Date de la soutenance : 19 décembre 2013

Lieu : Université de Lorraine, Champenoux, France

Titre :

Mesure et modélisation des budgets de lumière, d’eau, de carbone et de productivité primaire nette dans un système agroforestier à base de caféier au Costa Rica

Membres du jury:

M. Denis LOUSTAU, Directeur de Recherches, INRA Bordeaux, Rapporteur

M. Philippe TIXIER, Chercheur (HDR), Cirad Montpellier, Rapporteur

Mme Belinda MEDLYN, Professeur, Macquarie U. Sydney, Australia, Examinatrice

M. Christian DUPRAZ, Ingénieur de recherches, INRA Montpellier, Examinateur

M. Erwin DREYER, Directeur de Recherches, INRA Nancy, Directeur de thèse

M. Olivier ROUPSARD, Chercheur (HDR), Cirad Costa Rica, Co-directeur de thèse

Résumé :

Comparés aux monocultures, les systèmes agroforestiers (SAF) sont censés permettre une meilleure efficience d’utilisation de la ressource et améliorer les services écosystémiques. Cependant, la complexité des interactions se produisant dans les SAF rend délicat la quantification et la décomposition des effets des arbres d’ombrage sur la productivité primaire nette (NPP) de la culture principale. Peu de modèles sont capables d’analyser les effets des interactions entre culture principale et arbres d’ombrage sur les échanges de CO2 et d’eau. En effet, les interactions pour la lumière, l’eau et la chaleur se produisant entre culture et arbres d’ombrage peuvent produire des effets contre-intuitifs sur la photosynthèse, l’efficience d’utilisation de la lumière (LUE), l ‘efficience de transpiration et le microclimat. Nous montrons que MAESPA, un modèle 3D mécaniste, peut-être utilisé pour étudier la variabilité de ces processus à des échelles allant de la plante à la parcelle, et de la demi-heure à l’année entière. MAESPA a simulé de manière satisfaisante l’interception de la lumière dans un SAF à base de caféier composé de 2 couches hétérogènes. Des variables modélisées par MAESPA ont été utilisées pour produire de puissantes variables explicatives dans un dispositif expérimental étudiant les déterminants de la NPP aérienne (ANPP) du caféier. Il a été démontré que LUE était deux fois plus élevée pour les caféiers poussant à l’ombre ce qui compensait totalement la diminution de leurs budgets lumineux, résultant en une absence de différence de ANPP entre caféiers de plein soleil et caféiers d’ombrage. MAESPA a aussi simulé de manière satisfaisante les échanges de CO2 à l’échelle du caféier et à l’échelle de la parcelle, lorsque comparés à des mesures d’échanges gazeux dans des chambres plantes entières ou à des enregistrements de flux turbulents au-dessus de la canopée, respectivement. Nous avons utilisé MAESPA pour simuler la variabilité spatiale de la photosynthèse et de LUE. MAESPA a démontré être un modèle robuste pour quantifier les interactions spatiales dans un SAF. Le prochain développement pertinent de cette approche serait de coupler MAESPA avec un modèle d’allocation du carbone dans les organes des plants de caféiers.

Mots-clés : agroforesterie, caféier, modèle 3D, photosynthèse, transpiration, efficience d’utilisation de la ressource, productivité primaire