Impact de la diversité architecturale intraspécifique chez le ray-grass anglais sur la variabilité du Rc : Rs directionnel

Impact of intraspecific architectural diversity in English ryegrass on directional R : FR variability

• Auteur / Autrice : Arthur Couturier
• Direction : Abraham Escobar-Gutiérrez, Elzbieta Frak, Didier Combes
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie Végétale
• Date : Soutenance le 07/11/2022
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie, Écologie, Géosciences et AgroSciences Théodore Monod (Poitiers)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de recherche pluridisciplinaire prairies et plantes fourragères - URP3F - Unité de Recherche Pluridisciplinaire Prairies et Plantes Fourragères / P3F
• Partenaire(s) de recherche : faculte : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées
• Jury : Président / Présidente : Sophie Camélio
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Boudon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Leduc, Pascal Barla

Mots clés

Mots clés contrôlés

Compétition (botanique)

Capteurs optiques

Morphogenèse

Plantes -- Effets de la lumière

Modélisation individu-centré

Prairies

Mots clés libres

Interactions lumineuses

Modélisation

Fspm

Capteur directionnel

Qualité de la lumière

Photomorphogenèse

Prairies

Lolium perenne

Light interactions

Modeling

Fspm

Directional sensor

Light quality

Photomorphogenesis

Grassland

Lolium perenne

Résumé

La lumière joue un rôle majeur dans les interactions plante-environnement de par son effet sur la morphogenèse des plantes. Les signaux lumineux qu’elle véhicule module la morphogenèse de la plupart des espèces végétales leur permettant d’éviter l’ombrage. C’est le cas en particulier du signal Rc:Rs, aussi appelé ζ, caractérisées par le rapport de flux de photon dans les longueurs d’onde à 660nm et 730nm. En traversant la végétation ce signal décroit et engendre des réponses de développement qui accroissent la taille des organes et/ou qui diminuent le nombre de ramifications. Pour établir les lois de réponse au ζ il est donc nécessaire de connaitre sa variabilité. Or dans ce domaine notre connaissance reste partielle notamment lorsqu’on s’intéresse à la morphogenèse d’une plante au sein du couvert car cela implique une meilleure compréhension des échanges lumineux entre les plantes voisines. Il s’agit notamment de prendre en compte l’aspect directionnel du signal de façon à capter l’environnement lumineux renvoyé par les plantes voisines vers une plante cible et ce quel que soit leur stade de développement. Cela implique de caractériser le ζ directionnel arrivant dans un angle de vue faible pour être en mesure de capter le signal renvoyé par les plantes et/ou organes de petite taille. L’objectif de cette thèse étaient double :(i) caractériser la variabilité de ζ directionnel mesuré dans un faible angle de vue sur des plantes de ray-grass aux architectures contrastées et (ii) tester la capacité des modèles existants à rendre compte de cette variabilité.Un dispositif de mesure du rayonnement directionnel dans un angle de vue de 3° a été conçu à cet effet. Des expérimentations ont été mises en place en serre afin de caractériser le signal ζ réfléchi par les plantes dans différentes configurations de densité (plante seule vs mini couvert), de distance entre la plante et le capteur et de condition de ciel (ciel diffus vs ciel clair). Nos résultats montrent une forte variabilité de ζ directionnel essentiellement liée à l’état de développement et aux conditions de ciel. Les simulations effectuées avec des modèles de transferts radiatifs existants montrent la nécessité de modéliser les signaux directionnels pour mieux caractériser les conditions d’éclairement de plantes dans les jeunes stades de développement du couvert et les réponses morphogénétiques qui en découlent. Enfin, une première approche de modélisation de ces signaux directionnel a été réalisé et les pistes d’amélioration discutées.

Light plays a major role in plant-environment interactions through its effect on plant morphogenesis. The light signals it carries modulate the morphogenesis of most plant species, allowing them to avoid shading. This is particularly the case for the R:FR signal, also called ζ, characterised by the ratio of photon flux in the wavelengths at 660nm and 730nm. As it passes through the vegetation this signal decreases and generates developmental responses that increase the size of organs and/or decrease the number of branches. To establish the laws of response to the ζ it is therefore necessary to know its variability. However, our knowledge in this field remains partial, especially when we are interested in the morphogenesis of a plant within the canopy, since this implies a better understanding of the light exchanges between neighbouring plants. In particular, the directional aspect of the signal must be taken into account in order to capture the light environment reflected by neighbouring plants towards a target plant, whatever their stage of development. This implies characterising the directional ζ arriving in a low angle of view in order to be able to capture the signal returned by small plants and/or organs.The objectives of this thesis were twofold:(i) to characterise the variability of directional ζ measured at a low angle of view on ryegrass plants with contrasting architectures and(ii) to test the ability of existing models to account for this variability. A device for measuring directional radiation at an angle of view of 3° was designed for this purpose. Experiments were set up in the greenhouse in order to characterise the ζ signal reflected by the plants in different density configurations (single plant vs. mini canopy), distance between the plant and the sensor and sky condition (diffuse vs. clear sky). Our results show a high variability of directional ζ mainly related to developmental state and sky conditions. Simulations performed with existing radiative transfer models show the need to model directional signals to better characterize plant light conditions in the early stages of canopy development and the resulting morphogenetic responses. Finally, a first modelling approach of these directional signals has been carried out and it possible improvements discussed.