Soutenance de thèse d'Alexis LE COUTEULX (SAS / ECOBIO)



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Le vendredi 30 octobre 2015 à 9h30, amphithéâtre Moule, bâtiment 11, Agrocampus Rennes

Le vendredi 30 octobre 2015 à 9h30, amphithéâtre Moule, bâtiment 11, Agrocampus Rennes

Modélisation de la structure des sols cultivés : intégration de processus physiques et biologiques

Résumé :
Les systèmes de culture utilisés par les agriculteurs sont de plus en plus diversifiés en lien notamment avec les enjeux de la préservation des sols. Ces changements de pratiques agricoles peuvent entraîner de profondes modifications des processus structurants, ex. compaction et fragmentation par les engins agricoles, bioturbation par les lombriciens. Ainsi, les pratiques culturales peuvent avoir de profonds impacts sur la structure du sol et cet impact doit être évalué à long terme afin de promouvoir les pratiques qui améliorent ou maintiennent la qualité des sols. Toutes les pratiques culturales ne peuvent être étudiées en plein champ, une alternative est d'utiliser la modélisation pour simuler l'évolution de la structure du sol au cours des années culturales en simulant l'activité des processus structurants.

Dans ce contexte, le travail de recherche mené au cours de cette thèse a permis de mettre en place le modèle MOSST : un modèle de structure du sol basé sur des voxels et en 3D. Le sol simulé est séparé en trois niveaux : (i) celui des voxels qui sont la plus petite échelle prise en compte dans le modèle ; c'est aussi au niveau des voxels qu'est stockée l'information relative à la structure du sol, chaque voxel possède un état qui correspond à un composant du sol : ex. vides, solides, matières organiques; (ii) celui des pièces qui sont des cubes de 40 voxels de coté et (iii) celui du bloc de sol qui représente (taille et forme) l'ensemble de l'environnement simulé. Pour palier aux contraintes du stockage informatique de la structure du sol, un système d'encodage a été mis en place ainsi qu'un système de chargement dynamique de la structure qui permet de charger et décharger une partie de la structure virtuelle. Ce modèle à la particularité de pouvoir être initialiser à partir d'images 3D, issues de la tomographie aux rayons X, ce qui permet d'initialiser un sol virtuel avec une structuration réelle. Le modèle MOSST peut être couplé à des modèles d'agents structurants. Un premier couplage a été réalisée avec un modèle d'agent ver de terre qui permet de simuler la production de déjections et le creusement de galeries par les vers de terre anéciques et endogés. Ce modèle d'agent ver de terre apporte une innovation importante : un système de gestion des galeries qui guide les vers lorsqu’ils creusent. Il simplifie aussi l’implémentation des anéciques et empêche les agents vers de terre d'avoir des comportements non réalistes tels que recreuser dans ses propres galeries. Une analyse de sensibilité a montré l'importance de la vitesse de creusement dans la simulation de l'activité de bioturbation des vers. Une première calibration a été réalisée sur le modèle d'agent v er de terre à l'aide d'une analyse bibliographique et d'une étude sur l'activité de bioturbation de trois vers de terre endogés (A. caliginosa, A. chlorotica, A. icterica) en microcosmes. Nous avons montré que A. chlorotica peut être assimilé à un épi-endogé en lien avec son activité principalement localisée sur les premiers centimètres de sol tandis que la bioturbation de A. icterica correspond à celle d’un endogé stricte. Afin de rendre compte de l'impact d'outils de travail du sol, une expérience en plein champ nous a permis de préciser l’évolution de la structure du sol, au cours des étapes de semis dans un système en labour. Le labour entraîne une augmentation de la porosité, la reprise de labour une décroissante rapide de la porosité jusqu’à environ 5-7 cm et un tassement des couches plus profondes par rapport à la situation post-labour. Une comparaison de la structure du sol après le semis dans trois systèmes de travail du sol, labour (L), travail superficiel (TS), semis direct (SD), a montré la faible porosité après un SD et que les systèmes en TS et L ont une porosité équivalente sur les 7 premiers centimètres puis le système en TS est moins poreux.

Les travaux menés posent la base d'un modèle permettant de simuler la dynamique de la structure du sol dans différents systèmes de travail du sol. Pour compléter ce modèle, le couplage de nouveaux agents structurants au modèle MOSST est à présent nécessaire tels le tassement par les outils agricoles ou l'impact de la croissance racinaire. L'acquisition de nouvelles connaissances et données sur la bioturbation des vers de terre tant sur la production de déjections que le creusement de galeries, devraient permettre d'améliorer le modèle d'agent ver de terre.

Jury :
Éric BLANCHART, DR IRD Montpellier/ rapporteur
Éric RAMAT, PR Université de la Côte d’Opale Calais / rapporteur
Pierre CURMI, PR AgroSup Dijon / examinateur
Christian WALTER, PR AGROCAMPUS OUEST Rennes / examinateur
Françoise WATTEAU, IR CNRS Nancy/ examinateur
Vincent HALLAIRE, CR INRA Rennes / directeur de thèse
Guénola PÉRÈS, MC AGROCAMPUS OUEST Rennes / co-directeur de thèse
Cédric WOLF, MC Université de Rennes 1 / co-directeur de thèse

Contact : Alexis LE COUTEULX




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