Spatialisation des entrées du modèle STICS par la méthode de modélisation statistique

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L’interaction sol-plante du processus à la modélisation

Les interactions sol-plante sont très complexes et nécessitent d’avoir recours à la modélisation pour être comprises sur un cycle cultural entier. L’utilisation des modèles passe par la formalisation des relations soit par des approches empiriques, soit par des formalismes plus mécanistes. Les modèles simulant le développement des cultures font souvent appel à un mélange des deux types d’approche pour décrire le système cultural. Cela se traduit par une prise en compte simplifiée des différents processus majeurs impliqués dans les interactions de la plante avec son environnement. Dans les modèles, comme dans la réalité, un des facteurs les plus limitants du développement des cultures est l’accès à la ressource en eau. Celle-ci est souvent conceptualisée comme étant un stock fixe potentiellement disponible pour les plantes, autrement dit la réserve utile.

Le prélèvement d’eau par les plantes

Chaque culture à des besoins et une gestion de la ressource en eau différente. La plus grande partie de l’eau absorbée par une plante sert à transporter les nutriments dissous du sol jusqu’aux organes aériens des plantes. L’eau est au final libérée dans l’atmosphère par transpiration. Ce flux d’eau permet également de réguler la température de la plante. Ces besoins en eau varient selon le stade de développement et les conditions microclimatiques. En outre, chaque culture, voire cultivar, a une sensibilité différente face au déficit en eau.
Ce déficit en eau peut se traduire par un stress hydrique qui se définit par un changement physiologique différent de l’état d’équilibre de la plante (Shao et al., 2008). Ce stress peut avoir pour conséquences plusieurs changements physiologiques, biochimiques ou moléculaires, comme une modification de l’activité biologique de la plante, une diminution de la photosynthèse, ou encore une modification de la production de métabolites dont certains sont induits par des phytohormones (Reddy et al., 2004). Ces changements vont impacter de manière plus ou moins importante le fonctionnement de la plante et de ces organes.

Le prélèvement d’eau par les racines

Les racines assurent le prélèvement des nutriments mais ont également une fonction d’ancrage dans le sol. Le prélèvement d’eau et de nutriments est assuré par la zone pilifère des racines qui est recouverte des poils absorbants dont le rapport surface/volume est particulièrement élevé. Cette surface élevée permet d’augmenter la surface d’échange avec le sol et donc de faciliter l’absorption des éléments du milieu par les racines. Autour de ces racines, la plante produit un mucilage qui permet de maintenir dans la rhizosphère un potentiel hydrique plus bas que le sol et qui permet de stocker une certaine quantité d’eau (Carminati, 2013; McCully and Boyer, 1997). Dès lors qu’il sèche, ce mucus devient hydrophobe et permet d’éviter les pertes d’eau des racines vers le milieu en cas de sécheresse (Carminati, 2013). En outre, l’efficacité du système racinaire à prélever de l’eau est dépendant de trois facteurs :
– de son architecture
– du contact sol-racine
– de la densité de racines
Plusieurs études ont montré que la densité de racines optimale pour le prélèvement d’eau est comprise entre 0.5 et 1 cm.cm-3 (Figure 2) (Aura, 1996; Bonachela, 1996) mais peut également être plus faible pour d’autres cultures (Robertson et al., 1993). Cette différence résulte d’une architecture racinaire qui diffère suivant les cultures. La limitation à l’absorption d’eau par la plante n’est cependant pas uniquement dépendante de la densité racinaire mais aussi du cheminement de l’eau dans les racines. En effet, le transport de l’eau dans les racines n’est pas direct vers le système vasculaire de la plante (xylème) et l’eau et les nutriments peuvent passer par trois voies possible (Steudle, 2000) : par le continuum intercellulaire (voie apoplastique), par les plasmodesmes et le symplasme (voie symplastique), et enfin à travers les parois des cellules (voie trans-cellulaire). Ainsi suivant l’importance de ces différentes voies dans le prélèvement d’eau de la plante chaque culture peut réagir différemment à un stress hydrique ponctuel ou maintenu.

L’impact du stress hydrique sur la photosynthèse

Le stress hydrique peut affecter la photosynthèse de différentes manières (Figure 4) : (1) par la limitation de la synthèse d’adénosine triphosphate (ATP), (2) les effets de l’ABA et (3) une diminution de l’activité enzymatique liée à la baisse du potentiel hydrique. Dans le premier cas, la production de l’ATP est ralentie à cause du manque de disponibilité en eau ; les électrons issus de la photolyse de l’eau deviennent alors plus difficilement échangeables pour la production d’ATP lors de la photosynthèse. L’activation de la production d’ABA induite par le stress hydrique provoque la fermeture des stomates et va s’accompagner d’une diminution du carbone disponible pour la synthèse de molécules organiques via la carboxylation. Cette diminution du CO2 induit également une augmentation des espèces réactives oxygénées (ROS pour Reactive oxygenated species) dans la plante et occasionne une limitation de l’activité biologique causée par la dégradation des membranes et des molécules liées au cycle photosynthétique. Cette augmentation est due au changement d’équilibre entre la production des ROS et la production d’antioxydants. Ce changement oblige donc la plante à augmenter sa production d’antioxydants pour limiter l’impact des ROS (Reddy et al., 2004). Enfin le stress hydrique va causer une diminution de l’activité des enzymes liées à la photosynthèse et en particulier la Rubisco (Meyer and Genty, 1999).

La plasticité phénotypique et variabilité de la phénologie des plantes

L’expression du génotype suivant différentes conditions environnementales peut conduire à des phénotypes différents, notamment en cas de stress hydrique. Cette plasticité est la conséquence de réponses passives et/ou active de la plante (Nicotra et al., 2010). Cette adaptation de la plante a un coût (DeWitt et al., 1998), et dans certains cas, le bénéfice n’est pas proportionnel. Cette différence de phénotype n’est pas toujours bénéficiaire pour la plante, notamment dans les cas où la plasticité de la plante arrive dans ses limites et induit une instabilité du phénotype (Kurashige and Callahan, 2007).
Dans le cas du stress hydrique, la plasticité de la plante va se manifester suivant l’importance du stress, de sa rapidité et de sa durée (Figure 5). Dans le cas d’un stress de longue durée, la plante va optimiser le prélèvement d’eau notamment par une adaptation de sa croissance et une stratégie d’allocation de la biomasse produite différente (Griffiths and Parry, 2002; Guswa, 2010; Hsiao and Xu, 2000). Dans le cas de stress plus ponctuels, la plante va ajuster son métabolisme sans conséquences visibles sur la plante.
Ce changement de croissance est en partie lié à un changement des vitesses de croissance des organes de la plante. En prenant l’exemple du maïs (Figure 6), la croissance foliaire est beaucoup plus sensible au déficit hydrique que les racines. Dans le cas d’un stress, les racines continueront à croître alors que les feuilles stoppent leur croissance rapidement. A long terme, cette différence de croissance entre organes peut conduire à une répartition différente de la biomasse dans la plante. Par ailleurs, la résilience de la plante n’est pas immédiate et peut prendre plusieurs heures suivant l’importance et la rapidité de survenue du stress (Acevedo et al., 1971) et l’organe de la plante concerné (Hsiao and Xu, 2000).
Résultats obtenus sur vermiculite en conditions contrôlées. Tiré de Hsiao and Xu (2000).
L’impact du stress hydrique ne se limite pas à un changement de répartition de la biomasse mais peut se traduire également par un changement dans la phénologie de la plante. Selon l’intensité du stress, la phénologie sera différente : un stress hydrique modéré va provoquer une accélération des stades phénologiques mais dans le cas d’un stress important, les stades phénologiques peuvent être allongés (Angus and Moncur, 1977; Giunta et al., 1993). La nature du stress continu ou ponctuel est également déterminant sur l’impact qu’il va avoir sur la plante (Brevedan and Egli, 2003). En effet, si le stress intervient uniquement dans des stades tardifs de développement, la plante a moins de latitude pour adapter sa croissance. Enfin, la plante a une sensibilité variable en cours de développement, due à une capacité de prélèvement en eau par les racines par rapport à la capacité transpiratoire des feuilles qui évolue suivant les stades (Katerji et al., 1991; Turner, 1981). Dans le cas d’une approche résistive pour décrire les flux d’eau dans la plante cela va se traduire par une résistance plus importante pour le maintien du flux. La croissance des racines étant plus importante en cas de stress par rapport à celle des feuilles, un stress constant favorise l’élongation racinaire et permet l’accès à des couches plus profondes du sol et donc à une réserve en eau potentiellement plus importante.

Corrélation entre stress

Les stress sont également susceptibles d’interagir conjointement sur la plante. L’interaction entre stress peut être métabolique ou due à une réponse de la plante au stress (hydrique ou autre). En guise d’exemple, le stress hydrique peut induire une inhibition de la nitrate réductase (Kaiser and Förster, 1989) ce qui provoque alors une diminution de l’assimilation de l’azote par la plante. Dans le cas d’une interaction de réponse au stress, le stress azoté peut limiter la croissance racinaire ce qui peut accentuer le stress hydrique en diminuant la quantité d’eau accessible (Barraclough et al., 1989) sans toutefois impacter de manière importante le prélèvement des nutriments (Tanguilig et al., 1987).

La réserve utile : un stock d’eau accessible aux plantes

La réserve utile peut se définir comme la quantité d’eau pouvant être accessible aux plantes. Il s’agit d’une notion presque aussi vieille que l’agronomie (Briggs, 1897; King, 1889). Les premiers travaux visant à comprendre la disponibilité de l’eau pour la plante sont vieux de plus d’un siècle et avaient pour objectif de raisonner l’irrigation des cultures. C’est dans ce contexte que Franklin Hiram King, pionnier de la recherche sur la réserve utile, avait établi que seule une fraction de l’eau du sol était potentiellement accessible aux plantes (King, 1907, 1889). Sa première définition recensée .
Cette notion de réserve ou stock en eau accessible aux plantes, fait appel à 3 limites d’accessibilité : une borne maximale d’eau accessible de la réserve utile, décrite couramment comme la capacité au champ, une borne minimale d’humidité, définie comme l’humidité au point de flétrissement permanent et enfin une profondeur maximale à laquelle l’eau peut être prélevée par les plantes. En anglais la réserve utile est appelé Available Water Capacity (AWC) (Hudson, 1994; Jovanov et al., 2012) ou Water Holding Capacity (WHC) (Franzluebbers, 2002; Guswa, 2010). Souvent AWC correspond à la réserve en eau contenue entre les bornes de la capacité aux champs et du point de flétrissement mais n’est pas reliée à la profondeur, au contraire de la WHC qui correspond à un stock sur une profondeur donnée. Pour cette dernière, la confusion se situe autour de l’intégration du point de flétrissement permanent : dans certains cas, elle correspond à la réserve utile telle que définie ici et d’autre fois elle ne se limite qu’à la capacité de rétention en eau des sols sur une profondeur donnée. En français, la définition de la réserve utile fait cependant consensus. Ainsi dans la suite du manuscrit, les termes RU, AWC et WHC feront référence à la réserve utile dont les limites sont la capacité au champ, le point de flétrissement et la profondeur de prélèvement en eau.
La définition de la réserve utile « moderne » est apparue dès lors qu’il a été mis en évidence qu’à saturation, toute l’eau n’était pas disponible (Figure 7, « soil air ») et qu’une fraction de l’eau du sol était liée au sol (Franklin Hiram King, 1900; Israelsen and West, 1922) ; l’eau assimilable par les plantes n’est qu’une partie de l’eau capillaire du sol.

Le cas particulier des sols à propriétés vertiques

Le phénomène de gonflement-retrait des sols vertiques est dépendant de la nature de l’argile minéralogique ainsi que de la composition et la structure de ces feuillets (Figure 12). A l’échelle microscopique la rétention d’eau dans l’argile est conditionnée par les forces électrostatiques de surface et les forces osmotiques. Les forces électrostatiques peuvent être représentées par la capacité de ces argiles à capter et relâcher les ions. Les argiles étant composées de feuillets tétraédriques et octaédriques, la superposition de ces couches ainsi que le stockage d’éléments déjà stockés entre les feuillets va déterminer la cohérence entre les feuillets et donc la capacité de l’argile à stocker des ions ou de l’eau dans l’espace interfoliaire. Dans le cas des argiles de type Montmorillonite, le stockage d’eau peut provoquer une augmentation de l’espace interfoliaire de 14
à 17 Å qui s’ajoute au gonflement provoqué par le seul stockage d’eau dans les pores.
Toutefois, ce sont les forces osmotiques qui sont à l’origine de la plus grande part du gonflement macroscopique des argiles (Tessier, 1984). En effet, la capacité de stocker des ions à la surface des particules d’argile favorise la rétention d’eau (Figure 13). A la surface de l’argile chargée négativement, une première couche de cation est fixée (couche de Stern) sur laquelle est fixée une couche plus importante et diffuse d’anions et de cations (couche de Gouy). En présence d’eau, cette couche de Gouy est susceptible de s’agrandir et de provoquer l’éloignement entre particules d’argile, ce qui provoque le phénomène de gonflement.
Par ailleurs, les argiles ne sont pas seules à influer sur le phénomène de gonflement : la présence de manière organique est susceptible de modifier les propriétés gonflantes du sol. Les particules organiques influent les charges électrostatiques du sol et peuvent induire la captation des ions mais aussi former un complexe argilo-humique plus ou moins stable. Ainsi la capacité d’échange cationique, ou CEC, apparait comme un indicateur intégrateur de la propension des sols au phénomène de retrait-gonflement (Tessier et al., 2006).

Le cas des cailloux dans le calcul de la réserve en eau

Pour les sols à pierrosité élevée la prise en compte des cailloux n’est pas négligeable dans le calcul de la réserve utile (Combres J.C. et al., 1999). S’ils sont négligés, cela peut conduire à surestimer la capacité au champ et donc la réserve utile (jusqu’à 39% ; Cousin et al. 2003; Paruelo and Aguiar 1988). Suivant la nature des cailloux, ceux-ci peuvent soit occulter une partie du sol, soit agir comme un stock d’eau supplémentaire non directement assimilable par les plantes (Cousin et al., 2003; Tetegan et al., 2011).
Cette quantité d’eau non disponible pour la plante peut toutefois être temporairement stockée et restituée dans le sol. Intégrer ce stock dans la réserve utile pose la question de savoir dans quelle mesure cette eau est mobilisable par les plantes (Figure 16). L’occulter conduit à sous-estimer la quantité d’eau disponible et à l’inverse considérer ces cailloux peut conduire à surestimer l’eau disponible pour les plantes (Cousin et al., 2003). Ainsi, sur sols fortement caillouteux, dont les cailloux ont la capacité de contenir de l’eau, le concept de réserve utile atteint ses limites. En effet, dans ce cas le concept de réserve utile seul ne peut décrire la disponibilité en eau de la plante mais doit intégrer en plus le processus de mise à disposition pour les plantes de l’eau contenue dans les cailloux.

Conclusion

Il existe de nombreuses sources d’incertitudes autour du calcul et de la mesure de la réserve utile. Le concept de stock en lui-même ne représente qu’une simplification du prélèvement d’eau par les plantes. Sa mesure ne correspondant pas à une valeur fixe, la réserve utile ne peut être considérée qu’en assumant une part d’erreur. Par ailleurs, la définition de la réserve utile tente de s’affranchir de la densité racinaire et de sa capacité réelle d’absorption en eau pour définir un 44 potentiel. La densité racinaire peut être pourtant être considérée comme plus importante que la profondeur maximale d’enracinement (Yu et al., 2007) pour représenter l’accessibilité de l’eau pour la plante. Toutefois, la réserve utile ne sert pas à définir exactement le stock d’eau assimilable mais de définir une contrainte objective aux modèles qui simulent les processus et le développement des racines. Par conséquent cela explique sa pertinence et son utilisation dans différents modèles (Brisson et al., 2002; Duchemin et al., 2005; Singh et al., 2008).
Sur la base des différents travaux qui ont conduit à la définition actuelle de la réserve utile il est possible de lui définir un domaine de validité. La réserve utile n’est applicable que dans les cas où:
– la profondeur de la réserve utile n’est pas (ou peu) alimentée par l’aquifère
– des plantes cultivées qui n’ont pas une stratégie de prélèvement d’eau particulière (Xérophytes et notamment éphémérophytes, bryophytes…)
– peu ou pas de cailloux
– les racines ne peuvent pas pénétrer la roche mère et y prélever de l’eau
– le changement de la réserve utile dans le temps est négligeable, si elle est définie pour plusieurs années.
Pour que la réserve utile soit valable sur une période, il est nécessaire que les propriétés de sol aient peu ou pas évolué. En effet, sur une grande période, les facteurs de pédogénèse sont susceptibles de faire évoluer les propriétés du sol et en particulier les composantes de la réserve utile. A court et moyen terme, d’autres effets peuvent également changer la rétention en eau du sol comme le tassement ou des amendements (Karhu et al., 2011; Khaleel et al., 1981). Il en est de même dès lors que le climat est susceptible d’évoluer et d’avoir un impact sur le phénotype de la culture.
Dans le cadre de cette thèse, la réserve utile sera définie comme étant la quantité d’eau accessible par les plantes sur la profondeur racinaire sur le cycle cultural considéré. Elle sera déterminée par les bornes de la capacité au champ et du point de flétrissement permanent.

La modélisation des cultures avec le modèle STICS

Le prélèvement d’eau par les plantes ainsi que la production de biomasse qui y est liée est la somme de nombreux processus qui ne peuvent être étudiés que par la modélisation. Les modèles de culture capitalisent les connaissances acquises sur les interactions sol-plante-atmosphère et permettent donc de simuler l’impact du stress hydrique sur les cultures.
Il existe une grande variété de modèles de culture comme APSIM (McCown et al., 1996), STICS (Brisson et al., 2002, 1998) ou encore CROPSYST (Donatelli et al., 1996). Ces différents modèles ont un formalisme qui est en général centré sur la simulation de la culture et de la prise en compte de l’itinéraire technique et donc une représentation simplifiée des autres facteurs environnementaux, notamment le sol. Les modèles de culture ont généralement un pas de temps journalier et considèrent une surface homogène (modèles 1D) (Bassu et al., 2014; Rötter et al., 2012). Chaque modèle a toutefois différentes spécificités qui justifient leur utilisation dans des contextes particuliers ou pour certains objectifs.
Le modèle STICS a été choisi comme outil de travail pour cette thèse en raison de sa robustesse et de sa généricité ainsi que pour la multitude des processus qu’il est capable de simuler. En effet sa généricité et sa robustesse sont permises par une calibration et une validation sur de nombreuses situations contrastées (Coucheney et al. 2015; Brisson et al. 1998; Brisson et al. 2002) mais aussi par un formalisme modulaire qui permet de choisir le formalisme ou d’activer ou non certains modules spécifiques.

Présentation générale du modèle

Le modèle de culture STICS a été créé en 1996 pour simuler le développement des cultures en lien avec le bilan d’eau, de carbone, et d’azote à un pas de temps journalier (Brisson et al., 2008). Il permet de simuler un cycle cultural à une rotation entière.
Le modèle nécessite d’être renseigné sur le climat à la journée (Températures min, max, Rg, ETP, pression atmosphérique et précipitations), sur les propriétés de sol notamment la capacité au champ, le point de flétrissement et la densité apparente mais aussi sur l’itinéraire technique, le travail du sol, la fertilisation et les date de semis (Figure 17). Enfin l’initialisation des stocks d’eau et d’azote est nécessaire. Le modèle permet d’avoir accès à de nombreuses variables sur le développement de la culture et sur le bilan d’eau et d’azote (ex LAI production de biomasse, rendement, drainage/ETR ou encore lixiviation).
STICS est un modèle complexe qui présente la particularité de simuler le développement racinaire en lien avec la nutrition en eau et azote de la plante et une représentation du sol par couches de sol homogènes. La réserve utile est représentée par chacune de ces composantes, densité apparente, capacité au champ et humidité au point de flétrissement sur une profondeur fixée dans le modèle. Dans les effets du stress hydrique présentés précédemment (1.1.1) seul le phénomène de cavitation, l’effet d’hystérèse à un stress hydrique dans la croissance de la plante et les corrélations entre stress ne sont pas pris compte par le modèle (Tableau 1). Dans le premier cas il s’agit d’un phénomène a priori marginal dans une région tempérée et qui concerne les climats plutôt arides. L’interaction entre stress ainsi que effet hystérèse à l’échelle journalière sont difficiles à appréhender et réputés d’importance secondaire ; par conséquent ce sont des phénomènes qui sont négligés dans les modèles de cultures. Avec le modèle STICS, seul le stress le plus important est pris en compte. Enfin, l’impact des exsudats racinaires sur la fonction de prélèvement en eau n’est pas pris en compte. Cependant le calage de la sensibilité de la culture au stress hydrique du modèle intègre implicitement cet effet.

Table des matières

Introduction
Contexte et problématique
Démarche de la thèse
1 La modélisation du développement des cultures dans l’espace : du processus à la modélisation spatialisée
1.1 L’interaction sol-plante du processus à la modélisation
1.1.1 Le prélèvement d’eau par les plantes
1.1.1.1 Le prélèvement d’eau par les racines
1.1.1.2 Transports d’eau dans la plante
1.1.1.3 L’impact du stress hydrique sur la photosynthèse
1.1.1.4 La plasticité phénotypique et variabilité de la phénologie des plantes
1.1.1.5 Corrélation entre stress
1.1.1.6 Conclusion
1.1.2 La réserve utile : un stock d’eau accessible aux plantes
1.1.2.1 Le point de flétrissement permanent
1.1.2.2 La capacité au champ
1.1.2.3 La profondeur de la réserve accessible aux plantes
1.1.2.4 Densité apparente
1.1.2.5 Le cas particulier des sols à propriétés vertiques
1.1.2.6 Le cas des cailloux dans le calcul de la réserve en eau
1.1.2.7 Conclusion
1.1.3 La modélisation des cultures avec le modèle STICS
1.1.3.1 Présentation générale du modèle
1.1.3.2 La phénologie
1.1.3.3 La croissance aérienne
1.1.3.4 La croissance racinaire
1.1.3.5 Le sol
1.2 La représentation des hétérogénéités des cultures : des causes aux méthodes de spatialisations
1.2.1 Les déterminants de l’hétérogénéité
1.2.1.1 Le climat
1.2.1.2 Le sol
1.2.1.3 Les flux d’eau au sein du paysage
1.2.1.4 Conclusion
1.2.2 La représentativité spatiale des mesures et des modèles
1.2.2.1 L’interprétation de la mesure
1.2.2.2 Robustesse, sensibilité et domaines de validité des modèles dans l’espace
1.2.3 De l’échantillonnage dans l’espace à la spatialisation des mesures
1.2.3.1 Les méthodes d’acquisition et interprétation des mesures localisées dans l’espace
1.2.3.2 Les mesures spatialement exhaustives : le cas de l’imagerie
1.2.3.3 Les méthodes dérivées de SCORPAN
1.2.3.4 L’inversion de modèles
1.3 Conclusion générale
2 Matériels et méthodes
2.1 Les outils statistiques
2.2 La stratégie d’acquisitions et le choix des parcelles
2.2.1 La stratégie générale des acquisitions
2.2.2 Les deux sites d’acquisitions
2.2.2.1 La parcelle Flux
2.2.2.2 Le sous-bassin versant du Montoussé
2.2.3 Le choix des points d’échantillonnage par l’hypercube latin
2.23.1 Etapes de mise en oeuvre de la méthode
2.2.3.2 Les patterns spatiaux des variables d’entrées
2.2.3.3 Validation des classes issues de l’hypercube latin
2.3 Protocoles d’acquisitions des mesures locales
2.3.1 Données météorologiques
2.3.2 Données biophysiques
2.3.3 Mesures et analyses de sol
2.4 Le traitement des données à haute répétitivité spatiale
2.4.1 Les mesures in situ : géophysique et MNT
2.4.2 Les cartes de GAI
3 Analyse des sources d’hétérogénéités observées dans les mesures biophysiques : déterminants des variations spatiales et incertitudes
3.1 Les déterminants de la croissance des cultures dans l’espace
3.1.1 Le déficit hydrique et la pluviométrie
3.1.2 Dynamique des variables biophysiques et pédoclimatiques sur le site d’Auradé Flux
3.1.3 Dynamique des variables biophysiques et pédoclimatiques sur le sous-bassin versant du Montoussé
3.1.3.1 Les mesures du transect
3.1.3.2 La campagne spatialisée
3.2 Les incertitudes liées aux mesures biophysiques
3.2.1 L’incertitude de la représentativité des mesures biophysiques sur tournesol et blé
3.2.1.1 Résultats sur les mesures du tournesol
3.2.1.2 Résultats sur les mesures du blé
3.2.1.3 Conclusion
3.2.2 L’incertitude sur la représentativité spatiale
3.3 Conclusions
4 Le calage et l’évaluation du modèle STICS dans le contexte gersois
4.1 La formalisation de la réserve utile à partir des mesures sur sol argileux.
4.1.1 La relation DA vs humidité
4.1.2 Une réserve utile pour les sols argileux et à propriétés vertiques
4.1.2.1 Une méthode alternative au calcul de la RU
4.1.2.2 Comparaison des méthodes de calcul
4.1.3 Conclusion
4.2 La réserve utile avec le modèle STICS en contexte de sols vertiques
4.2.1 Optimisation des paramètres
4.2.1.1 Le choix d’une densité apparente initiale
4.2.1.2 Optimisation des paramètres du sol
4.2.2 Test de sensibilité à la densité apparente
4.2.2.1 Le protocole
4.2.2.2 Les résultats
4.2.3 Conclusion
4.3 Evaluation des performances locales de STICS selon le choix de formalisme
4.3.1 Protocole
4.3.2 Résultats
4.3.3 Conclusion
4.4 La propagation de l’incertitude de la réserve utile dans le modèle STICS
4.4.1 Matériels et méthodes
4.4.1.1 Le plan de simulation
4.4.1.2 Les outils statistiques
4.4.2 Résultats
4.4.2.1 Comparaison des scénarios sur le rendement et le cumul d’évapotranspiration final
4.4.2.2 Impact de l’incertitude liée à la profondeur maximale d’enracinement (Zalea)
4.4.2.3 Le poids des incertitudes dans la biomasse et le cumul d’évapotranspiration (Halea)
4.4.2.4 La réserve utile et l’incertitude finale des simulations
4.4.3 Conclusion
5 Spatialisation des entrées du modèle STICS par la méthode de modélisation statistique
5.1 Towards a spatialization of soil forcing variables for modeling crop growth or mapping perspective at fine scale: a method for small data case
5.1.1 Materials and methods
5.1.1.1 Site characteristics
5.1.1.2 General approach
5.1.2 Results
5.1.2.1 Validation of method
5.1.2.2 Predictive performances
5.1.2.3 Aggregation impact
5.1.3 Discussion
5.2 Conclusion
6 La spatialisation du modèle STICS à l’échelle d’un sous-bassin versant
6.1 Matériels et méthodes
6.1.1 Données utilisées
6.1.2 Les scénarios
6.1.3 La modélisation des incertitudes du modèle STICS
6.2 Résultats
6.2.1 Evaluation des simulations spatialisées
6.2.2 Modélisation des erreurs de simulation
6.2.3 La carte de biomasse en fin de culture et de RMSE associées
6.3 Discussion et conclusion
Discussion et conclusion
Q1 : Quelles sont les contraintes méthodologiques à la spatialisation ?
Q2 : Le concept de RU est-il pertinent dans un contexte de sols à propriétés vertiques ? 237
Q3 : Quelles sont les sources d’incertitudes autour des mesures de sol et biophysiques ?
Q4 : Dans quelle mesure ce travail est transposable à d’autres situations ?
Perspectives
Bibliographie

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