Amélioration des modèles de culture du blé par leurs réponses à la température ˸ Phyllochrone et photosynthèse

Les modèles de culture sont des outils très populaires pour prédire et analyser l'impact de scénarios environnementaux présents ou futurs, ainsi que d'itinéraires techniques sur le rendement et les impacts environnementaux des cultures. Du fait de leur capacité à prédire les relations complexes entre le fonctionnement des cultures et l'environnement, les modèles de cultures sont aujourd'hui également utilisés pour modéliser la variabilité génétique et les interactions génotype x environnement. Cependant, les modèles actuels n'ont qu'une prise en compte limitée de l'impact de l'histoire thermique sur des processus physiologiques spécifiques, et in fine sur l'élaboration du rendement, ce qui pourrait être une limite majeure à leurs performances. Le travail de thèse présenté ici propose des pistes d'amélioration des modèles de culture via la prise en compte de l'impact de la température sur le rythme d'apparition des feuilles, déterminant majeur du développement des plantes, ainsi que de l'impact de l'histoire thermique sur la capacité photosynthétique des feuilles.Le premier axe de la thèse remet en question la modélisation actuelle du rythme d'apparition des feuilles chez le blé dans les modèles de culture. Les modèles de vitesse d'apparition des feuilles utilisent une réponse linéaire ou non-linaires de la vitesse d'apparition des feuilles, basés sur la notion de phyllochrone. Certains modèles considèrent également les effets de la photopériode et du stade de développement via des relations empiriques avec la latitude, la date de semis, et le nombre de feuilles visibles et donc ne présentent les processus biologiques et sont souvent sur paramétrés. Nous avons l'hypothèse que la vitesse d'apparition des feuilles est contrôlée la température et limitée par la disponibilité en carbone dans la plante. Cette hypothèse a été testée dans une série d'expériences en conditions contrôlées impliquant différentes températures, intensités lumineuses, photopériodes et teneurs en CO2 de l'atmosphère. Ce travail expérimental nous a permis de proposer un modèle écophysiologique qui explique l'impact de l'ensemble des facteurs environnementaux testés. Ce modèle a ensuite été implémenté dans le modèle de culture SiriusQuality, puis évalué avec des expériences réalisées au champ avec des variétés de blé tendre d'hiver et de printemps. Les résultats ont montré la capacité du modèle à prédire la vitesse d'apparition des feuilles dans une large gamme de température et de photopériode au champ.Le deuxième axe de cette thèse s'est intéressé à l'acclimatation de la photosynthèse du blé à un changement de température. Les expériences menées ici forment un jeu de données regroupant un nombre important de scénarios de changements de température avec des suivis temporels de l'acclimatation de la photosynthèse. Les résultats montrent une acclimatation très rapide (< un jour) qui serait due à deux mécanismes distincts : le premier est le résultat de la réponse rapide (quelques minutes) des stomates aux changements de température, alors que le deuxième reflète l'effet de la température sur le métabolisme photosynthétique qui s'acclimate progressivement (quelques jours). Ces hypothèses ont étés testées dans une troisième partie, où nous avons utilisé le modèle biophysique de photosynthèse et conductance stomatique de Farquhar, von Caemmerer et Berry. Cette étude a permis de mieux comprendre l'implication de la conductance stomatique dans la réponse de la photosynthèse à un changement de température, qu'il soit immédiat ou sur du plus long terme ; puis de définir les limites du modèle pour prédire l'acclimatation à la température.Ce travail démontre l'intérêt de modéliser l'acclimatation des processus physiologiques, que ce soit pour le développement ou la photosynthèse. Il montre aussi les limites des modèles empiriques et démontre que l'amélioration des modèles passe par la construction d'équations se rapprochant des connaissances biologiques.