Utilisation de la modélisation 3D pour l'analyse et la simulation du développement et de la croissance végétative d'une plante de tournesol en conditions environnementales fluctuantes (température et rayonnement)

La surface foliaire de plantes de tournesol (Helianthus annuus L.) en parcelles d'agriculteurs est variable, même en l'absence de stress abiotique, induisant une hétérogénéité de la productivité de ces parcelles. Une analyse cinématique de la croissance de la feuille 8 du tournesol a montré dans une étude précédente que la vitesse d'expansion relative des limbes variait au cours la croissance, avec une phase d'expansion exponentielle, suivie d'une phase de décroissance. Dans cette étude, les durées des phases de développement exprimées en temps thermique étaient stables. Il a également été montré que le rayonnement intercepté par la plante affectait les vitesses relatives d'expansion durant la phase exponentielle, mais il n'a cependant pas été établi de relation quantitative entre le rayonnement et les vitesses d'expansion des limbes. L'hypothèse de notre travail est qu'un stress radiatif en cours de culture conduit à une réduction du rayonnement absorbé par la plante entière et affecte, au travers d'une boucle de "rétro-contrôle", la vitesse d'expansion de toutes les feuilles en phase exponentielle de croissance. Nous cherchons également à vérifier que cette réduction du rayonnement absorbé par la plante n'affecte pas les durées des phases de développement des feuilles. Des traitements expérimentaux contrastés sont étudiés avec des dispositifs en plantes isolées et en couvert combinés à des cultures en serre et au champ à différents niveaux de rayonnement incident aboutissant à 14 situations. Un schéma unique d'évolution de la vitesse d'expansion relative d'une feuille est établi (i) avec une première courte phase d'expansion exponentielle (90°Cj), (ii) suivie d'une deuxième phase exponentielle, puis (iii) d'une phase de décroissance de la vitesse. Pour un même rang de feuille, les durées des deux dernières phases varient suivant le niveau de rayonnement. Le modèle de développement est ainsi affecté par une réduction du rayonnement absorbé par la plante. Les vitesses d'expansion sont affectées par un déficit de lumière uniquement pendant la deuxième phase exponentielle. Cette même analyse est étendue à toutes les variables architecturales nécessaires à la reconstruction d'une plante numérique 3D: longueurs et diamètres des entre-noeuds, longueurs et diamètres des pétioles. Les longueurs des entre-noeuds et des pétioles sont peu affectées par un stress radiatif, tandis que leurs diamètres le sont. La phyllotaxie et les angles de branchement sont également peu affectés. Il en résulte que Ia disposition spatiale des feuilles est relativement stable. Afin d'accéder à la variable élaborée qu'est le rayonnement absorbé (PPFDa) par tous les limbes d'une plante au cours de sa croissance, un modèle numérique 3D de plantes de tournesol est construit en utilisant la chaîne de logiciels AMAPsim, qui permet de simuler l'évolution spatiale et temporelle de l'architecture des plantes de toutes les situations expérimentales étudiées. Un modèle mécaniste de calcul de leur bilan radiatif (MIR-MUSC-RADBAL) est ensuite appliqué sur ces plantes numériques. Cette démarche permet d'analyser l'impact de l'architecture de la plante et du dispositifs de plantation sur le bilan radiatif à l'échelle des organes, de la plante et du couvert. Le rayonnement absorbé par la plante est utilisé comme variable d'entrée pour établir des relations avec les vitesses et les durées d'expansion des feuilles. Pour la propagation des stades de développement le long de la tige, nous établissons (i) des vitesses de référence pour chaque stade de développement, (ii) une relation unique de réduction de ces vitesses de référence par le rayonnement absorbé. Pour les vitesses relatives d'expansion, nous établissons également (i) une vitesse relative maximale pour tous les limbes qui évolue avec le temps thermique et (ii) une relation unique entre les vitesses relatives d'expansion et le rayonnement absorbé par la plante pendant la deuxième phase exponentielle. Un modèle de r