Descriptif
Les systèmes agricoles font face aujourd’hui à des défis multiples liés à la transition agroécologique : réduction des intrants, adaptation au changement climatique, diversification des cultures, amélioration des performances environnementales, maintien de la productivité et augmentation de la résilience. Dans ce contexte, les modèles mécanistes décrivant le fonctionnement des agroécosystèmes occupent une place croissante dans la recherche, le développement et l’aide à la décision en agronomie. En représentant explicitement les processus biologiques, physiques et écologiques à l’œuvre dans les agroécosystèmes, ils permettent d’explorer le fonctionnement des cultures et d’évaluer les effets de pratiques, de scénarios climatiques et de systèmes de culture innovants.
Les modèles mobilisés en écophysiologie végétale couvrent aujourd’hui une grande diversité d’échelles spatiales et temporelles : fonctionnement de la plante individuelle, interactions plante-plante au sein des couverts végétaux, dynamique des cultures à l’échelle de la parcelle, ou encore l’organisation des systèmes agricoles à l’échelle territoriale. Ils peuvent être utilisés pour analyser les effets du changement climatique, concevoir des associations d’espèces, explorer des idéotypes variétaux, évaluer des impacts environnementaux (émissions gaz à effets de serre, lessivage de l'azote etc.) ou encore étudier les interactions entre cultures et adventices. Ils nécessitent cependant, pour être bien utilisés, une bonne connaissance de leurs hypothèses et de leurs principes, ainsi qu’une confrontation rigoureuse aux observations.
Ce module propose une formation à la modélisation écophysiologique des plantes et des cultures et à son application à des systèmes agroécologiques. Il vise à donner aux étudiant.e.s des clés de compréhension des grandes familles de modèles existantes, de leurs hypothèses, de leurs domaines de validité et de leurs usages en recherche et en appui aux acteurs du monde agricole. Le module alternera des apports conceptuels, des travaux dirigés de prise en main de différents modèles et des projets appliqués à des problématiques de R&D actuelles. Une attention particulière sera portée à l’articulation entre la modélisation, l’acquisition de données expérimentales et la conception de systèmes agroécologiques. Les étudiant.e.s seront amenés à discuter des apports mais aussi des limites des approches mécanistes, ainsi que de leur complémentarité avec les approches empiriques et les connaissances des acteurs de terrain.
Objectifs pédagogiques
Les objectifs seront :
À l’issue de ce module, les étudiant.e.s seront capables de décrire les principales familles de modèles mécanistes mobilisés en écophysiologie et d’en expliquer les domaines d’application, les hypothèses et les limites. Ils sauront distinguer différentes approches de modélisation selon les échelles considérées (plante, parcelle, territoire) et les processus représentés (développement, croissance, architecture, compétition, bilans hydriques et azotés, interactions biotiques, impacts environnementaux). Les étudiant.e.s seront capables de choisir un modèle adapté à une problématique agronomique donnée et de définir un cadre de simulation cohérent avec les questions posées. Ils sauront identifier les données nécessaires au paramétrage et à l’évaluation des modèles, ainsi qu’analyser de manière critique les sorties de simulation.
A travers différents travaux dirigés, les étudiant.e.s acquerront une première expérience pratique de l’utilisation de modèles mécanistes en écophysiologie, notamment pour explorer les effets de de l’environnement et des pratiques agricoles dans le cadre de la transition agroécologique (réduction d’intrants, atténuation des impacts environnementaux, cultures associées). Enfin, les étudiant.e.s seront capables de mobiliser la modélisation mécaniste comme outil d’analyse et de conception pour les systèmes agroécologiques, en discutant de ses apports, de ses limites et de ses liens avec les données expérimentales et les acteurs du monde agricole.
effectifs minimal / maximal:
8/20Diplôme(s) concerné(s)
- MASTER - Biologie-AgroSciences
- Accueillis en master (erasmus et autres prog.)
- Accueillis cursus ing 2e et 3e année (erasmus et école)
- Accueillis IAE forestiers (élèves de l'Institut Agro Dijon)
- Ingénieur AgroParisTech
UE de rattachement
- 2A-UEchoix-S2 : UE à choix Semestre 2
Format des notes
Numérique sur 20Pour les étudiants du diplôme Accueillis en master (erasmus et autres prog.)
Pour les étudiants du diplôme Ingénieur AgroParisTech
Pour les étudiants du diplôme Accueillis cursus ing 2e et 3e année (erasmus et école)
Pour les étudiants du diplôme MASTER - Biologie-AgroSciences
Pour les étudiants du diplôme Accueillis IAE forestiers (élèves de l'Institut Agro Dijon)
Le rattrapage est autorisé (Max entre les deux notes)- le rattrapage est obligatoire si :
- Note initiale < 6
Programme détaillé
PROGRAMME DETAILLE : I/ Introduction à la modélisation mécaniste des cultures pour les enjeux de l’agroécologie
• Introduction du module (cours-TD 3h ; Meije Gawinowski) : présentation des objectifs du module et des modalités pédagogiques. Présentation des différentes approches de modélisation utilisées en écophysiologie et agronomie.
• Cours-TD exploration numérique (cours 3h, Pierre Barbillon) : méthodes génériques pour l’exploration numérique de modèles complexes (analyse de sensibilité, optimisation, calibration automatiques) avec des applications sur le modèle de Monteith (production de matière sèche).
• Architecture et plasticité des plantes (cours 3h ; Alexandra Jullien) : introduction aux approches structure-fonction et aux interactions entre structure et fonctionnement des plantes.
II/ Travaux dirigés : prise en main de différents types de modèles mécanistes en écophysiologie
Différentes séances de travaux dirigés sont envisagées pour initier les étudiant.e.s à l’utilisation de modèles structure-fonction (FSPMs, échelle de l’organe) et de modèles de culture (échelle du couvert):
• 4 séances de TD sur l’architecture et initiation FSPM
o TP architecture : acquisition de données expérimentales (3h ; Laurène Perthame, Alexandra Jullien, Céline Richard-Molard)
o Initiation FSPM (1h30 ; Laurène Perthame, Meije Gawinowski)
o Simuler l’effet du mode de semis et du morphotype sur l’interception de la lumière avec le FSPM Colzette (1h30 ; Laurène Perthame, Alexandra Jullien)
o TD sur l’architecture racinaire avec le FSPM ArchiSimple (1h30 ; Frédéric Rees, Céline Richard-Molard)
• 5 séances de TD sur le modèle de culture STICS
o Initiation (1h30 ; Meije Gawinowski)
o Gestion fertilisation azotée (1h30 ; Meije Gawinowski)
o Changement climatique (1h30 ; Meije Gawinowski)
o Cultures associées (1h30 ; Meije Gawinowski)
o Impacts environnementaux (1h30 ; Karine Dufossé)
III/ Interventions d’ouverture : applications de la modélisation mécaniste à des enjeux agroécologiques
Des interventions d’ouverture seront également prévues pour présenter des cas d’application de la modélisation mécaniste en écophysiologie pour traiter des enjeux agroécologiques. Ces interventions permettront une ouverture sur l’utilisation des modèles mécanistes en dehors du monde académique (Arvalis, Terres Inovia, Limagrain, ITK, CybeleTech, INRAE Transfert, MAELIA), en lien avec d’autres disciplines (génétique, agronomie, bioclimatologie, phytopathologie) et systèmes (systèmes tropicaux, forêts, agroforesterie), mais aussi à d’autres échelles (territoire, échelle globale). Les quatre interventions envisagées pour 2026-2027 sont :
• Modélisation et évaluation intégrées des territoires agricoles et systèmes de bioéconomie territorialisés avec la plateforme MAELIA (Renaud Misslin – MAELAB ; 1h30)
• Outiller la sélection génétique avec les modèles mécanistes en écophysiologie (1h30 ; Marianne Laurençon – AgroParisTech SVS)
• Co-conception de systèmes de cultures résilients vis-à-vis des adventices avec le modèle individu-centré FLORSYS et son outil d’aide à la décision DeciFLORSYS (Nathalie Colbach – Institut Agro Dijon ; 1h30)
• Modéliser l’architecture et le développement des arbres (1h30 ; Camille Salmon – AgroParisTech SIAFEE, en visio)
IV/ Projets collectifs : analyse et mobilisation de modèles mécanistes pour l’agroécologie et l’adaptation au changement climatique
Les étudiant.e.s seront répartis en groupes pour un travail de projet autour de différentes problématiques de recherche mobilisant des modèles mécanistes. Chaque groupe travaillera sur une étude de cas associée à un modèle spécifique pendant des créneaux de projets dédiés, sous l’encadrement de deux « experts scientifiques » avec la réalisation de points d'avancement ponctuels :
• Aptitude au mélange dans les cultures associées blé-pois avec STICS (Meije Gawinowski, Marianne Laurençon)
• Idéotypage virtuel : analyse de sensibilité des traits d’architecture aérienne dans les associations brassica-légumineuses avec Colzette/SIMBAL (Alexandra Jullien, Pierre Barbillon, Noména Andrianarisoa)
• Evaluer la capacité d’adaptation et d’atténuation des pratiques agricoles au changement climatique (Karine Dufossé, Nicolas Guilpart)
• Conception de systèmes de culture résilients vis-à-vis des adventices avec FLORSYS/DeciFLORSYS (Laurène Perthame, Nathalie Colbach - INRAE)
Support pédagogique multimédia
