Modélisation du microclimat sous serre de tomate pour l’envirotypage : développement et évaluation d’un modèle dynamique fondé sur les bilans d’énergie et de masse.

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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.

Unité d’accueil : Unité de recherche Plantes et Systèmes de culture Horticoles (PSH, UR1115), INRAE, Avignon. L’unité développe des approches combinant expérimentation et modélisation pour analyser le fonctionnement des cultures horticoles et concevoir des systèmes de production performants. Le stage s’inscrit dans le projet EnviroTom, porté par l’unité GAFL (UR1052, INRAE Avignon).

Environnement de travail, missions et activités

Contexte scientifique

La tomate est le premier légume produit dans le monde. Cultivée en grande partie sous abri et irriguée, elle est fortement affectée par le changement climatique, notamment sur le pourtour méditerranéen (canicules, raréfaction et salinisation de l’eau). L’amélioration variétale est un levier majeur pour maintenir rendement et qualité, mais la réponse des variétés dépend de l’environnement : ce sont les interactions génotype × environnement (G×E). Les modéliser suppose de caractériser finement l’environnement de culture, démarche appelée « envirotypage », qui a fait ses preuves chez les céréales mais reste à adapter aux espèces maraîchères.

Sous abri, cette adaptation est délicate. Dans les serres le microclimat résulte d’interactions complexes entre le rayonnement, les échanges convectifs et radiatifs, la ventilation à travers les ouvrants, le blanchiment de la couverture, la transpiration du couvert, la condensation et les conditions extérieures. La variabilité spatiale et temporelle y est au moins aussi grande qu’au champ, et le climat mesuré en un point ne suffit pas à décrire ce que perçoivent les plantes.

Le projet EnviroTom (« Envirotyper la tomate pour mieux comprendre et prédire la réponse des variétés à un environnement fluctuant ») met en place un réseau d’essais multi-sites autour de la Méditerranée sur une core-collection de tomate. Il vise à identifier les variables climatiques les plus pertinentes pour disséquer les interactions G×E et à intégrer ces covariables environnementales dans des modèles de GWAS et de prédiction génomique, afin d’identifier des haplotypes et des idéotypes adaptés à différents types d’environnements.

Le stage participe au volet « caractérisation des essais et modélisation du climat sous serre » du projet. Le microclimat perçu par les plantes sera simulé à l’aide d’un modèle dynamique de bilans d’énergie et de masse, représentant l’équilibre thermique et hydrique de la serre et du couvert (transferts de chaleur et de vapeur d’eau, transpiration, condensation), de manière à fournir des variables climatiques exploitables pour l’envirotypage des essais. 

Objectifs du stage

L’objectif général est de développer, calibrer et évaluer un modèle dynamique prédictif simple du microclimat d’une serre de tomate, fondé sur les bilans d’énergie et de masse, afin de calculer, à partir d’un jeu réduit de mesures, les variables climatiques pertinentes pour l’envirotypage des essais du projet EnviroTom.

Objectifs spécifiques :

- Réaliser une synthèse bibliographique des modèles de microclimat sous serre (bilans énergétiques et hydriques, transpiration, ventilation naturelle, condensation, couplage plante-environnement).

- Caractériser le microclimat à partir des données disponibles (essais de phénotypage menés à Avignon au printemps 2026) et acquises lors de l’essai 2027 : température de l’air et des surfaces, humidité relative, rayonnement, vitesse et direction du vent, avec une attention particulière à l’hétérogénéité spatiale.

- Mettre en œuvre ou développer un modèle dynamique de bilans d’énergie et de masse décrivant l’évolution temporelle de la température et de l’humidité de l’air sous une serre à ventilation naturelle, en intégrant le couvert de tomate (surface foliaire, transpiration) et les pratiques de conduite (ouvrants, blanchiment).

- Calibrer les paramètres du modèle à partir des observations expérimentales.

- Évaluer la qualité prédictive du modèle par comparaison simulations–mesures, à l’aide d’indicateurs statistiques appropriés.

- Analyser la sensibilité du modèle aux principaux forçages et paramètres (rayonnement, ventilation, température extérieure, surface foliaire, transpiration, condensation) afin de définir le jeu minimal de variables et d’équipements à déployer dans les essais des sites partenaires.

- Calculer, à partir des simulations, des covariables environnementales (rayonnement cumulé, temps thermique, déficit de pression de vapeur, périodes jour/nuit, etc.) par stade de développement de la plante, et les mettre à disposition des généticiens du GAFL pour leur intégration dans les modèles de GWAS et de prédiction génomique.

- Formuler des recommandations pour l’amélioration du modèle et son utilisation dans le réseau d’essais EnviroTom.

Livrables attendus :

- Modèle dynamique documenté et code associé.

- Jeu de covariables environnementales calculées pour les essais d’Avignon.

- Rapport de stage et soutenance.

Formations et compétences recherchées

Compétences et profil recherché

Formation : étudiant(e) en Master 2 ou en dernière année d’école d’ingénieur dans l’un des domaines suivants : génie énergétique, thermique, génie des procédés, physique appliquée, agronomie numérique, environnement, génie agricole ou sciences du numérique appliquées à l’agro-environnement.

Compétences scientifiques attendues :

- Bases solides en transferts de chaleur et de masse, thermodynamique, mécanique des fluides et bilans énergétiques.

- Connaissances sur les échanges radiatifs, la ventilation, l’évapotranspiration et la condensation serait un atout.

- Notions d’écophysiologie végétale ou de fonctionnement des cultures sous abri appréciées.

- Maîtrise de Python, MATLAB ou R pour le traitement de données et la mise en œuvre de modèles dynamiques.

- Expérience souhaitable en analyse de séries temporelles, calibration de modèles et statistiques appliquées.

- Capacité à travailler à l’interface entre expérimentation, modélisation et agronomie.

Qualités personnelles :

- Rigueur scientifique et autonomie.

- Esprit d’analyse et capacité à relier observations expérimentales et mécanismes physiques.

- Bonnes aptitudes rédactionnelles en français ; l’anglais scientifique est souhaité.

- Goût pour le travail en équipe pluridisciplinaire (modélisateurs, écophysiologistes, généticiens, expérimentateurs).

Environnement et encadrement

Le ou la stagiaire sera accueilli(e) au sein de l’unité PSH à Avignon, dans une équipe associant expérimentation en serre, écophysiologie et modélisation des systèmes horticoles. Il ou elle travaillera en interaction avec l’unité GAFL (coordination du projet EnviroTom, génétique de la tomate et analyse des interactions G×E) et l’unité expérimentale A2M (conduite et instrumentation des essais à Avignon). Le stage bénéficiera d’un encadrement scientifique sur la caractérisation du microclimat, les mesures en serre et la modélisation des transferts d’énergie et de masse, ainsi que d’un accompagnement technique pour l’accès aux données et aux installations expérimentales. Le ou la stagiaire pourra être associé(e) aux réunions du projet avec les partenaires.

- Durée : 6 mois (du 1^er mars au 31 aout). 

- Lieu : Unité PSH, INRAE, Avignon

- Nom et fonction de l’encadrant scientifique: Hicham Fatnassi (IR), Gilles Vercambre (CR), unité PSH.

Votre qualité de vie à INRAE

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

- 2.5 Jours de conges 
- d'activités sportives et culturelles ;
- d'une restauration collective.

Modalités pour postuler

J'envoie mon CV et ma lettre de motivation