Postdoc : Développement d’un modèle de sénescence foliaire forestier à partir d’hypothèses d’optimalité écophysiologiques

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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

Vous serez accueilli(e) au sein de l’Unité Mixte de Recherche Interactions Sol Plante Atmosphère (UMR 1391 ISPA).

Description du projet : 

La phénologie foliaire, l'étude des facteurs et de la dynamique du débourrement, du déploiement, de la maturation et de la sénescence des feuilles, est un déterminant majeur des échanges de carbone, d'eau et d'énergie entre les forêts et l’atmosphère. Les approches actuelles pour modéliser le déploiement et la senescence des feuilles reposent principalement sur un lien empirique entre la phénologie des feuilles et la température de l’air standardisée. Cette représentation simplifiée de la phénologie foliaire ne permet pas de simuler correctement la variabilité spatiale et temporelle de la dynamique des forêts, ni de représenter l’impact d’événements extrêmes tels que les gels tardifs, les sécheresses et les canicules. Il s’agit donc d’une des sources d’incertitude les plus importante dans les modèles de biosphère terrestre (TBM), ce traduisant par des biais importants dans la représentation de la productivité annuelle des forêts, et des cycles biogéochimiques associées (carbone, eau, etc.). 

Afin de palier à cette représentation empirique et inadéquate des processus phénologiques dans les TBMs, ce projet de postdoc a pour objectif d’explorer de nouvelles approches basées sur des hypothèses d’optimalité écophysiologique afin de simuler et prédire la dynamique des feuilles à partir d’informations a priori sur la stratégie d’une espèce et des conditions environnementales locales. La sénescence foliaire peut être considérée comme une décision concernant un organe qui existe déjà (la feuille) et qui rend compte de son propre état : assimilation, teneur en azote, potentiel hydrique. Il est donc possible de définir un critère marginal. La littérature existante sur « l’économie des feuilles » a exploité ce concept pour prédire la durée de vie des feuilles, mais n’a jamais exploré ces concepts afin d’en prédire les phases phénologiques

Ce projet vise donc à conceptualiser la sénescence comme une décision économique dans laquelle une cohorte de feuilles devient sénescente lorsque son rendement résiduel attendu devient (coût) inférieur à ce qui peut en être récupéré (bénéfice), majoré du risque qu’elle élimine (stresses). Ce cadre considère l’azote comme un stock récupérable, les stresses hydriques et thermiques comme des aléas, et le moment de la chute des feuilles comme la quantité à prédire plutôt qu’à prescrire.

Ce projet de postdoc (2 ans + 1) prend place dans le cadre du projet européen ERC Starting LEAFPACE dans lequel vous serez amené à travailler en collaboration étroite avec les chercheurs et les doctorants impliqués dans le projet (plusieurs équipes nationales et internationales).

Objectifs :

 

O1 - Formaliser la sénescence en tant que décision marginale résolue au niveau de la cohorte, combinant le retour sur investissement en carbone, la résorption de l’azote et le risque de mortalité, sans (ou avec très peu de) paramètres calibrés sur des dates phénologiques observées (TEMPO, PEP725, USAPN).

O2 - Définir l’efficacité de résorption comme un résultat du modèle plutôt que comme une donnée d’entrée, en ne paramétrant que le seuil structurel d’azote.

O3 - Étendre le modèle à la sénescence et à la défoliation induites par la sécheresse et les stresses thermiques, et l’évaluer sur les événements européens récents (2018,2022,2026).

O4 - Proposer une formulation pouvant être implémentée dans un TBM (e.g. ORCHIDEE), et la comparer à des modèles empiriques de sénescence existants en termes d’anomalies, de tendances et d’événements extrèmes.

Références clés:

Leaf economics and optimal turnover

Kikuzawa, K. (1991). A Cost-Benefit Analysis of Leaf Habit and Leaf Longevity of Trees and Their Geographical Pattern. The American Naturalist, 138(5), 1250–1263.

Wright, I. J. et al. The worldwide leaf economics spectrum. Nature 428, 821–827; 10.1038/nature02403 (2004).

Hikosaka K. Leaf canopy as a dynamic system: ecophysiology and optimality in leaf turnover. Ann Bot. 2005 Feb;95(3):521-33. doi: 10.1093/aob/mci050. Epub 2004 Dec 7. PMID: 15585542; PMCID: PMC4246797.

Nitrogen resorption

Killingbeck, K.T. (1996), Nutrients in Senesced Leaves: Keys to the Search for Potential Resorption and Resorption Proficiency. Ecology, 77: 1716-1727.

Vergutz, L., Manzoni, S., Porporato, A., Novais, R.F. and Jackson, R.B. (2012), Global resorption efficiencies and concentrations of carbon and nutrients in leaves of terrestrial plants. Ecological Monographs, 82: 205-220. 

Estiarte M, Peñuelas J. Alteration of the phenology of leaf senescence and fall in winter deciduous species by climate change: effects on nutrient proficiency. Glob Chang Biol. 2015 Mar;21(3):1005-17. doi: 10.1111/gcb.12804. Epub 2015 Jan 8. PMID: 25384459.

Senescence models and the sink-limitation debate

Delpierre, N., Dufrene, E., Soudani, K., Ulrich, E., Cecchini, S., Boé, J., & François, C. (2009). Modelling interannual and spatial variability of leaf senescence for three deciduous tree species in France. Agricultural and Forest Meteorology, 149, 938-948.

Zani, D., Crowther, T.W., Mo, L., Renner, S.S., & Zohner, C.M. (2020). Increased growing-season productivity drives earlier autumn leaf senescence in temperate trees. Science, 370, 1066 – 1071.

Lu, X., & Keenan, T. F. (2022). No evidence for a negative effect of growing season photosynthesis on leaf senescence timing. Global Change Biology, 28, 3083–3093. 

Optimality principles 

Stocker, B. D., Wang, H., Smith, N. G., Harrison, S. P., Keenan, T. F., Sandoval, D., Davis, T., and Prentice, I. C.: P-model v1.0: an optimality-based light use efficiency model for simulating ecosystem gross primary production, Geosci. Model Dev., 13, 1545–1581

Joshi, J., Stocker, B.D., Hofhansl, F. et al. Towards a unified theory of plant photosynthesis and hydraulics. Nat. Plants 8, 1304–1316 (2022).

Zhou, B., Cai, W., Zhu, Z., Wang, H., Harrison, S.P. and Prentice, I.C. (2025), A General Model for the Seasonal to Decadal Dynamics of Leaf Area. Glob Change Biol, 31: e70125.

Formations et compétences recherchées

• Formation recommandée : PhD en sciences de l’environnement, modélisation, écophysiologie végétale ou équivalent
• Connaissances souhaitées : Forte compétences en programmation (R, Python, Fortran…), analyse de données et modélisation, connaissances en écophysiologie végétale et écologie fonctionnelle.
• Expérience appréciée : Analyses statistiques, recherche théorique sur les principes d’optimalité et d’optimisation multicritère, développement de modèles mécanistes/modèle de végétation. Facilité à utiliser combiner des jeux de données hétérogènes et à évaluer des modèles
• Aptitudes recherchées : Autonomie, capacité à travailler en équipe et à collaborer, à rédiger (rédaction d’articles scientifiques, esprit de synthèse) et à s’exprimer (conférences scientifiques) en anglais, capacité d’encadrement de stagiaires et de doctorants.

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)
- de dispositifs de développement des compétences : formation, conseil en orientation professionnelle ;
- de la prise en charge à 50 % de votre cotisation à la complémentaire santé collective ;
- d'un soutien à la parentalité : CESU garde d'enfants, prestations pour les loisirs ;
- 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