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Un modèle pour simuler la distribution spatiale du Rayonnement Absorbé, de la Transpiration et de la Photosynthèse dans un couvert végétal

Introduction

Le modèle RATP (Rayonnement Absorbé, Transpiration, Photosynthèse) simule la distribution spatiale du rayonnement ainsi que les échanges gazeux foliaires d’un couvert végétal en fonction de la structure du couvert, du microclimat à l’intérieur de la canopée et des propriétés physiques et physiologiques des feuilles. Le modèle utilise une représentation 3D du couvert végétal constituée d’une matrice de voxels 3D dont chaque voxel est caractérisé par une densité de surface foliaire. La simulation, à l’échelle du voxel, est possible pour plusieurs types de végétation (e.g. plusieurs feuilles de plusieurs plantes différentes) permettant ainsi la simulation du fonctionnement d’un couvert hétérogène. Les simulations se basent sur une approche de type milieu turbide pour le traitement des transferts radiatifs, sur la résolution du bilan d’énergie des feuilles pour la transpiration et du formalisme de Farquhar pour la photosynthèse, et en considérant, à l’échelle de chaque cellule 3d, des feuilles d’ombre et de soleil. Le pas de temps généralement utilisé pour une simulation est de l’ordre de 30 minutes. Les équations et la description détaillée du modèle sont données dans Sinoquet et al., 2001, Plant Cell and Environment.

(a)	(b)

Figure 1 : Vue d’une maquette 3d d’un arbre dans une matrice 3D.

(a) Données d’entrées d’un arbre 3D

(b) Représentation 3D du rayonnement absorbé à l’échelle du voxel (niveau de couleurs)

Développement logiciel

Le modèle RATP est implémenté en Fortran 90, sous la forme de modules. Il peut être utilisé comme un logiciel de simulation indépendant, ou bien sous la forme d’une bibliothèque python intégrée et appelable depuis la plateforme OpenAlea (la bibliothèque intègre des variables et des fonctions directement accessibles sous l’environnement OpenAlea)

(http://openalea.gforge.inria.fr/dokuwiki/doku.php).

Figure 2 : Simulation de RATP sous la plateforme OpenAlea

Applications

Le modèle RATP a été utilisé pour plusieurs espèces d’arbres afin d’évaluer l’effet de la structure du couvert (distribution du feuillage, type de pousses, physiologie des feuilles) sur le fonctionnement de l’arbre (transpiration, photosynthèse) et le développement des ravageurs.

(a)	(b)

Figure 3 : Illustration de l’utilisation du modèle RATP sur :

(a) la variabilité de la photosynthèse et de la transpiration des feuilles au sein de la couronne de l’arbre

(b) la variabilité du développement des insectes au sein de la couronne de l’arbre

Contacts :   Marc.Saudreau@inrae.fr et Jerome.Ngao@inrae.fr

References

Sinoquet H, Le Roux X, Adam B, Améglio T, Daudet FA, 2001. RATP, a model for simulating the spatial distribution of radiation absorption, transpiration and photosynthesis within canopies: application to an isolated tree crown. Plant Cell and Environment, 24, 395-406.

Massonnet C., J. L. Regnard, Lauri P. E, Costes, E. and Sinoquet H., 2008. Contributions of foliage distribution and leaf functions to light interception, transpiration and photosynthetic capacities in two apple cultivars at branch and tree scales. Tree Physiology 28(6): 665-678.

Pincebourde S., H. Sinoquet, Combes D. and Casas J. 2007. Regional climate modulates the canopy mosaic of favourable and risky microclimates for insects. Journal of Animal Ecology 76(3): 424-438.

Saudreau, M., S. Pincebourde, Dassot M., Adam B., Loxdale H. D. and Biron D. G. 2013. On the canopy structure manipulation to buffer climate change effects on insect herbivore development. Trees-Structure and Function 27(1): 239-248.

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