Nature du modèle
Ecomeristem est un modèle mécaniste simulant la morphogénèse de la plante (notamment le riz, modèle pour les céréales) et sa plasticité en réponse à son environnement abiotique (eau, lumière, température). La topologie de la plante est simulée au pas de temps journalier à l’échelle de l’organe, la feuille au niveau aérien (les racines n’étant qu’un seul compartiment accumulant de la biomasse). Les processus composant la morphogénèse sont contrôlés par des paramètres génotypiques (variétaux):
(1) de type constitutif : exprimant un potentiel génétique (eg. dimensionnement et rythme d’initiation des feuilles et ramifications (talles).
(2) de type ‘seuil’ de réponse à des variables d’état journalières de la plante (eg. paramètre Ict, fixant le seuil d’Ic à partir duquel la plante émettra des talles ou ramifications, avec Ic : ratio entre offre et demande en assimilats carbonés dans la plante (offre : résultat de la photosynthèse ; demande : somme des croissances d’organes). De façon similaire, des paramètres seuils contrôlent la réponse de l’expansion et transpiration foliaire au stress hydrique.
Problématique
De par sa nature, le modèle Ecomeristem simule une réponse non linéaire de la morphogénèse de la plante soumise aux contraintes du milieu extérieur. Les processus de régulation mis en œuvre au sein de ce mécanisme étant fortement interdépendants (e.g. taille vs. vitesse de croissance et d’apparition des feuilles vs. nombre de feuilles ou ramification), les paramètres qui y sont attachés se trouvent de la même manière liés que cela soit d'un point de vue physiologique, génétique mais aussi mathématique.
Par ses concepts fondateurs, les paramètres du modèle communément considérés par ses utilisateurs pour discriminer des génotypes (eg. par des méthodes heuristiques), sur leur productivité et vigueur en réponse à un environnement donné, sont ceux contrôlant de façon directe les mécanismes composites cités ci-dessus (par exemple, dimensionnement potentiel (MGR) et rythme d’émission (phyllochron) des feuilles, sensibilité du tallage à la disponibilité en photosynthétats (Ict), cf. Fig. 1).
Cependant, une analyse de sensibilité systématique du modèle, relative à l’ensemble de ses paramètres biologiques, n’a jamais été réalisée, au risque de manquer des hypothèses de recherche fortes. En particulier, une meilleure appréhension des facteurs contrôlant dans le modèle la vigueur de croissance de la plante dans un environnement donné pourrait permettre d’améliorer une exploration de la diversité génétique au niveau des ses processus à l’aide du modèle.
Objectif :
L’objectif de cette étude sera atteint en deux phases :
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mener une analyse de sensibilité du modèle quasi-exhaustive au travers de ses paramètres ‘plante’, en considérant une seule variable de sortie, la plus intégrative possible : la biomasse totale de la plante
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a- confirmer ou non le rôle-clé des paramètres jusqu’à maintenant utilisés pour discriminer des génotypes ;
b- mener une seconde analyse de sensibilité du modèle vis-à-vis des paramètres ayant montré les indices de sensibilité les plus forts sur la biomasse de la plante ;
c- quantifier leur impacts sur des variables de sorties constitutives de la production de biomasse (notamment, le nombre de feuilles sur la plante, taille des feuilles à une position donnée, le nombre de talles, les réserves en amidon dans la plante).
Approche choisie :
Expériences de simulation :
on se place dans des conditions environnementales non contraignantes (pas de stress), avec un jeu de données climatiques issues de…. Sur 30j.
Dans le premier cas, 10 paramètres seront adressés
Dans le deuxième, les 5 paramètres les plus importants selon l’analyse précédente.
Analyse de sensibilité globale du modèle :
Compte tenu de la non-linéarité, du nombre relativement faible de paramètres d’entrée du modèle Ecomeristem mais aussi de son faible coût en temps de calcul (de l’ordre 300ms pour une simulation) une approche basée sur la décomposition de la variance de la réponse (type Sobol, FAST) sera privilégiée.
Fig. 1 : Intégration de la problématique adressée dans le BAO Mexico
