Développement d'un module de compétition pour l'eau pour FLORSYS

Parmi les bioagresseurs, les adventices sont la première cause de pertes de rendement en grandes cultures, principalement en raison de la compétition pour les ressources (lumière, eau et minéraux) qu'elles exercent sur les plantes cultivées. La gestion actuelle des adventices, qui repose principalement sur l'usage d'herbicides en systèmes conventionnels, pose des problèmes environnementaux et sanitaires, et doit être repensée en combinant des leviers alternatifs et à effets partiels. C'est dans ce cadre que l'INRAE a développé  FLORSYS . Sa version actuelle prend en compte la compétition pour la lumière et pour l'azote entre plantes, mais pas pour l'eau, ce qui constitue un frein à l'utilisation du modèle dans un contexte de changement climatique. Développer un module de compétition pour l'eau est indispensable, afin d'étendre le domaine de validité du modèle à des situations de disponibilité en eau réduite.

L'objectif de ce stage est double : (1) quantifier les réponses morphologiques d'un panel d'espèces adventices et cultivées face au stress hydrique et (2) synthétiser les connaissances tirées des expérimentations et de la bibliographie dans un nouveau module pour FLORSYS.

Afin de modéliser l'impact l'impact d'une diminution de la disponibilité en eau sur la morphologie des plantes, les données de deux expérimentations menées en conditions contrôlées ont été analysées. Les expérimentations ont été conduites en 2017 et 2021 sur 6 espèces adventices annuelles et 2 espèces cultivées, le tout selon un gradient de disponibilité en eau et un protocole similaire.

Afin de caractériser la réponse au stress hydrique d'une diversité d'espèces adventices et cultivées, les expérimentations ont été menées sur la plateforme de phénotypage à haut débit de l'UMR Agroécologie (UMR Agroécologie - 4PMI (inrae.fr)). Ce dispositif en serre (luminosité, température et humidité régulées) est doté de systèmes automatiques de pesée et d'arrosage. Il dispose d'un convoyeur qui achemine automatiquement les pots contenant les plantes à ce système de pesée/arrosage. Ainsi, il est possible d'exposer les plantes testées à différents niveaux de disponibilité en eau, et de s'assurer que la teneur en eau dans chaque pot reste proche du seuil visé sur toute la durée de l'expérimentation.

Les résultats des expérimentations ont montré des réponses communes à toutes les espèces : le stress hydrique induit une diminution de la surface des feuilles par unité de biomasse foliaire et une allocation préférentielle de la biomasse aux racines par rapport aux organes aériens. De plus, le ration de la hauteur sur la biomasse aérienne augmente de manière exponentielle face au stress hydrique. L'intensité des réponses des plantes à une limitation en eau est néanmoins clade- et stade-dépendante, avec une sensibilité accrue des plantes aux stades les plus avancés (floraison).

Le nouveau module est alors construit en deux étapes. La première partie consiste à simuler l’état hydrique du sol et le prélèvement de l’eau par les plantes, à partir de couplages et de formalismes réadaptés d’autres modèles. La seconde partie consiste quant à elle à modéliser les conséquences du stress hydrique sur la photosynthèse et la morphologie des plantes, à partir de formalismes existants (photosynthèse) et de l’analyse des données expérimentales (morphologie). Au final, le nouveau module comporte seulement 7 nouveaux paramètres et s’inscrit pleinement dans l’esprit du modèle FLORSYS. Une fois évaluée, la nouvelle version de FLORSYS sera mobilisée dans le cadre d’une thèse visant à étudier les impacts du changement climatique sur la nuisibilité adventice en grandes cultures