Les modèles de fonctionnement de culture visent à simuler de façon mécaniste l'influence de l'environnement sur la croissance et le développement des végétaux cultivés. Destinés au raisonnement des systèmes de culture intensifs, les modèles usuels considèrent le couvert comme une entité homogène. L'évolution des pratiques agricoles vers une agriculture plus respectueuse de l'environnement conduit à considérer des systèmes plus complexes (multispécifiques) et plus hétérogènes, et appelle au renouvellement de ces modèles.<br />L'objectif de la thèse est d'élaborer une modélisation du couvert comme une population de plantes. Ceci nécessite de prendre en compte explicitement le développement de chaque individu au sein du couvert, et ses conséquences sur la croissance des plantes voisines. La thèse a pris pour objet la simulation des effets de la compétition pour la lumière sur la morphogenèse de l'appareil végétatif aérien du maïs (Zea mays L.).<br />Dans un premier temps, la plasticité morphologique du maïs est étudiée expérimentalement au champ, pour des situations contrastées de compétition pour la lumière. Une forte compétition conduit à une réduction globale de la taille des plantes. Elle a pour effet également d'accentuer au cours du temps la variabilité entre individus. L'analyse des dimensions individuelles des organes montre que la croissance en largeur et en diamètre suit précisément ce schéma. Par contre l'allongement des organes est d'abord stimulé par la compétition, puis subit une réduction dépendante de l'intensité de la compétition. <br />Ces observations ont justifié le choix du formalisme des L-systèmes ouverts pour l'implémentation du modèle. Cette approche permet une modélisation plante à plante, mais aussi d'intégrer et d'expliciter la croissance de chacun des organes. Le modèle couple des modèles microclimatiques préexistants (calcul de la température et de la distribution du rayonnement) à un modèle architectural et fonctionnel du développement végétatif, élaboré à partir de données bibliographiques. Un schéma de réduction de la croissance par le carbone disponible a été introduit et testé sur sa capacité à rendre compte des effets de la densité de peuplement. Le modèle simule la cinétique du développement à partir de données météorologiques mesurées en réseau et d'une paramétrisation génotypique réduite (5 paramètres). La structure géométrique de la plante est rendue de façon réaliste et simule convenablement l'évolution du taux de couverture du sol. Le modèle rend compte des variations de réduction de dimensions foliaires en fonction du numéro de phytomère, et permet de simuler le développement de l'hétérogénéité dans le couvert.<br />Ce premier axe de travail montre toutefois l'importance de disposer de formulations plus précises des cinétiques de croissances d'organes. L'allongement de la tige est particulièrement peu documenté dans la bibliographie. Nous avons mené l'étude expérimentale de la cinétique d'allongement des entre-nœuds, en considérant des situations contrastées de disponibilité en rayonnement. Les cinétiques de croissance diffèrent selon les traitements, mais montrent une même organisation. Durant une première période, l'allongement est un processus intégré à l'échelle de plusieurs entre-nœuds, stable au cours du développement. Dans une seconde période, la vitesse d'allongement devient très variable selon le rang et est fortement corrélée à la taille finale. La transition entre les deux périodes semble déclenchée par l'émergence de la gaine hors du cornet. L'évolution des dimensions du cornet au cours du temps pourrait donc être responsable des variations de longueur entre-nœuds entre phytomères.<br />Ce modèle ouvre des applications originales pour l'aide à l'interprétation d'expérimentation, car il permet de situer dans le temps les croissances de chaque organe et de la relier aux conditions environnementales locales. Le cadre de modélisation permet l'intégration des processus, de l'échelle de l'organe à celle du peuplement. Une meilleure compréhension du déterminisme des régulations des dimensions des organes reste toutefois nécessaire pour envisager l'application au raisonnement de pratiques agricoles. Les résultats obtenus suggèrent l'importance de signalisations environnementales, liées à l'exposition des organes à l'air ou à la lumière, dans ces régulations. Ces perspectives confortent l'intérêt d'une approche architecturale et fonctionnelle de la modélisation du développement.

L’étude des interactions entre les plantes au sein de couverts hétérogènes pourrait permettre une meilleure utilisation des associations variétales de blé, car nous manquons de connaissances sur la manière dont les complémentarités, synergies et compétitions entre variétés affectent leurs performances dans ces conditions. Notre étude s'est focalisée sur la compréhension de l'impact de la compétition pour la lumière sur l'architecture aérienne du blé, en couplant une analyse expérimentale et une approche par modélisation. Nous avons dans un premier temps, caractérisé la plasticité de l’architecture aérienne en réponse à la modification de la densité de semis, pour 20 génotypes contrastés de blé tendre. Ainsi, nous avons déterminé que le nombre d’axes par plante était le trait le plus plastique pour tous les génotypes. Nous avons ensuite développé un modèle individu-centré représentant le développement du blé du semis à la floraison. Ce modèle est composé de deux parties : une partie descriptive du développement foliaire basée sur un modèle existant (ADEL-blé) et une partie plus mécaniste où nous avons intégré une régulation du tallage par la ressource lumineuse. Cette régulation du tallage se fait selon deux hypothèses simples : (1) la plante arrête d'émettre des talles dès que le Green Area Index (GAI) de son voisinage atteint une valeur seuil et (2) une talle meurt si la quantité de lumière qu'elle intercepte est inférieure à un seuil critique. La dynamique de tallage simulée par le modèle sur une large gamme de densité de semis est proche de la dynamique de tallage observée expérimentalement. Nous avons également caractérisé expérimentalement la plasticité de l’architecture aérienne de huit génotypes de blé en réponse à la compétition dans différentes associations variétales binaires. Ces analyses ont révélé des réponses assez différentes de celles mesurées en culture pure, soulignant la spécificité de certaines interactions entre plantes de génotypes différents. Ces essais ont confirmé que les associations contribuaient généralement à une augmentation de la production, en particulier dans des itinéraires techniques économes en intrants. Nous avons montré que des associations variétales comprenant des génotypes avec des hauteurs différentes permettaient d’avantager fortement le génotype haut sans trop pénaliser le génotype court. Ce travail a permis de développer un formalisme simplifié des processus régulant le tallage, qui va permettre d'explorer et optimiser les complémentarités/compétitions entre variétés dans des peuplements multi-variétaux. A terme le modèle pourra être couplé à des modèles génétiques pour mieux décrire l'impact de l'interaction plate-plante dans la valeur sélective des individus dans des populations hétérogènes. / The understanding of the interactions between plants within heterogeneous crops could allow for a more efficient use of wheat varietal mixtures, as there is a gap of knowledge on the complementarity, synergy and competition that develop among varieties within these systems. Our study is focused on competition for light, and its impact on the above ground architecture of wheat, coupling experimental analysis and model development. We first characterized the plasticity of the aerial architecture in response to different sowing densities, for 20 contrasting genotypes of winter wheat. The number of axes per plant was shown to be the most plastic trait for all genotypes. We developed an individual-based model representing wheat growth, from the sowing to flowering. The model is composed of two parts: a descriptive part of the foliar development based on the ADEL-wheat model and a mechanistic part which accounts for the regulation of tillering by light. Tillering is regulated by two simple hypotheses: (1) tillering stops when a critical value of local Green Area Index (GAI) is reached, (2) a tiller dies if the amount of intercepted light falls below a critical threshold. A realistic tillering dynamics was simulated by our model over a wide range of sowing densities, with a good fit with experimental data. We also experimentally characterized the plasticity of plant architecture for eight wheat genotypes observed in various two-components varietal mixtures. Contrasted plastic responses were observed when compared to those expressed in pure stands, underlining the specificity of certain plant-plant interactions. These experiments confirmed that the cultivar mixtures generally contribute to an overyielding, particularly in low-input agriculture . Finally, our results revealed that variety mixtures including genotypes with different heights may provide an advantage to the taller genotype with limited tradeoff on the short genotype. This work contributed to the development of a simplified formalism for tillering process, allowing to explore and optimize complementarities / competitions between plants within variety mixtures. Ultimately, the model could be coupled with a genetic model, in order to better describe the impact of plant-to-plant interactions in the selective value of individuals in heterogeneous populations.