Développement d’une approche d’analyse de sensibilité pour identifier les leviers de régulation des maladies des cultures dans un contexte de changement climatique

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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 272 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

Contexte général 

Le changement climatique multiplie et intensifie les situations de sécheresses, de vagues de chaleur, d’excès d’eau et amplifie également les situations sanitaires défavorables pour la production agricole. En effet l’augmentation les températures favorise l’apparition et le développement des ravageurs et des maladies des cultures.

Dans ce contexte, les modes de production agro-écologiques, et notamment l’association d’espèces différentes cultivées en même temps sur la même parcelle, présentent des intérêts stratégiques face à ces enjeux. C’est pourquoi notre laboratoire a développé un modèle basé sur les processus simulant l’évolution d’une épidémie fongique dans un couvert céréale-légumineuse (Vezy et al., 2023; Caubel et al., 2012). Nous projetons d’utiliser ce modèle pour comprendre l’impact des pratiques culturales sur l’occurrence des maladies dans un contexte de changement climatique. 

Objectifs du stage et activités

L’objectif principal du stage est de comprendre et quantifier l’influence des facteurs de conduite du couvert associé (densité, proportion d’espèces, écart inter-rang, date de semis, etc.) sur les dynamiques épidémiques simulées par le modèle.

Pour cela, on s’appuiera sur la méthode d’analyse de sensibilité cluster-based GSA (Roux et al., 2021), une approche innovante combinant analyse de sensibilité globale (GSA) et classification non supervisée (clustering). Cette méthode vise à identifier et caractériser différents comportements du modèle en classant ses sorties, simulées au préalable sur un plan d’expérience numérique explorant la variabilité des facteurs étudiés, en différents clusters, puis à quantifier l’influence de ces facteurs d’entrée et de leurs interactions sur la probabilité d’appartenir à un cluster donné ou sur la transition entre clusters. Jusqu’à présent, cette approche a été appliquée à des variables temporelles et, plus récemment, à des sorties spatiales.

L’enjeu méthodologique du stage sera d’explorer une extension multivariée de cluster-based GSA, c’est-à-dire appliquée simultanément à plusieurs variables de sortie du modèle. En effet, des sévérités de maladie proches peuvent avoir des causes différentes, ce qui se caractérise en analysant conjointement les variables représentant différents processus. Cela nécessitera notamment de développer et tester des stratégies de représentation et de caractérisation des comportements multivariés (proposition de représentations graphiques, métriques de distance, etc.) et d’adapter l’application de la méthode en fonction de ces choix. L’utilisation dans cluster-based GSA d’indices de sensibilité adaptés à des configurations given-data et avec entrées dépendantes pourra également être un enjeu méthodologique exploré durant ce stage, par exemple pour mieux comprendre l’origine des variations observées au sein d’un cluster.

Le travail comprendra plusieurs étapes :

• Prise en main du modèle et compréhension des variables simulées et du contexte.
• Définition du plan d’expérience numérique et réalisation des simulations.
• Adaptation de la méthode cluster-based GSA.
• Analyse des résultats : identification de classes de comportements épidémiques et interprétation des facteurs déterminants.

Application de la méthode à des scénarios climatiques futurs (issus notamment de l’ensemble DRIAS 2020 ou du projet EXPLORE 2) afin d’identifier des divergences potentielles de comportement du modèle en climat futur. 

REFERENCES

Caubel, J., Launay, M., Brun, F., Huard, F., & Brisson, N. (2012). Using a coupled disease-crop model to quantify indirect effects of climate change on disease development.

Roux, S., Buis, S., Lafolie, F., & Lamboni, M. (2021). Cluster-based GSA: Global sensitivity analysis of models with temporal or spatial outputs using clustering. Environmental Modelling & Software, 140, 105046.

Vezy, R., Munz, S., Gaudio, N., Launay, M., Lecharpentier, P., Ripoche, D., & Justes, E. (2023). Modeling Key Interactions in Bi-Specific Intercropping Systems: Enhancing the STICS Soil-Crop Model for Sustainable Agriculture.

RAS

Formations et compétences recherchées

• Formation en mathématiques appliquées, statistiques ou data science, niveau master1 ou master2 (le sujet sera adapté en fonction du niveau et de la durée de disponibilité du/de la candidat·e sélectionné.e).
• Bonne maîtrise de R (ou autre langage de programmation équivalent).
• Notions en analyse multivariée et apprentissage non supervisé appréciées.
• Intérêt pour la modélisation et les problématiques agro-environnementales.
• Goût pour le travail en équipe, bon relationnel, rigueur et qualités rédactionnelles.
• L’aisance avec l’anglais écrit et parlé est un plus.

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 
- possibilité de subvention transport en commun
- d'une restauration collective.
- possibilité d’hébergement sur place en début de stage selon disponibilité (studio, 55 €/semaine)

Modalités pour postuler

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