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UMR ECOSYS - Ecologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes

Septo3D

Modélisation du développement d'une épidémie de septoriose dans un couvert de blé

Septo3D.jpg
© INRA
Architecture des couverts sur les épidémies de septoriose

Septo3D, un outil pour simuler l’effet de l’architecture des couverts sur les épidémies de septoriose.
Modèle dynamique qui couple ADEL - structure 3D de blé et un nouveau modèle épidémique de dynamique des parasites fongiques foliaires.

Contexte

La protection intégrée permet d’envisager une réduction de la dépendance des pesticides. La prise en compte des caractéristiques du couvert constitue un élément à prendre en compte dans la conception de méthodes de lutte alternatives. Certaines caractéristiques du couvert permettent de diminuer les épidémies de maladies fungiques, et, ainsi, le nombre de traitements fongicides. Trois mécanismes sont impliqués : la résistance, l’échappement et la tolérance. Il s’agit d’un système dynamique complexe en interaction avec le climat. La modélisation permet de mieux comprendre ces interactions et de prévoir les effets sur la dynamique des épidémies pour aider à la conception de nouvelles variétés ou des nouvelles pratiques favorisant l’échappement ou la tolérance.

Conception du modèle

Le modèle Septo3D vise à simuler comment la structure des couverts végétaux influence le développement des épidémies. Cela doit permettre d’identifier les traits de structure qui pénalisent le développement des pathogènes.

Septo3D est conçu comme le couplage de trois sous-modules. La structure du couvert de plantes et les lésions sur les secteurs de feuilles sont décrites au temps t. Septo3D couple un modèle dynamique 3D de blé et un modèle épidémique de septoriose. Le modèle est basé sur la description quantitative de trois effets de la structure du couvert sur les épidémies :

  • la quantité de surface foliaire détermine la ressource exploitable par le pathogène et la croissance des lésions,
  • la dynamique de la mise en place du couvert et la densité de végétation influencent la pénétration de la pluie ainsi que la redistribution des gouttelettes après splashing,
  • les distances entre tissus infectés et sains fixent la distance à parcourir par le parasite.

Chacun de ces points est traité par un module dédié. Le module 1 décrit le développement et la croissance de la plante sur la base du modèle ADEL. Le module 2 décrit le cycle infectieux, sur chaque secteur de feuille, l’évolution des cohortes de lésions est simulée. Le module 3 décrit la dispersion des spores suite à l’interception de la pluie et à l’éclaboussures dans le couvert.

Exemples de résultats

Septo3D permet de visualiser l'évolution conjointe de la plante et de l'épidémie. Septo3D hiérarchise l’effet de différents traits de structure sur les épidémies de septoriose. Septo3D montre quantitativement que la vitesse de développement de la plante est un levier efficace pour favoriser l’échappement à la maladie : c’est la vitesse d’allongement de la tige plutôt que sa hauteur finale qui influence les épidémies. Ainsi, la hauteur du couvert n’influence que faiblement les épidémies, mais la rapidité du développement vertical des plantes réduit les épidémies. D’autres traits ont des effets plus variables. En particulier, la taille des feuilles a un effet plus complexe qui pourrait expliquer certaines contradictions de la littérature à ce sujet. La densité du couvert a un effet faible sur les épidémies, tandis que la date de semis a un effet plus marqué, mais qui varie avec les années.

Développements en cours

  • Une confrontation des simulations aux données obtenues sur un réseau d’essais d’ARVALIS est en cours afin d’analyser les effets de date et de densité de semis variées sur les épidémies de septoriose pour une gamme climatique contrastée.
  • Une collaboration avec ADAS (UK) va permettre d'étudier les possibilités offertes par la variabilité architecturale entre variétés de blé (recherche d’idéotypes échappants).
  • semble une piste intéressante. Des travaux en collaboration avec des améliorateurs et des agronomes vont permettre de tester l’hypothèse que la structure des couverts des blés biologiques est source d’échappement,l'objectif étant de déboucher sur la définition de pratiques innovantes qui permettent de limiter les traitements chimiques.
  • L'insertion de Septo3D dans la plateforme de modélisation OpenALEA.
  • L'extension du modèle pour la description d'autres maladies fongiques du couvert (rouille).

Informations pratiques

Echelle temporelle - pas de temps simulée : Pas de temps journalier- Période de simulation: une saison de culture (octobre – juillet)

Spatialisation : Oui

Maille d'espace : Organe et cm

Dimension simulée : Peuplement 3D, Parcelle

Approche stochastique : Non

Disponibilité : Non ; disponible dans le cadre de collaboration

Accessibilité des données d'entrée : Données architecture assez détaillées

Interface d'utilisation : Oui, sous R

Mises à jours (version) : beta, version recherche

Manuel de l'utilisateur : Non

Développements à venir : Confrontation du modèle aux données ; portage sous la plateforme OpenALEA

Plateforme informatique : PC

Temps de calcul moyen : Quelques secondes pour une simulation

Langage : C et L+C

Partenaires

ARVALIS Institut du végétal, La Minières, France

EPI Virtual Plant, INRIA, Montpellier, France

ADAS Company, UK

Laboratoire d'épidémiologie végétale, INRA, Grignon, France

Bibliographie

Robert C. Fournier C. Andrieu B., Ney B. 2008. Coupling a 3D virtual wheat plant model with a Septoria tritici epidemic model: a new approach to investigate plant-pathogen interactions linked to canopy architecture. Functional Plant Biology, 35/9-10:997-1013

Robert, C., Lee W., Gouache D., Fournier C., Bertheloot J., Andrieu B., Gate P., Ney B. Octobre 2008. How does wheat canopy development influence Septoria tritici epidemics? ENDURE international conference (France).

Voir aussi

Fournier C., Andrieu B., Ljutovac S., Saint-Jean S. - 2003 - ADEL-Wheat: A 3D architectural model of wheat development. In: "Plant growth modeling, simulation, visualization and their applications", Hu B.G., Jaeger M. (eds.), Springer Verlag, 54-63.

Fournier C., Andrieu B. - 1999 - ADEL-maize: an L-system based model for the integration of growth processes from the organ to the canopy. Application to regulation of morphogenesis by light availability. Agronomie, 19, 3/4, 313-327.

Lee W. - 2008 - Comment le développement des couverts de blé peut il freiner les épidémies de septoriose? Mémoire de Master 2, Sciences de l'Univers, Environnement, Ecologie, Université Paris-Sud 11, UMR INRAgroParisTech Environnement et Grandes Cultures de Grignon, ARVALIS Institut du Végétal, 39 p.

Saint-Jean S., Chelle M., Huber L. - 2004 - Modelling water transfer by rain-splash in a 3D canopy using Monte Carlo integration. Agricultural and Forest Meteorology, 121, 3/4, 183-196.