Offre en lien avec l’Action/le Réseau : – — –/– — –
Laboratoire/Entreprise : UR Hortsys et UMR AGAP Institut, CIRAD, Montpellie
Durée : 6 mois
Contact : frederic.boudon@cirad.fr
Date limite de publication : 2023-12-30
Contexte :
Chez de nombreuses espèces fruitières, il a été signalé que les relations source-puits affectent sur la
croissance des fruits. La quantité des assimilats carbonés synthétisés par les feuilles (les sources)
qui est fournie aux fruits (les puits) dépend de l’équilibre entre l’offre des sources et la demande des
puits. Chez le pêcher par exemple, la masse des fruits dépend non seulement des assimilats carbonés
produits par la photosynthèse des feuilles situées à proximité immédiate du fruit, mais aussi des
assimilats carbonés provenant de parties plus éloignées de l’arbre (Marini et Sowers, 1994). Chez le
manguier, de précédentes études suggèrent une autonomie partielle des charpentières et des
branches fruitières (Grechi et Normand, 2019), tandis que d’autres études suggèrent un échange de
carbone entre les différentes parties de l’arbre à un niveau global (Stassen et Janse van Vuuren,
1997). Cette étude a pour but d’évaluer comment les relations source-puits d’une échelle locale
(branche) à une échelle globale (arbre) affectent la croissance des fruits chez le manguier.
Étant donné les interactions entre les processus qui se produisent à différentes échelles, la
modélisation apparaît comme une approche méthodologique intégrative puissante pour aborder cette
question.
Une approche de modélisation sera développée et utilisée comme cadre d’intégration pour
analyser un ensemble de données acquises à différentes échelles. Ces données sont issues de
plusieurs expérimentations et mesures réalisées sur des manguiers (cv Cogshall) à la Réunion i) pour
quantifier les sources et puits de carbone de l’échelle locale des axes feuillés jusqu’à l’échelle
globale de l’arbre (topologie des branches et charpentières, caractérisation des axes feuillés et de
leur environnement lumineux, nombre et répartition des fruits dans l’arbre, croissance des fruits, etc) ;
ii) pour numériser l’architecture 3D de la partie aérienne d’un arbre adulte ; et iii) pour acquérir une
cartographie dynamique de la biomasse sèche et des sucres non structuraux dans les différents
compartiments d’arbres adultes au cours d’un cycle de production. Le cadre de modélisation
s’appuiera sur un modèle structure-fonction du manguier (V-Mango : Boudon et al 2020 ; Vaillant
et al., 2022) qui a été développé pour simuler le développement architectural de l’arbre et la production
de fruits. La version actuelle du modèle considère l’arbre comme un ensemble de branches fruitières
indépendantes. La modélisation de la croissance des fruits est basée sur un modèle d’allocation de
carbone paramétré à l’échelle individuelle des branches fruitières. En particulier, les échanges de
carbone des axes feuillés individualisés vers les fruits environnants utilisent une version simplifiée de
la fonction d’allocation basée sur la distance proposée dans des travaux antérieurs (Reyes et al.,
2020, Lescourret et al., 2011). Toutefois, ils restent limités à des échanges au sein de branches
fruitières indépendantes. Du point de vue de la modélisation, le défi consistera à définir un modèle multi-échelle de la structure de la plante et à formaliser les échanges de carbone à différentes
échelles (locale et globale). L’intensité des échanges dépendra de l’équilibre entre l’offre des sources
et la demande des puits, ainsi que des distances entre les organes. Pour cela, les méthodes
d’estimation des distances entre organes dans le graphe de l’arborescence seront adaptées pour
prendre en compte les informations multi-échelles.
L’approche intégrative s’appuyant sur V-Mango permettra d’étudier plus en profondeur les
processus liés au carbone, des axes feuillés à l’arbre entier, et de quantifier les effets des relations
source-puits, et d’autres facteurs structurels, environnementaux ou biotiques, sur l’hétérogénéité de
la masse des fruits à la récolte. L’intégration de ces connaissances et leur formalisation dans le
modèle V-Mango ouvrira un large éventail d’applications. En particulier, V-Mango sera mobilisé pour
quantifier in silico l’effet de certaines pratiques culturales ou de certains bio-agresseurs affectant les
sources ou les puits.
Sujet :
L’étudiant formalisera et étudiera les effets des relations source-puits d’une échelle locale (axes
feuillés, branche) à une échelle globale (arbre) sur la croissance des fruits en utilisant le modèle V-
Mango et les ensembles de données disponibles. V-Mango, basé sur Jupyter notebooks et Python,
est disponible sur un environnement de modélisation virtuel (vmango-lab ;
https ://github.com/fredboudon/vmango-lab) qui permet de travailler de manière distribuée et
collaborative. Plus spécifiquement, le travail de l’étudiant consistera en les tâches suivantes :
• Structuration des données pour les rendre facilement utilisables pour les applications de
modélisation. Les résultats expérimentaux et la description des architectures doivent être convertis
en une base de données structurelle et temporelle compatible avec une représentation multi-
échelle, en utilisant, par exemple, des graphes arborescents multi-échelles (MTG).
• Révision de la formalisation des processus liés au carbone de V-Mango :
– Extension de la fonction d’allocation basée sur la distance afin de prendre en compte les
relations multi-échelles pour l’allocation du carbone entre sources et puits.
– Optimisation du calcul des distances entre les organes en utilisant des relations multi-échelles.
– Intégration de nouveaux compartiments de réserve pour représenter les racines et le vieux bois.
• Recalibrage du modèle, en tenant compte du fait que le nombre d’organes, qui définissent les
compartiments pour la procédure d’allocation, peut varier au cours de la simulation.
• Analyse de sensibilité du comportement du modèle en utilisant des architectures de manguiers
observées et simulées :
– Évaluation de l’importance des différents paramètres du modèle.
– Quantification et comparaison des échanges de carbone à différentes échelles.
– Quantification des effets des relations source-puits, modifiés par des pratiques culturales ou
bio-agresseurs, sur la variabilité de la masse individuelle des fruits à la récolte.
Profil du candidat :
– Bonnes notions de modélisation et de programmation, et connaissance du langage Python
– Aptitude à travailler en équipe pluridisciplinaire (agronomes, informaticiens)
Formation et compétences requises :
– Niveau Master (Bac+5)
– Statisticien(ne)/informaticien(ne) avec un goût pour la biologie, ou agronome/éco-physiologiste
avec des connaissances solides en informatique et en statistiques
Adresse d’emploi :
Montpellier et la Réunion :
– Campus international de Baillarguet, 34398 Montpellier Cedex 5 France
– Station de Bassin-Plat BP 180 97455 Saint-Pierre cedex
Document attaché : 202310241137_Offre de stage Cirad 2024_Modélisation_FR.docx