en N par les plantes sont modifiées par les interactions entre plantes.

L'un des défis à relever pour améliorer les modèles de surface et de climat à grande échelle est l'intégration multi-échelle des processus, du génotype jusqu’à l'échelle mondiale (Peng et al., 2020). Des résultats récents ont montré l'intérêt de la modélisation des cultures intégrant les interactions entre la culture, l'environnement et la gestion pour améliorer les simulations à l'échelle mondiale (Müller et al., 2019 ; Wu et al., 2016). En revanche, la prise en compte de la sous-échelle pour l'intégration des processus physiologiques fins est encore peu explorée. L'utilisation de modèles de plantes tels que les Functional-Structural Plant Models (FSPM) ou modèles structure-fonction, permettant d’intégrer les processus de l'organe à la plante, représente une opportunité pour aborder des questions telles que l'amélioration de la simulation des interactions entre C et N en réponse au stress et à la gestion (Peng et al., 2020). Depuis une dizaine d’année, plusieurs modèles FSPM aériens et racinaires génériques ont été construits (Barillot et al., 2016, Garin et al., 2014, Louarn et Faverjon 2018 ; Braghiere et al., 2020). Pourtant, il n'existe actuellement aucun modèle structurefonction pour modéliser la compétition pour la lumière et l’azote d’une population de plantes de grande culture jusqu’au rendement, elle soit ou non associée avec une légumineuse.

La thèse proposée vise à répondre à ce défi dans le cas d'une association entre un colza et une légumineuse gélive dans un contexte de diversification des cultures pour l'agroécologie. L'objectif est d'améliorer la modélisation de la gestion du C et du N au sein du système plante-sol dans le contexte de l'association. À cette fin, le doctorant concevra tout d'abord un nouveau modèle mécaniste (à partir d'un prototype existant) qui stimulera la croissance des plantes et les interactions carbone-azote entre parties aériennes et racinaires, en réponse à la disponibilité en lumière et en azote à l'échelle de l'organe et sur l'ensemble du cycle de culture. Ceci constituera le premier livrable de la thèse. Ensuite, la régulation de l'architecture 3D des plantes en fonction des ressources en C et N et des conditions environnementales sera introduite, tout en maintenant l'efficacité des calculs pour permettre la simulation des associations dans un temps raisonnable. L'explicitation de ces processus de rétroaction, qui sont nécessaires pour la simulation de la compétition entre plantes et pourtant souvent absents des modèles de plantes, constituera la deuxième originalité de la thèse. Le modèle sera calibré pour des cultures pures et en association avec une légumineuse, puis utilisé pour simuler l'effet de la compétition sur le rendement mais aussi sur des variables d'état telles que la dynamique de la surface foliaire, de la biomasse végétale, de la distribution de l'azote dans la canopée et des résidus de culture sur l'ensemble du cycle de culture. Enfin, dans une phase plus exploratoire, une approche de méta-modélisation sera initiée afin de simplifier le FSPM, pour pouvoir générer rapidement une simulation fiable de ces variables de sortie à une plus grande échelle. Cette approche permettra une connexion plus facile aux modèles régionaux ou globaux de surface terrestre tels que ORCHIDEE (Krinner et al., 2005). La thèse visera à produire un modèle végétal aussi générique que possible, en utilisant la combinaison colza/féverole comme cas d’étude.

Le modèle produit pourra être utilisé pour identifier les périodes critiques du cycle pour la gestion des phénomènes de compétition/facilitation, les traits architecturaux déterminant le succès des associations colza/féverole, les bilans C et N de l'association et leur effet sur les propriétés du couvert en réponse à la diversification des cultures. Cela améliorera considérablement notre compréhension du fonctionnement des associations de plantes, et permettra de comprendre par simulation comment les associations de légumineuses peuvent modifier le rendement, la production de biomasse et la morphologie des plantes, ainsi que le bilan de C et N dans le système sol-plante. Le travail de méta-modélisation sera un premier pas vers le changement d'échelle de la plante au peuplement et l'interaction avec les approches à grande échelle, permettant une meilleure intégration de la plasticité et de la dynamique du C et du N des plantes en association dans les modèles de surface à grande échelle

La thèse se déroulera entre les UMR ECOSYS à Grignon jusqu’à la rentrée 2022 puis à Saclay (INRAE, AgroParisTech, Université Paris-Saclay) et AGAP à Montpellier (INRAE, CIRAD, INRIA), qui ont des compétences reconnues en écophysiologie et modélisation des plantes (voir références). Elle sera inscrite à l’école doctorale ABIES (AgroParisTech Université- Paris-Saclay).

Formations et compétences recherchées

Master/Ingénieur (Bac+5)

écophysiologiste/agronome/biologiste avec une expérience en modélisation et un goût pour les approches systémiques ou modélisateur math/info avec une expérience et des connaissances solides en écophysiologie ou biologie.

Votre qualité de vie à INRAE

En rejoignant INRAE, vous bénéficiez (selon le type de contrat et sa durée) :

-  jusqu'à 30 jours de congés + 15 RTT par an (pour un temps plein)
- d'un soutien à la parentalité : CESU garde d'enfants, prestations pour les loisirs ;
- de dispositifs de développement des compétences : formation, conseil en orientation professionnelle ;
- d'un accompagnement social : conseil et écoute, aides et prêts sociaux ;
- de prestations vacances et loisirs : chèque-vacances, hébergements à tarif préférentiel ;
- d'activités sportives et culturelles ;
- d'une restauration collective.

Modalités pour postuler

J'envoie mon CV et ma lettre de motivation
2021 Offre these - CLAND-DIGITBIO- INRAE ECOSYS - modelisation colza-legumineuse.pdfpdf - 257.33 KB

Référence de l'offre

  • Contrat : Thèse
  • Durée : 3 ans
  • Début du contrat : 06/09/2021
  • Rémunération : 1400 euros net/mois selon le barème en vigueur (revalorisation de 30% prévue à partir de septembre)
  • N° de l'offre : OT-11567
  • Date limite : 23/07/2021
Le centre Ile-de-France - Versailles-Grignon

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